外圆表面加工常用工艺装备(下)

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三、车床夹具

　　（一）车床夹具的主要类型

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　　根据夹具在车床上的安装位置，车床夹具分为两种基本类型。

　　1 ．安装在滑板或床身上的夹具。

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　　对于某些形状不规则或尺寸较大的工件，常常把夹具安装在车床滑板上，刀具则安装在机床主轴中作旋转运动，夹具连同工件作进给运动。

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9 G% P, X4 ~7 U' s/ [* D( K8 D0 W9 @ 　　2 ．安装在车床主轴上的夹具 　　这类夹具除了各种卡盘、顶尖等通用夹具和机床附件外，往往根据加工需要设计各种心轴和其它专用夹具，加工时夹具随主轴一起旋转，刀具作进给运动。 　　生产中用得较多的是安装在车床主轴上的各种回转类夹具。故下面只讨论该类夹具的结构特点和设计要点。 / z9 t) A+ U+ d; y) u$ m 　　（二）车床专用夹具的典型结构 d* l+ ?, l3 v' L/ a# [# R& x 　　本节将介绍三种车床夹具的典型结构：角铁式车床夹具；带分度装置的车床夹具；自定心式车床夹具（弹簧心轴）。 　　1 ．角铁式车床夹具 7 l$ R4 n! j5 q 　　角铁式车夹具的结构特点是具有类似于角铁的夹具体。常用于加工壳体、支座、接头等类零件上的圆柱面及端面。 . h0 \9 P% T4 Y6 b, Y- g# I) | 　　图 6 — 22 为加工的托架类零件。该工序的加工表面为外圆柱面￠ 100js6 ，应保其轴线的距离尺寸为 100 ± 0.10mm 和 57.5 ± 0.05mm , 并保证其轴线与底面 B 平行。

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　　图 6 — 23 为本工序的角铁式车夹具的结构示例。该夹具的夹具体 1 为角铁式结构，外形为一方形，但四角倒圆。为了保证工序尺寸 100 ± 0.10mm 和 57.5 ± 0.05mm ，根据基准重合原则，选择底平面 B 为主要定位基准限制三个自由度，在夹体具上用三个支承钉作为定位元件，三个支承钉装配后须磨平，以达到工作面等高的要求。以工件侧面 C 在夹具的支承板 3 上定位限制两个自由度。再以 D 面靠住配重块 6 的平面作为止推基准，限制一个自由度（此自由度根据加工要求可以不限制）。用两副螺旋压板 3 夹紧工件。为使整个夹具回转平衡，加配重块 6 。夹具与机床主轴的连接是通过过渡盘 7 实现的。角铁式夹具体 1 用螺钉与过渡盘 7 联接，过渡盘 7 与机床主轴前端部连接。过渡盘一般均为车床的附件随车床一起提供，如没有过渡盘则应根据车床主轴端部结构自行设计。

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　　夹具体中间的￠ d 孔为工艺孔，作为组装夹具时尺寸 100 ± 0.10mm 和 57.5 ± 0.05mm 的测量工艺孔，也可作为夹具安装到车轴主轴时找正夹具中心与机床主轴回转轴线同轴度的找正孔。这个工艺孔是角铁式夹具上很重要的一个结构要素。

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2 ．带分度装置的车床夹具（花盘式车床夹具） : \- x" C' W& x 　　花盘式车床夹具的夹具体为圆盘形。在花盘式夹具上加工的零件形状一般较复杂。多数情况下，工件的定位基准为圆柱面和其垂直的端面。夹具上的平面定位元件的工作面与机床主轴的轴线相垂直。 　　图 6-24 为回水盖工序图。本工序加工回水盖上 2–G1 // 螺孔。加工要求：两螺孔的中心距为 78 ± 0.3mm ，两螺孔连心线之间夹角为 45 °，两孔轴线与底面垂直。 ; `& R6 f# r. J 　　图 6–26 为本工序的带分度装置的车床夹具结构示例。 % I9 C' y' e0 K# k( m 　　工件以底面及 2– ￠ 9mm 孔分别在分度盘 3 、圆柱销 7 和菱形销 6 上定位，采用一面两孔定位方式，拧紧螺母 9 ，两副螺旋压板 8 夹紧工件。

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　　车完一个孔后，松开 3 个螺母 5 ，拔出对定销，将分度盘 3 回转 180 ° ，当对定销在弹簧力的作用下，插入另一分度孔中，拧紧 T 形螺钉的螺母 5 ，即可加工另一孔。夹具体 2 以端面 C 和止口（￠ 170H7 ）与过渡盘 1 对定，并用螺钉紧固，过渡盘与机床主轴连接。 为使整个夹具回转平衡，夹具上设置配重块11。

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　　3．自定心式车床夹具（弹簧心轴）

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　　 图6—26所示是加工阶梯轴上￠300- 0.033 mm外圆柱面及其端面的车床夹具。如果用自定心三爪卡盘装夹工件，则很难保证两端圆柱面的同轴度要求，为此，设计了专用弹簧夹头。

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i% [" k2 U4 ]0 G% Z+ o" | 　　工件以￠200-0.021mm的圆柱面及端面C在弹簧筒夹2内定位，夹具体以锥柄插入车床主轴的锥孔中。当拧紧螺母3时，其内锥面迫使筒夹收缩将工件夹紧。反转螺母时，筒夹涨开，松开工件。当螺母迫使筒夹收缩时，由于筒夹的厚度均匀，径向变形量相等，故在装夹工件过程中，将定位基面的误差沿径向均匀分布，使工件的定位基准（轴线）总能与定位元件（筒夹轴线）重合，即△Y=0，这种有定心和夹紧双重功能的机构，称为定心夹紧机构。 & I$ n0 |; K9 q, _ 　　图6—27所示是弹簧筒夹心轴。因工件的长径比L/d ?1,故将筒夹2的两端设计为错槽簧瓣。旋转螺母4便使锥套3和心轴体1的外锥面相互靠拢，迫使筒夹2两端簧瓣向外均匀扩张，将基准孔定心夹紧。反向旋转螺母4，带退锥套3，便可卸下工件。 　　如图6—28所示，筒夹工作锥面的锥面的锥角2α对定心夹紧效果有一定的影响。为使定心夹紧后获得较高定心精度及延长其使用寿命，一般对夹头取2α=300；其锥套锥角可酌情减小或增大1°；若夹紧范围不大，也可不必增减。

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　　 弹簧筒夹大部已标准化，可供选用。如需自行设计，其主要结构参数可参考下列各式确定。
　　n=1～3mm,
　　d1—— 导向圆柱外径按结构需要确定，mm;
　　d=d1-(2～3)mm；
　　l1=(0.5～1.2)D；
　　D–––工件定位基准的直径，mm；
　　L2=(1.5～2.5)d;
　　b=2～4mm;
　　n ––– 槽数，当 D≤30 mm, n=3；
　　30mm＜D≤80mm? 时，?? n =4。

　　 （三） 车床夹具设计要点

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1 ．设计定位装置时应使加工表面的回转轴线与车床主轴的回转轴线重合。 　　2 ．设计夹紧装置时一定要注意可靠，安全。因为夹具和工件一起随主轴旋转，除了切削力还有离心力的影响。因此夹紧机构所产生的夹紧力必须足够，自锁要可靠，以防止发生设备及人身事故。 7 G x! k# s4 z. u 　　图 6-29 为夹紧力实施方案的比较。图 6-29b 的夹紧方案安全可靠性优于图 6 -29a 的夹紧方案。 　　3 ．夹具与车床主轴的连接方式，根据夹具体径向尺寸的大小，一般有两种方法： R F I; z8 K+ X' }4 s* q 　　（ 1 ）对于径向尺寸 D ＜ 140mm , 或 D ＜ (2—3)d 的小型夹具，一般用锥柄安装在主轴的锥孔中，并用螺栓拉紧。如图 6— 30a 所示。

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　　（ 2 ）对于径向尺寸较大的夹具，一般通过过渡盘与车床主轴前端连接。如图 6-30b,c,d 所示，其连接方式与车床主轴前端的结构形式有关。专用夹具以其定位止口按 H7/h6 ，或 H7/js6 装配在过渡盘的凸缘上，再用螺钉紧固。为了提高安装精度，在车床上安装夹具时，也可在夹具体外圆上作一个找正圆，按找正圆找正夹具中心与机床主轴轴线的同轴度，此时止口与过渡凸缘的配合间隙应适当加大。

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　　4 ．夹具的悬伸长度 L 与轮廓尺寸 D 的比值应参照下列数值选取：

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　　直径小于 150mm 的夹具， L/D ≤ 1.25 ；

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　　直径在 150mm ～ 300mm 之间的夹具， L/D ≤ 0.9 ；

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　　直径大于 300mm 的夹具， L/D ≤ 0.6 。

　　5 ．夹具总体结构应平衡。因此一般应对夹具加配合块或减重孔。为了弥补用估算法得出的配重的不准确性，配重块（或夹具体）上应设置径向槽或环形槽，发便调整配重块位置。

　　6 ．为了保证安全，夹具体上的各种元件不允许突出夹具体圆形轮廓以外。

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　　7 ．夹具体总图上的尺寸标注除与一般机械装置图样有相同的要求外，还应注意其自身的特点。即在夹具总图上还应标出影响定位误差、安装误差和调整误差有关的尺寸和技术要求。

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　　影响定位误差的主要是定位元件或定位副的制造公差或配合公差。如图6 — 26 中两定位销公差 ф 9f 9 和 ф 9f 7 及两销中心距 142 ± 0.06mm 等。

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　　影响安装误差的主要是定位元件工作面与机床连接面之间的尺寸精度和位置精度。夹具体上的底面（如图 6 — 24 中 A 面、图 6 — 26 中 E 面等）则体现机床主轴的端面；而夹具上的工艺孔（如图 6 — 24 中工艺孔￠ d ）、夹具体上的止口（如图 6 — 26 中￠ 170H7 孔）或夹具体外圆上的找正圆均体现机床主轴的回转轴心线。因此定位元件工作面与这些连接面均应标出尺寸精度或位置精度。如图 6 — 24 中的尺寸 100 ± 0.05 mm 和 57.5 ± 0.05 mm 。又如图 6 — 26 中对 C 面的平行度要求等。

　　影响调整误差的是刀具与定位元件工作面之间的尺寸精度和位置精度。这在以后的钻床夹具和铣床夹具中再介绍。

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　　（四）螺旋夹紧机构

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　　螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。其结构简单，夹紧行程大，特别是它具有自锁性能和增力大两大特点。它主要有两种典型结构。

　　1 ．单个螺栓夹紧机构

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　　图 6 — 31 a 所示为六角头压紧螺钉，它是用螺钉头部直接压紧工件。图 6–31 b 所示在螺钉头部装上摆动压块，可防止螺钉旋转时损伤工件表面或带动工件旋转。摆动压块结构如图 6—32 。

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　　2 ．螺旋压板夹紧机构

　　图 6 — 33 为常用的五种典型结构。图 6 — 33 a 、 b 两机构的施力螺钉位置不同。图 6 — 33 a 减力但增加夹紧行程，图 6-34 b 不增力但可改变夹紧力方向。图 6 — 34 c 采用铰链压板增力，但减小夹紧行程，使用上受工件尺寸形状的限制。图 6 — 33 d 为钩形压板 , 其结构紧凑，适用于夹紧机构空间位置受到限制的场合。图 6 — 33 e 为自调式压板，它能适应工件高度由 0 到一定范围内的变化，其结构简单，使用方便。

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