車床夾具設計及誤差分析探討

代麗華

（山東煙臺職業學院,山東煙臺264607）

車床夾具設計及誤差分析探討

代麗華

（山東煙臺職業學院,山東煙臺264607）

隨著現代化工業的發展，人們對于機械加工的精度要求越來越高，作為機械加工的一類，車床夾具對于車床精度也有著重要影響。因此，注重車床夾具設計，做好其誤差分析，才能找準關鍵環節，滿足車床加工的實際需要。

車床；夾具；設計；誤差

車床夾具主要是為了固定車床上的加工對象，確保其能夠占據正確加工位置的一種設備。其作用主要是用于定位工件，這樣才能夠獲取正確的車床以及刀具的位置，并且可靠地夾緊工件。所以，在機械加工中，車床夾具是核心的組成部分，直接關系到零件的加工精度。

一、車床夾具的主要類型

1.車床主軸上的夾具

在車床主軸上安裝夾具除開花盤、三爪卡盤、四爪卡盤、前后頂針等通用的夾具之外（一般來說，這一部分夾具都是作為機床的標準化附件，如果需要，只需要購買即可，不必重新設計），車床還需要使用專用夾具。具體如下：

（1）花盤式

如果在通用的花盤上完成這一道工序的安裝，是無法滿足工件實際的加工精度要求的，因此，只有針對性地設計，才能滿足需求。圖1為一種花盤角鐵式車床夾具，用以鏜車瓦座工件的內孔、油槽及端面等。由于工件具有較穩固的安裝平面，故車床夾具采用帶90°角鐵的花盤來裝夾工件。

圖1 花盤角鐵式車床夾具

（2）角鐵式夾具

如圖2所示，工件通過一面兩孔作為定位的基準，然后在夾具傾斜的定位支撐板以及一個菱形銷和圓柱銷上進行定位，通過鉤形壓板，做好夾緊處理。需要加工的表面為端面和孔，為了滿足加工端面尺寸以及被加工孔與定位基準面的角度，在靠近加工面處，需要做好測量基準面以及工藝孔的設計。

圖2 角鐵式夾具

2.在車床拖板上安裝夾具

如果設備有限，與箱體形狀相類似的零件，因為其尺寸限制，想要設計安裝在車床主軸上存在諸多不便，可以拆除拖板上的刀架，然后在拖板上安裝工件和夾具。在加工時，主運動依靠車床主軸上的刀具來完成，工件只進行進給運動，這樣就能將車床實際的應用范圍擴大。

二、車床夾具定位誤差

所加工的零件的允差δk與加工誤差△j以及在工藝系統當中其余因素所引起的加工誤差△g應該遵循：

上式當中與夾具有關的加工誤差△j組成為：

其中，△dw表示定位誤差；△jj表示夾緊誤差；△di表示引導誤差；△az表示機床安裝誤差；△jm表示磨損誤差。

在V形定位塊中進行定位時的定位誤差，我們可以根據具體的情況來分析。如下圖3所示，在V形定位塊中，軸類零件以外圓柱面進行其上部平面的定位加工。在軸類零件中，在V形塊中定位外圓H面時，V形塊具備定中的作用，也就是工件存在直徑加工誤差，但是在定位軸心之后，工件可以保持在V形塊的中心對稱面之上，這樣就滿足了定位之后X方向的“0”定位誤差。但是對于垂直Z向，在進行零件加工時，其直徑大小存在基準不重合誤差以及定位副制造不準誤差。當然，兩相誤差也不一定就同時存在。

圖3 V形塊上軸件以外圓定位其加工平面

通過相關的分析后發現，定位誤差主要是因為基準不重合以及定位副制造不準誤差所引起的。其中，具體的定位誤差：第一，因為基準的不重合而產生誤差。在零件圖上，對于某一尺寸與位置的確定基準就稱之為設計基準。在車床工件加工中，需要對夾具定位進行合理的選擇，這稱之為定位基準。但是如果所選擇的夾具定位與設計基準不相符，就可能出現誤差，影響到工件的加工質量。第二，因為定位的副制造不準確而產生誤差。在使用夾具定位元件時，無法做到百分之百的準確定位，其實際的尺寸是允許在規定的范圍內出現變動的。由夾具定位元件和工件定位面共同組成定位副，但是因為定位副之間出現了間隙，或者是因為定位副制造出現偏差，就可能導致工件位置出現較大的變動，影響到工件的加工質量。

三、車床專用夾具

1.車床專用夾具的設計要求

第一，任何車床夾具都應該滿足工件加工質量這一要求，合理地選擇夾具方案，采取針對性的設計，做好道具的引導，就能夠避免工件質量受到影響。如果加工需要，還應該做好誤差分析。第二，將勞動強度降低，才能滿足使用安全要求，方便操作。利用油壓或者是氣動等方式，就能實現工人勞動強度降低的目標，并且也可以提高夾具夾緊力的掌控度。另外，在設計夾具時，還應該考慮到安全系數與作業習慣，所以，安全保護裝置不可少。第三，滿足生產綱領要求，才能降低成本，提高生產效率。如果工件需批量生產，就應該在滿足功能要求的前提下，讓夾具設計盡量滿足批量生產，做到安裝與拆卸的方便，將輔助時間減少。同時，本身設計盡可能貼近簡單、方便，如此也有利于夾具制造成本的控制。第四，確保良好的工藝結構。在夾具設計時，應該考慮到其安裝、裝配、制造和維修的整體結構。第五，有利于清理。在進行工件的批量生產時，難免會有切屑存在于夾具之中，這樣會對夾具的定位產生影響。同時，因為夾具產生的熱量會導致工件變形，所以如果存在嚴重堆積切屑的情況，還可能對刀具產生損壞，造成工傷。

2.專用夾具設計分析

專用夾具設計實例：在鉸、鉆定位銷孔的夾具設計，主要是用于大頭端面定位銷孔的加工，在船舶曲軸以及車床曲軸中，定位銷孔的作用不可忽視。就好比套圈下蛋，只有確保其符合標準設計，才能確保后續加工的位置差和精度。就定位銷孔而言，對形位公差與精度的要求偏高，就如曲軸的咽喉。因此，其保證必須依靠良好的工裝來支持。為了節約實際的成本開支，鉆床最好是能選擇ZC40型號，鉆夾頭可以選擇鉆石牌的高精度夾頭；考慮到工裝的耐磨性和互換性以及整體的穩定性，需合理選擇裝夾力；觀察工裝夾具零部件熱處理、加工工藝是否切實可行；觀察鉸刀的跳動與錐度以及鉆夾頭的跳動；觀察裝配校基準、工裝夾具裝配基準的精度。

3.車床夾具加裝的計算

在整個工序之中，切削力和夾緊力是最主要的參數，在車床夾具的定位銷孔的鉆、鉸削時，應以鉆削和鉸削作為切削力的基準，然后根據《切削用量簡明手冊》，就可以得到下述的表達：

其中do=3mm，f=0.1mm/r。根據《切削用量簡明手冊》

在定位銷孔加工時，按照夾具加裝工序，工件主軸頸1.5可以放在兩個V形塊上，并且主軸頸的三個端面均由支撐塊，另外有一個固定的定位點處于連桿軸頸。那么F=Ff=677.8N

4.確定定位元件

第一，車床的曲軸需要進行大批量的生產，使用手動夾緊的夾具，不僅其本身的結構簡單，其在生產中的應用也非常廣泛。此外，手動夾緊操作方式的運用，可以確保原始夾緊力本身可持續的作用下去，并且其夾緊可靠，方便實用。曲軸作為軸類零件，在定位該工序的夾具元件時，還應采取兩個V形塊，其中的一個支撐板用于定位曲軸軸向的方向，可以結合一個靠山作為角度方向的定位。第二，V形之上盡量采用抗磨塊，主要因為零件本身屬于線接觸，很容易讓一處被磨損，因此，可以利用熱處理之后擁有較高硬度的材料。通過實踐研究證明，T10A的材料是最容易出現磨損的，為了滿足節約成本的目的，可以根據白鋼耐磨與低成本的特點，使用白鋼鑲嵌的方式。第三，曲軸角度靠山。由于曲軸定位銷孔本身只允許±0.05mm的角度差，要求較高，所以，在實際操作中可以選擇與V形線相互接觸的方式，盡量選擇抗磨塊，如此操作就能夠保證精度尺寸的前提下，滿足耐磨與操作方便。第四，支承板。對于曲軸定位銷孔，其兩個方向垂直度應滿足10:100mm的要求。所以，這對支承板的要求較高，需要做好經常磨損部位的熱處理工作，并且與軸頸R像不能出現相互的干涉，確保在裝夾過程中不會有地處點的存在。第五，夾具體的支承座。對于這一部分，主要是選擇HT200材料，在通過失效處理后，HT200材料擁有良好的穩定性，并且不容易出現變形，具備加工操作方便、利用價值高的多項優點。在設計中，支承座的背部與底部應做好相應的工序處理，以避免因為加工平面過大，導致平面度無法達標的情況出現。第六，設計鉆套與鉸套。這一部分工序需要通過多次加工才能滿足圖紙設計尺寸，所以，最好采取活動鉆套和鉸套。

四、結語

通過本文對車床專用夾具設計，再配合上具體的思路與方法，對設計與誤差進行了有關的說明。在進行機械零件加工時，夾具不僅需要滿足零件加工質量的要求，而是還可以提高實際的生產效率，降低整體的勞動強度，同時夾具的設計還應該盡量考慮到結構的簡單及操作的方便靈活。在日常的生產中，我們要多多總結，不斷積累經驗，對存在的問題進行思考，這樣才能夠設計出更好、更優質的夾具。

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1673-0046（2015）3-0189-03