短軸零件的銑床專用夾具設計

黃麗丹

在機加工批量生產中，為較難裝夾的零件設計與制作專用夾具，往往能保證生產質量和效率，起到事半功倍的效果。筆者針對生產中遇到的一個短軸零件設計了一套銑床專用夾具，解決了裝夾難題。

一、短軸零件專用夾具設計的必要性

如圖1所示為短軸的零件圖及立體圖，材料為鋁，小批量生產，本工序是繼外圓車削之后在普通銑床上加工工件右邊一個6mm的徑向孔和一個寬4mm深12mm的槽。在試加工時存在以下問題：

1.該工件材料為鋁，硬度較低，直接在平口鉗上裝夾容易損傷，需用墊片做保護，效率低；

2.該工序裝夾時可用于夾緊的部位只有左邊20mm的外圓柱面，長度只有5mm，且離加工位置較遠，夾緊欠穩固。

3.所加工的6mm孔的軸線應與槽的對稱中心平面互相垂直，用劃線再對刀加工的方法需進行兩次裝夾，較難保證垂直度與效率，對工人的技術要求也較高。

綜上所述，該工件本工序用活動平口鉗、三爪卡盤或一般的套筒夾具均難以實現裝夾，雖為小批量生產，為了保證生產質量與效率，應設計制作一套專用夾具用于生產。

二、短軸零件專用夾具的設計步驟

1.分析加工要求，探討定位方案

1）孔的軸線到工件大端面的距離為27mm，孔的軸線應與工件軸線相交以保證孔壁均勻，為未注公差。為了達到此要求，理論上應選取兩個V形塊分別定位工件兩端的外圓，但是工件非常小，特別是工件小端外圓12處又有鉆孔和銑槽的加工內容，為了不發生加工干涉，要求此V形塊的尺寸小于4mm，加工難度比較大，可考慮直接用劃線對刀的方法確定孔的軸線位置。

2）槽的對稱中心平面與孔的軸線互相垂直，為未注公差。可設計夾具為可移動式，且夾具的整體為六面體類型，在加工好工件的孔后，無需拆工件，直接把工件與夾具整體翻轉90度裝夾再加工槽，可以快速又準確地達到要求。

3）槽的對稱中心平面應與工件軸線重合以保證槽的兩邊厚度均勻，亦可用劃線對刀的方法確定槽的位置；槽的深度12mm可通過操作銑床達到，寬度4（+0.048/0）mm可由刀具保證。

綜上所述，本工序加工的孔和槽的位置均用劃線對刀的方法保證，而槽的對稱中心平面與孔的軸線互相垂直則比較難保證，為了提高加工效率和質量，降低操作難度，設計夾具時可重點考慮這方面。

2.確定定位基準與定位方案

由于工件的兩端外圓很短，則選用工件中部的外圓錐面作為定位基準。定位方案如圖2所示，設計思路為：

1）采用圓錐孔定位工件的外圓錐面，限制五個自由度，并把定位孔對半分開成固定塊與活動塊，移動活動塊可使其與固定塊合并實現定位，在這兩個定位塊上與工件加工位置對應之處需開槽以預留加工空間；

2）固定塊與活動塊用夾具底座聯接起來，夾具底座采用六面體結構且設計了臺階作為夾具在平口鉗上的裝夾位，加工好工件的孔后，可直接把工件與夾具整體翻轉90度再次利用臺階部位作為裝夾位進行裝夾再加工工件的槽，解決了兩次裝夾工件較難保證孔與槽的垂直精度問題和效率問題。

3.確定夾緊方案

如上述定位方案中，利用圓錐孔與圓錐之間的自定心夾緊作用，定位的同時也夾緊，夾緊方案如圖3所示。

1）固定塊用螺釘固定聯接在夾具底座左邊的槽里，活動塊則與夾具底座下方的導向板用螺釘固定聯接，但活動塊與導向板兩者與夾具底座之間為滑動聯接，在夾具底座中間的槽里可左右滑移而又不會脫離。為了實現活動塊的滑移，需借助與之用緊定螺釘聯接的螺桿的轉動來帶動，固定在夾具底座右邊的螺孔板則對螺桿起到導向作用。螺桿與螺孔板之間的傳動螺紋采用雙線螺紋可提高裝卸速度。

2）為防止工件在加工過程中由于受力而從大端處松脫，采用擋板上的鎖緊螺釘對工件進行軸向鎖緊，且鎖緊螺釘應與工件在大端面圓心處接觸。

4.其他元件

a.考慮到工件的定位精度要求為未注公差，精度不算高，且工件生產批量較小，為了降低夾具的加工難度及減少夾具的加工工時，因此把夾具底座與定位板做成分體式；

b.為便于操作者轉動螺桿，可在螺桿頭開兩個互相垂直的孔便于穿入加力桿進行旋轉；

c.為減少操作者與螺釘頭的磕碰，所有的裝配螺釘均采用內六角螺釘，且螺孔的沉孔均比螺釘頭長度更深0.5～1mm；

d.擋板與固定塊之間的裝配螺釘應設置定位銷，有利于在加工工件時出現螺釘稍微松動情況下仍能正常工作，甚至在夾具維修需拆裝時，重新裝配后的夾具仍能保證裝配精度，這是螺釘聯接中裝配精度要求較高時常用的方法。

三、短軸零件專用夾具的總設計方案

1.裝配圖

1）裝配圖：夾具的爆炸圖如圖3所示，裝配圖如圖4所示，其中圖4的零件編號與圖3的零件編號表示的零件是一致的，且均為非標準件。

2）裝配過程：先分別把固定塊、活動塊與導向板、夾具螺孔板用螺釘聯接在夾具底座上，再把擋板聯接在固定塊上，稍微擰入鎖緊螺釘，然后把螺桿擰入夾具螺孔板再插入活動塊右側面對應的沉孔里，最后把緊定螺釘擰入活動塊上方的螺孔以鎖緊螺桿與活動塊，使螺桿轉動時帶動活動塊左右移動。

3）操作說明：先旋開螺桿帶動活動塊與固定塊分開，把工件放入夾具定位孔中且緊靠檔板，然后旋緊螺桿帶動活動塊與固定塊合并實現定位與徑向夾緊，再擰入鎖緊螺釘實現軸向夾緊，再把夾具與工件整體搬至劃線臺進行劃線，后在銑床平口鉗上裝夾夾具底座的臺階部分，用鉆頭加工孔；把夾具翻轉90度裝夾底座的臺階部分，換銑刀加工槽。

2.關鍵零件的零件圖

1）活動塊零件圖

如圖5所示為活動塊零件圖，其底部與夾具底座的槽的配合采用間隙配合H7/g6，定位錐孔軸線及11孔軸線到底部臺階部位的距離均要求精度IT7，定位錐孔的表面粗糙度值為1.6μm；所有棱邊倒鈍。

2）夾具底座零件圖

如圖6所示為夾具底座零件圖，為保證活動塊在其中間槽移動到左極限位置時能順利地夾緊工件，中間槽的左部應比活動塊的左極限位置還要左移3mm；為保證底座的底部臺階裝夾位的兩次裝夾精度，應提高四個裝夾面的表面粗糙度要求和相應的垂直及平行度要求至IT7。

3.其余零件加工要求

擋板上的銷孔應按鉆擴鉸順序使其精度達到IT6；固定塊、活動塊這兩個零件硬度要求較高，用T8或T12鋼，且需在粗加工后進行淬火+低溫回火再進行精加工，其余零件均可用45號鋼；鎖緊螺釘的螺紋端部應磨平且淬硬；所有棱邊倒鈍。

4.配作說明

為保證夾具的裝配精度，以下幾個加工內容需進行配作：

1）固定塊與活動塊的其余內容加工好后，需配合夾緊再加工工件的定位孔和開槽；

2）檔板與固定塊這兩個零件的連接螺孔和銷孔的加工需待這兩個零件其余內容加工好后，與夾具底座配合夾緊后再加工螺孔，然后利用螺釘聯接固定后再加工銷孔及擋板上與鎖緊螺釘的配合孔。

四、結語

本夾具有以下優點：（1）結構小巧簡單，制造和安裝方便，從設計、制造、裝配校驗完成以及對工件試加工成功，整個過程只用了一周。（2）工人使用時操作方便，效率較高，一般的工人平均三分鐘能加工出兩件，每天一臺機床出品400件左右。（3）能保證整批零件的質量穩定，每天300件的全檢結果中平均有389件合格，合格率為97%。

責任編輯 朱守鋰