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一種回轉軸線位置可調的數控車床夾具研制

2019-5-6 來源：天津中德應用技術大學作者：邊境靳懷瑜

摘要: 為解決數控車床使用專用夾具加工異型工件時，被加工工件回轉軸線和車床主軸不同軸及因夾具夾緊變形而產生的工件超差問題。通過增加工件回轉軸線位置調整機構和提高夾具結構剛性的方法，設計一種新型可調夾具。生產實踐證明，夾具結構設計合理，能有效保證工件的加工精度，實用性強。

關鍵詞: 數控車床;專用夾具;異型工件

數控車床的夾具主要是指安裝在數控車床主軸上的并帶動工件一起隨主軸旋轉的夾具。數控車削加工要求夾具具有較高的定位精度和剛性，較簡單緊湊的結構，同時還能便于在機床上迅速安裝和拆卸。其中最常見的通用夾具為各種卡盤夾具，適用于盤類工件和短軸類工件的加工。對于一些外形較復雜且不規則的特殊工件的裝夾，常常采用設計制造專用夾具的方法。專用夾具雖然通用性不強，設計制作和安裝調試的周期都比較長，但是使用專用夾具可以完成非軸套、非輪盤類工件的孔、軸、槽和螺紋等的加工，能夠擴大機床的使用范圍，并且很好地解決各種異型工件的加工問題。如果專用夾具設計合理，可以實現保證工件加工精度，提高工件加工效率的目標。

1、問題的提出

在數控車床上加工某異形工件側孔時，根據工件的外形特征和加工要求分析，采用通用卡盤夾具無法裝夾此類異型工件，需要設計專用夾具。此工件毛坯為不銹鋼鑄件，在本車削工序之前的工序已經將工件底面及底面上兩個定位孔加工完畢(圖1)。本工序需要對側孔及其端面進行車削加工(圖2)。側孔為安裝孔，側孔的軸線與底面距離17.5 mm公差較大，無形位公差要求。本工序加工時除滿足工序圖要求的各項尺寸精度外，最重要的是保證側孔壁厚盡量均勻

圖1 異型工件車削側孔前序圖

圖2 異型工件車削側孔工序圖

根據常規的數控車床夾具設計原則，專用夾具應首先應保證裝夾工件時，被加工孔的軸心線和數控車床主軸的旋轉軸線重合，同時滿足夾具在數控車床上的定位和夾緊要求。針對以上原則設計專用夾具(圖3)。該專用夾具具有結構簡單，工藝性好，制造成本低的優點。但在實際使用時發現一些缺點:(1)工件在裝夾時操作不方便，增加了輔助裝卸時間，影響工作效率。(2)當工件鑄造毛坯的一致性不好時，加工后因為孔壁厚不均勻而產生廢品。(3)夾具結構剛性不足，夾緊力導致夾具變形而產生工件超差的情況。為了解決這些問題，必須對原專用夾具進行改進，設計一種回轉軸線位置可調整、不易變形，并且方便裝夾操作的專用夾具。

圖3 異型工件專用夾具圖

2、問題的分析

(1)根據專用夾具結構分析，工件裝夾時操作不方便，是因為定位銷和夾具體是一體的，不可拆卸，造成工件在夾具體內裝卸的障礙，導致操作不流暢。(2)當零件鑄造毛坯的一致性不好時，由于該專用夾具是通過工件底面和兩個定位銷孔進行定位裝夾，夾具相應的定位元件固定不可移動，致使工件安裝后被加工毛坯孔軸心線和數控車床主軸回轉軸線偏差過大，而工件回轉軸線位置又無法調整來彌補這個偏差，所以加工后孔壁厚不均勻。(3)夾緊力導致的夾具變形問題，是因為夾具體結構設計過于單薄，剛性差。

3、異型工件的專用夾具設計

3.1 設計目標

針對此類異型工件的加工，設計一種新型回轉軸線位置可調整的數控車床專用夾具，改變原專用夾具的設計缺陷，增加夾具調整的靈活性，避免因被加工件毛坯鑄造質量問題導致的被加工孔軸心線和數控車床主軸旋轉軸線不重合而產生超差報廢的情況，保證工件加工精度。要增加夾具的結構剛性，同時盡可能使夾緊操作方便省時。

3.2 設計思路及實現方法

改進后的新型夾具首先要滿足被加工工件裝夾后回轉軸線可調。分析回轉軸線包括橫向和縱向兩個方向的調整，為了降低復雜系數，根據工件的外形特征，分別以不同的方式來實現軸線在兩個方向上的調整。在橫向上，以螺紋傳動的方式進行位置調整;在縱向上，根據毛坯尺寸變化范圍設計一組厚度可更換的調節墊片進行位置調整。

根據以上考慮，夾具體設計需要改進為可拆卸的分體式結構，夾具基座部分和數控車床卡盤的夾持部分基本結構不變。首先，將夾具本體與基座設計為滑動聯接，采用燕尾槽聯接的結構，既可調整，配合精度又高，這樣就滿足了軸線橫向可調的第一步要求。但是還要考慮調整的方便性，于是第二步要增加一個可操作性的輔助調整部件，為了保證調整精度，采用調節絲杠與夾具本體的螺紋傳動結構，絲杠兩端安裝一對推力球軸承來保證絲杠旋轉輕快，并且為了防止夾具本體在燕尾槽內躥動，絲杠單側安裝壓緊彈簧，雙側安裝擋板。調整橫向位置時只需旋轉調節絲杠即可，操作方便，位置可靠。由于數控車床夾具設計在滿足加工要求的前提下，結構應盡可能簡單緊湊，所以在實現回轉軸線縱向調整的時不采用過于復雜的結構。在被夾緊工件的下方增加調節墊片和兩個可拆卸定位銷，圓柱銷和菱形銷保證工件在夾具本體中的定位。調節墊片設計為在參考尺寸公差帶±0.3mm的范圍內變化，以0.05 mm為間隔的一組，可根據毛坯的實際尺寸進行更換，從而實現回轉軸線的縱向調整。在工件上方設計壓緊墊塊保證夾具和工件的可靠接觸，壓緊螺釘用于鎖緊工件。夾具整體結構如圖4。

除此之外，夾具體的夾緊部分需要改變原來圓柱外形過于單薄的設計，采用一定壁厚的方體結構，這樣不但能保證夾具的剛性，也使夾具體本身的制造加工工藝性更好。定位零件的設計方面也要進行改善，將原來的固定定位銷改為可拆卸的用緊固螺釘調整的活動定位銷結構，這一結構可方便工件的安裝操作，節省裝卸工件的輔助時間。