一種雙偏心薄壁套的新型夾具設(shè)計

劉春利 杜秀菊 張 煜 劉 饒

(河北師范大學職業(yè)技術(shù)學院，河北 石家莊 050024)

偏心和薄壁零件在機械設(shè)備上應(yīng)用非常廣泛，但是利用車床加工時，偏心和薄壁零件的加工比較困難[1-3]。所謂偏心零件是指外圓和外圓或外圓和內(nèi)孔的軸線平行而不重合，兩軸線有一定距離[4-5]。偏心類零件找正裝夾比較困難，加工精度很難得到保證。偏心工件的加工方法主要有4種，它們分別是：利用三爪聯(lián)動卡盤加墊片方法、四爪單動卡盤方法、前后兩頂尖偏移方法以及利用偏心卡盤車偏心工件方法[6]。所謂薄壁零件就是其零件直徑D與壁厚δ之比通常大于40的的零件，壁厚δ約為0.25～1 mm的零件[7-10]。薄壁類零件剛性差、易變形、對切削熱敏感，而尺寸精度、形位公差往往要求嚴格，在加工過程中由于多種因素的影響，會產(chǎn)生變形和損壞，極易產(chǎn)生不合格品乃至廢品。因此該類零件的裝夾方式就極為重要。薄壁工件的加工大體上有2種：外圓加工和內(nèi)孔加工，內(nèi)孔加工的難度相對外圓加工的難度大。其裝夾的方式有以下幾種：夾緊力均勻分布，比如開口套、弧形軟爪；增加支撐面；改變夾緊力的作用點；利用心軸裝夾等。

雖然偏心薄壁類零件有以上裝夾方式，但有時其操作性、加工精度不是很理想，特別是如圖1所示雙偏心薄壁類零件其加工難度更難以實現(xiàn)。分析圖1可知，工件左側(cè)為厚度為1 mm直徑為48 mm長度為20mm的薄壁內(nèi)孔，右側(cè)為兩個φ25 mm偏心薄壁內(nèi)孔，偏心距為11.5 mm，兩個薄壁內(nèi)孔中心距圓周旋轉(zhuǎn)角度為135°，長度為25 mm，右端面還有對左端基準面平行度為0.02 mm的要求，必須設(shè)計可靠夾緊的裝置才能夠加工出圖1合格的工件。

為此，設(shè)計一種運用于車床加工雙偏心薄壁套的專用新型夾具，對于此夾具體滿足以下幾個方面要求：(1)工序集中和基準統(tǒng)一的原則，減少工件裝夾次數(shù)和裝夾時間；(2)準定位原則；(3)穩(wěn)定性原則，有足夠的強度和剛度，以免工件加工過程中因為受到各種力的作用產(chǎn)生變形和損壞；(4)良好的結(jié)構(gòu)工藝性，便于繞Z軸旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)整、X軸偏心移動和整體結(jié)構(gòu)的裝配；(5)操作簡單；(6)加工的工件的尺寸和幾何精度容易保證?？傊O(shè)計的此種專用新型夾具對于車床加工雙偏心薄壁套件的的加工精度和生產(chǎn)效率具有積極意義[11]。

1 總體結(jié)構(gòu)

圖2為設(shè)計的雙偏心薄壁套的車床夾具總體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為夾具總體剖視示意圖[12]。整個結(jié)構(gòu)主要包括夾具套1、滑動設(shè)置在夾具套1上的偏心盤2、安裝在偏心盤2上的分度盤3、安裝在分度盤3上的轉(zhuǎn)動盤4以及安裝在轉(zhuǎn)動盤4上的夾緊套5，在夾緊套5內(nèi)設(shè)有用于與零件夾緊配合的零件套6。另外圖2夾具總體結(jié)構(gòu)示意圖中的偏心盤2設(shè)有第一擋塊12，在夾具套1上對應(yīng)設(shè)有第二擋塊13，在第一擋塊12和第二擋塊13設(shè)有第二雙頭螺柱14；圖3夾具總體剖視示意圖中的夾具套1設(shè)有第三擋塊19，同時偏心盤2設(shè)有第二T形通槽18，螺釘通過第二T形通槽18和第三擋塊19通過螺紋連接，偏心盤2、分度盤3和轉(zhuǎn)動盤4通過第一雙頭螺柱7固定連接在一起。

2 具體結(jié)構(gòu)和實施方式

如圖2～3所示，本夾具包括依次連接的夾具套1、偏心盤2、分度盤3、轉(zhuǎn)動盤4、夾緊套5以及零件套6。偏心盤2滑動設(shè)置在夾具套1上，分度盤3與轉(zhuǎn)動盤4之間的角度可調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)雙偏心薄壁類零件整體在圖示XY平面內(nèi)有一定角度的旋轉(zhuǎn)、X軸方向的偏心移動，夾緊套5和零件套6通過配合能夠?qū)崿F(xiàn)零件合理的定位夾緊，從而使帶有一定角度的雙偏心薄壁零件加工得以順利實現(xiàn)。零件套6套置在夾緊套5內(nèi)，用于被加工零件的夾緊配合，其結(jié)構(gòu)是一個外側(cè)壁帶有錐度的開口套，內(nèi)部為階梯孔。其內(nèi)徑要比加工零件的最大直徑大0.4 mm左右，便于零件的裝夾和卸出，并且在零件套6的內(nèi)壁上貼有一層薄毛氈，毛氈緊貼階梯孔內(nèi)，保證零件套6與加工零件的柔性接觸，防止零件的損壞和變形。在夾緊套5上開有與零件套6相適配的錐孔，所述夾緊套5上設(shè)有內(nèi)螺紋，在轉(zhuǎn)動盤4的一端設(shè)有外螺紋，轉(zhuǎn)動盤4與夾緊套5通過螺紋連接。在零件套6的側(cè)壁上沿長度方向開有豁口，零件套6的內(nèi)側(cè)端靠緊轉(zhuǎn)動盤4，擰動夾緊套5使其向靠近轉(zhuǎn)動盤4的一側(cè)移動，便會使零件套6上的豁口間隙縮小，向內(nèi)收縮夾緊待加工工件。如圖3所示，夾緊套5的外部結(jié)構(gòu)看上去像是一個瓶蓋，其右側(cè)帶有一個錐孔，該錐孔與零件套6的外側(cè)壁錐度相同，其左側(cè)帶有內(nèi)螺紋，與轉(zhuǎn)動盤4右端的外螺紋連接，通過夾緊套5旋進旋出從而實現(xiàn)與零件套6的鎖緊和松開。

如圖4為轉(zhuǎn)動盤4結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為轉(zhuǎn)動盤4剖視示意圖。轉(zhuǎn)動盤4的左端端面有一周環(huán)形定位凸起16，和分度盤3右端端面的環(huán)形定位凹槽相配合，目的是使轉(zhuǎn)動盤4能夠沿垂直于Z軸在XY平面實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)所需的角度[13]。轉(zhuǎn)動盤4中間部位有轉(zhuǎn)動盤通槽15，轉(zhuǎn)動盤通槽15和轉(zhuǎn)動盤4左端面之間有一通孔，用于第一雙頭螺柱7的穿入和穿出，轉(zhuǎn)動盤通槽15便于放入扳手進行螺栓的螺母旋轉(zhuǎn)松緊操作。在轉(zhuǎn)動盤通槽15和轉(zhuǎn)動盤4右端面之間為梯形孔，用于被加工零件的定位，可以限制加工零件Z方向自由度，同時也便于夾具的整體組裝。另外在梯形孔左端面開有環(huán)形凹槽，目的是將加工好的薄壁部分放入該環(huán)形凹槽，起到定位和保護的作用。

如圖6為分度盤3正面結(jié)構(gòu)示意圖，圖7為分度盤3背面結(jié)構(gòu)示意圖。在分度盤3右端面的環(huán)形定位凹槽靠內(nèi)位置在圓周方向上均勻分布有4組8個定位槽9，圓周相對的2個為1組，其中1組為通槽，在轉(zhuǎn)動盤4的左端面相對設(shè)有2個定位鍵8，與定位槽9中的2個相配合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動盤4在Z軸方向45°、90°、135°、180°的旋轉(zhuǎn)定位。在分度盤3的圓周方向上設(shè)有兩個沉頭孔，便于放入螺釘使分度盤3與偏心盤2連接。在分度盤3的中間部位為一通孔，用于第一雙頭螺柱7的穿入和穿出。

如圖8為偏心盤2結(jié)構(gòu)示意圖，圖9為夾具套1結(jié)構(gòu)示意圖。在偏心盤2的右端面有2個定位鍵和2個螺紋孔。2個定位鍵和分度盤3的1組通槽相對應(yīng)，用于偏心盤2和分度盤3的X軸旋轉(zhuǎn)固定；2個螺紋孔用于與穿過分度盤3上沉頭孔的螺釘連接，保證偏心盤2和分度盤3的定位和鎖緊[14]。在偏心盤2的右端面中心位置還有一螺紋孔，目的是通過第一雙頭螺柱7和螺母的連接結(jié)構(gòu)將偏心盤2、分度盤3、轉(zhuǎn)動盤4固定連接在一起。在偏心盤2的左端面設(shè)有一士字形滑槽10，在夾具套1上設(shè)有與之對應(yīng)的第一T形通槽11，同時在第一T形通槽11的下方設(shè)有第二T形通槽18，在第二T形通槽18內(nèi)設(shè)有第三擋塊19(詳見圖3)，在偏心盤2的邊緣設(shè)有U字梯形通槽20，螺栓穿過U字梯形通槽20后與第三擋塊19上的螺紋孔實現(xiàn)螺紋連接，可以實現(xiàn)士字形滑槽10與第二T形通槽18的鎖緊，保證整個夾具在工作時不會發(fā)生脫落。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)偏心盤2的滑動，在圖2偏心盤2上沿士字形滑槽10的方向設(shè)有第一擋塊12，在夾具套1上對應(yīng)設(shè)有第二擋塊13，在第一擋塊12和第二擋塊13之間設(shè)有第二雙頭螺柱14，通過旋轉(zhuǎn)第二雙頭螺柱14，便可調(diào)整第一擋塊12和第二擋塊13之間的間距，從而使偏心盤2沿第一T形通槽11進行滑動。

為了保證偏心距的精確度，在圖6夾具套1并且位于偏心盤2的一側(cè)設(shè)有標尺17，所述標尺的位置與分度盤3的滑動方向平行且位于分度盤3的一側(cè)，在分度盤2對應(yīng)的一側(cè)呈平面形。

夾具套1的左端結(jié)構(gòu)為梯形軸形狀，用于三爪自定心卡盤的定位和夾緊。

本新型夾具的積極效果為：夾具裝夾時，把零件毛坯放入到零件套6中，通過夾緊套5和轉(zhuǎn)動盤4實現(xiàn)薄壁工件的夾緊和定位，從而順利實現(xiàn)一側(cè)的加工；掉頭后將一側(cè)加工好的零件放入轉(zhuǎn)動盤4和零件套6中，通過轉(zhuǎn)動盤4和分度盤3實現(xiàn)垂直于Z軸在XY平面旋轉(zhuǎn)所需的角度并擰緊固定，達到兩偏心孔有一定角度的加工；通過偏心盤2和夾具套1實現(xiàn)X軸方向的偏心移動并擰緊固定，達到偏心的加工。

3 工藝裝夾過程

本夾具加工的零件如圖1所示，對于雙偏心薄壁套具體裝夾工藝過程概述如下：使用本夾具時，(1)將夾具套1裝夾在三爪自定心卡盤上。并用三爪自定心卡盤夾住夾具套1。(2)將零件毛坯(尺寸及結(jié)構(gòu)均滿足圖紙要求，外圓φ50 mm，長度45 mm)放入到夾具的零件套6中，零件的左端端面與轉(zhuǎn)動盤4的梯形孔內(nèi)腔左端面相接觸，實現(xiàn)Z方向的定位。旋轉(zhuǎn)夾緊套5使之向左移動，通過錐度配合，使得零件套6收縮，保證零件毛坯外圓表面和零件套6內(nèi)表面緊密接觸，擰緊夾緊套5后實現(xiàn)了零件的加緊。此時加工厚度為1 mm直徑為48 mm長度為20 mm的薄壁內(nèi)孔至圖紙要求尺寸[15-16]。(3)擰開夾緊套5，松開零件套6取出零件，掉頭將零件放入到轉(zhuǎn)動盤4梯形孔中，注意將加工好了的薄壁部分放到梯形孔內(nèi)腔左端面的環(huán)形凹槽中。擰緊夾緊套5，完成定位和夾緊。轉(zhuǎn)動第二雙頭螺柱14外側(cè)的螺母，偏心盤2沿X軸移動，讀偏心盤2和夾具套1上刻度尺的數(shù)值，直到滿足圖紙偏心要求為止(11.5±0.02 mm)。然后擰緊偏心盤2上兩側(cè)內(nèi)六角螺釘，加工第一個偏心小孔φ25 mm到圖紙要求尺寸。(4)松開轉(zhuǎn)動盤4中間的螺母，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動盤4到135°位置后擰緊該螺母，實現(xiàn)135°的偏心定位夾緊。加工第二個偏心小孔φ25 mm到圖紙要求尺寸。(5)加工完成，擰開夾緊套5，卸下加工好的零件。

4 結(jié)語

通過本夾具體具體實施過程和裝夾工藝分析，加工工件薄壁的一側(cè)時，能夠?qū)崿F(xiàn)工件的快速定位夾緊，從而實現(xiàn)薄壁工件的順利加工[17]；掉頭后，能夠?qū)崿F(xiàn)X軸方向的偏心移動并擰緊固定，能夠加工完成第1個偏心薄壁孔；同時能夠?qū)崿F(xiàn)第2個偏心孔旋轉(zhuǎn)所需的角度并擰緊固定，快速完成達到第2個偏心孔的加工。

本新型夾具操作簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)雙偏心薄壁套零件加工，并保證工件的尺寸和幾何精度。夾具套、偏心盤、分度盤、轉(zhuǎn)動盤、夾緊套、零件套之間聯(lián)結(jié)緊湊，保證雙偏心薄壁套工件在車床加工的順利實施?？傊O(shè)計的新型夾具體對雙偏心薄壁套工件的車床加工具有有效的加工精度和效率。