數(shù)控銑床銑槽夾具設(shè)計(jì)

梁慧妿

摘 要：數(shù)控銑床加工的工件大多比較復(fù)雜，經(jīng)常要加裝輔助夾具進(jìn)行加工。具體加工某種批量零件時(shí)，若通用夾具不能滿足加工需要，則需針對(duì)此批零件設(shè)計(jì)專門的夾具。筆者在實(shí)際批量生產(chǎn)加工一種傳力桿零件時(shí)就曾遇到了帶有曲線對(duì)稱零件加工銑槽的問(wèn)題，為此設(shè)計(jì)制造了一套銑槽夾具，用此夾具裝夾工件進(jìn)行加工，能有效地減少工件的裝夾和定位時(shí)間，提高了加工效率和加工精度。

關(guān)鍵詞：銑槽夾具 設(shè)計(jì)制造 夾具定位

夾具是機(jī)床和工件之間的連接裝置，夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度、形狀精度和尺寸精度。通常把確定工件在機(jī)床上或夾具中占有正確位置的過(guò)程稱為定位。當(dāng)工件定位后，為了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破壞定位，應(yīng)該用一定的機(jī)構(gòu)或裝置將工件加以固定。使工件在加工過(guò)程中保持定位位置不變的操作被稱為夾緊，將工件定位、夾緊的過(guò)程稱為裝夾。工件裝夾是否正確、迅速、方便和可靠，將直接影響工件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、制造成本和操作安全。

在銑床工作中，加工產(chǎn)品的前提是工件的裝夾要合理、牢固，其次是切削參數(shù)要選擇正確。銑床加工的大多數(shù)工件形狀復(fù)雜多樣，如果裝夾不合理、不牢固，在切削過(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，抗力較大，進(jìn)給速度較慢，影響生產(chǎn)效率，后果嚴(yán)重的會(huì)造成工件松動(dòng)、飛出，甚至造成設(shè)備損壞和人身傷害事故。

一、加工任務(wù)概述

有一批零件加工任務(wù)，要求在有限時(shí)間內(nèi)加工一批傳力桿零件，如圖1所示。這批零件已加工好其他的工序，本加工任務(wù)是加工一道寬12mm、深32±0.2 mm的槽。

工件材料為45#鋼，已加工過(guò)的大小孔徑分別為C=11 mm和D=24 mm，槽深為A=32±0.2mm，兩孔中心距為 42±0.02 mm，厚度為26 mm。

在加工槽時(shí)，槽的尺寸精度和表面粗糙度要求不是很高，由銑削直接加工就可以達(dá)到要求，其中槽的寬度由刀具的尺寸保證，槽的深度尺寸和位置精度由設(shè)計(jì)的夾具來(lái)保證。

筆者首先設(shè)計(jì)了方案一（如圖2所示），通過(guò)固定圓柱銷及V形塊實(shí)現(xiàn)定位。在實(shí)際工作中，第一種方案以圓柱和V形塊組合定位時(shí)，此零件總厚度為26±0.03mm，中間槽寬為12mm，余下的裝夾量最多為7mm。這樣V形塊比較薄且?jiàn)A住工件一邊，不易夾緊，輔助時(shí)間花費(fèi)太多，效率較低，且外圓表面系毛坯鑄件，精度較低，不能滿足工件的加工要求。因此筆者根據(jù)此零件的有關(guān)形位公差及精度要求的特點(diǎn)，又設(shè)計(jì)了方案二，此設(shè)計(jì)方案兩孔采用固定式圓柱銷及菱形銷定位，能方便裝夾銑削夾具，滿足零件的加工需求。

二、制訂夾具設(shè)計(jì)方案

1.夾具設(shè)計(jì)前應(yīng)充分了解情況

夾具設(shè)計(jì)一般是在零件的加工工藝過(guò)程制定之后，按照某一工序的具體要求來(lái)進(jìn)行的，專用夾具是針對(duì)某種具體的零件設(shè)計(jì)的，不會(huì)批量生產(chǎn)。優(yōu)良夾具的衡量指標(biāo)是：保證工件加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，排屑方便，操作安全、省力及制造容易、維護(hù)方便。夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)先充分了解以下幾個(gè)方面的情況。

一是讀零件圖，了解尺寸精度、技術(shù)要求，獲取零件的批量生產(chǎn)信息。二是確定零件加工工序，分析零件加工工藝，安排好各工序順序及工藝要求、各工序之前的工藝情況及本工藝之后的工藝要求。三是了解所用加工設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)、性能、精度及與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的形式及特性、精度。四是了解所用刀具的有關(guān)尺寸及其與夾具配合的要求。

2.夾具設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的關(guān)鍵點(diǎn)

夾具設(shè)計(jì)要滿足零件的質(zhì)量要求，其設(shè)計(jì)方案的正確與否，必然會(huì)影響零件的加工質(zhì)量。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮如下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：零件自由度的限制、定位基準(zhǔn)的合理選擇、定位元件的選擇及使用、零件加工允差和制定技術(shù)條件、夾緊力的作用點(diǎn)、方向及支承方式及零件批量大小的需要。

（1）定位基本原理在夾具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。當(dāng)零件未和任何表面靠住時(shí)，它是一個(gè)自由的物體，對(duì)3個(gè)互相垂直的坐標(biāo)面來(lái)說(shuō)，有6種活動(dòng)的可能性：3種是移動(dòng)，3種是轉(zhuǎn)動(dòng)。自由物體在空間的不同位置，就是這6種活動(dòng)的綜合結(jié)果，稱為自由度。當(dāng)物體的6個(gè)自由度被完全限制之后，該物體和空間的位置也就完全確定了，所以定位就是限制自由度。要使一個(gè)物體完全定化，必須限制6個(gè)自由度。但在特殊的條件下，可不完全定位或過(guò)定位。

（2）限制好零件的自由度。零件相對(duì)于夾具的自由度分為兩種：影響加工面位置尺寸或位置精度的自由度，稱為第一種自由度；不影響加工面位置尺寸及位置精度的自由度，稱為第二種自由度。當(dāng)考慮零件在夾具中的定位問(wèn)題時(shí)，首先要找出第一種自由度，它們必須要被限制。然后，再?gòu)某惺芮邢髁?、夾緊力的需要等方面考慮，對(duì)某些第二種自由度加以限制。

三、銑槽夾具的制造與應(yīng)用

1.加工傳力桿工件的銑槽夾具

針對(duì)圖1所示的零件，為解決它的裝夾問(wèn)題，以便在加工過(guò)程中能夠盡可能地提高效率、增大夾具剛性，使加工的零件達(dá)到工藝要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率，減少輔助時(shí)間，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)夾具（如圖3所示），此夾具是一個(gè)梯形直角塊，材料采用45#鋼，對(duì)兩孔采用固定式圓柱銷及菱形銷定位，此方案實(shí)現(xiàn)了工件的完全定位。對(duì)此工件的銑削加工，采用的是一面和兩個(gè)定位銷的原理，手動(dòng)夾緊，采用一個(gè)壓塊、一個(gè)螺母對(duì)其壓緊，具有足夠的剛度與強(qiáng)度，安放穩(wěn)定，工藝性好，實(shí)用安全。

2.銑槽夾具結(jié)構(gòu)組成及定位原理

本套夾具的結(jié)構(gòu)組成如下：夾具體、圓柱銷、棱形銷、壓塊、壓緊螺母。

定位原理：根據(jù)加工槽兩側(cè)面相對(duì)于中心面對(duì)稱要求，需要限制工件X方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、Y方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；根據(jù)加工槽寬度和深度要求，需要限制工件X方向移動(dòng)自由度和Z方向移動(dòng)自由度。但考慮到加工時(shí)工件定位的穩(wěn)定性，可以將6個(gè)不定度全部限制。采用一面和兩個(gè)定位銷的原理，用固定式圓柱銷及菱形銷實(shí)現(xiàn)定位，夾具體通過(guò)安裝在夾具體上的定向鍵，進(jìn)而與銑床的工作臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)夾具的固定，也可不用定位鍵，直接安裝在臺(tái)虎鉗上，都可確保零件的平行度和垂直度，傳力桿零件安裝在此夾具上可滿足工藝要求（見(jiàn)圖4）。

3.夾緊方式及元件選擇

對(duì)此工件的銑削加工，采用一面和兩個(gè)銷的定位原理，通過(guò)一個(gè)開(kāi)口壓塊、一個(gè)螺母對(duì)其壓緊。利用壓塊和螺栓，將每件傳力桿毛坯件壓在夾具體上。放置毛坯時(shí)，只需依靠直角板進(jìn)行裝夾，裝夾方便快捷，避免了工件在加工過(guò)程中受銑削力影響產(chǎn)生變形。

4.夾具的裝配要求

銑床夾具依靠夾具體底面和定向鍵側(cè)面與機(jī)床工作臺(tái)上平面及T型槽相連接，以保證定位元件對(duì)工作臺(tái)和導(dǎo)軌具有正確的相對(duì)位置。為了減小安裝時(shí)的誤差，安裝定向鍵時(shí)應(yīng)當(dāng)使它們靠向T型槽的同一側(cè)（圖5）。

5.夾具工作原理

短銷通過(guò)夾具體上的孔、本身的螺栓、螺母與夾具體緊緊連接。菱形銷也是通過(guò)同樣的方法裝夾，菱形銷上設(shè)置一長(zhǎng)螺紋，用于壓緊螺母對(duì)工件的夾緊。在夾具體的底平面上安裝定向鍵，用于與銑床工件臺(tái)面的連接與定位。工作時(shí)，只要把壓緊螺母、壓塊卸下，即可把工件套上，利用一面二孔進(jìn)行定位。當(dāng)工件套上去后，先裝入壓塊，再用壓緊螺母進(jìn)行夾緊。這時(shí)銑刀在導(dǎo)引裝置的引導(dǎo)下對(duì)待加工工件進(jìn)行加工，并且在導(dǎo)引裝置的作用下完成銑床對(duì)工件的銑槽工序。

四、小結(jié)

筆者研制的這套夾具操作簡(jiǎn)單，省時(shí)省力，裝卸工件時(shí)只需靠壓板緊定螺栓的松緊即可實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，零件的形狀是千差萬(wàn)別的，沒(méi)有任何一種夾具能適用于所有的零件。針對(duì)具體的零件加工要求，設(shè)計(jì)一些夾具、輔件，如運(yùn)用合理、得當(dāng)，則既能滿足加工零件的質(zhì)量和技術(shù)要求，又能降低生產(chǎn)成本，提高工作效率，降低廢品率。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱海芳.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

（作者單位：茂名市第二高級(jí)技工學(xué)校）