X52K立式銑床銑對稱槽夾具設計

鄒松林

（廣東省南方技師學院，韶關 512023）

在做機械加工過程中，筆者碰到一批來料加工零件，如圖1、圖2所示。由于工件數量大，交貨期短，通過分析圖紙，單件生產一般通過回轉盤的旋轉分度來逐一銑削工件的兩條槽，但是存在加工勞動強度大、效率低，特別是角度70°±2′不容易保證，無法滿足批量生產需要。因此，筆者設計了如下銑削夾具，在X52K立式銑床上加工零件，利用專用夾具加工，較好地滿足了產品的生產需要，提高了生產效率，順利完成加工任務。

圖1 零件圖

圖2 零件實體圖

工件特點：本次來料加工只對工件的對稱槽進行加工。零件上：兩條對稱槽寬為mm；兩條槽對其中心線對稱度公差為0.03mm；對稱槽夾角為70°±2′；2×φmm為工藝定位孔。

1 夾具設計過程

1.1 設計原理

從圖1可知，兩條對稱槽中心線相交于O點，中心線夾角為70°±2′。因此，可以考慮把工件裝夾在一個轉盤上，由2×φmm定位，把O點設計成與轉盤回轉軸的中心重合，同時將工件第一槽設計成與夾具基準面平行的位置，然后通過轉盤的轉動和錐銷的定位，使轉盤連同所要加工的工件轉過70°，從而將工件所要銑削的第二槽也旋轉至銑削第一槽時的位置，這樣就能方便地銑削出兩條對稱槽。

1.2 定位方案

夾具設計中首先要解決的問題就是工件的定位，即保證同一批工件在加工過程中處于夾具中相同的位置。

此夾具定位是把工件固定在轉盤上，工件表面和轉盤表面貼合，故采用兩個表面同時定位的組合定位方式。組合定位的方式有很多，生產中最常用的就是“一面兩孔”定位。采用一面兩孔定位時，存在一個定位平面和兩個定位孔，支承板和兩定位銷作為定位元件。本次加工中工件本身已具有兩個經專用鉆模鉆出的工藝孔2×φmm，圓柱銷與工件定位孔配合選用φ5/f6。同時，為了防止工件在加工過程中因局部剛度較差產生受力變形或定位偏移等原因的影響，采用轉盤作為輔助支撐，來承受工件所受的重力、夾緊力和切削力等外力。具體定位方案如圖3所示。

圖3 定位方案

1.3 工件的自由度

該夾具采用一面兩孔定位方式，通常要求平面為第一定位基準，所以工件的定位基準是與轉盤重合的平面，限制工件z的移動和x、y的轉動三個自由度，左邊圓柱銷中心線作為第二定位基準，限制了工件x、y的移動兩個自由度，右邊圓柱銷中心線作為第三定位基準，限制了工件x的移動和z的轉動兩個自由度?？梢妜的移動被左右兩個圓柱銷重復限制，產生人們平時所說的過定位現象，由于工件上面的兩個定位孔是經專用鉆模鉆出，定位面和定位元件的尺寸、形狀和位置都做得很準確，定位面光整，所以針對x的移動這一個過定位不會影響工件加工面的位置尺寸精度，反而可以增加工件加工時的剛性，這種過定位是允許存在的。

1.4 夾緊方案

在機加工過程中，工件由于受到切削力、慣性力、離心力等外力因素的影響會產生振動或偏移等現象，為了避免這種現象的發生，必須在夾具中設計相應的夾緊裝置將工件可靠地夾牢。

夾緊裝置由動力源裝置、中間傳力機構和夾緊元件三部分組成，根據工件加工要求、生產規模等情形，在設計夾緊裝置時應做到夾緊力大小適當，夾緊過程不破壞工件的定位，整個機構操作方便，安全省力?；谝陨显?，本套夾具夾緊包括兩部分，工件在轉盤上的夾緊和轉盤在夾具底板上的夾緊。根據夾緊力大小的要求、工作高度尺寸的變化范圍、夾具上夾緊機構允許占有的部位和面積等因素，采用螺旋壓板夾緊機構來固定工件和轉盤，如圖4所示。

圖4 螺旋壓板夾緊機構

1.5 轉盤的轉動和分度定位

轉盤的轉動由一個回轉軸、回轉軸襯套、轉盤壓緊螺桿、轉動手柄等元件組成。通過轉盤可以實現固定在轉盤上的工件中兩個待加工槽旋轉，當轉動到加工位置定位后將轉盤鎖緊。轉盤上的回轉軸與回轉軸襯套配合選用φ30H6/g5，為了提高配合精度，配合間隙一般不大于0.005mm，且要求轉盤靈活自如地轉動。

轉盤的分度定位主要由定位錐銷、彈簧固定套、錐銷手柄、錐銷復位彈簧、底板分度襯套、轉盤分度襯套、轉盤定位螺栓、支承板等元件組成。用于工件定位的兩圓柱銷和分度襯套相應裝配孔的加工，安排在轉盤外形和底板加工合格并組裝完成后，用精密坐標鏜床來加工，保證圓柱銷位置（105±0.005）mm和分度角度70°的要求。

1.6 夾具體的設計

夾具體是夾具的基礎件。夾具體的基面與機床連接，其他工作面則裝配各種元件和裝置，以組成夾具總體。

夾具體的設計一般有鑄造結構、鍛造結構、焊接結構、拼裝結構等，本套夾具采用的是拼裝結構。為了提高夾具在機床上的安裝穩固性和動態下的抗振性能，在進行夾具的總體結構設計時，各部位的布置應緊湊，加工面盡可能靠近工作臺面，以降低夾具的重心。

選擇夾具體毛坯結構時，根據結構合理性、經濟性、工藝性、標準化選擇裝配結構。根據工件、定位元件、夾緊裝置以及其他輔助機構確定夾具體外形尺寸為445mm×315mm×135mm，如圖5、圖6所示。

2 夾具工作過程

2.1 夾具的安裝與調整

在X52K立式銑床上，先用百分表找正基準面并將夾具緊固在銑床工作臺上，再移動銑床找正回轉軸，使得銑床主軸中心與夾具上的轉盤回轉軸中心同軸，接著鎖緊銑床橫向絲杠，使銑床只作縱向和升降兩種運動，來保證銑削兩槽時對稱度0.03mm的要求。

圖6 銑第二槽實體圖

圖5 銑第一槽實體圖

2.2 銑削對稱槽的加工

夾具安裝調整完后，就可以進行試加工。先將工件通過兩個圓柱銷放在轉盤上，擰緊工件上兩塊壓板的螺母，將工件夾緊，此時定位錐銷在復位彈簧的作用下，自動嵌入底板分度襯套內，再擰緊兩塊轉盤上壓板的螺母，將轉盤緊固在底板上，接著就可以裝上專用銑刀，調整銑刀高度，搖動銑床縱向螺桿進行切削，即完成工件第一槽的銑削。結束后銑削第二槽，先把銑床工作臺搖低至工件脫離銑刀切削范圍，松開轉盤壓板螺母（逆時針旋轉螺母半圈至一圈），再拔起定位錐銷的手柄，使定位錐銷克服復位彈簧的阻力，從底板分度襯套內退出，同時推動手柄，將轉盤連同工件旋轉至另一定位螺栓處，松開手柄，定位錐銷在復位彈簧作用下，自動嵌入底板另一分度襯套內，再次擰緊兩塊轉盤壓板螺母，將轉盤緊固在底板上，上升銑床工作臺，搖動銑床縱向切削，便完成第二槽的銑削，最后松開工件壓板上的螺母，轉開壓板，取出工件，完成工件兩條對稱槽的銑削加工。為了方便工件的取出，在轉盤上預先開兩個長槽（在圓柱銷附近）。

2.3 銑床縱向進給控制原理

在實際加工過程中，首先用百分表找正回轉軸，使得銑床主軸中心與回轉軸中心同軸，然后裝夾工件，手動操作銑床工作臺縱向進給，使工件沿著Y軸負向進給48.92mm（通過三角函數計算得來，如圖7所示）。此時的銑床主軸中心定位在工件槽上半部分半圓的圓心A點。為了后續批量加工時方便，此時可以旋轉銑床縱向進給轉輪刻度盤，使得轉輪刻度盤歸零。接著，下降銑床主軸開始銑削第一槽，手動控制銑床縱向進給，沿著Y軸負方向進給40mm，完成第一槽的加工。此時，主軸中心定位在工件槽下半部分半圓的圓心B點。更換φ10的鍵槽銑刀，控制銑床工作臺從B點→A點路線縱向進給，完成第一槽的精銑過程。結束后，上升銑床主軸，將轉盤連同工件旋轉至另一加工槽位置，重復前面過程，就能順利加工出工件上的第二槽。更換工件，進而完成批量生產的任務。

2.4 工件兩條對稱槽的檢驗

利用塞規的通止端進行兩條槽寬（mm）的檢驗，綜合位置量規檢驗兩槽對稱度為0.03mm。

2.5 兩對稱槽分粗、精銑加工

粗銑時，采用φ8的鍵槽銑刀，精銑時采用φ10的鍵槽銑刀。粗精銑使用同一夾具，銑削過程也完全相同。

3 夾具設計精度分析

為保證夾具設計的正確性，要對夾具的精度進行分析。

圖7 銑床銑槽時縱向進給原理

3.1 定位誤差的分析與計算

定位誤差產生的原因分析，不論是基準不重合誤差還是基準位移誤差，皆是由定位引起的，因此統稱為定位誤差，定位誤差是基準位移誤差和基準不重合誤差的綜合結果。

本套夾具采用一面兩孔的方式定位，下面通過分析計算加工精度參數在該定位方案下產生的定位誤差來校核定位方案的可行性，如圖8所示。

（1）當設計尺寸位于兩定位孔之間時（即H1尺寸），其最大定位誤差出現在基準產生垂直方向平移和轉動（±θ1）組合的情況。定位誤差ΔP（H1）為：

式中，ε1max為定位孔1和定位銷1配合的最大間隙（下同）；ε2max為定位孔2和定位銷2配合的最大間隙（下同）。

（2）當設計尺寸位于兩定位孔外側時（即H2或H3尺寸），其最大定位誤差出現在基準產生最大轉角（±θ1）的情況。定位誤差ΔP（H2）和ΔP（H3）分別為：

（3）設計尺寸剛好位于定位孔1和定位孔2軸線的垂直上方（或垂直下方）時，其定位誤差ΔP（H4）和ΔP（H5）分別為：

從以上五個公式可以看出，當設計尺寸和兩定位銷的銷心距一定時，定位誤差的大小只與和兩個參數ε1max和ε2max有關，即只與孔1和圓柱銷1、孔2和圓柱銷2的最大配合間隙有關。因此，減小ε1max和ε2max是提高定位精度的有效途徑。本套夾具中兩圓柱銷與工件定位孔配合選用φ5/f6，完全符合加工精度要求。

圖8 X方向設計尺寸的基本誤差

3.2 夾具分度定位精度分析

本套夾具中采用錐銷進行轉盤回轉定位。在制作定位錐銷和分度襯套加工工藝過程中，先將裝在轉盤和底座上的兩個定位襯套按長度方向合為一體，經過淬火后，在磨床上先磨定位襯套內孔錐面，再以定位襯套內孔錐面為基準，磨削襯套外圓，這種外錐面和內錐面配磨的方式，保證了90%以上配合接觸面，最后，利用線切割機床將連為一體的襯套割成兩件。在后期的實際加工過程中，工件加工完第一槽后通過旋轉轉盤加工第二槽，工件定位準確，完全能保證零件圖上兩槽中心線夾角70°±2′的工藝要求。

4 結語

此次設計的銑削對稱槽專用夾具，結構簡單、操作方便，能保證工件的加工技術要求。在實際應用中，它極大地提高了生產效率，且加工的工件同一性高，大大降低甚至消除了對刀誤差等原因造成的產品報廢，節約了原材料，確保了產品保質保量按期完成。