數控銑床加工滑桿的專用夾具設計

陳飾勇

(廣州航海學院船舶工程系，廣東廣州510725)

夾具是在機床制造過程中，用來固定加工產品，使之固定在正確的位置，以接受加工或檢測的機床附加裝置，簡稱為夾具［1］。圖1 為某型號電磁鐵的滑桿，它應用廣泛，社會需求量大。零件加工方案設計［2］: 原棒料在車床上車削出外型，然后在鉆床上鉆φ4 mm 孔，最后在數控銑床上銑3 mm ×9 mm 的槽。因為是圓柱形零件，并且要垂直安裝，通用夾具已不能滿足其裝夾的要求，所以有必要設計專用的夾具。

圖1 滑桿

1 定位、夾緊設計

1.1 方案一

數控銑床常加工材料為塊料，直接用虎鉗定位夾緊。而零件為棒料，普通虎鉗兩面不能夾穩。將虎鉗死鉗口設計成V 型鐵形狀，采用V 型鐵夾緊，將零件需切槽部分露出鉗口［3］。此種方法雖然能把零件夾緊，但制作V 型口虎鉗成本較高。而且，零件直徑不大，因此V 口的深度也不能大。這是由于V 口深度設計大了，虎鉗死、活兩鉗口夾緊接觸時就有可能夾不緊，零件能上下移動; 而V 口大小設計適合此零件時，在往后生產時又不能夾緊直徑較大的棒料。如此以來，則形成虎鉗夾緊對象少、利用率不高的情況。所以此方法不可取。

1.2 方案二

卡盤是車床上用來夾持零件的機床附件，安裝在車床主軸上，通過卡爪徑向移動將所加工的零件夾緊和定位［4］。三爪卡盤夾緊棒料有自定心功能。將三爪卡盤垂直安裝在數控銑床工作臺上，利用卡爪夾緊零件。但這樣夾緊加工存在一個問題，雖然三爪卡盤有自定心功能，但簡單夾緊會出現個別零件和卡盤不對中，加工出來的產品3 mm×9 mm 的槽中心與零件中心不在同一直線上，導致不良品的出現。解決這種情況可以在卡盤夾緊后，用百分表在零件上找正對中。但耗費時間大，降低了生產效率。所以此方法同樣不可取。

1.3 方案三

經過前兩次分析可知，用V 型鐵夾緊是不錯的選擇。為了避免虎鉗的浪費，可設計一個V 型鐵座和一件夾板。見圖2，底板與V 型鐵用螺栓連接成一個鐵座，左邊側板能自由活動。為了避免加工時銑刀與V 型鐵過切，在V 型鐵上端設計一個臺階; 生產中，切屑的排出情況會影響裝夾時間，在V 型鐵下端設計一個凹位，解決了排屑的困難，減少了輔助時間。然后把鐵塊都放在普通虎鉗上，利用虎鉗對側夾板和V 型鐵的夾緊力來夾緊零件。

在此夾具中，用較長的V 形槽來作為零件圓柱表面的定位元件夾緊時，它可以限制零件的5 個自由度，2 個旋轉，3 個移動，只有繞軸向的轉動沒有限制［3］。V 型鐵的高度與零件高度相當即可，太高會出現加工時夾具與機床主軸的干涉; 太矮時，零件露出V 型鐵口變長，加工時容易發生震動，出現震紋，影響加工質量。

因為3 mm ×9 mm 槽與φ4 mm 孔垂直，這就決定了零件定位時要求φ4 mm 孔與機床Y 軸平行，使得銑刀X 軸方向加工槽的位置正確，利用φ4 mm 孔定位，在V 型鐵上表面、垂直于V 型口設計一個4 mm 的方槽。選擇一個φ4 mm 的棒料作為定位銷，使銷穿過φ4 mm 孔和4 mm 方槽，見圖3。這樣，只要夾具安裝位置正確，銑削的槽也合格。定位銷材料的選擇也是一個關鍵因素，表1 列舉了幾種常用材料的優缺點，最終選擇各方面條件較好的高速鋼。

圖2 V 型槽夾具

圖3 帶4 mm 方槽夾具

表1 各種材料情況

2 夾具設計

零件裝夾后，只需要加工3 mm ×9 mm 槽，用φ3 mm 平刀來回銑削幾次就能完成，加工時間1 min足矣。加工完成后，工人卸下零件到再裝夾另一個零件的時間約1 min。這種情況導致一個工作日，機床與人工操作時間各半，機床利用率不高以及工人勞動強度大。因此，在滿足加工要求的前提下，減少裝夾等輔助時間，可提高數控機床的工作效率。通過合理的夾具設計(如采用一次裝夾多個零件［5］) ，適當地調整工藝，可以最大限度地減少裝夾次數。

采用一次裝夾10 個零件，夾具設計見圖4。上一工序車銑外圓后φ12 的尺寸存在誤差，夾緊多個時會出現個別零件夾緊力不夠。這就限制了一次裝夾零件的個數，采用一次裝夾10 個比較合適。最好在裝夾前用卡尺把直徑相差較大的零件分類，或者提高上一工序車削的加工精度和穩定性，使得每一個零件直徑公差在0.03 mm 以內，夾緊力均勻［6］，不會出現漏夾情況。

圖4 一次裝夾10 個零件夾具

在V 型鐵兩端及側板兩端相對應的位置，各銑削一個圓槽。裝夾的時候，在兩對圓槽里分別放一個彈力一般的彈簧。夾緊時，彈簧力對虎鉗基本不影響。加工完一組零件，松開虎鉗時，由于側板在虎鉗活鉗口且質量較V 型鐵輕，這時由于彈簧力的作用，側板會靠著虎鉗活鉗口松開，方便卸下零件和清理切屑，夾緊可靠并能實現快速裝夾［7］。

3 夾具定位、夾緊的方法步驟［8］

(1) 先將V 型座與側板清理干凈后放到虎鉗上，側板與V 口的距離比零件直徑尺寸稍大放置。

(2) 把高速鋼銷穿過φ4 mm 孔，零件底部放在底板上，側面靠在V 型口，銷放在4 mm 槽上。由于空間不大，零件不會滑倒，一直完成10 個。

(3) 收緊虎鉗，將側板與零件夾緊。

(4) 撤下高速鋼銷，完成裝夾。

4 結束語

數控銑床的柔性比普通銑床高，相對來說對夾具的設計要求更高。在此夾具的設計中，利用了零件自帶的孔及輔助高速鋼銷參與定位，同時考慮刀具干涉、排屑設計以及夾具的生產成本，采用一次裝夾多個零件的設計，充分利用機床的加工潛力［5］，使得在實際生產應用中，利用此夾具極大地提高了裝夾速度，提高了生產效率［8］。

［1］張俊沖．銑床夾具設計［J］．機械研究與應用，2010(2) :149－150．

［2］李立斌，趙文龍，周霞．加工曲面工件時的裝夾及定位方案設計［J］．機電工程技術，2009(4) :107－109．

［3］王亞鋒．普通銑床銑窄槽專用夾具設計分析［J］．價值工程，2012(12) :22．

［4］胥巧玲．卡盤平衡裝置的改進與應用［J］．機械研究與應用，2013(3) :157－158．

［5］周太平，康志成，夏翔．數控銑床與加工中心夾具設計［J］．現代制造工程，2011(2) :91－95．

［6］任玉珠．基于一面兩孔定位夾緊一體化的高精度氣動隨行夾具研究［J］．機床與液壓，2011，39(14) :34－36．

［7］馬曉君，馬巖．門五金件孔槽數控加工的夾具設計方法研究［J］．機床與液壓，2012，40(3) :95－98．

［8］王娜，金志剛．數控銑床加工吊耳零件夾具的設計［J］．機械制造與自動化，2010(5) :19－20．