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· 现代设计与先进制造技术 · 潘伟明 韦 呜 吴洪涛 等 高速精密动力卡盘分析与建模 47 高速精密动力卡盘分析与建模 潘伟明 ，韦 呜 ，吴洪涛 ，杨小龙 ，田志祥 (1．江苏无锡建华机床附件集团有限公司，江苏 无锡 214044) (2．南京航空航天大学 机电学院，江苏 南京 210016) 、 摘要：高速精密动力卡盘设计要求载荷大、变形小、安全系数高，通过建立高速精密动力卡盘在切 削力作用下的卡盘高爪受力模型，分析了带离心力补偿机构的卡盘结构，并针对刚度对称的卡盘 提 出了精密的夹紧力损失模型，为动力卡盘的优化设计提供了重要的理论参考。 关键词：高速；动力卡盘；切削力；夹紧力 · 中图分类号：TG751 文献标识码 ：A 文章编号：1672—1616(2012)03—0047—03 虽然高速铣削和磨削的优点同样能够体现在高 很多零部件所组成的一个封闭系统，其受力与变形 速车削过程中，但 由于缺乏高安全性和高柔性的高 之间的关系比较复杂，并且呈现一定的非线性关 速回转工件夹紧系统，使得高速车削在实际生产中 系。工艺系统刚度的定义与一个零件刚度的定义 的应用还很不普遍。高速旋转的工件及其夹紧系统 类似，是指工艺系统在受力作用下抵抗其变形的能 具有巨大的运动能量，因此是高速车削过程的主要 力。但是工艺系统刚度相比于零件刚度又有不同， 危险源和薄弱环节。爪式卡盘由于可夹紧直径范围 因为工艺系统是由机床、夹具、刀具和工件等很多 宽的工件且具有很高的柔性，因此普遍应用于回转 零部件组成的整体，所以其变形与受力之间的关系 工件的夹紧。但由于卡爪离心力的大小与转速的平 比较复杂，并不是简单的非线性关系。为了真实反 方成正比，因此在高速旋转时夹紧力下降很多，当有 映工艺系统刚度对零部件加工精度的影响，人们将 效夹紧力小于抵抗切削力所需的最小夹紧力时，工 工艺系统刚度定义为加工误差敏感方向上工艺系 件就会被甩出而造成重大事故。为了适应高速车削 统所受到的外力 与变形量z之比，即： 的要求，人们研究开发了多种以降低高速旋转时的 - K：争 (1) 夹紧力损失为目标的新型爪式卡盘如带离心力补偿 的爪式卡盘、轻型卡爪卡盘、绷带式爪式卡盘，其中 本模型在建立时主要考虑由工件、主轴、尾座、 带离心力补偿的爪式卡盘更具实用性。目前由于缺 刀具及刀架各部分组成的工艺系统在切削时由于 乏相应的理论研究，一些卡盘生产厂家研制的带离 切削力而引起的弹性变形。该工艺系统在切削轴 心力补偿装置的楔式动力卡盘…1，一般仅凭经验选 类零件时的受力变形如图1所示。 一 择卡盘的初始夹紧力和最高使用转速，因此一方面 不能保证高速旋转工件夹紧的安全性，另一方面也 L．． ： 一可 一 毒l 制约了离心力补偿卡盘[23高速潜能的充分发挥。针 封 对这些现象，本文系统地建立了车削工艺系统中卡 ● 盘的受力数学模型，并对带离心力补偿机构的卡盘 的结构进行了分析，针对刚度对称的动力卡盘提出 口 爵fI f 了精密的夹紧力损失模型。