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摘 要：装夹卡具对于现代机械加工来说是必不可缺的一部分，尤其是当前高速切削等加工技术得到前所未有的发展，同时现代航空、汽车等高端行业对加工精度有了更高一步的要求，在这样的背景下，装夹卡具的作用就更为突出了，因此有必要对装夹卡具进行研究，使其更好的促进机械工业加工行业的发展。本文介绍了几种机械加工中传统的卡具及各自的特点，并讨论了适合现代机械工业加工的装夹卡具，以期给现代机械工业加工行业提供参考依据。
关键词：装夹卡具；现代机械工业；机械加工
前言：随着我国机械工业的飞速发展以及各行业对机械加工数量、质量要求的不断提高，使得当前的机械加工向着高速度、高精度的方向发展，因此出现了高速切削等现代化的加工技术，这些现代的机械工业加工技术一般都离不开装夹卡具的辅助，从某种程度上来说，装夹卡具是否先进、是否适用直接决定了被加工对象的精度和生产速度，因此必须根据不同的加工对象需求应用适合的装夹卡具。
1.传统装夹卡具概况
1.1.通用卡具
通用卡具是一种适用于几乎全部机械加工工作的装夹卡具，也可称之为通用万能卡具，可适应加工对象和加工工序的变化，一般来说通用卡具都是采用标准化生产的，因此其尺寸和规格等都已经形成系列，并经常被安装在机床上成为机床的一个标准配件，常见的有虎钳、回转工作台、分度头等等，虽然适用范围较广，但是对任何一种加工对象来说都不够专业，因此生产效率不高，仅适用于规模小、需求量小且精度要求不高的零件加工。
1.2.专用卡具
专用卡具是相对于通用卡具来说的，一般是为加工某特定对象而专门设计的装夹卡具，因此在加工特定对象时具有精度较高、操作较为方便、生产效率高等优点，在加工订单较大的单一零部件时尤其适用，然而这种卡具具有专用的特点，当改变加工对象后就同时需要更换卡具，因此设计成本和制作成本较高，不适用加工对象种类繁多的场合。
1.3.成组卡具
成组卡具由固定部分和可更换部分组成，可根据具体的加工对象来更换不同的零配件，从而形成新的装夹卡具，这种卡具由于可更换零配件，并且零配件可以反复使用，故在加工对象不确定的场合也可从容应对，适用范围很广，弥补专用卡具需要专门设计制造卡具而导致成本高的缺陷，同时又具有比通用卡具更好的生产效率。
2.适合现代机械工业加工的装夹卡具改进趋势
2.1.高速加工工具系统装夹卡具的夹紧形式及改进
高速加工工具系统的装夹卡具一般有轴向和径向两个定位接触面，分别采用法蘭端面和锥面形式与主轴进行刚性连接，在高速加工工具系统中常见的夹紧形式一般有三种，分别是短滑块斜楔式夹紧形式，采用短滑块进行夹紧力的传递和放大；球面斜楔式夹紧形式，采用圆球进行夹紧力的传递和放大；悬挂式夹爪斜楔夹紧形式，采用悬挂式夹爪进行夹紧力的传递和放大。经过研究发现，采用短滑块进行夹紧力的传递和放大效果最差，这是由于短滑块除了与被加工对象之间存在摩擦力外，还与卡具本身存在摩擦力，且是属于滑动摩擦，摩擦系数较大，导致力在传递过程中损失较大；而采用圆球进行夹紧力的传递和放大效果比采用短滑块要好，因为球面与物体的接触面小，因此摩擦系数小；而采用悬挂式夹爪进行夹紧力的传递和放大效果最好，这是因为摩擦面仅存在于夹爪与被加工对象之间，因此摩擦力小，力可以得到有效传递。在实际工作中，尽量采取悬挂式夹爪斜楔夹紧机构，如果条件不允许，则可以通过降低短滑块斜面角度以及降低短滑块表面摩擦系数的方式来提高传递夹紧力的效果，实验证明斜面角度为10°-15°之间为最佳。
2.2. HSK系统夹紧机构
HSK（德文Hohl Shaft Kegel缩写）刀具系统是高速加工中较为先进的系统，具有较高的精度、较高的强度以及较好的动平衡性等优点。HSK刀柄由锥面（径向）和法兰端面（轴向）双面定位，实现与主轴的刚性连接。当刀柄在机床主轴上安装时，空心短锥柄与主轴锥孔能完全接触，能起到较好定心作用。在刀柄安装后法兰端面与主轴端面之间尚存一定的间隙，因此要将拉杆移动以确保弹性夹爪内的空心短锥柄产生弹性形变，从而与刀柄外侧更好的接触，此时轴向的法兰端面与主轴端面实现良好的接触，达到紧固的目的。由于HSK系统的定位方式采用径向与轴向双向的定位方式，并且采用空心锥体刀柄，一方面刀柄锥体发生的弹性形变可以补偿夹紧误差，另一方面也使得在实际工作中可以做到刀具的快速更换，大大提高了工作效率，因此HSK系统在高速加工中得到越来越普遍的应用。
2.3. NC5系统夹紧机构
NC5系统也是一种在高速加工中常用到的装夹卡具，其刀柄结构没有采用与HSK相同的空心结构，而是在刀柄锥面处增加一个锥套，通过锥套的来回移动来确保锥面与端面同时充分接触，由于中间锥套具有超强的误差补偿能力使得NC5刀具和其他结构的制造精度不必太大，因此降低了系统的制作成本，并且NC5刀柄强度较高，可以根据切削的要求增加增压夹紧机构，以达到重切削的目的。NC5系统由于在主轴锥孔与刀柄之间的接触面增加了一个，因此导致刀柄的定位精度有所下降，因此下一步的工作可以进一步提高刀柄的定位精度，以使NC5刀具系统在现代机械加工中发挥更大的作用。
3.结束语
综上所述，在现代机械工业加工中装夹卡具是不可或缺的一部分，其可以准确定位加工对象的位置，并通过夹紧机构将加工对象充分固定，以便于高速切削等工作的顺利进行。当前常用的传统装夹卡具有通用型、专用型以及组合型等，在实际工作中，要根据不同的需要来选择适当的装夹卡具，并不断改进装夹卡具的夹紧形式，使之能够更好地将夹具的夹紧力传递给刀具，使刀具更加稳固，以确保精加工和快速加工的需要。
参考文献：
[1]王柱.高速精密加工工具系统的现状与探讨.《组合机床与自动化加工技术》，2002.
[2]高陶.装夹卡具对现代机械工业加工的影响.《技术与市场》，2013.
[3]肖望东，王声.浅谈薄壁精密机械加工零件真空吸附夹具的设计与装夹.《新工艺新技术》，2013.
[4]吴铭.浅谈机械加工中工装夹具的定位设计.《科技致富向导》，2012.
[5]陈世平，石军.高速加工工具系统夹紧机构分析.《工具技术》，2010.
关键词：装夹卡具；现代机械工业；机械加工
前言：随着我国机械工业的飞速发展以及各行业对机械加工数量、质量要求的不断提高，使得当前的机械加工向着高速度、高精度的方向发展，因此出现了高速切削等现代化的加工技术，这些现代的机械工业加工技术一般都离不开装夹卡具的辅助，从某种程度上来说，装夹卡具是否先进、是否适用直接决定了被加工对象的精度和生产速度，因此必须根据不同的加工对象需求应用适合的装夹卡具。
1.传统装夹卡具概况
1.1.通用卡具
通用卡具是一种适用于几乎全部机械加工工作的装夹卡具，也可称之为通用万能卡具，可适应加工对象和加工工序的变化，一般来说通用卡具都是采用标准化生产的，因此其尺寸和规格等都已经形成系列，并经常被安装在机床上成为机床的一个标准配件，常见的有虎钳、回转工作台、分度头等等，虽然适用范围较广，但是对任何一种加工对象来说都不够专业，因此生产效率不高，仅适用于规模小、需求量小且精度要求不高的零件加工。
1.2.专用卡具
专用卡具是相对于通用卡具来说的，一般是为加工某特定对象而专门设计的装夹卡具，因此在加工特定对象时具有精度较高、操作较为方便、生产效率高等优点，在加工订单较大的单一零部件时尤其适用，然而这种卡具具有专用的特点，当改变加工对象后就同时需要更换卡具，因此设计成本和制作成本较高，不适用加工对象种类繁多的场合。
1.3.成组卡具
成组卡具由固定部分和可更换部分组成，可根据具体的加工对象来更换不同的零配件，从而形成新的装夹卡具，这种卡具由于可更换零配件，并且零配件可以反复使用，故在加工对象不确定的场合也可从容应对，适用范围很广，弥补专用卡具需要专门设计制造卡具而导致成本高的缺陷，同时又具有比通用卡具更好的生产效率。
2.适合现代机械工业加工的装夹卡具改进趋势
2.1.高速加工工具系统装夹卡具的夹紧形式及改进
高速加工工具系统的装夹卡具一般有轴向和径向两个定位接触面，分别采用法蘭端面和锥面形式与主轴进行刚性连接，在高速加工工具系统中常见的夹紧形式一般有三种，分别是短滑块斜楔式夹紧形式，采用短滑块进行夹紧力的传递和放大；球面斜楔式夹紧形式，采用圆球进行夹紧力的传递和放大；悬挂式夹爪斜楔夹紧形式，采用悬挂式夹爪进行夹紧力的传递和放大。经过研究发现，采用短滑块进行夹紧力的传递和放大效果最差，这是由于短滑块除了与被加工对象之间存在摩擦力外，还与卡具本身存在摩擦力，且是属于滑动摩擦，摩擦系数较大，导致力在传递过程中损失较大；而采用圆球进行夹紧力的传递和放大效果比采用短滑块要好，因为球面与物体的接触面小，因此摩擦系数小；而采用悬挂式夹爪进行夹紧力的传递和放大效果最好，这是因为摩擦面仅存在于夹爪与被加工对象之间，因此摩擦力小，力可以得到有效传递。在实际工作中，尽量采取悬挂式夹爪斜楔夹紧机构，如果条件不允许，则可以通过降低短滑块斜面角度以及降低短滑块表面摩擦系数的方式来提高传递夹紧力的效果，实验证明斜面角度为10°-15°之间为最佳。
2.2. HSK系统夹紧机构
HSK（德文Hohl Shaft Kegel缩写）刀具系统是高速加工中较为先进的系统，具有较高的精度、较高的强度以及较好的动平衡性等优点。HSK刀柄由锥面（径向）和法兰端面（轴向）双面定位，实现与主轴的刚性连接。当刀柄在机床主轴上安装时，空心短锥柄与主轴锥孔能完全接触，能起到较好定心作用。在刀柄安装后法兰端面与主轴端面之间尚存一定的间隙，因此要将拉杆移动以确保弹性夹爪内的空心短锥柄产生弹性形变，从而与刀柄外侧更好的接触，此时轴向的法兰端面与主轴端面实现良好的接触，达到紧固的目的。由于HSK系统的定位方式采用径向与轴向双向的定位方式，并且采用空心锥体刀柄，一方面刀柄锥体发生的弹性形变可以补偿夹紧误差，另一方面也使得在实际工作中可以做到刀具的快速更换，大大提高了工作效率，因此HSK系统在高速加工中得到越来越普遍的应用。
2.3. NC5系统夹紧机构
NC5系统也是一种在高速加工中常用到的装夹卡具，其刀柄结构没有采用与HSK相同的空心结构，而是在刀柄锥面处增加一个锥套，通过锥套的来回移动来确保锥面与端面同时充分接触，由于中间锥套具有超强的误差补偿能力使得NC5刀具和其他结构的制造精度不必太大，因此降低了系统的制作成本，并且NC5刀柄强度较高，可以根据切削的要求增加增压夹紧机构，以达到重切削的目的。NC5系统由于在主轴锥孔与刀柄之间的接触面增加了一个，因此导致刀柄的定位精度有所下降，因此下一步的工作可以进一步提高刀柄的定位精度，以使NC5刀具系统在现代机械加工中发挥更大的作用。
3.结束语
综上所述，在现代机械工业加工中装夹卡具是不可或缺的一部分，其可以准确定位加工对象的位置，并通过夹紧机构将加工对象充分固定，以便于高速切削等工作的顺利进行。当前常用的传统装夹卡具有通用型、专用型以及组合型等，在实际工作中，要根据不同的需要来选择适当的装夹卡具，并不断改进装夹卡具的夹紧形式，使之能够更好地将夹具的夹紧力传递给刀具，使刀具更加稳固，以确保精加工和快速加工的需要。
参考文献：
[1]王柱.高速精密加工工具系统的现状与探讨.《组合机床与自动化加工技术》，2002.
[2]高陶.装夹卡具对现代机械工业加工的影响.《技术与市场》，2013.
[3]肖望东，王声.浅谈薄壁精密机械加工零件真空吸附夹具的设计与装夹.《新工艺新技术》，2013.
[4]吴铭.浅谈机械加工中工装夹具的定位设计.《科技致富向导》，2012.
[5]陈世平，石军.高速加工工具系统夹紧机构分析.《工具技术》，2010.