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热烈祝贺机电教研室主任徐礼标老师在中国学术期刊发表论文——《连接端盖的数控车床夹具设计》

时间: 2018/1/19 10:32:03      作者: 徐礼标



《连接端盖的数控车床夹具设计》


【摘  要】本文介绍一种能提高零件装夹精度和装夹效率的车床夹具,主要用于辅助底面有定位面的偏心轴零件的加工,并分析其工作原理、工作过程和结构特点。

关键词数控车 夹具 精度 偏心轴

一、引言

在机械加工过程中,偏心零件的应用广泛,生产量大。但其加工工艺复杂,难以把握好偏心距,难以达到相应的公差要求。本文尝试针对图1类的偏心零件的加工,设计一种夹具,以帮助提高偏心零件加工精度和效率。

二、偏心零件分析

1所示为连接端盖,为批量生产零件。该零件外形尺寸不大,材料为45#,年产量约1万件。零件的特点是以轴线为对称的图形,底部带有一平面可定位,φ43外圆以及与其同轴的内孔、螺纹孔和φ80外圆是偏心的,偏心量为13mm

通过分析,确定加工该零件的主要工序为:

1.车大端面至要求精度;

2.φ80外圆至要求精度;

3.φ80外圆为基准,铣外形轮廓及A底面、粗铣φ43偏心圆;

4.精磨基准A

5.精车φ43h6外圆、钻孔和攻M24牙。

由于φ43h6外圆及M24牙孔尺寸精度及位置精度要求高,最后一道工序适宜在数控车床上进行。但φ43h6外圆及φ28内孔与φ80外圆不同心,属于偏心轴类零件,不能直接通过普通卡盘安装定位。

而本工序需保证φ43h6外圆与底面的对称度、尺寸43±0.03,以及外圆与内孔的同轴度,所以解决该工件在本工序中的安装定位问题是提高偏心零件加工精度和效率的关键所在。




三、夹具设计分析

1.结构分析

2为针对该零件加工最后一道工序所设计的夹具。V形压板8是一个经过改进的V形压块,在其侧面有燕尾槽底座4对其进行导向(见A-A截面),利用机床扳手调节上紧螺栓5可实现V形压板8对工件9的夹紧和松开。工件从夹具侧面放入,由于工件放置后其对称中心轴线必然与机床的旋转中心垂线存在重合误差,V形压板在下压的过程中,由于其作用力几乎为垂直向下,水平方向的分力很小,对工件的自动对中不利。为了增进工件在水平方向的活动灵活性,实现工件的自动对中,把工件的放置平面设置为可以进行左右移动的活动板,活动板19底部装有两个滚珠轴承23,可以带动活动板在角铁24的导轨槽内左右移动。为了避免活动板处于左端或右端的极限位置不能自动对正,在活动板的左端和右端均设置了弹性侧顶块15。在自由状态下,侧顶块在弹簧的弹力下处于张紧顶出状态,当活动板处于极限位置时,在V形压板下压的过程中,可允许活动板通过侧顶块压缩弹簧进行移动,实现对正。通过该机构实现工件的装夹定位。

2.定位分析

工件采用经精磨后的台阶面作为定位基准限及采用φ43外圆表面靠在活动V形块上进定位,这样就可以从空间上的六个自由度定位工件,符合工件的完全定位的要求。

3.夹具的平衡

由于夹具的上下结构不一致,夹具的重心与主轴旋转轴线不重合,导致加工时将产生离心力。如图1所示,工件中心与主轴中心偏离13mm,根据零件材料的体积分析,偏重约2.6kg, 若以800r/min转速旋转,则产生的离心力为:

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

可见产生的离心力较大。这个离心力作用到机床上,不仅引起振动,产生噪音,而且加速轴和轴承的磨损,从而降低工件精度,缩短机床使用寿命。为消除这个离心力,在工件的偏重所对应的位置上设置了相对应的平衡块,平衡块的重量及位置可调节,故在夹具体开设调节槽以方便调节。这样设计,达成了主轴、夹具、工件之间的平衡,避免了离心力的产生。

在实际中,平衡计算只能作为参考,我们一般通过调整动平衡仪来调整平衡块的大小和位置。

4.定位误差分析

1)偏心轴轴心线对于外圆轴心线的对称度误差分析:

工件用作为对称度基准的外圆V形块上作为对对称度的限制,所以基准不重合误差ΔB=0V形块的对中性较好,可认为基准位移误差ΔY=0,定位误差ΔD=0,此定位能满足偏心轴轴心线对称度的精度要求。

2)偏心轴轴心线对于台阶高度43±0.03mm的误差分析:

本夹具把工件放在用来作为高度基准的台阶面上来对偏心轴轴心线的高度进行限制,台阶面放于可滑动的导轨面上进行定位,所以基准不重合误差ΔB=0,基准位移误差ΔY与定位方式有关,采用平面定位ΔY=0,所以此定位误差ΔD=0,满足定位要求。

5.夹紧力分析

在实际机械加工过程中,工件受到多种力量的作用,如切削力、惯性力、离心力、工件自重等,所以夹具的夹紧力必须与这些力量相抗衡才能保障夹紧可靠,避免造成生产事故。本夹具采用M16的螺旋夹紧机构施加夹紧力,经使用后证明此夹紧可靠。

四、夹具的安装与使用要点

(一)夹具的安装

1.由于本夹具径向尺寸达到480mm,夹具通过过渡盘与主轴连接,用定位止口装置在过渡盘的凸缘上,用螺钉紧固;

2.以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。过渡盘推入主轴后,其端面与主轴端面只允许有00501 mm的间隙,用螺钉均匀拧紧后;   

3.夹具体止口按H7js6与过渡盘的凸缘配合,用螺钉紧固即可。

(二)夹具使用要点

1.V形压板8与燕尾曹底座的配合需保证其活动顺畅,同时要保证V形块的定位精度,在安装时需进行反复调试,该零件选取CrMn钢淬火到58-63HRC

2.燕尾槽底座4由于在装夹工件时需经常与V形压板8摩擦,应注意藏油润滑,同时要有足够的耐磨性。

3.安装过程中,需固定整个夹具防止其转动,调整V形压板8处于垂直状态后,再调整活动板19回来滑动时与V形压板的垂直度。

4.在调试侧顶块的弹力时,弹力应适度,不能张得太紧。

五、结束语

本文介绍的夹具主要适用于批量生产偏心轴类零件。加工过程采用该夹具进行装夹,可以提高加工精度同时节省较多校正时间。这一夹具的设计思路可供加工同类零件时作为参考。

参考文献

1】车工实用技术手册[M] 邱言龙,王兵,刘继福 中国电力出版社 2010,(1)

2】成组夹具设计与应用[J] 张志明,邢春和,徐大方 国防工业出版社 2001

3】机床夹具设计[M] 薛源顺 机械工业出版社2007


附图1:夹具结构图

附图2:夹具爆炸图