車床夾具模具設計與應用技術的探討

裴傳棟 李家強

摘 要：車床夾具能使工件準確、迅速而方便地定位并夾緊，從而能夠保證產品質量，提高勞動生產率及減少勞動強度等。在車床上加工的零件基本上都是旋轉體工件，因此必須要保留一個自由度才可以進行切削加工。車床加工內外錐面的夾具，采用基孔制定位，以工件的加工面為定位基準模具的設計，主要通過合理選用材料，增強模具的剛度、使用壽命，合理設計模具構造，減少沖力作用，經過機械加工、熱處理等各種工序加工處理，增強模具的韌性，提高精度，使模具達到剛度強、韌性強、使用壽命長、精度高。

關鍵詞：車床夾具；模具設計

1 前言

車床夾具是將工件進行定位、夾緊，將刀具進行導向和對刀，以保證工件和刀具之間相對位置關系的輔助裝置，如卡盤、各種鉆模等。輔助工具是將刀具在機床上進行定位、夾緊的裝置。工藝裝備是在加工過程中使用的刀具、夾具及其他輔助工具。在機械加工中，工件的安裝包括定位和夾緊兩個過程。夾緊裝置是機床夾具的重要組成部分，其性能對夾具的使用性能影響很大，在夾緊過程中應保持工件的良好定位，夾緊裝置應結構簡單、便于制造，夾緊力要可靠、適當。設計和選用夾緊裝置的關鍵是正確地施加夾緊力，然后選用和設計適合的夾緊機構來保證實現工件可靠地夾緊。

在車床上切削加工工件技術難度較大，對車工操作技術水平及熟練程度要求較高，經常面對加工特殊工件及機床夾具模具設計應用等工作，在機械加工中采用夾具，工件加工表面的尺寸精度和位置精度主要是由夾具來保證。夾具能使工件準確、迅速而方便地定位并夾緊，從而能保證產品質量，提高勞動生產率及減少勞動強度等。采用預先調整好的機床和刀具來加工，就可穩定地獲得加工精度，特別是在成批、大量生產中能比較容易地保證零件的互換性。以下是總結出的在車床上夾具模具設計應用等的常用方法。

2 主要設計原理

在機床機械加工工藝過程中，夾具設計的基本原則是經濟和適用。車床上加工的零件基本上都是旋轉體工件，因此必須要保留一個自由度才可以進行切削，工件的外圓加工精度要和夾具的內孔精度保持一致。

夾具的設計標準是好使用、好制造、好維修。這種方式就是中心定位基準與中心定件的裝卡原理，同時也完全符合了六點定位法則原理，即利用中心定位基準與中心定件消除了旋轉體的5個自由度，即繞OX、OZ向的轉動自由度和OX、OZ的平行移動，通過壓帽的鎖緊可以消除一個自由度，即OY的平行移動。凡在車床上加工的零件多為旋轉體工件，要保留一個自由度才可以進行切削加工。使用可靠的夾具，能夠保證加工質量，實現相互位置精度的保證、精度一致性的保證等。

工件可以近似地看作一個自由剛體，要使工件在某個方向有確定的位置，就必須限制該方向的自由度，當工件的6個自由度都被限制后，在空間的位置就完全確定下來。工件在加夾具中的位置有6個自由度，要限制這6個自由度需要在夾具上按一定要求，布置6個支撐點或相當于支撐點的定位件與工件緊密接觸或配合，其中每一個支撐點相應地消除一個自由度，從而使工件在夾具中占有一個確定的位置。

3 結構設計要點

在機械加工過程中，除機床等設備外，還大量使用各種工藝裝備，包括夾具、模具、刀具、輔助工具及測量工具等。夾具設計的基本原則是經濟和適用。夾具的設計標準是好使用、好制造、好維修。在夾具的設計中根據六點定位法則按照運動學的概念，工件在空間對于3個互相垂直的坐標平面來說都有6個自由度，即繞OX、OY、OZ 3個軸線的轉動和沿3個軸線的平行移動。又根據夾具坐標系統工件上定位基準與夾具上定位的對應關系，中心定位基準與中心定件的原理，六點定位也適用于其他形狀的工件，只是定位支撐點的分布方式有差別。在實際定位中，定位支撐點的數量及布置需要從定位元件所能限制的自由度數目來分析它是幾點定位，定位支撐點并不一定就是一個真正的點，也可能是一條線段或一小塊面積。有時夾具上增設支撐點，限制工件余下的自由度是為了承受切削力、夾緊力等需要。

為保證工件內外加工面的加工精度，其形狀和位置公差必須符合設計要求，關鍵部位尺寸的同軸度誤差控制在±0.02mm 之內，垂直度誤差控制在±0.01mm之內。加工高精度工件時，要求主軸與刀具的運動之間保持非常準確的傳動比，這種傳動比的準確程度即為運動精度。為了能車削加工出高精度的零件，車床在布局、傳動、結構、制造精度以及使用條件等各方面都采取了有效措施，使車床具有高的傳動精度、主軸旋轉精度以及刀架運動的直線性，并使其運動平穩，熱變形小，從而保證工件具有高的中徑圓度以及良好的表面粗糙度。此外，車床主軸支撐在旋轉精度很高的軸承中，具有高的旋轉精度，采用雙列滾子軸承作為主軸前軸承。驅動電動機安放在地基上，以減少電機振動對機床加工的影響，主軸傳動較平穩。

卡盤是在機床中比較經常使用的夾具，有三爪卡盤或四爪卡盤，工件主要是圓柱回轉體工件以及多棱柱回轉體工件形式。由于圓錐體錐形母線的原因，裝夾基準不穩定，在機床裝卡被加工的工件時比較困難，因此，配套完善了車床加工內外錐面的夾具。車床加工內外錐面的夾具，采用基孔制定位，以工件的加工面為定位基準，同時保證其加工精度以及形狀公差和位置公差等相關要求。對工件加工模具的設計，為增強模具的剛度、使用壽命，應通過合理選用材料、合理設計模具構造以減少沖力作用。同時，經過機械加工、熱處理等各種工序的加工處理，增強模具的韌性，提高精度，進一步提高模具的剛度及韌性，提高其精度，延長其使用壽命。

4 應用分析

用夾具裝夾工件，縮短了安裝工件的時間，避免了工件逐步找正和對刀，容易實現多件、多工位加工，縮短輔助工作時間，降低生產成本，降低了車削過程的工作量勞動強度。夾具模具的設計與現場使用，解決了以往模具加工制作中經常出現的問題，減少了該模具設計及制作方面的問題，降低了機械加工成本費用，同時減輕了工件的重量。經過實際驗證表明，此模具結構設計合理，工作性能穩定可靠，質量符合技術規范要求，提高工作效率近3倍。設計與加工保證了設計要求及加工精度，又符合夾具設計的合理原則和六點定位的法則，在實際的使用過程中完全達到了理想程度。

參考文獻

[1]龐懷玉.機械制造工藝學[M].機械工業出版社，1998.

（作者單位：大慶油田井下作業分公司特種設備修理廠）