薄壁類工件裝夾新模塊化設計

盧耀堂

(寶雞法士特齒輪有限責任公司，陜西寶雞 722409)

本文涉及的薄壁易變形零件主要是指筆者公司設計生產的卡車變速箱上蓋類零件，此類零件一般是壁厚為7 mm的灰鑄鐵件(目前也有壁厚為5 mm的鋁合金件)，大小約470 mm×300 mm，產品結合面平面度要求0.15 mm，孔系位置度0.2 mm。傳統加工方法是使用如圖1老式工裝，放入工件后，先逐個擰緊4個側抱塊螺釘，找正工件外形，再旋緊4個浮動支撐星形手把。但此類裝夾方法使工件在受力上不合理，易使工件裝夾變形。具體分析如下:

(1)工裝以毛坯外形定位，由于設計了“蹺蹺板”式支承，實際工件長邊定位長度短，定位效果一般。

(2)在此類工裝中側抱緊(側壓)功能與浮動支撐功能是分別設計的，使用過程中由獨立的動作分別操作。因此為了便于有足夠空間操作，各支撐點相距較大，使得整體設計復雜，支撐點離散嚴重;又因為加工時是局部受力，易產生局部翹曲變形。

(3)側抱點數量少，為保證工件裝夾穩固、安全，操作者常常下意識地擰側抱螺釘力大，工件未加工就已經變形。

(4)浮動支撐點少(4個)，相距遠，銑面時振動大，刀紋明顯。

(5)擰浮動支撐星形手把處空間小，操作不便。

(6)工裝通用性差，結構相似的工件，要重投制新工裝。

1 新工裝設計

詳細分析了以往夾具的優缺點及被加工工件的特點，對加工過程進行受力分析，不僅考慮是否使用簡便，還充分考慮本工裝能否制造及裝配，優化各部件和動作。設計出一種操作簡單，又能自由組合使用并含有側抱緊(側壓)及浮動支撐功能的夾具模塊。通常對于薄壁或腔體工件加工來說，其難點是既要克服裝夾變形，又要夾緊牢固，才能保證加工后的尺寸及精度要求。從機加工的受力分析可知，通過增加工件側抱點及浮動支撐點的數量，可有效提高工件的夾緊穩定性并減小工件的變形量，對于加工質量及加工效率的提升是有力的保證。

如圖2所示，新工裝是模塊化設計，根據被加工產品特點，在夾具本體上安置一定數量的模塊。此模塊能自由調整位置，安裝簡便，只需在庫房常備一定形式及數量的模塊，在新產品試制或換產時，可快速組裝使用，大大縮短生產周期，節約成本。

2 雙側抱浮動支撐模塊設計

本模塊設計基本要求是安裝簡單、可重復使用、操作簡單、定位夾緊可靠安全。因此設計了一種新型的雙側抱浮動支撐模塊，如圖3所示。

2.1 工作原理

工件裝入后，支撐帽9在底部壓簧4力作用下自動浮動支撐著工件底面。當球面壓緊螺桿13旋緊時，壓緊可調壓板16并帶動頂銷6將斜楔支撐銷5鎖緊在浮動支撐位置。繼續旋緊螺桿13后，鉸接壓板10會帶動側壓銷20抱緊工件。根據杠桿原理，螺桿13的壓緊力會按設定比例分成兩分力:小分力分配給側抱部件，大分力分配給浮動支撐自鎖部件。因此工件最終會在合理的力平衡下被定位夾緊。反向松開螺桿后，各部件能在各壓簧的作用下復位。

2.2 模塊特點

(1)可在支撐帽9下A處增加平墊圈(GB/T 95－2002)，使其成為支承側壓模塊。(2)可在B處去掉壓簧18并增加平墊圈(GB/T 95－2002)若干，使其側壓動作失效，成為浮動支撐模塊。(3)可根據使用情況調節支承釘11的位置，使得單個側抱壓力f與總壓緊力F的比值為23/(23+H)×(14－H)/44×1/2，即F/31.5≤f≤F/6.3，其中0≤H≤10(H 為支承釘 11 中心與球面壓緊螺桿13中心在高度方向的距離，F為球面壓緊螺桿的壓緊力)。

3 應用案例

根據被加工工件特點，設計相應的本體及附件(如圖4所示)。圖3所示模塊安裝前需先去掉球面壓緊螺桿及外罩，待模塊在夾具本體上安裝固定后再安裝外罩及球面壓緊螺桿。

使用事項說明:工件裝載后，要根據工件特點先預緊(輕輕擰緊)相應的模塊，保證各浮動支撐點及側抱點都能接觸工件，再逐一擰緊各模塊。操作人員可通過多次調整模塊的受力順序及擰緊力大小，掌握好工件被定位夾緊的要領。

4 新式模塊化工裝優點

(1)新工裝同樣以毛坯外形定位，長邊定位點可自由選擇最遠的兩點定位，定位效果好。(2)側抱點數量增加，每個側抱力是聯動機構的一個分力，大小可根據實際需要調節，不僅工件裝夾穩固、安全且整體受力均勻變形小。(3)浮動支撐點數量增加3倍(達17個)，周邊均勻分布，大大減小銑面時的振動和變形，有利于平面度的保證。(4)以模塊化設計，模塊防切屑密封性好，可根據不同產品外形調整位置，工裝通用性好，不僅降低制造成本，還減少后續設計周期。(5)每個模塊僅需一個擰緊螺桿的動作，即可實現側抱和浮動支撐的功能，操作簡單。模塊擴展性好，可通過氣缸或油缸改進為自動夾緊模塊。

5 應用效果

將本工裝用于筆者公司薄壁類工件的加工，產品的平面度及孔系位置度都有了極大的提高，特別是采用新式工裝后，平面度由原來的平均超差30%以上，降低到5%以下，合格率大大提高。這表明本工裝設計方案是可行及有效的。

6 結語

本設計是一種操作簡單，又能自由組合使用并含有側抱緊(側壓)及浮動支撐功能的夾具模塊。不僅結構緊湊、動作靈活，還防切屑，外觀簡潔。對工件定位效果好，裝夾變形小，有利于薄壁易變形件的加工。模塊通用性強，可通過長、短模塊(改變兩側壓銷的間距)的自由組合，實現快速換產、長期下來工裝投制費用低、維護成本低、組裝調試簡單、減少設計人員設計周期等多功能于一身。