談夾具如何設(shè)計(jì)可以將六個(gè)工件工次銑削成形加工
1．加工工藝和夾具設(shè)計(jì)原理1.1 加工工藝（1）在普通車床上粗、精車各外圓臺(tái)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(gè)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） 在車床上用專用夾具以 準(zhǔn)380-0.035外圓為定位基準(zhǔn)， 加工 R74的圓弧表面， 此時(shí)， 實(shí)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(jì)原理夾具設(shè)計(jì)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(duì)于主軸軸線平行偏離一個(gè)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(shí)安裝六個(gè)零件進(jìn)行一次裝夾同時(shí)加工。利用削邊銷采用工件上已鉆削出的三個(gè)均布孔中的其中一個(gè)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(gè)自由度。 夾具體的大平面限制了工件的三個(gè)自由度，止轉(zhuǎn)削邊銷限制了一個(gè)自由度，圓柱孔定位限制了兩個(gè)自由度。 如（圖 5）所示：（1） 大平面定位相當(dāng)于三個(gè)支承點(diǎn)限制了工件的三個(gè)自由度，X移動(dòng)、y移動(dòng)、Z移動(dòng)。（2）止轉(zhuǎn)削邊銷定位相當(dāng)于一個(gè)支承點(diǎn) ，它限制了工件的一個(gè)自由度 X轉(zhuǎn)動(dòng)。（3）圓柱孔表面定位相當(dāng)于二個(gè)支承點(diǎn) ，它限制了二個(gè)自由度 Y轉(zhuǎn)動(dòng)、Z轉(zhuǎn)動(dòng)。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(huì)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(duì)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******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(shí)控制公差為±0.05mm，則：（1）圓弧面與工件軸線的******距離為：100.076-73.975=26.101<26.26（2）圓弧面與工件軸線的最小距離為：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(shí) 準(zhǔn)148 孔徑控制在公差為±0.05mm 時(shí)，也滿足 R74 圓弧的精度要求。3.2 轉(zhuǎn)角誤差對(duì)圓弧面對(duì)稱度的影響分析工件采用一孔兩面定位時(shí)，由于兩個(gè)定位副是柱面會(huì)產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)角誤差，其轉(zhuǎn)角誤差與軸孔配合的******間隙、中心距有關(guān)。分析計(jì)算如下：（1）圓柱孔和圓柱銷定位對(duì)工件自身產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)角度的誤差。準(zhǔn)38 孔與軸******間隙 X1max=0.051，準(zhǔn)11 孔與圓柱銷配合******間隙為 X2max=0.45,中心距為 33mm，根據(jù)轉(zhuǎn)角誤差計(jì)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(duì)工件圓弧面的對(duì)稱度影響不大，能滿足圖紙要求。（2）圓柱銷定位，使工件相對(duì)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(duì)工件圓弧面的對(duì)稱度影響不大，能滿足圖紙要求。（3）圓柱孔定位，使工件相對(duì)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(duì)工件圓弧面的對(duì)稱度影響不大，能滿足圖紙要求?！骺?△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(duì)稱性。4.夾具體可安裝工件個(gè)數(shù)檢驗(yàn)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(gè)數(shù)受夾具體中心與工件******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′，則盤面最多可容納工件個(gè)數(shù)為：n=360° ／ 50°56′=7.068(個(gè))故選擇在夾具體盤面上均布安裝六個(gè)工件能滿足要求。另夾具盤******外徑的選擇與工件******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******外徑為 準(zhǔn)290mm≥286mm 能滿足要求。5.受力分析和強(qiáng)度校核5.1 受力分析加工 R74 圓弧面時(shí)，由于切削力的影響，圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷軸會(huì)受到切削力影響造成的一個(gè)剪應(yīng)力的剪切作用，且工件旋轉(zhuǎn)時(shí)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(huì)使圓柱止轉(zhuǎn)削邊銷軸產(chǎn)生剪切變形。 因采用多件同時(shí)加工，六個(gè)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(dòng)。5.2 強(qiáng)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(qiáng)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(jì)算：根據(jù)主切削力的近似計(jì)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(dòng)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(shí)選取 ap=1mm、f=0.117mm／r，則：Fz=2000×1×0.117=234(N)（2）剪應(yīng)力的計(jì)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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聯(lián)系非常密切的兩個(gè)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(huì)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(dòng)，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(diǎn)三要素。（1）大?。嚎紤]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(diǎn)：夾緊力作用點(diǎn)與工件定位支承點(diǎn)相對(duì)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(diǎn)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(jī)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(shí)具備對(duì)工件進(jìn)行安裝定位和夾緊等裝置。 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè) 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(gè) 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）在精工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(gè) 準(zhǔn)38H6 和 6 個(gè) 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(shí)際孔徑尺寸配磨定位軸頸尺寸，保證其配合 ******間隙為 0.014mm，******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(zhǎng)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(shí)實(shí)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(cè)量)。（3）倒角、去毛刺完成工件的加工。9.加工效率對(duì)比分析加工效率是體現(xiàn)該夾具的設(shè)計(jì)的主要目的，在精工銑床和CNC加工中心中，只能實(shí)現(xiàn)一次一件的加工；裝夾工件時(shí)間長(zhǎng)，電能耗高，加工效率低，不經(jīng)濟(jì)，操作不當(dāng)時(shí)還會(huì)影響到工件的質(zhì)量；在普通 X-62W 萬能銑床采用夾具裝夾加工，一次可實(shí)現(xiàn)六件同時(shí)加工，裝夾時(shí)間短，電能損耗低，同時(shí)還拓展了機(jī)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(duì)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(duì)比和分析可知， 在普通 X-62W 萬能立銑上進(jìn)行多件同時(shí)加工的方法要比在精工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(shí)踐中時(shí)常會(huì)遇到， 應(yīng)用比較廣泛。針對(duì)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(duì)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(shí)踐證明，利用所設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)多件同時(shí)加工，生產(chǎn)效率明顯提高，達(dá)到了夾具設(shè)計(jì)的預(yù)期目的。該夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)多件同時(shí)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