图6 夹具安装在立式加工中心上
图7 立式加工中心上装夹零件加工
经分析，同轴度超差的主要原因是三爪定位加紧过程中容易磨损，并且自定心精度不高，三爪悬臂过长与零件装配后动平衡不好，且在反复使用更换后，易于磨损，会造成加工的内孔同轴度达不到图纸要求；在装夹的过程中，三爪张开力不易控制易导致零件夹不紧或变形。采用动力驱动内涨芯轴夹具后，同轴度达到了尺寸要求。
三、芯轴夹具在软质材料加工中的应用
某金属密封衬垫零件如图8所示，零件材质为纯铝1060，加工数量500件。零件为薄板环状结构，外径Φ13．5 mm、内径Φ6 mm，厚度3 mm，零件两个端面需加工三条90o环形槽，用于补偿软金属在压缩状态下的变形空间，零件表面粗糙度为Ra1．6μm。
图8 金属密封衬垫结构示意图
零件结构形状简单，加工工艺也非常简捷，零件毛坯采用直径Φ20 mm的软铝棒料，在数控机床上，一次装夹先加工好工件的内孔、外圆以及一个端面，再切断工件加工另一面。在另一端面加工中，零件毛坯厚度已减至3．2 mm，零件再加工的装夹较为困难，考虑零件材质较软，零件二次装夹加工分别采用了三爪自定心软爪卡盘装夹和两瓣块夹具夹紧，这两种装夹形式均不稳定，部分加工件夹持力太小，车削过程出现工件“打滑”，部分加工件夹持力偏大，零件外圆表面被“夹伤”。新设计的内衬芯轴夹具如图9所示。
图9内衬芯轴夹具装夹示意图
在夹具体头部通过线切割加工，对称切出0．2 mm的缝隙，使之成为弹性夹头，可供螺帽夹紧工件。芯轴用来支撑夹具体的内孔，限制了压紧状态下夹具体的变形量。
夹具体的安装孔还需进行二次再加工，以保证定位基准准确，在机床上拧紧螺帽，按工件外径配加工出安装孔，控制过盈间隙约0．02 mm，后期工件的装卸仅需松开或拧紧螺帽。当夹紧力不足时仅需取出芯轴，修小芯轴的外径，增大夹具体压紧状态下的变形量。手工装夹的过大夹紧力，几乎都传递至芯轴，不会对工件产生影响。同时芯轴后端设有弹簧顶杆，起辅助推出工件的作用。
内衬芯轴夹具如图10所示，零件加工时的装夹过程为：松卸螺帽，内衬芯轴推入夹具体口部，在夹具体止口处装上待加工工件，轻推工件使其已加工面紧贴夹具体头部内止口内壁，通过手工旋合压紧螺帽，使夹具体外部锥面被挤压压紧工件，保证加工零件被夹紧，即完成工件的装夹。松开螺帽，夹紧力释放，零件自动被弹簧顶杆推出。零件装夹过程迅速快捷，加工过程稳定，加工后外表面未出现夹伤现象，夹具重复定位准确，使用方便。
图10内衬芯轴夹具及加工效果图
四、结语
内衬芯轴夹具将夹紧力由不确定的手工夹紧力转换为芯轴间隙控制，使工件装夹的夹紧力控制在一个合理范围内，解决了软材质零件加工中的装夹难题。使用方便，可以大幅缩短加工中的辅助装夹时间，这种装夹定位模式重复定位准确，加工过程稳定，适合于软质材料的批量加工。