一種回轉(zhuǎn)軸線位置可調(diào)的數(shù)控車床夾具研制
2019-5-6 來源：天津中德應用技術(shù)大學 作者：邊境 靳懷瑜
摘 要: 為解決數(shù)控車床使用專用夾具加工異型工件時，被加工工件回轉(zhuǎn)軸線和車床主軸不同軸及因夾具夾緊變形而產(chǎn)生的工件超差問題。通過增加工件回轉(zhuǎn)軸線位置調(diào)整機構(gòu)和提高夾具結(jié)構(gòu)剛性的方法，設計一種新型可調(diào)夾具。生產(chǎn)實踐證明，夾具結(jié)構(gòu)設計合理，能有效保證工件的加工精度，實用性強。
關(guān)鍵詞: 數(shù)控車床;專用夾具;異型工件
數(shù)控車床的夾具主要是指安裝在數(shù)控車床主軸上的并帶動工件一起隨主軸旋轉(zhuǎn)的夾具。數(shù)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(jié)構(gòu)，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(guī)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(diào)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(xiàn)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(shù)控車床上加工某異形工件側(cè)孔時，根據(jù)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(jīng)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(cè)孔及其端面進行車削加工(圖2)。側(cè)孔為安裝孔，側(cè)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(cè)孔壁厚盡量均勻
圖1 異型工件車削側(cè)孔前序圖
圖2 異型工件車削側(cè)孔工序圖
根據(jù)常規(guī)的數(shù)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(shù)控車床主軸的旋轉(zhuǎn)軸線重合，同時滿足夾具在數(shù)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(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，制造成本低的優(yōu)點。但在實際使用時發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生廢品。(3)夾具結(jié)構(gòu)剛性不足，夾緊力導致夾具變形而產(chǎn)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(zhuǎn)軸線位置可調(diào)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(jù)專用夾具結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shù)控車床主軸回轉(zhuǎn)軸線偏差過大，而工件回轉(zhuǎn)軸線位置又無法調(diào)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)軸線位置可調(diào)整的數(shù)控車床專用夾具，改變原專用夾具的設計缺陷，增加夾具調(diào)整的靈活性，避免因被加工件毛坯鑄造質(zhì)量問題導致的被加工孔軸心線和數(shù)控車床主軸旋轉(zhuǎn)軸線不重合而產(chǎn)生超差報廢的情況，保證工件加工精度。要增加夾具的結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(zhuǎn)軸線可調(diào)。分析回轉(zhuǎn)軸線包括橫向和縱向兩個方向的調(diào)整，為了降低復雜系數(shù)，根據(jù)工件的外形特征，分別以不同的方式來實現(xiàn)軸線在兩個方向上的調(diào)整。在橫向上，以螺紋傳動的方式進行位置調(diào)整;在縱向上，根據(jù)毛坯尺寸變化范圍設計一組厚度可更換的調(diào)節(jié)墊片進行位置調(diào)整。
根據(jù)以上考慮，夾具體設計需要改進為可拆卸的分體式結(jié)構(gòu)，夾具基座部分和數(shù)控車床卡盤的夾持部分基本結(jié)構(gòu)不變。首先，將夾具本體與基座設計為滑動聯(lián)接，采用燕尾槽聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，既可調(diào)整，配合精度又高，這樣就滿足了軸線橫向可調(diào)的第一步要求。但是還要考慮調(diào)整的方便性，于是第二步要增加一個可操作性的輔助調(diào)整部件，為了保證調(diào)整精度，采用調(diào)節(jié)絲杠與夾具本體的螺紋傳動結(jié)構(gòu)，絲杠兩端安裝一對推力球軸承來保證絲杠旋轉(zhuǎn)輕快，并且為了防止夾具本體在燕尾槽內(nèi)躥動，絲杠單側(cè)安裝壓緊彈簧，雙側(cè)安裝擋板。調(diào)整橫向位置時只需旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)絲杠即可，操作方便，位置可靠。由于數(shù)控車床夾具設計在滿足加工要求的前提下，結(jié)構(gòu)應盡可能簡單緊湊，所以在實現(xiàn)回轉(zhuǎn)軸線縱向調(diào)整的時不采用過于復雜的結(jié)構(gòu)。在被夾緊工件的下方增加調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)墊片設計為在參考尺寸公差帶±0.3mm的范圍內(nèi)變化，以0.05 mm為間隔的一組，可根據(jù)毛坯的實際尺寸進行更換，從而實現(xiàn)回轉(zhuǎn)軸線的縱向調(diào)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(diào)整的活動定位銷結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)可方便工件的安裝操作，節(jié)省裝卸工件的輔助時間。
a 裝配圖
b 爆炸圖
圖4 新型可調(diào)夾具圖
4、結(jié)語
在生產(chǎn)實踐中證明，這種針對數(shù)控車床車削異型工件的回轉(zhuǎn)軸線位置可調(diào)整的數(shù)控車床夾具結(jié)構(gòu)設計合理，簡單巧妙，操作方便，可根據(jù)需要輕易調(diào)整被加工件和車床主軸的同軸度，保證了工件加工精度，有效解決了異型工件在數(shù)控車床上的加工問題，并且方便拆裝，實用性強，提高生產(chǎn)效率。
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