車床夾具的設計方法和步驟

楊長慶

（江門市技師學院，廣東 江門 529000）

前言

本單位某產品中零件球形手柄的車削有一定的代表性，它的外形有圓錐面、圓球、圓弧和內孔等，而且每次投產都有一定的批量，考慮到產品質量和工人的勞動強度，因此需設計出幾種合適的夾具來保證產品的質量，而且還要能降低加工者加工時的疲勞性。

1 夾具設計的基本要求

1.1 應保證工件的加工質量，這是夾具設計的最基本要求，必須首先滿足。保證工件加工質量的關鍵，在于正確地選擇定位方案、夾緊方案、刀具引導裝置及合理制定夾具的技術要求。必要時應進行夾具誤差分析與計算。

1.2 夾具總體方案應與生產綱領相適應，以便提高生產效率，降低成本。在大批量生產時，應盡量采用各種快速、高效的結構，以縮短輔助時間，提高生產率。在中、小批生產中，則要求在滿足夾具功能前提下，盡可能采用標準元件和標準結構，力求夾具結構簡單、容易制造，以降低夾具的制造成本。

1.3 操作方便，工作安全，能減輕工人勞動強度。如采用氣動、液壓等機動夾緊裝置，以減輕工人勞動強度，并可較好地控制夾緊力。另外應使工件在夾具中裝卸方便，夾具操作位置應符合工人的習慣，必要時應有安全保護裝置，以確保工作安全。

1.4 便于清除切屑。切屑積聚在夾具中，會破壞工件的正確定位。切屑帶來大量的熱量，會引起夾具和工件的熱變形，影響加工質量；清除切屑會增加輔助時間，影響夾具工作效率。切屑積聚嚴重時，還會損傷刀具或造成工傷事故。因此，設計夾具時，應對排屑問題給予足夠重視。

1.5 應有良好的結構工藝性。設計夾具時，應考慮到夾具在結構上應便于制造、裝配、檢驗、調整和維修。

2 專用夾具設計的步驟和方法

2.1 明確設計任務，研究原始資料，搞好調查研究

夾具設計工作是根據零件的工藝規程編制時提出的夾具設計任務書來進行的。設計任務書的內容包括：被加工零件的名稱、工序名稱、夾具應保證的尺寸精度和有關要求以及定位、夾緊的初步方案等。為了設計出符合工藝要求的夾具，必須認真研究和收集下列資料：①仔細閱讀被加工零件的零件圖、裝配圖，清楚地了解零件的作用，結構特點，材料和有關技術要求。然后認真研究零件的工藝規程，充分了解本工序的加工內容和加工要求。②了解工件的生產綱領和對夾具的需用情況。③了解本工序加工時所用機床、刀具和輔助工具的技術性能，規格尺寸及本單位實際生產條件，工具車間的夾具制造水平。④準備好夾具零部件標準、夾具設計手冊、圖冊等有關資料。

在收集原始資料的同時，要深入實際搞好調查研究，吸取工人的寶貴意見，同時了解同類零件所用過的夾具及其使用情況，作為設計時的參考，力爭設計出合乎實際，具有先進水平的夾具。

2.2 確定夾具結構方案，繪制夾具結構草圖

①確定工件的定位方案。根據零件加工工藝所給的定位基準和六點定位原理，確定工件的定位方法，并選擇相應的定位元件。確定定位方案時，首先要保證滿足工件的加工精度，盡量減少定位誤差。同時還要考慮定位的穩定性、可靠性，及定位元件的精度、耐磨性和支承剛性。②根據工件的加工方式不同，確定刀具的對刀和引導方式，設計引導元件或對刀裝置。③確定工件的夾緊方案。確定夾緊方案時首先根據定位方案的不同，要合理選擇夾緊力的方向和作用點，進行夾緊力大小的估算，以保證工件定位穩定和防止工件在切削力、重力及慣性力作用下發生位置移動。然后設計出相應的夾緊機構，來實現對工件的夾緊。④確定夾具其他組成部分 (如分度裝置等)的結構形式。⑤考慮上述各種元件和裝置的布局，確定夾具體的結構型式。

為使夾具設計的先進、合理，常需確定幾種不同的結構方案進行比較，從中擇優。在確定夾具結構方案時，應繪制出夾具結構草圖，以幫助構思，并檢驗方案的合理性和可行性，同時也為后面繪制夾具總裝圖作好準備。

2.3 確定與夾具有關的尺寸公差和技術要求，進行誤差分析

夾具結構方案確定之后，首先將有關尺寸公差和相互位置要求確定下來。然后，根據本工序加工要求，分析夾具結構中影響加工精度的因素，進行必要的誤差分析與計算，以檢驗結構和有關尺寸的公差及相互位置要求是否合理。這時進行誤差分析，其目的是為了在繪制總圖之前能發現問題，并得以及時解決，防止返工。

2.4 繪制夾具總裝圖

夾具總裝圖應按機械制圖國家標準繪制，比例盡量l：1，以保證繪制的夾具圖具有良好的直觀性。對于很大或很小的夾具，應按國家標準合理選其比例。夾具總圖在清楚表達夾具工作原理和結構的情況下，視圖應盡可能少。主視圖應盡量取夾具工作時與操作者正對著的位置。

2.5 繪制夾具零件圖

對夾具總圖中非標準件均應繪制零件圖，零件圖的視圖選擇盡可能與零件在夾具總圖上的工作位置相一致。繪制時參考有關標準。

上述步驟和方法，反映了夾具設計的一般規律和設計經驗，對于初次搞夾具設計的人員來說是有借鑒意義的。但在實際設計中，上述的設計次序并非一成不變，而是要根據具體情況進行具體分析。

3 典型實例分析

本單位某產品中零件球頭手柄的車削有一定的代表性，內容有圓錐面、圓球、圓弧、內孔(或內螺紋)等，而且每次投產都有一定的批量。零件圖如下圖所示：

3.1 分析圖紙

分析圖紙需加工內容有圓錐面、圓弧面、圓球、內孔等。根據圖紙可知加工Sφ32圓球與圓錐面時有裝夾矛盾，若先加工圓錐面則無法裝夾車削圓球，若先車圓球則車圓錐面時無法裝夾。而最后車φ16內孔時，裝夾方法更是亟待解決。根據以上分析可知加工前制訂加工工藝時最需考慮的問題是如何設計合適的夾具進行裝夾加工才能保證產品質量及降低勞動強度。

3.2 零件工藝制訂如下

①鍛打（退火）。②夾長柄外圓粗車φ32外圓至φ32.5。③夾φ32外圓用靠模法車圓錐面，及車R10圓弧面。④專用夾具裝夾、專用夾具車削圓球。⑤專用夾具裝夾車圓球端面及φ16內孔。⑥鍍光亮鉻。⑦轉下一工序。

從工藝制訂中可看出，零件加工共需用到4套夾具：①靠模法車圓錐面時，靠模機構的設計。②車Sφ32圓球時夾圓錐面所用的夾具。③車Sφ32圓球時所用到的專用夾具。④車φ16內孔時所用到的專用夾具。

3.3 夾具設計的方法及加工原理

3.3.1 靠模法車圓錐面時，靠模機構的設計

從零件形狀來考慮加工步驟，若先加工圓球，再以圓球裝夾車圓弧面則顯得剛性不夠，所以應先加工圓錐面。車床上車圓錐方法有轉動小滑板車圓錐法、偏移尾座法、靠模法、寬刃刀車削法等。經比較后較適合的方法是靠模法，既能較易保證產品質量又能降低勞動強度，雖然設計制造靠模機構比其它方法顯得繁瑣，但考慮到該產品是定型產品且每次投產都有一定數量，所以采用了靠模法。靠模法車圓錐是刀具按照仿形裝置進給對工件進行加工的方法，適用于車削長度較長，精度要求較高的圓錐。靠模車削錐度結構如下圖所示，(略)靠模法車圓錐的優點是調整錐度既方便，又準確，因滑塊接觸良好，所以錐面質量高，可機動進給車外圓錐和內圓錐。

3.3.2 車Sφ32圓球時夾圓錐面所用的夾具

車完圓錐面應調頭夾圓錐面車圓球，那么夾具設計應較為明顯了。如下圖所示：

設計一個內圓錐、外圓柱的夾具套，再將其銑開兩件，用以裝夾圓錐面。

3.3.3 車圓球夾具

車床上車圓球方法有雙手控制法、成形刀車削法、仿形法和用專用工具車成形面等。前三種方法對于這個零件來說都不適合，而采用專用夾具車圓球可有效保證批量加工質量，而且大大降低了勞動強度，夾具加工原理如下圖所示：

專用夾具車削圓球的原理如上圖所示。這種工具可使刀尖按外圓弧或內圓弧的軌跡運動，以便車出各種形狀的圓弧。如果刀尖到回轉中心的距離可調，還可以車出各種半徑的內外圓弧工件。用蝸桿蝸輪就可實現車刀的回轉運動，車削時，先把車床小滑板拆下，裝上車圓弧工具。刀架1裝在圓盤2上，圓盤下面裝有蝸桿蝸輪副。當轉動手柄3時，蝸桿就帶動蝸輪使車刀圍繞著中心旋轉，刀尖就按圓弧軌跡運動。為了調節圓弧半徑，在刀盤2上制出T形槽，刀架1可在上面移動并在需要的位置上固定。當刀尖調整到超過中心時，就可以車削內圓弧。

3.3.4 車φ16內孔時所用到的專用夾具

由于φ16內孔軸心線關系較特殊，是與圓錐軸心線傾斜的，所以必須設計專用夾具用以裝夾，如下圖所示：

夾具結構及加工原理如圖所示，夾具共由夾具體1、夾具體2和螺母3三部分組成，夾具體1在卡盤上找正夾緊，通過夾具體1的槽將球頭手柄定位，再由夾具體2內孔中的內圓弧壓緊球頭手柄，螺母3連接緊固夾具體1和夾具體2從而將球頭手柄鎖緊在夾具上進行加工。

4 結束語

綜上所述，通過這個典型實例，分析了夾具的設計步驟和方法，符合夾具的設計思路，并在保證工件加工質量的前提下，提高了生產效率，降低了生產成本，且操作方便、工作安全和減輕了工人的勞動強度。類似的夾具設計在生產車間是會經常碰到的，因此，在平時生產過程中，應注意積累和總結，在需要時才能設計出簡單、適用的專用夾具，為社會主義建設作出應有貢獻。

[1]車工工藝學（96版）中國勞動出版社.

[2]車工生產實習（96版）中國勞動出版社.