[科普中国]-定心夹紧机构

定心夹紧机构是一种同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构。工件在夹紧过程中，利用定位夹紧元件的等速移动或均匀弹性变形来消除定位副制造不准确或定位尺寸偏差对定心的影响，使这些误差或偏差能均匀而对称地分配在工件的定位基准面上。定心夹紧机构按工作原理可分为等距移动定心夹紧机构和弹性变形定心夹紧机构。1

定义定心夹紧机构又称为自动定心夹紧机构，是指将工件的定位、定心和夹紧结合在一起的夹紧机构。定心夹紧机构的工作原理是利用定位元件和夹紧元件的等距移动或均匀的弹性变形方式，消除定位元件与工件定位基准面的不准确性和定位尺寸偏差的影响。

特点定心夹紧机构的特点是定位与夹紧由同一(或同组)元件完成，即利用该元件等速趋近(或退离)某一对称轴线或对称平面，或利用该元件的均匀弹性变形，完成对工件的定位夹紧或松开。

由于采用定心夹紧装置时，对称轴线、对称平面或对称中心线是工件的定位基准，因而可使定位基准不产生位移，基准位移误差为零。同时对称轴线、对称平面或对称中心线又是工件的工序基准，则定位基准与工序基准重合，基准不重合误差为零，总的定位误差为零。正是由于这些特点，能使工件的定位基准不变，定位基准不产生位移，从而实现定心夹紧的作用。因此，定心夹紧机构主要适用于几何形状对称并以对称轴线、对称平面或对称中心线为工序基准的工件的定位夹紧。2

分类定心夹紧机构按照其定心作用原理来分有两种类型：一种是依靠传动机构使定心夹紧元件同时做等速移动，从而实现定心夹紧；另一种是依靠定心夹紧元件本身做均匀的弹性变形，从而实现定心夹紧。3

等距移动定心夹紧机构等距移动定心夹紧机构，是指通过内联动装置使原始作用力均衡地分散到每个定位(夹紧)元件上，使工件实现同时定位和夹紧。等距移动定心夹紧的要点是，不仅要使各个夹紧(定位)元件对工件的夹紧力保持相等，还要使各个夹紧(定位)元件的空问运动保持精确的等距移动，这样才能保证自动定位夹紧的目的。内联动装置的形式有多种，按其对夹紧元件的驱动方式分为螺旋等距移动定心夹紧机构、凸轮等距移动定心夹紧机构、偏移滚柱等距移动定心夹紧机构和斜楔等距移动定心夹紧机构。

螺旋等距移动定心夹紧机构

螺旋等距移动定心夹紧机构，是利用螺杆和螺母之间的螺旋运动来实现夹紧元件的同时移动和夹紧动作。该机构具有结构简单、工作行程大、传动联系比较精确的特点；但操作起来比较费时，效率不高。由于它制造容易，维护成本也较低，因此，在很多的定心夹紧机构中经常采用。比较典型的螺旋等距移动定心夹紧机构如图所示。

该机构的特点是，驱动左右两个钳口的是左右两个螺杆，这两个螺杆通过联动销连接在一起，形成一根左端是右螺纹，右端是左螺纹的驱动螺杆。当正向旋转驱动螺杆时，通过安装在左右钳口上的左螺套和右螺套，使左右钳口同时向中间移动，并借助V形铁和垫铁同时对工件进行定位和夹紧。当反向旋转驱动螺杆时，左右两个钳口会同时向相反方向移动，使工件呈放松状态，即可将工件取下。4

凸轮等距移动定心夹紧机构

凸轮等距移动定心夹紧机构，是利用凸轮的两个偏心曲面在旋转中产生的偏心距位移来实现夹紧元件的同时移动和夹紧动作的。该机构的结构比较简单，操作方便快捷，工作效率高；但工作行程短，定位精度较低，凸轮的制造相对复杂。通常应用于加工批量大、加工精度要求不太高的小型工件的夹具中。比较典型的凸轮等距移动定心夹紧机构，如图所示。

该机构的特点是，顺时针转动操纵手柄，使凸轮顺时针旋转，驱动上面的卡爪绕卡爪轴逆时针转动，下面的卡爪绕卡爪轴顺时针转动，从而在工件的四个夹紧点处将工件夹紧。当逆时针转动操纵手柄时，使凸轮逆时针旋转，在弹簧的作用下，使上下两个卡爪的钳口张开，工件呈放松状态，即可将工件取下。4

偏移滚柱等距移动定心夹紧机构

偏移滚柱等距移动定心夹紧机构，是利用安装在偏槽心轴上的3个滚柱对空心工件内壁产生的摩擦力来实现定位和夹紧的。该机构的结构十分简单，占用空间小，操作省力，但只适用于车床夹具中，且只能是空心的回转体工件。由于是依靠3个滑动滚柱的偏移及对工件内壁所产生的摩擦力使工件夹紧，因此，要求刀具切削工件时所产生的切削力只能是一个旋转方向。比较典型的偏移滚柱等距移动定心夹紧机构，如图所示。

该机构的特点是，将工件装入整个夹具体中，顺时针转动工件，依靠摩擦使3个滚柱分别向偏槽心轴的3个缺口槽狭窄处偏移，使工件内孔壁、滚柱和偏槽心轴三者牢牢地卡在一起，从而将工件夹紧。由于在车削过程中所产生的切削力矩也是顺时针方向的，因此在工件的加工过程中，对工件的夹紧作用会始终保持。加工完毕则逆时针转动工件，在摩擦力的作用下会使3个滚柱分别向偏槽心轴的3个缺口槽开阔处移动，使它们脱离工件的内孔壁，工件呈放松状态，即可将工件取下。4

斜楔等距移动定心夹紧机构

斜楔等距移动定心夹紧机构，是利用安装在心轴螺杆上的6个卡爪对空心回转体工件的内壁进行定位和夹紧的。6个卡爪的内表面与心轴螺杆和紧固螺套的圆锥面紧密接触，当两个圆锥体同时向中间移动时推动6个卡爪向外扩张，就将工件的内表面涨紧。该机构的结构对比偏移滚柱等距移动定心夹紧机构稍复杂些，但由于在两个具有一定距离的横截面上装有6个卡爪，因此，可以装夹比较长的空心回转体工件。比较典型的斜楔等距移动定心夹紧机构，如图所示。

该机构的特点是，将工件装入整个夹具体中，拧紧紧固螺套，其本身的锥体将右边的3个卡爪张开；同时心轴螺杆右移，将左边的3个卡爪张开，使工件自动定心并夹紧。旋松紧固螺套时，心轴螺杆左移，6个卡爪呈放松状态，即可将工件取下。4

弹性变形定心夹紧机构弹性变形定心夹紧机构，是利用弹性元件受力后的均匀变形实现对工件的定位和夹紧的。弹性变形夹紧的要点是，弹性元件要具有良好的弹性和回复性能，且制造的精度要求较高，以保证精确的定位和可靠的夹紧。根据弹性元件的不同，弹性夹头变形定心夹紧机构分为弹性夹头定心夹紧机构、碟形簧片定心夹紧机构、液体塑料定心夹紧机构和波纹套定心夹紧机构。

弹性夹头定心夹紧机构

弹性夹头定心夹紧机构，是利用安装在夹具体或心轴上的弹性夹头受力所产生的弹性变形实现对工件的定位和夹紧的。此类机构按夹紧工件的外径和内径不同，分为外夹式弹性夹头定心夹紧机构和内夹式弹性夹头定心夹紧机构。

(1)外夹式弹性夹头定心夹紧机构

外夹式弹性夹头定心夹紧机构如图所示。该机构的特点是，顺时针转动操纵杆，紧固螺母在与夹具体外螺纹的配合下拉动弹性夹头向下移动，使其外圆锥面受到夹具体内圆锥面的挤压，从而使弹性夹头向内收缩将工件夹紧。逆时针转动操纵杆时，紧固螺母被旋松，弹性夹头向外扩张使工件放松，即可将工件取下。

(2)内夹式弹性夹头定心夹紧机构

内夹式弹性夹头定心夹紧机构如图所示。该机构由于采用工件的内孔定位，通常用于车床夹具中。其的特点是，旋紧紧固螺母，推动锥套向左移动，使弹簧夹头右端的卡爪向外扩张；同时也推动了弹性夹头的向左移动，使得左端的卡爪也向外扩张，从而在两处对工件进行夹紧。当旋松紧固螺母时，其弹性夹头由于本身所具有的刚性作用产生收缩，锥套向右移动，弹性夹头也向右移动，其左右两端的卡爪向内收缩，使工件呈放松状态，即可将工件取下。4

碟形簧片定心夹紧机构

碟形簧片定心夹紧机构是利用安装在夹具体或心轴上的碟形簧片，在外力作用下发生外径胀大，内径缩小的变形，实现对工件的定位和夹紧的。此类机构按夹紧工件的外径和内径不同，分为外夹式碟形簧片定心夹紧机构和内夹式碟形簧片定心夹紧机构。

(1)外夹式碟形簧片定心夹紧机构

外夹式碟形簧片定心夹紧机构如图所示。该机构的特点是，将工件插入碟形簧片中并靠紧定位垫圈，旋紧螺套推动挡环向左移动，会挤压碟形簧片向内径收缩，从而使工件以外径定位并夹紧。当旋松螺套时，在碟形簧片弹性回复力的作用下推动挡环右移，同时碟形簧片的内径扩张，使工件呈放松状态，即可将工件取下。

(2)内夹式碟形簧片定心夹紧机构

内夹式碟形簧片定心夹紧机构如图所示。该机构的特点是，将工件插入碟形簧片中并靠紧定位环套，旋紧紧固螺母推动挡环向左移动，会挤压碟形簧片向外径扩张，从而使工件以内径定位并夹紧。当旋松紧固螺母时，在碟形簧片弹性回复力的作用下推动挡环右移，同时碟形簧片的外径收缩，使工件呈放松状态，即可将工件取下。4

液体塑料定心夹紧机构

液体塑料定心夹紧机构是利用安装其上的薄壁套和型腔中的液体塑料实现对工件的定位和夹紧的。当通过螺旋的进给运动，使柱塞压缩型腔中的液体塑料，而液体塑料所产生的压力又使薄壁套发生变形，从而将工件进行表面定位和夹紧。此类机构按夹紧工件的内外表面不同，分为外夹式液体塑料定心夹紧机构和内夹式液体塑料定心夹紧机构。

(1)外夹式液体塑料定心夹紧机构

外夹式液体塑料定心夹紧机构如图所示。该机构的特点是，将工件插入薄壁套的定位孔中，旋紧柱塞螺钉，当柱塞向型腔进给时，会使型腔中的液体塑料产生压力，并挤压薄壁套发生变形，使其夹紧工件的外径表面，从而将工件同时定位和夹紧。当旋松柱塞螺钉时，型腔中的液体塑料压力变小，薄壁套在弹性作用下回复到自由状态，使工件呈放松状态，即可将工件取下。

(2)内夹式液体塑料定心夹紧机构

内夹式液体塑料定心夹紧机构如图所示。该机构的特点是，将工件插入薄壁套的定位柱面上，旋紧柱塞螺钉，当柱塞向型腔进给时，使型腔中的液体塑料产生压力，并挤压薄壁套发生变形，使其夹紧工件的内径表面，同时将工件定位和夹紧。当旋松柱塞螺钉时，型腔中的液体塑料压力变小，薄壁套在弹性作用下回复到自由状态，使工件呈放松状态，即可将工件取下。4

波纹套定心夹紧机构

波纹套定心夹紧机构是利用安装其上的波纹套在轴向受力时发生弹性变形实现对工件的定位和夹紧的。通常是采用螺旋进给运动，使波纹套在轴向受到作用力，从而在径向发生弹性变形，即外径胀大，从内径对工件进行定位和夹紧。由于波纹套结构的特点，一般只作为内定心夹紧使用。波纹套定心夹紧机构的特点是定位精度高，装夹快捷，但作为定位基准的工件内孔尺寸精度要求比较高，且长度与内径比要大，通常将此类机构作为车床的夹具使用。典型的以内径定位和夹紧的波纹套定心夹紧机构，如图所示。

该机构的特点是，将工件插入波纹套的定位柱面上，旋紧紧固螺母，推动垫圈左移，使波纹套发生弹性变形，即轴向压缩而外径胀大，将工件从内表面定位和夹紧。当旋松紧固螺母时，波纹套没有了轴向压力，在弹性作用下回复到自由状态，使工件呈放松状态，即可取下工件。4

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学