一种改良夹盘的设计及应用

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摘要：车削加工是机械行业常见加工方式，随着制造业的飞速发展发展，高效、高精度加工称为各生产企业乃至机床设计行业的最终目标。在加工速度越发提升，发挥有效工时的现代加工制造业中，工件的装夹等过程的无效时间，也称为制造业高效利用的又一渠道。本文介绍一种适用于内径装夹外径加工的高精度定位快速装夹夹盘设计，经过现场生产使用，效果良好，装夹取放时间仅为2秒，且可以获得高精度的定位标准。通过机床拉紧油缸驱动、涨芯涨紧机构实现快速高精度装夹。

关键词： 快速装夹，内外径精度，高效

中图分类号：C35 文献标识码： A

绪论

我公司生产一种零部件内外径同轴度要求较高，且外径与端面垂直度要求微米级，前期加工时采用固定尺寸芯轴定位，以液压顶尖顶紧的方式进行装夹，定位精度低，且装夹过程缓慢。同时因顶尖频繁动作，造成主轴轴向受力，设备轴承磨损严重。

为了改观此项问题，进行一种改良型夹盘设计，以实现高效、高精度低损耗为目标，改善由于夹具缺陷造成的浪费和成本损耗。通过此项设计主轴轴承寿命提高5倍以上，并大幅降低因定位精度不良造成的废品，生产节拍降低3秒。

夹盘动作方面借用设备原有拉紧油缸进行，与定位基准面受力方向一致，提高定位精度。驱动指令接入数控系统，降低劳动强度，提高自动化程度。便于装夹并大大提高安全系数。

一、设计背景

为了降低生产废品率及生产成本，提高效率，改良原有设计的夹紧方式，特进行此次改良设计。

1、背景简介

我公司加工一种内外径高精度要求的工件，此工件特点为异形法兰状，内径16mm，外径109mm，装夹只能靠内径及端面定位进行车削加工。前期生产采用芯轴顶尖的联合方式进行装夹，装夹过程慢，不满足生产需求，且加工精度达不到生产要求，废品率居高不下。为改善存在的问题，决定从夹盘结构入手，优化设计夹盘。

2、设计方向

经过现场调查分析及对工件的加工精度要求分析，确定快速装夹和高定位精度两项基本设计要求，同时改善目前因顶尖力度造成的设备轴承磨损的成本问题。

（1） 装夹分析

现场对设备调整发现，此台设备具备主轴芯轴拉紧油缸部分，且功能正常，若可以利用此机构进行锁紧定位可大大降低装夹难度和节拍浪费。原有顶尖部分予以拆除，程序信号部分取消，并重新定义为拉紧油缸信号，实现程序控制。信号方面为保障生产安全，增加主轴夹紧确认和主轴停止确认两项信号检测参数，确保夹紧后，设备启动加工程序；在加工完成后，确认主轴停止，夹盘方可松开。

（2） 定精度分析

我司加工的此类工件可夹持部位为内径、外径及端面，因此在加工外径时，确定以端面为基准，内径为主夹持部的夹紧方式，拟定以内径涨紧的装夹方式，

二、 夹盘结构介绍

如图所示，此项设计以设备自有拉紧油缸为驱动力，涨芯为夹持力，驱动方向与定位面方向一致，将工件紧贴基准面，驱动指令接入设备驱动系统，实现快速装夹。

在结构设计上，尽量以标准件为主，降低制造成本，提高通用性，驱动部件以夹持目的为主，配合盘根锥面定位，免去拆装时的定位精度调整的过程，提高定位精度。涨芯部考虑张开时的变形量和尺寸变化，按照内径尺寸设计相应的锥度，避免张开变形后造成的误差。

在材料选择上，轴向定位面以YG8硬质合金焊接方式设计，提升定位面寿命及精度保持能力，降低修磨周期，涨芯采用工具钢表面热处理，提升刚性和耐磨寿命。

夹紧过程由拉杆螺母（部件9）拉动涨芯（部件2），实现涨芯的张开和收缩，从而实现工件的夹持，张开时从动方向与定位面定位方向一致，利用涨芯从动力，增强定位精度。

夹盘结构简图

夹盘装夹模拟图

在加工程序编写上，考虑安全因素，夹紧过程采用程序控制，松开过程取主轴伺服电机信号，确认停止转动方可松开夹盘，确保加工过程安全。

三、 生产验证

1、装夹效果

通过现场验证，此改良夹盘装夹方便快捷，无需校对主轴方向等设备精度，装夹节拍2秒，较顶尖式夹紧方式节约2秒。夹持力均匀，不会对设备精度造成影响，且与定位面定位方向一致，提高定位基准的定位精度。

2、质量效果

由于使用了自定位的涨芯式装夹方式，内外径同轴实现自定位基准，设备拉紧方向与第二定位基准的法兰面定位方向一致，经过生产试验，质量状态稳定，内外径同轴度在0.01-0.03mm范围内，符合后续生产要求，外径垂直度更是达到了0.02mm的稳定生产标准，提升生产质量。

结 论

通过此项设计，我公司的工件加工节拍和产能提升了一个新层次，工件加工质量也得到了提升，由此带来的废品损失和备件消耗也随之解决。此项设计充分利用通用数控车床的基本功能，针对法兰型工件的加工特点和定位特点，创新的使用内径夹紧方式，将加工定位基准与夹持力相结合，提高加工精度。同时利用数控系统的控制单元进行驱动指令下达，实现夹持动作的自动化，降低劳动强度的同时，提高生产效率。夹盘的设计改良过程得到了机床生产厂家和业界同事的大力帮助，并对改良过程提出了宝贵建议。希望通过此文的生产设计过程可以帮助到各界同仁，为机械加工行业的发展贡献微薄之力。

参考文献

[1]机械设计手册（第5版）第1卷 闻邦椿 主编

[2]机械工程材料手册 曾正明主编

[3]国内外通用标准件手册 李新主编