高效車削異形件圓弧面夾具設計

林桂榮 廣東省粵東高級技工學校，廣東 汕頭 515041

高效車削異形件圓弧面夾具設計

林桂榮 廣東省粵東高級技工學校，廣東 汕頭 515041

非回轉(zhuǎn)體零件的圓弧面加工，一般沒辦法直接在車床上裝夾加工，而必須使用花盤裝夾才能完成加工。但是在實際的生產(chǎn)中，使用花盤裝夾加工調(diào)整、輔助時間比較長。如果是單件或是數(shù)量不多生產(chǎn)時，問題不是很大；但如果是批量生產(chǎn)，那么生產(chǎn)工期將會比較長，有可能會延誤了生產(chǎn)工期，而給企業(yè)造成損失。為適應生產(chǎn)要求，我們制作了夾具，它解決了非回轉(zhuǎn)體零件的低生產(chǎn)率問題，提高了生產(chǎn)效率、降低操作者勞動強度、節(jié)約加工成本。

非回轉(zhuǎn)體；夾具；定位；加工

引言

一般來說，非回轉(zhuǎn)體零件的圓弧面加工，沒辦法直接在車床上裝夾加工，而必須使用花盤裝夾才能完成加工。但是在實際的生產(chǎn)中，使用花盤裝夾加工調(diào)整、輔助時間比較長。為適應生產(chǎn)要求，制作夾具幫助解決非回轉(zhuǎn)體零件的低生產(chǎn)率問題，降低操作者勞動強度、節(jié)約加工成本。

本文就是介紹一例利用夾具使非回轉(zhuǎn)體零件在普通車床，或者經(jīng)濟型數(shù)控車床上能夠?qū)崿F(xiàn)加工，提高了生產(chǎn)效率。

1.零件分析及定位、裝夾分析

夾具主要加工如圖3所示工件的R26+0.050圓弧面。從零件的橫截面我們可以看出此件不是回轉(zhuǎn)體零件，如單獨放在車床上面使用普通自定心三爪卡盤并無法直接裝夾及加工。

1.1 零件分析

首先，零件的材料為鋁硅合金，代號為ZL102、硬度為HBS50。其主要用于制造形狀復雜、負荷不大而耐蝕的薄壁零件或用作壓鑄零件，加工性比較好。

其次，零件的外形角度90°±0.05°、40mm長度及兩端面、Ф6+0.0130已經(jīng)在其它工序中加工完成。此件需要大批量生產(chǎn)。

再者，觀察零件（圖3），可知此零件的外形是90°角鐵形狀的對稱件，并且工件的內(nèi)側(cè)面有一R26+0.050內(nèi)圓弧，此圓弧正是所要加工圓弧面。R26+0.050與Ф6+0.0130與中心距有一定的精度要求，公差為0.09mm。并且R26+0.050圓心點與Ф6+0.0130圓心點在同一直線上，而此直線恰好是90°外形的對稱線上。

1.2 定位分析

雖然此件單獨不是回轉(zhuǎn)體零件，但是通過裝夾定位，是能夠?qū)崿F(xiàn)R26+0.050內(nèi)圓弧面的回轉(zhuǎn)加工的，并且可以實現(xiàn)不止一種裝夾方式。

通過外形尺寸分析，比較了生產(chǎn)效率及生產(chǎn)中能否順利進行尺寸測量。最后選擇一次性可以裝夾4個工件的圓周排列定位，比一次裝夾2個或3個工件更加合理、更有加工效率。

為了保證加工出來的R26+0.050圓弧面圓心點與Ф6+0.0130圓心點在同一直線上，并且正好是在90°外形的對稱線上。同時為保證加工出來的R26+0.050圓弧面垂直工件的兩橫截面，必須同時使用90°外形兩側(cè)面、工件的一端面做輔助定位面及Ф6+0.0130孔作為基準的“一孔三面”定位，具體定位、裝夾的方法見定位裝夾示意簡圖（圖4）。

2.夾具設計

2.1 夾緊力方式選擇

通過對零件分析及定位、裝夾的分析，我們對夾具進行了初步的設計。在定位分析中我們采用四件環(huán)形均布，并采用“一孔三面”的定位方式，使工件滿足加工要求。但是我們要使用什么夾緊方法比較好呢？

經(jīng)分析，采用以下方法：

工件主要以端面孔Ф6+0.0130及互成90°的兩側(cè)面為基準，在夾具體（07）、定位銷（14）及活動V型塊（03）定位，并由球頭鉤形螺釘（08）上的彎頭夾緊。

球頭鉤形螺釘（08）如果使用螺旋夾緊，那么每一個工件上的鉤形螺栓都必須有一個螺母副來拉緊。雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)工件的加工，但是在工件的拆裝上輔助時間會比較長，工件的加工效率不高。

在對比分析后，我們決定放棄使用四個螺母副的方法來進行夾緊的方法。而是決定使用彈簧的彈力作為夾緊力，并且在夾具靠近主軸端面一端使用一個開有30°斜槽的圓盤。鉤形螺栓左端做成半球形式，當鉤形螺栓頂在斜槽中的時候，受彈簧彈力的作用下，工件被夾緊。當轉(zhuǎn)動有斜槽的圓盤，鉤形螺栓左端（半球形式）在30°斜面的作用下被向右方向頂出。在頂出的鉤形螺栓的過程中螺栓會順時針旋轉(zhuǎn)90°。方便工件的拆裝。

夾具具體設計見（圖5、圖6、圖7、圖8）所示。

2.2 鉤形螺釘90°旋轉(zhuǎn)的設計

為了能使鉤形螺栓在被壓出的同時能夠順時針旋轉(zhuǎn)90°，我們在鉤形螺栓外圓Ф14mm處加工出一道寬3mm不完全的螺旋槽。在螺旋槽與螺紋擋銷的作用下便能夠?qū)崿F(xiàn)此動作。實現(xiàn)了此動作，工件不論是在安裝或是在拆除都順利很多。

但是怎么確定V槽圓盤V槽的深度呢？要決定V槽圓盤V槽的深度首先必須知道鉤形螺栓的運動距離。

見圖10所示。

鉤形螺栓的運動距離又該怎么確定呢？這跟螺旋槽所在位置外圓直徑Ф14m以及螺旋槽的螺旋升角∠P有關。

考慮到螺旋槽螺旋升角∠P在小于45°一般都具有自鎖性，所以螺旋槽的螺旋升角∠P要選取大于等于45°，才能夠保證在V槽圓盤在一定推力的作用下，鉤形螺栓的直線運動在螺旋槽的作用下能夠比較容易產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)運動。考慮到旋升角∠P如果太大，鉤形螺栓的運動距離會比較長，對生產(chǎn)不利，所以螺旋升角∠P取45°。

螺旋槽所處的位置外圓直徑為14mm。那么當鉤形螺栓旋轉(zhuǎn)90°時，螺旋槽中心點在外圓表面的位移量L=1/4X3.14X14=10.99（mm）。如果要使螺旋槽的螺旋升角∠P大于45°，那么此螺旋槽外圓點軸向的移動量必須大于10.99mm。再加上起始部分有一定的導向距離1mm，我們確定了螺旋槽的軸向長度H1=11+1=12（mm），具體見圖10。

那么我們可知，鉤形螺栓的運動距離為12mm。

知道了鉤形螺栓的運動距離為12mm，通過計算，我們可以知道30°V形槽圓盤V形槽的深度。如圖11所示，已知的條件都在圖中，求H2與H3。

具體計算如下

H2=4/cos（30°）－4+12=12.62(mm)

H3=2×(H2/tg（30°）)=43.72（mm）

從上面我們可知V形槽需要加工的深度為12.62（mm），V形槽寬度為43.72（mm），才能滿足鉤形螺栓的運動要求。

2.3 工件夾緊狀態(tài)圖

圖1 夾具夾緊狀態(tài)圖

圖2 夾具松開狀態(tài)圖

3.定位誤差

工件在夾具中是由定位元件支承，而夾具在制作過程中由于誤差的存在會影響工件定位的準確。為此，工件在夾具中的實際位置將在一定范圍內(nèi)變動，即工件在夾具中加工時會產(chǎn)生定位誤差。產(chǎn)生定位誤差△D的原因有兩方面：一是定位基準與設計基準不重合產(chǎn)生基準不重合誤差△B；二是定位副制造不準確產(chǎn)生的位移誤差△y。

△D根據(jù)夾具設計的要求應≤1/3× (R26+0.05

0與Ф6+0.0130的中心距精度)

因為，R26+0.050與Ф6+0.013

0的中心距精度＝0.09（mm）

所以，必須△D≤1/3×0.09＝0.03（mm）

3.1 基準不重合誤差△B

由于心軸與夾具體圓盤之間的連接是軸孔配合，不論配合精度的大小，總會產(chǎn)生基準位移，此時產(chǎn)生的基準位移誤差也就是基準不重合誤差△B。

△B＝（孔上偏差+軸下偏差）/2,

此處△B的誤差量在夾具制造時盡量控制在比較小的范圍內(nèi)，根據(jù)工件R26+0.050與Ф6+0.0130與中心距的精度要求，應控制在0.01（mm）內(nèi)。見圖8此處孔軸的配合精度為（H7/h6），查表可知孔Ф24+0.0120（H7），軸Ф240-0.004（h6）。

（孔上偏差+軸下偏差）=0.012+0.004=0.016（mm）

所以△B＝（孔上偏差+軸下偏差）/2=0.008（mm）

3.2 定位副位移誤差△y

此夾具工件的定位靠一雙頭銷釘定位（圖9），由于銷釘自身的精度與圓盤夾具體Ф6+0.0080孔的配合精度及與工件Ф6+0.0130孔的配合精度，工件與Ф6+0.0130配合定位時必定會產(chǎn)生位移誤差，此位移誤差為△y。

銷釘需準確的固定在圓盤夾具體上，所以圓盤夾具體上Ф6+0.0080孔與銷釘左端的配合使用（H7/n6）過盈配合，消除了左端的孔軸配合誤差，只存在基準孔的加工定位誤差△y（1）。

Ф6+0.013定位孔的上偏差已知是0.013（mm），根

0據(jù)Ф6+0.0130孔的尺寸精度，Ф6定位銷釘?shù)某叽缰荒苁秦摴睿颂幦¨?-

△y（2）＝（孔上偏差+軸下偏差）/2

△y（2）＝（0.013+0.02）/2=0.017（mm）

所以△y=△y（1）+△y（2）＝0.005+0.017=0.022（mm）

3.3 結(jié)論

那么此夾具工件的定位誤差：

△D＝△B+△y＝0.0 0 8+0.0 2 2＝0.03≤0.03（mm）

所以此夾具剛好滿足工件的加工精度要求。

4 結(jié)語

通過在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)：采用花盤裝夾工件，產(chǎn)品合格率只能達到80%；而采用該夾具生產(chǎn)，產(chǎn)品合格率可達到98%，生產(chǎn)效率可提高400%以上。用該夾具生產(chǎn)，操作簡便，加工精度高，有效地降低了勞動強度，大大地提高了生產(chǎn)效率，為工廠創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

[1]徐嘉元主編.機械加工工藝基礎

[2]金屬切削原理與刀具.中國勞動社會保障出版社

[3]吳拓主編.簡明機床夾具設計手冊

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.087