可隐藏的滑块式支臂自定心中心架设计与应用

摘 要：介绍了可隐藏的滑块式支臂自定心中心支架结构及在数控曲轴磨床中的实际应用。该机构具有很好的自动定心功能，并能在一定直径范围内适应不同直径曲轴的固定夹持。

关键词：可隐藏支臂；自定心中心架；数控曲轴磨床

前言

自定心中心支架作为一种机床附件，随着数控机床的发展而发展[1]。目前，机床使用的自定心中心架均为杠杆铰链式中心架，其结构主要由中心架本体、上下支臂及中心支臂组成。这种结构的中心架支撑工件时，其上下支臂的受力点在滚轮和铰链上，由于铰链轴与支臂存在配合间隙，并且中心支臂上滚轮滚动曲面的加工精度及对称性都很难保证，这些因素都直接影响到中心架的自定心精度。

由于滚轮在中心支臂上滚动，其接触为线接触，中心支臂上的滚动面及上下支臂与中心架本体连接的铰链容易磨损，因此，其支撑刚性差，使用寿命短。由于中心架的支臂只能张开和收缩，工件的安装与取出时不能避让支臂，因而容易产生工件与中心架发生碰撞事故，这必然会造成加工好的工件被撞伤，严重时还会将中心架撞坏使其失效，这种状况在加工大台阶的工件时显得尤其明显。

1 滑块式支臂自定心中心架设计

1.1 滑块式支臂自定心中心架结构说明

一种支臂可隐藏的滑块式自定心中心架，该中心架的三个支臂能以张开状态自动隐藏到中心架本体内，支撑工件时，三个支臂从中心架本体内伸出，并以三个支臂同时向一个固定圆心移动的自定心状态夹紧工件。摇臂式支臂自定心中心架；自定心中心架具有定心性好，不用调整，效率高等优点，因此它是高档数控车床车长轴时的必选部件。目前国内广泛使用这种自定心架的数量，在工时、精度方面的不足。

特点：滑块式支臂可隐藏；结构简单，运动可靠。

1.2 滑块式支臂自定心中心架工作原理：论证自定心永远在设定平面上

滑块式支臂自定心中心架，两端各有一个支撑硬件。随着中心臂的伸张与收缩，上下支臂围绕铰链轴同时转动，当中心支臂在同一工件上时，上下臂也随之张开。上下支臂在设定的平面对称问题上，它们与安装在滑块上的中心支臂组成三点支撑。

由于滚轮处在侧板上与滑块运动方向的槽内滚动，所以上下滑杆在其各自的矩形滑动斜槽中与滑块相对静止。当中心支臂和上下支臂均收缩隐藏在左右侧板和上下连接板组成的方框内，滚轮在处于支臂平移槽中，此时上下支臂处于张开状态并且与中心支臂同时向右平移，从左右侧板和上下连接板组成的方框内伸出，当滚轮进入支臂圆弧槽中时，此时滚轮带动安装在滑杆在滑块上的矩形斜槽内滑动，使上下支臂开始收缩边向右移动，但此时三个支臂确定的圆心是在设定的平面内向右移动，滑块继续向右滑动，使滚轮进入曲线槽中与滑块运动方向成一定夹角的直线槽中，滚轮带动安装在滑杆上的上下支臂继续收缩。由于此段直线槽与滑块运动方向所成的夹角为滑块上矩形斜槽和滑块运动方向所成的夹角的二倍，通过运动学的分析计算，上下支臂和中心支臂会以相同的速度向设定平面上的一个固定点移动，这样，在单位时间内上下支臂和中心支臂向这个固定点移动的距离相等，因此，自定心永远在设定的平面上。

1.3 三支撑点朝/离心运动速度相等（自定心理论）

在滑块的两个侧面，则设置了两个与滑块滑动方向成一定夹角的矩形斜槽，先设定一个平面，使这两个矩形斜槽及上述两曲线槽是关于此平面成对称分布，上下滑杆在矩形斜槽中可以滑动，上下滚轮则分别安装在上下滑杆靠近滑块驱动机构的末端，并在侧板上的曲线槽内滚动，上下滑杆的另一端则分别安装了支撑工件的上下支臂，上下支臂关于设定的平面对称，它们与安装在滑块上的中心支臂组成三点支撑，且始终朝一个方向运转。上下支臂和中心支臂会以相同的速度向设定平面上的一个固定点移动，这样，在单位时间内上下支臂和中心支臂向这个固定点移动的距离相等，且离心速度相同。

设滑块相对于地面朝右运动的瞬时速度为V0，下滑杆相对于矩形槽轨的运动速度为V1，方向沿着图示方向。则下滑杆相对于地面的运动方向实则为V0和V1的合运动方向，即沿曲导轨中心线的方向。根据平行四边形法则，由于角度A=2B，可知道其下滑杆运动的合速度V等于V0，方向为曲导轨中心线方向。

1.4 滑块式支臂自定心中心架的可靠性分析

与摇臂式自定心中心架相比，滑块式中心架支臂具有自动性、灵活性以及高效性的特点。其中心架隐藏于体内，在支撑工件时，滑杆与滑块矩形斜槽的接触面积最大，在需要支撑工件时，三个支臂可从中心架本体内随时伸出，并以自定心的方式支撑工件，方便工件的取出与安装。滑块和滑杆机构均为四面的方框结构，因此其支撑刚性也最大，滑块、滑杆及滑槽均为通透式结构，制造方便，结构简单，可靠性强。

1.5 滑块式支臂自定心中心架的精度分析

由于中心架支臂可隐藏于其体内，在需要支撑工件时，三个支臂可从中心架本体内伸出，并以自定心的方式支撑工件，方便工件的取出与安装，滑块和滑杆机构均为四面的方框结构，在支撑工件时，滑杆与滑块矩形斜槽的接触面积最大，因此其支撑刚性也最大，滑块、滑杆及滑槽均为通透式结构，制造方便，结构简单，其精度也容易保证。

2 滑块式支臂自定心中心架的推广应用

滑块机构中的滑槽均为通透式矩形结构，所以方便制造，制造精度容易保证。滑块式支臂自定心中心架的优点：适应了粗精加的支承需要，减少了附件使用和加工工序，保证了曲轴加工工艺的顺利进行。整个加工过程，解决了支承块的摩擦发热问题，节省了切削液，提高了加工质量，扩大了普通中心架的使用范围。高速切削时，可代替滚动轴承中心架9采用软爪可代替尼中心架9，正常情况下可代替辅助套筒直接支承一些非圆柱表面。特殊情况下，可将主体座上的三爪自定心卡盘替换为四爪单动卡盘进行校正装夹。用新型自定心中心支架的在某机床上应用的情况。新型的中心支架，在汽车机床制造中，相比其他支架而言，具有以下几方面的优势：首先，自定心中心架，制作简单，耗费材料少，有利于企业减少成本，降低企业产品生产成本；其次，自定心中心架无论是在工作原理还是工作机制上，都能在最短的时间内，实现高速运转，离心速度达到最高；此外，在汽车机床制造上，由于设备复杂，难度高，而自定心中心架在一定程度上有利地解决了这个问题。最后，相比其他支架而言，自定心中心架是目前国内最为先进的技术，尤其是在我国的汽车机床的运用、试用中。

3 结束语

新型自定心中心支架定心精确，调整迅速，能较方便地夹持不同直径的一下件的任意部分，解决了使用普通中心架中遇到的一些问题。目前广泛地应用在数控曲轴磨床的工件的装夹上。

参考文献

[1]刘夏国.产数控机床附件产品的现状及发展趋势[J].

[2]刘文新.滑块式自定心支架[M].山东出版社，2000.

[3]陈凡.新型自定心支架[M].机械工业出版社，1999（3）.

[4]张杰.自定心中心架的运用[M].黑龙江出版社，2001.

[5]朱盈.中心架[J].中心架在机床中的应用，2003（3）.

作者简介：余志凌（1970，8-），女，汉族，湖北孝感人，职称：工程师，研究方向：机械工程。