中心架联动机构的研究

边 辉

(烟台环球机床附件研究所，山东烟台 264002)

中心架是以液压油作为动力源，通过活塞推动凸轮，并依靠精确的凸轮曲线推动上下两夹持臂即中夹持臂(与凸轮固定在一起)作等半径的移动，来实现自动定心，如图1所示。为保证中心架较好地夹持工件，在中心架夹持或松开动作中三夹持臂需时刻保持一致性，亦即侧夹持臂与凸轮须时刻保持紧密接触。目前在世界范围内中心架内部联动机构有伸缩杆和联动板机构两种。此两种结构特点各异，在中心架不同规格不同应用场所分别担当着重要的角色。

1 伸缩杆机构

此结构中侧夹持臂与凸轮的连接依靠一带预拉伸力拉簧的连接杆机构实现紧密连接。该结构设计简单，加工容易，且易装配。目前主要在大规格中心架中有广泛的应用。因侧夹持臂与凸轮属柔性连接，因此在大重量工件装夹时即使与侧夹持臂造成冲撞，亦不会对中心架体内零件造成较大程度的损伤。该伸缩机构的动作过程是：活塞带动凸轮前后移动，使得连接侧夹持臂与凸轮的伸缩杆内的拉簧，在拉簧两固定端连线上作类似正弦规律变化伸长或收缩。该拉力在中心架全工作范围内忽大忽小，产生不规则的交变应力。由于拉簧自身力学性能的限制，其疲劳强度一般较低。该类型结构中拉簧在工作中拉伸长度时刻在变，因此其在较理想的情况下一般作用次数为103次，寿命有限。若拉簧再受冷却液等的侵蚀，其自身的疲劳强度还会降低、甚至会出现被拉断等问题。因此拉簧的力学性能决定了中心架动作可靠性的强弱，不可避免地在多次往复动作后会使中心架出现张不开或张不到位、张开动作迟缓等问题，给中心架的使用造成一定程度的影响。

对此类型的联接结构，根据其自身的结构特点，在设计时尽量做到：(1)保证足够的拉力，中心架工作时由于在使用条件较恶劣的情况下，侧夹持臂在自身回转轴转动部与中心架体或盖之间不可避免地有切屑等杂物进入，容易造成侧夹持臂的挤压阻力矩，因此拉簧应有足够的力量储备来克服某些未知的阻尼。(2)拉簧在中心架全工作范围内的伸缩变形幅度越小越好，以提高拉簧的使用寿命，另外还应对拉簧的外部使用环境做好密封，使其尽量减少冷却液等的侵蚀，最大程度地增加该类结构的使用寿命。

2 联动板机构(图2)

在此机构中侧夹持臂与凸轮的连接由一高刚性的联动板实现紧密连接。该结构驱动强度高，受力合理，耐磨损，寿命长；缺点是联动板结构曲线槽需与凸轮曲线保持一定的几何关系，设计较复杂，加工工艺性较差，各作用点位置要求严，生产成本高。目前在所有规格中心架中有着广泛的应用。此结构从根本上解决了上述伸缩杆结构出现的问题，另外解决了凸轮在快速退回时由于弹簧的滞后效应造成的中间夹持臂与两个侧夹持臂动作不一致的问题，而且联动板在受冷却液侵蚀时，对中心架张开松开动作影响小。该动作过程是(图2)：凸轮上的销轴在凸轮后退时通过与联动板上的曲线槽作用，推动联动板绕回转轴顺时针旋转，同步联动板上的直槽拨动带销轴的侧夹持臂沿回转轴5逆时针转动，从而实现中心架的张开。夹持过程与此动作相反。需要说明的一点是，在实现夹紧松开动作时，为防止凸轮作用面与联动板曲线槽型干涉，应使曲线槽宽略大于凸轮上的销轴直径。

对此类型的联接结构，在设计时尽量做到：(1)联动板在回转中应保证不出现自锁。该结构属凸轮机构中的反凸轮机构。结构如图3所示。从机械原理知，机构不自锁的条件是联动板绕固定点回转的速度方向u与销轴对曲线槽正压力N的分力N1方向的夹角 α≤［α］，［α］一般可取 30°～38°。(2)联动板、各回转销轴应保证有足够的强度和硬度。该机构因属刚性连接，在大重量工件装夹时不可避免地存在侧夹持臂与工件的碰撞，若冲击力过大，则销轴就容易被剪断，或联动板断裂，使联动机构失效，造成中心架无法使用。

3 结语

以上通过对两种结构的定性分析，使大家能比较深入地了解数控自定心中心架的联动结构，同时对中心架用户正确使用中心架亦有一定的指导作用，以期得到比较理想的使用状况，为企业带来更大的收益。另外，联动板结构作为一种新型的结构，设计巧妙、结构新颖，可为广大的机械设计人员提供一种结构参考，同时为该类结构的应用以及结构衍变提供有用的参考。