數(shù)控車(chē)床夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析

喬 亮

（沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，沈陽(yáng) 110034）

車(chē)床由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在圓形工件的內(nèi)外圓加工中有著天然的優(yōu)勢(shì)。作為其標(biāo)準(zhǔn)的夾具配置，卡盤(pán)在車(chē)削加工中的地位無(wú)可替代。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控車(chē)床大量普及，加工需求日益多樣化，除通用動(dòng)力卡盤(pán)之外，用于滿足不同零件加工需求的專用卡盤(pán)隨之出現(xiàn)。

1 通用動(dòng)力卡盤(pán)

此類(lèi)卡盤(pán)最為常見(jiàn)，國(guó)內(nèi)外已有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品提供，用于滿足一般的車(chē)削加工要求。圖1是是常見(jiàn)的楔式結(jié)構(gòu)動(dòng)力卡盤(pán)（如SCHUNK的ROTA NCD系列），作用在零件3上的力通過(guò)楔面1和楔面2轉(zhuǎn)化為對(duì)工件的夾緊力，并且通過(guò)兩個(gè)楔面實(shí)現(xiàn)增力。

高速旋轉(zhuǎn)時(shí)由于離心力的影響，外圓夾緊時(shí)卡爪的夾緊力會(huì)受到削弱。為了減小離心力的影響，有些卡盤(pán)會(huì)設(shè)計(jì)離心力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。如圖2（SCHUNK的ROTA NCF系列）所示，卡盤(pán)內(nèi)有平衡塊3，同樣受到離心力的平衡塊3通過(guò)杠桿2的作用抵消了基爪1所受的部分離心力。

圖1 楔式卡盤(pán)

圖2 帶離心力補(bǔ)償?shù)目ūP(pán)

2 下拉式卡盤(pán)

當(dāng)工件對(duì)平面度和平行度要求較高時(shí)，加工會(huì)用到下拉式卡盤(pán)，如圖3（SMW的TSF-C/TSR-C）所示。卡緊過(guò)程中，卡爪繞支點(diǎn)內(nèi)扣（或外翻），產(chǎn)生下拉的效果，使工件與定位面貼合，通過(guò)1定心→2下拉→3夾緊三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)工件的夾緊。

圖3 下拉式卡盤(pán)夾緊過(guò)程

3 多點(diǎn)夾緊卡盤(pán)

在薄壁件的車(chē)削加工中，零件的夾緊變形不可忽視。為了減少零件變形，多點(diǎn)夾緊卡盤(pán)應(yīng)運(yùn)而生。如圖4（SCHUNK的ROTA NCR系列）所示，該卡盤(pán)通過(guò)增加夾緊點(diǎn)數(shù)量（三點(diǎn)變六點(diǎn)），使得三點(diǎn)分配的夾緊力由六個(gè)夾緊點(diǎn)來(lái)分配，降低了每個(gè)夾緊點(diǎn)上的夾緊力，從而達(dá)到減少零件變形的目的。零件1連接兩個(gè)基爪，通過(guò)調(diào)整1可以實(shí)現(xiàn)六爪同時(shí)貼合工件。

圖4 六點(diǎn)夾緊卡盤(pán)及其調(diào)整機(jī)構(gòu)

對(duì)于圓形工件或夾持部位是圓形的工件，其夾緊結(jié)構(gòu)不止上述幾種形式，針對(duì)不同零件的加工特點(diǎn)，還有其他專用產(chǎn)品。比如，用于軸類(lèi)零件加工的帶頂尖的卡盤(pán)，用于鋁輪轂加工指形卡盤(pán)，用于小直徑夾持的漲胎夾具等，在此不再贅述。

4 非圓形工件車(chē)削加工的夾緊結(jié)構(gòu)

對(duì)于夾持部位是非圓形零件的車(chē)削加工，在沒(méi)有卡盤(pán)（如兩爪/四爪卡盤(pán)常用于非圓部位的夾持）可供選用的情況下，就必須根據(jù)零件的加工需求自行設(shè)計(jì)定位夾緊裝置。夾緊裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮工件的定位方式、工件的大小形狀、工件的加工要求、加工批量、切削力的方向、加工過(guò)程與刀具的干涉、動(dòng)力源的來(lái)源等因素，選擇較為合理、簡(jiǎn)單的方案。下面就以某異形平板零件為例介紹其夾緊結(jié)構(gòu)。

如圖5所示，工件是外形近似不規(guī)則多邊形的平板零件，加工面為A面，定位面為E面，壓緊位置為B、C、D三處。加工設(shè)備為數(shù)控車(chē)床，人工上下料，自動(dòng)夾緊（動(dòng)力源為機(jī)床標(biāo)配油缸）?；诖?，對(duì)其夾緊結(jié)構(gòu)的要求為：夾緊結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；夾緊行程在油缸行程內(nèi)；夾緊結(jié)構(gòu)要有足夠的張開(kāi)范圍，以便于上下工件；考慮到壓緊面積小，還需要有防工件甩出的裝置。

圖5 零件加工部位及夾緊部位

鑒于該工件的外形，壓緊結(jié)構(gòu)沿徑向布置，理由如下：沿軸向布置，壓緊結(jié)構(gòu)尺寸較大，力臂長(zhǎng)，壓板張開(kāi)行程較長(zhǎng)；壓緊面小，壓緊結(jié)構(gòu)局部受力不均勻，壓緊不可靠。

徑向布置的壓緊結(jié)構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)方式有以下方案：采用鉤型旋轉(zhuǎn)壓板，使壓緊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)（避讓工件，方便上下料）和上下移動(dòng)動(dòng)作（實(shí)現(xiàn)工件的夾緊）；使用連桿機(jī)構(gòu)，利用杠桿原理實(shí)現(xiàn)壓緊。使用鉤型壓板結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要在壓板主體圓桿上加工凸輪曲線，以滿足動(dòng)作的要求，零件加工要求較高，而且壓板的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作占用平面空間，容易發(fā)生干涉；連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。因此，選用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工件的夾緊。

圖6 壓緊結(jié)構(gòu)

壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6所示。支點(diǎn)設(shè)在壓板5后端，壓板5與支柱7之間通過(guò)銷(xiāo)釘連接，保證壓板的運(yùn)動(dòng)軌跡是繞銷(xiāo)釘轉(zhuǎn)動(dòng)。推桿4、連桿6及壓板5構(gòu)成了連桿機(jī)構(gòu)，三個(gè)零（桿）件之間均通過(guò)銷(xiāo)釘連接。當(dāng)油缸動(dòng)作時(shí)，帶動(dòng)推桿4沿套筒8上下移動(dòng)，通過(guò)連桿6驅(qū)動(dòng)壓板5繞銷(xiāo)釘轉(zhuǎn)動(dòng)。推桿4上移，壓板5張開(kāi)；推桿4下移，壓板5落下壓緊工件。推桿4的下端有調(diào)整裝置，保證壓板與工件的可靠接觸；而墊塊2布置在壓緊點(diǎn)的下方，防止產(chǎn)生壓緊變形。

此外，考慮到壓緊面積小，該夾具還在工件邊緣及中心孔設(shè)計(jì)了限位裝置，防止工件甩出，其細(xì)節(jié)不再詳述。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于夾持部位是圓形的工件，可以根據(jù)其加工要求選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)夾具（動(dòng)力卡盤(pán)），當(dāng)工件采用端面定位時(shí)，只需在卡盤(pán)端面增加定位裝置即可；對(duì)于夾持部位是非圓工件，則需要在工件加工需求的基礎(chǔ)上，綜合考慮工件、設(shè)備、切削力、定位方案等因素進(jìn)行專用夾具設(shè)計(jì)。只有在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，才能使夾具滿足工件千變?nèi)f化的加工需求。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]張英.數(shù)控機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的分析與應(yīng)用[J].科技資訊，2012，（8）：101.