1、复杂外轮廓车削件的夹具设计广东省佛山市南海第一职业技术学校 刘业贵 手机 13928637205 E-mail 摘要：在生产实践中，我们经常会加工一些轮廓形状复杂的零件，对于这些形状复杂的零件，最难解决的不是程序的编写，而是如何进行装夹的问题。本文重点阐述带内孔的复杂外轮廓车削件的一种夹具设计思路。关键字：夹具、开口弹性套、锥度、复杂零件、内孔涨紧原理。如下图所示是我在指导学生实训的过程中加工的一个内螺纹锥轴，分析其一般的工艺过程，1、夹持工件左端钻 9 的通孔,扩孔至 10,粗车右端外圆、外圆槽、端面槽，然后精车至尺寸要求，2，包裹铜皮夹持右端10mm 宽的外圆面，并找正达到同轴度要求，粗车
2、左端外圆、内孔、内沟槽、内螺纹和圆弧形外圆，然后精车至尺寸要求。如果按照上面一般的工艺过程加工，几乎无法达到所要求的工艺要求，而且会出现明显的晃动现象，分析其原因：1、 调头装夹过程中找正困难，所以同轴度和各尺寸精度受影响。2、 两次装夹过程中，工艺基准不同，影响加工的精度，3、 调头装夹后，所夹持 10mm 宽度过小，相对伸出部分过长，且夹持部分厚度只有 5mm，近似于薄壁零件，易变形，4、 根据机械振动与受力的关系，圆轴工件在高速转动下存在很大的扭转力矩，卡盘与工件接触的面积过小，抗扭力矩不够大，必然引起工件相对扭转松动，从而出现晃动现象。解决的办法：为此我考虑使用内孔涨紧夹具加工外圆，我
3、设计的夹具如下:（一 ）夹具的制作：制作上面的夹具，主要制作上图中三个锥度配件：夹具体、锥度套筒和锥堵。1)夹具体用普通的数控车床就能加工出来，后用铣床铣一个 10*30 的键槽，三个配件的锥度要求相同，且不宜太大，一般 57 度即可，2）锥度套筒车出来后，要用线切割机床沿轴线一分为二。3）开口弹性套是工厂经常用到的，市场上随时可买到，也可自己制作，其结构很简单，就是一个用65Mn 弹簧钢材厚度大约在 1mm 左右的薄片做成的环形筒套，用线切割机加工出交错匀布的 8 条开口缝，1 条缝全开口，7 条不全开口。锥度开口弹性套比开口弹性套稍厚，有 57 度的锥度（无锥度则缝隙稍宽也可） ，其他结构
4、一样，加工方法一样，使用弹性套可有效地保证弹性套能迅速涨开和收缩，又能减小涨套过大变形给工件定位带来的不利影响，并使涨套在撑开时与工件和夹具体表面有良好的接触。4）螺杆到市场上去买一个即可（带螺帽） ；5）锥堵用普通数控车床即可精确车出来。（二）夹具的使用：首先用车床三爪卡盘夹紧夹具体，套上两半圆锥度套筒，并用螺杆穿过夹具体键槽固定在夹具体上，注意螺帽先不要旋得太紧，要保证套筒在能沿轴向方向可移动，套筒右端套入开口弹性套，装上工件，工件右端套入锥度开品弹性套、装上锥堵，用顶针顶紧，再用扳手旋紧螺杆螺帽。（三）夹具的注意事项：1、 使用本夹具要求已加工零件的内孔尺寸精准。2、 制作和安装本夹具要
5、保证工件的左右两端与夹具有足够的空间，便于刀具的走刀。3、 使用本夹具要求车床卡盘和顶针对中性良好。（四）本夹具的优点：1、 夹具制作简单，成本较低2、 安装方便，拆卸容易，如果是批量生产，夹具体、套筒、开口弹性套可装夹在卡盘上不用取下来，直到批量生产完毕。3、 一次安装可把整个外圆加工出来4、 使用本夹具后，加工工件的基准都以圆孔为基准，基准统一，5、 由于以圆轴为基准，且一次安装不用调头，省去了多次调头装夹时，用百分表找正的麻烦，很好地保证了零件的同轴度要求。6、 由于利用了开口弹性套，使工件定位准确，利用弹性套的弹性避免工件与夹具的直接接触而影响工件表面的光泽度。7、 本夹具大胆地采用了
6、锥度套筒，在车床顶针顶紧工件的过程中产生的轴向力加在锥度弹性套和锥度套筒上，使套筒径向扩张，从而夹紧工件的方法，降低了加工过程中工件松动可能，且增加了夹具的通用性，当加工零件内孔尺寸在一定范围内变化时，本夹具依然适用。8、 使用本夹具大大地降低了加工工艺难度，为解决外形复杂的零件加工提供了一个思路。9、 本夹具适宜于小批量生产。（五）夹具的检验：我和我的学生用 45 号钢自己加工了夹具体、锥度套筒、锥堵，开口弹性套从企业朋友那里拿的，使用本夹具加工，比不使用本夹具加工时间上省了 3 分之 2 以上，且加工的各项尺寸公差都在要求之内，没使用此夹具前，我们遇到的问题很多，且加工出来的尺寸大部分都偏
7、差较大。（六）工艺过程如下：1、 首先夹持毛坯左端，去右端毛坯毛刺，2、 夹持右端（伸出部分较短）-在左端端面钻中心孔-钻 10 的通孔-钻 18 的孔深 42-扩孔至 30 深 21-扩孔至 20 孔深由 21 至 42-车内沟槽-车内螺纹， （加出基准孔，所有尺寸都以孔为工艺基准）3、 使用设计的内孔涨紧夹具调头装夹-以孔为基准车削所有的外圆至尺寸要求。（七）夹具的改进：上面的夹具可根据零件的具体特点进行适当改进，具有一定的通用性。例如如下的零件图例： （ 图 3）比较图 3 与图 1 的零件图，可发现它们的共同特点都是因为外圆轮廓比较复杂，当调头装夹时，由于外圆可夹持部分面各较小，如图
8、3 中只有9mm，而零件的伸出部分相对较长，所以如果不使用夹具，装夹时要想办法进行找正，而且由于夹具体与工件接触面积小，从而导致出现晃动现象，极大地增加了加工的难度，对于企业最关心的是生产效率，为了提高生产效率，加工这样类型的零件企业往往会使用夹具。比较图 3 与图 1 的零件图，它们的区别在于，图 3 中零件的内孔两端都比较大（40 和 30） ，这时我们可以把锥度套筒做得更长，完全穿过零件内孔，夹具可改进如下：改进为：1）锥度套筒穿过零件内孔，左端增加凸台，用于安装对称地两个定位螺钉， （与前面一样，套筒加工出来后，用线切割机床沿轴线把其分为两半圆，2）右端的锥堵改成形状一样的导向压盖，车
9、床顶针顶紧工件过程中，导向压盖把锥度开口弹性套压紧，3）锥度开口弹性套比前面的要1、 夹 具 体 2、 定 位 螺 钉 3、 锥 度 套 筒 4、 开 口 弹 性 套 5、 工 件6、 锥 度 开 口 弹 性 套 7、 导 向 压 盖图 4厚些。4）安装顺序与前面基本上相同，只是要注意：定位螺钉要在车床尾座顶针顶紧后，再旋紧定位螺钉（螺钉底端要带胶垫） ，用以防止工件高速旋转过程中，刀具轴向的切削力引起工件向左移动。改进后的夹具优点：除了具有前面夹具的优点外，最重要的是工件定位稳定性更高了。结束语：本文设计的夹具除了适合于带孔的外轮廓形状复杂的车削件的加工，还特别适合于薄壁零件的外圆加工，本夹
10、具最大的特点是可改性较强，本夹具用到了几个关键的部件-锥度套筒、弹性套，用到了一种思维-锥度，锥度思维可改变切削时的受力方向，很好地利用车床尾座较强的轴向力（顶紧力） ，对于各种带内孔的零件外圆的加工，只要将夹具辅助部件进行改进即可。后附两个附件：附件 1：例图 1 原组合件装配图附件 2：例图 3 原组合件装配图参考文献：数控车削加工 ，中国劳动出版社出版，周晓宏主编。现代机床夹具典型结构图册 ，化学工业出版社出版，吴拓主编。机械振动第 4 版，清华大学出版社出版， （美）Singiresu.S.Rav 著,李欣业、张明路编绎。数控车工,中国劳动社会保障出版社出版，彭效润主编。2011 年 7 月末至 8 月初
