曾燕玲，溫漢江

（韶關(guān)市技師學(xué)院，廣東韶關(guān) 512000）

0 引言

在機械加工中夾具的使用對保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率有著至關(guān)重要的作用，同時還可以提高普通設(shè)備的利用率。用好夾具，特別是高效夾具、專用夾具，對于提高生產(chǎn)效率的作用不亞于數(shù)控設(shè)備。

韶關(guān)市技師學(xué)院（下文簡稱為“我院”）實訓(xùn)處承接了一批外協(xié)機加工產(chǎn)品固定壓板（圖1），該零件要求中間孔mm，到邊孔中心距精度為±0.05 mm。工件材料為45#鋼，零件毛坯為仿型氣割成型件，形狀較為統(tǒng)一，工件外緣有切割渣，月產(chǎn)量2000～3000 件不等，屬定期中等批量生產(chǎn)。

圖1 固定壓板零件圖

1 難度分析

（1）工件的尺寸精度較高，內(nèi)孔直徑公差0.02 mm，中心距的位置精度±0.05 mm。

（2）數(shù)量方面屬于中等批量，我院的外協(xié)批量產(chǎn)品加工多數(shù)由機械實習的學(xué)生在實訓(xùn)老師指導(dǎo)下完成，學(xué)生對工序復(fù)雜的零件加工廢品率較高，對于工序簡單的工件加工合格率較高。

（3）如果用數(shù)控銑床加工，加工成本高，條件也不允許。用普通鏜床進行加工精度很難保證，廢品率較高，且加工周期較長。

（5）在普通車床花盤上裝夾工件，定位裝夾困難。花盤較大，且花盤上有螺絲、壓板，由學(xué)生進行操作存在一定危險性。

綜上所述，分析零件加工的難題，決定充分利用現(xiàn)有的設(shè)備，揚長避短，完成產(chǎn)品的加工。為了提高效率、提高產(chǎn)品合格率、降低生產(chǎn)成本，最大限度的擴展機床使用范圍，針對該產(chǎn)品進行夾具設(shè)計、制作和產(chǎn)品加工。經(jīng)對零件反復(fù)研究，結(jié)合加工設(shè)備數(shù)量及相關(guān)參數(shù)等綜合分析，決定設(shè)計固定壓板專用夾具的方式解決零件加工難題（圖1）。

2 加工工藝和固定壓板夾具設(shè)計原理

2.1 加工工藝

（1）用手磨機或砂輪機對毛坯的切割邊去切割渣、倒角1×45°。

（3）在搖臂鉆床上用Φ19.8 mm 臺階鉆鉆孔、擴孔一次完成，保證內(nèi)孔mm 的加工余量在0.1～0.2 mm，鉆模用V形塊和側(cè)面定位保證Φ20 mm 內(nèi)孔同心。

注意：每個工序加工后用锪孔鉆對工件內(nèi)孔進行倒角，以免毛刺對下一工序的定位夾緊造成影響。

2.2 固定壓板夾具設(shè)計原理

根據(jù)工件的加工工藝可得到工件以兩孔一面定位，兩孔一面定位有一個定位銷必須采用削邊銷，使用削邊銷時必須使其橫截面長軸垂直于兩銷連心線。削邊銷按標準制作，削邊銷接觸面積30%～40%。為保證零件的精度要求采用基準統(tǒng)一。在加工2 個Φ17 mm、1 個Φ42 mm、第2 個Φ20 mm 時，同時以第1個孔Φ20 mm 的軸心線為基準。

3 工件自由度分析

根據(jù)機械設(shè)計原理，1 個平面限制3 個自由度，1 個孔限制2 個自由度，2 個孔限制4 個自由度。工件以一面兩孔定位共限制7 個自由度，必產(chǎn)生重復(fù)定位現(xiàn)象。一面兩孔定位必須避免重復(fù)定位的存在，否則由于工件重復(fù)定位在夾緊力的作用下定位銷容易發(fā)生變形，從而影響工件的形位精度，甚至出現(xiàn)工件無法裝夾的問題。解決方法為：①提高每個工序的尺寸精度和形位精度；②提高夾具的精度；③采用削邊銷避免重復(fù)定位對加工造成的影響。

4 形位誤差和定位精度的分析

依自由度分析確定夾具采用平面、圓柱銷、削邊銷進行定位，將會產(chǎn)生一定的形位誤差，為保證兩孔的中心距離，必須使工件在夾具中的形位誤差滿足裝夾的精度要求。

4.1 形位誤差分析

基準不重合誤差是夾具制造時的偏心距誤差，為0.01 mm。夾具與機床主軸采用莫氏錐度配合，誤差可忽略不計。

夾具的定位誤差為：0.034+0.01=0.044 mm。

定位質(zhì)量評定：由于本工序尺寸公差為0.1 mm，則有0.1/3≈0.033 mm＜0.044 mm。因此，本定位方案可保證其中心距精度要求。

4.2 轉(zhuǎn)角誤差對圓弧面對稱的影響分析

零件裝夾采用一面兩銷定位時，2 個柱面定位副會產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)角誤差，其轉(zhuǎn)角誤差與軸銷孔配合的最大間隙、中心距有關(guān)。mm 孔與銷的最大間隙X1max為0.034 mm，中心距為240 mm，根據(jù)轉(zhuǎn)角誤差計算公式可得：

由此可知轉(zhuǎn)角誤差小，故工件在夾具中定位對工件的對稱影響不大，能滿足圖紙要求。綜上分析可知，本方案可保證零件的加工精度。

5 受力分析和強度校核

5.1 受力分析

5.2 強度校核

通過受力分析可知，削邊銷的變形主要受剪應(yīng)力和離心力的影響。剪應(yīng)力的大小主要由主切削力決定，離心力的大小主要由離心半徑、工件偏重、角速度等決定，因零件裝夾是對稱的，且轉(zhuǎn)速不高，所以受離心力影響不大（可在M16 處加一較大墊圈）。強度校核的重點是削邊銷軸的強度必須能夠克服主切削力造成的剪應(yīng)力。

（1）主切削力的計算：根據(jù)主切削力的近似計算公式，主切削力的大小主要與工件材料、切削深度和進給量有關(guān)。F2≈2000×ap×f，工件材料為鋼件，若車削時選取ap=2、f=0.15 mm/r，則F2=2000×2×0.15=600 N。

（2）剪應(yīng)力的計算：根據(jù)削邊銷軸直徑為Φ17 mm、截面積A=πR2=3.14×0.008 52≈0.022 7 m2，τ=Q/A=FZ/A=600÷0.022 7=26 431.718 1 Pa≈26.431 MPa

（3）強度校核：削邊銷軸的材料為45＃鋼，材料許用應(yīng)力為30 MPa。剪切強度條件為τ=Q/A≤［τ］，根據(jù)上述計算τ≈26.431 MPa＜［τ］，故削邊銷軸符合剪切強度要求。

6 夾具制作工藝

夾具由夾具體、定位裝置、夾緊裝置3 部分組成。夾具體與機床主軸內(nèi)錐孔相連接，為了增加加工過程的穩(wěn)定性，用M16的拉桿將其與車床主軸鎖緊（圖2）。

圖2 夾具組裝圖

其中，定位銷（圖3）、削邊銷（圖4）、6#莫氏錐柄（圖5）按圖紙工藝加工，具體工藝不贅述。

圖3 定位銷零件圖

圖4 削邊銷零件圖

圖5 6#莫氏錐柄零件圖

壓盤安裝盤零件圖如圖6 所示，具體加工工藝為：用仿型切割加工65 mm 厚的45#鋼板，直徑為320 mm→在車床上加工端面→車外圓至Φ314×40 mm→鉆通孔Φ40 mm→工件調(diào)頭加工外圓Φ314×25 mm→取工件總長為63 mm→工件調(diào)質(zhì)處理→上車床加工端面、外圓Φ312×40 mm→車通孔Φ42 mm→上數(shù)控銑床以車床最后加工外圓和端面定位，加工端面至長度為61 mm 及圖紙其他通孔、臺階孔至尺寸要求→把6#莫氏錐與壓盤配合并焊接（注意焊接對工件變形影響，可對角點焊這樣變形量最?。?140 或6132 車床上拆下車床卡盤，把夾具體安裝在車床上加工加工外圓Φ310 mm、壓盤長度（60±0.2）mm。

圖6 壓板安裝盤零件圖

7 夾具使用效率分析

固定壓板多件加工夾具可以在普通車床上使用也可以在數(shù)控車床上使用，通用性好。一次性裝夾3 件工件，生產(chǎn)效率提高3 倍以上。固定壓板多件加工夾具的定位面最后是在車床母機上加工端面，所以容易保證被加工工件的形位精度。其安裝位置在車床主軸內(nèi)錐孔上，定心較好，特別適合定期中等批量產(chǎn)品加工。相比產(chǎn)品在數(shù)控銑床上加工，加工成本更低。通過第一批固定壓板產(chǎn)品的加工使用，能夠保證產(chǎn)品的精度要求，生產(chǎn)效率可提高3～5 倍，可以縮短固定壓板的加工周期，達到夾具設(shè)計目的，獲得了客戶的高度認可。

8 結(jié)論

該夾具結(jié)構(gòu)簡單，夾具體材料采用45#鋼，具有生產(chǎn)周期短，見效快、成本低、加工制造方便與優(yōu)點。如果車削類似的零件，在夾具上割2 個孔即可在同一副夾具車削不同中心距的輥子固定板，使夾具利用率大大提高。