液压自适应心轴的研制与应用

　　在车床、磨床加工中，薄壁套类工件的加工较为困难，精度越高难度越大。在诸多因素中，如工件的材料，刀具材料的选择以及刀具的几何角度，机床的刚度，夹具及装夹方式的选择，都对工件精度有不同程度的影响，其中，夹具及装夹方式对薄壁工件加工精度影响最大。在诸多的装夹方式中，如车削薄壁工件内孔时，使用保护套以增加装夹刚性，精加工外圆时，使用各类心轴( 微锥，弹性可涨，液塑涨力心轴) 都会使工件因夹紧力而产生不同程度的弹性变形，使工件达不到图纸要求的精度。本设计采用液压知识。因液体容易流动，而且几乎是不可压缩的。液体受压后，其内部的压力强度可以向各个方向传递。液压自适应心轴正是利用了液体的这一特征。研制液压自适应夹具，主要目的就是要解决夹紧力对薄壁工件所造成的变形，从而解决高精度薄壁工件加工难题。

　　1 液压传动中压力的传递原理

　　由静压力基本方程式 P = P₀+ γh 可知，液体中任何一点的压力都包含有液面压力 P₀，或者说液体表面的压力 P₀等值地传递到液体内所有的地方。这称为帕斯卡原理或静压传递原理。通常在液压系统的压力管路和压力容器中，由外力所产生的压力 P0要比液体自重所产生的压力 γh 大许多倍。即对于液压传动来说，一般不考虑液体位置高度对于压力的影响，可以认为静止液体内各处的压力都是相等的。

　　图 1 是运用帕斯卡原理寻找推力和负载间关系的实例。图中垂直、水平液压缸截面积为 A₁、A₂; 活塞上负载为F₁、F₂。两缸互相连通，构成一个密闭容器，则按帕斯卡原理，缸内压力到处相等，p₁= p₂，于是 F₂=F₁× A₂/ A₁，如果垂直液压缸活塞上没负载，则在略去活塞重量及其他阻力时，不论怎样推动水平液压缸活塞，不能在液体中形成压力。

　　2 本设计拟解决的问题

　　我公司磨床动静压轴承采用铜基合金作为轴瓦( 图 2) ，因工件几何尺寸较大，壁厚只有 7. 5 mm，轴瓦冷装前 Φ105 mm 外圆圆度要求达到 0. 003 mm，加工非常困难。为保证外圆的加工精度，在工艺要求上，对内孔进行了磨削及研磨加工。因内孔圆度很难达到0. 003 mm 以下，使用微锥心轴，因内孔研磨后各工件内孔尺寸不一致，心轴锥度必须在 1∶ 20 000 以上，而且需制作直径尺寸不等的多根心轴。心轴较长且重量大，一人无法完成对工件的装夹，工件在心轴上装卸困难，常因敲击卸下工件而使工件变形。由于锥度装夹，内孔圆度基本完全复制到外圆上，很难达到图纸设计要求。弹性可涨心轴体积小，重量轻只有微锥心轴重量的 1/5，装夹工件方便灵活，但因自身精度很难提高，涨紧工件时变形量不一致，使工件圆度超差。液塑涨紧心轴和弹性可涨心轴一样，因涨紧力作用在内孔上，使工件变形。在使用了各种心轴进行了外圆磨加工，都不能达到图纸的设计要求，而经常让步使用。分析上述心轴造成工件超差的原因，其共同点是: 将夹紧力作用在工件内孔，因工件内孔椭圆而使工件发生弹性变形 ，造成工件外圆圆度超差。