日本CKD喜开理夹紧气缸CAC4系列详解【湖南中村】

更新时间：2025/10/29

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一、型号组成

CAC4 系列采用 “基础标识 + 夹紧特性 + 安装形式 + 核心参数 + 功能配置" 的五级编码体系，基础标识 “CAC4" 明确界定为肘节杠杆式夹紧气缸品类，区别于 PCC 系列的销钉定位结构，核心特征是通过肘节机构的屈伸实现工件的快速夹紧与释放，动作末端具备自锁功能。

完整型号层级划分如下：夹紧特性前缀区分动作方式，“S" 为单作用（弹簧回程夹紧，气源驱动释放），“D" 为双作用（气源驱动夹紧与释放）；安装形式段适配设备布局，“F" 为前端法兰安装（缸体前端带方形法兰盘，适配机床立柱固定），“B" 为标准底座安装（底部带 T 型槽安装孔，兼容滑块调节），“T" 为尾部耳轴安装（缸体后端带双耳环，适配摆动机构悬挂），“L" 为侧向安装（缸体侧面带安装平面，节省轴向空间）；核心参数段由缸径、夹紧行程与杠杆长度构成，数字组合如 “40-25-120" 表示 φ40mm 缸径、25mm 夹紧行程、120mm 杠杆长度，加长杠杆通过 “LL + 数值" 标注（如 LL150 代表 150mm 加长杠杆）；功能后缀标注附加配置，“M" 内置钕铁硼磁环（适配 CKD CS1-J 系列磁性开关），“W" 为耐水结构（密封件采用氟橡胶，缸体经防水涂层处理），“H" 为高温款（适配 120℃环境，部件采用耐热合金），“V" 为带缓冲装置（末端加装可调液压缓冲器）。

典型复合型型号解析：“CAC4-D-F-50-30-LL140-M-W" 表示双作用、前端法兰安装、φ50mm 缸径、30mm 夹紧行程、140mm 加长杠杆、带磁环检测与耐水功能的 CAC4 系列气缸；“CAC4-S-B-32-20-100-V" 则为单作用、底座安装、φ32mm 缸径、20mm 夹紧行程、100mm 标准杠杆、带缓冲装置的 CAC4 系列气缸。

二、衍生系列

CAC4 系列以 “肘节自锁 - 强力夹紧" 为核心，结合动作方式、负载强度与环境适应性，形成四大衍生方向，覆盖中重型工件夹持全场景：

标准通用型 CAC4-S/D 系列

采用单 / 双作用肘节传动结构，缸体为 JIS ADC12 铝合金压铸成型，表面经黑色阳极氧化处理（氧化膜厚度 10-15μm，耐盐雾测试达 100 小时）。肘节铰链采用 SCM440 合金钢材质，表面经渗碳淬火处理（硬度 HRC58-62），杠杆末端夹紧头标配聚氨酯缓冲垫（邵氏硬度 60°）。单作用型号（S）通过锥形弹簧提供夹紧力，适配间歇性加工场景；双作用型号（D）通过气源双向驱动，适配高频次自动化生产线，是系列中应用的基础款，占销量比重超 70%。其肘节机构在夹紧末端的自锁角度为 175°-178°，确保无气压状态下仍能保持夹紧状态，适配机床加工中突然断气的安全需求。

高强度重载型 CAC4-H 系列

在标准型基础上强化肘节强度与缸体刚性，缸体改用 HT250 灰铸铁铸造（抗拉强度≥250MPa），肘节铰链采用 SUJ2 轴承钢（表面硬度 HRC60-64，氮化层厚度 0.2-0.3mm），夹紧力较同缸径标准型提升 80%。通过优化肘节杠杆比（从 1:2.5 提升至 1:3.2）与加大活塞直径，实现重型工件的刚性夹持，特别适配汽车底盘焊接、大型模具合模等场景，如车架纵梁焊接夹紧、注塑模具锁模定位等，可承受 3 倍额定负载的静态压力，防止加工过程中工件窜动。全系配备夹紧力调节螺杆，通过改变弹簧预紧力（单作用）或气源压力（双作用）实现 30%-100% 夹紧力无级调控，适配不同壁厚工件的夹持需求。

精密检测型 CAC4-M 系列

缸体末端与肘节连杆均内置磁环（剩磁≥1.3T，矫顽力≥1000kA/m），与 CKD CS1-S 系列磁性开关配合，可同时反馈夹紧到位与释放到位两种信号，信号响应时间≤0.02 秒。磁环与肘节动作的同步误差控制在 0.5mm 以内，确保信号触发与机械状态精准匹配。该系列适配全自动化生产线的工序联锁场景，如 3C 产品中框 CNC 加工的 “上料 - 夹紧 - 加工 - 释放" 联动流程，可直接接入 PLC 控制系统实现闭环控制，避免因动作不到位导致的设备碰撞或产品损坏。

特殊环境型 CAC4-W/H 系列

耐水款（W）采用三重密封结构：肘节轴套处配备迷宫式密封 + O 形圈，缸体结合面采用丁腈橡胶密封垫，活塞杆处采用双唇防尘圈，防护等级提升至 IP65，可抵御冷却液的高压喷射，适配数控加工中心、清洗线周边的工件夹持场景；高温款（H）缸体采用 SUS304 不锈钢材质，密封件选用全氟醚橡胶（耐温 - 20℃-120℃），肘节机构加注高温润滑脂（适用温度 - 30℃-150℃），适配发动机缸体热处理、高温压铸等场景。两种型号均在接线盒处采用防水接头设计，进一步提升环境适应性。

三、规格要点

（一）核心结构优势

肘节式夹紧自锁系统是 CAC4 系列的技术核心：采用四连杆肘节传动机构（连杆材质 SCM435 合金钢，调质处理硬度 HB260-290），通过杠杆放大原理将活塞力转化为夹紧力，夹紧末端的机械自锁功能避免了传统气缸依赖气压保压的弊端；活塞杆密封采用 “U 形圈 + 导向环" 组合设计（密封面宽度 3.2mm），配合 FKM 氟橡胶密封件（邵氏硬度 75°），无给油状态下密封寿命≥80 万次。缸体内部采用珩磨工艺处理（粗糙度 Ra≤0.2μm），减少活塞运动阻力，提升肘节动作响应速度；肘节轴套采用青铜合金材质，内置固体润滑剂，配合间隙控制在 0.02-0.04mm，确保杠杆动作的平稳性。

（二）安装与适配特性

安装形式支持前端法兰、标准底座、尾部耳轴、侧向安装四种布局，底座型号配备厚度 0.5mm、1.0mm、2.0mm 的调整垫片，可实现 ±5° 安装角度微调，适配非标准工位的安装需求。所有型号均配备夹紧行程调节螺杆，通过旋转调节螺母在标准行程基础上实现 ±5mm 微调，调节步距 0.5mm，无需更换杠杆即可适配工件厚度的变化。配管设计采用缸体后端单接口或双接口布局，预留 Rc1/4-Rc3/8 规格螺纹接口（φ20-32mm 缸径为 Rc1/4，φ40-63mm 缸径为 Rc3/8），接口处内置双向节流阀（调节范围 0.1-0.8MPa），可精准控制夹紧与释放速度；支持 PU 管、不锈钢管连接，狭小空间可选用 90° 弯角快插接头（KQ2L 系列），实现管路紧凑布置。

（三）维护与防护设计

密封系统采用多层复合结构：活塞杆密封为 U 形圈 + 防尘圈组合（耐温 - 30℃-180℃），无给油状态下密封寿命≥80 万次；肘节轴套处采用迷宫密封 + 油封双重防护，可阻挡切削液与粉尘侵入；缸体结合面采用厌氧胶辅助密封，防止高压液体渗漏。给油润滑推荐使用 ISO VG68 气动专用油，润滑周期 1000 小时 / 次，油雾浓度控制在 0.3-0.8mg/m³，避免油量过多导致的油污污染工件。夹紧机构采用模块化设计，肘节连杆与密封件可从缸体侧面直接拆卸更换，整个维护过程仅需 15 分钟（无需拆解缸体主体）；活塞与活塞杆表面经镀硬铬处理，耐磨性能提升 4 倍，使用寿命≥120 万次动作。

四、核心参数

（一）基础规格参数

缸径范围：涵盖 φ20、φ25、φ32、φ40、φ50、φ63mm 六个规格，其中 φ32-φ50mm 型号占系列销量的 82%（适配从中型零部件到重型结构件的夹持需求）；

夹紧参数：标准夹紧行程为 15mm、20mm、25mm、30mm，定制行程范围 10-50mm（步距 5mm）；杠杆长度分标准款（80mm、100mm、120mm）与加长款（150mm、180mm、200mm），加长款夹紧力较标准款降低 15%-30%（杠杆原理），适配不同尺寸工件的夹持范围；

外形尺寸：以 φ40mm 缸径、25mm 夹紧行程、120mm 杠杆的 CAC4-S-B 型号为例，轴向长度 285mm，径向宽度 110mm，高度 95mm，重量 4.2kg，较同级别液压夹紧缸（体积缩小 35%，重量减轻 40%），适配轻量化设备布局需求。

（三）环境与安全参数

工作温度：标准款 - 10℃-60℃，耐水款（W 后缀）-5℃-70℃（可承受高压水喷射清洗），高温款（H 后缀）-20℃-120℃（可在持续高温环境中运行）；

保存条件：温度 - 30℃-90℃，相对湿度 20%-95%（允许短期凝露），避免存放在浓度≥50ppm 的腐蚀性气体环境（会影响缸体氧化层）；

防护等级：标准款 IP44，耐水款 IP65，高温款 IP54；

安全特性：全系配备过载保护机构，当夹紧力超过额定值 1.2 倍时，肘节机构自动打滑卸力，防止工件或气缸损坏；双作用型号具备紧急释放接口，断气时可通过手动泵驱动释放工件。

五、操作使用

（一）安装前准备

型号核对：根据工件重量（按 1.5 倍额定夹紧力选型，重载场景按 2.0 倍选型）、夹持尺寸、安装空间及环境特性确认型号 —— 机床加工场景优先选 W 后缀耐水款，高温环境选 H 后缀高温款，自动化联锁选 M 后缀检测款，高频动作选 D 后缀双作用款；

配管准备：选用适配口径管路材料 —— 低压场景可选 PU 管（Φ6-Φ10mm，耐压力 1.5MPa）或尼龙管（Φ6-Φ10mm，耐压力 2.0MPa），高压场景选不锈钢管（Φ6-Φ12mm，耐压力 3.0MPa）；管路长度超过 8 米时，内径需增大 20% 以补偿压力损失；管内需用 0.6MPa 压缩空气吹扫 60 秒，清除杂质（杂质会磨损密封件与轴套）；

安装面处理：安装面需铣削加工，平面度≤0.1mm/m，粗糙度 Ra≤3.2μm；安装螺栓选用 12.9 级高强度螺栓（材质 SCM435），紧固力矩按缸径选取：φ20-25mm 缸径 8-12N・m，φ32-40mm 缸径 15-20N・m，φ50-63mm 缸径 25-30N・m，避免过紧导致缸体变形或过松导致振动；

气源处理：配备气动三联件（CKD AC3000 系列），过滤器过滤精度≤5μm，减压阀调节至使用压力 ±0.02MPa，油雾器仅给油型号使用（无给油型号拆除油雾器，气源洁净度需≤0.5mg/m³）。

（二）安装流程

缸体固定：通过定位销（直径 6mm/8mm，按缸体定位孔选配）校准安装位置，确保杠杆夹紧头与工件夹持面对齐（偏差≤0.5mm），夹紧方向与工件受力方向一致；按对角顺序分 2-3 次紧固安装螺栓，水平安装时保证杠杆与工件表面平行度≤0.2mm/m，垂直安装时保证杠杆垂直度≤0.3mm/m；

配管连接：接口螺纹处缠绕 PTFE 密封带（宽度 10mm，厚度 0.1mm），缠绕方向与螺纹旋向相同，缠绕长度为螺纹全长的 2/3（避免密封带进入缸体堵塞气路）；连接管路预留 5-10mm 伸缩余量，管路固定间隔≤1 米以减少振动噪音；

检测款（M 后缀）调试：将 CKD CS1 系列开关安装在缸体磁环对应位置，调整开关与磁环间隙 0.5-1.0mm；接通 DC24V 电源，手动操作气缸动作，确认开关在夹紧到位与释放到位时准确输出信号（用万用表检测，状态变化时信号从 OFF 变为 ON），信号反馈延迟≤0.02 秒；

高强度款（H 后缀）特殊安装：夹紧力调节螺杆需顺时针旋至最小位置后再按需调节，调节过程中用压力传感器监测夹紧力，确保符合工件夹持要求；安装后需检查肘节动作是否顺畅，无卡滞或异响现象。

（三）运行调试

空载调试：接通气源至 0.3MPa（低于额定压力），手动操作电磁阀实现夹紧 - 释放循环各 30 次，观察肘节机构动作是否平稳 —— 无动作卡顿、无异响、自锁可靠；用卡尺测量夹紧行程，用拉力计检测夹紧力，通过调节螺杆与节流阀微调至设定值；

负载调试：分三级加载测试 ——30% 额定负载运行 15 分钟（监测动作协调性），60% 额定负载运行 30 分钟（记录动作时间与压力变化），100% 额定负载运行 60 分钟（监测缸体表面温度，正常温度≤环境温度 + 25℃，超温可能因润滑不足或间隙过小）；高强度款需测试长时间夹紧性能：100% 额定负载下持续夹紧 4 小时，观察工件是否移位，夹紧力衰减≤5% 为正常；

参数记录：记录空载 / 负载状态下的气源压力、动作时间、夹紧行程、夹紧力、缸体温度，作为日常维护的基准值（后续维护时对比判断性能是否衰减）。

（四）日常维护

每日检查：班前确认气源压力稳定在设定范围（波动≤±0.02MPa），用肥皂水涂抹配管接口、缸体结合面，检查是否泄漏（无气泡为正常，泄漏会导致夹紧力下降）；检查肘节机构自锁性能（单作用型号断气测试），耐水款检查密封件是否完好；

每周维护：用工业酒精擦拭缸体表面油污与切削液（避免用高压水冲洗）；检查调节螺杆与安装螺栓是否松动（重新紧固至规定力矩）；给油型号补充 ISO VG68 气动油至油雾器油位线 1/2-2/3 处；检测款清洁开关感应面，去除金属碎屑与油污干扰；

深度维护（每 2000 小时）：拆解缸体侧面端盖，检查肘节铰链磨损状态与密封件老化情况 —— 铰链磨损量超过 0.3mm 时需更换，密封件渗气或变形时及时更换（选用 CKD 原厂密封件）；高强度款检查轴套磨损（磨损量超 0.2mm 更换）；肘节机构若有卡滞，拆解后涂抹高温润滑脂（G50 型号，均匀覆盖轴套表面）。

（五）故障处理

夹紧力下降：先检查气源压力（压力过低需调整减压阀），再排查管路是否堵塞（拆解清理节流阀杂质）；若仍异常，检查密封件磨损（磨损导致漏气需更换）或肘节铰链磨损（间隙过大需更换）；

肘节动作卡顿：检查轴套润滑状态（润滑不足需补充润滑脂），排查调节螺杆位置（过紧需微调放松）；确认是否有异物卡入肘节机构（拆解清理并更换密封件）；

异常噪音（运转时 “咔咔" 声）：拆除端盖检查肘节铰链配合状态 —— 若铰链磨损，需更换并调整间隙；若杠杆与工件碰撞，需调整安装位置或增加缓冲垫；若活塞与缸体摩擦，检查缸体内壁是否划伤（轻微划伤可打磨修复）；

渗气泄漏：端盖泄漏更换 O 形圈与密封垫，接口泄漏重新缠绕 PTFE 密封带（3-5 层），活塞杆泄漏更换 U 形圈与防尘圈；更换密封件时在密封面涂抹少量硅基润滑脂（G60 型号），避免安装划伤。

六、应用案例

（一）汽车行业：发动机缸体加工夹紧

应用场景：某汽车发动机厂在缸体自动化加工线中，需通过双点夹紧实现缸体的刚性固定（工件重量 35kg，加工时承受 2000N 切削力），要求断气状态下保持夹紧，设备节拍 60 秒 / 件，环境存在大量切削液喷射。

选用型号：CAC4-D-B-50-30-120-M-W（双作用、底座安装、φ50mm 缸径、30mm 夹紧行程、120mm 杠杆、带检测 + 耐水）

选用理由：1. 双作用设计适配高频加工节拍，0.5MPa 压力下夹紧力达 5200N，远超切削力需求，确保缸体无移位；2. W 后缀耐水结构（IP65 防护）可抵御切削液喷射，延长使用寿命；3. M 后缀磁环检测与加工中心联锁，确保夹紧到位后才启动切削程序，避免设备碰撞；4. 底座安装配合调整垫片，可补偿工作台面的微小倾斜，提升夹紧稳定性。

运行效果：设备节拍稳定在 60 秒 / 件，生产线单日产能达 960 件；发动机缸体加工尺寸一致性提升，不合格率从 1.5% 降至 0.3%；夹紧力连续运行 8 小时衰减≤2%，无工件松动现象；较原液压夹紧方案（维护成本 8000 元 / 年），现维护成本仅 1200 元 / 年，降低 85%。

（三）模具行业：大型注塑模具合模定位

应用场景：某模具制造厂在注塑模具装配线中，需通过四点夹紧实现模具的合模定位（模具重量 800kg，合模间隙要求≤0.02mm），装配过程需承受 1000N 预紧力，环境存在塑料粉尘。

选用型号：CAC4-H-T-63-25-180-V（高强度、尾部耳轴安装、φ63mm 缸径、25mm 夹紧行程、180mm 杠杆、带缓冲）

选用理由：1. H 后缀高强度设计，0.7MPa 压力下夹紧力达 9800N，配合四点夹紧布局，确保模具合模后的刚性固定；2. 尾部耳轴安装适配模具翻转机构，减少安装支架数量，优化空间布局；3. V 后缀缓冲装置可减缓夹紧末端的冲击，避免模具表面划伤；4. 夹紧力调节功能适配不同厚度模具的合模需求，无需更换夹紧组件。

运行效果：装配节拍稳定在 5 分钟 / 副，单日装配产能达 16 副模具；模具合模间隙一致性提升，注塑产品飞边率从 2.8% 降至 0.5%；夹紧机构连续运行 1.5 万小时无维护，适配多班次高强度生产需求。

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