摘要：隨著數(shù)控機(jī)床在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，加工工藝日益先進(jìn)，大部分機(jī)械零部件都能通過多軸的機(jī)床進(jìn)行加工，但對于個別廠家，資金較為緊缺，暫時(shí)無法購置新型機(jī)床進(jìn)行加工，而一些零件尺寸及參數(shù)又需要保密，無法讓其他廠家進(jìn)行代加工。這時(shí)，一些形狀復(fù)雜的零件，就需要制作專用的夾具來進(jìn)行夾持。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；專用夾具；汽車零件；十字軸；生產(chǎn)效率

部分企業(yè)在發(fā)展過程中，沒有進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，在購置的設(shè)備中存在機(jī)床種類配比不均，導(dǎo)致購置設(shè)備后，出現(xiàn)部分設(shè)備使用較少或空置的情況。本文中介紹的十字軸零件，該企業(yè)之前一直采用數(shù)控銑床和加工中心進(jìn)行加工，但在裝夾工件的過程中，發(fā)現(xiàn)精度不易控制，在大批量生產(chǎn)中尤為突出，導(dǎo)致勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低下。同時(shí)，能進(jìn)行加工的數(shù)控銑床和加工中心只有2臺，而空置的數(shù)控車床有6臺，如果可以對空置的數(shù)控車床進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)改裝，讓數(shù)控車床也加入加工，就能有效地提高零件加工精度與加工效率。

本文通過對數(shù)控車床的夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)改裝，在制訂裝夾方案的時(shí)候考慮減少零件的裝夾次數(shù)，使零件安裝在專用夾具上后，可以經(jīng)過簡單的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)更換加工平面進(jìn)行加工。改造后的數(shù)控車床不單減少了零件加工的工序，也相應(yīng)減少了裝夾、找正等輔助時(shí)間有很好的效果。

1零件介紹

本廠承接的加工零件萬向接頭，又稱為“十字節(jié)”，是實(shí)現(xiàn)變角度動力傳遞的機(jī)件，用于需要改變傳動軸線方向的位置，它是汽車驅(qū)動系統(tǒng)的萬向傳動裝置的“關(guān)節(jié)”部件，圖1所示。造型類似于“十”字，需要對四個圓柱外形進(jìn)行加工，本文以十字軸主體作為研究對象。

2零件加工工藝分析

2.1結(jié)構(gòu)分析

如圖2所示零件，十字軸主體為一體造型，經(jīng)鍛造而成，形狀精度較好，對于提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量有較好的保證，本產(chǎn)品需要加工16000件，屬于大批量加工。

2.2精度分析

工件毛坯材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。工件加工完成后最大直徑25.6mm，公差需要控制在±0.08mm，零件4個方向加工的尺寸一樣，但需變換4個方向進(jìn)行加工。

為確保加工完成后與軸承外圈的配合，除了要保證零件的各項(xiàng)尺寸精度外，還需確保零件的形位精度要求。如同軸度、垂直度等，也要控制在0.02以內(nèi)。各處圓弧必須光滑，表面粗糙度Ra=1.6μm。

2.3加工要點(diǎn)

（1）采用數(shù)控車床加工回轉(zhuǎn)體，精度較高，但需要注意工件必須安裝在車床的中心軸上，否則加工過程中容易出現(xiàn)偏心和變形的情況，影響形狀精度和表面粗糙度。

（2）加工該零件時(shí)，已知待加工外圓直徑為Φ28mm，需加工長度為20mm，故切削加工量不大，因此在加工時(shí)可先將外圓粗車至Φ26.5mm，留1mm進(jìn)行精加工，以保證工件的表面粗糙度。

2.4擬訂加工方案

綜上所述，需設(shè)計(jì)一款可以將工件安裝于車床中心軸上，且?guī)в蟹侄妊b置，同時(shí)保證在使用分度裝置時(shí)，不用拆裝工件，分度裝置上帶有4個加工方向的調(diào)整點(diǎn)，可根據(jù)加工需要調(diào)整按鈕的進(jìn)行分度。

3定位及夾緊分析

3.1定位

工件是對稱件，4個加工方向?yàn)閳A柱形，可以采用V形塊進(jìn)行定位定心，如圖3，在工件的四個方向分布3塊V形塊造型，將工件放上安裝盤后，工件有3個方向受到限制，這樣既能保證工件定位基準(zhǔn)，也能讓夾具的夾緊裝置、工件中心以及車床主軸中心的同軸度得到保證。

本安裝系統(tǒng)對工件的定位可以簡化為圖4所示，圖中將工件放于初定位安裝盤上，工件x→、x⌒、y⌒受到限制，但工件y→、z→、z⌒、仍能上下移動和旋轉(zhuǎn)，所以需要在工件安裝盤上方加入鎖緊定位裝置，鎖緊裝置的構(gòu)造和安裝盤的構(gòu)造類似，加入鎖緊裝置后，可以限制自由度y→、z→、z⌒，而安裝盤限制的自由度有x→、x⌒、y⌒3個自由度，與鎖緊定位裝置配合后限制的自由度為x→、y→、z→、x⌒、y⌒、z⌒，屬于完全定位，使工件在夾具上保持準(zhǔn)確位置。

3.2夾緊力分析

夾緊力大小要適當(dāng)，要克服切削產(chǎn)生的切削力和工件轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力，夾緊力過大了會夾傷工件的表面，過小了則在加工時(shí)工件會松動，造成報(bào)廢甚至發(fā)生事故。

在工件完成定位后，還要進(jìn)行夾緊后才能進(jìn)行切削加工。所以，對本安裝系統(tǒng)面對的安裝對象而言，因?yàn)榧庸び嗔炕静淮螅看蔚倪M(jìn)給量也就更小，除了前1D9UbSuQUzmx7oCFNDKkGKLt/4j9hw/qbs+7n9tKPtk=面的粗加工部分，基本是對工件進(jìn)行精加工，因而其加工時(shí)的切削力也不是很大。而且使用手動夾緊時(shí)，可憑人力來控制夾緊力的大小，一般不需要算出所需夾緊力的確切數(shù)值，只是必要時(shí)進(jìn)行估算。進(jìn)行夾緊力計(jì)算時(shí)，通常將夾具和工件看作一剛性系統(tǒng)，以簡化計(jì)算。根據(jù)工件在切削力、夾緊力作用下處于靜力平衡，列出靜力平衡方程式，即可算出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)，作為所需的實(shí)際夾緊力。實(shí)際夾緊力一般比理論計(jì)算值大2～3倍。夾緊力三要素的確定，是一個綜合性問題。必須全面考慮工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝方法、定位元件的結(jié)構(gòu)和布置等多種因素，才能最后確定并具體設(shè)計(jì)出較為理想的夾緊機(jī)構(gòu)。

4夾具結(jié)構(gòu)構(gòu)思及設(shè)計(jì)方案

本夾具的夾緊裝置類似平口鉗，為了將工件幾個圓軸面定位準(zhǔn)確，把裝夾的部分機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改造，使之成為V型塊，能方便可靠地緊固零件幾個軸面，同時(shí)，將夾具體的底部進(jìn)行改造，讓其可以進(jìn)行分度，方便更換車削工作面。該夾具主要由莫氏夾體、分度回轉(zhuǎn)軸、分度定位器、回轉(zhuǎn)鎖緊裝置、開口鎖緊裝置、V形墊塊、U槽擋板架、工件定位支架和定位鎖定裝置等組成。夾具總裝如圖5：

4.1夾具夾緊裝置

圖6所示，該夾緊機(jī)構(gòu)原理類似于平口鉗，為了方便工件安裝定位，特地將夾緊的鉗口制作為類似V形塊的機(jī)構(gòu)，使工件放入該夾緊裝置就完成幾個方向的限位，然后旋轉(zhuǎn)鉗臺鎖緊螺栓，使V形活動壓塊下移，從而夾緊工件，并在機(jī)構(gòu)的前端增加了U形鎖緊架，在V形活動壓塊向下夾緊后，將支架扣上進(jìn)行鎖緊，同時(shí)將V形活動壓塊鎖緊，避免加工時(shí)晃動出現(xiàn)位置誤差。零件完全鎖緊的效果圖如圖7。

4.2夾具分度裝置

如圖8所示，該夾具的分度機(jī)構(gòu)使用彈簧式對定銷進(jìn)行分度，在分度回轉(zhuǎn)軸上分別有四個定位孔，對應(yīng)工件加工的四個位置；分度時(shí)，將底部回轉(zhuǎn)軸鎖緊螺母稍微松開，松開后，將彈簧對定銷拔起，此時(shí)可以操作分度回轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在回轉(zhuǎn)到定位孔時(shí)，彈簧式對定銷由于彈簧的性質(zhì)，自動回彈鎖緊，再把回轉(zhuǎn)軸鎖緊螺母擰緊，便定位完成。

5夾具操作步驟

夾具在使用時(shí)先將夾具的莫氏夾體通過莫氏錐柄安裝到車床主軸錐孔內(nèi)，使其與車床主軸錐孔緊密貼合以保證其同軸度要求，再通過螺栓進(jìn)行拉緊固定，限制夾具整體在數(shù)控車床的軸向竄動。

如圖9、圖10操作：夾具操作簡單，容易上手，主要部分為夾緊裝置和分度裝置組成，由分度裝置的轉(zhuǎn)軸通過圓柱銷與頂部的夾緊裝置進(jìn)行聯(lián)動。每次加工完一個工作面后，只需松開底部的回轉(zhuǎn)軸鎖緊螺母，拔起定位銷進(jìn)行工作平面的更換便可。

結(jié)語

使用該夾具投入生產(chǎn)，產(chǎn)品的質(zhì)量得到極大提升，生產(chǎn)效率也大幅地提高。不管是單件或是批量生產(chǎn)，針對此零件設(shè)計(jì)的夾具都能最大限度地提高機(jī)械加工的工藝性及經(jīng)濟(jì)性。

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作者簡介：江哲（1986—），男，漢族，廣東汕頭人，本科，中級，研究方向：機(jī)械加工。