一種回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)位置可調(diào)的數(shù)控車(chē)床夾具研制
2019-5-6 來(lái)源：天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 作者：邊境 靳懷瑜
摘 要: 為解決數(shù)控車(chē)床使用專(zhuān)用夾具加工異型工件時(shí)，被加工工件回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)和車(chē)床主軸不同軸及因夾具夾緊變形而產(chǎn)生的工件超差問(wèn)題。通過(guò)增加工件回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)位置調(diào)整機(jī)構(gòu)和提高夾具結(jié)構(gòu)剛性的方法，設(shè)計(jì)一種新型可調(diào)夾具。生產(chǎn)實(shí)踐證明，夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能有效保證工件的加工精度，實(shí)用性強(qiáng)。
關(guān)鍵詞: 數(shù)控車(chē)床;專(zhuān)用夾具;異型工件
數(shù)控車(chē)床的夾具主要是指安裝在數(shù)控車(chē)床主軸上的并帶動(dòng)工件一起隨主軸旋轉(zhuǎn)的夾具。數(shù)控車(chē)削加工要求夾具具有較高的定位精度和剛性，較簡(jiǎn)單緊湊的結(jié)構(gòu)，同時(shí)還能便于在機(jī)床上迅速安裝和拆卸。其中最常見(jiàn)的通用夾具為各種卡盤(pán)夾具，適用于盤(pán)類(lèi)工件和短軸類(lèi)工件的加工。對(duì)于一些外形較復(fù)雜且不規(guī)則的特殊工件的裝夾，常常采用設(shè)計(jì)制造專(zhuān)用夾具的方法。專(zhuān)用夾具雖然通用性不強(qiáng)，設(shè)計(jì)制作和安裝調(diào)試的周期都比較長(zhǎng)，但是使用專(zhuān)用夾具可以完成非軸套、非輪盤(pán)類(lèi)工件的孔、軸、槽和螺紋等的加工，能夠擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，并且很好地解決各種異型工件的加工問(wèn)題。如果專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)合理，可以實(shí)現(xiàn)保證工件加工精度，提高工件加工效率的目標(biāo)。
1、問(wèn)題的提出
在數(shù)控車(chē)床上加工某異形工件側(cè)孔時(shí)，根據(jù)工件的外形特征和加工要求分析，采用通用卡盤(pán)夾具無(wú)法裝夾此類(lèi)異型工件，需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具。此工件毛坯為不銹鋼鑄件，在本車(chē)削工序之前的工序已經(jīng)將工件底面及底面上兩個(gè)定位孔加工完畢(圖1)。本工序需要對(duì)側(cè)孔及其端面進(jìn)行車(chē)削加工(圖2)。側(cè)孔為安裝孔，側(cè)孔的軸線(xiàn)與底面距離17.5 mm公差較大，無(wú)形位公差要求。本工序加工時(shí)除滿(mǎn)足工序圖要求的各項(xiàng)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(chē)削側(cè)孔前序圖
圖2 異型工件車(chē)削側(cè)孔工序圖
根據(jù)常規(guī)的數(shù)控車(chē)床夾具設(shè)計(jì)原則，專(zhuān)用夾具應(yīng)首先應(yīng)保證裝夾工件時(shí)，被加工孔的軸心線(xiàn)和數(shù)控車(chē)床主軸的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合，同時(shí)滿(mǎn)足夾具在數(shù)控車(chē)床上的定位和夾緊要求。針對(duì)以上原則設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具(圖3)。該專(zhuān)用夾具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際使用時(shí)發(fā)現(xiàn)一些缺點(diǎn):(1)工件在裝夾時(shí)操作不方便，增加了輔助裝卸時(shí)間，影響工作效率。(2)當(dāng)工件鑄造毛坯的一致性不好時(shí)，加工后因?yàn)榭妆诤癫痪鶆蚨a(chǎn)生廢品。(3)夾具結(jié)構(gòu)剛性不足，夾緊力導(dǎo)致夾具變形而產(chǎn)生工件超差的情況。為了解決這些問(wèn)題，必須對(duì)原專(zhuān)用夾具進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)位置可調(diào)整、不易變形，并且方便裝夾操作的專(zhuān)用夾具。
圖3 異型工件專(zhuān)用夾具圖
2、問(wèn)題的分析
(1)根據(jù)專(zhuān)用夾具結(jié)構(gòu)分析，工件裝夾時(shí)操作不方便，是因?yàn)槎ㄎ讳N(xiāo)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(dǎo)致操作不流暢。(2)當(dāng)零件鑄造毛坯的一致性不好時(shí)，由于該專(zhuān)用夾具是通過(guò)工件底面和兩個(gè)定位銷(xiāo)孔進(jìn)行定位裝夾，夾具相應(yīng)的定位元件固定不可移動(dòng)，致使工件安裝后被加工毛坯孔軸心線(xiàn)和數(shù)控車(chē)床主軸回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)偏差過(guò)大，而工件回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)位置又無(wú)法調(diào)整來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)偏差，所以加工后孔壁厚不均勻。(3)夾緊力導(dǎo)致的夾具變形問(wèn)題，是因?yàn)閵A具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)于單薄，剛性差。
3、異型工件的專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)
針對(duì)此類(lèi)異型工件的加工，設(shè)計(jì)一種新型回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)位置可調(diào)整的數(shù)控車(chē)床專(zhuān)用夾具，改變?cè)瓕?zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)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(wèn)題導(dǎo)致的被加工孔軸心線(xiàn)和數(shù)控車(chē)床主軸旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)不重合而產(chǎn)生超差報(bào)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(shí)盡可能使夾緊操作方便省時(shí)。
3.2 設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法
改進(jìn)后的新型夾具首先要滿(mǎn)足被加工工件裝夾后回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)可調(diào)。分析回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)包括橫向和縱向兩個(gè)方向的調(diào)整，為了降低復(fù)雜系數(shù)，根據(jù)工件的外形特征，分別以不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)軸線(xiàn)在兩個(gè)方向上的調(diào)整。在橫向上，以螺紋傳動(dòng)的方式進(jìn)行位置調(diào)整;在縱向上，根據(jù)毛坯尺寸變化范圍設(shè)計(jì)一組厚度可更換的調(diào)節(jié)墊片進(jìn)行位置調(diào)整。
根據(jù)以上考慮，夾具體設(shè)計(jì)需要改進(jìn)為可拆卸的分體式結(jié)構(gòu)，夾具基座部分和數(shù)控車(chē)床卡盤(pán)的夾持部分基本結(jié)構(gòu)不變。首先，將夾具本體與基座設(shè)計(jì)為滑動(dòng)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(mǎn)足了軸線(xiàn)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(gè)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(dòng)結(jié)構(gòu)，絲杠兩端安裝一對(duì)推力球軸承來(lái)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(dòng)，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(shí)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(chē)床夾具設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足加工要求的前提下，結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單緊湊，所以在實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)縱向調(diào)整的時(shí)不采用過(guò)于復(fù)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(gè)可拆卸定位銷(xiāo)，圓柱銷(xiāo)和菱形銷(xiāo)保證工件在夾具本體中的定位。調(diào)節(jié)墊片設(shè)計(jì)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(shí)際尺寸進(jìn)行更換，從而實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的縱向調(diào)整。在工件上方設(shè)計(jì)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?cè)瓉?lái)圓柱外形過(guò)于單薄的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)方面也要進(jìn)行改善，將原來(lái)的固定定位銷(xiāo)改為可拆卸的用緊固螺釘調(diào)整的活動(dòng)定位銷(xiāo)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(shí)間。
a 裝配圖
b 爆炸圖
圖4 新型可調(diào)夾具圖
4、結(jié)語(yǔ)
在生產(chǎn)實(shí)踐中證明，這種針對(duì)數(shù)控車(chē)床車(chē)削異型工件的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)位置可調(diào)整的數(shù)控車(chē)床夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，簡(jiǎn)單巧妙，操作方便，可根據(jù)需要輕易調(diào)整被加工件和車(chē)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(chē)床上的加工問(wèn)題，并且方便拆裝，實(shí)用性強(qiáng)，提高生產(chǎn)效率。
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