中心架聯動機構的研究

邊 輝

(煙臺環球機床附件研究所，山東煙臺 264002)

中心架是以液壓油作為動力源，通過活塞推動凸輪，并依靠精確的凸輪曲線推動上下兩夾持臂即中夾持臂(與凸輪固定在一起)作等半徑的移動，來實現自動定心，如圖1所示。為保證中心架較好地夾持工件，在中心架夾持或松開動作中三夾持臂需時刻保持一致性，亦即側夾持臂與凸輪須時刻保持緊密接觸。目前在世界范圍內中心架內部聯動機構有伸縮桿和聯動板機構兩種。此兩種結構特點各異，在中心架不同規格不同應用場所分別擔當著重要的角色。

1 伸縮桿機構

此結構中側夾持臂與凸輪的連接依靠一帶預拉伸力拉簧的連接桿機構實現緊密連接。該結構設計簡單，加工容易，且易裝配。目前主要在大規格中心架中有廣泛的應用。因側夾持臂與凸輪屬柔性連接，因此在大重量工件裝夾時即使與側夾持臂造成沖撞，亦不會對中心架體內零件造成較大程度的損傷。該伸縮機構的動作過程是：活塞帶動凸輪前后移動，使得連接側夾持臂與凸輪的伸縮桿內的拉簧，在拉簧兩固定端連線上作類似正弦規律變化伸長或收縮。該拉力在中心架全工作范圍內忽大忽小，產生不規則的交變應力。由于拉簧自身力學性能的限制，其疲勞強度一般較低。該類型結構中拉簧在工作中拉伸長度時刻在變，因此其在較理想的情況下一般作用次數為103次，壽命有限。若拉簧再受冷卻液等的侵蝕，其自身的疲勞強度還會降低、甚至會出現被拉斷等問題。因此拉簧的力學性能決定了中心架動作可靠性的強弱，不可避免地在多次往復動作后會使中心架出現張不開或張不到位、張開動作遲緩等問題，給中心架的使用造成一定程度的影響。

對此類型的聯接結構，根據其自身的結構特點，在設計時盡量做到：(1)保證足夠的拉力，中心架工作時由于在使用條件較惡劣的情況下，側夾持臂在自身回轉軸轉動部與中心架體或蓋之間不可避免地有切屑等雜物進入，容易造成側夾持臂的擠壓阻力矩，因此拉簧應有足夠的力量儲備來克服某些未知的阻尼。(2)拉簧在中心架全工作范圍內的伸縮變形幅度越小越好，以提高拉簧的使用壽命，另外還應對拉簧的外部使用環境做好密封，使其盡量減少冷卻液等的侵蝕，最大程度地增加該類結構的使用壽命。

2 聯動板機構(圖2)

在此機構中側夾持臂與凸輪的連接由一高剛性的聯動板實現緊密連接。該結構驅動強度高，受力合理，耐磨損，壽命長；缺點是聯動板結構曲線槽需與凸輪曲線保持一定的幾何關系，設計較復雜，加工工藝性較差，各作用點位置要求嚴，生產成本高。目前在所有規格中心架中有著廣泛的應用。此結構從根本上解決了上述伸縮桿結構出現的問題，另外解決了凸輪在快速退回時由于彈簧的滯后效應造成的中間夾持臂與兩個側夾持臂動作不一致的問題，而且聯動板在受冷卻液侵蝕時，對中心架張開松開動作影響小。該動作過程是(圖2)：凸輪上的銷軸在凸輪后退時通過與聯動板上的曲線槽作用，推動聯動板繞回轉軸順時針旋轉，同步聯動板上的直槽撥動帶銷軸的側夾持臂沿回轉軸5逆時針轉動，從而實現中心架的張開。夾持過程與此動作相反。需要說明的一點是，在實現夾緊松開動作時，為防止凸輪作用面與聯動板曲線槽型干涉，應使曲線槽寬略大于凸輪上的銷軸直徑。

對此類型的聯接結構，在設計時盡量做到：(1)聯動板在回轉中應保證不出現自鎖。該結構屬凸輪機構中的反凸輪機構。結構如圖3所示。從機械原理知，機構不自鎖的條件是聯動板繞固定點回轉的速度方向u與銷軸對曲線槽正壓力N的分力N1方向的夾角 α≤［α］，［α］一般可取 30°～38°。(2)聯動板、各回轉銷軸應保證有足夠的強度和硬度。該機構因屬剛性連接，在大重量工件裝夾時不可避免地存在側夾持臂與工件的碰撞，若沖擊力過大，則銷軸就容易被剪斷，或聯動板斷裂，使聯動機構失效，造成中心架無法使用。

3 結語

以上通過對兩種結構的定性分析，使大家能比較深入地了解數控自定心中心架的聯動結構，同時對中心架用戶正確使用中心架亦有一定的指導作用，以期得到比較理想的使用狀況，為企業帶來更大的收益。另外，聯動板結構作為一種新型的結構，設計巧妙、結構新穎，可為廣大的機械設計人員提供一種結構參考，同時為該類結構的應用以及結構衍變提供有用的參考。