九江職業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院(江西 332000）王維昌 王 榮

側(cè)板 (見圖1)是工程機(jī)械中齒輪泵上的側(cè)向浮動(dòng)密封零件，泵在工作時(shí)產(chǎn)生的高壓油作用于側(cè)板上，從而使A面緊貼在端蓋內(nèi)側(cè)，與泵體一道構(gòu)成了密封的壓力腔。

1.問題的提出

從工件圖1中可以看出，工件多處有較高的精度要求。其中A和C平面的最終加工是在精密平面磨床上完成的。試制時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于工件固定不當(dāng)，精磨后的側(cè)板從工作臺(tái)上一取下來就發(fā)生平面變形，嚴(yán)重影響A和C平面的形位精度。而泵在工作時(shí)，A平面是起端面密封作用的，因此A平面的平面度成了工件的關(guān)鍵技術(shù)要求。由于工件選用的是銅合金材料，不能被磁力工作臺(tái)吸引固定，因此必須設(shè)計(jì)新的專用夾具來固定工件。

圖1 側(cè)板

2.夾緊方案設(shè)計(jì)

(1)夾緊力方向的選擇 首先是工件剛度分析。從圖1可判斷工件為盤類零件，腰部上的一些功能結(jié)構(gòu)嚴(yán)重地削弱了工件的平面剛度。因此，“蜂腰”狀結(jié)構(gòu)的工件可類似看作是剛度很小的薄板零件。

然后是平面精密磨削工序受力分析。工件平面精密磨削原理及受力情況如圖2所示。為給切削力F1施加一平衡力并使工件的平面變形量最小，必須使夾具的夾緊力F2與工件的第一定位基準(zhǔn)面平行。這樣既去除了平面變形的夾緊應(yīng)力，又為工件平面法線方向的其他工序應(yīng)力及時(shí)釋放提供了條件 (其引發(fā)的變形在光刀中消除)。

圖2 磨削受力圖

(2)夾緊點(diǎn)的選擇 工件是銅質(zhì)材料，為減少單位面積壓強(qiáng)，結(jié)合其結(jié)構(gòu)形狀，對(duì)工件實(shí)施兩點(diǎn)夾緊，位置選在圓弧面的P1、P2處 (見圖3)，實(shí)現(xiàn)了夾緊力的方向與工件第一定位基準(zhǔn)面平行。而選擇內(nèi)側(cè)而非外端，可提高工件蜂腰處的剛度，同時(shí)對(duì)稱兩點(diǎn)夾緊是有利工件受力平衡，裝夾操作方便，即使工件固定前位置不準(zhǔn)，也能完成P1P2平行于B平面。

(3)夾緊元件設(shè)計(jì) 首先是夾緊元件材料選擇。工件是銅質(zhì)材料，平面精密磨削是最終加工，為保護(hù)已精加工的圓弧面，節(jié)約夾具制造成本，將夾緊元件設(shè)計(jì)為銅襯板3和楔形夾板5兩個(gè)零件。襯板用紫銅制作，紫銅硬度更低，以避免在側(cè)板夾緊時(shí)壓出凹痕或變形;楔形夾板用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。

圖3 夾具設(shè)計(jì)圖

然后是銅襯板形狀設(shè)計(jì)。如圖3所示，銅襯板3為38mm×15mm×6mm的長(zhǎng)方塊，側(cè)面兩個(gè)15°斜面是其工作面。為使銅襯板有確定的工作位置，在中間設(shè)計(jì)5mm寬的腰形定位槽。

最后是夾板形狀設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)成對(duì)夾緊工件，提高裝夾效率，夾板5設(shè)計(jì)成楔形塊，楔角為10°。工作中，夾板的上平面應(yīng)低于工件 (厚9.5mm)的被加工面，因此其必須采用下沉于夾具體中的工作方式;又因中部有φ14mm×9mm沉孔，為提高夾板的工作剛度，將其縱向剖面設(shè)計(jì)成圖3所示形狀。

為確保楔形夾板對(duì)銅襯板擠壓作用點(diǎn)全部落在襯板對(duì)側(cè)板的兩作用點(diǎn)P1、P2連線內(nèi)，夾板寬度應(yīng)小于P1P2線段的長(zhǎng)度。

3.定位方案的設(shè)計(jì)

夾具對(duì)工件的定位方案如圖3所示。圖中，A平面限制工件3個(gè)自由度，B平面限制2個(gè)自由度，銷4限制一個(gè)自由度，工件在夾具中獲得完全定位。

4.夾具設(shè)計(jì)

夾具組成如圖3所示。其中標(biāo)準(zhǔn)件2種，自制件4種。

(1)工件力平衡設(shè)計(jì) 按前所述，夾緊力F2與切削力F1要構(gòu)成一對(duì)平衡力，為此側(cè)板上兩夾緊點(diǎn)P1、P2連線應(yīng)垂直于切削力 F1的方向 (見圖3)。整個(gè)工件采用6件一組，共3組18件布置的設(shè)計(jì)，減少了輔助生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率 (見圖4)。

圖4

(2)夾具體主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 夾具體為一矩形板，總體尺寸長(zhǎng)580mm，寬度340mm，厚度38mm;底部采用中凹5mm結(jié)構(gòu)，減少了加工面積，提高了夾具體與磨床工作臺(tái)的接觸精度 (見圖4)。

A面是夾具體對(duì)工件的支承面，結(jié)合工件的厚度尺寸，A面相對(duì)夾具體上平面下沉8mm，這樣可避免上平面與砂輪的磨削運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生干涉。

在精密磨削中，工件與定位面的清潔工作非常重要。為此，在夾具體每個(gè)定位面A上沿其寬度方向銑兩條10mm×1.5mm的凹槽，一是減少A面的清潔量，二是提高工件與A面的接觸精度 (見圖3)。

在夾具體中設(shè)計(jì)了3條長(zhǎng)340m、寬25mm、深10mm(相對(duì)A面)的凹槽，為楔形夾板下沉工作提供專用空間。

夾具體選用HT200灰口鑄鐵材料，性能穩(wěn)定，吸振性好且易加工。

(3)鋼螺套設(shè)計(jì) 考慮到螺釘7工作頻繁，為提高夾具體中螺紋孔的工作壽命，設(shè)計(jì)制造9個(gè)鋼質(zhì)螺套嵌入夾具體與夾緊螺釘相配合，必要時(shí)可方便拆換;材質(zhì)為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理 (見圖3)。

5.結(jié)語

使用結(jié)果表明:夾具完全滿足側(cè)板平面精密磨削工序技術(shù)要求。此外還另制造了數(shù)套，用于側(cè)板A和C兩平面的精銑與2個(gè)φ42.8mm孔的精鏜工序，解決了這些工序的裝夾和工藝質(zhì)量問題。