鄒松林

（廣東省南方技師學(xué)院，韶關(guān) 512023）

在做機(jī)械加工過(guò)程中，筆者碰到一批來(lái)料加工零件，如圖1、圖2所示。由于工件數(shù)量大，交貨期短，通過(guò)分析圖紙，單件生產(chǎn)一般通過(guò)回轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)分度來(lái)逐一銑削工件的兩條槽，但是存在加工勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，特別是角度70°±2′不容易保證，無(wú)法滿足批量生產(chǎn)需要。因此，筆者設(shè)計(jì)了如下銑削夾具，在X52K立式銑床上加工零件，利用專用夾具加工，較好地滿足了產(chǎn)品的生產(chǎn)需要，提高了生產(chǎn)效率，順利完成加工任務(wù)。

圖1 零件圖

圖2 零件實(shí)體圖

工件特點(diǎn)：本次來(lái)料加工只對(duì)工件的對(duì)稱槽進(jìn)行加工。零件上：兩條對(duì)稱槽寬為mm；兩條槽對(duì)其中心線對(duì)稱度公差為0.03mm；對(duì)稱槽夾角為70°±2′；2×φmm為工藝定位孔。

1 夾具設(shè)計(jì)過(guò)程

1.1 設(shè)計(jì)原理

從圖1可知，兩條對(duì)稱槽中心線相交于O點(diǎn)，中心線夾角為70°±2′。因此，可以考慮把工件裝夾在一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)上，由2×φmm定位，把O點(diǎn)設(shè)計(jì)成與轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)軸的中心重合，同時(shí)將工件第一槽設(shè)計(jì)成與夾具基準(zhǔn)面平行的位置，然后通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和錐銷(xiāo)的定位，使轉(zhuǎn)盤(pán)連同所要加工的工件轉(zhuǎn)過(guò)70°，從而將工件所要銑削的第二槽也旋轉(zhuǎn)至銑削第一槽時(shí)的位置，這樣就能方便地銑削出兩條對(duì)稱槽。

1.2 定位方案

夾具設(shè)計(jì)中首先要解決的問(wèn)題就是工件的定位，即保證同一批工件在加工過(guò)程中處于夾具中相同的位置。

此夾具定位是把工件固定在轉(zhuǎn)盤(pán)上，工件表面和轉(zhuǎn)盤(pán)表面貼合，故采用兩個(gè)表面同時(shí)定位的組合定位方式。組合定位的方式有很多，生產(chǎn)中最常用的就是“一面兩孔”定位。采用一面兩孔定位時(shí)，存在一個(gè)定位平面和兩個(gè)定位孔，支承板和兩定位銷(xiāo)作為定位元件。本次加工中工件本身已具有兩個(gè)經(jīng)專用鉆模鉆出的工藝孔2×φmm，圓柱銷(xiāo)與工件定位孔配合選用φ5/f6。同時(shí)，為了防止工件在加工過(guò)程中因局部剛度較差產(chǎn)生受力變形或定位偏移等原因的影響，采用轉(zhuǎn)盤(pán)作為輔助支撐，來(lái)承受工件所受的重力、夾緊力和切削力等外力。具體定位方案如圖3所示。

圖3 定位方案

1.3 工件的自由度

該夾具采用一面兩孔定位方式，通常要求平面為第一定位基準(zhǔn)，所以工件的定位基準(zhǔn)是與轉(zhuǎn)盤(pán)重合的平面，限制工件z的移動(dòng)和x、y的轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)自由度，左邊圓柱銷(xiāo)中心線作為第二定位基準(zhǔn)，限制了工件x、y的移動(dòng)兩個(gè)自由度，右邊圓柱銷(xiāo)中心線作為第三定位基準(zhǔn)，限制了工件x的移動(dòng)和z的轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)自由度?？梢?jiàn)x的移動(dòng)被左右兩個(gè)圓柱銷(xiāo)重復(fù)限制，產(chǎn)生人們平時(shí)所說(shuō)的過(guò)定位現(xiàn)象，由于工件上面的兩個(gè)定位孔是經(jīng)專用鉆模鉆出，定位面和定位元件的尺寸、形狀和位置都做得很準(zhǔn)確，定位面光整，所以針對(duì)x的移動(dòng)這一個(gè)過(guò)定位不會(huì)影響工件加工面的位置尺寸精度，反而可以增加工件加工時(shí)的剛性，這種過(guò)定位是允許存在的。

1.4 夾緊方案

在機(jī)加工過(guò)程中，工件由于受到切削力、慣性力、離心力等外力因素的影響會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)或偏移等現(xiàn)象，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須在夾具中設(shè)計(jì)相應(yīng)的夾緊裝置將工件可靠地夾牢。

夾緊裝置由動(dòng)力源裝置、中間傳力機(jī)構(gòu)和夾緊元件三部分組成，根據(jù)工件加工要求、生產(chǎn)規(guī)模等情形，在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)應(yīng)做到夾緊力大小適當(dāng)，夾緊過(guò)程不破壞工件的定位，整個(gè)機(jī)構(gòu)操作方便，安全省力?；谝陨显?，本套夾具夾緊包括兩部分，工件在轉(zhuǎn)盤(pán)上的夾緊和轉(zhuǎn)盤(pán)在夾具底板上的夾緊。根據(jù)夾緊力大小的要求、工作高度尺寸的變化范圍、夾具上夾緊機(jī)構(gòu)允許占有的部位和面積等因素，采用螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)來(lái)固定工件和轉(zhuǎn)盤(pán)，如圖4所示。

圖4 螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)

1.5 轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和分度定位

轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)由一個(gè)回轉(zhuǎn)軸、回轉(zhuǎn)軸襯套、轉(zhuǎn)盤(pán)壓緊螺桿、轉(zhuǎn)動(dòng)手柄等元件組成。通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)可以實(shí)現(xiàn)固定在轉(zhuǎn)盤(pán)上的工件中兩個(gè)待加工槽旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到加工位置定位后將轉(zhuǎn)盤(pán)鎖緊。轉(zhuǎn)盤(pán)上的回轉(zhuǎn)軸與回轉(zhuǎn)軸襯套配合選用φ30H6/g5，為了提高配合精度，配合間隙一般不大于0.005mm，且要求轉(zhuǎn)盤(pán)靈活自如地轉(zhuǎn)動(dòng)。

轉(zhuǎn)盤(pán)的分度定位主要由定位錐銷(xiāo)、彈簧固定套、錐銷(xiāo)手柄、錐銷(xiāo)復(fù)位彈簧、底板分度襯套、轉(zhuǎn)盤(pán)分度襯套、轉(zhuǎn)盤(pán)定位螺栓、支承板等元件組成。用于工件定位的兩圓柱銷(xiāo)和分度襯套相應(yīng)裝配孔的加工，安排在轉(zhuǎn)盤(pán)外形和底板加工合格并組裝完成后，用精密坐標(biāo)鏜床來(lái)加工，保證圓柱銷(xiāo)位置（105±0.005）mm和分度角度70°的要求。

1.6 夾具體的設(shè)計(jì)

夾具體是夾具的基礎(chǔ)件。夾具體的基面與機(jī)床連接，其他工作面則裝配各種元件和裝置，以組成夾具總體。

夾具體的設(shè)計(jì)一般有鑄造結(jié)構(gòu)、鍛造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)、拼裝結(jié)構(gòu)等，本套夾具采用的是拼裝結(jié)構(gòu)。為了提高夾具在機(jī)床上的安裝穩(wěn)固性和動(dòng)態(tài)下的抗振性能，在進(jìn)行夾具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，各部位的布置應(yīng)緊湊，加工面盡可能靠近工作臺(tái)面，以降低夾具的重心。

選擇夾具體毛坯結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)合理性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性、標(biāo)準(zhǔn)化選擇裝配結(jié)構(gòu)。根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置以及其他輔助機(jī)構(gòu)確定夾具體外形尺寸為445mm×315mm×135mm，如圖5、圖6所示。

2 夾具工作過(guò)程

2.1 夾具的安裝與調(diào)整

在X52K立式銑床上，先用百分表找正基準(zhǔn)面并將夾具緊固在銑床工作臺(tái)上，再移動(dòng)銑床找正回轉(zhuǎn)軸，使得銑床主軸中心與夾具上的轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)軸中心同軸，接著鎖緊銑床橫向絲杠，使銑床只作縱向和升降兩種運(yùn)動(dòng)，來(lái)保證銑削兩槽時(shí)對(duì)稱度0.03mm的要求。

圖6 銑第二槽實(shí)體圖

圖5 銑第一槽實(shí)體圖

2.2 銑削對(duì)稱槽的加工

夾具安裝調(diào)整完后，就可以進(jìn)行試加工。先將工件通過(guò)兩個(gè)圓柱銷(xiāo)放在轉(zhuǎn)盤(pán)上，擰緊工件上兩塊壓板的螺母，將工件夾緊，此時(shí)定位錐銷(xiāo)在復(fù)位彈簧的作用下，自動(dòng)嵌入底板分度襯套內(nèi)，再擰緊兩塊轉(zhuǎn)盤(pán)上壓板的螺母，將轉(zhuǎn)盤(pán)緊固在底板上，接著就可以裝上專用銑刀，調(diào)整銑刀高度，搖動(dòng)銑床縱向螺桿進(jìn)行切削，即完成工件第一槽的銑削。結(jié)束后銑削第二槽，先把銑床工作臺(tái)搖低至工件脫離銑刀切削范圍，松開(kāi)轉(zhuǎn)盤(pán)壓板螺母（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺母半圈至一圈），再拔起定位錐銷(xiāo)的手柄，使定位錐銷(xiāo)克服復(fù)位彈簧的阻力，從底板分度襯套內(nèi)退出，同時(shí)推動(dòng)手柄，將轉(zhuǎn)盤(pán)連同工件旋轉(zhuǎn)至另一定位螺栓處，松開(kāi)手柄，定位錐銷(xiāo)在復(fù)位彈簧作用下，自動(dòng)嵌入底板另一分度襯套內(nèi)，再次擰緊兩塊轉(zhuǎn)盤(pán)壓板螺母，將轉(zhuǎn)盤(pán)緊固在底板上，上升銑床工作臺(tái)，搖動(dòng)銑床縱向切削，便完成第二槽的銑削，最后松開(kāi)工件壓板上的螺母，轉(zhuǎn)開(kāi)壓板，取出工件，完成工件兩條對(duì)稱槽的銑削加工。為了方便工件的取出，在轉(zhuǎn)盤(pán)上預(yù)先開(kāi)兩個(gè)長(zhǎng)槽（在圓柱銷(xiāo)附近）。

2.3 銑床縱向進(jìn)給控制原理

在實(shí)際加工過(guò)程中，首先用百分表找正回轉(zhuǎn)軸，使得銑床主軸中心與回轉(zhuǎn)軸中心同軸，然后裝夾工件，手動(dòng)操作銑床工作臺(tái)縱向進(jìn)給，使工件沿著Y軸負(fù)向進(jìn)給48.92mm（通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算得來(lái)，如圖7所示）。此時(shí)的銑床主軸中心定位在工件槽上半部分半圓的圓心A點(diǎn)。為了后續(xù)批量加工時(shí)方便，此時(shí)可以旋轉(zhuǎn)銑床縱向進(jìn)給轉(zhuǎn)輪刻度盤(pán)，使得轉(zhuǎn)輪刻度盤(pán)歸零。接著，下降銑床主軸開(kāi)始銑削第一槽，手動(dòng)控制銑床縱向進(jìn)給，沿著Y軸負(fù)方向進(jìn)給40mm，完成第一槽的加工。此時(shí)，主軸中心定位在工件槽下半部分半圓的圓心B點(diǎn)。更換φ10的鍵槽銑刀，控制銑床工作臺(tái)從B點(diǎn)→A點(diǎn)路線縱向進(jìn)給，完成第一槽的精銑過(guò)程。結(jié)束后，上升銑床主軸，將轉(zhuǎn)盤(pán)連同工件旋轉(zhuǎn)至另一加工槽位置，重復(fù)前面過(guò)程，就能順利加工出工件上的第二槽。更換工件，進(jìn)而完成批量生產(chǎn)的任務(wù)。

2.4 工件兩條對(duì)稱槽的檢驗(yàn)

利用塞規(guī)的通止端進(jìn)行兩條槽寬（mm）的檢驗(yàn)，綜合位置量規(guī)檢驗(yàn)兩槽對(duì)稱度為0.03mm。

2.5 兩對(duì)稱槽分粗、精銑加工

粗銑時(shí)，采用φ8的鍵槽銑刀，精銑時(shí)采用φ10的鍵槽銑刀。粗精銑使用同一夾具，銑削過(guò)程也完全相同。

3 夾具設(shè)計(jì)精度分析

為保證夾具設(shè)計(jì)的正確性，要對(duì)夾具的精度進(jìn)行分析。

圖7 銑床銑槽時(shí)縱向進(jìn)給原理

3.1 定位誤差的分析與計(jì)算

定位誤差產(chǎn)生的原因分析，不論是基準(zhǔn)不重合誤差還是基準(zhǔn)位移誤差，皆是由定位引起的，因此統(tǒng)稱為定位誤差，定位誤差是基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差的綜合結(jié)果。

本套夾具采用一面兩孔的方式定位，下面通過(guò)分析計(jì)算加工精度參數(shù)在該定位方案下產(chǎn)生的定位誤差來(lái)校核定位方案的可行性，如圖8所示。

（1）當(dāng)設(shè)計(jì)尺寸位于兩定位孔之間時(shí)（即H1尺寸），其最大定位誤差出現(xiàn)在基準(zhǔn)產(chǎn)生垂直方向平移和轉(zhuǎn)動(dòng)（±θ1）組合的情況。定位誤差ΔP（H1）為：

式中，ε1max為定位孔1和定位銷(xiāo)1配合的最大間隙（下同）；ε2max為定位孔2和定位銷(xiāo)2配合的最大間隙（下同）。

（2）當(dāng)設(shè)計(jì)尺寸位于兩定位孔外側(cè)時(shí)（即H2或H3尺寸），其最大定位誤差出現(xiàn)在基準(zhǔn)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)角（±θ1）的情況。定位誤差ΔP（H2）和ΔP（H3）分別為：

（3）設(shè)計(jì)尺寸剛好位于定位孔1和定位孔2軸線的垂直上方（或垂直下方）時(shí)，其定位誤差ΔP（H4）和ΔP（H5）分別為：

從以上五個(gè)公式可以看出，當(dāng)設(shè)計(jì)尺寸和兩定位銷(xiāo)的銷(xiāo)心距一定時(shí)，定位誤差的大小只與和兩個(gè)參數(shù)ε1max和ε2max有關(guān)，即只與孔1和圓柱銷(xiāo)1、孔2和圓柱銷(xiāo)2的最大配合間隙有關(guān)。因此，減小ε1max和ε2max是提高定位精度的有效途徑。本套夾具中兩圓柱銷(xiāo)與工件定位孔配合選用φ5/f6，完全符合加工精度要求。

圖8 X方向設(shè)計(jì)尺寸的基本誤差

3.2 夾具分度定位精度分析

本套夾具中采用錐銷(xiāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)定位。在制作定位錐銷(xiāo)和分度襯套加工工藝過(guò)程中，先將裝在轉(zhuǎn)盤(pán)和底座上的兩個(gè)定位襯套按長(zhǎng)度方向合為一體，經(jīng)過(guò)淬火后，在磨床上先磨定位襯套內(nèi)孔錐面，再以定位襯套內(nèi)孔錐面為基準(zhǔn)，磨削襯套外圓，這種外錐面和內(nèi)錐面配磨的方式，保證了90%以上配合接觸面，最后，利用線切割機(jī)床將連為一體的襯套割成兩件。在后期的實(shí)際加工過(guò)程中，工件加工完第一槽后通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)加工第二槽，工件定位準(zhǔn)確，完全能保證零件圖上兩槽中心線夾角70°±2′的工藝要求。

4 結(jié)語(yǔ)

此次設(shè)計(jì)的銑削對(duì)稱槽專用夾具，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，能保證工件的加工技術(shù)要求。在實(shí)際應(yīng)用中，它極大地提高了生產(chǎn)效率，且加工的工件同一性高，大大降低甚至消除了對(duì)刀誤差等原因造成的產(chǎn)品報(bào)廢，節(jié)約了原材料，確保了產(chǎn)品保質(zhì)保量按期完成。