一種簡易快速裝夾軸類零件鉆削夾具設計

許連杰

（蘇州健雄職業技術學院，江蘇 太倉 215400）

在企業生產中，有些零件輪廓簡單，加工精度要求不高。但因輪廓特征的原因，需要使用數控機床加工。尤其是在小批量生產中，使用數控設備加工此類工藝簡單、精度不高、單個零件工時短的零件，無形中增加了生產成本。此時便需要設計一種專用夾具，使之可以在普通機床上完成加工。

1 零件工藝分析

如圖1 所示，這是一個液體分流閥零件，尺寸、精度、表面粗糙度要求見圖1，材質為PA66。零件主體結構較為簡單，尺寸精度要求較高，使用數控車床車削加工即可。在零件φ40 圓柱端面上，均勻分布3 個φ5 通孔，位置有一定的精度要求。若使用常規夾具，需使用加工中心加工。為減少生產成本，在設計專用鉆削夾具后，可實現使用普通鉆床加工。擬定工藝如下：準備毛坯；車外圓、端面至尺寸；車斷；調頭裝夾；車外圓、端面；鉆床鉆孔、鉸孔。詳細參數見表1。

圖1 分流閥零件簡圖

表1 零件加工工藝表

2 鉆削夾具設計

專用夾具是一種在固定的中大批量零件生產過程中使用的零件生產輔助工具，是依據加工工藝要求而設計的工藝設備，可提高零件的生產速度和生產質量[1]。為了能夠滿足多品種、中小批量產品的生產需求，夾具還要具備一定的柔性化。常見的柔性化夾具包含通用可調夾具、模塊化夾具等，帶有專業性特點的同時，能夠通過拆卸結構調整夾具[2]。綜合考慮，在鉆削夾具設計時，要求零件裝夾定位準確、可以快速裝夾、具有可調柔性化，見圖2。

圖2 鉆削夾具簡圖

2.1 定位方法及結構

根據零件輪廓特點，定位方法采用V 型面定位，見圖3，擋塊5 中V 型面作為零件的定位面。擋塊5與鉆模板6 之間通過定位銷過盈配合，將擋塊與鉆模板的位置關系固定，再通過內六角螺栓緊固。擋塊與鉆模板裝配后，保證鉆模板上鉆套中心與零件軸心同軸，再配合使用鉆套10，以滿足鉆孔位置要求；并且擋塊與鉆模板間定位銷是過盈配合，兩者將不再拆分。

圖3 定位結構簡圖

考慮夾具的柔性化，可以設計多套不同尺寸規格的擋塊與鉆模板結構，以適應不同直徑的圓柱面零件定位需要。最后，將擋塊與底板使用螺栓緊固，因為底板與擋塊間的位置關系并不影響零件的定位，為了方便后期裝夾不同尺寸的零件需要更換定位擋塊和鉆模板，所以擋塊與底板采用銷孔間隙配合。機構裝配方式見圖4。

圖4 定位結構爆炸圖

2.2 定位誤差分析

定位誤差產生的原因有兩個：

一是定位基準與限位基準不重合，產生的定位基準位移誤差ΔY。

二是定位基準與工序基準不重合，產生的基準不重合誤差ΔB，所以定位誤差△D=ΔY+ΔB[3]。本方案中鉆削加工的定位基準與工藝基準都是φ20 外圓的中心線，不存在基準不重合誤差，所以ΔB 為0。定位基準與限位基準不重合產生的誤差來源于以下4 處：擋塊上V 型面定點位置到基準面的距離誤差A；擋塊銷孔與基準面的位置誤差B；鉆模板銷孔與基準面的位置誤差C；鉆模板上鉆套孔的中心線與基準面的位置誤差D。在現有加工條件下，使用加工中心加工夾具零件，根據其加工工藝可以使擋塊中V 型面與基準面在一次裝夾中完成加工，鉆模板上鉆套孔與基準面一次裝夾中完成加工，保證誤差A 和誤差D 不超過±0.001 mm；誤差B 和誤差C 不超過±0.01 mm。綜合誤差為±0.022 mm，滿足零件鉆削誤差要求，見圖5。

圖5 定位誤差分析簡圖

2.3 快速夾緊裝置工作原理

見圖6，夾緊機構主要由夾緊桿2、凸輪手柄3、壓板4、夾緊力調節螺絲7 等構件組成。該夾緊機構主要實現兩項功能。

圖6 夾緊機構軸測圖

首先，為了實現快速裝夾功能，選用凸輪機構作為加緊方案。在常規的凸輪基礎上進行優化，融合了手柄，使用更加方便。

其次，要能夠實現裝夾過程簡便，零件取出和放入操作簡單方便。在增加鉆模板后，零件無法從夾具上方取出，只能選擇從側面取出和放入。為了實現這一功能，夾緊機構做了如下調整：

第一，在常規的凸輪機構中增加了一塊壓板4，同時減少壓板4 夾緊位置的厚度，進而增加了壓板與擋塊之間的張開范圍，為零件從側面裝卸留出空間[4-7]。

第二，在夾緊桿2 上增加夾緊力調整螺栓7，由凸輪帶動夾緊桿，再由夾緊桿上的螺栓將夾緊力傳遞到壓板上，進行零件加緊，進一步增大了壓板的活動范圍。同時，調節螺栓7 可以實現夾緊力大小的調整，適應不同場合的需要。

通過以上調整，大大的增加了壓板的轉動行程，實現零件由夾具側面裝卸的功能，見圖7。

圖7 夾緊機構俯視圖

3 夾具部件制造及使用說明

擋板和鉆模板組成了零件的定位裝置，兩個部件在設計時要參考所夾持的圓柱面的直徑，精確計算V型面開口尺寸及定位所涉及的各個尺寸的公差要求。以底板的上表面作為夾具體的基準面，要確保V 型面與底板上表面的垂直度。在制造鉆模板時，要注意與擋板接觸的側面和上表面的垂直度，確保安裝后鉆模板上的圓孔軸線垂直于底板上表面。

在裝配時，夾緊機構中的夾緊桿2 和壓板4 并不是使用六角螺釘與底板緊固。在夾緊桿的孔中有高度略高與夾緊桿的銅套，螺釘將銅套與底板固定，夾緊桿可繞銅套轉動。為了使拆卸產品時壓板與擋板的開口更大，在壓板處采用等高螺釘作為轉動軸，且壓板上的孔徑可以較大一些，以此獲得更多位移量。

4 結論

本套夾具經過實際使用，裝夾方便快捷，不僅能夠滿足零件加工質量，而且降低了加工成本，提高了企業的經濟效益。在柔性化改進方面，可以通過更換不同尺寸的擋板與鉆模板組合，適應在不同直徑的軸類零件斷面鉆，為類似零件提供了很好的借鑒思路。