楊長慶

（江門市技師學(xué)院，廣東 江門 529000）

前言

本單位某產(chǎn)品中零件球形手柄的車削有一定的代表性，它的外形有圓錐面、圓球、圓弧和內(nèi)孔等，而且每次投產(chǎn)都有一定的批量，考慮到產(chǎn)品質(zhì)量和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，因此需設(shè)計(jì)出幾種合適的夾具來保證產(chǎn)品的質(zhì)量，而且還要能降低加工者加工時(shí)的疲勞性。

1 夾具設(shè)計(jì)的基本要求

1.1 應(yīng)保證工件的加工質(zhì)量，這是夾具設(shè)計(jì)的最基本要求，必須首先滿足。保證工件加工質(zhì)量的關(guān)鍵，在于正確地選擇定位方案、夾緊方案、刀具引導(dǎo)裝置及合理制定夾具的技術(shù)要求。必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行夾具誤差分析與計(jì)算。

1.2 夾具總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，以便提高生產(chǎn)效率，降低成本。在大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡量采用各種快速、高效的結(jié)構(gòu)，以縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率。在中、小批生產(chǎn)中，則要求在滿足夾具功能前提下，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，力求夾具結(jié)構(gòu)簡單、容易制造，以降低夾具的制造成本。

1.3 操作方便，工作安全，能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。如采用氣動(dòng)、液壓等機(jī)動(dòng)夾緊裝置，以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，并可較好地控制夾緊力。另外應(yīng)使工件在夾具中裝卸方便，夾具操作位置應(yīng)符合工人的習(xí)慣，必要時(shí)應(yīng)有安全保護(hù)裝置，以確保工作安全。

1.4 便于清除切屑。切屑積聚在夾具中，會破壞工件的正確定位。切屑帶來大量的熱量，會引起夾具和工件的熱變形，影響加工質(zhì)量；清除切屑會增加輔助時(shí)間，影響夾具工作效率。切屑積聚嚴(yán)重時(shí)，還會損傷刀具或造成工傷事故。因此，設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)對排屑問題給予足夠重視。

1.5 應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)考慮到夾具在結(jié)構(gòu)上應(yīng)便于制造、裝配、檢驗(yàn)、調(diào)整和維修。

2 專用夾具設(shè)計(jì)的步驟和方法

2.1 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，研究原始資料，搞好調(diào)查研究

夾具設(shè)計(jì)工作是根據(jù)零件的工藝規(guī)程編制時(shí)提出的夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書來進(jìn)行的。設(shè)計(jì)任務(wù)書的內(nèi)容包括：被加工零件的名稱、工序名稱、夾具應(yīng)保證的尺寸精度和有關(guān)要求以及定位、夾緊的初步方案等。為了設(shè)計(jì)出符合工藝要求的夾具，必須認(rèn)真研究和收集下列資料：①仔細(xì)閱讀被加工零件的零件圖、裝配圖，清楚地了解零件的作用，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，材料和有關(guān)技術(shù)要求。然后認(rèn)真研究零件的工藝規(guī)程，充分了解本工序的加工內(nèi)容和加工要求。②了解工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)和對夾具的需用情況。③了解本工序加工時(shí)所用機(jī)床、刀具和輔助工具的技術(shù)性能，規(guī)格尺寸及本單位實(shí)際生產(chǎn)條件，工具車間的夾具制造水平。④準(zhǔn)備好夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)、夾具設(shè)計(jì)手冊、圖冊等有關(guān)資料。

在收集原始資料的同時(shí)，要深入實(shí)際搞好調(diào)查研究，吸取工人的寶貴意見，同時(shí)了解同類零件所用過的夾具及其使用情況，作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考，力爭設(shè)計(jì)出合乎實(shí)際，具有先進(jìn)水平的夾具。

2.2 確定夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖

①確定工件的定位方案。根據(jù)零件加工工藝所給的定位基準(zhǔn)和六點(diǎn)定位原理，確定工件的定位方法，并選擇相應(yīng)的定位元件。確定定位方案時(shí)，首先要保證滿足工件的加工精度，盡量減少定位誤差。同時(shí)還要考慮定位的穩(wěn)定性、可靠性，及定位元件的精度、耐磨性和支承剛性。②根據(jù)工件的加工方式不同，確定刀具的對刀和引導(dǎo)方式，設(shè)計(jì)引導(dǎo)元件或?qū)Φ堆b置。③確定工件的夾緊方案。確定夾緊方案時(shí)首先根據(jù)定位方案的不同，要合理選擇夾緊力的方向和作用點(diǎn)，進(jìn)行夾緊力大小的估算，以保證工件定位穩(wěn)定和防止工件在切削力、重力及慣性力作用下發(fā)生位置移動(dòng)。然后設(shè)計(jì)出相應(yīng)的夾緊機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)對工件的夾緊。④確定夾具其他組成部分 (如分度裝置等)的結(jié)構(gòu)形式。⑤考慮上述各種元件和裝置的布局，確定夾具體的結(jié)構(gòu)型式。

為使夾具設(shè)計(jì)的先進(jìn)、合理，常需確定幾種不同的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行比較，從中擇優(yōu)。在確定夾具結(jié)構(gòu)方案時(shí)，應(yīng)繪制出夾具結(jié)構(gòu)草圖，以幫助構(gòu)思，并檢驗(yàn)方案的合理性和可行性，同時(shí)也為后面繪制夾具總裝圖作好準(zhǔn)備。

2.3 確定與夾具有關(guān)的尺寸公差和技術(shù)要求，進(jìn)行誤差分析

夾具結(jié)構(gòu)方案確定之后，首先將有關(guān)尺寸公差和相互位置要求確定下來。然后，根據(jù)本工序加工要求，分析夾具結(jié)構(gòu)中影響加工精度的因素，進(jìn)行必要的誤差分析與計(jì)算，以檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)和有關(guān)尺寸的公差及相互位置要求是否合理。這時(shí)進(jìn)行誤差分析，其目的是為了在繪制總圖之前能發(fā)現(xiàn)問題，并得以及時(shí)解決，防止返工。

2.4 繪制夾具總裝圖

夾具總裝圖應(yīng)按機(jī)械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)繪制，比例盡量l：1，以保證繪制的夾具圖具有良好的直觀性。對于很大或很小的夾具，應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)合理選其比例。夾具總圖在清楚表達(dá)夾具工作原理和結(jié)構(gòu)的情況下，視圖應(yīng)盡可能少。主視圖應(yīng)盡量取夾具工作時(shí)與操作者正對著的位置。

2.5 繪制夾具零件圖

對夾具總圖中非標(biāo)準(zhǔn)件均應(yīng)繪制零件圖，零件圖的視圖選擇盡可能與零件在夾具總圖上的工作位置相一致。繪制時(shí)參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

上述步驟和方法，反映了夾具設(shè)計(jì)的一般規(guī)律和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對于初次搞夾具設(shè)計(jì)的人員來說是有借鑒意義的。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，上述的設(shè)計(jì)次序并非一成不變，而是要根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析。

3 典型實(shí)例分析

本單位某產(chǎn)品中零件球頭手柄的車削有一定的代表性，內(nèi)容有圓錐面、圓球、圓弧、內(nèi)孔(或內(nèi)螺紋)等，而且每次投產(chǎn)都有一定的批量。零件圖如下圖所示：

3.1 分析圖紙

分析圖紙需加工內(nèi)容有圓錐面、圓弧面、圓球、內(nèi)孔等。根據(jù)圖紙可知加工Sφ32圓球與圓錐面時(shí)有裝夾矛盾，若先加工圓錐面則無法裝夾車削圓球，若先車圓球則車圓錐面時(shí)無法裝夾。而最后車φ16內(nèi)孔時(shí)，裝夾方法更是亟待解決。根據(jù)以上分析可知加工前制訂加工工藝時(shí)最需考慮的問題是如何設(shè)計(jì)合適的夾具進(jìn)行裝夾加工才能保證產(chǎn)品質(zhì)量及降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 零件工藝制訂如下

①鍛打（退火）。②夾長柄外圓粗車φ32外圓至φ32.5。③夾φ32外圓用靠模法車圓錐面，及車R10圓弧面。④專用夾具裝夾、專用夾具車削圓球。⑤專用夾具裝夾車圓球端面及φ16內(nèi)孔。⑥鍍光亮鉻。⑦轉(zhuǎn)下一工序。

從工藝制訂中可看出，零件加工共需用到4套夾具：①靠模法車圓錐面時(shí)，靠模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。②車Sφ32圓球時(shí)夾圓錐面所用的夾具。③車Sφ32圓球時(shí)所用到的專用夾具。④車φ16內(nèi)孔時(shí)所用到的專用夾具。

3.3 夾具設(shè)計(jì)的方法及加工原理

3.3.1 靠模法車圓錐面時(shí)，靠模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

從零件形狀來考慮加工步驟，若先加工圓球，再以圓球裝夾車圓弧面則顯得剛性不夠，所以應(yīng)先加工圓錐面。車床上車圓錐方法有轉(zhuǎn)動(dòng)小滑板車圓錐法、偏移尾座法、靠模法、寬刃刀車削法等。經(jīng)比較后較適合的方法是靠模法，既能較易保證產(chǎn)品質(zhì)量又能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，雖然設(shè)計(jì)制造靠模機(jī)構(gòu)比其它方法顯得繁瑣，但考慮到該產(chǎn)品是定型產(chǎn)品且每次投產(chǎn)都有一定數(shù)量，所以采用了靠模法?？磕７ㄜ噲A錐是刀具按照仿形裝置進(jìn)給對工件進(jìn)行加工的方法，適用于車削長度較長，精度要求較高的圓錐?？磕＼囅麇F度結(jié)構(gòu)如下圖所示，(略)靠模法車圓錐的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整錐度既方便，又準(zhǔn)確，因滑塊接觸良好，所以錐面質(zhì)量高，可機(jī)動(dòng)進(jìn)給車外圓錐和內(nèi)圓錐。

3.3.2 車Sφ32圓球時(shí)夾圓錐面所用的夾具

車完圓錐面應(yīng)調(diào)頭夾圓錐面車圓球，那么夾具設(shè)計(jì)應(yīng)較為明顯了。如下圖所示：

設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)圓錐、外圓柱的夾具套，再將其銑開兩件，用以裝夾圓錐面。

3.3.3 車圓球夾具

車床上車圓球方法有雙手控制法、成形刀車削法、仿形法和用專用工具車成形面等。前三種方法對于這個(gè)零件來說都不適合，而采用專用夾具車圓球可有效保證批量加工質(zhì)量，而且大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，夾具加工原理如下圖所示：

專用夾具車削圓球的原理如上圖所示。這種工具可使刀尖按外圓弧或內(nèi)圓弧的軌跡運(yùn)動(dòng)，以便車出各種形狀的圓弧。如果刀尖到回轉(zhuǎn)中心的距離可調(diào)，還可以車出各種半徑的內(nèi)外圓弧工件。用蝸桿蝸輪就可實(shí)現(xiàn)車刀的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，車削時(shí)，先把車床小滑板拆下，裝上車圓弧工具。刀架1裝在圓盤2上，圓盤下面裝有蝸桿蝸輪副。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄3時(shí)，蝸桿就帶動(dòng)蝸輪使車刀圍繞著中心旋轉(zhuǎn)，刀尖就按圓弧軌跡運(yùn)動(dòng)。為了調(diào)節(jié)圓弧半徑，在刀盤2上制出T形槽，刀架1可在上面移動(dòng)并在需要的位置上固定。當(dāng)?shù)都庹{(diào)整到超過中心時(shí)，就可以車削內(nèi)圓弧。

3.3.4 車φ16內(nèi)孔時(shí)所用到的專用夾具

由于φ16內(nèi)孔軸心線關(guān)系較特殊，是與圓錐軸心線傾斜的，所以必須設(shè)計(jì)專用夾具用以裝夾，如下圖所示：

夾具結(jié)構(gòu)及加工原理如圖所示，夾具共由夾具體1、夾具體2和螺母3三部分組成，夾具體1在卡盤上找正夾緊，通過夾具體1的槽將球頭手柄定位，再由夾具體2內(nèi)孔中的內(nèi)圓弧壓緊球頭手柄，螺母3連接緊固夾具體1和夾具體2從而將球頭手柄鎖緊在夾具上進(jìn)行加工。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過這個(gè)典型實(shí)例，分析了夾具的設(shè)計(jì)步驟和方法，符合夾具的設(shè)計(jì)思路，并在保證工件加工質(zhì)量的前提下，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，且操作方便、工作安全和減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。類似的夾具設(shè)計(jì)在生產(chǎn)車間是會經(jīng)常碰到的，因此，在平時(shí)生產(chǎn)過程中，應(yīng)注意積累和總結(jié)，在需要時(shí)才能設(shè)計(jì)出簡單、適用的專用夾具，為社會主義建設(shè)作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

[1]車工工藝學(xué)（96版）中國勞動(dòng)出版社.

[2]車工生產(chǎn)實(shí)習(xí)（96版）中國勞動(dòng)出版社.