軸類零件加工技術及夾具設計

黃巖松++魏書琦

摘 要：夾具是機械加工工藝系統中的重要組成部分。工件通過夾具在機床上得到了準確位置，并在加工過程中始終保持這一準確位置不變，所以夾具的可靠性的高低直接決定工件加工質量的好壞。

關鍵詞：軸類零件；夾具；技術

1.軸類零件的加工技術要求

1.1應明確軸類零件尺寸的精度

在軸類零件軸頸選擇過程中，為了確保其支撐作用，應選擇IT5-7精度較高的軸頸；如果主要是作為裝配傳動件，應選擇IT6-9精確度較低的軸頸。

1.2應注意幾何形狀精度

外錐面、軸頸等軸型的圓柱度以及圓度也即是軸類零件幾何形狀精度，一般的軸類零件正常的話會將軸類零件幾何形狀精度控制在允許的尺寸公差范圍內。如果是內外圓表面，對軸類零件的幾何形狀精度具有較高的要求，應在工藝圖紙中將有效的誤差范圍明確表示出來。

1.3應注意相互位置精度

軸類零件在整個機械運行系統中的位置及其功能主要決定了其的位置精度。軸類零件的精度通常情況下必須達到裝配傳動件軸頸對支撐軸頸的需要（要求同軸度），若未達到該項需要，會使傳動齒輪之間產生一定的磨合誤差，對機械的傳動效果產生較大影響。通常情況下，軸類零件的徑向跳動范圍最小為0.01mm，最大為0.03mm。若相互位置精度具有較高要求，則最小的徑向跳動范圍會縮小到0.001mm，最大為0.005mm。

1.4應注意表面粗糙程度

通常情況下，支撐軸頸（主要用于配合軸承）表面粗糙程度最小為Ra0.63μm，最大為Ra0.16μm。而傳動配件軸頸的表面粗糙度范圍則相對偏大，介于Ra2.5μm-Ra0.63μm左右。

2.軸類零件加工工藝

軸類零件工藝規程的合理制定非常重要，在機械加工工藝規程中應注意以下幾點：

（1）技術標準

熟練掌握關于該零件的相關技術標準（包括制作材質、精度要求、結構設置等），同時應仔細研究相關的驗收標準（包括零件、部件裝配圖紙以及產品等）。

（2）應選擇粗基準

如果是零件表面為非加工表面，則粗基準就應選擇非加工表面。若所有零件表面為鑄件軸，均需加工，則應進行找正處理，找正處理中應按照所加工的最小余量表面進行處理，并且加工零件應盡可能選擇表面比較平整的零件，應注意零件的澆口結合處。粗基準應盡量選擇表面穩定的，且只可一次性使用。

（3）選擇精基準

應根據基準重合原則選擇精基準，同時應選擇精度較高、安裝較穩定可靠的表面，其定位基準應該盡可能選擇裝配基準或者設計基準，并且使所有工序中使用的定位基準盡量保持一致，最大限度的確保該定位基準能夠重合測量基準。

3.夾具的分類

隨著機械制造業的不斷發展，機床夾具的種類日趨繁多，常可按照應用范圍、使用機床、夾具動力源來分類。

3.1按應用范圍分類

根據夾具在不同生產類型中的通用特性，機床夾具可分為通用夾具、專用夾具、可調整夾具和組合夾具等。

（1）通用夾具

通用夾具的結構、尺寸已經標準化，無需特殊調整就可用來加工一定范圍內的不同工件，具有一定的通用性。常用的通用夾具包括：萬能分度頭、機用虎鉗、三爪自定心卡盤、頂尖、中心架和磁力工作臺等。

在單件小批量生產時，可考慮采用此類夾具。該類夾具的精度較低，在裝夾、找正和夾緊過程中，要求工人的技術必須熟練，而且對于結構和工藝較復雜的工件較難裝夾。

（2）專用夾具

專用夾具是專為某一工件的某道工序設計制造的夾具。專用夾具只用于某種零件裝夾，因此無需考慮通用性，可做成整體結構以提高夾具精度。專用夾具的設計制造一般需要1～2個月，設計周期較長、投資較大，但生產率和加工精度較高，所以常用在產品相對穩定、批量較大的生產中。在單件小批量生產中，如果工件的結構與工藝特征比較復雜、加工精度要求較高時，也可考慮采用專用夾具。

（3）可調整夾具

通過調整或更換個別零部件，能適用多種工件加工的夾具，稱為可調整夾具。可調整夾具是針對通用夾具和專用夾具的不足而發展起來的一類新型夾具。它與專用夾具的根本區別在于，它適用于不同工件的安裝。可調整夾具分為兩部分：基本部分和可調整部分。基本部分是不變的，但可調整部分可根據加工對象的改變，作相應的調整或調換。因此對于不同類型和尺寸的工件，只需調整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用。

（4）組合夾具

組合夾具由一套預先制造好的的標準元件及部件組裝而成，一般是為某一工件的某一工序組裝的。夾具用完可拆卸，清洗后留待組裝新的夾具。因此，它把專用夾具的設計、制造、使用、報廢的過程變為組裝、拆散、清洗入庫、再組裝的循環利用過程。這樣可用幾個小時的組裝周期代替幾個月的設計制造周期，從而可縮短生產準備周期，并且元件能重復多次使用，節省了工時和材料，特別適用于新產品試制和多品種小批量生產。因此，近年來組合夾具發展迅速，應用較廣。組合夾具的主要缺點是體積較大，在結構上往往剛性不足，精度上很難達到IT7級以上，而且一次投資多，使得組合夾具的推廣應用受到一定的限制。

3.2按使用機床分類

夾具按使用機床不同，可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具、數控機床夾具以及其他機床夾具等。

3.3按夾具動力源分類

按夾具動力源分類，可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具以及真空夾具等。

4.定位原理及提高定位精度措施

4.1定位原理

在空間三個互相垂直的坐標系中，工件有六個自由度，要使其位置確定，必須設置六個僅且需要設置六個約束來限制自由度。要使工件在夾具上完全定位，必須在夾具上設置六個約束來限制工件自由度，這種方法稱為“六點定位”。

應用六點定位原理，工件在夾具上的定位方法有多種，典型的方法有：三平面定位、一面兩銷定位、內孔和端面組合定位、外圓柱面和端面組合定位等。

4.2提高定位面定位精度的措施

（1）輔助支撐機構

由于機體輪廓尺寸較大，三點平面極易產生剛性不足現象，在夾壓和切削過程中產生彎曲和震動，輕則影響工件加工質量，重則產生打刀現象破壞刀具。所以必須增加輔助支撐機構。

（2）定位面沖屑機構

在工程實際中環境因素影響定位精度。在輸送吊裝過程中工件底面可能粘有鐵屑等雜物，吊裝過程中夾具定位面可能落有鐵屑等雜物。這些雜物如得不到及時清理，可能影響甚至破壞定位。因此采用了沖洗定位面的方法。

其工作原理：工件下落過程中用0.3？0.5Mpa的水柱射向工件定位面，沖洗工件定位面，水柱折射返回后沖洗夾具定位面。水柱的發射點一般設在夾具定位塊的側面，射流方向與夾具定位面不垂直。

（3）定位面氣隙檢查機構

定位面經過沖洗后定位，需要在切削前進一步確定是否完全定位，此時僅憑人工觀察是無法確定，需要專門化的機構來檢測。這就是定位面氣隙檢查機構。

4.3提高定位銷定位精度的措施

定位后工件的轉角誤差變化范圍廣，而且隨機性比較大，誤差不宜控制。為保證工件加工合格需要減小轉角誤差。如果用提高定位零件的精度來達到減小轉角誤差的方法，其結果是設備成本急劇提高而收效甚微。所以采用推靠定位銷的方法，這種方法就是在工件定位后，給工件一個推力使工件側向移動，兩個工件定位銷孔的母線與定位銷的母線在同側相接觸，這樣就將原來隨機變化的轉角誤差轉化為一個位移誤差和一個轉角誤差。

5.夾緊機構

工件在夾具上完全定位后，并不是不能移動的。如在本夾具的一面兩銷定位機構中，雖然工件在主平面中定位，但施加外力可以使工件脫離主平面，破壞了原有的定位。為保證在加工過程中的切削力作用下，工件的位置始終不變和不發生振動，夾具需設夾緊機構。

5.1夾緊力遵循的原則

（1）夾緊力的大小

夾緊力的大小要足夠抵消切削過程中的外力總和，同時不能使工件自身發生壓變形、壓潰、壓裂等破壞。在切削力計算時，將工件及夾具看作是一個剛性系統，以加工過程中對夾緊最不利的狀態為對象，按靜力平衡條件進行分析計算。這種計算是一種估算，為使夾緊可靠。

（2）夾緊力的作用點

為了減小夾緊力引起的定位誤差和工件變形，夾緊力的作用點應選擇在工件剛性較好的部位；應盡量靠近加工部位；應盡量作用在支撐上或支撐所組成的面積范圍內。在工程實際中，當切削力比較小，工件剛性較好，可將夾緊力作用在支撐所組成的面積范圍外，并盡量靠近該區域。

5.2夾緊機構自鎖

為防止突然事故，夾具夾緊機構一般要求自鎖。對大切削量的粗加工自動夾緊機構必須采取機械自鎖，常見是用楔緊自鎖的方式。對切削力較小的切削加工自動夾緊機構可允許采用其他方式自鎖，常見液壓夾緊采用液壓自鎖。

結論

軸類零件加工是整個工件工藝的關鍵環節，應熟練掌握其相關的技術標準及要求，明確軸類零件加工工藝規程的特點以及夾具設計的特點，應根據實際加工要求以及需求進行合理設計，選擇合適的加工方法，從而提高加工質量，保證整個工件質量，提高工件生產效率。

參考文獻

[1]王建勛.機械零件加工中的機床夾具設計[J].機械工程師，2013（5）.