實現工件全長車削加工的端面驅動夾具

沈　健　劉曉輝　袁　華

(①合肥工業大學機械工程學院，安徽 合肥 230009；②中歐工業技術咨詢公司，德國 Lauffen)

?

實現工件全長車削加工的端面驅動夾具

沈健①劉曉輝①袁華②

(①合肥工業大學機械工程學院，安徽 合肥 230009；②中歐工業技術咨詢公司，德國 Lauffen)

端面驅動夾具+尾架頂尖夾持軸類工件，可以實現一次裝夾完成全長車削加工，加工精度和加工效率高。介紹了該端面驅動夾具的工作原理和應用特點。

端面驅動夾具；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現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公司的端面驅動夾具(亦稱：驅動頂尖、端面驅動器)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動夾具通過軸端面提供驅動力，帶動軸類工件旋轉。目前已有國內企業在使用端面驅動夾具[1-2]。

1　端面驅動夾具的工作原理

端面驅動夾具是一種安裝在機床主軸上使用的工件夾具，與尾架頂尖配合使用，負責將機床主軸產生的扭矩傳遞到置于兩頂尖之間的被加工工件上。

端面驅動夾具與機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。當端面驅動夾具的接口與機床主軸的接口形式不同時，可以通過過渡法蘭實現連接。

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

常見的端面驅動夾具有3種結構形式：

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

1.1定心頂尖可以軸向伸縮，驅動刃固定的FSB型端面驅動夾具

圖1是FSB型端面驅動夾具的結構圖。這種端面驅動夾具的定心頂尖1可以軸向伸縮，6個驅動刃2裝在浮動盤3上，軸向不能伸縮。當工件端面不平整時，浮動盤3擺動，起到一定的補償作用，使6個驅動刃2均勻地接觸工件端面。

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

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

1.2定心頂尖固定，驅動刃可以軸向伸縮的FFB型端面驅動夾具

FFB型端面驅動夾具的結構如圖3所示。FFB型端面驅動夾具的定心頂尖1是固定的，不能軸向伸縮，5個驅動刃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帶動驅動刃2軸向伸縮。當工件端面不平整時，浮動盤3擺動，起到一定的補償作用，使5個驅動刃2均勻地接觸工件端面。

FFB型端面驅動夾具的工作原理如圖4所示。工作時，端面驅動夾具的定心頂尖和尾架頂尖先從二端將工件頂住定位，機床主軸里的回轉油缸或回轉氣缸再推動端面驅動夾具的推桿，推桿通過浮動盤推動5個驅動刃，使驅動刃吃入工件端面，從而將機床主軸旋轉時產生的扭矩傳遞到工件上。

使用FFB型端面驅動夾具的機床的尾架頂尖要能夠軸向進給和退回并且提供足夠的軸向推力，同時機床主軸要帶有回轉油缸或回轉氣缸，為驅動刃提供推力。

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

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

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

2　端面驅動夾具的驅動刃的結構形式

對于不同的加工對象，端面驅動夾具的驅動刃有多種結構形式，主要有如下幾種：

2.1普通驅動刃

普通驅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，工作時吃入工件端面，有用于機床主軸逆時針轉動的SR型，順時針轉動的SL型和雙向轉動的NV型，如圖7所示。

2.2KV-HS型驅動刃

KV-HS型驅動刃用于夾持高硬度的工件，它的頭部有硬質合金涂層，并且端面為十字齒型結構，如圖8所示。

2.3FV型驅動刃

FV型驅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構，如圖9所示。

2.4整體硬質合金驅動刃和用硬質合金刀片的驅動刃

整體硬質合金驅動刃的結構和圖7所示的普通驅動刃的結構相同，只是整體用硬質合金制造。用硬質合金刀片的驅動刃如圖10所示，它使用硬質合金刀片，節省硬質合金材料，并且刀片可以更換。有用于機床主軸逆時針轉動的SR型和順時針轉動的SL型。

3　端面驅動夾具的工藝參數計算

端面驅動夾具在選型和使用時需要計算尾架推力和機床切削參數。

3.1端面驅動夾具的驅動刃工作推力F[3-4]

端面驅動夾具的驅動刃工作推力F是指使驅動刃吃入工件端面所能施加的最大推力。

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

F(N) =刃口負荷(N/mm)×刃口長度(mm)×驅動刃數

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

F(N)=刃面負荷(N/mm2)×刃面面積(mm2)×驅動刃數

尾架推力FR是指工作時尾架頂尖所能施加的最大推力。工作時不要超過它。不同結構的端面驅動夾具的尾架推力的計算方式不同。

3.2.1FSB型端面驅動夾具的尾架推力

FSB型端面驅動夾具的定心頂尖可以軸向伸縮，尾架推力：

FR=驅動刃工作推力F+驅動頂尖的彈簧力FF

當工件重量WG大于500 kg時，尾架推力必須同時大于工件重量的0.6倍。即：

FR>0.6×工件重量WG·g(g為重力加速度)

3.2.2FFB型端面驅動夾具的尾架推力

FFB型端面驅動夾具的定心頂尖固定，驅動刃可以軸向伸縮，尾架推力：

FR=1.3×驅動刃工作推力F+0.5×工件重量WG·g

3.3機床最大切削橫截面積qmax(mm2)[3-4]

機床最大切削橫截面積：

qmax(mm2) = 進給量f(mm/r)×最大切削深度a(mm)

根據qmax可以計算進給量f或者最大切削深度a(選擇一個參數計算另一個參數)。

目前只能計算未硬化工件的qmax(驅動刃與工件為刃口接觸)，硬化工件的qmax(驅動刃與工件為面接觸)目前還無法計算，有關夾具公司可以提供可傳輸的近似最大扭矩值。不同結構的端面驅動夾具的qmax的計算公式不同。

FSB型端面驅動夾具的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型端面驅動夾具的qmax(mm2)：

(2)

式中：FS為回轉油缸推力，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可以從端面驅動夾具的使用說明書中查得。

4　結語

德國NEIDLEIN-SPANNZEUGE公司設計、制造的端面驅動夾具具有優良的技術性能，可以實現軸類工件一次裝夾完成全長車削加工，加工精度高，穩定可靠，生產效率高，是當今國際上最先進的機床夾具之一，在機械制造中應用廣泛。

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

[2]普寧,劉達.端面驅動頂尖在氣門車加工中的應用[J].南方農機,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)

如果您想發表對本文的看法，請將文章編號填入讀者意見調查表中的相應位置。

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