现代车床主轴转速日趋提高,为离心夹具的发展和应用推广提供了极为良好的条件。但是,对于以内孔定位的工件装夹来说,传统的离心夹具只能适应较小直径的工件。这是因为工件内孔直径较大时,势必造成安装离心重块的部分结构尺寸过于庞大。造成该部分尺寸过于庞大的根本原因,在于传统离心夹具中的离心重块,不是直接地作用于工件内壁,而是通过机构传递至夹紧元件后再作用于工件内壁。这无疑在很大程度上限制了离心夹具的应用范围。此前,钟康民、郭培全等人提出了将离心夹具中的离心重块,依照功能分为增力重块和驱动重块,并在二者之间设置增力机构的设想,使得采用离心夹具装夹内孔直径较大的工件成为了可能。下面我们要介绍的,是基于斜楔增力机构的离心式内孔夹具的工作原理及力学计算问题。 图1 工作原理图 工作原理采用斜楔增力机构的离心式内孔夹具的工作原理见图1。由图1可见,该夹具具有功能不同的两类离心重块——增力重块和驱动重块,二者之间通过斜楔增力机构进行力的传递;增力重块和驱动重块的周向位置及运动方向,由固定在夹具体上的导向销确定。正常工作时,驱动重块的外圆弧面与工件内壁始终保持接触,而增力重块与工件内壁始终是不接触的。 工件以精加工或半精加工过的内孔在夹具体上定位,二者之间的间隙较小;而夹具体则联结在车床主轴上。当夹具体在车床主轴的驱动下以角速度w旋转时,增力重块和驱动重块便分别产生离心力Fc1、Fc2。在离心力的作用下,增力重块和驱动重块将沿各自的离心方向向外运动,驱动重块的外圆弧面便与工件内壁接触,并对工件内壁施加作用力F。 该作用力F由以下两部分组成∶(1)驱动重块自身产生的离心力Fc2;(2)增力重块产生的离心力Fc1,经斜楔增力后,作用在驱动重块运动方向、即力Fc2、F的方向上的分力。在两个等值、反向的力F所产生的摩擦转矩的驱动下,工件便与夹具体同向同步旋转。切削过程开始后,这两个等值、反向的力F所产生的摩擦转矩,便抵抗由切削力所产生的切削力矩。 需要注意的是,为每个驱动重块导向的导向销数量是2只,而为每个增力重块导向的导向销数量是1只。其原因在于,工件是以内孔为基准在夹具体上定位的,如果为每个增力重块导向的导向销数量也是2只,则无法保证两个驱动重块对工件内壁施加相等的作用力,甚至无法保证两个驱动重块都能与工件内壁接触。 此外还应当注意,图1所示离心式内孔夹具仅是原理性的。在进行具体结构设计时,一般应为增力重块、驱动重块等设置防护装置,并为驱动重块设置复位弹簧。 力学计算
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