顶尖装夹—解决轴类加工难题
前 言
在零部件加工工艺过程中，如何提高加工件精度，减少加工过程中的误差是一直存在的问题，而夹具的选择是其中的一个重要环节。
关于怎样更高精度更稳定的加工轴类零件，本文介绍了两顶尖装夹工具，同时提供几种新型顶尖夹具设计思路。
一、典型的两顶尖装夹方式
当工件类型是较长的或必须经过多次装夹后才能加工好的工件，或工序较多，在车削后还要铣削或磨削的工件时，如果选用传统的卡盘等装夹方式，多次的找正以及拆卸会影响加工的精度。为了保证每次装夹时的装夹精度，一般用两顶尖装夹（如图1）。
图1 两顶尖装夹加工轴类零件
顶尖装夹工作原理：
图2两顶尖装夹工作原理图
1－拨盘2－卡箍3，4－顶尖
顶尖装夹机构的整体结构如图2所示，包括：
拨盘：主轴与卡箍（夹头）的连接件，主轴运动经拨盘带动卡箍旋转使工件运动。
卡箍（夹头）：夹持工件。
顶尖：用于定位工件。
当工件用顶尖支撑在机床上时，顶尖不转动，工件的旋转运动通过卡箍（如图3）获得。卡箍装夹工件，另有一端与同主轴相连接的拨盘配合，主轴通过拨盘1带动紧固在轴端的卡箍2使工件转动。
图3 常见卡箍
二、典型顶尖的类型
顶尖有普通顶尖（俗称死顶尖）、反顶尖及活顶尖等（如图4，图5）。
普通顶尖：车床上的前、后顶尖一般采用。
活顶尖：高速切削时，为防止后顶尖磨损、发热或烧损，常采用活顶尖。活顶尖结构复杂，旋转精度较低，多用于粗车和半精车。
反顶尖：直径小于6mm的轴颈不便加工中心孔，则将轴端加工成60°的锥面后安装。
图4 各种类型的顶尖
由上述可见，典型顶尖解决了加工细长轴类零件时的定位精度，找正，加工精度等难题。
采用两顶尖装夹加工轴类零件时具有如下的优点：
1．便于加工的进行，保证工件有足够的刚度，防止加工时工件的变形。
2．装夹工件方便，不需找正，定位精度高。
3．加工轴的各个外表面时，用顶尖作为定位基准，使基准统一，各个外圆面的同心度变高，跳动减小，保证了加工精度。
图5 普通顶尖
在工业制造领域不断追求高效率，高精度的背景下，寻求更有效的顶尖装夹方案显得极为必要，近来一些新型的产品设计不断出现。而设计的思路则体现出不同场景对应不同类型的装夹工具，使得解决方案更有针对性。
三、以下提供一种驱动顶尖的介绍
GG顶尖制造会社是一家专业生产、开发、设计机床回转顶尖的厂家，其产品包括数控机床高速顶尖，高精度顶尖，高承重顶尖以及伞型顶尖等。其设计制造的端面驱动顶尖和可换式驱动顶尖针对不同的加工需要提供了不同的思路。
稳定高效的端面驱动顶尖
FD型端面驱动顶尖（如图6，图7）是一种新型的机床附件，依靠驱动卡爪嵌入工件端面使其随机床主轴旋转，从而完全替代了鸡心夹头和卡盘。
图6 FD型高效端面驱动顶尖
图7 FD型端面驱动顶尖设计图
FD型端面驱动顶尖的特点：
·具有强大表面的驱动力，适合加工表面粗糙度要求较高和一次成形加工
·旋转时保证精度为0．003m
·适用于各类数控车床和高速数控机床。
·采用特殊的油密封，可以很好的防止切削油和异物的渗透。
·大大提高被加工零件的精密度，适合零件的大批量生产。
·驱动爪可以更换，保证了优秀的耐久性。
四、设计实例：一种离心式端面驱动顶尖
目前的端面驱动顶尖一般都是尾座力顶紧式的，其优点是结构较为简单。缺点是由于结构功能限制，对工件进行定位的前顶尖必须是轴向可以移动的，因而定心精度不高。而采用以离心力为夹紧力来源的端面驱动顶尖，由于在结构上允许采用固定式前顶尖，所以定心精度较高，夹具刚性也相对较好。这里是一种结构工艺性良好的离心式端面驱动顶尖的设计思路。
设计结构和工作原理
离心式端面驱动顶尖的结构如图10所示。从图可见，工件9在前顶尖8和后两顶尖10上定位，夹具体1内装有几只可径向运动的圆柱形离心重块5。当夹具体1在车床主轴的驱动下旋转时，圆柱形重块5在离心力的作用下便沿径向甩出。该离心力通过杠杆作用在柱塞2上，迫使柱塞2向轴心方向运动；柱塞2进而压缩柔性介质4，使柔性介质4推动拨爪7向图示右方向运动；拨爪7右端部的刃口便与工件的左端面接触，并微量嵌入其中，从而驱动工件9与夹具体1一起旋转。当开始加工时，由拨爪7产生的驱动转矩便抵抗由切削力形成的切削力矩。
除了本文开头介绍的优点外，图中所示的离心式端面驱动顶尖还具有以下优点：
（1）离心重块5为圆柱体，使得整个夹具的制造工艺性显著好于采用摆动式重块的离心式端面驭动顶尖。
（2）采用浮动支点杠杆3及柔性介质4实现力的变向传递，结构简单紧凑，制造工艺性好。
图8 离心式端面驱动顶尖结构原理图
1－夹具体2－柱塞3－杠杆4－柔性介质5－离心重块6－堵块
7－拨爪8－前顶尖9－工件10－后顶尖
这种离心式端面驱动顶尖不仅能在数控车床上应用，也可在液压仿形车床及社会保有量极大的卧式车床上应用。特别是对没有配备液压系统的经济型数控车床与卧式车床，应用离心式端面驱动顶尖还能大幅度降低工人劳动强度。因此，这种离心式端面驱动顶尖，具有较大推广价值和推广潜力。
