偏心零件的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)①

李國(guó)東 陳勝梁

摘 ? 要：偏心零件在數(shù)控加工中由于存在有加工工藝和定位裝夾兩大難點(diǎn)，所以在生產(chǎn)過程中運(yùn)用數(shù)控機(jī)床來加工偏心零件需要有豐富的車削加工經(jīng)驗(yàn)和較高的夾具設(shè)計(jì)技術(shù)。為此，本文主要介紹了在數(shù)控車床帶液壓裝夾設(shè)備上用設(shè)計(jì)的組合專用夾具加工偏心零件的加工方法和其夾具設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：組合專用夾具 ?偏心零件 ?定位裝夾

中圖分類號(hào)：TH122 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（b）-0105-03

偏心零件在機(jī)械設(shè)備上應(yīng)用非常廣泛，但是偏心零件的加工工藝是比較復(fù)雜的，主要問題是比較難把握好偏心距，難達(dá)到相應(yīng)的公差要求。其中的關(guān)鍵是如何進(jìn)行零件的裝夾，夾具設(shè)計(jì)的好壞將直接影響加工的方便性和加工的質(zhì)量，本人在工作中承接企業(yè)加工需求，遇偏心零件加工難點(diǎn)。便研究設(shè)計(jì)組合專用夾具用于加工，本文就從偏心件加工的難度出發(fā)研究設(shè)計(jì)了一種有效的偏心零件的加工方法，有效的解決偏心定位及加工速度問題。

如圖1所示，材料為粉末冶金，使用CBN刀粒，大批量生產(chǎn)，由于其精度要求較高，裝夾比較麻煩，定位的難度高，為加工出符合圖紙要求的零件，需要采用組合專用夾具來進(jìn)行裝夾定位。

1 ?偏心零件的主要技術(shù)要求

該零件材料為粉末冶金合模鑄造，硬度較高。需要使用立方氮化硼（CBN）刀粒進(jìn)行加工。根據(jù)要求需要加工偏心孔φ10、、90°，及非偏心外圓尺寸，精度要求比較高。而且其中φ10和φ7是同心孔，同屬偏心，并且鑄模后形狀限制固定位置偏心。

2 ?偏心夾具的設(shè)計(jì)思路

偏心零件鑄模后形狀限制無(wú)法一次裝夾完成加工，故需要解決重復(fù)裝夾及快速定位精度，而且裝夾不能直接夾在零件上，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)夾具來裝夾該零件?？紤]到該零件需要大批量生產(chǎn)，同時(shí)需要解決快速裝夾定位的情況，并且根據(jù)零件特效分三個(gè)工序進(jìn)行加工。工序1加工偏心孔φ10、90°錐位尺寸;工序2加工偏心孔尺寸;工序3加工非偏心外圓尺寸。

2.1 組合夾具軸頭設(shè)計(jì)

該零件使用斜床身數(shù)控車床帶液壓卡盤機(jī)床上加工，我們就充分利用機(jī)床夾具來設(shè)計(jì)這種專用的偏心夾具，解決快速裝夾的問題。根據(jù)斜床身數(shù)控車床液壓卡盤裝置的尺寸，設(shè)計(jì)出組合專用夾具軸頭（如圖2所示），并保證相關(guān)孔位尺寸及攻絲，完成后的軸頭可直接安裝在數(shù)控車床上替代液壓卡盤使用。實(shí)現(xiàn)快速裝夾，提高加工效益。

2.2 組合夾具工序1定位端蓋設(shè)計(jì)

根據(jù)偏心零件設(shè)計(jì)組合夾具工序1定位端蓋（如圖3所示），配合軸頭安裝使用。工序1定位端蓋中心孔為φ4.5帶錐度通孔，圓柱外徑，并將內(nèi)圓柱均勻切割成90°開槽，用于安裝定位。使用定位圓柱件，用于加工定位，解決快速裝夾的問題。利用拉桿穿過φ4.5帶錐度通孔配合圖4組合夾具工序1非偏心定位液壓拉桿套使用，使中心軸撐開從而達(dá)到撐緊偏心零件的工藝要求。

2.3 組合夾具工序2定位端蓋設(shè)計(jì)

根據(jù)偏心零件設(shè)計(jì)組合夾具工序2定位端蓋（如圖6所示），配合軸頭安裝使用。工序2定位端蓋臺(tái)階，用于精基準(zhǔn)安裝定位。在端蓋上取一φ8通孔，用于M8螺桿通過與圖7組合夾具工序2壓板定位液壓拉桿套配合使用，解決快速裝夾的問題。利用壓板壓實(shí)現(xiàn)液壓裝夾壓緊偏心工件，并在壓板上安裝調(diào)節(jié)螺釘從而達(dá)到調(diào)整偏心工件裝夾夾緊力的工藝要求。

2.4 組合夾具工序3定位端蓋設(shè)計(jì)

根據(jù)偏心零件設(shè)計(jì)組合夾具工序3定位端蓋（如圖9所示），配合軸頭安裝使用。工序3定位端蓋偏心中心孔為φ4.5帶錐度通孔，圓柱外徑，并將內(nèi)圓柱均勻切割成90°開槽，用于安裝定位。使用偏心調(diào)節(jié)件對(duì)偏心零件進(jìn)行偏心調(diào)整，并用于加工定位，解決快速裝夾的問題。同時(shí)利用拉桿穿過φ4.5帶錐度通孔配合圖11組合夾具工序3偏心定位液壓拉桿套使用，使中心軸撐開從而達(dá)到撐緊偏心工件的工藝要求。

3 ?定位誤差分析

對(duì)于一批工件來說，由于每個(gè)工件彼此在尺寸、形狀和相互位置上均有差異，使得同一批工件在同一個(gè)夾具中進(jìn)行定位時(shí)，工件的各個(gè)表面具有不同的位置精度。使用夾具裝夾工件按調(diào)整法進(jìn)行加工時(shí)，即夾具（定位元件）相對(duì)于刀具的位置經(jīng)調(diào)整后，加工一批工件時(shí)不再變動(dòng)（對(duì)刀尺寸不變）。因此，對(duì)于這一批工件而言，如不計(jì)加工過程中的其他誤差，則刀具成形表面（工件的被加工表面）在機(jī)床上的位置是不變的。因此，產(chǎn)生工序尺寸誤差的原因，就在于由于定位造成的同一批工件的每個(gè)工件的工序基準(zhǔn)位置不一致。所以，定位誤差是由于工件定位造成的被加工表面的工序基準(zhǔn)在沿工序尺寸或位置要求方向上的最大可能變動(dòng)范圍，用ΔD表示。計(jì)算定位誤差的目的就是判斷定位精度，看定位方案能否保證加工要求，是決定定位方案是否合理的重要依據(jù)。一般定位誤差與加工精度應(yīng)滿足下列關(guān)系：

式中T—— 工件的工序尺寸公差或位置公差。

在定位誤差分析時(shí)一般考慮以下幾個(gè)方面，一是基準(zhǔn)位移誤差，二是基準(zhǔn)部重合誤差。

3.1 基準(zhǔn)位移誤差

由于定位基面和定位元件本身的制造誤差會(huì)引起同一批工件的定位基準(zhǔn)相對(duì)位置的變動(dòng)，這一變動(dòng)的最大范圍稱作基準(zhǔn)位移誤差，用ΔW表示?；鶞?zhǔn)位移誤差引起的定位誤差是將ΔW在加工要求（尺寸、位置要求）方向上投影，即：

式中：β 、——ΔW與工序尺寸（或位置要求）方向的夾角。

3.2 基準(zhǔn)不重合誤差

當(dāng)工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合時(shí)，則在工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)之間必然存在位置誤差，由此引起同一批工件的工序基準(zhǔn)的最大變動(dòng)范圍，稱為基準(zhǔn)不重合誤差，用ΔB表示。工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)之間的聯(lián)系尺寸稱為基準(zhǔn)尺寸。ΔB等于基準(zhǔn)尺寸的公差?；鶞?zhǔn)不重合誤差引起的定位誤差是將ΔB在加工要求（尺寸、位置要求）方向上投影。

如圖15所示，我們用φ110圓盤的兩個(gè)M6螺紋的銷軸來定位，銷軸必須經(jīng)過精加工，保證尺寸為0.01，由于兩個(gè)M6螺紋的銷軸是已加工過的定位，基準(zhǔn)位移誤差;高度定位基準(zhǔn)是底面，依靠M6的螺帽來壓緊調(diào)節(jié)塊3mm的凸臺(tái)，工序基準(zhǔn)是的圓孔中心線，二者不重合，因此產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差?；鶞?zhǔn)尺寸為，定位點(diǎn)與零件中心成23.340夾角，零件中心點(diǎn)在水平方向的定位誤差為：ΔL=0.02cos23.340=0.01836mm。所以基準(zhǔn)不重合誤差為：ΔB=0.01836mm，由于偏心距4.75±0.03mm，公差為±0.03mm。故以上定位誤差在精度范圍之內(nèi)，可以達(dá)到加工要求。

4 ?加工工藝分析

該零件加工工藝分析非常重要，工藝不同會(huì)導(dǎo)致加工的成本直線上升。根據(jù)加工的實(shí)際情況結(jié)合組合專用的偏心夾具，我們可以按照如下工藝來加工。

4.1 工序1

通過將圖12組合夾具工序1非偏心定位液壓拉桿套安裝到機(jī)床液壓拉桿上，并將圖2 組合夾具軸頭替換液壓卡盤安裝在斜床身數(shù)控車主軸上，非偏心定位液壓拉桿套與軸頭配合精度為0.03mm。接著把圖3工序1定位端蓋安裝到軸頭上，配合軸頭安裝使用，軸頭與端蓋的配合精度為0.01mm。偏心零件安裝到圓柱上，利用拉桿穿過φ4.5帶錐度通孔配合圖12組合夾具工序1非偏心定位液壓拉桿套使用，使中心軸撐開從而達(dá)到撐緊偏心零件。利用定位圓柱件，用于加工定位，解決快速裝夾的問題達(dá)到加工工藝要求。完成偏心零件加工孔和90°錐位尺寸要求。

4.2 工序2

通過將圖13組合夾具工序2壓板定位液壓拉桿套安裝到機(jī)床液壓拉桿上，并將圖2 組合夾具軸頭替換液壓卡盤安裝在斜床身數(shù)控車主軸上，壓板定位液壓拉桿套與軸頭配合精度為0.03mm。接著把圖5工序2定位端蓋安裝到軸頭上，配合軸頭安裝使用，軸頭與端蓋的配合精度為0.01mm。偏心零件安裝到工序2定位端蓋臺(tái)階，用于精基準(zhǔn)安裝定位。利用M8螺桿配合定位套和壓板實(shí)現(xiàn)液壓裝夾壓緊偏心工件，并在壓板上安裝調(diào)節(jié)螺釘而達(dá)到調(diào)整偏心工件裝夾夾緊力，從而使偏心零件能夠牢固的在夾具上安裝并且正常加工。解決快速裝夾的問題達(dá)到加工工藝要求。完成偏心零件加工孔尺寸要求。

4.3 工序3

通過將圖14組合夾具工序3偏心定位液壓拉桿套安裝到機(jī)床液壓拉桿上，并將圖2 組合夾具軸頭替換液壓卡盤安裝在斜床身數(shù)控車主軸上，偏心定位液壓拉桿套與軸頭配合精度為0.03mm。接著把圖a工序3定位端蓋安裝到軸頭上，配合軸頭安裝使用，軸頭與端蓋的配合精度為0.01mm。偏心零件安裝到圓柱上，使用偏心調(diào)節(jié)件對(duì)偏心零件進(jìn)行偏心調(diào)整，并用于加工定位，解決快速裝夾的問題。同時(shí)利用拉桿穿過φ4.5帶錐度通孔配合圖c組合夾具工序3偏心定位液壓拉桿套使用，使中心軸撐開從而達(dá)到撐緊偏心零件用于安裝定位。解決快速裝夾的問題達(dá)到加工工藝要求。完成偏心零件加工外圓尺寸要求。

5 ?結(jié)語(yǔ)

經(jīng)了解廣州白云區(qū)有一家企業(yè)在加工，使用兩臺(tái)約200多萬(wàn)的加工中心設(shè)備分兩個(gè)工序裝夾完成，成本高、產(chǎn)量低，加工一天約600個(gè)成品。我們公司使用三臺(tái)約10萬(wàn)的斜床身數(shù)控車設(shè)備分3個(gè)工序裝夾完成，加工一天可達(dá)1000個(gè)成品。通過以上分析，采用組合專用夾具來加工該偏心零件是成功的。當(dāng)加工孔徑不同的類似零件時(shí)，不需要重新制作整套夾具，只需要制作相關(guān)的工序端蓋即可使用，節(jié)省了制作夾具的材料費(fèi)用和制作工時(shí)，又能節(jié)省工裝庫(kù)的儲(chǔ)存管理。符合低成本，高精度的設(shè)計(jì)原則。因此利用此套專門設(shè)計(jì)的組合專用偏心夾具加工不僅解決了快速裝夾，又能保證產(chǎn)品的合格率。此夾具的成功制作使用，不僅大大節(jié)約了加工輔助的時(shí)間，同時(shí)提高了加工速度，降低了工人的加工難度，而且加工的精度也容易保證，給公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)。

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