銑水泵葉輪十字槽夾具設計

楊 煦

（廣東省高級技工學校，廣東 惠州 516100）

0 引言

在銑削加工中，常通過平口鉗、工作臺面和壓板裝夾來完成回轉體工件的加工，由于是通用夾具，可裝夾的工件形狀相對單一，而像葉輪這樣帶有葉片的回轉體，由于形狀復雜，采用通用夾具通常不能滿足加工要求。為了提高生產(chǎn)率，減少對刀和找正工件的輔助時間，使加工快捷方便，進而保證加工精度，本文設計了一種分度式銑床專用夾具，用于加工水泵葉輪上面的十字槽。這套夾具采用定位盤和圓柱銷定位，杠桿聯(lián)動壓板夾緊（裝卸工件更快速、準確），用分度盤進行分度（在加工完一個直槽后，通過分度把第二個槽的位置轉到加工位置）。雖然夾具結構略顯復雜，但能提高效率，在批量生產(chǎn)中顯示出很好的經(jīng)濟性。

1 零件分析和加工要求

圖1為葉輪零件圖。葉輪是典型的盤蓋類零件，材料為灰鑄鐵，該零件外形尺寸不大，年產(chǎn)量10 000件，屬大批量生產(chǎn)。零件加工要求如下：①兩個十字通槽相對Φ12H8孔軸線的對稱度公差為0.2mm；②兩個槽互成90°夾角。該零件形狀比較復雜，其他各表面已經(jīng)加工過或為不加工表面，本工序待加工表面為葉輪的十字通槽，經(jīng)過方案對比，決定以葉輪底平面、Φ12H8孔作為定位基準面。本工序的主要問題就是十字通槽在一個工序加工完成后進入下一工序時如何保證其位置精度的要求，特別是使加工快捷方便、分度基本準確，減少裝拆工件、對刀和找正等輔助時間。

2 夾具結構分析

2.1 定位方案

經(jīng)過零件分析，采用不完全定位方式，工件以底平面定位，選用圓盤作為定位元件，限制工件沿Z軸移動、沿X軸轉動、沿Y軸轉動3個自由度；工件以Φ12H8孔定位，用Φ12g6定位銷為定位元件，限制沿X軸移動、沿Y軸移動自由度。利用壓板缺口卡住葉片以控制工件在安裝中沿立軸（Z軸）旋轉帶來的誤差，基本達到對中，能保證十字槽加工時的正確位置。葉輪十字橫夾具如圖2所示。

圖1 葉輪零件圖

2.2 夾緊方案

為便于快速裝卸工件，采用螺母緊固通過鉸鏈杠桿聯(lián)動方式夾緊和放松工件。

2.3 對刀方案

安裝夾具時對刀裝置采用直角對刀塊，利用塞尺檢測刀具與對刀塊的間隙來調整對刀位置。

2.4 分度方案

由于葉輪上4個十字槽尺寸公差屬未注公差，只是加工槽與Φ12H8孔軸線有對稱度要求，即為0.2mm，因此所設計的分度裝置達到一般精度即可。如圖2所示，分度盤下端面做出4個圓周方向的斜槽。當一條槽加工完畢后扳手11順時針轉動，使分度盤3與夾具體10之間松開。然后逆時針轉動分度盤，在斜槽的推壓下，對定銷9下移，當分度盤轉至90°時，對定銷9在彈簧作用下彈出，落到第二條斜槽中，再反方向轉動分度盤使對定銷靠緊斜槽，完成分度對定。逆時針旋轉扳手11，通過螺母1和中心軸2將分度盤壓緊在夾具體上，即可加工第二條槽。這套分度裝置結構簡單、制造方便，能滿足加工要求。

2.5 夾具體

采用鑄造夾具體，材料為HT200灰鑄鐵，價格經(jīng)濟、減震和吸震性好。夾具體底部裝有兩個定位鍵，使整個夾具在工作臺面上正確定位，夾具體耳座開有U形槽以便與銑床工作臺的T形槽連接，以此固定夾具。

圖2 葉輪十字槽夾具圖

3 夾具可行性分析

該夾具快捷方便，能正確地發(fā)揮各部分功能，本文從定位、夾緊、導向3個方面對其可行性進行分析。

3.1 定位

定位準確與否直接影響到加工質量的優(yōu)劣，因此設計夾具的首要問題就是對定位誤差進行分析。一般來說定位誤差不超過零件制造公差的三分之一，夾具的定位精度可以滿足加工精度的要求。影響定位誤差的因素主要有兩個：①定位基準若與設計基準不重合，則存在基準不重合誤差ΔB；②來自于工件定位面相對定位基準面的位移誤差，基準位移誤差ΔY。則定位誤差為：

本工序的主要加工要求是：對稱度0.2mm（需計算定位誤差）；槽的尺寸11×11（未注公差按IT12級）由三面刃銑刀尺寸保證。

由于本夾具加工時，定位基準和設計基準都是中心軸線，因此基準不重合誤差為零。所以定位誤差來自于基準位移誤差，為使工件在加工完畢后能順利地從夾具中拆卸，夾具的定位元件——定位銷與工件孔之間配合Φ12H8/g6（為間隙配合）比較合理，其位移誤差就等于配合的最大間隙：

其中：ES為上偏差，為＋0.027；ei為下偏差，為－0.017；Xmax為最大間隙。

所以ΔD＝0.044mm，小于對稱度公差0.2mm的1/3。因此該夾具定位滿足加工要求。

3.2 夾緊

夾緊是首先保證定位準確，其次保證加工過程中零件穩(wěn)定不動，為此計算滿足切削條件要求的最小夾緊力。

本工件材料為HT200，抗拉強度為σb＝200MPa，硬度為210HBS，槽寬、槽深均為11mm，銑刀直徑d＝75mm，齒數(shù)z＝14，進給量af＝0.2mm/r，切削速度v＝20m/min，銑削寬度ae＝11mm，銑削深度ap＝2mm，則切削力為：

在計算切削力時應考慮安全系數(shù)，即：

其中：K0為基本安全系數(shù)，一般為1.2～1.5，本文取1.3；K1為加工性質系數(shù)，粗加工取1.2，精加工取1.0，本次計算取1.2；K2為刀具鈍化系數(shù)，一般為1.1～1.3，本計算取1.2；K3為切削特點系數(shù)，連續(xù)切削取1.0，斷續(xù)切削取1.2，本次計算取1.2。經(jīng)計算K＝2.25。則實際所需最小夾緊力F′＝KF＝1 402.8N。而單個M10螺旋夾緊的許用夾緊力為4 200N，考慮到壓板采用平壓板，其夾緊力是其作用力的一半，即等于2 100N，兩塊壓板還是4 200N，按其0.4的摩擦因數(shù)產(chǎn)生摩擦力1 680N，大于切削力，故此夾緊方案夾緊力足夠。因此，只要夾緊螺桿的公稱直徑≥10mm，其提供的夾緊力都可以滿足要求。

3.3 對刀

4 夾具總體方案設計

主要標注如下尺寸和技術要求：

（1）最大輪廓尺寸：總長340mm、總寬250mm、總高205mm。

（2）影響工件定位精度的尺寸和公差：定位銷與工件的配合尺寸Φ12H8/g6。

（3）分度盤與夾具體的配合尺寸Φ120H7/g6；安裝中保證Φ12g6定位銷軸線對夾具體止口軸線的同軸度公差Φ0.03mm；對定銷與夾具體襯套的配合Φ10H7/g6。

5 實用效果

利用這種方法進行試加工，加工中應注意選擇合適的切削用量，觀察加工情況。實踐證明，本夾具裝卸工件迅速可靠，大大提高了生產(chǎn)效率。該夾具操作簡單、方便，拆裝工件易于操作，能滿足相對精度要求不高的水泵葉輪十字槽的加工要求。

［1］李慶壽.機床夾具設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1983.

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［3］陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1999.

［4］艾興，肖詩剛.切削用量手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1985.