偏心零件的加工工藝及夾具設計①

李國東 陳勝梁

摘 ? 要：偏心零件在數控加工中由于存在有加工工藝和定位裝夾兩大難點，所以在生產過程中運用數控機床來加工偏心零件需要有豐富的車削加工經驗和較高的夾具設計技術。為此，本文主要介紹了在數控車床帶液壓裝夾設備上用設計的組合專用夾具加工偏心零件的加工方法和其夾具設計方法。

關鍵詞：組合專用夾具 ?偏心零件 ?定位裝夾

中圖分類號：TH122 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0105-03

偏心零件在機械設備上應用非常廣泛，但是偏心零件的加工工藝是比較復雜的，主要問題是比較難把握好偏心距，難達到相應的公差要求。其中的關鍵是如何進行零件的裝夾，夾具設計的好壞將直接影響加工的方便性和加工的質量，本人在工作中承接企業加工需求，遇偏心零件加工難點。便研究設計組合專用夾具用于加工，本文就從偏心件加工的難度出發研究設計了一種有效的偏心零件的加工方法，有效的解決偏心定位及加工速度問題。

如圖1所示，材料為粉末冶金，使用CBN刀粒，大批量生產，由于其精度要求較高，裝夾比較麻煩，定位的難度高，為加工出符合圖紙要求的零件，需要采用組合專用夾具來進行裝夾定位。

1 ?偏心零件的主要技術要求

該零件材料為粉末冶金合模鑄造，硬度較高。需要使用立方氮化硼（CBN）刀粒進行加工。根據要求需要加工偏心孔φ10、、90°，及非偏心外圓尺寸，精度要求比較高。而且其中φ10和φ7是同心孔，同屬偏心，并且鑄模后形狀限制固定位置偏心。

2 ?偏心夾具的設計思路

偏心零件鑄模后形狀限制無法一次裝夾完成加工，故需要解決重復裝夾及快速定位精度，而且裝夾不能直接夾在零件上，所以需要設計一個夾具來裝夾該零件。考慮到該零件需要大批量生產，同時需要解決快速裝夾定位的情況，并且根據零件特效分三個工序進行加工。工序1加工偏心孔φ10、90°錐位尺寸;工序2加工偏心孔尺寸;工序3加工非偏心外圓尺寸。

2.1 組合夾具軸頭設計

該零件使用斜床身數控車床帶液壓卡盤機床上加工，我們就充分利用機床夾具來設計這種專用的偏心夾具，解決快速裝夾的問題。根據斜床身數控車床液壓卡盤裝置的尺寸，設計出組合專用夾具軸頭（如圖2所示），并保證相關孔位尺寸及攻絲，完成后的軸頭可直接安裝在數控車床上替代液壓卡盤使用。實現快速裝夾，提高加工效益。

2.2 組合夾具工序1定位端蓋設計

根據偏心零件設計組合夾具工序1定位端蓋（如圖3所示），配合軸頭安裝使用。工序1定位端蓋中心孔為φ4.5帶錐度通孔，圓柱外徑，并將內圓柱均勻切割成90°開槽，用于安裝定位。使用定位圓柱件，用于加工定位，解決快速裝夾的問題。利用拉桿穿過φ4.5帶錐度通孔配合圖4組合夾具工序1非偏心定位液壓拉桿套使用，使中心軸撐開從而達到撐緊偏心零件的工藝要求。

2.3 組合夾具工序2定位端蓋設計

根據偏心零件設計組合夾具工序2定位端蓋（如圖6所示），配合軸頭安裝使用。工序2定位端蓋臺階，用于精基準安裝定位。在端蓋上取一φ8通孔，用于M8螺桿通過與圖7組合夾具工序2壓板定位液壓拉桿套配合使用，解決快速裝夾的問題。利用壓板壓實現液壓裝夾壓緊偏心工件，并在壓板上安裝調節螺釘從而達到調整偏心工件裝夾夾緊力的工藝要求。

2.4 組合夾具工序3定位端蓋設計

根據偏心零件設計組合夾具工序3定位端蓋（如圖9所示），配合軸頭安裝使用。工序3定位端蓋偏心中心孔為φ4.5帶錐度通孔，圓柱外徑，并將內圓柱均勻切割成90°開槽，用于安裝定位。使用偏心調節件對偏心零件進行偏心調整，并用于加工定位，解決快速裝夾的問題。同時利用拉桿穿過φ4.5帶錐度通孔配合圖11組合夾具工序3偏心定位液壓拉桿套使用，使中心軸撐開從而達到撐緊偏心工件的工藝要求。

3 ?定位誤差分析

對于一批工件來說，由于每個工件彼此在尺寸、形狀和相互位置上均有差異，使得同一批工件在同一個夾具中進行定位時，工件的各個表面具有不同的位置精度。使用夾具裝夾工件按調整法進行加工時，即夾具（定位元件）相對于刀具的位置經調整后，加工一批工件時不再變動（對刀尺寸不變）。因此，對于這一批工件而言，如不計加工過程中的其他誤差，則刀具成形表面（工件的被加工表面）在機床上的位置是不變的。因此，產生工序尺寸誤差的原因，就在于由于定位造成的同一批工件的每個工件的工序基準位置不一致。所以，定位誤差是由于工件定位造成的被加工表面的工序基準在沿工序尺寸或位置要求方向上的最大可能變動范圍，用ΔD表示。計算定位誤差的目的就是判斷定位精度，看定位方案能否保證加工要求，是決定定位方案是否合理的重要依據。一般定位誤差與加工精度應滿足下列關系：

式中T—— 工件的工序尺寸公差或位置公差。

在定位誤差分析時一般考慮以下幾個方面，一是基準位移誤差，二是基準部重合誤差。

3.1 基準位移誤差

由于定位基面和定位元件本身的制造誤差會引起同一批工件的定位基準相對位置的變動，這一變動的最大范圍稱作基準位移誤差，用ΔW表示。基準位移誤差引起的定位誤差是將ΔW在加工要求（尺寸、位置要求）方向上投影，即：

式中：β 、——ΔW與工序尺寸（或位置要求）方向的夾角。

3.2 基準不重合誤差

當工件的工序基準與定位基準不重合時，則在工序基準與定位基準之間必然存在位置誤差，由此引起同一批工件的工序基準的最大變動范圍，稱為基準不重合誤差，用ΔB表示。工序基準與定位基準之間的聯系尺寸稱為基準尺寸。ΔB等于基準尺寸的公差。基準不重合誤差引起的定位誤差是將ΔB在加工要求（尺寸、位置要求）方向上投影。

如圖15所示，我們用φ110圓盤的兩個M6螺紋的銷軸來定位，銷軸必須經過精加工，保證尺寸為0.01，由于兩個M6螺紋的銷軸是已加工過的定位，基準位移誤差;高度定位基準是底面，依靠M6的螺帽來壓緊調節塊3mm的凸臺，工序基準是的圓孔中心線，二者不重合，因此產生基準不重合誤差。基準尺寸為，定位點與零件中心成23.340夾角，零件中心點在水平方向的定位誤差為：ΔL=0.02cos23.340=0.01836mm。所以基準不重合誤差為：ΔB=0.01836mm，由于偏心距4.75±0.03mm，公差為±0.03mm。故以上定位誤差在精度范圍之內，可以達到加工要求。

4 ?加工工藝分析

該零件加工工藝分析非常重要，工藝不同會導致加工的成本直線上升。根據加工的實際情況結合組合專用的偏心夾具，我們可以按照如下工藝來加工。

4.1 工序1

通過將圖12組合夾具工序1非偏心定位液壓拉桿套安裝到機床液壓拉桿上，并將圖2 組合夾具軸頭替換液壓卡盤安裝在斜床身數控車主軸上，非偏心定位液壓拉桿套與軸頭配合精度為0.03mm。接著把圖3工序1定位端蓋安裝到軸頭上，配合軸頭安裝使用，軸頭與端蓋的配合精度為0.01mm。偏心零件安裝到圓柱上，利用拉桿穿過φ4.5帶錐度通孔配合圖12組合夾具工序1非偏心定位液壓拉桿套使用，使中心軸撐開從而達到撐緊偏心零件。利用定位圓柱件，用于加工定位，解決快速裝夾的問題達到加工工藝要求。完成偏心零件加工孔和90°錐位尺寸要求。

4.2 工序2

通過將圖13組合夾具工序2壓板定位液壓拉桿套安裝到機床液壓拉桿上，并將圖2 組合夾具軸頭替換液壓卡盤安裝在斜床身數控車主軸上，壓板定位液壓拉桿套與軸頭配合精度為0.03mm。接著把圖5工序2定位端蓋安裝到軸頭上，配合軸頭安裝使用，軸頭與端蓋的配合精度為0.01mm。偏心零件安裝到工序2定位端蓋臺階，用于精基準安裝定位。利用M8螺桿配合定位套和壓板實現液壓裝夾壓緊偏心工件，并在壓板上安裝調節螺釘而達到調整偏心工件裝夾夾緊力，從而使偏心零件能夠牢固的在夾具上安裝并且正常加工。解決快速裝夾的問題達到加工工藝要求。完成偏心零件加工孔尺寸要求。

4.3 工序3

通過將圖14組合夾具工序3偏心定位液壓拉桿套安裝到機床液壓拉桿上，并將圖2 組合夾具軸頭替換液壓卡盤安裝在斜床身數控車主軸上，偏心定位液壓拉桿套與軸頭配合精度為0.03mm。接著把圖a工序3定位端蓋安裝到軸頭上，配合軸頭安裝使用，軸頭與端蓋的配合精度為0.01mm。偏心零件安裝到圓柱上，使用偏心調節件對偏心零件進行偏心調整，并用于加工定位，解決快速裝夾的問題。同時利用拉桿穿過φ4.5帶錐度通孔配合圖c組合夾具工序3偏心定位液壓拉桿套使用，使中心軸撐開從而達到撐緊偏心零件用于安裝定位。解決快速裝夾的問題達到加工工藝要求。完成偏心零件加工外圓尺寸要求。

5 ?結語

經了解廣州白云區有一家企業在加工，使用兩臺約200多萬的加工中心設備分兩個工序裝夾完成，成本高、產量低，加工一天約600個成品。我們公司使用三臺約10萬的斜床身數控車設備分3個工序裝夾完成，加工一天可達1000個成品。通過以上分析，采用組合專用夾具來加工該偏心零件是成功的。當加工孔徑不同的類似零件時，不需要重新制作整套夾具，只需要制作相關的工序端蓋即可使用，節省了制作夾具的材料費用和制作工時，又能節省工裝庫的儲存管理。符合低成本，高精度的設計原則。因此利用此套專門設計的組合專用偏心夾具加工不僅解決了快速裝夾，又能保證產品的合格率。此夾具的成功制作使用，不僅大大節約了加工輔助的時間，同時提高了加工速度，降低了工人的加工難度，而且加工的精度也容易保證，給公司創造了可觀的經濟。

參考文獻

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