数控车床夹具结构简析

乔 亮

（沈阳飞机工业（集团）有限公司，沈阳 110034）

车床由于其结构特点，在圆形工件的内外圆加工中有着天然的优势。作为其标准的夹具配置，卡盘在车削加工中的地位无可替代。随着科学技术的发展，数控车床大量普及，加工需求日益多样化，除通用动力卡盘之外，用于满足不同零件加工需求的专用卡盘随之出现。

1 通用动力卡盘

此类卡盘最为常见，国内外已有标准产品提供，用于满足一般的车削加工要求。图1是是常见的楔式结构动力卡盘（如SCHUNK的ROTA NCD系列），作用在零件3上的力通过楔面1和楔面2转化为对工件的夹紧力，并且通过两个楔面实现增力。

高速旋转时由于离心力的影响，外圆夹紧时卡爪的夹紧力会受到削弱。为了减小离心力的影响，有些卡盘会设计离心力补偿机构。如图2（SCHUNK的ROTA NCF系列）所示，卡盘内有平衡块3，同样受到离心力的平衡块3通过杠杆2的作用抵消了基爪1所受的部分离心力。

图1 楔式卡盘

图2 带离心力补偿的卡盘

2 下拉式卡盘

当工件对平面度和平行度要求较高时，加工会用到下拉式卡盘，如图3（SMW的TSF-C/TSR-C）所示。卡紧过程中，卡爪绕支点内扣（或外翻），产生下拉的效果，使工件与定位面贴合，通过1定心→2下拉→3夹紧三个步骤实现工件的夹紧。

图3 下拉式卡盘夹紧过程

3 多点夹紧卡盘

在薄壁件的车削加工中，零件的夹紧变形不可忽视。为了减少零件变形，多点夹紧卡盘应运而生。如图4（SCHUNK的ROTA NCR系列）所示，该卡盘通过增加夹紧点数量（三点变六点），使得三点分配的夹紧力由六个夹紧点来分配，降低了每个夹紧点上的夹紧力，从而达到减少零件变形的目的。零件1连接两个基爪，通过调整1可以实现六爪同时贴合工件。

图4 六点夹紧卡盘及其调整机构

对于圆形工件或夹持部位是圆形的工件，其夹紧结构不止上述几种形式，针对不同零件的加工特点，还有其他专用产品。比如，用于轴类零件加工的带顶尖的卡盘，用于铝轮毂加工指形卡盘，用于小直径夹持的涨胎夹具等，在此不再赘述。

4 非圆形工件车削加工的夹紧结构

对于夹持部位是非圆形零件的车削加工，在没有卡盘（如两爪/四爪卡盘常用于非圆部位的夹持）可供选用的情况下，就必须根据零件的加工需求自行设计定位夹紧装置。夹紧装置设计过程中，需要综合考虑工件的定位方式、工件的大小形状、工件的加工要求、加工批量、切削力的方向、加工过程与刀具的干涉、动力源的来源等因素，选择较为合理、简单的方案。下面就以某异形平板零件为例介绍其夹紧结构。

如图5所示，工件是外形近似不规则多边形的平板零件，加工面为A面，定位面为E面，压紧位置为B、C、D三处。加工设备为数控车床，人工上下料，自动夹紧（动力源为机床标配油缸）。基于此，对其夹紧结构的要求为：夹紧结构要简单、便于实现自动化；夹紧行程在油缸行程内；夹紧结构要有足够的张开范围，以便于上下工件；考虑到压紧面积小，还需要有防工件甩出的装置。

图5 零件加工部位及夹紧部位

鉴于该工件的外形，压紧结构沿径向布置，理由如下：沿轴向布置，压紧结构尺寸较大，力臂长，压板张开行程较长；压紧面小，压紧结构局部受力不均匀，压紧不可靠。

径向布置的压紧结构，其实现方式有以下方案：采用钩型旋转压板，使压紧结构实现旋转（避让工件，方便上下料）和上下移动动作（实现工件的夹紧）；使用连杆机构，利用杠杆原理实现压紧。使用钩型压板结构相对复杂，需要在压板主体圆杆上加工凸轮曲线，以满足动作的要求，零件加工要求较高，而且压板的旋转动作占用平面空间，容易发生干涉；连杆机构，结构简单可靠。因此，选用连杆机构实现工件的夹紧。

图6 压紧结构

压紧结构设计如图6所示。支点设在压板5后端，压板5与支柱7之间通过销钉连接，保证压板的运动轨迹是绕销钉转动。推杆4、连杆6及压板5构成了连杆机构，三个零（杆）件之间均通过销钉连接。当油缸动作时，带动推杆4沿套筒8上下移动，通过连杆6驱动压板5绕销钉转动。推杆4上移，压板5张开；推杆4下移，压板5落下压紧工件。推杆4的下端有调整装置，保证压板与工件的可靠接触；而垫块2布置在压紧点的下方，防止产生压紧变形。

此外，考虑到压紧面积小，该夹具还在工件边缘及中心孔设计了限位装置，防止工件甩出，其细节不再详述。

5 结语

对于夹持部位是圆形的工件，可以根据其加工要求选用相应的标准夹具（动力卡盘），当工件采用端面定位时，只需在卡盘端面增加定位装置即可；对于夹持部位是非圆工件，则需要在工件加工需求的基础上，综合考虑工件、设备、切削力、定位方案等因素进行专用夹具设计。只有在实践中不断积累经验，才能使夹具满足工件千变万化的加工需求。

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]张英.数控机床夹具设计的分析与应用[J].科技资讯，2012，（8）：101.