特大盤拉床夾具設(shè)計(jì)

■ 中航工業(yè)沈陽黎明航發(fā)集團(tuán)有限責(zé)任公司 （遼寧 110043） 申玉萍 羅 敏

特大盤拉床夾具設(shè)計(jì)

■ 中航工業(yè)沈陽黎明航發(fā)集團(tuán)有限責(zé)任公司 （遼寧 110043） 申玉萍 羅 敏

本文通過對(duì)燃機(jī)特大盤拉具的設(shè)計(jì)，從實(shí)例的角度分析特大盤拉削夾具的設(shè)計(jì)過程。從拉削夾具設(shè)計(jì)難點(diǎn)出發(fā)，介紹了拉床夾具的解決方案、夾具設(shè)計(jì)及使用效果。此工裝現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，解決了特大盤拉削的難題，為今后此類工裝的設(shè)計(jì)提供了借鑒。

燃機(jī)特大盤零件重量約500kg，最大直徑近2m，工序?yàn)槔?00個(gè)均布榫槽，設(shè)備采用臥式拉床，拉具座為特定專用夾具，如圖1所示，定位基準(zhǔn)為A、B，角向D，壓緊C。

1. 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

此特大盤重量之重、直徑之大、數(shù)量之多都是前所未有的，因此該特大盤拉床夾具設(shè)計(jì)的難度是可想而知的。主要有5個(gè)難點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)的選擇，一定要適應(yīng)盤的直徑特大、重量特重的特點(diǎn)。②夾具的分度機(jī)構(gòu)選擇，不僅要保證分度準(zhǔn)確，能夠承受足夠的強(qiáng)度，還要求分度時(shí)活動(dòng)自由，在分度時(shí)還要減少端面的摩擦力。為了轉(zhuǎn)動(dòng)自由要考慮是否應(yīng)用軸承裝置；為了分度準(zhǔn)確要考慮是否要設(shè)置雙保險(xiǎn)的分度機(jī)構(gòu)；另外零件太重，考慮分度時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)大強(qiáng)度的分度手柄。③定位機(jī)構(gòu)處考慮零件裝配和拆卸要方便，拆卸零件時(shí)由于零件的定位面封閉，設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮有一個(gè)拆卸裝置。④角向孔由于封閉在定位環(huán)內(nèi)，裝配過程中看不到角向孔是否對(duì)正，設(shè)計(jì)時(shí)考慮是否要留一個(gè)觀察孔。⑤拉削時(shí)拉削力比較大，應(yīng)考慮夾緊裝置中配置輔助壓緊，夾具與拉具座聯(lián)接處一定要留出足夠的螺栓夾緊空間，否則夾具與拉具座裝配不上，會(huì)不能實(shí)現(xiàn)拉削。

圖 1

2. 解決方案

解決方案如下：①針對(duì)拉床設(shè)備選擇夾具與設(shè)備的聯(lián)接尺寸，采用了特大定位、壓緊、角向和分度結(jié)構(gòu)，滿足零件特重特大的要求。②采用了雙保險(xiǎn)的定位分度機(jī)構(gòu)，分度裝置分為內(nèi)插銷式和外撥叉式分度，為了保證分度自由旋轉(zhuǎn)，心軸采用兩套大軸承裝置，使分度達(dá)到了自由和準(zhǔn)確；為減少分度端面摩擦，端面采用48個(gè)滾珠裝置，以此來解決特大盤分度、承重問題。③定位盤處增加8處提勾，保證零件拆卸方便。④為了保證安裝零件時(shí)角向孔的位置正確，在定位環(huán)上開了觀察孔。⑤壓緊盤采用8個(gè)螺栓壓緊，其中有兩個(gè)定位用的菱形銷和圓柱銷，另外還單獨(dú)用兩件弓形夾來防止拉削力過大產(chǎn)生位置度的偏移。

3. 拉床夾具設(shè)計(jì)

（1）拉床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。拉削夾具設(shè)計(jì)的質(zhì)量高低，直接影響零件拉削質(zhì)量。拉床加工的拉削力通常都比其他切削加工的切削力大很多，因而，拉床夾具要有較高的精度、足夠的強(qiáng)度和剛性，還要操作方便。

為保證加工出合格的工件，夾具首先必須滿足下列條件：①工件在夾具安裝時(shí)能獲得正確的定位。②工件在加工過程中，在切削力和外力的作用下能保持這個(gè)位置。③能穩(wěn)定保證工件的加工精度。④便于排屑和清理切屑，便于注射切削液。根據(jù)特大盤零件和工藝給定的基準(zhǔn)以及加工工藝的要求，所設(shè)計(jì)的拉床夾具如圖2所示。

圖 2

該夾具以軀座（角向座）為基體，通過定位裝置、分度裝置（包括雙保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)撥叉式與插銷式分度）、雙軸承裝置、中間心軸裝置、角向定位裝置、減少摩擦力裝置的端面48處滾珠系統(tǒng)、夾緊裝置（包括壓蓋螺栓夾緊裝置和拉削時(shí)的弓形夾）、輔助拆卸提勾及拉試件裝置，保證拉試件部分的斜座裝置全部固定在拉具底座上。

如圖1所示，由于工藝要求過第一槽槽底中心線與C面上的S點(diǎn)到過盤中心線平面的水平方向距離為A1，第一槽槽底面過S點(diǎn)至過盤中心線平面豎直方向距離為A2，并且要求第一槽底面中心線處過S點(diǎn)與盤的C面成角度α，即過該處S點(diǎn)的第一槽槽底中心線與盤的軸線成角度（90°-α），所以為保證特大盤在拉削過程中榫槽底面位置水平，故在軀座（角向座）上形成一個(gè)（90°-α）的角度。

由于工藝給定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，要求采用一面、一孔、一角向的定位方式，在夾具上設(shè)計(jì)有一個(gè)尺寸為A0的定位環(huán)和一個(gè)定位塊端面，兩者裝配在一起固定在夾具軀座上，實(shí)現(xiàn)了零件一面一孔定位。在端面定位塊上固定一個(gè)定位角向銷，起到角向定位的作用，夾具的這種定位方式符合了工件的加工要求和工藝給定的要求。

夾具設(shè)計(jì)有兩套獨(dú)立使用的夾緊裝置，一套夾緊裝置用于工件的夾緊，即用一個(gè)壓蓋及8個(gè)螺栓壓緊工件的軸端面，其中包括兩個(gè)角向定位銷，是為了防止拉削時(shí)壓蓋位置改變。另一套夾緊裝置是兩個(gè)弓形夾，它是單獨(dú)的個(gè)體，在拉削時(shí)通過壓緊壓蓋與定位塊，間接壓緊零件保證位置不變。

夾具的分度裝置是兩套獨(dú)立的分度裝置，一套分度裝置是插銷式的精分度，通過手動(dòng)插拔分度銷與定位環(huán)上的襯套孔配合，保證了榫槽拉削的位置度，而另一套分度裝置是撥叉式粗分度，通過手柄來回地變換凸輪的位置，將V形塊式的撥叉卡住銷軸，先進(jìn)行粗分度，再通過插銷分度來進(jìn)行精分度，為特大盤拉削分度提供了一個(gè)雙保險(xiǎn)。

由于工件加工時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)分度，所以在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，有一中心定位轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)即心軸部分，它主要是保證工件在加工中使其中心軸線保持不變，保證分度過程中拉床夾具中相關(guān)部位隨著分度正常回轉(zhuǎn)。分度時(shí)為了減少定位裝置與軀座端面的摩擦力，在定位塊處增加了48處滾珠裝置，有效地減少了分度時(shí)的摩擦力，提高了效率。

軸承裝置是為了分度時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸帶動(dòng)定位裝置和壓緊裝置可自由快速地轉(zhuǎn)動(dòng)，此軸承裝置通過兩套直徑為190mm和200mm的圓柱滾子軸承進(jìn)行心軸分度時(shí)的承力機(jī)構(gòu)，兩個(gè)軸承之間通過襯套、軸承蓋和螺母聯(lián)接起來，軸承內(nèi)套與心軸通過轉(zhuǎn)軸和一個(gè)鍵聯(lián)接起來，外套通過與襯套的聯(lián)接同軀座固定在一起。

在零件裝配時(shí)角向孔與夾具上的角向銷位置對(duì)正需要觀察，在定位環(huán)上開了一個(gè)觀察孔，拉削后，由于整個(gè)盤都嵌入了夾具里，為了拆卸方便，在定位止口處的定位環(huán)上安裝8個(gè)提勾，有效地保證了零件的拆卸方便。

盤拉削前都要進(jìn)行拉試件，本拉床夾具試件為外徑300mm、內(nèi)孔40mm、厚30mm的盤，拉試件夾具為一個(gè)角度為（90°-α）的斜座，通過心軸和一個(gè)菱形銷固定斜座，壓盤通過斜座上的螺柱壓緊試件，保證拉試件的成功，通過拉試件可以確定拉削的參數(shù)。

此套夾具在整體設(shè)計(jì)上，結(jié)構(gòu)比較合理，分度、定位準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)動(dòng)自由、方便、可靠，夾具結(jié)構(gòu)大小適度，通過特大盤的現(xiàn)場拉削使用，效果很好，加工質(zhì)量和工作效率都得以保證。

（2）拉床夾具設(shè)計(jì)的技術(shù)條件要求。為保證夾具整體的加工精度和保證工件加工的質(zhì)量，在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，給出一定的技術(shù)條件和尺寸要求是非常必要和重要的一項(xiàng)工作。

在設(shè)計(jì)中，首先確定了4個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：①中心轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心線確定為基準(zhǔn)A。②定位塊的上端面確定為基準(zhǔn)B。③軀座的上表面與下表面在保證角度（90° -α）的情況下，下表面確定為基準(zhǔn)C。④拉試件斜座上表面確定為基準(zhǔn)V。

為保證特大盤的加工尺寸要求，首先要求夾具中心軸線方向與拉削方向成角度（90°-α±30″）；夾具定位環(huán)的上端面基準(zhǔn)B對(duì)回轉(zhuǎn)中心線基準(zhǔn)A的全跳動(dòng)不大于0.015mm；定位環(huán)上的定位止口軸A0對(duì)回轉(zhuǎn)中心基準(zhǔn)A的同軸度不大于0.01mm，同時(shí)對(duì)定位環(huán)的上端面基準(zhǔn)B的垂直度要求不大于0.01mm。為保證拉床夾具與拉具座安裝定位正確，要求夾具上兩定位套距離為（E1±0.02）mm，其中一個(gè)定位套中心線與拉床的拉削方向中心線距離為（E2±0.01）mm；兩個(gè)定位套對(duì)軀座（角向座）的下表面基準(zhǔn)C的垂直度要求不大于0.02mm；其中一組螺栓孔的中心線與拉床的拉削方向中心線距離為（E3±0.1）mm，如圖3所示。

圖 3

對(duì)于拉試件斜座的技術(shù)要求，斜座中心線與盤中線要求角度為（90°-α±30″）；D點(diǎn)至拉試件斜座上表面的距離為（E6±0.01）mm，拉試件斜座上表面基準(zhǔn)V對(duì)基準(zhǔn)C的平行度不大于0.01mm；拉試件時(shí)定位試件止口的心軸尺寸為E7g6，同時(shí)對(duì)基準(zhǔn)V的垂直度不大于0.01mm，如圖4所示。

圖 4

4. 結(jié)語

此套特大特重盤拉床夾具的設(shè)計(jì)通過現(xiàn)場使用，效果很好，滿足了生產(chǎn)需要，解決了特大盤拉削的難題，提供了拉削特大特重盤拉床夾具設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，為今后特大特重盤的拉削提供了一個(gè)很好的借鑒平臺(tái)。

20150820）