高效車削異形件圓弧面夾具設(shè)計(jì)

林桂榮 廣東省粵東高級技工學(xué)校，廣東 汕頭 515041

高效車削異形件圓弧面夾具設(shè)計(jì)

林桂榮 廣東省粵東高級技工學(xué)校，廣東 汕頭 515041

非回轉(zhuǎn)體零件的圓弧面加工，一般沒辦法直接在車床上裝夾加工，而必須使用花盤裝夾才能完成加工。但是在實(shí)際的生產(chǎn)中，使用花盤裝夾加工調(diào)整、輔助時(shí)間比較長。如果是單件或是數(shù)量不多生產(chǎn)時(shí)，問題不是很大；但如果是批量生產(chǎn)，那么生產(chǎn)工期將會(huì)比較長，有可能會(huì)延誤了生產(chǎn)工期，而給企業(yè)造成損失。為適應(yīng)生產(chǎn)要求，我們制作了夾具，它解決了非回轉(zhuǎn)體零件的低生產(chǎn)率問題，提高了生產(chǎn)效率、降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約加工成本。

非回轉(zhuǎn)體；夾具；定位；加工

引言

一般來說，非回轉(zhuǎn)體零件的圓弧面加工，沒辦法直接在車床上裝夾加工，而必須使用花盤裝夾才能完成加工。但是在實(shí)際的生產(chǎn)中，使用花盤裝夾加工調(diào)整、輔助時(shí)間比較長。為適應(yīng)生產(chǎn)要求，制作夾具幫助解決非回轉(zhuǎn)體零件的低生產(chǎn)率問題，降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約加工成本。

本文就是介紹一例利用夾具使非回轉(zhuǎn)體零件在普通車床，或者經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上能夠?qū)崿F(xiàn)加工，提高了生產(chǎn)效率。

1.零件分析及定位、裝夾分析

夾具主要加工如圖3所示工件的R26+0.050圓弧面。從零件的橫截面我們可以看出此件不是回轉(zhuǎn)體零件，如單獨(dú)放在車床上面使用普通自定心三爪卡盤并無法直接裝夾及加工。

1.1 零件分析

首先，零件的材料為鋁硅合金，代號為ZL102、硬度為HBS50。其主要用于制造形狀復(fù)雜、負(fù)荷不大而耐蝕的薄壁零件或用作壓鑄零件，加工性比較好。

其次，零件的外形角度90°±0.05°、40mm長度及兩端面、Ф6+0.0130已經(jīng)在其它工序中加工完成。此件需要大批量生產(chǎn)。

再者，觀察零件（圖3），可知此零件的外形是90°角鐵形狀的對稱件，并且工件的內(nèi)側(cè)面有一R26+0.050內(nèi)圓弧，此圓弧正是所要加工圓弧面。R26+0.050與Ф6+0.0130與中心距有一定的精度要求，公差為0.09mm。并且R26+0.050圓心點(diǎn)與Ф6+0.0130圓心點(diǎn)在同一直線上，而此直線恰好是90°外形的對稱線上。

1.2 定位分析

雖然此件單獨(dú)不是回轉(zhuǎn)體零件，但是通過裝夾定位，是能夠?qū)崿F(xiàn)R26+0.050內(nèi)圓弧面的回轉(zhuǎn)加工的，并且可以實(shí)現(xiàn)不止一種裝夾方式。

通過外形尺寸分析，比較了生產(chǎn)效率及生產(chǎn)中能否順利進(jìn)行尺寸測量。最后選擇一次性可以裝夾4個(gè)工件的圓周排列定位，比一次裝夾2個(gè)或3個(gè)工件更加合理、更有加工效率。

為了保證加工出來的R26+0.050圓弧面圓心點(diǎn)與Ф6+0.0130圓心點(diǎn)在同一直線上，并且正好是在90°外形的對稱線上。同時(shí)為保證加工出來的R26+0.050圓弧面垂直工件的兩橫截面，必須同時(shí)使用90°外形兩側(cè)面、工件的一端面做輔助定位面及Ф6+0.0130孔作為基準(zhǔn)的“一孔三面”定位，具體定位、裝夾的方法見定位裝夾示意簡圖（圖4）。

2.夾具設(shè)計(jì)

2.1 夾緊力方式選擇

通過對零件分析及定位、裝夾的分析，我們對夾具進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)。在定位分析中我們采用四件環(huán)形均布，并采用“一孔三面”的定位方式，使工件滿足加工要求。但是我們要使用什么夾緊方法比較好呢？

經(jīng)分析，采用以下方法：

工件主要以端面孔Ф6+0.0130及互成90°的兩側(cè)面為基準(zhǔn)，在夾具體（07）、定位銷（14）及活動(dòng)V型塊（03）定位，并由球頭鉤形螺釘（08）上的彎頭夾緊。

球頭鉤形螺釘（08）如果使用螺旋夾緊，那么每一個(gè)工件上的鉤形螺栓都必須有一個(gè)螺母副來拉緊。雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)工件的加工，但是在工件的拆裝上輔助時(shí)間會(huì)比較長，工件的加工效率不高。

在對比分析后，我們決定放棄使用四個(gè)螺母副的方法來進(jìn)行夾緊的方法。而是決定使用彈簧的彈力作為夾緊力，并且在夾具靠近主軸端面一端使用一個(gè)開有30°斜槽的圓盤。鉤形螺栓左端做成半球形式，當(dāng)鉤形螺栓頂在斜槽中的時(shí)候，受彈簧彈力的作用下，工件被夾緊。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)有斜槽的圓盤，鉤形螺栓左端（半球形式）在30°斜面的作用下被向右方向頂出。在頂出的鉤形螺栓的過程中螺栓會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。方便工件的拆裝。

夾具具體設(shè)計(jì)見（圖5、圖6、圖7、圖8）所示。

2.2 鉤形螺釘90°旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)

為了能使鉤形螺栓在被壓出的同時(shí)能夠順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，我們在鉤形螺栓外圓Ф14mm處加工出一道寬3mm不完全的螺旋槽。在螺旋槽與螺紋擋銷的作用下便能夠?qū)崿F(xiàn)此動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)了此動(dòng)作，工件不論是在安裝或是在拆除都順利很多。

但是怎么確定V槽圓盤V槽的深度呢？要決定V槽圓盤V槽的深度首先必須知道鉤形螺栓的運(yùn)動(dòng)距離。

見圖10所示。

鉤形螺栓的運(yùn)動(dòng)距離又該怎么確定呢？這跟螺旋槽所在位置外圓直徑Ф14m以及螺旋槽的螺旋升角∠P有關(guān)。

考慮到螺旋槽螺旋升角∠P在小于45°一般都具有自鎖性，所以螺旋槽的螺旋升角∠P要選取大于等于45°，才能夠保證在V槽圓盤在一定推力的作用下，鉤形螺栓的直線運(yùn)動(dòng)在螺旋槽的作用下能夠比較容易產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？紤]到旋升角∠P如果太大，鉤形螺栓的運(yùn)動(dòng)距離會(huì)比較長，對生產(chǎn)不利，所以螺旋升角∠P取45°。

螺旋槽所處的位置外圓直徑為14mm。那么當(dāng)鉤形螺栓旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，螺旋槽中心點(diǎn)在外圓表面的位移量L=1/4X3.14X14=10.99（mm）。如果要使螺旋槽的螺旋升角∠P大于45°，那么此螺旋槽外圓點(diǎn)軸向的移動(dòng)量必須大于10.99mm。再加上起始部分有一定的導(dǎo)向距離1mm，我們確定了螺旋槽的軸向長度H1=11+1=12（mm），具體見圖10。

那么我們可知，鉤形螺栓的運(yùn)動(dòng)距離為12mm。

知道了鉤形螺栓的運(yùn)動(dòng)距離為12mm，通過計(jì)算，我們可以知道30°V形槽圓盤V形槽的深度。如圖11所示，已知的條件都在圖中，求H2與H3。

具體計(jì)算如下

H2=4/cos（30°）－4+12=12.62(mm)

H3=2×(H2/tg（30°）)=43.72（mm）

從上面我們可知V形槽需要加工的深度為12.62（mm），V形槽寬度為43.72（mm），才能滿足鉤形螺栓的運(yùn)動(dòng)要求。

2.3 工件夾緊狀態(tài)圖

圖1 夾具夾緊狀態(tài)圖

圖2 夾具松開狀態(tài)圖

3.定位誤差

工件在夾具中是由定位元件支承，而夾具在制作過程中由于誤差的存在會(huì)影響工件定位的準(zhǔn)確。為此，工件在夾具中的實(shí)際位置將在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，即工件在夾具中加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生定位誤差。產(chǎn)生定位誤差△D的原因有兩方面：一是定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差△B；二是定位副制造不準(zhǔn)確產(chǎn)生的位移誤差△y。

△D根據(jù)夾具設(shè)計(jì)的要求應(yīng)≤1/3× (R26+0.05

0與Ф6+0.0130的中心距精度)

因?yàn)?，R26+0.050與Ф6+0.013

0的中心距精度＝0.09（mm）

所以，必須△D≤1/3×0.09＝0.03（mm）

3.1 基準(zhǔn)不重合誤差△B

由于心軸與夾具體圓盤之間的連接是軸孔配合，不論配合精度的大小，總會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)位移，此時(shí)產(chǎn)生的基準(zhǔn)位移誤差也就是基準(zhǔn)不重合誤差△B。

△B＝（孔上偏差+軸下偏差）/2,

此處△B的誤差量在夾具制造時(shí)盡量控制在比較小的范圍內(nèi)，根據(jù)工件R26+0.050與Ф6+0.0130與中心距的精度要求，應(yīng)控制在0.01（mm）內(nèi)。見圖8此處孔軸的配合精度為（H7/h6），查表可知孔Ф24+0.0120（H7），軸Ф240-0.004（h6）。

（孔上偏差+軸下偏差）=0.012+0.004=0.016（mm）

所以△B＝（孔上偏差+軸下偏差）/2=0.008（mm）

3.2 定位副位移誤差△y

此夾具工件的定位靠一雙頭銷釘定位（圖9），由于銷釘自身的精度與圓盤夾具體Ф6+0.0080孔的配合精度及與工件Ф6+0.0130孔的配合精度，工件與Ф6+0.0130配合定位時(shí)必定會(huì)產(chǎn)生位移誤差，此位移誤差為△y。

銷釘需準(zhǔn)確的固定在圓盤夾具體上，所以圓盤夾具體上Ф6+0.0080孔與銷釘左端的配合使用（H7/n6）過盈配合，消除了左端的孔軸配合誤差，只存在基準(zhǔn)孔的加工定位誤差△y（1）。

Ф6+0.013定位孔的上偏差已知是0.013（mm），根

0據(jù)Ф6+0.0130孔的尺寸精度，Ф6定位銷釘?shù)某叽缰荒苁秦?fù)公差，此處取Ф6-

△y（2）＝（孔上偏差+軸下偏差）/2

△y（2）＝（0.013+0.02）/2=0.017（mm）

所以△y=△y（1）+△y（2）＝0.005+0.017=0.022（mm）

3.3 結(jié)論

那么此夾具工件的定位誤差：

△D＝△B+△y＝0.0 0 8+0.0 2 2＝0.03≤0.03（mm）

所以此夾具剛好滿足工件的加工精度要求。

4 結(jié)語

通過在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：采用花盤裝夾工件，產(chǎn)品合格率只能達(dá)到80%；而采用該夾具生產(chǎn)，產(chǎn)品合格率可達(dá)到98%，生產(chǎn)效率可提高400%以上。用該夾具生產(chǎn)，操作簡便，加工精度高，有效地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，大大地提高了生產(chǎn)效率，為工廠創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]徐嘉元主編.機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)

[2]金屬切削原理與刀具.中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社

[3]吳拓主編.簡明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.087