曾翔-典型车床夹具结构的具体分析

典型车床夹具结构的具体分析
姓名：曾翔
身份证号码： 410205************
工种：数控加工中心
等级：预备技师
培训单位：开封技师学院
鉴定单位：开封技师学院
2010年12月16日
内容摘要：机床夹具是一种不可缺少的工业装备，它直接影响着工件的加工精
度、劳动生产率和产品的制造成本等。

车床夹具的结构决定加工出来零件的优劣，只要良好的夹具，才能生产出人们所需要的优质零件。

关键词：车床夹具典型结构具体分析
典型车床夹具结构的具体分析
在机械制造批量生产中，合理使用夹具具有十分重要的意义。

它不仅能够保证产品加工质量，提高生产效率，而且还可以扩大机床的使用范围，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，因此，机床夹具在机械制造业中占有十分重要的地位。

典型车床夹具对于加工精度高，且零件都要大批量生产，对于车削加工尤其是数控加工在生产中占有很大比重。

常见的典型车床夹具结构可归纳为一下四种：顶尖式夹紧结构；弹性套式夹紧结构；中心距可调整单边夹紧机构；双臂拉杆式夹紧结构。

下面对这几种结构进行详细的分析。

一、顶尖式夹紧结构
该结构（如图1所示）一般是在普车和数控机床上使用，主要适用于加工零件的端面、外圆及外沟槽。

夹具由死顶尖和活顶尖两部分组成，死顶尖与主轴相配，根据具体零件结构设计，活顶尖一般是由标准顶尖改制而成。

顶尖1的莫氏锥柄直接插入车床锥孔，工件以内孔及端面定位，车床尾座顶尖2与工件端面顶紧，当机床主轴高速旋转时，工件带动尾座顶尖一起旋转，靠端面产生的摩擦力夹紧零件，所以适用于切削
力不是很大的场合。

这种夹具具有结构简单、工作稳定的优点，缺点是工作强度大，操作费力，如果将机床尾座顶尖改造为由汽缸推动，这就克服了上述的缺点。

二、弹性套式夹紧结构
弹性套式夹紧机构分为内涨式夹紧机构和弹簧卡头式夹紧机构；其工作原理相同，都是通过弹性套受力后的均匀弹性变形实现对工件的自动定心夹紧。

1.内涨式夹紧结构(如图2所示)
（1）工作原理
夹具1安装在车床主轴上，工件以端面和内孔定位，定位座2是弹性涨套的后椎体，当拉杆3带动拉钉4向左运动时，弹性涨套外涨夹紧工件。

弹性涨套的结构(如图3所示)：为了实现弹性变形，弹性涨套开有8个均匀分布的槽，以保证内孔受力均匀。

弹性涨套材料为65Mn,回火硬度HRC45°－HRC50°。

分析整套夹具，受力做大的零件是弹性涨套，为了防止弹性涨套受力过大产生拉裂变形，拉钉4和拉杆3的轴向位移都得到限制，其作用移动距离均为3mm，这样，即可避免弹性涨套拉裂变形，又可防止松开时拉钉4与零件端面相撞。

（2）夹紧力的分析计算
弹性涨套锥面配合角度为30°，其夹紧力扩力比为：i=w/Q=1/tg(а+Φ1)
式中：Q——设备原动力
W——弹性涨套产生的夹紧力
а——弹性涨套配合锥面角度
Φ1——锥面上的摩擦角度（tgΦ1取0.1） i=1/tg(30°+arctg0.1)=1.4
六角车床使用的回转汽缸直径为150mm，产生拉力560Kgf,弹性涨套对零件产生的径向夹紧力P=1.4×560=784Kgf，故其夹紧力是足够的。

数控车床拉杆最大推力可达3000Kgf以上，其夹紧更加可靠。

2.弹簧卡头式夹紧机构（如图4所示）
工件以外圆与端面定位，本体2的锥面与弹簧卡头的锥面配合，弹簧卡头与拉杆1相连，当拉杆1带动弹簧卡头向左运动时，弹簧卡头夹紧零件。

卡头松开是靠机床连接套将弹簧卡头顶出。

弹簧卡头的结构如图5所示，其外圆开有8个均匀分布的槽，材料为65Mn,锥面配合角度为15°，弹簧卡头轴向位移由圆柱销4限制，以防止弹簧卡头拉裂损坏。

它与内涨式夹紧机构工作原理相同，其夹紧力计算就不再分析了。

这两种结构均可用于六角车床的数控车床，可依次加工零件的端面、外圆、内外槽等部位，由于弹性套的均匀变形，使工件获得无间隙的径向定位与夹紧，所以其定心精度高，适用于精加工，该结构要求零件端面定位可靠，否则在夹紧过程中零件容易倾斜使定心精度降低。

三、中心距可调整单边夹紧机构
1.工作原理
该机构首先是在卸载阀本体上设计、应用的，它适用于没有完整的回转面，不能自定心的零件。

其最大优点是可根据毛坯尺寸调整工件定位面与机床中心的距离，以保证零件的加工中心与机床回转中心一致。

它适用于六角车床及数控车床，通过在阀本体上的调试、生产，其使用效果很好。

它要求压铸毛坯零件的批量质量稳定，以便于夹具调整。

夹具的设计如图6所示。

夹具通过法兰盘2与拉到1与机床联接，定位座12可在本体8的槽内沿径向移动，能调整定位面T与回转中心的距离，调整合适后用螺钉14锁紧，同时锁紧止退螺钉15以防止定位座12松动。

当拉杆1向左运动时，连接板6拉到杠杆5，杠杆5以销轴4为中心旋转，带动压块10夹紧零件，压块10具有浮动环节，以确保压紧面与工件贴平。

拉杆1向右运动时，零件松开。

由于这种夹具结构不对称，工作时高速旋转势必会产生不平衡惯量，不仅会加快机床主轴的磨损，降低机床的精度，还会降低加工表面的粗糙度及尺寸精度，甚至造成安全事故。

所以，这种夹具结构必须要做动平衡实验，动平衡实验要求为：夹具装夹好零件后在动平衡机上以1000～2500转/分的速度（具体根据工艺参数确定）旋转，动平衡精度等级达到G6.3.图6中A孔为去重孔，根据具体情况，也可在不影响使用的前提下，增加配重块。

2.夹紧力的分析计算
夹具铰链机构的受力简图如图7所示
根据公式：W铰 =（Q×EC/CD×n）L1/L2
式中：Q——设备原动力
n——机械效率一般取0.85-0.95，此处选0.9
EC=28 CD=41.2 L2=122 L1=54
W铰=0.3Q
如上所述，六角车床拉力为650Kgf,数控车床拉杆最大推力可达3000Kgf以上，故其机床夹紧力足够。

四、臂钩形压板夹紧机构
该结构适用于六角车床的数控车床，它具有结构简单，夹紧可靠，操作方便的优点，是一种应用广泛的夹紧机构。

下面以串联阀上体的车床夹具（如图8所示）为例说明其工作原理。

工件以内孔和端面定位，汽缸通过拉到2、连接盘3带动两个钩形压板5夹紧工件。

钩形压板5开有螺旋导向槽，拉杆2向右运动时，
压板旋转松开即可装卸工件，拉到2向左运动时，压板回转到工作位
置将工件夹紧。

两个钩形压板5、拉到2与连接盘3之间右锥面、球面垫圈连接，起到浮动作用，从而保证两个钩形压板同时夹紧零件。

阀类产品中许多零件采用了这种夹具结构，使用稳定，效果良好。

五、结束语
这些车床夹具结构比较完善，具有代表性的典型车床夹具结构。

作为一个具有现代设计理念的技术人员，不仅要吸收以前的宝贵经验，还要在此基础上做到有所创新，有所发展。

随着市场经济的逐步深入和我国工业的飞速发展，产品更新换代越来越快，生产准备周期越来越短，这就要求技术人员具有快速应变的能力，以适应当前瞬息万变的市场。

所以，从产品设计开始就应当充分考虑标准化、系列化，工艺、工装设计要考虑成组化、通用化、柔性化，运用计算机技术设计制造出低成本、制造周期短，适应市场不断变化的高精尖产品。

参考文献：
[1]浦林祥.金属切削机床夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社，1984年.
[2]陶济贤、谢明才.机床夹具设计[M].北京：机械工业出版社，1986年.
[3]吴拓..机床夹具设计[M].上海：科学技术出版社，1980年.
[4]孟少农.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1991年.
[5]机械、电机编辑委员会.机械工程手册[M].北京：机械工业出版社，1982年.
1.顶尖式夹紧结构的工作原理？
答：顶尖1的莫氏锥柄直接插入车床锥孔，工件以内孔及端面定位，车床尾座顶尖2与工件端面顶紧，当机床主轴高速旋转时，工件带动尾座顶尖一起旋转，靠端面产生的摩擦力夹紧零件。

2.弹性套式夹紧结构的工作原理？
答：通过弹性套受力后的均匀弹性变形实现对工件的自动定心夹紧。

3.中心距可调整单边夹紧机构有什么优点？
答：可根据毛坯尺寸调整工件定位面与机床中心的距离，以保证零件的加工中心与机床回转中心一致。

4.臂钩形压板夹紧机构的好处？
答：结构简单，夹紧可靠，操作方便，阀类产品中许多零件采用了这种夹具结构，使用稳定，效果良好。