實(shí)現(xiàn)工件全長車削加工的端面驅(qū)動夾具

沈　健　劉曉輝　袁　華

(①合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；②中歐工業(yè)技術(shù)咨詢公司，德國 Lauffen)

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實(shí)現(xiàn)工件全長車削加工的端面驅(qū)動夾具

沈?、賱暂x①袁華②

(①合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；②中歐工業(yè)技術(shù)咨詢公司，德國 Lauffen)

端面驅(qū)動夾具+尾架頂尖夾持軸類工件，可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成全長車削加工，加工精度和加工效率高。介紹了該端面驅(qū)動夾具的工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)。

端面驅(qū)動夾具；車削加工；軸類零件

長軸加工一般采用采用卡盤+尾架頂尖夾持。但采用卡盤夾持一般不便于實(shí)現(xiàn)軸類工件的全長加工，一根軸需要先加工一端，再掉頭加工另一端。二次裝夾會降低軸的加工精度和加工效率。德國NEIDLEIN-SPANNZEUGE公司的端面驅(qū)動夾具(亦稱：驅(qū)動頂尖、端面驅(qū)動器)提供了一種軸類工件全長車削加工的解決方案，它采用端面驅(qū)動夾具+尾架頂尖的夾持方式，由安裝在車床主軸上的端面驅(qū)動夾具通過軸端面提供驅(qū)動力，帶動軸類工件旋轉(zhuǎn)。目前已有國內(nèi)企業(yè)在使用端面驅(qū)動夾具[1-2]。

1　端面驅(qū)動夾具的工作原理

端面驅(qū)動夾具是一種安裝在機(jī)床主軸上使用的工件夾具，與尾架頂尖配合使用，負(fù)責(zé)將機(jī)床主軸產(chǎn)生的扭矩傳遞到置于兩頂尖之間的被加工工件上。

端面驅(qū)動夾具與機(jī)床主軸的連接可以有多種形式，常用的有法蘭連接和莫氏錐連接。當(dāng)端面驅(qū)動夾具的接口與機(jī)床主軸的接口形式不同時(shí)，可以通過過渡法蘭實(shí)現(xiàn)連接。

端面驅(qū)動夾具主要包含二部分：定心頂尖和驅(qū)動刃。定心頂尖對工件進(jìn)行定心定位；驅(qū)動刃通過吃入工件端面，將機(jī)床主軸的驅(qū)動力傳遞給工件。

常見的端面驅(qū)動夾具有3種結(jié)構(gòu)形式：

(1)定心頂尖可以軸向伸縮，驅(qū)動刃固定。(2)定心頂尖固定，驅(qū)動刃可以軸向伸縮。(3)定心頂尖和驅(qū)動刃合二為一，在頂尖的錐面上帶有刃口。

1.1定心頂尖可以軸向伸縮，驅(qū)動刃固定的FSB型端面驅(qū)動夾具

圖1是FSB型端面驅(qū)動夾具的結(jié)構(gòu)圖。這種端面驅(qū)動夾具的定心頂尖1可以軸向伸縮，6個(gè)驅(qū)動刃2裝在浮動盤3上，軸向不能伸縮。當(dāng)工件端面不平整時(shí)，浮動盤3擺動，起到一定的補(bǔ)償作用，使6個(gè)驅(qū)動刃2均勻地接觸工件端面。

圖2是FSB型端面驅(qū)動夾具的工作原理圖，工作時(shí)，通過尾架頂尖的尾架推力使工件對端面驅(qū)動夾具的定心頂尖產(chǎn)生軸向壓力，致使定心頂尖回退，直至驅(qū)動刃吃入工件端面。位于浮動盤上的驅(qū)動刃將機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩傳遞到工件上。

使用FSB型端面驅(qū)動夾具的機(jī)床的尾架頂尖要能夠軸向進(jìn)給和退回并且提供足夠的軸向推力。

1.2定心頂尖固定，驅(qū)動刃可以軸向伸縮的FFB型端面驅(qū)動夾具

FFB型端面驅(qū)動夾具的結(jié)構(gòu)如圖3所示。FFB型端面驅(qū)動夾具的定心頂尖1是固定的，不能軸向伸縮，5個(gè)驅(qū)動刃2裝在浮動盤3上，浮動盤3和推桿4連接，推桿4可以通過浮動盤3帶動驅(qū)動刃2軸向伸縮。當(dāng)工件端面不平整時(shí)，浮動盤3擺動，起到一定的補(bǔ)償作用，使5個(gè)驅(qū)動刃2均勻地接觸工件端面。

FFB型端面驅(qū)動夾具的工作原理如圖4所示。工作時(shí)，端面驅(qū)動夾具的定心頂尖和尾架頂尖先從二端將工件頂住定位，機(jī)床主軸里的回轉(zhuǎn)油缸或回轉(zhuǎn)氣缸再推動端面驅(qū)動夾具的推桿，推桿通過浮動盤推動5個(gè)驅(qū)動刃，使驅(qū)動刃吃入工件端面，從而將機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩傳遞到工件上。

使用FFB型端面驅(qū)動夾具的機(jī)床的尾架頂尖要能夠軸向進(jìn)給和退回并且提供足夠的軸向推力，同時(shí)機(jī)床主軸要帶有回轉(zhuǎn)油缸或回轉(zhuǎn)氣缸，為驅(qū)動刃提供推力。

1.3定心頂尖和驅(qū)動刃合二為一，在頂尖的錐面上帶有刃口的NDG型端面驅(qū)動夾具

圖5是NDG型端面驅(qū)動夾具。NDG型端面驅(qū)動夾具的工作原理如圖6所示。這種端面驅(qū)動夾具將定心頂尖和驅(qū)動刃合二為一，在頂尖的錐面上帶有刃口，主要用于管件加工。工作時(shí)通過尾架頂尖的推力使錐面上的刃口吃入管件內(nèi)孔的邊緣，將機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩傳遞到管件上。

使用NDG型端面驅(qū)動夾具的機(jī)床的尾架頂尖要能夠軸向進(jìn)給和退回并且提供足夠的軸向推力。

2　端面驅(qū)動夾具的驅(qū)動刃的結(jié)構(gòu)形式

對于不同的加工對象，端面驅(qū)動夾具的驅(qū)動刃有多種結(jié)構(gòu)形式，主要有如下幾種：

2.1普通驅(qū)動刃

普通驅(qū)動刃用于夾持低硬度材料的工件，通常用高速鋼制造，帶有刃口，工作時(shí)吃入工件端面，有用于機(jī)床主軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動的SR型，順時(shí)針轉(zhuǎn)動的SL型和雙向轉(zhuǎn)動的NV型，如圖7所示。

2.2KV-HS型驅(qū)動刃

KV-HS型驅(qū)動刃用于夾持高硬度的工件，它的頭部有硬質(zhì)合金涂層，并且端面為十字齒型結(jié)構(gòu)，如圖8所示。

2.3FV型驅(qū)動刃

FV型驅(qū)動刃用于夾持高硬度的工件，它的頭部有金剛石涂覆層，并且端面帶有鋸齒型結(jié)構(gòu)，如圖9所示。

2.4整體硬質(zhì)合金驅(qū)動刃和用硬質(zhì)合金刀片的驅(qū)動刃

整體硬質(zhì)合金驅(qū)動刃的結(jié)構(gòu)和圖7所示的普通驅(qū)動刃的結(jié)構(gòu)相同，只是整體用硬質(zhì)合金制造。用硬質(zhì)合金刀片的驅(qū)動刃如圖10所示，它使用硬質(zhì)合金刀片，節(jié)省硬質(zhì)合金材料，并且刀片可以更換。有用于機(jī)床主軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動的SR型和順時(shí)針轉(zhuǎn)動的SL型。

3　端面驅(qū)動夾具的工藝參數(shù)計(jì)算

端面驅(qū)動夾具在選型和使用時(shí)需要計(jì)算尾架推力和機(jī)床切削參數(shù)。

3.1端面驅(qū)動夾具的驅(qū)動刃工作推力F[3-4]

端面驅(qū)動夾具的驅(qū)動刃工作推力F是指使驅(qū)動刃吃入工件端面所能施加的最大推力。

當(dāng)驅(qū)動刃與工件為刃口接觸(如普通驅(qū)動刃、整體硬質(zhì)合金驅(qū)動刃和用硬質(zhì)合金刀片的驅(qū)動刃)時(shí)，刃口最大負(fù)荷為300 N，這類驅(qū)動刃用于未硬化的工件，驅(qū)動刃工作推力：

F(N) =刃口負(fù)荷(N/mm)×刃口長度(mm)×驅(qū)動刃數(shù)

當(dāng)驅(qū)動刃與工件為面接觸(如KV-HS型驅(qū)動刃和FV型驅(qū)動刃)時(shí)，接觸面為純金剛砂涂層，接觸面最大負(fù)荷為100 N；接觸面為細(xì)齒-金剛砂面或十字齒-硬材質(zhì)涂層面，接觸面最大負(fù)荷為200 N/mm2。面接觸的驅(qū)動刃用于硬化的工件。驅(qū)動刃工作推力：

F(N)=刃面負(fù)荷(N/mm2)×刃面面積(mm2)×驅(qū)動刃數(shù)

尾架推力FR是指工作時(shí)尾架頂尖所能施加的最大推力。工作時(shí)不要超過它。不同結(jié)構(gòu)的端面驅(qū)動夾具的尾架推力的計(jì)算方式不同。

3.2.1FSB型端面驅(qū)動夾具的尾架推力

FSB型端面驅(qū)動夾具的定心頂尖可以軸向伸縮，尾架推力：

FR=驅(qū)動刃工作推力F+驅(qū)動頂尖的彈簧力FF

當(dāng)工件重量WG大于500 kg時(shí)，尾架推力必須同時(shí)大于工件重量的0.6倍。即：

FR>0.6×工件重量WG·g(g為重力加速度)

3.2.2FFB型端面驅(qū)動夾具的尾架推力

FFB型端面驅(qū)動夾具的定心頂尖固定，驅(qū)動刃可以軸向伸縮，尾架推力：

FR=1.3×驅(qū)動刃工作推力F+0.5×工件重量WG·g

3.3機(jī)床最大切削橫截面積qmax(mm2)[3-4]

機(jī)床最大切削橫截面積：

qmax(mm2) = 進(jìn)給量f(mm/r)×最大切削深度a(mm)

根據(jù)qmax可以計(jì)算進(jìn)給量f或者最大切削深度a(選擇一個(gè)參數(shù)計(jì)算另一個(gè)參數(shù))。

目前只能計(jì)算未硬化工件的qmax(驅(qū)動刃與工件為刃口接觸)，硬化工件的qmax(驅(qū)動刃與工件為面接觸)目前還無法計(jì)算，有關(guān)夾具公司可以提供可傳輸?shù)慕谱畲笈ぞ刂?。不同結(jié)構(gòu)的端面驅(qū)動夾具的qmax的計(jì)算公式不同。

FSB型端面驅(qū)動夾具的qmax(mm2)：

(1)

式中：FR為尾架推力，N；m為材料因素；D為車削直徑，mm；d為夾緊直徑，mm。

FFB型端面驅(qū)動夾具的qmax(mm2)：

(2)

式中：FS為回轉(zhuǎn)油缸推力，N；m為材料因素；D為車削直徑，mm；d為夾緊直徑，mm。

上述公式(1)、(2)中的材料因素m可以從端面驅(qū)動夾具的使用說明書中查得。

4　結(jié)語

德國NEIDLEIN-SPANNZEUGE公司設(shè)計(jì)、制造的端面驅(qū)動夾具具有優(yōu)良的技術(shù)性能，可以實(shí)現(xiàn)軸類工件一次裝夾完成全長車削加工，加工精度高，穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高，是當(dāng)今國際上最先進(jìn)的機(jī)床夾具之一，在機(jī)械制造中應(yīng)用廣泛。

[1]漆益龍,田冠軍,謝立湘.端面驅(qū)動頂尖在軸類零件加工中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2014,29 (1)：36-39.

[2]普寧,劉達(dá).端面驅(qū)動頂尖在氣門車加工中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī),2015(7)：25-26.

[3]Betriebsanleitung-Neidlein-Stirnmitnehm er-FSB[Z].德國NEIDLEIN-SPANNZEUGE公司，2015.

[4]Betriebsanleitung-Neidlein-Stirnmitnehm er-FSB[Z].德國NEIDLEIN-SPANNZEUGE公司，2015.

(編輯李靜)

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Face drivers for turning workpieces between centers

SHEN Jian①, LIU Xiaohui①, YUAN Hua②

(①School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, CHN;②Consulting Company of Industrial Technology in Central European, Lauffen, Germany)

Shaft parts are clamped between centers. The entire surface of shaft parts can be turned with one single clamping; machining accuracy and machining efficiency is high. So working principle and application characteristics of face drivers are introduced in the paper.

face drivers; turning; shaft parts

TH122；TG751.1

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.10.032

2016-06-22)

161036