雙工位平衡式車夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

袁禮彬 蔣 濤

(常州南車鐵馬科技實(shí)業(yè)有限公司，江蘇常州 213015)

實(shí)踐生產(chǎn)中，回轉(zhuǎn)面的切削加工大多采用車、鏜加工，尤以車削加工要求效率高，裝夾方便被廣泛采用。由于被加工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呈非對(duì)稱的幾何形狀，使得夾具體在高旋轉(zhuǎn)加工時(shí)，產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，加速刀具磨損，縮短機(jī)床和夾具體的壽命，嚴(yán)重時(shí)可能造成破壞性事故。為此必須對(duì)其夾具體進(jìn)行平衡計(jì)算，使得機(jī)械振動(dòng)幅度減小到允許的范圍內(nèi)。本文以齒輪泵雙孔車加工為例，提供一種平衡式車夾具設(shè)計(jì)的獨(dú)特思路，并在實(shí)踐中得到了很好的驗(yàn)證。

1 工件分析和加工方法

如圖1，機(jī)油泵泵體的結(jié)構(gòu)簡圖中(圖中省略無關(guān)視圖)，兩孔2×Φ48 mm為7級(jí)精度，有垂直度、平行度和位置度公差要求，兩偏心孔中心距公差要求較小。該泵體機(jī)械加工工藝如下:

泵體毛坯為精鑄件，材料為TH200，非加工面表面較平整，外形較準(zhǔn)。工序(1):在立式銑床銑兩端面，留磨加工余量0.40 mm;工序(2):在平面磨上粗磨兩端面，留精磨余量0.15 mm;工序(3):鉆6×Φ9孔，鉆鉸2×Φ10H7定位孔;工序(4):精磨兩端面至圖樣尺寸;工序(5):工件上車夾具，以2×Φ10H7孔定位，粗精鏜兩偏心孔2×Φ48H7孔至尺寸。

2 夾具方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

兩偏心孔車加工為泵體加工的關(guān)鍵工序，本文只介紹工序(5)的車夾具設(shè)計(jì)。

該設(shè)計(jì)方案利用不在同一直線上的三點(diǎn)確定一個(gè)圓的數(shù)學(xué)原理，來設(shè)計(jì)360°兩工位回轉(zhuǎn)式車夾具加工兩偏心孔，夾具結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示(圖中只標(biāo)出主要零件序號(hào)和關(guān)鍵設(shè)計(jì)尺寸)。選擇泵體A面和2×Φ10H7孔為定位基準(zhǔn)，夾具上設(shè)一面兩銷定位，采用回轉(zhuǎn)分度。圖2中A、B兩點(diǎn)為工件偏心孔中心，工件在加工時(shí)這兩點(diǎn)與機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)中心重合，O點(diǎn)為車夾具旋轉(zhuǎn)體8(圖3)的中心，同時(shí)也為工件的中心，它與回轉(zhuǎn)軸6中心軸線重合，設(shè)計(jì)上保證OA=21±0.01 mm。旋轉(zhuǎn)體8上裝有圓柱銷3和菱形銷7，通過這兩個(gè)銷和支承塊11平面使工件精確定位，并用兩大壓板夾緊固定。旋轉(zhuǎn)體8可饒回轉(zhuǎn)軸6作自由旋轉(zhuǎn)，圓柱插銷9用于分度定位，將旋轉(zhuǎn)體8定位在預(yù)定的工件加工位置，再用小壓板12將旋轉(zhuǎn)體8壓緊固定。夾具體10(圖4)通過左端面Φ165H7止口與車床主軸端部連接，配重體1(圖5)通過螺釘與夾具體10連接成一體，用于消除車削時(shí)夾具中心(包括工件)與機(jī)床回轉(zhuǎn)中心不重合使產(chǎn)生的離心力。

3 夾具平衡

車夾具平衡計(jì)算傳統(tǒng)方法主要有兩種:第一種是重量轉(zhuǎn)移法，該方法用重量轉(zhuǎn)移的方法簡化了配重平衡的計(jì)算，從理論上解決了設(shè)計(jì)難點(diǎn)，其設(shè)計(jì)計(jì)算需要較高的技巧，不具有普遍性意義;第二種是矢量計(jì)算法，其基本原理是，在一個(gè)回轉(zhuǎn)面所有元件的質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力構(gòu)成一平面內(nèi)匯交于回轉(zhuǎn)中心的力系，如果該力系的向量和等于零，則該力系就成為一平衡力系。該方法需要對(duì)各質(zhì)量元件計(jì)算，并作向量圖，最終根據(jù)實(shí)際工況和夾具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定平衡塊的質(zhì)量。

本夾具設(shè)計(jì)方案提供了非常獨(dú)特的思路，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，改變了傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)方式來解決夾具平衡問題，提供一種解決雙工位車夾具平衡問題的設(shè)計(jì)方法，與傳統(tǒng)平衡設(shè)計(jì)相比較，其主要特點(diǎn)是:(1)旋轉(zhuǎn)體與配重體組合后，其質(zhì)量中心與夾具中心及機(jī)床旋轉(zhuǎn)中心重合;(2)可根據(jù)被加工工件雙孔中心距設(shè)計(jì)配重體二偏心孔;(3)省去傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的扇形配重塊，免去復(fù)雜平衡計(jì)算，而且簡化了夾具。

4 夾具制造及使用要點(diǎn)

夾具制造中要注意:(1)夾具體與機(jī)床主軸端用過渡法蘭盤連接，采用H7/g6或H7/h6配合;(2)旋轉(zhuǎn)體與配重體之間配合間隙不可過小，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，可控制在0.10～0.15 mm;(3)為減小旋轉(zhuǎn)體在分度旋轉(zhuǎn)時(shí)與夾具體間的摩擦力，設(shè)計(jì)上旋轉(zhuǎn)體中部可車去一部分;(4)菱形銷的橫截面長軸應(yīng)垂直于兩銷中心連線，否則起不到菱形銷的作用，且會(huì)增大轉(zhuǎn)角誤差。

使用要點(diǎn):工件以2×Φ10H7孔定位，用大壓板13將夾緊在支承塊上，圓柱插銷插入一分度襯套進(jìn)行分度定位。此時(shí)工件一偏心孔中心位于機(jī)床回轉(zhuǎn)中心，小壓板將旋轉(zhuǎn)體壓緊固定，按圖2中位置狀態(tài)先加工一偏心孔，保證OA=21±0.01 mm。加工完第一個(gè)偏心孔后，拔出插銷9松開小壓板12，撥動(dòng)旋轉(zhuǎn)體8繞回轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)180°，然后將插銷9插入另一分度襯套中，此時(shí)第二偏心孔與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)中心同軸，壓緊小壓板12，啟動(dòng)機(jī)床，車削該偏心孔，保證OB=21±0.01 mm。從而保證了兩偏心孔中心距AB=OB+OA=42±0.02 mm。

5 結(jié)語

本夾具設(shè)計(jì)構(gòu)思新穎，其突出的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡單，一次裝夾可完成雙孔加工，孔距精度高;尤其是配重裝置設(shè)置獨(dú)特，可消除高速切削時(shí)離心力。實(shí)踐證明:本車夾具不但能滿足生產(chǎn)要求，到達(dá)預(yù)期的精度，而且大大地提高了生產(chǎn)效率。

根據(jù)不在同一直線上的三點(diǎn)確定一個(gè)圓的數(shù)學(xué)原理，該設(shè)計(jì)方案不僅適用于雙孔結(jié)構(gòu)的加工，同樣適應(yīng)于不在同一直線上的三孔系加工，對(duì)結(jié)構(gòu)相似零件的加工具有很好的借鑒作用。