車床夾具模具設計與應用技術的探討

裴傳棟 李家強

摘 要：車床夾具能使工件準確、迅速而方便地定位并夾緊，從而能夠保證產品質量，提高勞動生產率及減少勞動強度等。在車床上加工的零件基本上都是旋轉體工件，因此必須要保留一個自由度才可以進行切削加工。車床加工內外錐面的夾具，采用基孔制定位，以工件的加工面為定位基準模具的設計，主要通過合理選用材料，增強模具的剛度、使用壽命，合理設計模具構造，減少沖力作用，經過機械加工、熱處理等各種工序加工處理，增強模具的韌性，提高精度，使模具達到剛度強、韌性強、使用壽命長、精度高。

關鍵詞：車床夾具；模具設計

1 前言

車床夾具是將工件進行定位、夾緊，將刀具進行導向和對刀，以保證工件和刀具之間相對位置關系的輔助裝置，如卡盤、各種鉆模等。輔助工具是將刀具在機床上進行定位、夾緊的裝置。工藝裝備是在加工過程中使用的刀具、夾具及其他輔助工具。在機械加工中，工件的安裝包括定位和夾緊兩個過程。夾緊裝置是機床夾具的重要組成部分，其性能對夾具的使用性能影響很大，在夾緊過程中應保持工件的良好定位，夾緊裝置應結構簡單、便于制造，夾緊力要可靠、適當。設計和選用夾緊裝置的關鍵是正確地施加夾緊力，然后選用和設計適合的夾緊機構來保證實現(xiàn)工件可靠地夾緊。

在車床上切削加工工件技術難度較大，對車工操作技術水平及熟練程度要求較高，經常面對加工特殊工件及機床夾具模具設計應用等工作，在機械加工中采用夾具，工件加工表面的尺寸精度和位置精度主要是由夾具來保證。夾具能使工件準確、迅速而方便地定位并夾緊，從而能保證產品質量，提高勞動生產率及減少勞動強度等。采用預先調整好的機床和刀具來加工，就可穩(wěn)定地獲得加工精度，特別是在成批、大量生產中能比較容易地保證零件的互換性。以下是總結出的在車床上夾具模具設計應用等的常用方法。

2 主要設計原理

在機床機械加工工藝過程中，夾具設計的基本原則是經濟和適用。車床上加工的零件基本上都是旋轉體工件，因此必須要保留一個自由度才可以進行切削，工件的外圓加工精度要和夾具的內孔精度保持一致。

夾具的設計標準是好使用、好制造、好維修。這種方式就是中心定位基準與中心定件的裝卡原理，同時也完全符合了六點定位法則原理，即利用中心定位基準與中心定件消除了旋轉體的5個自由度，即繞OX、OZ向的轉動自由度和OX、OZ的平行移動，通過壓帽的鎖緊可以消除一個自由度，即OY的平行移動。凡在車床上加工的零件多為旋轉體工件，要保留一個自由度才可以進行切削加工。使用可靠的夾具，能夠保證加工質量，實現(xiàn)相互位置精度的保證、精度一致性的保證等。

工件可以近似地看作一個自由剛體，要使工件在某個方向有確定的位置，就必須限制該方向的自由度，當工件的6個自由度都被限制后，在空間的位置就完全確定下來。工件在加夾具中的位置有6個自由度，要限制這6個自由度需要在夾具上按一定要求，布置6個支撐點或相當于支撐點的定位件與工件緊密接觸或配合，其中每一個支撐點相應地消除一個自由度，從而使工件在夾具中占有一個確定的位置。

3 結構設計要點

在機械加工過程中，除機床等設備外，還大量使用各種工藝裝備，包括夾具、模具、刀具、輔助工具及測量工具等。夾具設計的基本原則是經濟和適用。夾具的設計標準是好使用、好制造、好維修。在夾具的設計中根據(jù)六點定位法則按照運動學的概念，工件在空間對于3個互相垂直的坐標平面來說都有6個自由度，即繞OX、OY、OZ 3個軸線的轉動和沿3個軸線的平行移動。又根據(jù)夾具坐標系統(tǒng)工件上定位基準與夾具上定位的對應關系，中心定位基準與中心定件的原理，六點定位也適用于其他形狀的工件，只是定位支撐點的分布方式有差別。在實際定位中，定位支撐點的數(shù)量及布置需要從定位元件所能限制的自由度數(shù)目來分析它是幾點定位，定位支撐點并不一定就是一個真正的點，也可能是一條線段或一小塊面積。有時夾具上增設支撐點，限制工件余下的自由度是為了承受切削力、夾緊力等需要。

為保證工件內外加工面的加工精度，其形狀和位置公差必須符合設計要求，關鍵部位尺寸的同軸度誤差控制在±0.02mm 之內，垂直度誤差控制在±0.01mm之內。加工高精度工件時，要求主軸與刀具的運動之間保持非常準確的傳動比，這種傳動比的準確程度即為運動精度。為了能車削加工出高精度的零件，車床在布局、傳動、結構、制造精度以及使用條件等各方面都采取了有效措施，使車床具有高的傳動精度、主軸旋轉精度以及刀架運動的直線性，并使其運動平穩(wěn)，熱變形小，從而保證工件具有高的中徑圓度以及良好的表面粗糙度。此外，車床主軸支撐在旋轉精度很高的軸承中，具有高的旋轉精度，采用雙列滾子軸承作為主軸前軸承。驅動電動機安放在地基上，以減少電機振動對機床加工的影響，主軸傳動較平穩(wěn)。

卡盤是在機床中比較經常使用的夾具，有三爪卡盤或四爪卡盤，工件主要是圓柱回轉體工件以及多棱柱回轉體工件形式。由于圓錐體錐形母線的原因，裝夾基準不穩(wěn)定，在機床裝卡被加工的工件時比較困難，因此，配套完善了車床加工內外錐面的夾具。車床加工內外錐面的夾具，采用基孔制定位，以工件的加工面為定位基準，同時保證其加工精度以及形狀公差和位置公差等相關要求。對工件加工模具的設計，為增強模具的剛度、使用壽命，應通過合理選用材料、合理設計模具構造以減少沖力作用。同時，經過機械加工、熱處理等各種工序的加工處理，增強模具的韌性，提高精度，進一步提高模具的剛度及韌性，提高其精度，延長其使用壽命。

4 應用分析

用夾具裝夾工件，縮短了安裝工件的時間，避免了工件逐步找正和對刀，容易實現(xiàn)多件、多工位加工，縮短輔助工作時間，降低生產成本，降低了車削過程的工作量勞動強度。夾具模具的設計與現(xiàn)場使用，解決了以往模具加工制作中經常出現(xiàn)的問題，減少了該模具設計及制作方面的問題，降低了機械加工成本費用，同時減輕了工件的重量。經過實際驗證表明，此模具結構設計合理，工作性能穩(wěn)定可靠，質量符合技術規(guī)范要求，提高工作效率近3倍。設計與加工保證了設計要求及加工精度，又符合夾具設計的合理原則和六點定位的法則，在實際的使用過程中完全達到了理想程度。

參考文獻

[1]龐懷玉.機械制造工藝學[M].機械工業(yè)出版社，1998.

（作者單位：大慶油田井下作業(yè)分公司特種設備修理廠）