轉向箱多孔加工專用夾具設計

陸慧玲 李慶羽

摘 要：設計專用夾具裝夾工件，帶動刀具同時加工轉向箱零件的N個孔，對于提高生產率，降低勞動強度和生產成本，更好的保證所加工孔的精度具有明顯優勢。對于批量生產的轉向箱零件，運用本套工裝夾具能提高加工精度和生產率，有很高的性價比。

關鍵詞：夾緊裝置；夾緊力；夾緊機構

利用對現有設備搖臂鉆床Z3040的改造加工轉向箱零件。其中包括設計一套有四根軸的主軸箱使鉆床出來的動力分為四個一次加工出轉向箱零件的四個孔。一套鉆模板用來保證鉆頭的導向及加工的精度。一套夾具用來保證閥體零件在加工時相對于機床和刀具占有固定的位置。這種設計能保證加工的精度。便于工件的裝夾并且降低勞動強度。

1 研究分析零件圖

典型的轉向箱實體圖

現以拖拉機上的轉向操縱箱的夾具設計說明。轉向操縱箱是拖拉機上的一個重要組成部分，因此它加工的好壞直接影響到拖拉機的性能。設計可以利用搖臂鉆床帶動多軸頭，一次性加工N面上四個小于φ10的孔。

2 確定定位方案，設計定位裝置

在本夾具設計時，在夾具中采用短圓柱銷約束兩個移動自由度--X方向的移動和Y方向的移動。圓柱銷為固定定位圓柱銷。定位圓柱銷的有關參數可查“夾具標準”和“夾具手冊”。其選用時按其尺寸D選取。長方形墊板約束兩個旋轉自由度——X方向的轉動和Y方向的轉動和一個移動自由度Z方向的移動。由于轉向箱的一個面有一個3度傾角，所以長方形墊板要做成有3度的斜面。現在已經約束了零件的5個自由度，還要用一個定位銷來約束Z方向的轉動，但是如果使用定位銷又會限制兩個自由度，這樣會產生過定位。過定位像前面所說的那樣會影響工件的定位精度，因此要避免過定位。可以選擇齒條式對定位元件，它可以約束Z方向的轉動。如下圖所示：使用時可以掰動手柄，銷在齒條的帶動下沿銷套上下移動，使用時銷子上移，不用時銷子下移，十分方便。

齒條式對定位元件

3 確定定位方案，設計夾緊裝置

因為夾緊力主要來源于液壓裝置、氣壓裝置、電磁裝置、電動裝置、氣液連動裝置和真空裝置等動力裝置。并且要使動力裝置所產生的力或人力正確的作用在工件上，需有適當的傳遞機構。

3.1 選擇夾緊機構

夾緊機構的種類很多，基本夾緊機構結構大都以斜楔夾緊機構、螺旋夾緊機構和偏心夾緊機構為基礎，此外還有一種彈簧加緊機構。

斜楔夾緊機構：用斜楔直接夾緊工件，夾緊力太小，且操作費時，所以實際生產中應用不多，多數情況下是將斜楔與其他機構聯合使用。

螺旋夾緊機構：結構簡單，容易制造，自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程都較大，是手動夾緊中用得最多的一種夾緊機構。但是螺釘頭直接與工件表面接觸，螺釘轉動時可能會損傷表面。

螺旋壓板夾緊機構：是結構形式變化最多的夾緊機構。結構緊湊，使用方便。可采用自動回轉鉤形壓板，它避免了用手轉動鉤形壓板。

偏心夾緊機構：操作方便，夾緊迅速。但是夾緊力和夾緊行程都較小，一般用于切削力不大，震動小，夾壓面公差小的加工中。

彈簧夾緊機構：是運用被壓縮時彈簧的彈性力來夾緊的。隨著彈簧壓縮量的加大，夾緊力越來越大。

本夾具上采用的是彈簧加緊機構，由于轉向箱的高度不高，在工件定好位時，可用鉆模板來壓緊工件，當鉆模板靠近工件，主軸箱沿導柱向下移動。在彈簧力的作用下自動將工件壓緊，起到加緊作用。隨著切削力的加大，彈簧的壓縮力愈來愈大，工件被加緊。

3.2 分析夾緊力的方向和作用點

按照切削力和其他外力作用的情況，以及定位元件的結構和布置方式確定加進來的方向和作用點。

在本夾具設計時，我們采用固定圓柱銷約束兩個移動自由度——XY方向的移動。長方形墊板約束兩個旋轉自由度——XY方向的轉動和一個移動自由度——Z方向的移動。所以夾緊力的方向應朝主要限位面。這樣做有利于保證加工精度。

本設計的夾具在選定夾緊力作用點時充分考慮夾緊力的點作用在定位元件的支承范圍內，保證位于剛性較好的方向。

工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉，通過螺栓夾緊移動壓板，實現對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調整。通過松緊螺栓實現壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規定位置上。

在這次夾具設計中，定位是采用一根心軸和一個定位插銷來定位水平方向的。在垂直方向，用兩個同心半圓環來定位。當被加工零件放到夾具體同心圓環上后，用定位插銷把夾具上的鉆模板和零件通過先加工的孔進行定位，把壓板壓緊，之后取出定位插銷。

3.3 分析本夾具設計的優勢

3.3.1 在整個夾緊過程中，一直保證工件定位后具有確定的位置。

3.3.2 本套夾具保證了夾緊力的大小適當，始終穩定不變。即保證工件在整個加工過程中的位置穩定不變，震動小，還使工件不產生過大的夾緊變形。由于夾緊力穩定所以減小加緊誤差。

3.3.3 本套夾具具有工藝性好，使用性好。結構簡單，便于制造和維修的優點。

總之利用此套設備可以一次性鉆削轉向箱N面上多個孔，由于轉向箱是批量生產的，所以利用此設備加工該零件，具有很強的實用性。該設備由于是一次性鉆削四個孔，使得該零件的生產效率大大提高。本設計的主軸箱上所使用的主軸和傳動軸，以及軸上的齒輪和軸承均經過校核，所以該設備在使用過程中不會出現軸的斷裂，和齒輪的斷裂問題。

參考文獻

[1]長春汽車廠工人大學編.東北重型機械學院，洛陽農業機械學院，機床夾具設計手冊.科學技術出版社.

[2]上海柴油機廠工藝設備研究所.金屬切削機床夾具設計手冊.機械工業出版.