曲柄板回轉(zhuǎn)式分度鉆床夾具設(shè)計研究

高益峰　賈育紅

摘 要：主要介紹了在立式鉆床上加工曲柄板均勻分布圓柱形沉孔的鉆床夾具。在這一過程中著重介紹了夾具的工作原理、零件的制作工藝以及夾具的工作過程。夾具重點解決了零件加工時快速、準(zhǔn)確的分度定位，有效的提高了零件的加工精度和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：曲柄板回轉(zhuǎn)式分度鉆床；夾具設(shè)計；分度盤

前言

在具體的鉆床加工活動中，往往會遇到再另加上加工均勻分布沉孔的情形，在這種情況下為了保證零件的加工精度，一般會采用鉆床夾具來完成加工任務(wù)。

1.零件結(jié)構(gòu)分析

通過分析可知零件曲柄盤為典型的盤類零件，是一種導(dǎo)偏傳動機構(gòu)，主要材料是45鋼，其自身的結(jié)構(gòu)比較簡單加工面較為平整，對加工活動的干擾不大。本次設(shè)計的任務(wù)是：加工曲柄板上加工出均勻分布的5-Φ5.2mm和同軸線上的5-Φ11mm深3.5mm的沉孔。夾具應(yīng)有分度盤裝置，同時為了提高加工的效率還應(yīng)該具備快速更換鉆套功能，同時這一工件的中心有較大的通孔可以將分布盤做成軸形狀，并用鎖緊螺母夾緊，因此設(shè)計為專用夾具。

2.曲柄板回轉(zhuǎn)式分度鉆床結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1確定定位方案和定位裝置的設(shè)計

在加工過程中最重要的就是對工件及工件上沉孔位置的定位，本次加工活動堅持“基準(zhǔn)重合”和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則，選定其中已經(jīng)加工完成的工件下端面為主要的定位基準(zhǔn)，在具體的定位實踐中使用3個支撐釘形成定位，限制Z、X、Y三個自由度，Φ30H8mm內(nèi)孔表面作為次要定位基準(zhǔn)。用分度盤限制X、Y兩個自由度、活動V型塊限制Z，通過對夾具的多重定位能夠保證工件的相對位置正確，進(jìn)而保證工件的加工精度。

2.2導(dǎo)向方案

因為加工工件中有5-Φ5.2mm和5-Φ11mm兩個直徑不同的孔徑，所以為了保證加工的效率，應(yīng)該為加工系統(tǒng)設(shè)置不同孔徑的鉆套，這些鉆套都應(yīng)該選用快速鉆套，同時在加工系統(tǒng)中設(shè)置快速更換機制，在更換鉆套的時候，將鉆套的缺口轉(zhuǎn)至螺釘處，就可以取出鉆套。這一設(shè)置可以實現(xiàn)在對一個工件的加工過程中，系統(tǒng)能夠快速的更換鉆套，保證對Φ5.2mm和5-Φ11mm兩個不同直徑沉孔的連續(xù)、快速鉆孔作業(yè)，極大的提升了加工的效率[1]。

2.3確定夾緊方式

由于工件加工的沉孔是Φ5.2mm和5-Φ11mm的小孔徑沉孔，所以在鉆削的過程中，工件與鉆頭的接觸面積較小，與鉆頭之間形成的切削扭矩較小，工件本身受到的軸向力較小，而工件自身的質(zhì)量較大。所以對夾緊體的夾緊力需求并不強烈，因此對夾緊方式的限制較小。考慮到操作的方便和加工效率的提升。利用工件上已經(jīng)加工好的上端面作為夾緊面，用夾緊螺母2和開口墊圈3將工件緊緊的加固在分度套1上[2]。

2.4分度方案

由于工件上5個加工沉孔的分布較為均勻，在180o的半圓上均勻分布，所以在加工過程中沉孔位置定位較為容易，相應(yīng)的對稱點也較為易找。所以分度裝置的設(shè)定并沒有太多的特殊要求，基本上設(shè)置為一般精度的分度裝置就可以達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。具體而言如圖1所示將分度盤與通過工件中心的定位心軸連為一體。這樣工件就可以在分度套上來回旋轉(zhuǎn)，相應(yīng)的對工件上對稱分布的五個沉孔的加工就變得極為便捷，工件的固定回轉(zhuǎn)機制由系對定銷對定，鎖緊螺母鎖緊，鎖緊的結(jié)構(gòu)較為簡單，既保證了工件夾緊的穩(wěn)定性同時也簡化了操作人員操作過程中的動作，實現(xiàn)質(zhì)量和效率的完美統(tǒng)一

2.5夾具體

夾具體是工件固定和整個加工系統(tǒng)相對精度的保證，所以一定要高度重視夾具體的設(shè)置，在這一工件的加工活動中，因為加工的工件較為規(guī)整，相應(yīng)的上端面和下端面都較為平整，所以夾具體能夠選擇較為規(guī)整的形狀，夾具體的材料要求也較低，本次加工活動中采用鑄造夾具體，夾具體的上端面應(yīng)該保證水平。下端面的加工應(yīng)該根據(jù)分度盤的模型設(shè)置凹槽，因為在加工系統(tǒng)內(nèi)部分度盤的鎖緊裝置是設(shè)置在夾具體的下方的，所以夾具體的下方一定要預(yù)留出供分度盤鎖緊的空間，至于具體的大小和形狀應(yīng)該根據(jù)夾具體的鎖緊裝置大小和形狀而定[3]。

3.定位誤差和夾緊力分析

3.1定位誤差分析

在加工系統(tǒng)運行過程中系統(tǒng)的定位誤差是影響加工精度的主要因素，在這一系統(tǒng)中定位誤差=基準(zhǔn)不重合誤差+基準(zhǔn)位移誤差。

在這一系統(tǒng)中由于軸套孔的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)均是螺桿的軸線，所以系統(tǒng)中的基準(zhǔn)線是重合的，不存在基準(zhǔn)不重合誤差。夾具中定位基準(zhǔn)面是Φ30f7mm外圓柱面，并定位的是曲柄板Φ30H8mm內(nèi)孔面，這種定位方式屬于間隙配合，所以其中存在基準(zhǔn)位移誤差，基準(zhǔn)位移誤差的數(shù)值為[0.033-（-0.041）]-[0-（-0.02）]=0.027mm

所以系統(tǒng)的整體誤差為0+0.027=0.027mm

本次加工的工件尺寸為80mm公差按照自由公差計算，取IT12級，查表可得IT=0.25mm，系統(tǒng)的誤差明顯小于IT值，可以斷定此方案是可行的。

3.2夾緊力分析

夾具夾緊力是保證加工過程中工件定位穩(wěn)定、夾具可行的關(guān)鍵因素。在加工系統(tǒng)運行過程中夾緊力不能設(shè)置的過小，因為工件在加工過程中會受到來自鉆頭的切削力影響，如果夾緊力過小工件就會發(fā)生位移，從而導(dǎo)致工件定位的破壞和加工活動的失敗。同時夾緊力也不能過大，因為過大的夾緊力會導(dǎo)致工件本身發(fā)生輕微形變，增大結(jié)構(gòu)尺寸。本次加工活動是鉆孔加工，因為沉孔的直徑較小，所以需要的夾緊力也較小，綜合考慮了加工系統(tǒng)和工件的實際情況，決定選擇M10型夾緊螺母，經(jīng)過實踐檢驗這一夾緊方式是行之有效的[4]。

4.結(jié)論

因為本次夾具使用了彈簧銷分度裝置，所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，分度較為精確、使用較為方便，在系統(tǒng)裝配時要注意導(dǎo)向元件和定心夾緊機構(gòu)的調(diào)試。本文從零件結(jié)構(gòu)分析、曲柄板回轉(zhuǎn)式分度鉆床結(jié)構(gòu)設(shè)計、定位誤差和夾緊力分析三個方面對這一設(shè)計問題進(jìn)行了簡要的分析，以期為曲柄板回轉(zhuǎn)式分度鉆床夾具設(shè)計水平的提升提供支持和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]于寧.盤蓋類回轉(zhuǎn)式鉆床夾具虛擬裝配的研究與開發(fā)[D].華北電力大學(xué)，2012.

[2]梁宇紅.基于Virtools的鉆夾具虛擬裝配的研究與開發(fā)[D].華北電力大學(xué)，2011.

[3]方坤禮.基于Pro/e的機床夾具虛擬設(shè)計技術(shù)研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2007.

[4]郜勇.面向CAPP/CAFD集成的智能化夾具設(shè)計方法研究[D].山東大學(xué)，2005.