在機械加工中,常常遇到矩形工件或者異形工件。對於矩形工件的加工如用四爪卡盤裝卡，校調費時，定位精度低，要求車工技術等級高，如用V形體虎鉗定位夾緊機構，則附具複雜，製造困難。對於異形工件，如設計專用的夾具，則工序多，時間長，效率低，成本高，製造和裝配精度受到一定條件的限制，而且專用夾具欠缺通用性。
三爪卡盤作為機加工中最基礎也最常見的夾具型別之一，在夾緊工件時其三爪是等量徑向移動的，所以用三爪卡盤裝夾工件，裝夾部位一般為圓柱面或平面。但如果工件沒有適合於卡爪裝夾的形面，如何裝夾呢？從裝夾橫截面為矩形的方料時的一種簡單附具，到裝夾不規則截面胚料時的專用夾具設計，再到改制三爪卡盤（軟爪）加工異形面的實現過程，應用的場景從小至廣，對應工件的加工工藝由易至難，以下都有相應的解決方案，供以不同需求的設計人員參考。
案例一：三爪卡盤裝夾四邊形工件
把鋼鐵材料的板材加工成圓棒，作拉伸、熱模擬等試樣，需要用車床把鋸切好的四邊形坯料加工成圓形試樣，這時就會出現在車床三爪或四爪卡盤上裝夾橫截面為四邊形坯料（圖1）的問題。
圖1 不規則四邊形工件
1、三爪卡盤裝夾橫截面為矩形的四邊形胚料
（1）在三爪卡盤的卡爪上套 3 個U型夾頭（圖2）裝夾四方工件。
裝夾方法如圖3，先將夾套裝到卡爪上，再放上工件，該夾具適用於某個具體橫截面尺寸，也可以透過加墊片進行調節，能擴大其使用範圍，使工裝夾具能適用於一定尺寸範圍內的矩形工件。
圖2 U型夾頭
（2）該工裝夾具的工作原理
當要加工四方工件前將夾套 s 裝在三爪卡盤的卡爪上，下面的卡爪裝上 90°V 形夾套，上面左、右兩卡爪裝上與平頭傾斜 15°的夾套( 即圖中∠FOE =15°) ，用螺釘擰緊固定。由於加工的四方工件尺寸種類繁多，將引起工件偏心，該偏心可用墊片來修正。為保證四方工件的中心O與尾座頂尖同軸，需要保證工件中心O到三爪卡盤 3 個卡爪平斗的距離一樣。
圖3 三爪卡盤裝夾四方工具結構圖
（3）使用夾套的優點
對於坯料橫截面為矩形時，可以根據方料的具體尺寸在 3 個卡爪與夾頭之間加相應尺寸的墊片，該方法對於截面為矩形的方料裝夾方便簡潔，且裝夾牢靠，能夠適應四方料在三爪卡盤上的裝夾。
2、三爪卡盤裝夾橫截面不規則的四邊形胚料
對於大小不統一、橫截面不規則實驗試樣毛坯料的車削加工，為了能保證在規定尺寸範圍內把四邊形坯料加工成圓形實驗試樣，可以考慮透過先對毛坯料兩端定中心，再用兩頂尖法裝夾的方式來設計工裝夾具。夾具主要有 5 個部分組成，定位元件及定位裝置、夾緊裝置，夾具體等（如圖4）。
圖4 裝夾形狀不規則工件夾具
（1）夾具的設計原理
透過螺栓2把四邊形工件的一端固定在夾具的裝夾區，裝夾區的大小可以根據毛坯料的大小透過調節螺栓2來控制。工件一端透過裝夾前的定位中心孔頂在三爪卡盤一端的死頂尖上，透過撥杆與卡爪的連線帶動工件旋轉。為了保證夾具和工件在旋轉過程中不出現擺動現象，可以透過撥杆上的螺栓1把夾具的撥杆固定在卡爪上。
圖5 不規則四邊形工件在三爪卡盤上的工裝結構
（2）該套夾具的優點
利用兩頂尖法透過專用夾具在三爪卡盤上裝夾橫截面為不規則四邊形工件如圖5。透過在毛坯料尺寸有限的情況下需要把四邊形工件車削成圓棒，為了保證該四邊形工件的裝夾中心與尾座活絡頂尖同心且保證裝夾牢固可靠、方便，在裝夾前先在工件的兩端面劃線，找出端面中心並打好中心孔，然後利用特製夾具和兩頂尖，採用一夾兩頂的方法，以工件兩中心孔所確定的直線來定位。該裝夾方法快速簡潔且安全可靠。
案例二：改制三爪卡盤裝夾工件異形面
以圖6所示異形工件為例，在工廠實際生產中，裝夾此類零件除了使用專用夾具之外，沒有別的好辦法。使用專用夾具需要製造若干零件，經過多道工序加工，然後才能裝配而成，耗時過長。且專用夾具的定位方式、製造和裝配精度將直接影響工件定位精度。於是考慮改制三爪卡盤裝夾工件異形面。
圖6 待加工零件圖
1.問題分析
從零件結構、裝配要求來看，設計一種獨特的方法：在三爪（軟爪）內車出與工件周向、軸向曲線均吻合的異形面，以此裝夾工件。
2.操作方法
（1）根據工件形狀、大小和數控車床卡盤的液壓夾緊行程確定三爪（軟爪）在卡盤端面齒上的安裝位置，預留足夠的空間，使工件在液壓卡盤松開後能裝進改制後的三爪內。
（2）在三爪中車異形內輪廓，要解決三個問題：①車異形內輪廓與車圓柱形內輪廓不同；②車三爪異形內凹輪廓，要避免刀具干涉現象；③車三爪是斷續切削，在餘量較多的情況下，既要避免刀具崩刃現象，又要保證加工質量和效率。為此，採取如下措施：①編制加工程式車爪面異形內輪廓；②選擇合適的刀具車爪面，避免刀具干涉現象；③選擇合適的切削用量車爪面。
（3）改制好後用油石或銼刀將三爪軸向六處銳邊修鈍。
圖7 用內孔尖刀在三爪內車圓弧形面
圖8 用車好的三爪圓弧形面裝夾工件
3.加工驗證
（1）工序一（如圖9），用普通三爪裝夾毛坯（圓棒料φ80×30），將夾緊力調整為20bar，夾持外圓軸向長度7mm。為了保證工件表面圓滑過渡，避免出現“接刀”痕跡，外圓弧 R8、R2 和外圓柱φ58均在本工序用刀杆GHDL20-3 配外圓弧刀片 GIP3.00E-1.50 IC908（圓弧 R1.5）加工完成；端面圓弧和橢圓用刀杆HFHR-20M配端面圓弧刀片HFPR3015 IC908（圓弧 R1.5）加工完成。
圖9 工序一加工現場
（2）工序二（如圖10），用前面所述方法改制軟爪，將夾緊力調整為 15bar，裝夾工件 R8 圓弧面。由於改制的軟爪能限制工件五個自由度，既能自動定心，又能自動定長（軸向定位），裝夾後就能保證工件掉頭同軸度和平行度，省去了用百分表找正工件的麻煩。因裝夾剛性好，安全效能高，可採用理想的切削用量加工工件右端面、φ38 內孔和 32°外錐面，生產效率高，產品質量好。 加工完後，經檢測驗證，工件掉頭同軸度誤差在 0.015mm 以內，平行度誤差在 0.012mm 以內，形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度都比較理想。
圖10 工序二加工現場
4.改制三爪卡盤的拓展應用
將本方法應用範圍擴大，根據工件的不同形狀改制三爪（軟爪），能裝夾工件 V 形面、螺紋、橢圓、拋物線、雙曲線、漸開線、正（餘）弦（切）曲線等各種複雜異形面。
圖11 含傾斜正弦曲線和錐面的難裝夾零件
如圖11所示零件，一端為傾斜正弦曲線外形和φ18 內孔，另端為 40°外錐和 R15 端面圓弧，若按常規，無論先加工哪一端，掉頭裝夾都比較困難。而採用本辦法，可先加工傾斜正弦曲線和φ18 內孔，然後透過自動程式設計在三爪內車出與其相吻合的傾斜正弦曲線形面，以此裝夾工件完成另一端加工（見圖12、13、14）。
圖12 用內孔尖刀在三爪內車傾斜正弦曲線形面
圖13 用車好的三爪傾斜正弦曲線形面裝夾工件
圖14 裝夾傾斜正弦曲線形面加工另一端
加工完後，經檢驗，工件同軸度誤差在 0.015mm 以內，平行度誤差在 0.01mm 以內，其它各項精度指標均達到了要求。
5. 改制三爪卡盤設計總結
實踐證明，透過技術創改制三爪卡盤進行加工，取得了顯著成果：
（一）普通三爪只能裝夾圓柱面或平面，只能限制工件四個自由度。而按本方法改制軟爪能裝夾各種異形面，適用範圍廣，能限制工件五個自由度，既能自動定心，又能自動定長，定位精度高，裝夾剛性好，加工工件同軸度和平行度均能達到 6—7 級。
（二）普通三爪掉頭裝夾時為了保證位置精度，一般要用百分表找正工件。而改制的軟爪無須找正工件，裝夾方便、快捷、牢靠，減少了輔助時間，且因裝夾剛性和安全性好，可採用較大的切削用量進行加工，提高了生產效率。
（三）製造專用夾具工序多，時間長，效率低，成本高，製造和裝配精度受到一定條件的限制，而且專用夾具欠缺通用性。而改制軟爪僅用一臺數控車床就能實施，一般不超過 30 分鐘就能完成。由於軟爪在數控車床上安裝好之後才改制，並直接應用於本機床裝夾工件，這就消除了夾具裝配誤差，故其精度明顯比專用夾具高。一副φ200mm 的軟爪價格僅 140 元，可多次改制，可重複應用於不同產品。所以，改制軟爪比製造專用夾具更加簡便、快捷、精確和經濟。
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在機械加工中,常常遇到矩形工件或者異形工件。對於矩形工件的加工如用四爪卡盤裝卡，校調費時，定位精度低，要求車工技術等級高，如用V形體虎鉗定位夾緊機構，則附具複雜，製造困難。對於異形工件，如設計專用的夾具，則工序多，時間長，效率低，成本高，製造和裝配精度受到一定條件的限制，而且專用夾具欠缺通用性。
三爪卡盤作為機加工中最基礎也最常見的夾具型別之一，在夾緊工件時其三爪是等量徑向移動的，所以用三爪卡盤裝夾工件，裝夾部位一般為圓柱面或平面。但如果工件沒有適合於卡爪裝夾的形面，如何裝夾呢？從裝夾橫截面為矩形的方料時的一種簡單附具，到裝夾不規則截面胚料時的專用夾具設計，再到改制三爪卡盤（軟爪）加工異形面的實現過程，應用的場景從小至廣，對應工件的加工工藝由易至難，以下都有相應的解決方案，供以不同需求的設計人員參考。
案例一：三爪卡盤裝夾四邊形工件
把鋼鐵材料的板材加工成圓棒，作拉伸、熱模擬等試樣，需要用車床把鋸切好的四邊形坯料加工成圓形試樣，這時就會出現在車床三爪或四爪卡盤上裝夾橫截面為四邊形坯料（圖1）的問題。
圖1 不規則四邊形工件
1、三爪卡盤裝夾橫截面為矩形的四邊形胚料
（1）在三爪卡盤的卡爪上套 3 個U型夾頭（圖2）裝夾四方工件。
裝夾方法如圖3，先將夾套裝到卡爪上，再放上工件，該夾具適用於某個具體橫截面尺寸，也可以透過加墊片進行調節，能擴大其使用範圍，使工裝夾具能適用於一定尺寸範圍內的矩形工件。
圖2 U型夾頭
（2）該工裝夾具的工作原理
當要加工四方工件前將夾套 s 裝在三爪卡盤的卡爪上，下面的卡爪裝上 90°V 形夾套，上面左、右兩卡爪裝上與平頭傾斜 15°的夾套( 即圖中∠FOE =15°) ，用螺釘擰緊固定。由於加工的四方工件尺寸種類繁多，將引起工件偏心，該偏心可用墊片來修正。為保證四方工件的中心O與尾座頂尖同軸，需要保證工件中心O到三爪卡盤 3 個卡爪平斗的距離一樣。
圖3 三爪卡盤裝夾四方工具結構圖
（3）使用夾套的優點
對於坯料橫截面為矩形時，可以根據方料的具體尺寸在 3 個卡爪與夾頭之間加相應尺寸的墊片，該方法對於截面為矩形的方料裝夾方便簡潔，且裝夾牢靠，能夠適應四方料在三爪卡盤上的裝夾。
2、三爪卡盤裝夾橫截面不規則的四邊形胚料
對於大小不統一、橫截面不規則實驗試樣毛坯料的車削加工，為了能保證在規定尺寸範圍內把四邊形坯料加工成圓形實驗試樣，可以考慮透過先對毛坯料兩端定中心，再用兩頂尖法裝夾的方式來設計工裝夾具。夾具主要有 5 個部分組成，定位元件及定位裝置、夾緊裝置，夾具體等（如圖4）。
圖4 裝夾形狀不規則工件夾具
（1）夾具的設計原理
透過螺栓2把四邊形工件的一端固定在夾具的裝夾區，裝夾區的大小可以根據毛坯料的大小透過調節螺栓2來控制。工件一端透過裝夾前的定位中心孔頂在三爪卡盤一端的死頂尖上，透過撥杆與卡爪的連線帶動工件旋轉。為了保證夾具和工件在旋轉過程中不出現擺動現象，可以透過撥杆上的螺栓1把夾具的撥杆固定在卡爪上。
圖5 不規則四邊形工件在三爪卡盤上的工裝結構
（2）該套夾具的優點
利用兩頂尖法透過專用夾具在三爪卡盤上裝夾橫截面為不規則四邊形工件如圖5。透過在毛坯料尺寸有限的情況下需要把四邊形工件車削成圓棒，為了保證該四邊形工件的裝夾中心與尾座活絡頂尖同心且保證裝夾牢固可靠、方便，在裝夾前先在工件的兩端面劃線，找出端面中心並打好中心孔，然後利用特製夾具和兩頂尖，採用一夾兩頂的方法，以工件兩中心孔所確定的直線來定位。該裝夾方法快速簡潔且安全可靠。
案例二：改制三爪卡盤裝夾工件異形面
以圖6所示異形工件為例，在工廠實際生產中，裝夾此類零件除了使用專用夾具之外，沒有別的好辦法。使用專用夾具需要製造若干零件，經過多道工序加工，然後才能裝配而成，耗時過長。且專用夾具的定位方式、製造和裝配精度將直接影響工件定位精度。於是考慮改制三爪卡盤裝夾工件異形面。
圖6 待加工零件圖
1.問題分析
從零件結構、裝配要求來看，設計一種獨特的方法：在三爪（軟爪）內車出與工件周向、軸向曲線均吻合的異形面，以此裝夾工件。
2.操作方法
（1）根據工件形狀、大小和數控車床卡盤的液壓夾緊行程確定三爪（軟爪）在卡盤端面齒上的安裝位置，預留足夠的空間，使工件在液壓卡盤松開後能裝進改制後的三爪內。
（2）在三爪中車異形內輪廓，要解決三個問題：①車異形內輪廓與車圓柱形內輪廓不同；②車三爪異形內凹輪廓，要避免刀具干涉現象；③車三爪是斷續切削，在餘量較多的情況下，既要避免刀具崩刃現象，又要保證加工質量和效率。為此，採取如下措施：①編制加工程式車爪面異形內輪廓；②選擇合適的刀具車爪面，避免刀具干涉現象；③選擇合適的切削用量車爪面。
（3）改制好後用油石或銼刀將三爪軸向六處銳邊修鈍。
圖7 用內孔尖刀在三爪內車圓弧形面
圖8 用車好的三爪圓弧形面裝夾工件
3.加工驗證
（1）工序一（如圖9），用普通三爪裝夾毛坯（圓棒料φ80×30），將夾緊力調整為20bar，夾持外圓軸向長度7mm。為了保證工件表面圓滑過渡，避免出現“接刀”痕跡，外圓弧 R8、R2 和外圓柱φ58均在本工序用刀杆GHDL20-3 配外圓弧刀片 GIP3.00E-1.50 IC908（圓弧 R1.5）加工完成；端面圓弧和橢圓用刀杆HFHR-20M配端面圓弧刀片HFPR3015 IC908（圓弧 R1.5）加工完成。
圖9 工序一加工現場
（2）工序二（如圖10），用前面所述方法改制軟爪，將夾緊力調整為 15bar，裝夾工件 R8 圓弧面。由於改制的軟爪能限制工件五個自由度，既能自動定心，又能自動定長（軸向定位），裝夾後就能保證工件掉頭同軸度和平行度，省去了用百分表找正工件的麻煩。因裝夾剛性好，安全效能高，可採用理想的切削用量加工工件右端面、φ38 內孔和 32°外錐面，生產效率高，產品質量好。 加工完後，經檢測驗證，工件掉頭同軸度誤差在 0.015mm 以內，平行度誤差在 0.012mm 以內，形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度都比較理想。
圖10 工序二加工現場
4.改制三爪卡盤的拓展應用
將本方法應用範圍擴大，根據工件的不同形狀改制三爪（軟爪），能裝夾工件 V 形面、螺紋、橢圓、拋物線、雙曲線、漸開線、正（餘）弦（切）曲線等各種複雜異形面。
圖11 含傾斜正弦曲線和錐面的難裝夾零件
如圖11所示零件，一端為傾斜正弦曲線外形和φ18 內孔，另端為 40°外錐和 R15 端面圓弧，若按常規，無論先加工哪一端，掉頭裝夾都比較困難。而採用本辦法，可先加工傾斜正弦曲線和φ18 內孔，然後透過自動程式設計在三爪內車出與其相吻合的傾斜正弦曲線形面，以此裝夾工件完成另一端加工（見圖12、13、14）。
圖12 用內孔尖刀在三爪內車傾斜正弦曲線形面
圖13 用車好的三爪傾斜正弦曲線形面裝夾工件
圖14 裝夾傾斜正弦曲線形面加工另一端
加工完後，經檢驗，工件同軸度誤差在 0.015mm 以內，平行度誤差在 0.01mm 以內，其它各項精度指標均達到了要求。
5. 改制三爪卡盤設計總結
實踐證明，透過技術創改制三爪卡盤進行加工，取得了顯著成果：
（一）普通三爪只能裝夾圓柱面或平面，只能限制工件四個自由度。而按本方法改制軟爪能裝夾各種異形面，適用範圍廣，能限制工件五個自由度，既能自動定心，又能自動定長，定位精度高，裝夾剛性好，加工工件同軸度和平行度均能達到 6—7 級。
（二）普通三爪掉頭裝夾時為了保證位置精度，一般要用百分表找正工件。而改制的軟爪無須找正工件，裝夾方便、快捷、牢靠，減少了輔助時間，且因裝夾剛性和安全性好，可採用較大的切削用量進行加工，提高了生產效率。
（三）製造專用夾具工序多，時間長，效率低，成本高，製造和裝配精度受到一定條件的限制，而且專用夾具欠缺通用性。而改制軟爪僅用一臺數控車床就能實施，一般不超過 30 分鐘就能完成。由於軟爪在數控車床上安裝好之後才改制，並直接應用於本機床裝夾工件，這就消除了夾具裝配誤差，故其精度明顯比專用夾具高。一副φ200mm 的軟爪價格僅 140 元，可多次改制，可重複應用於不同產品。所以，改制軟爪比製造專用夾具更加簡便、快捷、精確和經濟。
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