黃巖松++魏書琦

摘 要：夾具是機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中的重要組成部分。工件通過夾具在機(jī)床上得到了準(zhǔn)確位置，并在加工過程中始終保持這一準(zhǔn)確位置不變，所以夾具的可靠性的高低直接決定工件加工質(zhì)量的好壞。

關(guān)鍵詞：軸類零件；夾具；技術(shù)

1.軸類零件的加工技術(shù)要求

1.1應(yīng)明確軸類零件尺寸的精度

在軸類零件軸頸選擇過程中，為了確保其支撐作用，應(yīng)選擇IT5-7精度較高的軸頸；如果主要是作為裝配傳動(dòng)件，應(yīng)選擇IT6-9精確度較低的軸頸。

1.2應(yīng)注意幾何形狀精度

外錐面、軸頸等軸型的圓柱度以及圓度也即是軸類零件幾何形狀精度，一般的軸類零件正常的話會(huì)將軸類零件幾何形狀精度控制在允許的尺寸公差范圍內(nèi)。如果是內(nèi)外圓表面，對(duì)軸類零件的幾何形狀精度具有較高的要求，應(yīng)在工藝圖紙中將有效的誤差范圍明確表示出來。

1.3應(yīng)注意相互位置精度

軸類零件在整個(gè)機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)中的位置及其功能主要決定了其的位置精度。軸類零件的精度通常情況下必須達(dá)到裝配傳動(dòng)件軸頸對(duì)支撐軸頸的需要（要求同軸度），若未達(dá)到該項(xiàng)需要，會(huì)使傳動(dòng)齒輪之間產(chǎn)生一定的磨合誤差，對(duì)機(jī)械的傳動(dòng)效果產(chǎn)生較大影響。通常情況下，軸類零件的徑向跳動(dòng)范圍最小為0.01mm，最大為0.03mm。若相互位置精度具有較高要求，則最小的徑向跳動(dòng)范圍會(huì)縮小到0.001mm，最大為0.005mm。

1.4應(yīng)注意表面粗糙程度

通常情況下，支撐軸頸（主要用于配合軸承）表面粗糙程度最小為Ra0.63μm，最大為Ra0.16μm。而傳動(dòng)配件軸頸的表面粗糙度范圍則相對(duì)偏大，介于Ra2.5μm-Ra0.63μm左右。

2.軸類零件加工工藝

軸類零件工藝規(guī)程的合理制定非常重要，在機(jī)械加工工藝規(guī)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

熟練掌握關(guān)于該零件的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（包括制作材質(zhì)、精度要求、結(jié)構(gòu)設(shè)置等），同時(shí)應(yīng)仔細(xì)研究相關(guān)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（包括零件、部件裝配圖紙以及產(chǎn)品等）。

（2）應(yīng)選擇粗基準(zhǔn)

如果是零件表面為非加工表面，則粗基準(zhǔn)就應(yīng)選擇非加工表面。若所有零件表面為鑄件軸，均需加工，則應(yīng)進(jìn)行找正處理，找正處理中應(yīng)按照所加工的最小余量表面進(jìn)行處理，并且加工零件應(yīng)盡可能選擇表面比較平整的零件，應(yīng)注意零件的澆口結(jié)合處。粗基準(zhǔn)應(yīng)盡量選擇表面穩(wěn)定的，且只可一次性使用。

（3）選擇精基準(zhǔn)

應(yīng)根據(jù)基準(zhǔn)重合原則選擇精基準(zhǔn)，同時(shí)應(yīng)選擇精度較高、安裝較穩(wěn)定可靠的表面，其定位基準(zhǔn)應(yīng)該盡可能選擇裝配基準(zhǔn)或者設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，并且使所有工序中使用的定位基準(zhǔn)盡量保持一致，最大限度的確保該定位基準(zhǔn)能夠重合測量基準(zhǔn)。

3.夾具的分類

隨著機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)床夾具的種類日趨繁多，?？砂凑諔?yīng)用范圍、使用機(jī)床、夾具動(dòng)力源來分類。

3.1按應(yīng)用范圍分類

根據(jù)夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，機(jī)床夾具可分為通用夾具、專用夾具、可調(diào)整夾具和組合夾具等。

（1）通用夾具

通用夾具的結(jié)構(gòu)、尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，無需特殊調(diào)整就可用來加工一定范圍內(nèi)的不同工件，具有一定的通用性。常用的通用夾具包括：萬能分度頭、機(jī)用虎鉗、三爪自定心卡盤、頂尖、中心架和磁力工作臺(tái)等。

在單件小批量生產(chǎn)時(shí)，可考慮采用此類夾具。該類夾具的精度較低，在裝夾、找正和夾緊過程中，要求工人的技術(shù)必須熟練，而且對(duì)于結(jié)構(gòu)和工藝較復(fù)雜的工件較難裝夾。

（2）專用夾具

專用夾具是專為某一工件的某道工序設(shè)計(jì)制造的夾具。專用夾具只用于某種零件裝夾，因此無需考慮通用性，可做成整體結(jié)構(gòu)以提高夾具精度。專用夾具的設(shè)計(jì)制造一般需要1～2個(gè)月，設(shè)計(jì)周期較長、投資較大，但生產(chǎn)率和加工精度較高，所以常用在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中。在單件小批量生產(chǎn)中，如果工件的結(jié)構(gòu)與工藝特征比較復(fù)雜、加工精度要求較高時(shí)，也可考慮采用專用夾具。

（3）可調(diào)整夾具

通過調(diào)整或更換個(gè)別零部件，能適用多種工件加工的夾具，稱為可調(diào)整夾具?？烧{(diào)整夾具是針對(duì)通用夾具和專用夾具的不足而發(fā)展起來的一類新型夾具。它與專用夾具的根本區(qū)別在于，它適用于不同工件的安裝?？烧{(diào)整夾具分為兩部分：基本部分和可調(diào)整部分?；静糠质遣蛔兊?，但可調(diào)整部分可根據(jù)加工對(duì)象的改變，作相應(yīng)的調(diào)整或調(diào)換。因此對(duì)于不同類型和尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來夾具上的個(gè)別定位元件和夾緊元件便可使用。

（4）組合夾具

組合夾具由一套預(yù)先制造好的的標(biāo)準(zhǔn)元件及部件組裝而成，一般是為某一工件的某一工序組裝的。夾具用完可拆卸，清洗后留待組裝新的夾具。因此，它把專用夾具的設(shè)計(jì)、制造、使用、報(bào)廢的過程變?yōu)榻M裝、拆散、清洗入庫、再組裝的循環(huán)利用過程。這樣可用幾個(gè)小時(shí)的組裝周期代替幾個(gè)月的設(shè)計(jì)制造周期，從而可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，并且元件能重復(fù)多次使用，節(jié)省了工時(shí)和材料，特別適用于新產(chǎn)品試制和多品種小批量生產(chǎn)。因此，近年來組合夾具發(fā)展迅速，應(yīng)用較廣。組合夾具的主要缺點(diǎn)是體積較大，在結(jié)構(gòu)上往往剛性不足，精度上很難達(dá)到IT7級(jí)以上，而且一次投資多，使得組合夾具的推廣應(yīng)用受到一定的限制。

3.2按使用機(jī)床分類

夾具按使用機(jī)床不同，可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機(jī)床夾具、數(shù)控機(jī)床夾具以及其他機(jī)床夾具等。

3.3按夾具動(dòng)力源分類

按夾具動(dòng)力源分類，可分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、磁力夾具以及真空夾具等。

4.定位原理及提高定位精度措施

4.1定位原理

在空間三個(gè)互相垂直的坐標(biāo)系中，工件有六個(gè)自由度，要使其位置確定，必須設(shè)置六個(gè)僅且需要設(shè)置六個(gè)約束來限制自由度。要使工件在夾具上完全定位，必須在夾具上設(shè)置六個(gè)約束來限制工件自由度，這種方法稱為“六點(diǎn)定位”。

應(yīng)用六點(diǎn)定位原理，工件在夾具上的定位方法有多種，典型的方法有：三平面定位、一面兩銷定位、內(nèi)孔和端面組合定位、外圓柱面和端面組合定位等。

4.2提高定位面定位精度的措施

（1）輔助支撐機(jī)構(gòu)

由于機(jī)體輪廓尺寸較大，三點(diǎn)平面極易產(chǎn)生剛性不足現(xiàn)象，在夾壓和切削過程中產(chǎn)生彎曲和震動(dòng)，輕則影響工件加工質(zhì)量，重則產(chǎn)生打刀現(xiàn)象破壞刀具。所以必須增加輔助支撐機(jī)構(gòu)。

（2）定位面沖屑機(jī)構(gòu)

在工程實(shí)際中環(huán)境因素影響定位精度。在輸送吊裝過程中工件底面可能粘有鐵屑等雜物，吊裝過程中夾具定位面可能落有鐵屑等雜物。這些雜物如得不到及時(shí)清理，可能影響甚至破壞定位。因此采用了沖洗定位面的方法。

其工作原理：工件下落過程中用0.3？0.5Mpa的水柱射向工件定位面，沖洗工件定位面，水柱折射返回后沖洗夾具定位面。水柱的發(fā)射點(diǎn)一般設(shè)在夾具定位塊的側(cè)面，射流方向與夾具定位面不垂直。

（3）定位面氣隙檢查機(jī)構(gòu)

定位面經(jīng)過沖洗后定位，需要在切削前進(jìn)一步確定是否完全定位，此時(shí)僅憑人工觀察是無法確定，需要專門化的機(jī)構(gòu)來檢測。這就是定位面氣隙檢查機(jī)構(gòu)。

4.3提高定位銷定位精度的措施

定位后工件的轉(zhuǎn)角誤差變化范圍廣，而且隨機(jī)性比較大，誤差不宜控制。為保證工件加工合格需要減小轉(zhuǎn)角誤差。如果用提高定位零件的精度來達(dá)到減小轉(zhuǎn)角誤差的方法，其結(jié)果是設(shè)備成本急劇提高而收效甚微。所以采用推靠定位銷的方法，這種方法就是在工件定位后，給工件一個(gè)推力使工件側(cè)向移動(dòng)，兩個(gè)工件定位銷孔的母線與定位銷的母線在同側(cè)相接觸，這樣就將原來隨機(jī)變化的轉(zhuǎn)角誤差轉(zhuǎn)化為一個(gè)位移誤差和一個(gè)轉(zhuǎn)角誤差。

5.夾緊機(jī)構(gòu)

工件在夾具上完全定位后，并不是不能移動(dòng)的。如在本夾具的一面兩銷定位機(jī)構(gòu)中，雖然工件在主平面中定位，但施加外力可以使工件脫離主平面，破壞了原有的定位。為保證在加工過程中的切削力作用下，工件的位置始終不變和不發(fā)生振動(dòng)，夾具需設(shè)夾緊機(jī)構(gòu)。

5.1夾緊力遵循的原則

（1）夾緊力的大小

夾緊力的大小要足夠抵消切削過程中的外力總和，同時(shí)不能使工件自身發(fā)生壓變形、壓潰、壓裂等破壞。在切削力計(jì)算時(shí)，將工件及夾具看作是一個(gè)剛性系統(tǒng)，以加工過程中對(duì)夾緊最不利的狀態(tài)為對(duì)象，按靜力平衡條件進(jìn)行分析計(jì)算。這種計(jì)算是一種估算，為使夾緊可靠。

（2）夾緊力的作用點(diǎn)

為了減小夾緊力引起的定位誤差和工件變形，夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選擇在工件剛性較好的部位；應(yīng)盡量靠近加工部位；應(yīng)盡量作用在支撐上或支撐所組成的面積范圍內(nèi)。在工程實(shí)際中，當(dāng)切削力比較小，工件剛性較好，可將夾緊力作用在支撐所組成的面積范圍外，并盡量靠近該區(qū)域。

5.2夾緊機(jī)構(gòu)自鎖

為防止突然事故，夾具夾緊機(jī)構(gòu)一般要求自鎖。對(duì)大切削量的粗加工自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)必須采取機(jī)械自鎖，常見是用楔緊自鎖的方式。對(duì)切削力較小的切削加工自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)可允許采用其他方式自鎖，常見液壓夾緊采用液壓自鎖。

結(jié)論

軸類零件加工是整個(gè)工件工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)熟練掌握其相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及要求，明確軸類零件加工工藝規(guī)程的特點(diǎn)以及夾具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工要求以及需求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇合適的加工方法，從而提高加工質(zhì)量，保證整個(gè)工件質(zhì)量，提高工件生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]王建勛.機(jī)械零件加工中的機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2013（5）.