姚東升

（汕頭市高級技工學校，廣東 汕頭 515041）

在切膜機中，切刀軸是整個機器的關鍵零件，對整個機器質量起著非常重要的作用。因此，在生產(chǎn)加工中，將切刀軸的銑削加工工序列為關鍵工序，并對其嚴格控制。由于該零件的加工精度要求高，并且需多次裝夾校正，產(chǎn)品合格率及生產(chǎn)效率都非常低，嚴重制約著廠家的生產(chǎn)效率。為了提高生產(chǎn)率，本人在摸索、總結經(jīng)驗的基礎上，與廠家技術人員多次協(xié)商，設計了與之相適應的帶自定心結構的可翻轉的組合式切刀軸銑削夾具?，F(xiàn)以某型號切刀軸（如圖1）為例介紹如下：

圖1　某型號切刀軸零件圖

1　零件的加工特點

該廠切刀軸零件的機加工過程是：車加工好毛坯及整個切刀軸外形及φ12mm內孔至尺寸，后用立式加工中心完成銑削三個鍵槽，兩個20mm槽及多個螺紋孔及階梯孔、斜孔的加工。這個流程需要裝夾7次，除了斜孔加工精度要求不高，可在普通鉆床上完成外，加工中心上面加工的四面有三次需要使用百分表校正，輔助時間非常多。

在銑削過程中，加工部分分布在切刀軸的四面，20mm的裝刀槽要求的平行度、對稱度為0.03mm，是整個加工過程中的重點和難點，是產(chǎn)生廢品的主要原因。

為保證產(chǎn)品尺寸及形位精度的要求，確定定位基準及如何定位尤其重要。在此前，本人了解到廠家加工原來的加工方案是在工作臺上安裝好定位塊，每次裝夾都要使用百分表找正，來保證20mm槽的平行度與對稱度，整個加工過程需要多次裝夾，輔助時間很長，嚴重影響加工精度。為了解決該問題，廠家技術人員也嘗試做過夾具但效果不理想。后來聯(lián)系其他廠家，使用四軸加工中心加工，但由于技術原因，質量不穩(wěn)定，同時加工費用昂貴，使得該廠不得不放棄外加工這一選擇。由于該零件批量并不大，廠家沒有打算自己購置四軸加工中心，致使該問題一直沒有得到有效的解決。

通過校企合作，本人了解到這個問題，在與技術人員深入交流后，了解了產(chǎn)品加工的順序和要求，認為可以重新設計一套夾具來解決這個問題，但新夾具的設計與制造必須考慮以下幾點：

（1）要保證行切刀軸在整個加工過程中的軸跳動要滿足加工要求。

（2）要適應不同型號的切刀軸。

（3）要滿足前兩點，若每個工件仍靠人工校正并每次調整程序上的坐標值，這不利于發(fā)揮立式加工中心的高效率，必須通過設計合適的夾具來保證。

（4）考慮加工效率，兩個 φ12 mm的 45°斜孔（過線孔）加工精度不高可單獨制作夾具，也可另行安排其他工序單獨加工。

（5）可參考四軸加工中心的加工方式，采用一頂一夾的裝夾方式，但要注意有效消除夾頂裝置形位誤差對加工的影響。考慮加工零件長短不一，部分零件尺寸規(guī)格過長，所以夾具采用分體式，即整套夾具由三大部分組成。

（6）零件右端 φ12mm過線孔應和整個毛坯軸一同加工出來，同時與毛坯軸的外圓同軸度誤差不大于0.01mm。

（7）該零件屬于細長軸類加工，加工過程中零件受力變形嚴重影響零件的加工質量，設計夾具時要充分考慮如何解決這個問題。

2　夾具的結構和定位原理

基于上述考慮，我們設計了一種帶自定心結構的可翻轉組合式的加工夾具，如(圖2)所示。該夾具主要三部分組成，分別是左側的夾緊分度裝置，中間的雙向平口鉗夾緊機構和右側的頂針機構。其中，左側的夾緊分度機構由三爪卡盤，定位芯軸，分度法蘭盤，左底座，左支架，插銷，阿基米德螺線凸輪塊和鎖緊螺母等組成。中間的雙向平口鉗夾緊機構由底座和雙向平口鉗組成，右側的頂針機構由頂針，右支柱，鎖緊螺釘，右底座，絲桿，螺母，燕尾導軌座，壓板，鑲條,軸承等組成。

圖2　切刀軸夾具結構示意圖

將夾具的三部分夾具分別置于機床工作臺，通過T形槽用螺栓緊固。利用插銷和阿基米德螺線凸輪塊將三爪卡盤定住，再將車工加工好的毛坯夾緊，注意先不要夾緊，利用扳手扳動絲桿，帶動頂尖頂緊，使毛坯左側端面貼緊定位芯軸后，鎖緊三爪卡盤，最后使用雙向平口鉗夾緊工件，完成第一次裝夾。待工件第一面（有鍵槽的一面）加工好后，松開阿基米德螺線凸輪塊和頂針，拔起插銷，轉動分度法蘭盤90°后，插進插銷，先后緊固阿基米德螺線凸輪塊和頂針，完成二次裝夾，進行第二面加工，以此類推，完成第三面和第四面的裝夾和加工。

整套夾具在整個加工過程中需要不停翻轉，很容易產(chǎn)生累計誤差，影響產(chǎn)品精度，這就要求夾具要安裝的非常精準，安裝過程采用基準棒先裝夾在夾具上，通過百分表找正基準棒，使三部分的夾具處在合適的高度和位置上。

3　設計制造中的幾個關鍵問題

（1）定位芯軸與左支撐板的連接方式，定位芯軸在本套夾具中非常重要，它的主要作用一是給工件在X軸方向做定位面，二是連接左支撐板和分度法蘭盤，三是作為分度法蘭盤旋轉分度的軸?？紤]定位芯軸的作用，就要確保位置固定的同時，在轉動過程中不能產(chǎn)生軸向或徑向的跳動，定位芯軸的轉動是與左支撐板之間發(fā)生，所以定位芯軸與左支撐板的連接方式就要注意。

經(jīng)過與技術人員協(xié)商，我們決定不按照一般軸的安裝方式，即利用軸承將軸的位置固定，這樣在翻轉或受力時容易使定位芯軸差生累積誤差或者傾斜、跳動，影響加工精度。我們采用先轉動后定位軸的方式，利用定位芯軸的錐面與左支撐板的錐面配合定位。松開阿基米德螺線凸輪塊后，定位芯軸可以自由移動和旋轉，但緊固阿基米德螺線凸輪塊后，定位芯軸的位置就固定了，而且每次旋轉后的定位基準未變，所產(chǎn)生的誤差將會很小，進而保證加工質量。

（2）定位心軸與分度法蘭盤的加工與連接，分度法蘭盤連接著三爪卡盤，定位芯軸的轉動帶動分度法蘭盤轉動，也就是帶動著三爪卡盤轉動，那么，三爪卡盤的軸線與定位芯軸軸線之間的重合度誤差將嚴重影響產(chǎn)品質量，即兩個20mm寬的裝刀槽對稱度和平行度無法保障。針對這個問題，我們決定先把分度法蘭盤的毛坯與定位芯軸的毛坯連接好，焊接，時效處理后，再加工分度法蘭盤兩面與定位芯軸整體，將兩個零件當成一個零件來加工，這樣可大大降低兩條軸線重合度的誤差。

（3）頂尖的移動方式，頂針的主要作用就是支撐和定位，其主要動作就是前后移動，考慮定位作用時就要注意頂針在受力時不能產(chǎn)生任何徑向跳動，否則零件的對稱度和平行度將無法得到保證。進過討論，我們決定將頂針與右支撐柱利用鎖緊螺釘固定死，這樣頂針在受力時不會因為與配合孔的間隙產(chǎn)生徑向跳動，影響產(chǎn)品加工。右支撐柱與燕尾滑板連接在一起，利用燕尾槽結構和絲桿螺母結構前后移動，帶動頂針完成支撐和定位的功能。

（4）夾具的調整，本套夾具是組合式可翻轉的，零配件較多，任何一個零件的尺寸誤差都可能使整套夾具失去作用，而在保證零配件尺寸的同時，由于整套夾具由三大部分組成，安裝調整至關重要。本套夾具安裝的重點在于左側三爪卡盤的軸線和右側頂針的軸線同軸度誤差不大于0.015mm，兩者與機床坐標軸的平行度誤差不大于0.015mm。而且三爪卡盤180°翻轉后也要達到這樣的精度。才能保證20mm槽的加工精度。

（5）中間雙向平口鉗夾緊問題，該零件長度比較長，加工中很容易產(chǎn)生變形，而夾具本身是屬于旋轉分度結構，翻轉后因零件變形所產(chǎn)生的誤差將使零件精度超差，產(chǎn)生廢品，為了解決零件在加工過程中變形的問題，就必須增加零件的剛性，為此我們考慮在零件中間使用雙向平口鉗夾緊，增加零件在加工時的剛性?？紤]零件被夾具左右兩部分一夾一頂?shù)难b夾方式已經(jīng)完成定位，雙向平口鉗的夾緊會產(chǎn)生過定位現(xiàn)象，同樣影響零件質量，我們使用鋁料制作雙向平口鉗的鉗口，這樣在保證增加零件剛性的同時，不影響零件的定位，避免了過定位的發(fā)生。

4　夾具定位誤差分析及夾緊力分析

4.1　定位誤差分析

造成定位誤差的原因來自兩個方面：一是定位基準與工序基準不重合，由此產(chǎn)生基準不重合誤差△B；二是定位基準與限位基準不重合，由此產(chǎn)生基準位移誤差△Y。因此定位誤差便這兩項誤差之和即為：△D=△B+△Y。

為了減少定位誤差給加工帶來加工誤差，本夾具選擇了彈簧插銷定位裝置來作為工件加工的翻轉角度限位。因為它是利用“插銷錐頭配合插入裝夾板錐孔”的方式，來消除翻轉后，翻轉角度定位不準造成的不利影響。使這些誤差或偏差相對于所定中心的位置，能均勻而對稱地分配在裝夾板的定位基準面上。只要夾具元件制造保證精度，則上述的△B和△Y幾乎可以忽略不計。

圖3　夾具鎖緊受力圖

4.2　夾緊力的分析

在加工過程中，要保證工件不離開定位的正確位置，夾具就必須有足夠的夾緊力來平衡切削力、慣性力、離心力及重力對工件的影響。本夾具的鎖緊裝置利用阿基米德螺線端面凸輪機構組成，其特點是具有鎖緊力大；自鎖性能好；并可實現(xiàn)快速夾緊和快速松夾等。

由于阿基米德螺線凸輪其工作面與矩形螺紋工作面完全相同，所以可按螺紋鎖張力來計算受力圖 （如圖 3）所示。

由受力圖分析向下拉緊力可由：

由上式計算結果可知該結構具有足夠的鎖緊力，完全可達到鎖緊要求。

4.4　夾具自鎖能力的校核

本夾具采用阿基米德螺線凸輪機構其導程為20mm，凸輪圓柱直徑為80mm。因此螺線升角為：根據(jù)45#鋼的靜摩擦系數(shù)，其摩擦角，根據(jù)自鎖條件，則該機構具有較強的自鎖能力。

4.5　夾具的主要優(yōu)點

該夾具具有以下優(yōu)點：

（1）定位精確，自定心效果好，且操作簡單，方便裝卸。

（2）各個零配件形狀簡單，自己工廠就可以加工，節(jié)省加工成本。

（3）產(chǎn)品質量得到顯著改善，尺寸精度及形位公差得到了保證。

（4）減少了每件產(chǎn)品用百分表精校的麻煩，現(xiàn)只需對首件或前幾件產(chǎn)品校驗，中途按比例抽檢即可，節(jié)省了校正時間，效率明顯提高，比較原來的加工方式效率提高接近5倍，合格率也大幅提高。

5　結語

本次針對切刀軸零件進行分析，并對該零件設計出一套應用夾具，簡化了裝夾難度，降低勞動強度和操作技術要求，從而提高了加工質量和工作效率，而且裝夾定位原理比較簡單適用于員工技術水平不等的班組加工生產(chǎn)，獲得廠家的肯定。最后說明，該夾具具有一定的通用性，通過調整右側頂針機構的位置與頂針的大小，還可以裝夾其他型號的切刀軸，擴大了這套夾具的使用范圍。

【參考文獻】

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