曾柏權

（廣東省韶關市技師學院，廣東 韶關512023）

0　引言

在我院校企合作加工的系列產品中，其中有一特殊零件（弧形檔鐵）如圖1所示。

圖1　弧形檔鐵

在φ120外圓臺階處，有一組徑向對稱圓弧表面需要加工，待加工圓弧R80表面的形位精度要求工件軸線的對稱公差0.02 mm，R80的上偏差為-0.20 mm，下偏差為-0.40 mm，加工難度大。

原始加工方案是：①安排車床工序：加工外圓、加工臺階、加工倒角、加工內孔、內錐。②采用立式鉆床鉆對稱孔φ11。③普通銑床上銑削鍵槽。④數(shù)控線切割加工R3及兩直角面。⑤數(shù)控銑床、加工中心單件銑削對稱圓弧表面R80.

在數(shù)控銑床、加工中心銑削中，毎次只能加工一個零件，精度雖可以保證，但加工成本較大，沒有充分發(fā)揮數(shù)控銑床和加工中心的作用。為此，通過對其工藝進行研究改進，研制了一種專用夾具來加工，在保證加工精度的同時，大幅縮短輔助時間，降低了工人勞動強度，提高了生產效率，降低了加工成本。

1　專用夾具設計與分析

原方案效率低，主要是因為毎次只能加工一個零件，因此新的加工方案的出發(fā)點是提高一次加工的零件數(shù)。為此，需要設計專用的夾具。利作專用夾具的優(yōu)點，以獲得較高的加工精度和生產效率。

1.1　設計原理

工件圓弧表面R80通過合理布置安裝在圓形花盤上，可構成一個直徑φ160的圓，構成的圓屬于回轉體。如果能利用這種關系，則便可在車床加工。則需要設法通過1∶5錐孔進行錐形心軸裝夾定位，錐形心軸可通過螺母、開口墊圈實現(xiàn)定位。而構成一個直徑φ160的圓平均分布在圓周上需要6個工件同時安裝，從而推論出只要把直徑φ160的圓的圓心設計與車床主軸軸線同軸，即可設計專用夾具，實現(xiàn)以車代銑，最大限度的擴展機床的使用范圍。夾具裝配圖如圖2所示。

圖2　夾具裝配圖

1.2　工件在夾具中的定位分析

如圖2所示，夾具體的錐形心軸1限制了工件的五個自由度，止轉削邊銷5限制了一個自由度。夾具體的錐形心軸1相當于五個支承點限制了工件的五個自由度，X移動、Y移動、Z移動、Y轉動、Z轉動。止轉削邊銷5定位相當于一個支承點，它限制了一個自由度X轉動。

1.3　夾具定位誤差和定位精度的分析

由定位分析可知，夾具采用了心軸、圓柱孔、止轉圓柱銷進行定位，將會產生一定的定位誤差，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定位所產生的誤差小于工件的形位公差。

1）尺寸鏈分析，夾具主體零件圖（圖3）所示尺寸

φ30軸與孔φ30H7的最大間隙為：[6]

0.025-（ -0.016）=0.041（mm）

則工件軸線與主軸軸線距離為：

100.025+0.041=100.066（mm）

2）若R80轉為φ160孔徑加工時控制公差為±0.05mm，則：

圓弧面與工件軸線的最大距離為：

103.066-79.975=23.091 ＜ 23.26（mm）

圓弧面與工件軸線的最小距離為：

102.934-80.025=22.909 ＞ 22.74（mm）

故滿足圓弧面與工件軸線的距離要求，同時φ160孔徑控制在公差為±0.05 mm時，也滿足R80圓弧的精度要求。

由此得到新的加工方案：新方案以車代銑，專門設計了專用夾具使六個工件能夠同時安裝，并能保證工件待加工圓弧R80的圓心處在主軸軸線上。因此只需將基準軸軸線相對于主軸軸線平行偏離一個準確的距離（偏心距103 mm）夾具裝配圖（見圖2）所示即可達到加工的裝夾要求。利用削邊銷采用工件上已鉆削出的φ11孔中的其中一個作為工件止轉定位，可保證圓弧表面的位置精度，從而保證工件在夾具中定位，利用螺母、開口墊圈輔助夾緊，使工件在整個車削過程中始終保持正確的位置達到加工要求。

1.4　強度校核

通過受力分析，導致止轉削邊銷剪切疲勞強度極限的變形量因素主要有兩方面。一方面由剪應力影響，另一方面由離心力的影響。

通過主切削力計算公式：FZ=2 000 apf[2]

當選取 ap=1 mm、f=0.1 mm/r，則：FZ=2 000× 1 × 0.1=200（N）

剪應力的計算：當選取止轉削邊銷為φ10 mm，[3]則截面積A=πR2=3.14×52≈0.007 85 M2.

τ=Q/A=FZ/A=200÷0.007 85=25 477.71 Pa≈25.477 MPa

當選取材料為45#，許用應力為30 MPa.根據(jù)剪切強度條件 τ=Q/A ≤ [τ]，τ≈ 25.477 MPa ≤ [τ][4]故，止轉削邊銷軸符合剪切強度要求。

2　夾具制作、安裝[5]

2.1　夾具的構成

夾具的構成分為四部分：錐形心軸、定位裝置、夾緊裝置、夾具體構成。其零部件具有各種不同的幾何形狀、尺寸規(guī)格，并且它們的精度高、硬度高、耐磨性好，具有良好的互換性?？梢苑浅７奖憔S護，便于重復使用。夾具體可直接安裝在車床主軸上。其結構簡單，制造難度不大。夾具主體零件圖，如圖3所示。

圖3　夾具主體零件圖

2.2　夾具的安裝

夾具體可直接安裝在車床主軸上。因為工件是裝夾在夾具上加工的，因此，夾具體的精度直接影響工件的加工精度，故加工工件前必須對夾具體進行精度檢測，要求夾具體本身的幾何誤差小于工件相關公差的1/3～1/2.

2.3　工件加工工藝

工序一：車床加工外圓、加工臺階、加工倒角、加工內孔、內錐。

工序二：采用立式鉆床鉆對稱孔φ11.

工序三：普通銑床上銑削鍵槽。

工序四：數(shù)控線切割加工R3及兩直角面。

工序五：利用設計的夾具安裝，對徑向局部圓弧進行加工，實際上是將R80圓弧轉換成加工φ160 mm的孔徑，從而達到設計的目的，找到解決問題的方法。

2.4　加工φ160mm的孔徑數(shù)控工藝

1）零件圖工藝分析

a）技術要求分析 加工φ160達尺寸精度要求，銳邊去毛刺。

b）確定夾具安裝工件的裝夾方案，合理選擇加工起點、換刀點，建立工件坐標系原點。

2）制定加工工藝路線。

3）根據(jù)工藝特點，合理選擇刀具，使用鏜孔車刀進行孔的粗、精加工。

4）確定切削三要素：選取切削深度ap=1 mm、進給量f=0.1 mm/r、轉速N=220 r/min

5）編寫加工程序

O 0001 程序名

N10 G0 X200 Z100 定位到加工起點，換刀點

N20 S220 M3 T0101 啟動主軸轉速，正轉，換1號刀并執(zhí)行刀偏

N30 G99 G0 X152 Z20 定位到孔加工起點

N40 G90 X154 Z－2 F0.1 粗車孔，每刀切削深度1mm

N50 G90 X156 Z－2 F0.1 粗車孔，每刀切削深度1mm

N60 G90 X158 Z－2 F0.1 粗車孔，每刀切削深度1mm

N70 G90 X159 Z－2 F0.1 半精車孔，每刀切削深度1mm

N80 G90 X160 Z－2 F0.1 精車孔，每刀切削深度1 mm

N90 G0 X200 Z100 刀具返回加工起點

N100 T0100 換1號刀并取消刀偏

N110 M30 程序結束

3　生產效率對比分析

生產效率是企業(yè)生存和發(fā)展的重要因素之一，所以保證生產效率是產品加工重要環(huán)節(jié)。生產效率比較必須在機床設備調試正常、加工質量穩(wěn)定、批量生產前提下進行?，F(xiàn)通過進行對稱弧形檔鐵零件的加工采集數(shù)據(jù)進行生產效率比較：

3.1　加工中心、數(shù)控銑床、CJK6140經濟型數(shù)控車床單件機動工時間比較

在數(shù)控銑床和加工中心中，只能實現(xiàn)一次一件的加工，加工效率低，不經濟；在CJK6140經濟型數(shù)控車床上采用夾具裝夾加工，一次可實現(xiàn)六工位同時加工，單件機動工時間如下表1所示。

表1　單件機動工時間比較

3.2　加工中心、數(shù)控銑床、CJK6140經濟型數(shù)控車床單件耗電比較

在數(shù)控銑床和加工中心中，裝夾工件時間長，電能損耗高，在CJK6140經濟型數(shù)控車床上采用夾具裝夾加工，一次可實現(xiàn)六工位同時加工，裝夾時間短，電能損耗低，單件耗電比較如下表2所示。

表2　單件耗電比較

采用上表數(shù)據(jù)對比和分析的結果判斷，利用CJK6140經濟型數(shù)控車床設計專用夾具裝夾加工的方法加工，要比采取數(shù)控銑床單件裝夾加工的方法效率高，要比采取加工中心單件裝夾加工的方法效率高。利用CJK6140經濟型數(shù)控車床設計專用夾具裝夾加工大大提高生產效率、降低成本，是目前加工的最佳方法。

4　零件加工實體

利用CJK6140經濟型數(shù)控車床設計專用夾具裝夾加工零件質量達圖紙要求，如圖4所示。

圖4　零件加工實體圖

5　結束語

本文講述的例子，采用夾具后，大量減少輔助時間，同時降低工人勞動強度，勞動生產率顯著提高，其關鍵因素是工件的裝夾定位。正確處理好夾具核心問題，解決刀柄剛度問題、切削用量選取更精準、控制切屑流出方向因素，問題就迎刃而解。

參考文獻：

[1]薛源順，劉福庫，吳春華，等.機床夾具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999：8-37.

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[4]蔡月珍，王有先，王慶翔，等.金屬材料與熱處理[M].北京：中國勞動出版社，1993：65-66.

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