數控車床主軸輔助定位夾具

黎泉+梁建峰+覃世昆+梁健偉

【摘 要】針對大批量加工長短不一工件時，每次裝夾工件都需要對其伸出的長度進行定長測量的問題，設計了一種能快速調節工件在加工時的伸出長度的數控車床主軸輔助定位夾具，包括調節夾具、安裝件和均為中空結構的定位軸及長圓筒等結構。經有限元分析驗證關鍵零部件及整體夾具安裝調試，所設計的夾具能有效、可靠使用，提高了勞動生產率。

【關鍵詞】數控車床；主軸輔助定位；夾具

數控車床是現代化機加工大型設備，一般分為切削機床和工裝機床。隨著科技的快速發展，數控機床不斷往智能化、高速化、精密化等趨勢發展。對工件進行加工時，將工件置于數控車床的主軸上，再通過與主軸配合的工件夾具進行定位后才能進行加工操作。現有技術中，在數控車床加工領域，用于對工件的定位夾緊工具已然很多、也較為成熟，但仍存在一些問題，普遍存在的問題就是不能快速調節工件在加工時的伸出長度，當大批量加工長短不一工件時，每次裝夾工件都需要對其伸出的長度進行定長測量。測量過程不僅會花費較長時間，降低了生產效率，而且工件的加工精度難以保證。

因此，設計一種結構簡單、可快速調節工件伸出長度的數控車床主軸輔助定位夾具，對提高加工生產率具有重要的實際意義。

1 零件分析

圖1為某農用機具上所用零件，中間為圓柱體，兩段為螺栓，需要在數控車床上加工，其毛坯件為一圓棒，長度誤差為±3mm，其要求為：加工后中間圓柱體的長度誤差為±0.1mm。其工藝分析為：1、車左端面；2、車左端直徑為Φ20直到所需尺寸，倒角；3、車左端4×15的退刀槽；4、車左端M20螺紋；5、車右端面；6、車直徑為Φ20直到所需尺寸；7、車M20螺紋；8、去毛刺，檢驗。

在工序5更換工件方向繼續加工時，需要以左端面基準A作為定位基準來確定中間圓柱的長度，為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計一款數控車床主軸輔助定位夾具。

2 夾具設計

如圖2所示，所設計的數控車床主軸輔助定位夾具，包括調節夾具、安裝件和均為中空結構的定位軸及長圓筒。定位軸同軸安裝于長圓筒內且定位軸的長度大于長圓筒的長度，長圓筒的一端設有用于同步固定長圓筒和定位軸的法蘭裝置，長圓筒的另一端的端部依次設置所述安裝件、調節夾具，調節夾具的一端夾緊于長圓筒上、其另一端夾緊于定位軸上。安裝件包括墊片和可自由旋擰于長圓筒上的鎖緊螺母，在長圓筒的外部壁體上設有與鎖緊螺母相配合使用的螺紋。

法蘭裝置包括法蘭盤、固定盤和用于將固定盤安裝在法蘭盤上的固定件。固定件具體可以為螺絲，法蘭盤的中心開設有用于安裝固定盤的圓形軸孔，固定盤包括圓筒凸接頭和供定位軸穿入的通孔，圓筒凸接頭與長圓筒軸接并與通孔同軸設置，即長圓筒與圓筒凸接頭軸接、而定位軸穿入固定盤上的通孔內，固定盤則通過固定件固定在法蘭盤上。

3 關鍵部件靜力學分析

在使用時，數控車床主軸輔助定位夾具中的圓筒為受力影響最大的零部件，為確保夾具的實用性與可靠性，有必要對其進行靜力學分析，以驗證設計的正確性。在UG 8.5有限元分析模塊中，對圓筒進行施加100N載荷，其受力云圖如圖3所示，結果顯示：圓筒最大變形處在節點139965，最大應力值為5.457E-004mm/Mpa，最小變形處在143983，最小應力值為0.0 mm/Mpa，符合靜力學要求及設計的要求。

4 夾具在車床上的安裝與運用

將長圓筒貫穿數控車床的主軸后，將主軸的一端與法蘭盤連接，然后通過安裝件（即墊片和鎖緊螺母）使長圓筒固定于主軸的尾部。然后將定位軸貫穿所述長圓筒內，根據不同長度的軸類工件，調整定位軸在法蘭盤這一端的伸出長度，將工件頂住定位軸，即可將工件定位。最后采用一對夾緊片同時夾緊長圓筒和定位軸，即夾緊片上的大鎖耳夾緊長圓筒、小鎖耳夾緊定位軸，使整個輔助裝置整體隨主軸轉動。當需要調整工件的伸出長度時，將小鎖耳上螺母擰松后，定位軸即可進行移動，將定位軸調整至合適的位置后再用螺栓和螺母進行固定即可，實現了對工件的快速定位。

5 結論

對數控車床主軸輔助定位夾具進行不斷調試和反復試驗，夾具能夠正常、穩定地工作，可以根據不同長度的工件進行快速調節，提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度。

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