软质材料零件装夹疑难解决

前 言

在对一些回转体薄壁类零件加工时，需要以内孔为基准进行定位，然后加工其它部位的孔和面，由于零件壁薄，所以在加工中很易产生变形。动力驱动内涨芯轴夹具对于回转类壁厚薄的零件能减少装夹时间三倍以上，提高加工效率一倍以上，对减少装夹变形提高加工精度有很好的作用。

图1 动力驱动内涨芯轴夹具

‍一、动力驱动内涨芯轴夹具的设计结构组成

夹具由七部分组成：1连接螺母和7拉杆与车床液压主轴拉杆连接，通过3螺母锁紧，2法兰盘的止口与车床主轴定心连接，法兰盘平面与零件端面定位，4定位芯轴与法兰盘连接，螺钉锁紧，5涨紧套受力后与零件内孔接触，起到定位作用，6活动锥套与4定位芯轴间隙配合，涨紧套使用两边开口的夹套，提高定心精度，6锥套与7拉杆通过螺钉锁紧并与动力轴相连接，在使用过程中液压动力轴通过拉杆拉动6与5内孔接触后涨紧零件。7拉杆与车床主轴拉杆连接后通过脚踏开关控制内涨的开启与回位。

图2 夹具内部结构

‍二、夹具的使用原理

首先零件装夹在涨紧套外，机床油缸(气缸)向后运动时带动拉杆和6锥套，由于6的锥度定心，向后运动后，锥套与涨紧套的作用直径慢慢变大，5涨紧套开始与零件接触定位，实现自定心夹紧。考虑到工件的装卸问题，设计时在5涨紧套与6锥套间有一定的间隙，并且5是弹性开口套，可以收缩。

加工完成后，机床油缸向前运动，推动拉杆并带动6锥套，涨紧套向内收缩，夹紧力慢慢松开后，取下零件，工序加工完成。由于机床主轴、夹具和工件连接得充分，装夹时间节约了2/3以上，提高了效率，还大大降低了废品率。

图3 动力控制开关

图4 车床上装夹零件加工

图5 立式加工中心上装夹零件加工

经分析，同轴度超差的主要原因是三爪定位夹紧过程中容易磨损，并且自定心精度不高，三爪悬臂过长与零件装配后动平衡不好，且在反复使用更换后，易于磨损，会造成加工的内孔同轴度达不到图纸要求；在装夹的过程中，三爪张开力不易控制易导致零件夹不紧或变形。采用动力驱动内涨芯轴夹具后，同轴度达到了尺寸要求。

‍三、内衬芯轴夹具在软质材料加工中的应用

某金属密封衬垫零件如图6所示，零件材质为纯铝1060，加工数量500件。零件为薄板环状结构，外径Φ13.5mm、内径Φ6mm,厚度3mm，零件两个端面需加工三条90°环形槽，用于补偿软金属在压缩状态下的变形空间，零件表面粗糙度为Ra1.6μm。

图6 金属密封衬垫结构示意图

零件结构形状简单，加工工艺也非常简捷，零件毛坯采用直径Φ20mm的软铝棒料，在数控机床上，一次装夹先加工好工件的内孔、外圆以及一个端面，再切断工件加工另一面。

在另一端面加工中，零件毛坯厚度已减至3.2mm，零件再加工的装夹较为困难，考虑零件材质较软，零件二次装夹加工分别采用了三爪自定心软爪卡盘装夹和两瓣块夹具夹紧，这两种装夹形式均不稳定，部分加工件夹持力太小，车削过程出现工件“打滑”，部分加工件夹持力偏大，零件外圆表面被“夹伤”。新设计的内衬芯轴夹具如图7所示。

图7 内衬芯轴夹具装夹示意图

在夹具体头部通过线切割加工，对称切出0.2mm的缝隙，使之成为弹性夹头，可供螺帽夹紧工件。芯轴用来支撑夹具体的内孔，限制了压紧状态下夹具体的变形量。

夹具体的安装孔还需进行二次再加工，以保证定位基准准确，在机床上拧紧螺帽，按工件外径配加工出安装孔，控制过盈间隙约0.02mm，后期工件的装卸仅需松开或拧紧螺帽。当夹紧力不足时仅需取出芯轴，修小芯轴的外径，增大夹具体压紧状态下的变形量。手工装夹的过大夹紧力，几乎都传递至芯轴，不会对工件产生影响。同时芯轴后端设有弹簧顶杆，起辅助推出工件的作用。

内衬芯轴夹具如图8所示，零件加工时的装夹过程为：松卸螺帽，内衬芯轴推入夹具体口部，在夹具体止口处装上待加工工件，轻推工件使其已加工面紧贴夹具体头部内止口内壁，通过手工旋合压紧螺帽，使夹具体外部锥面被挤压压紧工件，保证加工零件被夹紧，即完成工件的装夹。松开螺帽，夹紧力释放，零件自动被弹簧顶杆推出。零件装夹过程迅速快捷，加工过程稳定，加工后外表面未出现夹伤现象，夹具重复定位准确，使用方便。

图8 内衬芯轴夹具及加工效果图

‍结 语

内衬芯轴夹具将夹紧力由不确定的手工夹紧力转换为芯轴间隙控制，使工件装夹的夹紧力控制在一个合理范围内，解决了软材质零件加工中的装夹难题。使用方便，可以大幅缩短加工中的辅助装夹时间，这种装夹定位模式重复定位准确，加工过程稳定，适合于软质材料的批量加工。

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