離心式彈性夾頭的結構和工作原理介紹
時間:2011-07-11 10:14:36 來源:未知
對于盤套類零件，由于其粗加工和半精加工時的切削速度一般都很低，所以夾具的轉速不是影響切削的主要矛盾，使用常規的液壓卡盤就可滿足加工的要求。但是，對此類零件進行精加工時，切削速度很高，常規的液壓卡盤的動態夾緊力會隨主軸轉速的提高而銳減，并且，主軸轉速的提高受安裝于其尾部的液壓缸的極限轉速的制約。本文著重探討采用杠桿增力機構的離心式彈性夾頭的工作原理及力學計算。
1 工作原理
王德云等所著《離心式夾具的結構研究與力學計算》（刊于《農業機械學報》1994年增刊）中 介紹了一種夾緊盤套類零件外圓的離心式彈性夾頭，其工作原理為:夾具體以止口與車床法蘭盤或主軸錐孔聯結，工件以半精加工的外圓為基準，在間隙較小的條件下置入彈性夾頭。當機床帶動夾具開始旋轉后，數只離心重塊在離心力的作用下，繞銷作逆時針方向擺動，其左端部壓迫柱塞，柱塞繼而壓縮柔性介質，迫使拉桿帶動彈性夾頭左移。彈性夾頭則受夾具體內錐孔的作用而產生變形，從而夾緊工件的外圓表面，此時便可以進行切削加工。加工完畢后機床主軸停止旋轉，由于彈性夾頭外錐體與夾具體錐孔之間為非自鎖配合，所以彈性夾頭會自動恢復變形而松開工件。但為防止夾具在高速旋轉時可能發生的偶然事故，在重塊的外部設置了防護罩。
這種夾具的主要優點是結構較為緊湊，拉桿的后移機構簡單可靠：缺點是，為了防止重塊滑移可能發生的卡滯現象，需對重塊與夾具體及銷的相對運動部位提出較高的配合要求。離心體幾何形狀復雜，制造工藝性不好。
1.夾具體 2.拉桿 3.柔性介質 4.柱塞 5.杠桿
6.彈性夾頭 7.堵塊 8.離心重塊 9.工件
杠桿增力離心式彈性夾頭結構示意圖科太克
右圖所示為一種采用杠桿增力的夾緊盤套類零件外圓的離心式彈性夾頭，這種夾具是經改進設計的。其工作原理為:夾具體1 內裝有數只可徑向運動的圓柱形離心重塊8，當機床帶動夾具體開始旋轉后，數只離心重塊8 在離心力的作用下，沿徑向向外移動，離心力通過杠桿5 作用于柱塞4，迫使柱塞4 向軸心方向運動，壓縮柔性介質3，柔性介質推動拉桿2 向后移動。彈性夾頭6 夾緊和松開工件9 的原理與上述夾具相同，在此不再贅述。
這種夾具采用貫通式結構，質心半徑可自動平衡。離心重塊的幾何形狀改為圓柱體，加工工藝性好。采用浮動支點杠桿，夾具結構大大簡化，加工要求低，結構緊湊，安全性好，工作可靠。
2 力學計算
通過建立力學模型并經力學分析，如果忽略柔性介質和杠桿產生的離心力，則離心式彈性夾頭在工作狀態下拉桿的軸向拉力為
F=[m1r1
L1
-m2r2]w2
（d12-d22）
L2
d2
（1）
式中：m1——離心重塊和堵塊的合成質量，kg
m2——柱塞的質量，kg
r1——離心重塊與堵塊的合成質心至回轉中心的距離，m
r2——柱塞的質心至回轉中心的距離，m
w#p#分頁標題#e#——車床主軸的旋轉角速度，rad/s
L1——杠桿的動力臂長度，m
L2——杠桿的阻力臂長度，m
d——柱塞直徑，m
d1——拉桿大端直徑，m
d2——拉桿中間部分直徑，m
夾緊力可通過下式計算得出
式中：a——彈性夾頭圓錐角之半，rad或（°）
f——彈性夾頭錐面與夾具體錐孔之間的摩擦角，rad或（°）
其驅動工件的力矩T可用下式表達
式中：µ——彈性夾頭內孔與工件表面之間的摩擦因數
D——工件被夾持部分的直徑，m
3 設計準則
綜上所述，圖中所示夾具的結構工藝性更好，更安全。該夾具既可在普通車床上使用，也可在數控車床及液壓仿形車床上使用，特別適用于沒有配備液壓系統的經濟型數控車床，但在進行此類夾具設計計算及結構設計時，應注意以下準則:
- 該類卡盤能進行工作的基本力學條件為m1r1L1>m2r2L2。因此，設計時應盡可能增大離心重塊質量及動力臂長度，減小柱塞質量及阻力臂長度。
- 應保證離心重塊在運動時其上下腔內的空氣進出通暢。
- 為了能適應較大的工件直徑范圍，彈性夾頭前端的內孔可設計成系列規格，而與拉桿的連接尺寸保持不變。