一種適用于鎖芯殼機加工的氣動夾具

◎梁錫釗

機械鎖芯是民用鎖具中的一個重要零部件，不論是機械防盜鎖還是電子防盜鎖都要配備。鎖芯的主要功能是由頭部傳遞鑰匙扭力，從而帶動鎖體的其他部件，達到開鎖和閉鎖。鎖芯與手表一樣，對精密度有著很高要求。如果鎖芯沒有精密加工，就意味著沒有品質(zhì)，也沒有防盜功能可言。理論上的密匙量(互開率)受精密度的影響，加工精度不夠，密匙量會幾何級別下降，防盜性能就越差。錫紙能開鎖、撞匙能開鎖，都是加工精密度太差的結(jié)果。

一、零件生產(chǎn)工藝分析

機械鎖芯的常規(guī)生產(chǎn)工藝流程——通過“拉拔”工藝制作出鎖芯殼外形的銅材棒料→切割分料→銑槽/銑平面→鉆鎖膽孔→鉆彈子孔→鉆安裝孔→攻牙，然后再將彈簧、彈子、鎖膽、鎖芯撥片等零件組裝成機械鎖芯成品。

二、加工經(jīng)濟性分析

鎖芯殼的加工以鉆削和銑削工序為主，若要提高生產(chǎn)效率，首要考慮是縮減工件的生產(chǎn)輔助工時，特別是工件的裝卸時間，以“一次裝夾多工件”的方式省時效果明顯。另外，采用小型立式數(shù)控銑床或者小型數(shù)控鉆銑床進行加工是對其加工精度的基本保證。

三、夾具定位元件的選擇與確定

工件定位時，首先要根據(jù)加工要求，確定工件需要限制的自由度，選擇合適的表面作為定位基準面。工件的定位基準面有多種形式，如平面、外圓柱面、內(nèi)孔等。就本案而言，鎖芯殼的機加工是以外圓柱面作為定位基準，最常用的定位元件就是（V形塊）。這種定位元件具有良好的對中性和定心性——1..不論工件的直徑如何變化，工件的定位基準軸線一定通過V形塊兩斜面的對稱平面；2.V形塊定位時，定位基準就是工件的軸線。

四、夾具夾緊機構(gòu)的要求和選定

1.夾緊機構(gòu)應(yīng)保證零件可靠地與其相應(yīng)的定位基面相互接觸。2.夾緊后的零件在加工過程中，不能產(chǎn)生位移和晃動。既要保證有足夠的夾緊力，同時夾緊機構(gòu)要有足夠的剛性。3.夾緊零件時，不能破壞已加工表面，不能引起過大的變形。4.夾緊機構(gòu)應(yīng)當操作安全、省力。

為了提高夾具的自動化控制程度，將采用氣動夾緊裝置。對比液壓夾緊，采用氣動夾緊的優(yōu)點：壓縮空氣取自大氣，并且可排放于大氣，制作和處理的成本低廉。介質(zhì)清潔且沒有污染。氣流在管道中的壓力損失較小，便于集中供應(yīng)和遠距離輸送，便于實現(xiàn)集中控制和程序控制。傳動回路簡單，操作方便，使用安全可靠，工作環(huán)境適應(yīng)性較好。動作迅速，反應(yīng)快，活塞的運動速度可達1～2m/s，因而提高了生產(chǎn)效率。

五、夾具的夾緊力計算

鎖芯殼加工彈子排孔時需要的夾緊力：鉆削力公式Ff=0.63×D/2×f×kc×sinκ（N）。D：鉆頭直徑；f：鉆頭進給量；kc：材料單位切削力；sinκ：鉆頭結(jié)構(gòu)系數(shù)。分別對應(yīng)值——D：3；f：取0.2；kc：查表 取“890”；sinκ：0.94。鉆削力 Ff=0.63×3/2×0.2×890×0.94≈160N(取整)。據(jù)此選定夾緊氣缸的規(guī)格型號。

六、夾具的總體設(shè)計

由于前述已經(jīng)確定了工件的定位方案，那么夾具體則可直接設(shè)計成帶有V型槽的結(jié)構(gòu)，而且綜合考慮到夾具體本身的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)剛性，結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗，將料厚定為20mm的45#板材。而夾緊裝置，也設(shè)計成帶有V型槽的壓板，一次裝夾動作就可實現(xiàn)“雙V塊”的定位與夾緊。鎖芯殼加工時的夾緊力方向，既與機床主軸中心線平行又與工作臺保持垂直方向，所以對壓料板的V型槽的部位進行了挖料處理，以滿足鉆削刀具的“避空要求”。依據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，壓板選用了15mm厚的45#板材。為了保證“雙V塊”的對中性，底座與壓板由2支導柱作為定位與限位。為能讓壓板具有自動張開功能，在導柱上套有支撐作用的螺旋彈簧；在導柱的頂端設(shè)計有螺母，用以限定壓板的活動范圍。

按照鎖芯殼的加工要求，彈子排孔與鎖芯殼前端面有尺寸公差的限制，因此，在鉆削彈子排孔時，應(yīng)盡量做到加工基準與設(shè)計基準重合，由此可免去加工尺寸偏差的運算。底座V型槽的前端，設(shè)計了一個定位銷，鎖芯殼前端面直接與其接觸；另外，為了保證兩者的緊密性，底座V型槽的后方布置有叉型推塊，并由彈簧提供適量的輔助壓緊力。

因要符合“一次裝夾實現(xiàn)同時固定多個工件”的要求，底座被設(shè)計成4個V型槽——配套有2個杠桿氣缸，每個杠桿氣缸對應(yīng)有1塊壓板，1塊壓板可夾緊2個鎖芯殼，所以能達到一次裝夾同時夾緊4個坯件的效果。

七、夾具的誤差驗算

造成定位誤差的原因有兩個：一是由于定位基準與工序基準不重合而造成；二是定位基準與限位基準不重合而造成的。使用夾具安裝工件時，應(yīng)盡可能減少定位誤差，在保證工序加工要求的前提下，留給其他工藝系統(tǒng)誤差的比例大一些，以便能較好地控制加工誤差。經(jīng)過分析可知，定位誤差就是工件定位時工序基準沿加工尺寸方向上的最大位移量，既工序基準位置的最大位移量在加工尺寸方向上的投影。

由鎖芯殼圖紙可知，其外圓公差限值為0.08mm。鎖芯殼鉆孔工序水平X方向的定位誤差計算：△D·W(X)=0(定心作用)；水平Y(jié)方向的定位誤差，在定位緊固夾具后，可通過試車方式調(diào)整至最佳狀態(tài)，垂直Z方向誤差△D·W(Z)=1/2δD=1/2×0.08=0.04mm＜彈子鉆孔形位公差要求0.05mm。

八、總體使用評價

經(jīng)生產(chǎn)部門驗證，該款鎖芯殼機加工氣動夾具操作方便，能最大程度地減輕生產(chǎn)員工的勞動強度；氣動反應(yīng)速度快，因而在生產(chǎn)過程中能縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，生產(chǎn)中可以實行“一人多機”的管理方式；氣動夾具中的氣動元件均為標準化零件，易于采購和裝配；采用氣動夾具更便于實現(xiàn)工廠的自動化控制，本設(shè)計方案值得分享推廣。