回轉(zhuǎn)類零件夾具的設(shè)計與制造

毛洪輝

（九州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

0 引言

機床夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，在生產(chǎn)中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工精度、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品的制造成本及勞動者的勞動強度。在企業(yè)生產(chǎn)中，專用夾具都是由本企業(yè)自行設(shè)計制造的，由于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸數(shù)控機床多數(shù)企業(yè)還未達到普及應(yīng)用狀態(tài)，數(shù)控車床加工出來的特性回轉(zhuǎn)體面越來越復(fù)雜，零件都要經(jīng)過二次裝夾定位制造，要求企業(yè)高技能型人才不斷設(shè)計制造出構(gòu)思合理、結(jié)構(gòu)正確、工藝良好的各種新型夾具。本論文以回轉(zhuǎn)類零件的異性面特性展開設(shè)計與制造過程為實例，實現(xiàn)工件定位和夾緊，以保證加工精度來探討一下。

1 異型面回轉(zhuǎn)體夾具設(shè)計基準(zhǔn)與方法

數(shù)控車床加工出來的零件一般有餅類、軸類、盤套類3大類型零件，我們要根據(jù)零件加工要來選對定位基準(zhǔn)，這點非常重要。對單個工件來說就是使工件準(zhǔn)確占據(jù)定位元件所規(guī)定的位置；而對一批逐次放入夾具的工件來說，則是使它們都占有一致的位置。一批工件在夾具中位置的一致性，也是由工件上的定位基準(zhǔn)表面與夾具中的定位元件相接觸或相配合得到的。工件的定位基準(zhǔn)一旦被確定，則其定位方案也基本上被確定。異型面回轉(zhuǎn)體作為基準(zhǔn)面的特點是定位基準(zhǔn)高，夾緊面積大。

例如數(shù)控車床加工出來的一些餅類非圓柱回轉(zhuǎn)表面體，如：圓弧回轉(zhuǎn)面體、橢圓回轉(zhuǎn)面體、拋物線回轉(zhuǎn)面體、漸開線回轉(zhuǎn)面體以及復(fù)雜的多線回轉(zhuǎn)面體異型面。如圖1所示。

圖1 圓弧回轉(zhuǎn)面體

此類工件在數(shù)控車床加工后，我們只能把圓弧面作為定位基準(zhǔn)面及夾緊面，二次裝夾在數(shù)控銑床銑削時，傳統(tǒng)夾具如平口鉗滿足不了切削要求；我們要設(shè)計一個專用夾具?？梢栽O(shè)計一個軟爪與圓弧面R值相同這樣就能保證重復(fù)定位基準(zhǔn)和較大的夾緊力，抓住這一異型面回轉(zhuǎn)體的特點。還要考慮不同圓弧面及異型面卡爪的互換性。圍繞軟爪與異型面零件表面一致。如何使軟爪定位滑動？怎么設(shè)計定位塊和夾緊塊？定位塊、夾緊塊如何聯(lián)接軟爪？固定塊固定方法？夾緊塊滑動方式？夾緊塊如何聯(lián)接夾緊裝置，采用何種夾緊裝置？一系列問題要在設(shè)計中充分考慮。

設(shè)計要從定位基準(zhǔn)面開始，根據(jù)實際情況考慮加工工藝，要考慮卡爪與異型面零件表面一致性，互換性，設(shè)計2個卡爪，1個卡爪固定，1個卡爪滑動。如圖2所示。

1）圍繞卡爪的連接機構(gòu)來設(shè)計定位塊，滑塊；軟爪固定在定位塊、滑塊上要求移動軸線一致；位置高度一致。所以定位塊，滑塊上要有導(dǎo)向槽或?qū)蜴I，或兩者都有。設(shè)計如圖3所示。

2）如何固定定位塊使滑塊移動并保持兩塊軸線一致；位置高度一致；根據(jù)兩塊特點從而設(shè)計出底板與兩側(cè)板。要求底板上下表面平行，導(dǎo)向槽導(dǎo)向鍵等距平行，2側(cè)板導(dǎo)向槽裝配底板上等高平行并與底板導(dǎo)向鍵平行，如圖4所示。

3）下一步就是夾緊了，機床夾具都有一個夾緊裝置，以將工件夾緊，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生位移和振動。螺旋夾緊機構(gòu)在生產(chǎn)中是最為常用的，其結(jié)構(gòu)簡單、夾緊力大、自鎖性能好。所以采用梯形螺紋夾緊方式，展開設(shè)計部件。設(shè)計要求夾緊定位塊、螺桿、要求螺桿旋轉(zhuǎn)軸線與滑塊定位孔軸線一致，螺母固定在夾緊定位塊螺帽定位孔處，如圖5所示。

2 夾具制造工藝

加工思路與設(shè)計思路正好相反，先做主體部件底板側(cè)板以便于修配基準(zhǔn)的部件。

底板（圖6）要保證兩基準(zhǔn)面，保證導(dǎo)向槽、導(dǎo)向鍵的平行度。我們采用先粗加工去四周毛坯，在平面磨床上磨削一個平面，再精加工四周；以磨削的平面作為加工基準(zhǔn)面在數(shù)控銑床上加工導(dǎo)向槽、導(dǎo)向鍵、22個沉頭螺栓孔。保證一次性裝夾加工完成，依靠數(shù)控機床精度來保證底板精度。

兩側(cè)板（圖7）主要是保證兩導(dǎo)向槽平行高度一致，以保證滑塊移動精度。先粗加工去四周毛坯，在平面磨床上磨削兩個平面，以保證零件相同的厚度，再精加工四周；在數(shù)控銑床上以導(dǎo)向鍵的側(cè)面為加工基準(zhǔn)面保證導(dǎo)向槽的尺寸精度及直線度，兩導(dǎo)向槽面要相對，在加工沉頭螺栓孔、定位槽、導(dǎo)向鍵及內(nèi)螺栓。

最主要的就是軟爪、兩定位塊、滑塊；位置精度、尺寸精度、傳動連接機構(gòu)問題較多工藝復(fù)雜，首先定位塊，滑塊保證精度不能單獨加工，這樣累計誤差大、精度低，要合并，定位基準(zhǔn)盡可能依靠數(shù)控機床精度一次性完成。

先粗加工滑塊、定位塊去四周毛坯，在平面磨床上磨削兩個平面，以保證零件相同的厚度，半精加工四周，焊接棱倒鈍，無縫隙合并三面焊接，一面畫圓劃線，銑平對稱兩面焊接面保證兩塊工件仍有很強的焊接強度，上普車用四爪卡盤找正鏜孔以裝配卡爪。數(shù)控車床加工兩個卡爪要求與焊接件孔過渡配合，銑削焊接塊導(dǎo)向槽，在數(shù)控車床車出兩個卡爪異型面回轉(zhuǎn)體，分別裝配焊接件上，鉆削定位銷孔、螺栓螺孔要求一次性裝夾完成，銑削焊接件分開，加工成一定位塊、一滑塊。卡爪分別裝配在定位塊與滑動塊上，卡爪在數(shù)控銑床上銑到中心。在做絲杠與螺母定位塊，絲杠主要用于傳動，所以采用絲杠連接，絲杠、螺帽中心與滑塊定位銷孔中心一致，絲杠與滑塊連接采用螺栓連接，應(yīng)用軟爪頂住定位銷螺栓，絲杠與滑塊之間留有一定空隙，以便于絲杠旋轉(zhuǎn)，如圖8所示。

圖7 兩側(cè)板

圖8

最后裝配調(diào)試，由于加工是有誤差的，裝配中累計誤差會有所增加，所以裝配調(diào)試工藝也非常講究，螺栓在擰緊過程不能一次完成，要分對角逐步擰緊，擰緊度要適當(dāng)，依靠螺栓來調(diào)節(jié)兩側(cè)板的平行度使滑塊在底板導(dǎo)向鍵和定位銷的導(dǎo)向下，滑動自如。經(jīng)過好幾輪的裝調(diào)，終于保證滑塊與定位塊的定位精度以及滑塊適當(dāng)?shù)幕瑒铀删o度以及夾具的整體剛性。

圖9

3 結(jié)語

機床夾具設(shè)計與制造涉及到多科學(xué)、多技術(shù)、多工種的交叉工程。要學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)在夾具設(shè)計與制造方法，必須掌握傳統(tǒng)夾具設(shè)計原理和豐富的夾具結(jié)構(gòu)知識，機械加工技能要達到一定的技術(shù)水平，才能更好有機結(jié)合。

［1］ 楊俊峰.機床及夾具［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［2］ 陳旭東.機床夾具設(shè)計［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

［3］ 薛源順.機床夾具設(shè)計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［4］ 李昌年.機床夾具設(shè)計與制造［M］.北京：中國勞動出版社，2007.