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熱烈祝賀機電教研室主任徐禮標老師在中國學術期刊發表論文——《連接端蓋的數控車床夾具設計》

時間: 2018/1/19 10:19:51      作者: 徐禮標



《連接端蓋的數控車床夾具設計》


【摘  要】本文介紹一種能提高零件裝夾精度和裝夾效率的車床夾具,主要用于輔助底面有定位面的偏心軸零件的加工,并分析其工作原理、工作過程和結構特點。

關鍵詞數控車 夾具 精度 偏心軸

一、引言

在機械加工過程中,偏心零件的應用廣泛,生產量大。但其加工工藝復雜,難以把握好偏心距,難以達到相應的公差要求。本文嘗試針對圖1類的偏心零件的加工,設計一種夾具,以幫助提高偏心零件加工精度和效率。

二、偏心零件分析

1所示為連接端蓋,為批量生產零件。該零件外形尺寸不大,材料為45#,年產量約1萬件。零件的特點是以軸線為對稱的圖形,底部帶有一平面可定位,φ43外圓以及與其同軸的內孔、螺紋孔和φ80外圓是偏心的,偏心量為13mm

通過分析,確定加工該零件的主要工序為:

1.車大端面至要求精度;

2.φ80外圓至要求精度;

3.φ80外圓為基準,銑外形輪廓及A底面、粗銑φ43偏心圓;

4.精磨基準A

5.精車φ43h6外圓、鉆孔和攻M24牙。

由于φ43h6外圓及M24牙孔尺寸精度及位置精度要求高,最后一道工序適宜在數控車床上進行。但φ43h6外圓及φ28內孔與φ80外圓不同心,屬于偏心軸類零件,不能直接通過普通卡盤安裝定位。

而本工序需保證φ43h6外圓與底面的對稱度、尺寸43±0.03,以及外圓與內孔的同軸度,所以解決該工件在本工序中的安裝定位問題是提高偏心零件加工精度和效率的關鍵所在。




三、夾具設計分析

1.結構分析

2為針對該零件加工最后一道工序所設計的夾具。V形壓板8是一個經過改進的V形壓塊,在其側面有燕尾槽底座4對其進行導向(見A-A截面),利用機床扳手調節上緊螺栓5可實現V形壓板8對工件9的夾緊和松開。工件從夾具側面放入,由于工件放置后其對稱中心軸線必然與機床的旋轉中心垂線存在重合誤差,V形壓板在下壓的過程中,由于其作用力幾乎為垂直向下,水平方向的分力很小,對工件的自動對中不利。為了增進工件在水平方向的活動靈活性,實現工件的自動對中,把工件的放置平面設置為可以進行左右移動的活動板,活動板19底部裝有兩個滾珠軸承23,可以帶動活動板在角鐵24的導軌槽內左右移動。為了避免活動板處于左端或右端的極限位置不能自動對正,在活動板的左端和右端均設置了彈性側頂塊15。在自由狀態下,側頂塊在彈簧的彈力下處于張緊頂出狀態,當活動板處于極限位置時,在V形壓板下壓的過程中,可允許活動板通過側頂塊壓縮彈簧進行移動,實現對正。通過該機構實現工件的裝夾定位。

2.定位分析

工件采用經精磨后的臺階面作為定位基準限及采用φ43外圓表面靠在活動V形塊上進定位,這樣就可以從空間上的六個自由度定位工件,符合工件的完全定位的要求。

3.夾具的平衡

由于夾具的上下結構不一致,夾具的重心與主軸旋轉軸線不重合,導致加工時將產生離心力。如圖1所示,工件中心與主軸中心偏離13mm,根據零件材料的體積分析,偏重約2.6kg, 若以800r/min轉速旋轉,則產生的離心力為:

F=(ωxɡ) e(πn/30)2≈2.6×9.8×0.023×(3.14×800/30)2≈4109N

可見產生的離心力較大。這個離心力作用到機床上,不僅引起振動,產生噪音,而且加速軸和軸承的磨損,從而降低工件精度,縮短機床使用壽命。為消除這個離心力,在工件的偏重所對應的位置上設置了相對應的平衡塊,平衡塊的重量及位置可調節,故在夾具體開設調節槽以方便調節。這樣設計,達成了主軸、夾具、工件之間的平衡,避免了離心力的產生。

在實際中,平衡計算只能作為參考,我們一般通過調整動平衡儀來調整平衡塊的大小和位置。

4.定位誤差分析

1)偏心軸軸心線對于外圓軸心線的對稱度誤差分析:

工件用作為對稱度基準的外圓V形塊上作為對對稱度的限制,所以基準不重合誤差ΔB=0V形塊的對中性較好,可認為基準位移誤差ΔY=0,定位誤差ΔD=0,此定位能滿足偏心軸軸心線對稱度的精度要求。

2)偏心軸軸心線對于臺階高度43±0.03mm的誤差分析:

本夾具把工件放在用來作為高度基準的臺階面上來對偏心軸軸心線的高度進行限制,臺階面放于可滑動的導軌面上進行定位,所以基準不重合誤差ΔB=0,基準位移誤差ΔY與定位方式有關,采用平面定位ΔY=0,所以此定位誤差ΔD=0,滿足定位要求。

5.夾緊力分析

在實際機械加工過程中,工件受到多種力量的作用,如切削力、慣性力、離心力、工件自重等,所以夾具的夾緊力必須與這些力量相抗衡才能保障夾緊可靠,避免造成生產事故。本夾具采用M16的螺旋夾緊機構施加夾緊力,經使用后證明此夾緊可靠。

四、夾具的安裝與使用要點

(一)夾具的安裝

1.由于本夾具徑向尺寸達到480mm,夾具通過過渡盤與主軸連接,用定位止口裝置在過渡盤的凸緣上,用螺釘緊固;

2.以主軸前端短錐面與過渡盤連接的方式。過渡盤推入主軸后,其端面與主軸端面只允許有00501 mm的間隙,用螺釘均勻擰緊后;   

3.夾具體止口按H7js6與過渡盤的凸緣配合,用螺釘緊固即可。

(二)夾具使用要點

1.V形壓板8與燕尾曹底座的配合需保證其活動順暢,同時要保證V形塊的定位精度,在安裝時需進行反復調試,該零件選取CrMn鋼淬火到58-63HRC

2.燕尾槽底座4由于在裝夾工件時需經常與V形壓板8摩擦,應注意藏油潤滑,同時要有足夠的耐磨性。

3.安裝過程中,需固定整個夾具防止其轉動,調整V形壓板8處于垂直狀態后,再調整活動板19回來滑動時與V形壓板的垂直度。

4.在調試側頂塊的彈力時,彈力應適度,不能張得太緊。

五、結束語

本文介紹的夾具主要適用于批量生產偏心軸類零件。加工過程采用該夾具進行裝夾,可以提高加工精度同時節省較多校正時間。這一夾具的設計思路可供加工同類零件時作為參考。

參考文獻

1】車工實用技術手冊[M] 邱言龍,王兵,劉繼福 中國電力出版社 2010,(1)

2】成組夾具設計與應用[J] 張志明,邢春和,徐大方 國防工業出版社 2001

3】機床夾具設計[M] 薛源順 機械工業出版社2007


附圖1:夾具結構圖

附圖2:夾具爆炸圖