彭琛，張穎利

南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院 江蘇南京 210023

1 序言

盤類零件是機(jī)械加工中最常見的零件種類之一，且一般具有回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)及加工部位對(duì)稱的特點(diǎn)。因而，盤類零件夾具在設(shè)計(jì)時(shí)，多會(huì)借助圓形或其他具有回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱形狀來進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般情況下，將盤類零件裝夾到夾具上并固定后，往往是利用加工設(shè)備，一次性加工完設(shè)備可加工的部位。

但上述設(shè)計(jì)思路對(duì)于圖1所示的某企業(yè)待加工的異形盤類零件卻不適用。由圖1所示的零件圖樣可知，該零件有5個(gè)均布R80mm圓弧，要求圓弧長(zhǎng)度方向不得有錐度，零件全部倒角為1mm×45°。該零件經(jīng)過熱處理后，待加工部位的硬度達(dá)到60～62HRC。一般情況下，銑削加工設(shè)備中所用的刀具只適用于硬度＜60HRC的工件，硬度＞60HRC的工件，一般只能采用磨削加工，否則加工成本過高，經(jīng)濟(jì)性差。結(jié)合待加工零件自身的幾何特征，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且裝夾方便的專用夾具。

圖1 待加工異形盤類零件

2 現(xiàn)有夾具的設(shè)計(jì)缺陷

一般情況下，零件的定位方式和夾緊裝置是機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，將直接影響零件的加工精度[1]。對(duì)于圖1所示的類似零件，往往是利用零件中心的槽孔，設(shè)計(jì)穿心軸配合分度盤來進(jìn)行裝夾，或借助軸孔中的心軸與鎖緊螺母配合進(jìn)行定位[2，3]。但從圖1所示的待加工零件的幾何特征細(xì)節(jié)來看，零件的內(nèi)外結(jié)構(gòu)具有以下幾何特征。

1）該零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于裝夾和加工。

2）該零件外部結(jié)構(gòu)的截面雖然近似圓形，但實(shí)際卻是分別由5段R80mm和5段R20mm的圓弧所構(gòu)成，且R80mm和R20mm的圓弧中心不重合。

同時(shí)，由圖樣上的加工要求也可知，該零件在加工過程中還有以下難點(diǎn)。

1）待加工部位的硬度達(dá)到60～62HRC，一般只能采用磨削加工。

2）待加工部位的截面形狀不是規(guī)則的圓形，故在加工時(shí)不能使用普通的機(jī)床夾具進(jìn)行定位，而需要根據(jù)待加工部位的幾何特征來設(shè)計(jì)特殊的夾具，以確保零件的加工精度。

3）由于待加工部位雖是圓弧，但與中心圓孔的中心不重合，常規(guī)設(shè)計(jì)的夾具無(wú)法解決加工圓弧與工件中心不重合的情況，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)，僅能完成特定的回轉(zhuǎn)度，對(duì)72°的分度需求無(wú)法達(dá)成[1，4]。

如果采用傳統(tǒng)穿心軸配合分度盤或盛煥君等[3]的思路來設(shè)計(jì)夾具，則產(chǎn)品在加工的時(shí)候，分度盤不僅需要進(jìn)行計(jì)算和選擇適宜的分度孔，而且操作步驟繁瑣，需要多次調(diào)整才能完成1個(gè)零件的5個(gè)弧面加工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。除此以外，分度盤一般使用蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)來進(jìn)行控制，只能完成特定角度的回轉(zhuǎn)，如90°、60°、45°和30°，不適用于72°，加工精度無(wú)法保證。徐禮標(biāo)[5]提出的“利用‘誤差平均效應(yīng)’原理，以圓柱銷和鋼球?qū)Χǖ姆侄妊b置設(shè)計(jì)的快速分度定位盤類夾具”亦不適用于72°分度的特殊角度。此外，若使用平磨加工，R80mm的圓弧面無(wú)法加工出來。

綜上所述，傳統(tǒng)夾具的設(shè)計(jì)思路無(wú)法滿足零件的技術(shù)要求，需要另尋其他方案來進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)思路

由于傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)方案或其他已發(fā)表的夾具設(shè)計(jì)方法存在缺陷，針對(duì)圖1所示零件的具體幾何特征，可以打破傳統(tǒng)夾具一次性整體加工的方案，化整為零，用一種新的思路來設(shè)計(jì)。

1）利用某一具有和待加工零件相同分度參數(shù)的特殊夾具本體，通過特定的軸和一些標(biāo)準(zhǔn)件，將零件裝夾好。

2）一次裝夾時(shí)，需要同時(shí)安裝5個(gè)待加工零件，使得磨床加工5個(gè)工件不同位置的一段工作弧面。

3）這5處待加工圓弧如果從夾具本體正上方投影后，將其集聚到同一圓心，恰好可以看到這5處圓弧與單一零件待加工的5處圓弧重疊。

4）將待加工零件按同一方向同一方位依次裝夾，5次一組，即可完成5個(gè)零件所有待加工圓弧表面的加工。

這種設(shè)計(jì)方案，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但設(shè)計(jì)巧妙，僅需圓形底盤與定位軸和定位鍵配合，即可實(shí)現(xiàn)工件軸向和徑向定位。夾具的定位精度高，裝夾可靠。夾具雖然形狀特殊，但加工簡(jiǎn)便，制作成本低，且適宜大批量零件加工，可減少專用夾具的使用，并可應(yīng)用于相似結(jié)構(gòu)的異形盤類零件加工。

4 夾具設(shè)計(jì)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路，圖2所示夾具由以下幾部分組成。

圖2 夾具主體結(jié)構(gòu)

定位螺釘、定位平鍵、墊圈和緊固螺母均采用標(biāo)準(zhǔn)件，對(duì)應(yīng)的工作原理是：夾具主體定位軸兩頭采用緊固螺母，用來限制夾具主體定位軸和待加工零件的軸向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將夾具主體定位軸與夾具主體固定。

如圖2所示，由于夾具主體充分利用了待加工零件的幾何特征，在夾具主體的圓形表面上均勻分布了5個(gè)形狀以及尺寸相同的待加工零件定位孔，且待加工零件定位孔上的內(nèi)鍵槽的形狀、大小和朝向均相同。當(dāng)使用磨床加工零件時(shí)，按順序在夾具主體上放置好5個(gè)待加工零件，分別對(duì)5個(gè)零件的待加工圓弧進(jìn)行磨削加工。如果將這5段待加工圓弧的圓心集聚為1點(diǎn)，并將其投影到與夾具主體端面平行的平面后，恰好可以看出，這5處圓弧與單一零件待加工的5處圓弧重疊。因此，后面只要按順時(shí)針或逆時(shí)針方向?qū)⒋庸ち慵謩e裝夾到夾具主體內(nèi)其他的待加工零件定位孔內(nèi)鍵槽上，依次加工5次，就可以將5個(gè)零件的加工工作全部完成。由該夾具的幾何特征可見，工件裝夾簡(jiǎn)單，易于操作，且加工效率和可靠性均較高。

在車間利用相關(guān)機(jī)械加工設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品試生產(chǎn)驗(yàn)證，夾具及產(chǎn)品加工效果如圖3 所示。借助專用檢測(cè)工具進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的夾具完全能夠滿足待加工零件的機(jī)械加工要求。

圖3 夾具及產(chǎn)品加工效果

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，充分利用待加工零件自身的幾何特性，打破傳統(tǒng)整體裝夾加工形式，探索出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但易于加工制造的特種異形盤類零件夾具設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出的夾具不僅可以保證零件加工的精度和效率，而且便于裝夾和操作。文中提供的設(shè)計(jì)思路可以借鑒到其他相似零件的夾具設(shè)計(jì)之中。