薄壁件车削的新型夹具
薄壁件的加工和夹紧一直是业界的难题之一，现场加工方法很多，但适合于大批量生产的方法不多。我们采用了一种浮动三爪夹具，不需要过大的夹紧力就可实现薄壁件加工的定位和夹紧，大大改善了加工效果。
众所周知，薄壁件夹紧外圆进行车削加工时，在夹紧力的作用下，零件易产生变形，从而影响加工精度，工件尺寸公差不易保证。
以目前我公司加工的一种出口件8T-4556的加工为例，其外圆直径412mm，壁厚为25mm，属薄壁件，且毛坯为锻造方式生产，存在外形不规则的特点，工艺要求在以外圆为夹紧定位基准的前提下，车削端面和内孔，内孔尺寸公差带只有0.08mm。试制该零件时，我们曾采用传统的软三爪夹紧外圆的方式，夹紧时工件易变形，影响加工精度，同时，由于毛坯外圆不规则，夹紧定位不稳定，为了减少变形，需减小夹紧力，但这样可能会出现夹不紧的情况。
对此，我们突破传统的通过加大装夹接触面积（加开缝套筒）的方式，采用了一种六点定位夹紧的浮动三爪（如图1），在实际应用中取得了较好的效果。
图1 浮动三爪夹紧
浮动三爪夹具的组成及工作原理
我们采用的浮动三爪夹具包括三爪本体、连接块、夹紧钉及特殊镶套。三爪本体通过镶套连接在连接块上，连接块像普通三爪一样与车床卡盘连接，六个夹紧钉成对分别固定在三爪本体上，以镶套为支点，连同三爪本体随毛坯外圆的高低起伏，有微量的浮动（浮动量有严格要求，不可随意给定），起到浮动夹紧作用。夹紧钉带锥的尖部随着夹紧力的作用扎入毛坯表面一定深度，不需要过大的夹紧力，就可以实现薄壁件加工的定位和夹紧，防止工件变形。
如图2a所示，因毛坯为锻造工艺制造，毛坯上多处（B）存在表面凹陷，普通三爪夹紧时易造成工件变形过大或夹不紧。采用六点定位夹紧的浮动三爪即可克服此缺点。在卡盘向中心移动过程中，当夹紧钉没有与工件B点接触时，三爪本体会以镶套为圆心，零件会给夹紧钉一个作用力F，使三爪本体产生一定的转角，即夹紧钉尖点A移动到A1点，夹紧钉尖点B移动到B1点，如图2b所示，随着三爪本体夹紧动作继续，使两个定位钉同时与工件表面接触，如图2c所示，这样三爪本体的浮动量克服了工件表面缺陷。同理，其他两个卡爪也如此运动，六个夹紧钉尖点最终都与毛坯外圆同时接触，保证了工件的定位夹紧。
图2 浮动夹紧原理
应用效果
从力学上分析，传统的三爪接触面为三爪与毛坯的接触面积，设为S1，而六点定位夹紧的浮动三爪夹具与毛坯外圆的接触面为两个点，设为S2，那么两种方式夹紧时零件表面受到的压强分别为P1=F1/S1和P2=F2/S2，因S2远远小于S1，故保证同样的压强下，F1远远大于F2。
薄壁件加工中，夹紧压力应越小越好，六点定位夹紧的浮动三爪夹具将受力面缩小到两个点， S2非常小，这时夹紧钉与工件接触处压强较大，使夹紧钉轻易嵌入工件表面一定深度，夹紧不仅仅依靠摩擦力作用，从而大大增加了夹紧的稳定性，在夹紧力较小的情况下，实现了工件的夹紧定位。
在使用传统三爪加工8T-4556时，工件精度很难保证，不合格品率较高。最近这一年多，通过使用六点定位夹紧的浮动三爪夹具，其加工效果明显改善，不但满足了内孔的工艺尺寸要求，而且内孔的圆柱度也非常好。我们准备将这一设计理念推广到我公司其他薄壁件的加工中。
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