夾具制作的技術分析
2014-1-5 來源：數控機床市場網 作者：-
夾具的制作，是一門綜合性的科學。它需要我們要明確設計的任務，分析零件圖，掌握工件的機械加工工藝規程，了解工件的作用、形狀、結構特點、材料和技術要求；加工的表面、要求、余量、定位基準、夾緊表面等各方面的資料。實踐證明，只有不斷總結經驗，認真收集設計資料，掌握設計則，合理擬出夾具的結構方案，正確地安排制造工藝、裝配工藝。即使條件有限的基礎上，也能制作出結構合理、定位可靠、經濟實用的夾具體。而該夾具的設計及應用，極大也方便了圓型或軸類的零件加工，結構簡單、操作方便，能夠降低成本、提高工作效率，保證質量，具有較好的推廣應用價值。
當加工零件的槽寬≤1MM以下，用普通機械設備是難以加工的，因其切削刀具越小，加工難度越大，甚至無法加工；在這種情況下，須采用特種加工中的電火花線切割加工或其他電加工設備加工，可以解決了窄槽類的零件加工。而圓周均布窄槽在線切割機床上加工，歷來視為加工難度較大的工序之一，因而萌發研制輔助夾具的設想，并通過使用效果良好，解決了在線切割機床上加工批量產品的技術難題。
在不久前，某企業委托我們加工一批圓環產品。在對該零件進行生產加工中，對槽寬只有0.2MM并且圓周均布的窄槽加工，進行了有益的嘗試，取得了較好效果。該零件的基本外形尺寸：φ48MM×75MM，材質是45鋼。
一、圓環的技術分析
?。?）形位精度要求較高；
（2）φ48的孔相對于端面的垂直度要求為0.02；
?。?）φ16與φ27的兩孔要求同軸度為0.025；
（4）12條槽相對于中心軸的軸線中心度要求0.02；
?。?）定位尺寸要求較高；
在12條槽中六條有圓孔長度為50MM、另六條長度為35MM，一長一短分隔開并對中心圓要求均布，允許槽寬的上偏差為0.02，下偏差為0。
對于槽口的加工要求是：保證寬度0.2MM的公差、長度為50MM和35MM，表面粗糙度為RA3.2μM，并要求12條槽對中心圓均布，為保證其精度要求，對這道工序來說，無論是工件的加工，還是找正裝夾都有相當大的難度，因此必須進行認真分析，并制定相應加工工藝過程。
該工件用常規加工工藝是：（1）首先在工件上劃六條均布的線，然后用肉眼直視對工件劃線進行加工。用肉眼找正劃線存在誤差，無法保證加工質量，經常產生廢品，給企業造成很大的損失。其特點是加工時難以保證尺寸公差和形位公差的一致性，以及裝夾位置的準確度，而且加工效率太低，采用此種工藝平均每班一臺機床僅能割2－3件。（2）如采用分度頭裝夾加工，考慮到現用的DK7725E線切割機床工作臺X軸和Y軸最大長度只有250MM，因其體積太大難以機床上裝夾，同時，整個加工過程中要求操作者技術水平高，細心高度集中，加工環節不得有錯漏。對機床的調整，電參數的的選擇，切削液用量的選擇的應用，且勞動強度大、生產效率提不高。通過分析零件圖，及考慮技術要求高，加工批量大，為了與企業保持良好的合作關系，替企業解決困難，我們嘗試設計一套高效、簡易、實用類似分度頭式的夾具，來完成該產品的加工任務。
二、夾具設計原理
設計是主要以線切割的基本要求及該零件的尺寸精度要求來考慮：能保證工件的加工要求；能提高勞動生產率；制作簡單、維護方便；夾具制作成本較低。
該套夾具的原理比較簡單，它是利用法蘭盤同一圓周上六個均分的小盲孔及其立板座在同一直徑有一小圓孔中有彈簧，彈簧上拖一個鋼球，利用彈簧的彈力（其彈力可根據松緊調節），每旋轉法蘭盤一次，鋼球剛好落在小孔中，實現旋轉快速定位，如同分度頭一樣旋轉分度。夾具的立板座與法蘭盤緊固聯接，保證回轉精度。
三、夾具的結構
該夾具主要由立板座、法蘭盤和三爪卡盤等三大部件組成。其特點是能夠方便地固定、裝卸工件，保證快速定位；可以隨意旋轉，精確地分度，保證12條線均勻；并且該夾具的大小剛好適合我們DK7725E線切割機床工作臺的大小，使用非常方便。
1.卡盤 2.立板座 3.法蘭盤 4.鋼球 5.彈簧 6.調節螺釘 7.堅固螺母 8.單向推力球軸承 9.銅滑套 10.卡盤螺栓
四、夾具制作及裝配
該夾具主要特點是：利用鋼球凸出部分進行定位，來控制法蘭盤快速分度定位加工。
1、主要元件要求
①卡盤：采用K1180型三爪自定心卡盤（有正爪和反爪兩種），可用于裝夾不同圓環或其他軸類的工件。
?、诹遄翰捎肁3鋼材料制造，該件起支承作用，底板和立側板兩件板相互為90°通過焊接連成一體，其底面與另側面通過銑削、磨削加工完成，垂直度要達到0.015～0.02，表面粗糙度達到RA1.6M；夾具中心高度90MM有一個φ35的孔，用來固定銅滑套其過盈配合間隙要達到H7／P6，φ35的孔相對于側板的垂直度要求為0.025，表面粗糙度達到RA1.6M，可采用銑削完成。
?、鄯ㄌm盤：材料選用45鋼，該件的φ55圓與φ30定位心軸一次車削成型，其同軸度誤差必須嚴格控制在0.025MM之內，及控制其圓度誤差。法蘭盤前端φ55長度3MM的臺階與卡盤配合公差為0.01～0.02MM；后端φ30是滑動部件，須局部加熱淬火后回火，表面硬度達到HRC40－45，尺寸達到H7要求，表面粗糙度為RA1.6M；在法蘭盤后端以中心軸為基準，φ47圓周上鉆有六個均布R3深1.5的定位孔，并通過螺母與心軸的螺紋相互固定在立板座上，并要求垂直達到0.015。
?、茕撉颍哼x用φ6MM鋼球，起定位作用。
?、輳椈桑哼x用圓柱形螺旋壓縮彈簧，彈簧絲直徑0.8MM、外圈直徑6MM，端部結構有并緊磨平的YI型，以保證支承端面與彈簧的軸線垂直，從而彈簧受壓時不致歪斜。
⑥調節螺釘：選用M8×1的平頭螺釘，用于調整彈簧的彈力。
⑦緊固螺母：選用M16×1六角螺母，起夾緊作用。
?、鄦蜗蛲屏η蜉S承：選用8203型滾動軸承（8224GB301－64），起滑動作用。
?、峄祝翰牧线x用黃銅，起滑動作用，φ35和φ30的孔要求同軸度為0.02，可采用車削完成；φ30的孔與法蘭盤心軸的間隙配合要達到0.01～0.02；以便法蘭盤旋轉靈活。
?、饪ūP螺栓：選用M6內六角螺栓，起緊固聯接作用。
2、裝配工藝過程
在銑床上完成夾具體的加工→三爪自定心卡盤與法蘭盤裝配→立板座與銅滑套過盈裝配→立板座與鋼球定位彈性調試裝配→法蘭盤的心軸與立板座的滑套裝配→法蘭盤的心軸與單向推力球軸承的夾緊間隙調試。
為了心軸的旋轉精度，滑套內圈與法蘭盤的主軸裝配及滑套外圈與立板座孔裝配時，常采用定向裝配的方法。定向裝配就是人為控制各裝配件徑向跳動誤差的方向，使誤差相互抵消而不是累積，以提高裝配精度的一種方法。
1、夾具的工作過程：
?。?）夾具的安裝與調整把夾具定位在線切割機床工作臺上中間位置，用百分表校正立板座的基準面與機床的X軸、Y軸平行且垂直，并用螺絲將夾具緊固在工作臺上。（2）將工件放入三爪卡盤中（利用反爪）把工件夾緊，使工件的端面貼緊卡盤側面。（3）加工前，首件需要利用機床上的自動對中功能分中定位，使鉬絲位于工件的中心之后，便可按程序進行切割加工。當首件加工完之后，鎖定機床X軸、Y軸的坐標值，以后無需再找正可繼續加工。（4）按該圓環的加工工藝，考慮到工件所加工的槽長度、形狀不一致，則法蘭盤的工作有兩種方法：一是逐條加工法是指每割完一條線，法蘭盤需要按定位孔的方向順序轉動一次逐步去加工，這方法每次割完一條線后，需要換加工程序方可繼續加工。二是跳步加工法是指當割完第一條線后，法蘭盤要按方向順序轉多一個定位孔（即轉動兩次）才可按同一程序加工，直至該程序加工完。當第一條程序完成后要加工第二條程序時，可用同樣的跳步法繼續加工第二條程序。
2、夾具制作應注意的工藝問題：
?。?）法蘭盤的心軸與滑套的滑動配合間隙其間隙必須控制在H7／H6之間，且保證法蘭盤轉動靈活自如。如心軸與滑套之間的間隙過小，會出現法蘭盤轉動困難；若間隙過大，心軸的徑向跳動誤差大，影響工件加工的精度要求。（2）立板座的鋼球定位孔與鋼球配合間隙大小其間隙必須控制在0.05－0.1MM之內，以保證鋼球和彈簧的伸縮靈活。（3）該夾具是根據回轉類定位夾具設計，利用彈性元件定位，因此要控制法蘭盤上六個均布孔的中心孔距和深度尺寸要一致，減少制造定位誤差。否則造成接觸不良間隙過大，影響定位精度。
五、使用效果
1、該夾具制作過程簡單不復雜，成本較低，充分發揮機床的潛力，達到一機多用的目的。
2、經過試割加工工件，使窄槽加工后的尺寸精度達到H8級，表面粗糙度值達到RA＝1.2～3.2M，槽寬的直線度也較好，檢查后完全符合圖紙要求的尺寸，連續加工數千件沒有出現廢品，為企業提高經濟效益。
3、使用此夾具后，加工效率同時迅速提高，現一個班一臺機床加工15件左右，效率提高近四倍多，減輕了操作者的勞動強度。此套夾具使用一年多，性能十分穩定。
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