機床商務(wù)網(wǎng)技術(shù)文章
談夾具如何設(shè)計可以將六個工件工次銑削成形加工
閱讀：94 發(fā)布時間：2020-8-121．加工工藝和夾具設(shè)計原理
1.1 加工工藝
（1）在普通車床上粗、精車各外圓臺階和 M30×1.5 螺紋。
（2）在鉆床上用鉆模定位鉆出 準(zhǔn)86 外圓平面上的三個均布通孔 準(zhǔn)11。
（3）在立式銑床上銑削加工出 M30×1.5 螺紋上的鍵槽。
（4）在外圓磨床上精磨 φ380-0.035 外圓。
（5） 在車床上用夾具以 準(zhǔn)380-0.035外圓為定位基準(zhǔn)， 加工 R74的圓弧表面， 此時， 實際上己把 R74 的圓弧表面的加工轉(zhuǎn)變?yōu)殓M削準(zhǔn)148 的孔徑加工。
1.2 夾具設(shè)計原理
夾具設(shè)計的原理是通過夾具安裝工件，使工件待加工圓弧 R74 的圓心處在主軸軸線上。因此只需將基準(zhǔn)軸軸線相對于主軸軸線平行偏離一個準(zhǔn)確的距離(偏心距)即可。 如(圖 3)所示：
在夾具盤圓周面上可均勻分布同時安裝六個零件進(jìn)行一次裝夾同時加工。利用削邊銷采用工件上已鉆削出的三個均布孔中的其中一個作為工件止轉(zhuǎn)定位，可保證圓弧表面的位置精度。 如（圖 4）所示：
2.自由度限制分析
工件在夾具上安裝進(jìn)行圓弧表面的加工需要限制工件的六個自由度。 夾具體的大平面限制了工件的三個自由度，止轉(zhuǎn)削邊銷限制了一個自由度，圓柱孔定位限制了兩個自由度。 如（圖 5）所示：
（1） 大平面定位相當(dāng)于三個支承點限制了工件的三個自由度，X移動、y移動、Z移動。
（2）止轉(zhuǎn)削邊銷定位相當(dāng)于一個支承點 ，它限制了工件的一個自由度 X轉(zhuǎn)動。
（3）圓柱孔表面定位相當(dāng)于二個支承點 ，它限制了二個自由度 Y轉(zhuǎn)動、Z轉(zhuǎn)動。
3.定位誤差和定位精度的分析
由自山度限制分析可知，夾具采用了大平面、圓柱孔、止轉(zhuǎn)圓柱銷進(jìn)行定位，將會產(chǎn)生一定的定位誤差，要保證圓弧面與工件軸線的距離及圓弧面在工件軸線中的對稱要求，必須使工件在夾具中的定位誤差滿足定位精度要求。
3.1 尺寸鏈分析
準(zhǔn)380-0.035軸與孔 準(zhǔn)38H6(+00.016)的大間隙為：
0.016-（-0.035)=0.051
則工件軸線與主軸軸線距離為：
100.025+0.051=100.076
若 R74 轉(zhuǎn)為 準(zhǔn)148 孔徑加工時控制公差為±0.05mm，則：
（1）圓弧面與工件軸線的大距離為：
100.076-73.975=26.101<26.26
（2）圓弧面與工件軸線的小距離為：
99.924-74.025=25.899>25.74
故滿足圓弧面與工件軸線的距離要求， 同時 準(zhǔn)148 孔徑控制在公差為±0.05mm 時，也滿足 R74 圓弧的精度要求。
3.2 轉(zhuǎn)角誤差對圓弧面對稱度的影響分析
工件采用一孔兩面定位時，由于兩個定位副是柱面會產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)角誤差，其轉(zhuǎn)角誤差與軸孔配合的大間隙、中心距有關(guān)。分析計算如下：
（1）圓柱孔和圓柱銷定位對工件自身產(chǎn)生轉(zhuǎn)動角度的誤差。
準(zhǔn)38 孔與軸大間隙 X1max=0.051，準(zhǔn)11 孔與圓柱銷配合大間隙為 X2max=0.45,中心距為 33mm，根據(jù)轉(zhuǎn)角誤差計算公式可得：△a=tg-1（X1max+X2ma）/2L△a=tg-17.5909090901-3≈0.4350
由此可知轉(zhuǎn)角誤差較小，對工件圓弧面的對稱度影響不大，能滿足圖紙要求。
（2）圓柱銷定位，使工件相對夾具軸線所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差為：
△銷=tg-10.45/2×133≈0.0970
其轉(zhuǎn)角誤差極小，故對工件圓弧面的對稱度影響不大，能滿足圖紙要求。
（3）圓柱孔定位，使工件相對夾具軸線所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差為：
△孔=tg-10.051/2×100≈0.0150
其轉(zhuǎn)角誤差更小，故對工件圓弧面的對稱度影響不大，能滿足圖紙要求。
△總=△銷+△孔=0.0969288570+0.014610420≈0.1120
因轉(zhuǎn)角誤差很小，故工件在夾具中定位不影響工件圓弧面在工件中的對稱性。
4.夾具體可安裝工件個數(shù)檢驗
根據(jù)圖紙要求， 工件軸線應(yīng)處于夾具回轉(zhuǎn)盤的 準(zhǔn)200mm 圓周上，夾具盤表面所能容納工件安裝的個數(shù)受夾具體中心與工件大外圓處的兩條切線所夾的角度影響，如（如圖 6）所示，其夾角為 50°56′，則盤面多可容納工件個數(shù)為：
n=360° ／ 50°56′=7.068(個)
故選擇在夾具體盤面上均布安裝六個工件能滿足要求。
另夾具盤大外徑的選擇與工件大外徑及工件在夾具盤中安裝的偏心距有關(guān)：2×100+86=286(mm)故選擇央具盤大外徑為 準(zhǔn)290mm≥286mm 能滿足要求。
5.受力分析和強度校核
5.1 受力分析
加工 R74 圓弧面時，由于切削力的影響，圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷軸會受到切削力影響造成的一個剪應(yīng)力的剪切作用，且工件旋轉(zhuǎn)時由于工件的中心不在旋轉(zhuǎn)中心使得工件產(chǎn)生離心力， 使圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷軸受力，剪應(yīng)力和離心力的作用會使圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷軸產(chǎn)生剪切變形。 因采用多件同時加工，六個工件在夾具盤中的安裝是均布的，故離心力得于消除，因孔、軸配合的間隙影響，為保證加工過程中工件位置不發(fā)生變化，必須具有足夠的夾緊力，夾緊力的大小要能克服工件的位置變動。
5.2 強度校核
通過受力分析可知，圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷的變形量大小主要受剪應(yīng)力和離心力的影響。 剪應(yīng)力的大小主要由主切削力決定，離心力的大小主要由離心半徑、工件偏重、角速度等決定，因工件在夾具體盤面均勻分布離心力得以消除；故圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷軸的強度必須能夠克服主切削力造成的剪應(yīng)力。
（1）主切削力的計算：根據(jù)主切削力的近似計算公式，主切削力的大小主要與工件材料、切削深度和進(jìn)給量有關(guān)。 Fz=2000apf(出自勞動出版社 96 新版《車工工藝》第七章第三節(jié))，工件材料位鋼件、若車削時選取 ap=1mm、f=0.117mm／r，則：
Fz=2000×1×0.117=234(N)
（2）剪應(yīng)力的計算 ：根據(jù)圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷軸直徑為 準(zhǔn)10mm、截面積 A=πR2=3.14×52≈0.00785（M2）。τ=Q/A=FZ/A=234÷0.00785=29808.9172 (Pa)≈29.809(Mpa)
（3）強度校核：圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷軸的材料為 45#，材料許用應(yīng)力為30Mpa。 根據(jù)剪切強度條件，τ= Q/A≤〔τ〕τ≈29.809(Mp9)≤〔τ〕故：圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷軸符合剪切強度要求。
6.夾緊裝置和夾緊力
6.1 夾緊裝置
工件的定位和夾緊是相互非常密切的兩個工作過程。工件定位以后必須采用一定的裝置把工件壓緊夾牢在定位元件上，使工件在加工過程中部不會由于切削力、工件重力、離心力或慣性力等的作用而發(fā)生位置變化或產(chǎn)生振動，以保證加工精度和安全生產(chǎn)。 本夾具上工件的夾緊利用了工件自有的右旋 M30×1.5 螺紋， 采用鎖緊螺母如(圖 7)作為受力元件進(jìn)行人工夾緊。
6.2 夾緊力
確定夾緊力就是確定夾緊力的大小、方向和作用點三要素。
（1）大小：考慮工件在加工過程中的定位位置應(yīng)保持不變 ，因此夾緊力的大小應(yīng)使工件定位端面與夾具盤定位大平面所產(chǎn)生的擵擦力能抵消主切削力的作用。
（2）方向：夾緊力的方向與軸向切削力的方向一致 ，垂直于夾具體的定位大平面。
（3）作用點：夾緊力作用點與工件定位支承點相對應(yīng) ，作用于靠近工件加工表面的工件定位平面上，符合夾緊力作用點的選擇要求。
7.夾具制作工藝
夾具由夾具體、定位裝置、夾緊裝置三部分組成。夾具體與機床主軸通過主軸定位錐面與主軸法蘭盤相連接(與自定心卡盤在車床主軸上的安裝連接原理相同)， 同時具備對工件進(jìn)行安裝定位和夾緊等裝置。 其結(jié)構(gòu)簡單，但制造較為復(fù)雜。 其裝配圖如(圖 8)所示：
夾具體的加工工藝
（1）在三爪卡盤上裝夾配車夾具體與主軸配合的前端錐度滎l:4、大徑 準(zhǔn)106.3750-0.01mm、深度為 15mm 及定位小端面，并粗車 準(zhǔn)170 mm外圓和 準(zhǔn)60 mm 孔徑。
（2）在鉆床上較正小端面的平面度誤差小于 0.01mm，進(jìn)行準(zhǔn)確分度鉆削 4 個 M12 深 22 mm 底孔徑和 準(zhǔn)19．05H7mm 孔徑，并精鉸準(zhǔn)19.05 H7 mm 深 6.5mm 孔徑。
（3）攻絲完成 4 個 M12 深 22mm 螺紋加工。
（4）夾具體安裝在車床主軸上進(jìn)行大端面、準(zhǔn)290mm、準(zhǔn)170mm、準(zhǔn)140mm外圓及 準(zhǔn)152mm、準(zhǔn)60mm 內(nèi)孔的粗、精加工。
（5）在數(shù)控銑床或加工中心中以小端面為基準(zhǔn)，用百分表校正大端面和大外圓誤差小于 0.01mm 進(jìn)行 6 個 準(zhǔn)38H6 和 6 個 準(zhǔn)10H7 均布定位孔的粗、精加工，保證各定位孔軸線與基準(zhǔn)面垂直，其表面糙度在 R1.6 以下。
（6）倒角、去毛刺，完成夾具體的加工。圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷裝配
（1）削邊銷與夾具體的裝配采用 準(zhǔn)10H7 ／ k6 的過渡配合，可根據(jù)夾具體中 準(zhǔn)10H7 的實際孔徑尺寸配磨定位軸頸尺寸，保證其配合 大間隙為 0.014mm，大過盈為 0.01mm。
（2）安裝止轉(zhuǎn)定位削邊銷(準(zhǔn)11h6)的削邊方向應(yīng)垂直于削邊銷中心與夾具體中心的連線，削邊銷軸線則垂直于夾具體的大端面。 止轉(zhuǎn)削邊銷如（圖 9）所示
8．工件加工工藝
工件在完成外圓、 長度、M30×1.5 三角螺紋和鉆模定位鉆削圓周均布孔 準(zhǔn)011 之后， 采用上述夾具安裝定位進(jìn)行徑向局部圓弧表面的加工，此時實際上已將 R74 圓弧表面轉(zhuǎn)換成 準(zhǔn)148mm 的孔徑加工，其工藝如下
（1）粗鏜工件孔徑至 準(zhǔn)147mm。
（2）精鏜工件孔徑至 準(zhǔn)148+_0.05mm,(采用內(nèi)卡鉗測量)。
（3）倒角、去毛刺完成工件的加工。
9.加工效率對比分析
加工效率是體現(xiàn)該夾具的設(shè)計的主要目的，在數(shù)控銑床和CNC加工中心中，只能實現(xiàn)一次一件的加工；裝夾工件時間長，電能耗高，加工效率低，不經(jīng)濟，操作不當(dāng)時還會影響到工件的質(zhì)量；在普通 X-62W 銑床采用夾具裝夾加工，一次可實現(xiàn)六件同時加工，裝夾時間短，電能損耗低，同時還拓展了機床的使用范圍，提高了生產(chǎn)效率。在完成工件批量加工的準(zhǔn)備和調(diào)試后，對單一零件徑向局部圓弧表面的加工進(jìn)行如下比較
通過上述的對比和分析可知， 在普通 X-62W 立銑上進(jìn)行多件同時加工的方法要比在數(shù)控銑床或高速加工中心上進(jìn)行單件加工的方法效率高得多，主要是加工方法和選用刀具的不同。
10.結(jié)束語
徑向局部圓弧表面的加工在實踐中時常會遇到， 應(yīng)用比較廣泛。針對不同利率和技術(shù)要求，應(yīng)采取不同的加工方法，以提高生產(chǎn)效率。對于影響切削過程和刀具工作的各種因素， 關(guān)鍵要抓住主要因素，并處理好其他關(guān)連因素，才能使切削加工順利進(jìn)行。 本安論述的例子，其主要因素是工件的裝夾定位。 只要解決了夾具這一主要問題，再協(xié)調(diào)好刀具材料、冷卻和排屑等因素，問題便可迎刃而解。 實踐證明，利用所設(shè)計的夾具，在 x-62w 銑床上進(jìn)行徑向局部圓弧表面零件的加工，能滿足零件技術(shù)要求，取得良好效果，并且一次裝夾可實現(xiàn)多件同時加工，生產(chǎn)效率明顯提高，達(dá)到了夾具設(shè)計的預(yù)期目的。
該夾具結(jié)構(gòu)簡單，夾具材料采用 HT250，制造方便，并具有一定的通用性能。采用該夾具在 X-62W 銑床上實現(xiàn)多件同時加工，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率的一種有效途徑