关于中夹具的结构设计与分析

对中夹具具有同时实现定位与夹紧的特点，定位元件同时又是夹紧机构。以中心面、对称面为工序基准的场合下，使用定心对中夹紧机构可以实现快速夹紧，同时节省找正时间，提高加工精度。

PART 01 安全快速精密对中装夹的专用夹具

薄壁件与脆性材料件的装夹定位是回转件精密装配的一大难点。由于工件易变形或易受损，特别强调安全性，需要严格控制夹紧力。针对薄壁件与脆性材料件的实际装配需要，设计一种可以实现安全快速精密对中装夹的专用夹具。

1、设计思想

为了避免抓取工件时与手爪的保护爪干涉，采用四瓣抱爪均布。由于行程不大，可采用凸轮实现多点联动，从动件为滑块机构，抱爪安装在滑块机构上。正向转动凸轮，抱爪张开，反向转动凸轮，抱爪合拢。为了保证产品的定位精度与装夹安全性，采用定位托座进行机械限位，在抱爪上裱糊适当厚度的垫层进行保护，并提供安全的夹紧力。装夹机构的原理示意图如图1所示。

图1 装夹机构原理示意图

2、结构设计与分析

根据上述装夹机构原理，设计的夹具具体结构如图2所示，主要由底座、托盘、手柄、转环、销钉、滑块和抱爪等零件构成。滑块与抱爪通过螺钉联接，位于最上面，基座提供类似于T形槽的滑槽作为约束。

图2 快速精密夹具结构示意图

凸轮机构布置在托盘的下面外部，凸轮与滑块的接触关系采用销钉实现，凸轮的顶与弹簧的压改由销钉槽实现，销钉槽的形状和凸轮的对应轮廓线一致，销钉槽设计在小于45°范围内转动的圆环（简称为转环）上，转环的结构见图3。

图3 转环结构与三维效果图

由于销钉穿过基座，在基座上干涉部位开槽。为了安装转环，将托盘从底座上分离开，安装转环后用螺栓将托盘与底座连接固定在一起。在转环上安装手柄供手工操作，手柄布置在托盘的缺口处。转动手柄，通过转环、销钉和滑块驱动抱爪张开与合拢。三维效果图见图3。

3、运动间隙的消除

结构方案中采用销钉槽实现凸轮的顶与弹簧的压，考虑到零件的加工误差与部件的装配间隙，为保证多个滑块同时夹紧在底座上进行可靠定位，在销钉与滑块间串联压缩弹簧。消隙弹簧的预压力以略大于抱紧力为宜。

4、应用结果

上述的快速精密装夹定位夹具，采用转环、销钉与滑块结构，实现了抱爪的快速对中联动装夹；采用限位托座和裱糊垫层，解决了装夹的安全性问题；采用弹簧消除了传动间隙，保证了装夹定位精度。

PART 02 吊耳零件端面孔自定心对中夹具

图4 吊耳零件

吊耳零件是一种比较复杂的零件，主要应用于传递较大的动力和重大的连接场合，所以在一般的场合使用不多，属于周期性、小批量生产零件。但由于其加工工艺流程长，使用专用设备加工效率低、成本高，不能很好地满足现代工业加工技术的需要。如何简化加工工艺？采用新设计的一种端面孔自定心对中夹具，可以有效的解决这个加工难题。

1、端面孔自定心夹具的结构

图5 夹具结构图

上图中，端面孔夹具结构中零件1为锥柄，锥尾带M16的螺纹，螺纹与车床主轴锥孔连接。用来帮助工件加工时与车床定位与连接，保证同轴度。

图6 锥柄连接

结构图中U形板跟零件3定位块是定位装置。在装夹辅助加工时，工件倒放，开口跨过横版，利用外圆端面，与U形板上表面实现端面孔心的定位，定位块侧靠工件，使得孔心与机床加工轴心同轴。具体定位如图7。

图7 工件与夹具装配

当端面孔5定位准确后，旋动压紧螺钉，使得压紧块紧靠工件上，宽度定为，螺栓配合开口垫片向下拧紧，紧固工件高度。

2、应用结果

这种吊耳零件辅助夹具端面孔自定心对中夹具非常方便实用，节省多次找正的时间，并且精度的要求也得到保证，同时满足加工的性能，能利用普通机床来加工类似吊耳形状的精度较高的复杂零件，减少加工工艺，提高了效率，也降低了生产成本。

对中夹具的特点在于自动对中找正，同时实现更加精密的加工需求。对于一些特殊的加工件，如文中所述的薄壁类零件、吊耳零件，其设计对中夹具的思路也能应用到其他以中心／对称面为基准的零件夹具设计中。