彈性夾具在薄壁筒狀零件上的應用

中光學集團精密機械制造公司 （河南南陽 473006） 徐燕勤

我廠生產的某軍品零件屬于典型的薄壁筒狀零件，如圖1所示。該零件材料為35CrMnSiA，硬度為33～38HRC，且為熱處理后進行精加工。眾所周知，薄壁筒狀零件屬于車工中的難加工件，該零件內孔尺寸公差大，內外圓同軸度要求相對較高。針對這一難點設計了一套自動定心彈簧套筒夾具，將工藝安排為先加工內孔，然后撐內孔加工外圓。這樣在不提高加工精度的前提下，保證了該零件的形位公差，完全達到圖樣設計要求。

圖1

1.彈性夾具的結構原理

自動定心彈簧套筒夾具是利用彈性元件受力后的均勻彈性變形實現對工件的自動定心和夾緊的，如圖2所示。這種自動定心彈簧套筒夾具，結構簡單，夾具行程小，裝夾工件迅速，定位可靠，具有較高的定心精度，一般可達0.02～0.05mm。

圖2

裝夾時，擰緊螺母6，套在心軸體1上的錐面體4向左移動，其圓錐面與彈性套2的圓錐面相對滑動，迫使彈性套產生彈性變形，并向左移動，從而實現對工件的定心和夾緊。加工完成后松動螺母6，彈性套依靠自身彈性變形的恢復力松開工件。銷釘3的作用是阻止彈性套轉動。

2.夾具零件設計

圖3

（1）心軸體設計 心軸體（見圖3）由兩部分組成，一是錐柄部分，該夾具與機床聯接采用了圓錐面與機床主軸聯接，并要求錐柄部分與主軸錐孔配磨保證70%貼合，這樣從聯接上就杜絕了零件不同軸的因素。二是與夾具聯接部分，其31°圓錐面與彈性套 2配合脹緊松開工件（小于30°錐面自鎖，松開螺母后圓錐面不脫開），加工時要保證圓錐面有1/5貼合。圓柱面是錐面體4的導向面，由于以上兩面都是配合面，因此該兩面與錐柄部分的同軸度不大于φ0.02mm。該零件摩擦面多，故要求耐磨。我們采用45鋼，熱處理硬度40～45HRC。

（2）彈性套設計 彈性套（見圖4）是一個薄壁兩端帶錐面的彈性套筒，由兩個基本部分組成。一是兩端的夾料部分，二是中間的彈性部分。由于長圓瓦零件較長，單純一面夾料容易造成夾不緊、工件傾斜等現象，為此我們采用了兩端錐面，同時脹緊工件。一端錐面與心軸體圓錐面配合，另一端錐面與錐面體圓錐面配合，此兩錐面的角度定為30°，因為這樣既能保證彈性套迅速脹開和收縮，又能減小彈性套過大變形，給工件定位精度帶來不利的影響，使彈性套在撐開時與工件表面有良好接觸。為了使彈性套富有彈性，有利于收縮和松開，在軸向開了6條等分長槽。

圖4

彈性套外圓與工件接觸面間隙不易太大，否則會引起彈性套與工件接觸不良，造成定位精度和夾緊剛度降低，難以保證被夾緊工件的形狀公差，一般在0.3～0.5mm。同時為了保證工件同心，外圓與兩圓錐面的徑向圓跳動不超過0.02mm。中間彈性部分的壁厚h不能太厚，也不易太薄，厚了彈性小張不開，薄了強度又不夠。它與彈性套外圓d有關，d愈大，h也相應增加，一般取h=0.37d1/2，此夾具取3.5mm。彈性部分經常脹開和收縮，為防止斷裂和產生永久變形，要有良好的彈性、耐磨性以及耐疲勞性。兩端夾料部分是定心和夾緊的主要工作面，又是摩擦面，固要求耐磨。

彈性套的材料最好選用65Mn，熱處理要采用局部淬火，中間彈性部分硬度為43～48HRC，兩端夾料部分熱處理硬度應為57～62HRC。

夾料部分長度，與彈性套外圓d和工件長度有關，一般取l=1.67d3/4mm。根據該零件的特點我們將此尺寸定為25mm。

彈性套開槽寬度b按b=0.6d1/3計算，一般取2～4mm。

彈性套開槽槽數i與彈性套外圓d有關，d<35m m時，i=3。d>35～90m m時，i=4。D>90mm時，i=6。該夾具i取6。

彈性套是該夾具的關鍵零件之一，制造精度必須滿足圖樣要求。6條等分長槽應在整個彈性套加工合格后，再切開。夾具使用時，應先裝工件，再夾緊。夾具不使用時，彈性套應處于非工作狀態，以防止錯誤操作時，造成彈性套卡爪產生永久變形。彈性套經過長期使用后，會產生磨損。應定期檢查其精度，從而保證產品的加工質量。

（3）錐面體的設計 錐面體（見圖5）由圓錐面和導向圓柱面組成。圓錐面與彈性套錐面配合脹緊松開工件，導向圓柱面與心軸體1配合，保證彈性套脹緊工件時不傾斜，此零件的關鍵是導向圓柱面與圓錐面的同軸度，一般應不超過φ0.02mm。該零件承受摩擦力，故要求耐磨。我們選用45鋼，熱處理硬度35～45HRC。

圖5

3.使用效果

實踐證明，自動定心彈簧套筒夾具在不提高工件尺寸公差的前提下圓滿解決了零件不同軸的問題，保證了產品質量和精度。特別是該夾具安裝在數控車床上，工作效率和質量更是大大提高，深受操作者的喜愛。