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一種回轉軸線位置（zhì）可調的數控車床夾具研製

2019-5-6 來源：天津中德應用技術大（dà）學作者：邊境靳懷瑜（yú）

摘（zhāi）要: 為解決數控車床（chuáng）使用專用夾具加工（gōng）異型工件時，被加工工件回轉軸線和車床主軸不同軸及因夾具夾緊變形而產生的工件超差問題。通過（guò）增加工件回轉軸線位置調整機構和提高夾具結構剛性的方法（fǎ），設計一種新型（xíng）可調夾具。生產實踐證明，夾（jiá）具結構設計合理，能有效保證工件的加工精度，實用性強。

關鍵詞: 數（shù）控車床;專用（yòng）夾具;異型工件

數控車床的夾具主要是指安裝在數控（kòng）車床主軸上的並帶動工件（jiàn）一起隨主軸旋轉的夾具。數控車削加工要求夾具具有較高的定位精度和剛（gāng）性，較簡單緊湊的結構，同時還能便於在機床上迅速安裝和拆卸。其中最常見的通用夾具為各種卡盤夾具，適用於盤類工件（jiàn）和短軸類工件的加工。對於（yú）一些外形較複雜且（qiě）不規則的特（tè）殊工件的裝夾，常常采用設計製造專用夾具的方法。專用夾具雖然通用（yòng）性不強，設計製作和安（ān）裝調試的周期都比較長，但是（shì）使用專用夾具可以完成非軸套、非輪盤類工件（jiàn）的孔、軸、槽（cáo）和螺紋等的加工，能夠擴大機（jī）床（chuáng）的使用範（fàn）圍，並且很好地解決各種異型工件的（de）加工問題。如果專（zhuān）用夾具設計合理，可以實現保證（zhèng）工件加工精度（dù），提高工件加工效率的目標。

1、問題的提出

在數控車床上加工某異形工件側孔時，根據工件的外形（xíng）特征和加工要求分析，采用通用卡盤（pán）夾具無法裝夾此類異型工件，需要設計（jì）專用夾具。此工件毛坯為不鏽鋼鑄件（jiàn），在本車削工序之前的工序已經將工件底麵及底麵上兩個定位（wèi）孔加工完畢(圖1)。本工序需要對側孔及其（qí）端麵（miàn）進行（háng）車削（xuē）加工(圖2)。側孔為安裝孔，側孔的軸線與底麵距離（lí）17.5 mm公差較大，無形（xíng）位公差要求。本工序加工時除滿足工序圖要求的各項尺寸精度（dù）外，最重（chóng）要的是（shì）保證側孔壁厚盡量均勻

圖1 異型工件車削（xuē）側孔前序圖

圖2 異型工（gōng）件車削側孔工序圖

根（gēn）據常規的數（shù）控車床（chuáng）夾具設計原則，專用夾具應首先應保證裝（zhuāng）夾工件時（shí），被加工孔的軸心線和（hé）數控車（chē）床主軸（zhóu）的旋轉軸線重（chóng）合，同（tóng）時滿足夾具在數控車床上的定位和夾緊要求。針對以上原則設計專用夾具(圖3)。該專用夾具具有結構簡單，工藝（yì）性好，製造成本低的（de）優點。但在實際（jì）使用時發現一些缺點:(1)工件（jiàn）在裝夾時操作不（bú）方便，增加（jiā）了（le）輔助裝卸時間（jiān），影（yǐng）響工作效率。(2)當工件鑄造毛（máo）坯的一致性不好（hǎo）時，加工後因為孔壁厚不均勻而產生廢品。(3)夾具結構剛性（xìng）不（bú）足，夾緊力導致夾（jiá）具變形而產生工件超差的情況。為了解決這些問（wèn）題，必須對原專（zhuān）用夾具進行改進，設計一種（zhǒng）回轉軸線位（wèi）置可（kě）調整、不易（yì）變形，並且方（fāng）便裝夾操（cāo）作的專用夾（jiá）具。

圖3 異型工件專用夾具圖

2、問題的分析

(1)根據專用夾具結構分析，工件（jiàn）裝夾時操（cāo）作不方便，是（shì）因為定位銷和夾具體是一體的，不可拆卸，造成工件在夾具（jù）體內裝卸的障礙，導致操作不流暢。(2)當零件鑄造毛坯的一致性不好時，由於該專用夾具是通過工件底麵和兩個定位銷孔進行定（dìng）位裝夾，夾（jiá）具（jù）相應的定位元件固定不可移動，致使工件（jiàn）安（ān）裝後被加工毛坯孔軸（zhóu）心線（xiàn）和數控車床主軸回轉軸線偏（piān）差過大（dà），而工件回轉軸線位置又無法調整來彌（mí）補這個偏差（chà），所以加工後孔壁厚（hòu）不均勻。(3)夾緊力導致的夾（jiá）具變形問題，是因為（wéi）夾具體結構設計過於單薄，剛性差。

3、異型工件（jiàn）的專（zhuān）用夾具設計

3.1 設計目標

針（zhēn）對此類異型工件的加工，設計一種新型回轉軸線位（wèi）置可調整（zhěng）的數控車床專用夾具，改變原專用（yòng）夾具（jù）的設計缺陷，增加夾具調整的靈活性，避免因被加工件毛坯鑄造質量問題導致的被加工孔軸心（xīn）線和數控車（chē）床主軸旋轉軸線不重（chóng）合而產生超差報廢的情況（kuàng），保證（zhèng）工件加（jiā）工精度。要增加夾具的結構剛性，同時盡可能使夾（jiá）緊（jǐn）操作方便省時。

3.2 設計思路及實現方法

改（gǎi）進後的新型夾具首先要滿足被加工工件裝夾後回轉軸線可（kě）調。分析回轉軸（zhóu）線包括橫向和縱向兩個方向的調整，為了降低（dī）複（fù）雜係（xì）數，根據工件的外形特征，分別以（yǐ）不同的方式來實現軸線在兩個方向上的調整。在橫向上，以螺紋傳（chuán）動的方式進行位置調整;在縱向上（shàng），根據毛坯尺寸變化範圍設計一組厚度可更換的（de）調節墊片進行位置調整。

根據以上考慮，夾具體（tǐ）設計需要改進為可拆卸的分體式結構，夾具基座部分和數控車（chē）床卡盤的夾持部分（fèn）基本結構不變。首先，將夾具本體與基座設計為（wéi）滑動聯接，采用燕尾槽聯接的結構，既可調整，配合精度又高（gāo），這樣就（jiù）滿足了軸線橫向可調的第（dì）一步要求。但（dàn）是還要（yào）考慮調整的方便性，於是第二步要增加一個可操作性（xìng）的輔助調整部件，為了保證調整精度，采用調節絲杠與夾具本體的螺紋傳動結構，絲杠兩端安裝一對推力球軸（zhóu）承來保證絲杠旋轉輕快，並且為了防止夾具本（běn）體在燕尾槽內躥動，絲杠單側（cè）安裝（zhuāng）壓緊彈簧，雙側安裝擋板。調整（zhěng）橫向位置時隻需旋轉調節絲杠即可（kě），操作方便，位置可靠。由於數控車床夾具設計在滿足加（jiā）工要求的前提下，結構應盡可能簡單緊湊（còu），所以在實現回轉（zhuǎn）軸（zhóu）線縱向調整的時不采用過（guò）於複雜的結構。在被夾緊工（gōng）件的（de）下方增加調節墊片和兩個可拆卸定位銷，圓柱銷和菱（líng）形銷保證工件在夾具本體中的定位。調節（jiē）墊片設計為在參考尺寸公差帶±0.3mm的範圍內變化，以0.05 mm為間隔的一組，可根據毛坯的實際尺寸進行更（gèng）換，從而實現回轉軸線（xiàn）的（de）縱向調整。在工件上方設計（jì）壓緊墊塊保證（zhèng）夾具和工件（jiàn）的可靠（kào）接觸，壓緊螺釘用於（yú）鎖（suǒ）緊工件（jiàn）。夾具整體結構如圖4。

除此之外，夾具（jù）體（tǐ）的（de）夾緊部（bù）分需（xū）要改變原來圓柱外形過於單薄的設計，采用一定壁厚的（de）方體結構，這樣不（bú）但能保證夾具的剛性，也使夾具體（tǐ）本身的製造加（jiā）工工藝性更好。定位（wèi）零件的設計方麵也要進行改善，將原來的固（gù）定定位銷改為可拆卸的用緊固螺（luó）釘調整的活動定位銷結構，這一結構可方便工件的（de）安裝操作，節省裝卸工件的輔助時間。

a 裝配圖

b 爆炸圖

圖4 新型可調夾具（jù）圖

4、結語

在生產實踐中證明（míng），這（zhè）種針對數（shù）控車床車削異型工件的回轉軸線位置可調整的（de）數控車床夾具結構設計合理，簡單巧妙（miào），操作方便，可根據需要輕易調整（zhěng）被加工件和車床主軸的同軸度，保證（zhèng）了工件加工精度，有效解決了異型工件在數控車床上的加工問（wèn）題，並且方便拆（chāi）裝，實用性（xìng）強，提高生產效率。

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