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基于滑块式与凸轮式的自定心中心架特征分析

日期:2020-08-13 03:29 作者:365足球体育app下载

  基于滑块式与凸轮式的自定心中心架特征分析_数学_自然科学_专业资料。基于滑块式与凸轮式的自定心中心架特征分析 崔文豪,王恒,李铭楠 【摘 要】[摘要]轴类工件在磨削加工过程中受磨削力作用会产生变形,为了减 少这一误差对工件实际生产的影响,因此需要自定心中心架来辅助加工

  基于滑块式与凸轮式的自定心中心架特征分析 崔文豪,王恒,李铭楠 【摘 要】[摘要]轴类工件在磨削加工过程中受磨削力作用会产生变形,为了减 少这一误差对工件实际生产的影响,因此需要自定心中心架来辅助加工,而自 定心中心架的种类对加工精度对工件的加工精度也会产生一定的影响。鉴于此, 从材料力学角度对加工过程中的工件变形作了理论研究,在一定工况下产生的 磨削力的条件下使用磨削力理论模型计算,结合凸轮式机构与滑块式机构自定 心中心架的结构特点,采用分离法和控制变量法对其受力和稳定性进行分析, 对今后自定心中心架的设计有一定的参考价值。 【期刊名称】《农业装备与车辆工程》 【年(卷),期】2019(057)009 【总页数】5 【关键词】[关键词]磨削加工;自定心中心架;磨削力理论;滑块式;凸轮式 修回日期:2018-09-05 0 引言 目前,传统机械行业在加工轴系部件如曲轴、细长轴时,不但轴系类的材料性 能要求较高,而且加工制造的尺寸和形位公差对制造水平也有较高的要求标准; 受制于轴系类零件的形状尺寸的限制,以及受其自重和加工过程中产生的磨削 力影响,工件会产生一定的挠度,多重因素的效果叠加会对零件的动态特性及 加工精度造成影响[1-2]。为了保证工件在加工过程中不出现腰鼓形和“让刀” 现象,所以对于丝杠、曲轴等细长轴的制造相关研究始终围绕两个方面,一是 采用特殊加工工艺,二是采用中心架和跟刀架等辅助支撑装置。其中,辅助支 撑是保证被加工工件的加工精度最直接、最有效的方法。而辅助支撑装置自身 的加工精度和定位精度直接影响被加工工件的精度,辅助支撑装置的调节和操 作效率直接影响机床的加工效率。中心架作为机床的典型辅助支撑装置,伴随 着车床的诞生而诞生。随着加工精度要求的提高,高精度中心架在螺纹磨床中 应用越来越多[3]。下面对目前常用的两种自定心中心架进行分析。 1 凸轮式自定心中心架 目前使用较为广泛的凸轮式自定心中心架结构如图 1 所示。一般来说,凸轮结 构的自定心中心架是采用凸轮的廓形约束夹持臂夹持待加工工件,当中心支臂 伸出时,上、下支臂沿凸轮结构轮廓同时张开,绕安装位置的铰链轴转动,迫 使上、下两个夹头同时向待加工工件的方向运动,完成夹持过程;完成磨削加 工过程后,中心支臂收缩,复位结构带动上、下支臂张开。 砂轮与工件接触后,引起工件产生弹性变形、塑性变形以及砂轮磨粒与工件表 面之间摩擦综合作用形成磨削力[4]。在实际生产制造过程中,带凸轮结构的中 心架夹持工件时,驱动力传递给凸轮结构,与凸轮结构接触的上、下支臂的滚 轮受力,上、下支臂的受力点在滚轮和铰链轴处。考虑到中心架装配过程中铰 链轴处与支臂可能存在装配间隙,上、下支臂与凸轮结构部件的接触为线-线式 接触不如面-面式接触稳定。此外,中心架中的凸轮结构的凸轮轮廓曲面的加工 精度及曲面的加工精度难以保证,在一定程度上会影响凸轮结构中心架的定心 精度。 2 滑块式自定心中心架 滑块式自定心中心架主要由液压油缸和机械定心结构两部分构成,二者通过推 杆连接。其完整运动过程可分解为:伸出过程、夹紧过程和缩回过程 3 个运动 过程。 如图 2 所示,在实际生产支撑工件时,3 个夹头从外部箱体内伸出,此时中间 滑块受驱动力作用下向工件方向运动,带动上、下两机爪臂从外部箱体中露出, 向工件的两侧逐渐张开。当上、下两机爪达到最大张开位置时,受定位块作用 的影响,同时向待加工工件靠近,与此同时,中间滑块带动中间机爪也向待加 工工件靠近,以夹持待磨工件而进行定心。当工件加工完成之后,中间滑块运 动时受到相反的拉力,迫使中间滑块向反方向运动,中间滑块推动上、下机爪 远离待加工工件直至缩回中心架外部箱体的内部[6]。 滑块式自定心中心架的零部件结构如中间滑块和机爪臂,均采用四面体结构设 计,在中心架的夹持过程中,中间滑块的滑槽与上、下机爪臂的接触均是面接 触,其支撑刚性大,优于凸轮结构中心架的凸轮上的线 自定心中心架力学模型建模 3.1 有磨削力作用下的滑块式机构分析 进行基于滑块式自定心中心架在夹持工件状态下受磨削力作用时的分析。在实 际生产中,滑块式自定心中心架固定于磨床上,工件会受到砂轮磨削力的作用, 此处假定砂轮中心线与自定心中心架定位的工件中心线处于同一水平面上。磨 削力的分量法向磨削力为 F,使用分离体法对滑块式自定心中心架的部件结构 进行静力学分析[7]。 工件受力分析如图 3 所示。 静力学平衡方程为 上机爪受力分析如图 4 所示。F4 为中间滑块受驱动力作用下对上机爪产生的法 向力,F5 为定位块对滑轮产生的法向力。 由静力学平衡方程可得 下机爪受力分析如图 5 所示,与上机爪的结构对称。 由静力学平衡方程可得 中间滑块受力分析如图 6 所示。中间滑块上的夹头受到的反作用力 F1 以及中 间滑块受到液压油缸的驱动力 P,上、下机爪对中间滑块的法向力的反作用力 为 F4 和 F6。 由静力学平衡方程可得 滑块式自定心中心架的驱动力由后置液压油缸提供,对液压油缸进行分析,如 图 7 所示。 假定该液压油缸活塞直径为 D,活塞杆直径为 d,无杆腔一端油压为 P1,有杆 腔一端的油压为 P2,则当液压油进入无杆腔时,液压油缸的推力 P 为[8] 若不计有杆腔压力 P2,则推力 P 的计算公式为 综上所述,将式(1)—式(4)联立,可得 忽略上定位块对上机爪的作用力 F5 及下定位块对下机爪的作用力 F7,可得 其作用力与反作用力等条件与无磨削力作用下的分析相同,此处不再进行赘述, 受磨削力作用下 3 个夹头的力幅值计算模型为 取 α=60°,β=30°和 α=80°,β=40°结构参数,磨削力的分量法向磨削力为 F=500 N,受磨削力作用下自定心中心架三夹头受力情况如表 1 和表 2 所示。 在滑块式机构中,当 α=60°,β=30°时,由式(9)中 F1=F+2F2cosα 得到 F1=F+F2。可以看出,中夹头的夹紧力的幅值比上、下

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