淺析殼體零件的夾具設(shè)計特點及粗精基準選擇

王文秀 譚喜春

（1.哈爾濱哈影電影機械有限公司 黑龍江 哈爾濱 150001；2.哈爾濱鑫中鼎金屬制造有限公司 黑龍江 哈爾濱 150001）

殼體零件是機器的基礎(chǔ)件之一,主要功用是保持各軸.套及齒輪等零件在空間的位置關(guān)系,使其能夠協(xié)調(diào)地運動,并起到支承各零件的作用。它將機器或部件中的軸、套、齒輪等有關(guān)零件組裝成一個整體，使它們之間保持正確的相互位置，并按照一定的傳動關(guān)系協(xié)調(diào)地傳遞運動或動力。因此，箱體的加工質(zhì)量將直接影響機器或部件的精度、性能和壽命。

殼體的結(jié)構(gòu)形式雖然多種多樣，但仍有共同的主要特點：形狀復雜、壁薄且不均勻，內(nèi)部呈腔形，加工部位多，加工難度大，既有精度要求較高的孔系和平面，也有許多精度要求較低的緊固孔。因此，一般中型機床制造廠用于殼體類零件的機械加工勞動量約占整個產(chǎn)品加工量的15%～20%。本文就殼體零件的夾具設(shè)計特點及粗精基準選擇作用做以介紹。

1 殼體零件的夾具設(shè)計特點

夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。

1.1 高精度

隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm，夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。TIPTOP公司制造的4m長.2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內(nèi)；夾具重復安裝的定位精度高達±5μm；機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。

1.2 高效率

為了提高機床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用1～2秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。由于縮短了夾具在機床上安裝與調(diào)整的時間，瑞典3R夾具僅用1分鐘就能在線切割機床上，完成零件的安裝及找正。

1.3 模塊化、組合化

夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計為夾具的計算機輔助設(shè)計與組裝打下基礎(chǔ)，應用CAD技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設(shè)計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設(shè)計與服務(wù)的通用化、遠程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。

1.4 通用性、經(jīng)濟性

夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好。TIPTOP三維柔性焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低，經(jīng)濟實用才有推廣應用的價值。

殼體零件的夾具主要應用銑床夾具和鉆床夾具。

銑床夾具主要用于加工零件上的平面、凹槽、花鍵及各種成型面，是最常用的夾具之一。主要由定位裝置、夾緊裝置、夾具體、連接元件、對刀元件組成。銑削加工時，切削力較大，又是斷續(xù)切削，振動較大，因此銑床夾具的夾緊力要求較大，夾具剛度、強度要求都比較高。

按銑削時的進給方式，可將銑床夾具分為直線進給式、圓周進給式和靠模進給式三種。

（1）直線進給式：這類夾具安裝在銑床工作臺上，加工中隨工作臺按直線進給方式運動。

（2）圓周進給式：多用在有回轉(zhuǎn)工作臺或回轉(zhuǎn)鼓輪的銑床上依靠回轉(zhuǎn)臺或鼓輪的旋轉(zhuǎn)將工件順序送入銑床的加工區(qū)域。

（3）靠模進給式：用于專用或通用銑床上加工各種非圓曲面?？磕５淖饔檬鞘构ぜ@得輔助運動。

在一般鉆床上對工件進行孔加工，多具有下述特點：

（1）刀具本身的剛性較差，鉆床上所加工的孔多為中小尺寸的孔，其工序內(nèi)容不外乎鉆、擴、鉸、锪或攻螺紋等加工，所以，刀具直徑往往較小，而軸向尺寸較大，刀具的剛性均較差。

（2）多刀刃的不對稱，易造成孔的形位誤差，鉆、擴、鉸等孔加工刀具，多為多刃刀具，當?shù)度蟹植疾粚ΨQ，或刀刃長度不相等，會造成被加工孔的制造誤差，尤其是采用普通麻花鉆鉆孔，手工刃磨鉆頭所造成的兩側(cè)刀刃的不對稱，極易造成被加工孔的孔位偏移、孔徑增大及孔軸線的彎曲和歪斜，嚴重影響孔的形狀、位置精度。

（3）普通麻花鉆頭起鉆時，孔位精度極差，普通麻花鉆軸向尺寸大，結(jié)構(gòu)剛性差，加上鉆芯結(jié)構(gòu)所形成的橫刃，破壞定心，使鉆尖運動不穩(wěn)，往往在起鈷過程中造成較大的孔位誤差。

所以鉆床夾具必須有以下特點：單件、小批量生產(chǎn)中單件、小批量生產(chǎn)中，確保定心能降低操作者人工校正勞動強度；在大批量高效生產(chǎn)中，確保夾具對刀具的嚴格引導。

2 殼體零件的粗精基準選擇

殼體零件多屬于大批量生產(chǎn)，對于毛坯制造宜采用金屬模機器造型。模鍛、壓力鑄造等。由于金屬模機器造型的特點是鑄件內(nèi)部組織致密，機械性能較高，單位面積的產(chǎn)量高，所以比較適用于泵體、泵蓋、殼體、減速箱體、汽缸頭等中、小型鑄件。

殼體零件常選用鑄鋁材料，因為鋁的密度小，塑形高，具有優(yōu)良的電性能和熱性能，表面有致密的氧化膜保護，抗腐蝕性能好。鑄鋁是在純鋁的基礎(chǔ)上加入其它金屬或非金屬元素，不僅能保持純鋁的基本性能，而且由于和進化及熱處理的作用，是鋁合金具有良好的綜合性能。鋁合金在工業(yè)上占有重要的地位，大量用于軍事，工業(yè)，農(nóng)業(yè)和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域，也廣泛用作建筑結(jié)構(gòu)材料，家庭生活用具和體育用品等。

選擇粗基準主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準，以便為后續(xù)工序提供精基準。粗基準的選擇對保證加工余量的均勻分配和加工面與非加工面（作為粗基準的非加工面）的位置關(guān)系具有重要影響。

粗基準的選擇原則是：（1）非加工表面原則；（2）加工余量最小原則；（3）重要表面原則；（4）不重復使用原則；（5）便于裝夾原則。

根據(jù)殼體零件的毛坯特點，多選擇零件左端面作為粗基準。這樣便于加工左右兩端面，便于保證其尺寸。

選擇精基準時應重點考慮如何減少工件的定位誤差，保證加工精度，并使夾具結(jié)構(gòu)簡單，工件裝夾方便。

精基準的選擇原則是：（1）基準重合原則；（2）基準統(tǒng)一原則；（3）自為基準原則；（4）互為基準原則；（5）便于裝夾原則。

根據(jù)以上選擇的原則，殼體零件多以底面定位，選擇待加工孔的軸心線為精基準，完成零件的加工。