車床主軸箱夾具改進探究

莫持標

（江門職業技術學院，廣東江門 529090）

0 前言

車床主軸箱是車床的關鍵零件之一，加工精度高、工藝復雜是其加工過程中的主要特點。車床主軸箱夾具中，工件定位面、定位孔的選取、夾緊點的設定等工藝很重要，對提高主軸箱的加工精度起著重要的作用，這些要素設計得合理與否對這類箱體零件的輸送、到位、夾緊、離開及加工尺寸的工藝能力保證等都起著決定性的作用。

圖1是車床主軸箱零件簡圖，要提高和保證其加工精度，夾具是重要的保障措施之一。

1 傳統車床主軸箱夾具的特點

圖2是車床主軸箱零件開始工序粗基準選擇時對應的專用夾具，直接以主軸孔為粗基準在專用夾具上定位[1]。

圖3是主軸箱在中小批生產時，以箱體底面導軌B、C面為基準定位，此時符合基準重合原則，沒有基準不重合誤差。加工時，箱體開口朝上，便于安裝調整、觀察測量。但加工箱體中間壁上的孔時，需要加中間導向支承。由于結構的限制，中間導向支承只能采用掛架方式，每加工一件需要裝卸一次，吊架與夾具之間雖有定位銷定位，但剛度較差，經常裝卸也容易產生誤差，且使輔助時間增加，生產率低。

在大批量生產中，按基準統一原則，采用頂面及兩個銷孔（一面兩孔）作為定位基面，夾緊力垂直夾緊。這種定位與夾緊方式，加工時箱體朝下安裝，如圖4所示。這時中間導向支承可以緊固在夾具體上，解決了掛架方式的問題，工件裝卸方便，易實現加工自動化。其缺點是存在基準不重合誤差，且加工過程不方便觀察。

以上是車床主軸箱普通實用的傳統夾具。它限制工件的六個自由度，其特點是定位與夾緊方便、可靠，但定位精度不較高，有局限性。隨著車床制造技術的不斷創新，產品加工要求的不斷提高，傳統主軸箱夾具不能滿足加工精度越來越高的要求，需要對傳統主軸箱夾具進行多方面的改進。

圖1 車床主軸箱體

圖2 以主軸毛壞孔為粗基準的箱體夾具

2 車床主軸箱加工夾具的改進途徑

2.1 工件定位面與支承點的改進

在切削加工中，箱體零件的定位基準有兩種：粗基準和精基準。理想的工件定位是以三點來確定一個面，但有時往往這三個支承點會形成一個直角三角形，很難達到等腰三角形的理想形狀。一般情況下，人們往往認為加工面只要用一把平面銑刀加工后，其加工面就是一個平面。實際上，由于加工中，銑刀的起始、終結位置在受力上的差異，主軸精度的高低、加工材料的彈性變形存在局部差異等因素的影響，加工面的平面度及平面縱橫直線度都會有一定的誤差。如果以四點來定位一個平面，往往會導致定位時，其中一點是有間隙的。在夾緊過程中，夾緊的浮點以對角形式出現，造成加工中的部分尺寸出現不同程度的變化。為此，可在箱體底平面定位時，粗基準采用四點定位，因此時加工尺寸的公差值相對大一些，一般容易滿足加工精度要求；而精基準則采用三點定位，表面看似乎是四點定位，實際上有兩點是通過浮動式的夾具結構確定另一點，如圖5所示，達到定位面四點均無間隙。粗、精基準的另外一種定位方式采用四點定位，但是定位方式是三點硬，一點采用輔助支承來達到定位大平面的效果，此時輔助支承不限制自由度。

圖3 吊架式箱體專用夾具示意圖

圖4 用箱體頂面及兩銷孔定位的專用夾具示意圖

切削加工中，用同一牌號的銑刀盤切削加工，如果大平面的平面度不好，因誤差復映，往往加工中的每一個零件幾乎都是同一種狀態，即大平面的高點總是高點，低點總是低點，而采用浮動式結構與輔助支承支撐其底平面時，其加工尺寸的趨勢也就能達到同一趨勢，保證加工尺寸的穩定性[2]。

2.2 工件定位孔尺寸的變化

定位孔尺寸大小的設定，直接關系到箱體零件的加工精度，也關系到工件裝夾是否方便。車床主軸箱體類零件的輸送與加工定位一般多采用一面兩銷來定位。隨著車床制造技術的不斷提高，產品加工精度的提高及工件在專機線上輸送速度的加快，從而產生一對矛盾：在零件加工定位時，為了提高加工精度，工件定位孔的孔徑與定位銷的配合間隙越小越好，而零件在專機線上進出定位銷時及工件在加工裝卸過程中，定位孔與定位銷的尺寸配合間隙越大越方便，零件進出定位銷能達到進出自如。

圖5 浮動式支承

工件定位孔的改進就是提高孔的精度。車床箱體定位孔的制造尺寸從直徑（16+0.043）mm提高到（16+0.021）mm，定位精度有明顯提高，公差0.021 mm的銷孔尺寸變化一般能滿足加工中的各種技術要求。

2.3 夾緊力的變化

（1）銷孔孔徑的變化，傳統的夾緊方式加工，會出現加工尺寸精度上的差異。在專機線加工或CNC加工中心加工，前者兩孔一般采用兩把刀具，后者兩孔使用一把刀具。CNC加工中心加工，用一把刀具加工兩只定位孔，其孔徑幾乎一樣，定位時沒有兩孔之間的誤差造成的轉角誤差，只有銷子與銷孔的配合間隙造成的轉角誤差。而在專機線加工刀具的選擇上，當只要滿足加工要求時，都認為可行。以直徑（16+0.021）mm銷孔為例，從工藝上說一把刀具加工尺寸為直徑16 mm，另一把刀具加工尺寸為16.021 mm，均屬滿足條件。兩孔的最大偏差量為0.021 mm，即兩孔之間的誤差會產生轉角誤差。

（2）改變夾緊方式。在精加工中可采用新的夾緊方式來提高零件的加工精度。在精加工夾具的夾緊點設計上，除了垂直方向的夾緊力外，側面增加一個側壓力，使定位銷與定位孔實現同側接觸（如圖6（a））。這樣就大大降低了定位銷孔尺寸偏大對零件加工尺寸精度的影響，同時可保證箱體零件孔與孔之間的相互位置精度要求。

3 箱體夾具加側壓力前后零件加工情況對比

上面的車床箱體零件（圖1），在CNC上加工，鉸刀使用同一把鉸刀，加工孔徑幾乎相等。設其兩銷孔孔距為L=（560±0.08）mm，兩直徑（16+0.021）mm的定位銷孔，圓柱銷尺寸為直徑15.993 mm，菱銷直徑為15.988 mm，當夾具沒有側面壓緊力時，定位時可能會出現最大值的轉角誤差（圖6b），即兩定位孔反向位移，其最大值為[1]：

其中：X1max=D1max-d1min，X2max=D2max-d2min。

實際上，工件還可能向另一方向轉動，真正的轉角誤差應為±△β，即±11.23″。

當采用側面加一側壓力時，從圖6可知，兩種夾緊方式都有定位誤差，但是轉角誤差就不一樣了。采用側面夾緊力以后（圖6（a）），兩定位孔同向位移，轉角誤差為:

當采用側面加一側壓力時，轉角誤差很小，且不能向另一方向轉動，只占沒有施加側壓力的4.3%。

若兩定位銷孔的尺寸改為直徑16.043 mm，兩定位銷的直徑保持不變，按上述過程重新計算，得：

α′=19.34″；

β′=0.96″。

圖6 轉角誤差

可以看出，兩定位銷孔尺寸從直徑16.021 mm增大到16.043 mm時，當沒有施加側壓力時，工件最大轉角誤差明顯增大，而施加側壓力時，轉角誤差不變，此時工件移動定位誤差會變大。

從側面加一側壓力后，最有效的是消除了定位銷孔一側的側面間隙，大大降低了加工中的轉角誤差，提高了零件的加工精度。側面加壓緊力與不加壓緊力，其轉角誤差，一種幾乎是恒定的，是最小值；另一種是動態的，可能出現最大值，也可能為零，故產品的工藝能力明顯不一樣。

箱體工件定位夾緊時，采用側面另加壓緊力，對提高尺寸精度是一條有效的措施，實用且可靠。

4 結束語

車床主軸箱體零件隨著車床的產品精度不斷提高，零件的尺寸控制也須相應提高，故要達到產品的加工要求，所對應的夾具也要不斷進行創新。通過夾具的改進，可有效提高加工精度，突破傳統主軸箱夾具的局限性，從而較好地滿足車床產品精度提高的要求，實現優質、高產、低成本的不斷進步，這也是主軸箱體零件加工中夾具設計的與時俱進。

［1］李華.機械械制造技術（修訂版）［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［2］吉祺煒.發動機箱體零件加工的定位與夾緊［J］.汽車制造業，2006（5）：60-62.