十字頭類零件車削加工的專用夾具設(shè)計(jì)

王大紅，王 沖

（1.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545006；2.廣西金創(chuàng)汽車零部件制造有限公司，廣西 陸川 537713）

機(jī)床夾具是機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是提高產(chǎn)品加工精度、提高生產(chǎn)效率的工藝措施。本文是介紹一種針對(duì)十字頭類零件設(shè)計(jì)的專用夾具。該夾具的結(jié)構(gòu)，是在圓盤上配以數(shù)塊定位塊，夾具結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，需要加平衡裝置。

1 十字頭類零件圖簡(jiǎn)圖

產(chǎn)品零件名稱十字頭，如圖1。材料是QT600-2，產(chǎn)品為批量生產(chǎn)。

圖1 十字頭類零件圖簡(jiǎn)圖

（4）按照上述3個(gè)步驟加工對(duì)稱部位。

2 加工設(shè)備

為了方便快捷加工，使用數(shù)控車床。夾具的主要目的是控制（37± 0.03）mm尺寸，其他尺寸由數(shù)控車床保證。

3 夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 夾具通過主軸過渡盤與機(jī)床連接

為了保證夾具與機(jī)床主軸對(duì)中，拆下機(jī)床三爪卡盤，利用過渡盤與夾具止口Φ160 mm處采用H6/js5的過渡配合進(jìn)行定位。用螺釘把過渡盤與夾具體連接，擰緊后，即可保證夾具定心準(zhǔn)確并具有良好的剛性。

為了保證車床夾具的安裝精度，安裝時(shí)應(yīng)對(duì)夾具體的限位表面進(jìn)行仔細(xì)校正。車床夾具的設(shè)計(jì)中心對(duì)限位螺桿距離，應(yīng)控制在（37±0.005）mm之內(nèi)。

3.2 定位元件的設(shè)置

設(shè)計(jì)要點(diǎn)是在車床上加工十字頭類零件時(shí)，要求工件被加工面Φ18 mm孔的軸線與車床主軸的旋轉(zhuǎn)軸線重合，并且保證孔中心至Φ20 mm外圓端面距離（37±0.005）mm。夾具上定位元件的結(jié)構(gòu)和布置，必須保證這一點(diǎn)。

為了保證工序尺寸精度要求，根據(jù)基準(zhǔn)重合原則，選擇Φ20 mm外圓端面和圓弧夾板為主要定位基準(zhǔn)限制5個(gè)自由度，調(diào)節(jié)螺母限制1個(gè)自由度。這樣工件的6個(gè)自由度就被完全限制了。

3.3 夾緊裝置的設(shè)置

設(shè)計(jì)要點(diǎn)是在車削過程中，由于工件和夾具隨主軸旋轉(zhuǎn)，除工件受切削扭矩的作用外，整個(gè)夾具還受到離心力的作用。此外，工件定位基準(zhǔn)的位置，相對(duì)于切削力和重力的方向是變化的。因此，夾緊機(jī)構(gòu)必須產(chǎn)生足夠的夾緊力。本工序依靠前擋板與螺桿作為夾緊機(jī)構(gòu)，將工件夾緊在夾具的正確位置。

3.4 夾具的平衡

由于加工時(shí)夾具隨同主軸旋轉(zhuǎn)，如果夾具的總體結(jié)構(gòu)不平衡，則在離心力的作用下將造成振動(dòng)，影響工件的加工精度和表面粗糙度，加劇機(jī)床主軸和軸承的磨損。因此，車床夾具除了控制懸伸長(zhǎng)度外，在確定其結(jié)構(gòu)時(shí)，特別要注意對(duì)其進(jìn)行平衡。

平衡的方法有兩種：設(shè)置平衡塊或加工減重孔。設(shè)計(jì)中采用設(shè)置平衡塊的方法。在確定平衡塊的凈質(zhì)量時(shí)，可用隔離法作近似估算，即把工件及夾具上的各個(gè)元件，隔離成幾個(gè)部分，互相平衡的各部分可略去不計(jì)，對(duì)不平衡的部分，則按力矩平衡原理，確定平衡塊的凈質(zhì)量或減重孔應(yīng)去除的凈質(zhì)量。

3.5 夾具外形尺寸的確定

結(jié)構(gòu)要緊湊，夾具的懸伸長(zhǎng)度要短。此夾具一般是在懸臂狀態(tài)下工作，為保證加工的穩(wěn)定性，夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊輕便，懸伸長(zhǎng)度要短，盡可能使重心靠近主軸。夾具的懸伸長(zhǎng)度L 與輪廓直徑D 之比應(yīng)參照以下數(shù)值選取：

直徑在150～300 mm之間的夾具，L/D ≤0.90。

夾具的外形輪廓應(yīng)設(shè)計(jì)成圓形，為保證安全，夾具上的各種元件一般不允許突出夾具體圓形輪廓之外。此外，還應(yīng)注意切屑纏繞和切削液飛濺等問題，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置防護(hù)罩。夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于工件在夾具上的安裝和測(cè)量，切屑能順利排除或清理。最大外形輪廓尺寸SL為Φ225 mm和長(zhǎng)度132 mm。

3.6 加工精度的分析

工件在車床夾具上加工時(shí)，加工誤差的大小，受工件在夾具上定位誤差、夾具誤差、夾具在主軸上的安裝誤差和加工方法誤差的影響。

十字頭零件在夾具上加工時(shí)，尺寸（37±0.03）mm的加工誤差的影響因素有：

（1）定位誤差ΔD。由于Φ20 mm外圓端面既是工序基準(zhǔn)，又是定位基準(zhǔn)，基準(zhǔn)不重合誤差ΔB=0。工件在夾具上定位時(shí)，定位基準(zhǔn)mm與限位基準(zhǔn)的位置變動(dòng)量就是基準(zhǔn)位移誤差ΔY=0.02 mm，因此尺寸（37±0.03）mm的定位ΔD=ΔB+ΔY=0.02 mm。

（2）夾具誤差ΔJ。夾具總圖上尺寸（37±0.005）mm可用限位螺桿進(jìn)行調(diào)整，使限位螺桿與夾具回轉(zhuǎn)中心的距離控制在（37± 0.005）mm，ΔJ=0.01 mm。

（3）夾具在主軸上的安裝誤差ΔA。過渡盤與車床主軸為錐面的配合，過渡盤與主軸間的最大配合間隙為0 mm。

夾具體與過渡盤止口配合尺寸為Φ165 H6/js5，查表Φ160 H6為Φ（160+0.025）mm，Φ160 js5為Φ（160± 0.009）mm，過渡盤與夾具間的最大配合間隙為0.034 mm。

因此ΔA=0.025+0.009=0.034 mm。

（4）加工方法誤差ΔG。車床夾具的加工方法誤差，如車床主軸上安裝夾具基準(zhǔn)（圓柱面軸線、圓錐面軸線或圓錐孔軸線）與主軸回轉(zhuǎn)線間誤差工，主軸的徑向跳動(dòng)、車床溜板進(jìn)給方向與主軸軸線的平行度或垂直度等。其大小取決于機(jī)床的制造精度、夾具的懸伸長(zhǎng)度和離心力的大小等因素。一般取

ΔG=δ/3=0.06/3 mm=0.02 mm。

夾具的總加工誤差為

精度儲(chǔ)備JC=（0.1-0.045 3）mm=0.054 7 mm。

故此方案可取。

4 結(jié)束語

此車床夾具，在定位面采用了限位螺桿的可調(diào)機(jī)構(gòu)，使加工零件具有安裝迅速、定位準(zhǔn)確、效率極高、品質(zhì)穩(wěn)定與操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，夾具在整個(gè)加工過程中達(dá)到預(yù)期效果，具有一定的適用性。

[1]肖繼德，陳寧平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]徐鴻本.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[K].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

[3]王光斗.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[K].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000.