頂尖裝夾-解決軸類加工難題

在零部件加工工藝過程中，如何提高加工件精度，減少加工過程中的誤差是一直存在的問題，而夾具的選擇是其中的一個重要環節。

關於怎樣更高精度更穩定的加工軸類零件，本文介紹了兩頂尖裝夾工具，同時提供幾種新型頂尖夾具設計思路。

典型的兩頂尖裝夾方式

當工件類型是較長的或必須經過多次裝夾後才能加工好的工件,或工序較多,在車削後還要銑削或磨削的工件時，如果選用傳統的卡盤等裝夾方式，多次的找正以及拆卸會影響加工的精度。為了保證每次裝夾時的裝夾精度，一般用兩頂尖裝夾（如圖1）。

圖1 兩頂尖裝夾加工軸類零件

頂尖裝夾工作原理：

圖2兩頂尖裝夾工作原理圖

1-撥盤2-卡箍3,4-頂尖

頂尖裝夾機構的整體結構如圖2所示，包括：

撥盤：主軸與卡箍（夾頭）的連接件，主軸運動經撥盤帶動卡箍旋轉使工件運動。

卡箍（夾頭）：夾持工件

頂尖：用於定位工件。

當工件用頂尖支撐在機床上時，頂尖不轉動，工件的旋轉運動通過卡箍（如圖3）獲得。卡箍裝夾工件，另有一端與同主軸相連接的撥盤配合，主軸通過撥盤1帶動緊固在軸端的卡箍2使工件轉動。

圖3 常見卡箍

典型頂尖的類型

頂尖有普通頂尖（俗稱死頂尖）、反頂尖及活頂尖等（如圖4，圖5）。

普通頂尖：車床上的前、後頂尖一般採用。

活頂尖：高速切削時，為防止後頂尖磨損、發熱或燒損，常採用活頂尖。活頂尖結構複雜，旋轉精度較低，多用於粗車和半精車。

反頂尖：直徑小於6mm的軸頸不便加工中心孔，則將軸端加工成60°的錐面後安裝。

圖4 各種類型的頂尖

由上述可見，典型頂尖解決了加工細長軸類零件時的定位精度，找正，加工精度等難題。

採用兩頂尖裝夾加工軸類零件時具有如下的優點：

1.便於加工的進行，保證工件有足夠的剛度，防止加工時工件的變形。

2.裝夾工件方便，不需找正，定位精度高。

3.加工軸的各個外表面時，用頂尖作為定位基準，使基準統一，各個外圓面的同心度變高，跳動減小，保證了加工精度。

圖5 普通頂尖

在工業製造領域不斷追求高效率，高精度的背景下，尋求更有效的頂尖裝夾方案顯得極為必要，近來一些新型的產品設計不斷出現。而設計的思路則體現出不同場景對應不同類型的裝夾工具，使得解決方案更有針對性。

以下提供兩種驅動頂尖的介紹。

GG頂尖製造會社是一家專業生產、開發、設計機床迴轉頂尖的廠家，其產品包括數控機床高速頂尖，高精度頂尖，高承重頂尖以及傘型頂尖等。其設計製造的端面驅動頂尖和可換式驅動頂尖針對不同的加工需要提供了不同的思路。

穩定高效的端面驅動頂尖

FD型端面驅動頂尖（如圖6，圖7）是一種新型的機床附件，依靠驅動卡爪嵌入工件端面使其隨機床主軸旋轉，從而完全替代了雞心夾頭和卡盤。

圖6 FD型高效端面驅動頂尖

圖7 FD型端面驅動頂尖設計圖

FD型端面驅動頂尖的特點：

·具有強大表面的驅動力,適合加工表面粗糙度要求較高和一次成形加工

·旋轉時保證精度為0.003mm

·適用於各類數控車床和高速數控機床。

·採用特殊的油密封,可以很好的防止切削油和異物的滲透。

·大大提高被加工零件的精密度，適合零件的大批量生產。

·驅動爪可以更換，保證了優秀的耐久性。

具有多種應用場景的可換式驅動頂尖

BNI型可換式驅動頂尖（圖8，圖9）採用了頂尖主體與頂尖頭組合設計的方式，使得在加工不同種類的工件時無需多次更換頂尖，只需更換頂尖頭即可。

圖8 BNI型可換式驅動頂尖

圖9 BNI型可換式驅動頂尖設計圖

BNI型可換式驅動頂尖特點：

·精度為0.005mm。

·適用於數控車床和普通車床。

·頂尖頭可換，均為標準頂尖頭（圖10），包括75°頂尖頭，90°頂尖頭，超長頂尖頭，管狀頂尖頭 。

·由於是組合式頂尖，不適於重量過大的工件

圖11 可換標準頂尖頭

由以上兩種新型的頂尖產品可見，相比如傳統典型的頂尖裝夾方式，在不同的應用場景下都有了更優秀的解決方式：

當加工大批量，重型零件時，使用端面驅動頂尖，一次裝夾即可完成各軸頸、端面、槽型和螺紋加工；在車銑中心上還可以一次完成鍵槽和油孔的加工，大大縮短了裝夾輔助時間。同時端面驅動頂尖用嵌入工件表面的加工方式取代了撥盤和卡箍，使得長期使用下加工的穩定性提高。

當加工多種類，較輕型零件時，使用可換式驅動頂尖，通過更換不同的頂尖頭即可使用不同零件的加工需要，同時仍然能夠一次裝夾即可完成多種加工，降低成本的同時進一步提升了效率。

設計實例：一種離心式端面驅動頂尖

目前的端面驅動頂尖一般都是尾座力頂緊式的,其優點是結構較為簡單。缺點是由於結構功能限制,對工件進行定位的前頂尖必須是軸向可以移動的,因而定心精度不高。而採用以離心力為夾緊力來源的端面驅動頂尖,由於在結構上允許採用固定式前頂尖,所以定心精度較高,夾具剛性也相對較好。這裡是一種結構工藝性良好的離心式端面驅動頂尖的設計思路。

設計結構和工作原理

離心式端面驅動頂尖的結構如圖10所示。從圖可見,工件9在前頂尖8和後兩頂尖10上定位,夾具體1內裝有幾隻可徑向運動的圓柱形離心重塊5。當夾具體1在車床主軸的驅動下旋轉時,圓柱形重塊5在離心力的作用下便沿徑向甩出。該離心力通過槓桿作用在柱塞2上,迫使柱塞2向軸心方向運動;柱塞2進而壓縮柔性介質4,使柔性介質4推動撥爪7向圖示右方向運動;撥爪7右端部的刃口便與工件的左端面接觸,並微量嵌入其中,從而驅動工件9與夾具體1一起旋轉。當開始加工時,由撥爪7產生的驅動轉矩便抵抗由切削力形成的切削力矩。

除了本文開頭介紹的優點外,圖中所示的離心式端面驅動頂尖還具有以下優點:

(1)離心重塊5為圓柱體,使得整個夾具的製造工藝性顯著好於採用擺動式重塊的離心式端面馭動頂尖。

(2)採用浮動支點槓桿3及柔性介質4實現力的變向傳遞,結構簡單緊湊,製造工藝性好。

圖11 離心式端面驅動頂尖結構原理圖

1-夾具體2-柱塞3-槓桿4-柔性介質5-離心重塊6-堵塊7-撥爪8-前頂尖9-工件10-後頂尖

鑽模結構及製造

鑽模主要由鑽模板、定位圓柱、定位銷和連接板等零件組成。為保證每組孔內任意相鄰兩孔之間的孔距精度,鑽模板上各相鄰孔之間孔距應有較高要求：為保證10個等分孔之間孔距精度,鑽模板兩端放置定位銷軸的孔的間距也應有較高要求。120-Φ36H7的設計基準是內孔Φ4280mm，為實現基準重合,該鑽模的定位圓柱與工件內孔及鑽模板內孔做無間隙貼合。為減少定位副的製造誤差,鑽模板的Φ4280mm內孔與工件的Φ4280mm內孔應安排在同一次加工中製成。

這種離心式端面驅動頂尖不僅能在數控車床上應用,也可在液壓仿形車床及社會保有量極大的臥式車床上應用。特別是對沒有配備液壓系統的經濟型數控車床與臥式車床,應用離心式端面驅動頂尖還能大幅度降低工人勞動強度。因此,這種離心式端面驅動頂尖,具有較大推廣價值和推廣潛力。