摘要：分析了现有弹性夹头整体式卡爪的特点，结合卡盘结构将卡爪分解成几个零件再进行重新组合的思路，提出了一种组合式弹性夹头的结构，它降低了夹头对材料的要求，简化了加工手段，降低了热处理难度，节约了生产成本。
关键词：卡爪；弹簧夹头；组合式；卡瓦
0引言
在工艺装备夹具类产品中，弹性夹头自动定心装置以一个圆锥形的有弹性套筒为工作元件，并与其它元件相互配合，利用弹性变形引导工件自动定心并夹紧。这种装置在日常工作和机械加工中应用很广泛。
弹性夹头（俗称：卡簧）是定心装置中的主要应用元件，其形状和大小决定了该定心装置的构造和其它零件的尺寸。之所以比其它装置应用广泛，是因为它夹紧时不损害基准面，且定心比较准确。这种结构可用于各种直径和长度的外圆定位及夹紧，且构造形式种类繁多。
弹性夹头在夹持工件中，重复定位精度比较高，易于实现自动化，由于每个夹头的夹持范围比较小，在规格变化时，需制作专用弹性夹头才能满足要求。在夹持比较大的工件时，要定制一个专用夹头，不但周期长，成本高，制作难度也大。
1弹性夹头结构
弹性夹头是将卡爪、卡套和拉杆连接融为一体的夹持零件的工具，综合性能要求比较高。如图1所示，它主要由4部分组成，限位块根据实际情况而选定，一副好的弹性夹头，需要具备良好的弹性、韧性、疲劳性和耐磨性[1].
当拉杆向前推出时，卡爪在弹性的作用下分开，工件松开。当拉杆向后回退，卡爪在卡套的作用下实现收缩，工件夹紧。在整个部件中，卡爪是实现工件夹紧、松开、工件定位精度以及耐磨性的关键。
现有的卡爪基本上是整体式结构，要满足夹头的功能，对卡爪的要求是比较高的。首先是要具备高耐磨性、高硬度（卡爪端部）以及高疲劳性来实现工件的夹紧，提高使用寿命。其次是要具备适度的弹性，确保工件稳定打开，若弹性不足，卡爪不能撑开，实现不了工件的松开，若弹性偏高，厚度增厚，定位精度就差。最后是弹簧部分的强度和连接部分的强度要高，避免在卡瓦拉回过程中弹簧被拉断或连接部分拉断。弹性变形是逐渐过渡的，需考虑变形角，变形角越大，卡瓦的失真度越大，稳定性差，卡瓦磨损越快。在工作中，为保证夹头的稳定性，夹套筒弹性夹头需要设计不同的锥角[2].
2弹性夹头技术现状[3]
弹性夹头中，失效形式主要是卡爪失效。卡爪失效形式有磨损失效、弹瓣断裂、失去弹性三种方式。在制造中，卡爪主要存在几个方面的问题：
1）材料选取难。材料综合性能要求比较高，在同一零件上，既要有高的硬度，同时还要有高弹性和韧性，选用轴承钢GCr15制作弹簧夹头。
2）热处理难度大，淬火温度要求十分严格，淬火部位要求准确。主要表现为壁厚悬殊比较大，如卡爪部分壁厚基本上是板簧部分壁厚的两倍多；部位不同，硬度不同，卡爪部分要求为HRC60~HRC65左右，板簧部分要求在HRC40~HRC45,特别是板簧部分在淬火中容易出现脆性折断，而连接部分只需要HRC26~HRC32之间。
3）加工难度大。特别是在开槽后，不仅锥面同夹持柱面的同心度要求比较高，而且瓣的均匀性也要求比较高。瓣的均匀性影响弹簧的弹性。
4）成本高，周期长。对于比较大的夹头，制造的周期和成本都比较高，比如纺织机械锭杆加工专用弹簧夹头是纺织机械中的易耗品，它成本的高低直接影响纺织品的成本[4].
5）报废成本高。一旦报废就是整件套的报废。
3组合式夹头机构
组合式弹性夹头是利用液压卡盘原理同现有弹性夹头原理相结合[5],将现有的整体式的卡爪分解成几个零件。如图2所示，它由连接套、卡瓦和弹簧组成。卡瓦同连接套之间采用T型槽连接，在工作中起着径向导向作用，卡瓦之间采用弹簧装配，确保卡瓦在工作中自动打开。为确保夹头是一个整体，可在连接套端部增加圆形螺母，组装完毕后旋紧螺母，这样就同卡套之间形成一个整体。
工作中，拉杆向右推进，卡瓦在拉杆的作用下沿轴向移动，卡瓦在弹簧力的作用下，沿T型槽进行径向移动，实现卡瓦的打开，实现工件的松开；当需要夹紧时，拉杆拉回，卡瓦在拉杆的作用下向左移动，同时在T型槽中径向收缩，实现工件的夹紧；定位键实现扭矩的传递，限位块主要是根据实际情况，当工件需要轴向限位时，即可装上。
4主要优点
1）卡瓦可以单独加工，同时对卡瓦材质的要求不高，普通工具钢就满足要求。
2）卡瓦磨损后，不需要更换整个弹性夹头，只需更换卡瓦即可。
3）材料可根据各组合件的要求进行选取，不需要综合性能高的材料。
4）加工工艺简化。由于对同一零件没有综合性的要求，故可简化热处理工艺和机械加工工艺。
5）通用性好。夹持不同规格的圆柱体零件，只需更换相应的卡瓦。
6）产品更新快。只需要做好卡瓦相应的半成品，在需要相应规格时，磨削内孔的办法就可满足卡瓦的相应要求。
7）弹簧夹头失效几率大为降低。只需针对卡瓦的耐磨性进行专用选材，从而降低磨损失效几率。
5结语
该组合式弹性夹头不仅可以满足加工设备需要，如数控等快速装夹，还对摩擦焊机的弹性夹头、工程机械中的卡盘类零部件夹紧以及纺织机械中锭杆的加工设备都大有用处[4].
参考文献：
[1]王文超，于盛睿，李宇。弹簧夹头性能研究与改进探讨[J].材料热处理技术，2008（12）：65-68.
[2]郝静华。弹性夹头自动定心装置与夹紧力的计算分析[J].工具技术，2010,44（11）。
[3]王文超，于盛睿，李宇，等。锭杆加工专用弹簧夹头性能研究与改进探讨[J].制造技术与机床，2008（10）。
[4]胡晓杰，胡亚滨。弹簧夹头的改进[J].轴承，2000（1）。
[5]万军。复合式胶套卡盘的设计[J].煤矿机械，2013（2）：14-17.
