雙工位平衡式車夾具的結構設計

袁禮彬 蔣 濤

(常州南車鐵馬科技實業有限公司，江蘇常州 213015)

實踐生產中，回轉面的切削加工大多采用車、鏜加工，尤以車削加工要求效率高，裝夾方便被廣泛采用。由于被加工件結構設計呈非對稱的幾何形狀，使得夾具體在高旋轉加工時，產生噪聲和振動，加速刀具磨損，縮短機床和夾具體的壽命，嚴重時可能造成破壞性事故。為此必須對其夾具體進行平衡計算，使得機械振動幅度減小到允許的范圍內。本文以齒輪泵雙孔車加工為例，提供一種平衡式車夾具設計的獨特思路，并在實踐中得到了很好的驗證。

1 工件分析和加工方法

如圖1，機油泵泵體的結構簡圖中(圖中省略無關視圖)，兩孔2×Φ48 mm為7級精度，有垂直度、平行度和位置度公差要求，兩偏心孔中心距公差要求較小。該泵體機械加工工藝如下:

泵體毛坯為精鑄件，材料為TH200，非加工面表面較平整，外形較準。工序(1):在立式銑床銑兩端面，留磨加工余量0.40 mm;工序(2):在平面磨上粗磨兩端面，留精磨余量0.15 mm;工序(3):鉆6×Φ9孔，鉆鉸2×Φ10H7定位孔;工序(4):精磨兩端面至圖樣尺寸;工序(5):工件上車夾具，以2×Φ10H7孔定位，粗精鏜兩偏心孔2×Φ48H7孔至尺寸。

2 夾具方案和結構設計

兩偏心孔車加工為泵體加工的關鍵工序，本文只介紹工序(5)的車夾具設計。

該設計方案利用不在同一直線上的三點確定一個圓的數學原理，來設計360°兩工位回轉式車夾具加工兩偏心孔，夾具結構簡圖如圖2所示(圖中只標出主要零件序號和關鍵設計尺寸)。選擇泵體A面和2×Φ10H7孔為定位基準，夾具上設一面兩銷定位，采用回轉分度。圖2中A、B兩點為工件偏心孔中心，工件在加工時這兩點與機床主軸旋轉中心重合，O點為車夾具旋轉體8(圖3)的中心，同時也為工件的中心，它與回轉軸6中心軸線重合，設計上保證OA=21±0.01 mm。旋轉體8上裝有圓柱銷3和菱形銷7，通過這兩個銷和支承塊11平面使工件精確定位，并用兩大壓板夾緊固定。旋轉體8可饒回轉軸6作自由旋轉，圓柱插銷9用于分度定位，將旋轉體8定位在預定的工件加工位置，再用小壓板12將旋轉體8壓緊固定。夾具體10(圖4)通過左端面Φ165H7止口與車床主軸端部連接，配重體1(圖5)通過螺釘與夾具體10連接成一體，用于消除車削時夾具中心(包括工件)與機床回轉中心不重合使產生的離心力。

3 夾具平衡

車夾具平衡計算傳統方法主要有兩種:第一種是重量轉移法，該方法用重量轉移的方法簡化了配重平衡的計算，從理論上解決了設計難點，其設計計算需要較高的技巧，不具有普遍性意義;第二種是矢量計算法，其基本原理是，在一個回轉面所有元件的質量所產生的離心力構成一平面內匯交于回轉中心的力系，如果該力系的向量和等于零，則該力系就成為一平衡力系。該方法需要對各質量元件計算，并作向量圖，最終根據實際工況和夾具結構特點選定平衡塊的質量。

本夾具設計方案提供了非常獨特的思路，從結構設計著手，改變了傳統夾具設計方式來解決夾具平衡問題，提供一種解決雙工位車夾具平衡問題的設計方法，與傳統平衡設計相比較，其主要特點是:(1)旋轉體與配重體組合后，其質量中心與夾具中心及機床旋轉中心重合;(2)可根據被加工工件雙孔中心距設計配重體二偏心孔;(3)省去傳統設計中的扇形配重塊，免去復雜平衡計算，而且簡化了夾具。

4 夾具制造及使用要點

夾具制造中要注意:(1)夾具體與機床主軸端用過渡法蘭盤連接，采用H7/g6或H7/h6配合;(2)旋轉體與配重體之間配合間隙不可過小，根據使用經驗，可控制在0.10～0.15 mm;(3)為減小旋轉體在分度旋轉時與夾具體間的摩擦力，設計上旋轉體中部可車去一部分;(4)菱形銷的橫截面長軸應垂直于兩銷中心連線，否則起不到菱形銷的作用，且會增大轉角誤差。

使用要點:工件以2×Φ10H7孔定位，用大壓板13將夾緊在支承塊上，圓柱插銷插入一分度襯套進行分度定位。此時工件一偏心孔中心位于機床回轉中心，小壓板將旋轉體壓緊固定，按圖2中位置狀態先加工一偏心孔，保證OA=21±0.01 mm。加工完第一個偏心孔后，拔出插銷9松開小壓板12，撥動旋轉體8繞回轉軸6旋轉180°，然后將插銷9插入另一分度襯套中，此時第二偏心孔與機床主軸回轉中心同軸，壓緊小壓板12，啟動機床，車削該偏心孔，保證OB=21±0.01 mm。從而保證了兩偏心孔中心距AB=OB+OA=42±0.02 mm。

5 結語

本夾具設計構思新穎，其突出的優點是:結構簡單，一次裝夾可完成雙孔加工，孔距精度高;尤其是配重裝置設置獨特，可消除高速切削時離心力。實踐證明:本車夾具不但能滿足生產要求，到達預期的精度，而且大大地提高了生產效率。

根據不在同一直線上的三點確定一個圓的數學原理，該設計方案不僅適用于雙孔結構的加工，同樣適應于不在同一直線上的三孔系加工，對結構相似零件的加工具有很好的借鑒作用。