齒輪泵密封槽銑削加工四工位氣動夾具設計

尹昭輝 周禮根

(①淮安信息職業技術學院，江蘇淮安 223003;②江蘇福斯特液壓科技有限公司，江蘇淮安 223003)

夾具已經被廣泛應用于各類機械加工，它不但能夠充分地保證產品精度和穩定產品質量，同時也能夠有效地提高生產效率、降低勞動強度。隨著數控加工的普及，其高精度、高效率、高柔性、高自動化程度已遠遠為傳統機械加工所不及，為了充分發揮數控機床的性能，選擇或設計一套適合于數控加工的夾具就尤為重要。本文針對企業中一齒輪泵后蓋密封槽加工需要，闡述、分析并設計了一套四工位加工中心專用夾具，應用效果良好。

1 工件的定位方案設計

定位就是要保證工件有正確的加工位置，所產生的誤差盡量小，所以在確定定位方案時必須要從本次加工工序的精度要求著手，然后根據六點定位原理，初步確定該工件的定位方式。齒輪泵后蓋如圖1所示，加工部位為密封槽。從圖中可以看出，密封槽的X、Y向位置以中心線對稱分布，從后蓋裝配要求看，只要能保證密封圈包圍住泵體的內腔即可，所以X、Y方向的尺寸82.3 mm、40.6 mm、33 mm、31.5 mm、51 mm 未作公差標注，加工允差范圍比較大。對于槽深，由于要保證密封圈起到有效的密封作用，則在全程上需要加工到2.2+0.025 mm。前道工序已經完成A基準面和2－φ6 mm孔的加工，根據六點定位原理本道工序采用如下定位方案:

(1)以A基準面定位，可以限制Z方向直線、X方向旋轉、Y方向旋轉3個自由度;

(2)以2－φ6 mm孔定位，可以限制X方向直線、Y方向直線、Z方向旋轉3個自由度，考慮過定位問題。

根據上面分析，可以采用一面兩銷定位，為了避免出現過定位，圖1后蓋(密封圈主要尺寸)兩銷則采用圓銷和菱形銷組合。

2 夾具的結構設計

2.1 定位裝置的結構設計

根據上述分析一面兩銷定位的方案，在定位元件設計時，A面的定位元件采用定位板，考慮到該密封槽在立式加工中心上銑削，而加工表面也位于基準面A上，所以需要在定位板上開槽以便于使被加工部位開放;定位板上按照尺寸要求加工出2個銷孔，分別配合1個圓柱銷和菱形銷，實現對工件的兩銷定位;定位板的1個側面作為安裝找正的基準面。原理結構如圖2所示，從圖中可以看出，B面為定位面，與工件的A表面接觸;C側面為安裝找正基準面;板上開一長86.3 mm、寬55 mm的通槽，使工件的密封槽加工位置開放，尺寸比密封槽周邊多2 mm，避免刀具和定位板干涉;查閱機械手冊，兩銷選擇φ6h8普通圓柱銷和菱形銷，根據優先和常用孔軸配合原則，采用φ6H8/h8銷孔小間隙配合，所以在定位板上鉸制出2－φ6H8孔，但是為保證定位精度和聯接的緊固性，圓柱銷必須利用“微小過盈”固定在鉸制孔中，由于我們選取的是φ6H8/h8銷孔小間隙配合，結合實際情況我們在兩銷上涂上AB膠，也能夠起到良好固定和過盈效果。對于其他3個工位定位裝置設計和上述相同，根據機床的加工尺寸和工件裝拆的便捷，采用四工位左右布局，如圖3所示，該裝置裝配效果如圖4所示。

2.2 夾具體結構設計

夾具體也就是夾具底座，在前面定位裝置設計好之后，必須要和夾具底座連接到一起，那么定位裝置在夾具底座上的安裝精度、夾具體在機床上的安裝精度也是影響工件加工精度的重要因素，在設計時主要考慮以下因素:(1)保證定位裝置的B基準面水平;(2)定位裝置在夾具體上的安裝穩固;(3)夾具體在機床上安裝穩固。

所以在夾具體結構上主要有底板和支撐柱組成底板底部采用鍵塊結構，嵌入到工作臺T形槽中進行定位，用螺栓鎖緊;支撐柱與底板采用螺栓連接。底板結構如圖5所示，支撐柱共需要5根，如圖6所示。

2.3 夾緊裝置設計

夾緊裝置主要有動力裝置、夾緊元件和中間傳力機構組成。為了更好地減少輔助安裝時間，降低勞動者工作強度，我們選用氣動夾緊，將后蓋定位到夾具的定位裝置上之后，夾緊元件在氣壓的作用下可以將后蓋頂住，起到夾緊作用。夾緊力方向指向+Z方向，確定夾緊力大小時主要考慮后蓋自身質量和6 mm刀具下刀切入時的切削力，由于密封槽深只有2.2 mm，槽寬6 mm，下刀速度F100，切削力不大，所以我們選取SDA50×30薄型氣缸作為夾緊裝置，如圖7所示，缸徑50 mm，活塞行程30 mm，壓力可以達到9 kg/cm2，氣源壓力0.4～0.9 MPa，活塞桿帶內螺紋孔，配合一平頭螺栓，可以自由調節與后蓋夾緊面的接觸距離。氣缸的控制采用手拉閥，安裝在薄型缸旁邊，方便操作。

2.4 定位誤差分析

一個工件的加工誤差主要是由定位誤差、夾緊誤差、對刀誤差、測量誤差等組成，這些誤差的總合不能超出工件的公差要求。其中定位誤差是最關鍵的因素，直接關系到定位方案是否合理、能否加工出合格的產品，一般情況下不能超出工件公差的1/3，所以在夾具設計中必須要進行相應的計算。引起定位誤差的原因一般有兩種:一是基準不重合誤差，是由于定位基準和工序基準不重合而引起的;二是基準位移誤差，是由于定位表面本身存在誤差以及各定位表面之間的位置誤差而引起的。

(1)基準不重合誤差ΔB分析

密封槽深度方向上由圖1可以看出，工序基準為A面，從圖2定位方式看，工件的定位基準面也是A面，所以該方向基準不重合誤差為0。密封槽水平方向工序基準為對稱中心，我們以兩銷孔定位，兩銷孔也是以對稱中心分布，所以也不存在基準不重合誤差。

(2)基準位移誤差ΔR分析

基準位移誤差的計算和具體的定位方式有關，一般以平面定位認為ΔR=0，所以槽深方向上基準位移誤差為0;如果是豎直圓柱銷定位則ΔR為銷孔配合的最大間隙，所以在該定位裝置的水平方向上存在基準位移誤差:ΔRX=孔max－銷min=0.015－(－0.018)=0.033 mm;ΔRY=孔max－銷min=0.015－(－0.018)=0.033 mm。

(3)合成定位誤差ΔD

根據 ΔD=ΔR+ΔB計算得:ΔDX=0+0.033=0.033 mm;ΔDY=0+0.033=0.033 mm。

這兩項定位誤差完全符合密封槽的尺寸精度要求。

3 夾具裝配與使用

(1)夾具裝配

該夾具按照如下步驟裝配:

①將5個支撐柱安裝在夾具體底板上;

②將底板固定在機床工作臺上;

③將支撐柱的上端用銑刀修平整;

④以定位板的B面為安裝面將定位裝置安裝到支撐柱上;

⑤將4個薄型缸活塞桿向上安裝到底板上，正對定位裝置的開槽處。

⑥連接薄型缸工作氣路。

裝配效果如圖8所示。

(2)夾具使用

①將工件加工面、2－φ6 mm孔和夾具的定位裝置以一面兩銷定位;

②打開薄型缸控制手拉閥;

③薄型缸的活塞桿頂住工件，起到夾緊作用;

④加工完后，關閉薄型缸控制手拉閥，拿下工件。

4 結語

該夾具的設計定位準確，結構簡單，一次安裝4個工件，氣動夾緊松開，能夠充分保證產品質量，有效地提高生產效率和降低勞動強度，體現了數控加工中心的特點，發揮了數控加工的優勢，也為數控機床夾具設計提供了一定的理論借鑒。

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