車床加工半螺母的夾具設計

曾柏權

（廣東省韶關市技師學院 廣東 韶關 512026）

車床加工半螺母的夾具設計

曾柏權

（廣東省韶關市技師學院 廣東 韶關 512026）

通過介紹了一種在車床上加工半螺母的夾具設計及使用方法，本文以實際例子論述了在車床上加工半螺母的加工工藝、夾具設計原理和制造夾具的工藝方法。

車床；半螺母加工；夾具設計

零件：半螺母零件采用ZCuZn38（鑄造黃銅）材料鑄造。毛坯以兩件合并鑄造；通過各工序加工完成后，在銑床上用鋸片銑刀切開，完成兩件半螺母零件。車削梯形螺紋前，毛坯上、下兩底面及4-M12螺紋孔已加工好；2-Φ10mm銷孔鉆孔后鉸至為 2-Φ10H9（），作為工件裝夾時定位用?，F在車床上加工半螺母零件的梯形螺紋工序。梯形螺紋為Tr50× 4-7H（大徑、中徑、小徑公差見圖1）相對于底面 （P面）要求達到平行度0.10mm的形位公差要求。

夾具使用方法：工件以“兩孔一面”定位形式安裝在夾具的直角角鐵上（件5直角鐵），并借助于工件上兩個M12螺紋孔用兩只螺釘緊固工件 （件1緊固螺釘）。為了增加工件的裝夾剛性，在上端增加一個輔助支承。使用時先松開螺釘3（件3緊固螺釘），將支承套2（件2支承套）向上轉動，裝上工件并旋緊螺釘1，然后轉下支承套2，旋緊螺釘4（件4緊固螺釘），再鎖緊螺釘3后便可以加工工件。由于輔助支承夾緊處是毛坯面，誤差較大，所以制成移動式的（見圖2）。

加工工藝和夾具設計原理

加工工藝 （1）在銑床上銑平上下兩底面；（2）用鉆模鉆2-Φ10圓柱孔并鉸至2-Φ10H9；（3）用鉆模鉆4-M12螺紋孔→攻螺紋；（4）鉆梯形螺紋底孔留1mm余量；（5）在車床上用專用夾具以底面（P 面）為基準，加工梯形螺紋尺寸至要求的Tr50×4-7H。

圖1 半螺母圖

圖2 夾具裝配簡圖

夾具設計原理 夾具設計原理是通過夾具安裝工件，工件采用“兩孔一面”定位原理定位，利用夾具直角角鐵平面安裝零件，使零件底面與直角角鐵面垂直，達到梯形螺紋孔中心線與車床主軸軸線平行；保證梯形底面與螺紋孔中心線之間保持平行，從而使螺紋孔中心線平行度公差達到0.10mm的形位公差要求。梯形螺紋孔軸線回轉軸線始終保持與底面平行。

自由度限制的分析

工件在夾具上安裝，進行螺紋孔及螺紋面的加工，需要限制工件的六個自由度：（1）夾具體表面相當于三個支承點，限制了三個自由度X轉動、Y轉動、Z移動；（2）兩個平行的圓柱銷和削邊銷相當于三個支承點，限制了三個自由度X移動、Y移動、Z轉動。

定位誤差分析和定位精度分析

根據定位過程和自由度限制分析可知，工件在直角角鐵定位體中采用了大平面（P面）、圓柱孔、圓柱削、削邊銷進行定位，其中圓柱孔、止轉圓柱銷定位將會產生基準位移誤差；所以，影響定位精度的原因是“兩孔一面”定位產生的定位誤差，要保證梯形螺紋孔平行度要求，必須使工件在夾具中的定位誤差滿足定位精度要求。

受力分析

加工梯形螺紋孔時，由于切削力等的影響，圓柱定位銷、削邊銷會受到切削力影響，造成一個剪應力的剪切作用，且夾具旋轉時由于工件、支承套、直角角鐵、支承軸等的中心不在旋轉中心，使得工件產生離心力，使圓柱定位銷、削邊銷受剪應力和離心力的作用而產生剪切變形。通過重量分析可知，圓柱定位銷的變形量大小主要受剪應力和離心力的影響。剪應力的大小主要由主切削力決定，離心力的大小主要由離心半徑、工件偏重、角速度等決定，但直角角鐵和支承套、支承軸之間重量基本相等，且加工螺紋過程中轉速低、切削力小，離心力基本上得以消除。

夾緊裝置和夾緊力

夾緊裝置 工件在夾具中的定位和夾緊是相互聯系非常密切的兩個工作過程。工件定位以后必須采用一定的鎖緊裝置把工件鎖緊夾牢在定位元件上，使工件在加工過程中不會由于切削力、工件重力、離心力、慣性力等的作用而發生位置變化或產生振動，以保證工件的加工精度和生產的安全性。

夾緊力 確定夾緊力就是確定夾緊力的大小、方向和作用點三要素。（1）大小：考慮工件在加工過程中的定位位置應保持不變，因此，夾緊力的大小應使工件底面與直角角鐵大平面所產生的摩擦力能抵消主切削力的作用、直角角鐵與主夾具體面所產生的摩擦力，也能抵消主切削力的作用；（2）方向：夾緊力的方向與徑向切削力的方向一致，垂直于直角角鐵體和主夾具體的定位大平面；（3）作用點：夾緊力作用點與工件定位支承點相對應，作用于靠近工件加工表面的工件定位平面上，符合夾緊力作用點的選擇要求。

夾具制作工藝

夾具由夾具體、定位裝置、夾緊裝置、平衡塊四部分組成。夾具體與機床主軸通過主軸定位錐面與主軸法蘭盤相連接 （與自定心卡盤在車床主軸上的安裝連接原理相同），同時具備對工件進行安裝定位和夾緊等裝置。其結構簡單，但制造較為復雜。主夾具體如圖3所示。

圖3 主夾具體圖

其加工工藝如下：（1）在三爪卡盤上裝夾配車夾具體，與主軸配合的前端錐度?1∶4、大徑、深度為15mm及定位小端面，并粗、精加工?420mm、?400mm外圓和 ?105mm孔徑；（2）在鉆床上校正小端面的平面度誤差小于0.01mm，進行準確分度分別鉆削4個M16深 20mm和?19.05H7mm孔徑，并精鉸?19.05 H7mm深10mm孔徑。（3）攻絲完成4個M16深20mm螺紋加工；（4）夾具體安裝在車床主軸上進行大端面的粗、精加工；（5）在數控銑床或加工中心中以小端面為基準，校正?105mm的內圓表面與端面的垂直度，分別鉆削2個M16深18 mm和深5mm孔徑，并精鉸深5mm孔徑，攻絲完成2個M16深18mm螺紋加工，銑削?80深4mm孔，分別鉆削4個M6深5mm螺紋孔，攻絲完成4個M6深5mm螺紋加工；（6）倒角、去毛刺，完成主夾具體的加工。

工件加工工藝

第一，毛坯在銑床上銑平上、下兩底面。

第二，用鉆床鉆模定位鉆削4-M12螺紋孔。

第三，攻出4-M12螺紋。

第五，采用上述夾具安裝定位，車床上加工半螺母零件的梯形螺紋至尺寸Tr50×4-7H要求。

實踐證明，利用所設計的夾具，在CD6140A普通車床上進行半螺母的加工，能滿足零件技術要求，取得了良好的加工效果，達到夾具設計的預期目的。

[1]曹作人.車工技師手冊[M].北京：中國宇航出版社，1991.

[2]蔡光耀.機床夾具設計[M].北京：機械工業出版社，1990.

[3]機械加工工藝裝備設計手冊編委會.機械加工工藝裝備設計手冊 [M].北京：機械工業出版社，1998.

（本欄責任編輯：張維佳）

G712

A

1672-5727（2012）07-0136-02

曾柏權（1982—），男，廣東省韶關市技師學院二級實習指導教師，數控車高級技師，主要從事數控車床加工生產實習教學。