車床用端蓋偏心孔加工夾具的設計

孫金棟，王淑山，馮海偉

1.山東先河悅新機電股份有限公司 山東淄博 255100 2.山東勞動職業技術學院 山東濟南 250022

偏心零件在機械設備上應用較為廣泛[1]，工藝和加工方法的簡易程度將直接影響被加工工件的加工精度及生產效率。傳統的加工方法主要是利用立式銑床或臥式鏜床對偏心工件進行加工[2]，操作流程較為復雜、加工速度較慢、加工時間較長、生產效率較低，且對操作人員的技能要求較高，不適宜工件的大批量生產，難以滿足實際生產加工需求。因此，根據實際加工要求，設計了一種臥式車床用某外殼上端蓋偏心孔加工夾具，解決了采用傳統加工方法對某外殼上端蓋偏心孔加工存在的操作復雜、加工時間長、生產效率低及加工精度難以保證等諸多問題。該夾具定位簡單、準確、操作方便且生產效率較高，對操作人員的技術水平要求不高，并能夠保證零件的加工精度，可滿足工件的大批量生產需求。

2 待加工工件工藝分析

如圖1所示，待加工工件為某外殼上端蓋，該工件毛坯材料為QT450，待加工偏心孔尺寸為φ30+0.033+0mm，偏心距離為（8±0.1）mm，端面倒角為0.5mm×45°，表面粗糙度值Ra＝3.2μm，加工精度要求較高。

圖1 待加工工件

該偏心工件若采用傳統加工方法，利用鏜床對該工件的偏心孔進行加工，待偏心孔加工完畢后，需重新進行換刀、調刀及定位，再對偏心孔端面倒角進行加工，這樣不僅工件加工工藝較為繁瑣、時間較長，而且對操作人員的操作技能要求較高，生產效率較低，難以滿足該工件大批量生產的需求。因此，為改變傳統偏心孔加工方法，提高工件加工精度、生產效率，降低生產成本以及工人技能要求、簡化加工工藝以及操作過程等，通過設計一種臥式車床專用的某外殼上端蓋偏心孔加工夾具，保證工件待加工φ30+0.033+0mm偏心孔軸線與車床主軸軸線一致，利用車床主軸旋轉的主運動和車刀直線軸向進給運動來完成偏心孔表面的加工，并可在偏心孔車削完畢后換刀進行端面倒角，無需調刀及重新定位，減少了加工時間，保證了工件的加工精度要求，從而提高了生產效率。

3 待加工工件夾具設計要求

考慮到該工件偏心孔的加工精度以及偏心孔加工完畢后需進行端面倒角等問題，設計的臥式車床用某外殼上端蓋偏心孔加工夾具必須具有準確的定位功能，且需保證工件一次裝夾即可完成偏心孔車削以及端面倒角等工序，因此在該工件夾具設計的過程中應注意以下幾個問題。

（1）夾具的裝夾 為使待加工工件的偏心孔軸線與車床主軸軸線具有較高的同軸度，該外殼上端蓋偏心孔加工夾具在車床上裝夾時會造成重力分布不均，工件在旋轉加工過程中也會產生較大的離心力，影響工件加工精度與質量，并存在安全隱患，因此應在該夾具上增加配重塊。該配重塊的大小應由加工工件來確定，就該工件而言，其配重塊質量初步設定為3kg，加工時根據運行情況對配重質量進行調校。

（2）工件的定位與夾緊 工件在夾具上的定位精度的高低對工件加工成形的尺寸位置及加工精度影響較大[3，4]，因此，待加工工件所選定位面必須為已加工面且能保證偏心孔合理方便地加工，并能夠保證工件可在所在的旋轉平面內自由旋轉，不與機床各部位發生干涉。在裝夾工件時夾緊力的大小應適當，若夾緊力過大則極易造成工件表面損傷，影響產品質量[5，6]；夾緊力過小則造成工件松動，影響工件的加工精度及成品率，甚至產生安全事故，因此在裝夾工件時應采用較為合理的夾 緊力[7]。

（3）夾具的裝卸 夾具與主軸聯接的級數應取最小值，最好可直接安裝在主軸上，以保證良好的加工精度。此外，夾具與車床的聯接應方便、簡單、快捷，便于拆卸。

4 待加工工件夾具整體設計

車床用某外殼上端蓋偏心孔加工夾具整體設計裝配如圖2所示，其主要由定位軸、垂直底座、過渡盤以及配重塊等組成。

圖2 某外殼上端蓋偏心孔加工夾具整體設計裝配

該夾具利用過渡盤直接與車床主軸進行聯接，其定位軸與垂直底座進行焊接，并與待加工工件的定位基準相配合，確保工件的精確定位。為便于工件鎖緊以及工件裝拆方便，定位軸頂端帶有螺紋，并采用壓緊彈簧墊片以及螺母進行鎖緊。此外，垂直底座上裝有配重塊，用于消除工件在加工旋轉過程中產生的離心力，該部件利用螺栓與過渡盤進行聯接，以便于拆卸。值得注意的是，該夾具在使用過程中，應進行平衡調試[8]，對配重塊質量及位置進行調配，待工件平穩旋轉后進行切削加工，盡量減小離心力造成的加工精度問題，以保持夾具整體平衡[9，10]，保證產品加工質量。

5 待加工工件夾具關鍵零部件設計

5.1 定位軸的設計

在對該外殼上端蓋的偏心孔進行加工時，該工件上φ42mm、φ26mm的內孔及φ82mm的外圓柱表面均已加工完成。因此，根據加工要求和基準重合原則，選用以上3個尺寸為定位尺寸，并采用定位軸對工件進行定位，制作的定位軸如圖3所示。

圖3 定位軸

定位軸上端采用基孔制原則，軸端尺寸與工件各孔相配合，下端采用基軸制原則，底座內孔與工件外徑相配合，通過上下同時固定限制工件的自由度，以達到精確定位的目的。該定位軸與待加工工件定位基準的配合公差分別為軸端與孔φ42mm配合尺寸為φ42H7/h6，軸端與孔φ26mm配合尺寸為φ26H7/g6，底座內孔與工件外徑82mm配合尺寸為φ82F8/h7。該定位軸加工精度要求較高，同軸度為φ0.02mm，頂部帶有M20×35mm螺紋，以便鎖緊待加工工件。

5.2 垂直底座的設計

如圖4所示，夾具垂直底座是聯接定位裝置與機床主軸的關鍵部件，在該工件加工時應確保定位軸固定面與主軸旋轉面垂直精度較高，因此夾具垂直底座應選用整體材料一次加工成型。此外為方便裝卸夾具，垂直底座與過渡盤采用螺栓聯接，并在夾具垂直底座上端加工螺紋孔，可根據需要以便添加配重塊。

圖4 夾具垂直底座

5.3 過渡盤的設計

由于待加工工件采用CA6140車床進行加工，為便于過渡盤與主軸定位、固定鎖緊，采用短錐面和端面定位，并利用螺釘進行緊固。過渡盤與垂直底座止口的配合為φ210H7/h6，夾具找正基圓與回轉軸線的同軸度取φ0.01mm，過渡盤內錐與車床主軸配合尺寸為φ106.4mm以及7°7′30″，如圖5所示。

圖5 過渡盤

6 結束語

為便于某外殼上端蓋偏心孔的加工，設計了一種車床用端蓋偏心孔加工夾具，實際生產過程表明，使用該夾具在車床上加工的偏心孔各項尺寸均在要求的范圍內。不僅定位準確、產品質量穩定可靠、操作簡單、生產效率高，而且可滿足產品的大批量生產需求。此外，通過調整定位軸的高度即可用于其他外殼端蓋偏心孔的加工，通用性較強。