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1、多片可胀心轴外圆加工夹具摘要：薄壁套类零件的加工，通常利用刚性心轴夹具或弹性心轴夹具进行装夹定位，从而完成薄壁套类零件的加工。但是，对于内孔尺寸波动较大的批量零件来说，这种加工方法不是很理想，零件外圆的圆 度误差较大，很难保证产品质量。所以，本文通过对刚性心轴夹具、 弹性心轴夹具优缺点的分析，设计出多片可胀心轴夹具，圆满解决了内孔尺寸波动较大的批量零件的加工，保证了零件的加工质量。关键词：刚性心轴 弹性心轴 多片可胀心轴一 综述、在生产中，经常遇到很多套类零件的加工，特别是薄壁套类零件，并且零件的外圆与内孔之间有较高的位置精度要求。对这类零件的加工，工 艺人员通常会采用以下两种夹具来完成零件外
2、圆的加工：图1冈刚性心轴夹具示意图1、刚性心轴2、工牛3、复位弹簧4、夹紧螺钉5、平垫圈1、刚性心轴夹具：如图1 所示。装夹时，工件2 以刚性心轴 1 的外圆作为定位基准，采用端面夹 紧方式。2、弹性心轴夹具：如图2 所示。装夹时，工件3 以弹性心轴 1 的外圆作为定位基准，通过拧紧或 松开夹紧螺钉6实现弹性心轴1 的轴向移动。由于刚性心轴2与弹性心轴1一43厂图2弹性心轴夹具示意图1、弹性心轴2、刚性心轴 3、工件4、复位弹簧5、平垫圈6、夹紧螺钉间的配合为锥面配合，因此，弹性心轴1 沿轴向 移动的同时将会产生径向的胀开或收缩，从而实 现对工件的径向夹紧或松开。这两种夹具在生产中已普遍使用，
3、对加工精 度要求不高的零件来说，这两种夹具能够满足使用要求。但是上述夹具也 有一定的局限性，对于加工精度要求比较高的薄壁零件来说，这种装夹方 法已不能满足使用要求，必须采取其它装夹方法进行加工。下面针对上述 两种夹具存在的优缺点进行比较分析，并提出多片可胀心轴夹具的设计方 案。二、刚性心轴与弹性心轴的应用优势与局限性以上两种夹具有许多专业书籍中被作为典型的以内孔定位加工外圆的 夹具加以介绍。不容否认，这两类夹具的优点是显而易见的。当工件内孔 的加工精度较高时，刚性心轴与工件间的配合间隙很小，使工件与夹具的 接触刚度很高，提高了工件抵抗切削力变形的能力。同时，由于夹具结构 简单，零件数量较少，产
4、生的误差的环节少，容易获得较高的夹具制造精 度，制造成本也很低，而弹性心轴的径向可胀性使它非常适合内孔尺寸一 致性较差的成批零件加工。但经认真分析后，我们就会发现这两类夹具在应用上有很大的局限性： 刚性心轴的尺寸适应性较差，它要求工件的内孔尺寸精度较高，否则刚性 心轴将会与不同工件内孔间的径向配合间隙忽大忽小，无法保证成批零件对定位基准精度的要求。而弹性心轴虽可以使用内孔尺寸波动较大的成批零件加向胀开量从A点到B点依次从小到大，相应地，胀开后的外圆尺寸也是从 小到大，因此，工件实际获得的径向夹紧力从A点到B点是变化的，且逐 渐增大。对于那些在外力作用下较易变形的零件，如套筒类零件、用弹性 较大
5、的材料制造的零件等，这类零件的夹紧力对工件外圆精度的负面影响而是由于加紧力不均匀造成的。零件毛坯是由弹性较大的硅钢片制作而成 当采用弹性心轴装夹时，（p 64H8内孔在沿其轴线方向不均匀径向夹紧力的 作用下，产生不均匀的径向弹性变形，导致零件外圆沿轴线方向也产生相 应的不均匀径向弹性变形，加工结束后，夹紧力未撤销时，工件在夹具上 测量所获得的外圆尺寸完全符合图纸要求；夹紧力撤除，工件从夹具上取 下来，零件开始弹性回复，沿厚度方向上各点的外圆径向尺寸的回复呈现 出从一端到另一端逐渐增大的现象。因此，最终得到的零件外圆表面形状 并不是圆柱，而是圆锥形。三、可胀心轴夹具的结构与工作原理针上述存在问题
6、，我们设计并采用了多片可胀心轴夹具来完成零件外 圆的加工，有效地保证了零件内孔与外圆间的同轴度及外圆圆柱度。可胀图5多片可胀心轴夹具示意图1、多片心轴2、刚性心轴3、拉簧4、半圆键 5、复位弹簧6、夹紧螺钉7、平垫圈 8、工件心轴夹具如图5 所示，多片心轴是 由 3 块（可根据工件内孔尺寸的大 小，适当增加夹具与工件间的接触 面积，提高接触刚度）相互间分离 的、完全相同的可胀心轴片构成。 可胀心轴片套在刚性心轴上，拉簧 3 提供拉力，以保证可胀心轴片内 锥面始终与刚性心轴的外锥面保持良好的接触。可胀心轴片在刚性心轴 2上的周向位置通过与半圆键4间的间隙配合来保证。装夹时，首先将工件8 套在多片
7、心轴上，通过拧紧或松开夹紧螺钉6，在拉簧 3和复位弹簧 5的共同作用下，可使可胀心轴相对于刚性心轴产生向左或向右的移动。由于刚性心轴与可胀心轴间的配合面均带有锥度，因此，可胀心轴片沿轴向移动 的同时会产生径向的胀开或收缩，从而实现对工件的夹紧或松开。四、可胀心轴夹具的特点与注意事项1、夹紧方式独特：由上面的陈述可知，可胀心轴夹具采用的也是径向夹紧方式，但它与弹性心轴夹具的弹簧片弹性变形夹紧方式不同。由于可胀心轴是由 3 块相互分离的可胀心轴片组成，可胀心轴片沿夹具回转轴线移动 时，心轴片的内锥面始终与刚性心轴的外锥面保持紧密接触，即当心轴片沿轴心方向向左或向右平动时，沿直径方向作远离或趋近回转
8、轴线的平动 这样心轴片沿轴向各点处内孔所获得的径向夹紧力基本一致，减少或避免因夹紧力的不同引起的工件的不均匀变形。2、可胀心轴的平垫圈7 及夹紧螺钉6 均为专用零件，平垫圈的两个平面、夹紧螺钉与平垫圈相接触的表面以及可胀心轴片与平垫圈相接触的外表面都必须经加工，以保证他们之间的良好接触，确保3 个心轴片在夹紧过程 中的轴向位移量始终同步。3、可胀心轴片与刚性心轴间，必须保证良好的周向定位与轴向导向，以防 止因心轴片间的相对周向位置的变化，产生可胀心轴夹具的外园圆心相对 刚性心轴圆心位置的漂移，使被定位工件的内孔圆心位置随之产生变化。图6所示是多片可胀心轴零件示意图中的槽A,即为用于心轴片周向定
9、位图6 多片可胀心轴零件示意图可胀心轴片与周向导向的键槽，它与图5中的半园键4 相配合。4、可胀心轴夹具虽可以实现内孔尺寸波动较大的成批零件加工，但这种波动不能超出一定的范围。因为可胀心轴径向尺寸胀开的俞大，心轴片外表面与工件内使工件产生不均匀的夹紧变形，导致工件的外园产生较大的园度误差。5、适用性较好：本文所介绍的可胀心轴的夹紧方式为手动方式，用于车削加工。使用者还可以通过改变夹紧方式及部分夹具构件结构等途径，实现 机动、液压等其他夹紧方式或应用于其他切削加工，如磨削等。6、夹具材料要求不高：夹具中的关键零件可胀心轴片的材料不需像弹性心 轴那样必须采用弹性较大的材料。原则上，材料具备较好的耐磨性即可满 足心轴片的使用要求。五、可胀心轴夹具在生产中的应用效果可胀心轴夹具是在生产中为解决保证套类零件及回转形零件的外园与 基准内孔间有较高的位置精度要求所专门设计的夹具。经试验效果表明， 此夹具的使用消除了夹紧力对零件产生的变形误差，大大提高了零件的加 工精度和生产效率。在生产实践中此夹具适合加工钢类的套筒类零件，加 工铸铁零件时要注意擦净夹具定位面上的碎末避免对夹具定位精度的影 响。六、结束语通过对刚性心轴夹具、弹性心轴夹具优缺点的分析，设计出多片胀心轴 夹具，解决了内孔尺寸波动较大的批量零件及薄壁弹性零件的加工难题， 不但保证了零件的加工质量，而且也提高了工作效率。
