數控銑床銑槽夾具設計

梁慧妿

摘 要：數控銑床加工的工件大多比較復雜，經常要加裝輔助夾具進行加工。具體加工某種批量零件時，若通用夾具不能滿足加工需要，則需針對此批零件設計專門的夾具。筆者在實際批量生產加工一種傳力桿零件時就曾遇到了帶有曲線對稱零件加工銑槽的問題，為此設計制造了一套銑槽夾具，用此夾具裝夾工件進行加工，能有效地減少工件的裝夾和定位時間，提高了加工效率和加工精度。

關鍵詞：銑槽夾具 設計制造 夾具定位

夾具是機床和工件之間的連接裝置，夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度、形狀精度和尺寸精度。通常把確定工件在機床上或夾具中占有正確位置的過程稱為定位。當工件定位后，為了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破壞定位，應該用一定的機構或裝置將工件加以固定。使工件在加工過程中保持定位位置不變的操作被稱為夾緊，將工件定位、夾緊的過程稱為裝夾。工件裝夾是否正確、迅速、方便和可靠，將直接影響工件的加工質量、生產效率、制造成本和操作安全。

在銑床工作中，加工產品的前提是工件的裝夾要合理、牢固，其次是切削參數要選擇正確。銑床加工的大多數工件形狀復雜多樣，如果裝夾不合理、不牢固，在切削過程中，就會產生振動，抗力較大，進給速度較慢，影響生產效率，后果嚴重的會造成工件松動、飛出，甚至造成設備損壞和人身傷害事故。

一、加工任務概述

有一批零件加工任務，要求在有限時間內加工一批傳力桿零件，如圖1所示。這批零件已加工好其他的工序，本加工任務是加工一道寬12mm、深32±0.2 mm的槽。

工件材料為45#鋼，已加工過的大小孔徑分別為C=11 mm和D=24 mm，槽深為A=32±0.2mm，兩孔中心距為 42±0.02 mm，厚度為26 mm。

在加工槽時，槽的尺寸精度和表面粗糙度要求不是很高，由銑削直接加工就可以達到要求，其中槽的寬度由刀具的尺寸保證，槽的深度尺寸和位置精度由設計的夾具來保證。

筆者首先設計了方案一（如圖2所示），通過固定圓柱銷及V形塊實現定位。在實際工作中，第一種方案以圓柱和V形塊組合定位時，此零件總厚度為26±0.03mm，中間槽寬為12mm，余下的裝夾量最多為7mm。這樣V形塊比較薄且夾住工件一邊，不易夾緊，輔助時間花費太多，效率較低，且外圓表面系毛坯鑄件，精度較低，不能滿足工件的加工要求。因此筆者根據此零件的有關形位公差及精度要求的特點，又設計了方案二，此設計方案兩孔采用固定式圓柱銷及菱形銷定位，能方便裝夾銑削夾具，滿足零件的加工需求。

二、制訂夾具設計方案

1.夾具設計前應充分了解情況

夾具設計一般是在零件的加工工藝過程制定之后，按照某一工序的具體要求來進行的，專用夾具是針對某種具體的零件設計的，不會批量生產。優良夾具的衡量指標是：保證工件加工質量，生產效率高，生產成本低，排屑方便，操作安全、省力及制造容易、維護方便。夾具的設計應先充分了解以下幾個方面的情況。

一是讀零件圖，了解尺寸精度、技術要求，獲取零件的批量生產信息。二是確定零件加工工序，分析零件加工工藝，安排好各工序順序及工藝要求、各工序之前的工藝情況及本工藝之后的工藝要求。三是了解所用加工設備主要技術參數、性能、精度及與夾具連接部分結構的形式及特性、精度。四是了解所用刀具的有關尺寸及其與夾具配合的要求。

2.夾具設計中應考慮的關鍵點

夾具設計要滿足零件的質量要求，其設計方案的正確與否，必然會影響零件的加工質量。在設計中應考慮如下幾個關鍵點：零件自由度的限制、定位基準的合理選擇、定位元件的選擇及使用、零件加工允差和制定技術條件、夾緊力的作用點、方向及支承方式及零件批量大小的需要。

（1）定位基本原理在夾具設計中的應用。當零件未和任何表面靠住時，它是一個自由的物體，對3個互相垂直的坐標面來說，有6種活動的可能性：3種是移動，3種是轉動。自由物體在空間的不同位置，就是這6種活動的綜合結果，稱為自由度。當物體的6個自由度被完全限制之后，該物體和空間的位置也就完全確定了，所以定位就是限制自由度。要使一個物體完全定化，必須限制6個自由度。但在特殊的條件下，可不完全定位或過定位。

（2）限制好零件的自由度。零件相對于夾具的自由度分為兩種：影響加工面位置尺寸或位置精度的自由度，稱為第一種自由度；不影響加工面位置尺寸及位置精度的自由度，稱為第二種自由度。當考慮零件在夾具中的定位問題時，首先要找出第一種自由度，它們必須要被限制。然后，再從承受切削力、夾緊力的需要等方面考慮，對某些第二種自由度加以限制。

三、銑槽夾具的制造與應用

1.加工傳力桿工件的銑槽夾具

針對圖1所示的零件，為解決它的裝夾問題，以便在加工過程中能夠盡可能地提高效率、增大夾具剛性，使加工的零件達到工藝要求，保證產品質量，提高工作效率，減少輔助時間，筆者設計了一個夾具（如圖3所示），此夾具是一個梯形直角塊，材料采用45#鋼，對兩孔采用固定式圓柱銷及菱形銷定位，此方案實現了工件的完全定位。對此工件的銑削加工，采用的是一面和兩個定位銷的原理，手動夾緊，采用一個壓塊、一個螺母對其壓緊，具有足夠的剛度與強度，安放穩定，工藝性好，實用安全。

2.銑槽夾具結構組成及定位原理

本套夾具的結構組成如下：夾具體、圓柱銷、棱形銷、壓塊、壓緊螺母。

定位原理：根據加工槽兩側面相對于中心面對稱要求，需要限制工件X方向轉動自由度、Y方向轉動自由度和Z方向轉動自由度；根據加工槽寬度和深度要求，需要限制工件X方向移動自由度和Z方向移動自由度。但考慮到加工時工件定位的穩定性，可以將6個不定度全部限制。采用一面和兩個定位銷的原理，用固定式圓柱銷及菱形銷實現定位，夾具體通過安裝在夾具體上的定向鍵，進而與銑床的工作臺連接，實現對夾具的固定，也可不用定位鍵，直接安裝在臺虎鉗上，都可確保零件的平行度和垂直度，傳力桿零件安裝在此夾具上可滿足工藝要求（見圖4）。

3.夾緊方式及元件選擇

對此工件的銑削加工，采用一面和兩個銷的定位原理，通過一個開口壓塊、一個螺母對其壓緊。利用壓塊和螺栓，將每件傳力桿毛坯件壓在夾具體上。放置毛坯時，只需依靠直角板進行裝夾，裝夾方便快捷，避免了工件在加工過程中受銑削力影響產生變形。

4.夾具的裝配要求

銑床夾具依靠夾具體底面和定向鍵側面與機床工作臺上平面及T型槽相連接，以保證定位元件對工作臺和導軌具有正確的相對位置。為了減小安裝時的誤差，安裝定向鍵時應當使它們靠向T型槽的同一側（圖5）。

5.夾具工作原理

短銷通過夾具體上的孔、本身的螺栓、螺母與夾具體緊緊連接。菱形銷也是通過同樣的方法裝夾，菱形銷上設置一長螺紋，用于壓緊螺母對工件的夾緊。在夾具體的底平面上安裝定向鍵，用于與銑床工件臺面的連接與定位。工作時，只要把壓緊螺母、壓塊卸下，即可把工件套上，利用一面二孔進行定位。當工件套上去后，先裝入壓塊，再用壓緊螺母進行夾緊。這時銑刀在導引裝置的引導下對待加工工件進行加工，并且在導引裝置的作用下完成銑床對工件的銑槽工序。

四、小結

筆者研制的這套夾具操作簡單，省時省力，裝卸工件時只需靠壓板緊定螺栓的松緊即可實現。在實際生產中，零件的形狀是千差萬別的，沒有任何一種夾具能適用于所有的零件。針對具體的零件加工要求，設計一些夾具、輔件，如運用合理、得當，則既能滿足加工零件的質量和技術要求，又能降低生產成本，提高工作效率，降低廢品率。

參考文獻：

[1]朱海芳.機床夾具設計[M].北京：機械工業出版社，1993.

（作者單位：茂名市第二高級技工學校）