電主軸后培林座銑床加工工藝分析和夾具設計

曾福輝

（廣東省技師學院，廣東 惠州516100）

0 引 言

電主軸上的零件基本都為軸套類的回轉體零件，除了內外圓和端面的配合外，每個零件上的孔位尺寸和位置精度確保了電主軸的冷卻循環系統和空氣清潔系統的性能，并使電主軸中的各個部件相互保持正確位置。由于電主軸上需銑床加工的配件較多，文中現主要對后培林座的銑床加工進行分析，通過分析了解后培林座外觀形狀及技術要求等一系列問題，選取合適的加工基準面，從而進行工藝編制。在夾具設計方面，根據切削力和生產規模的大小，設計高效合理的夾具，以達到高精度、高效率、高品質的生產要求。

1 工藝分析

1.1 后培林座的作用

后培林座是電主軸中的一個關鍵零件,如圖1所示。后培林座上需要安裝軸承、接近開關和編碼器，并且還有水氣過孔。此零件除了內外圓和端面與電主軸其它零件的高精度配合外，零件上的孔和槽對于電主軸的綜合性能也有不可忽視的影響。因此對于后培林座上預壓彈簧孔位的深度和位置、接近開關和編碼器安裝槽位置、水氣路過孔和密封槽的加工精度都有著嚴格要求。

1.2 后培林座的加工工藝分析

后培林座有幾組主要的加工方面，它們相互間有一定的關聯和要求。在電主軸中，軸套類等回轉體零件除了內外圓和端面的加工質量外，零件中孔位和凹槽對于電主軸的整體性能也起到重要的作用，文中重點對銑床加工工序中的加工工藝進行分析。

此工件結構較復雜、加工面較多、技術要求高、機械加工的勞動量大。因此機械結構工藝性對保證加工質量、提高生產效率、降低生產成本有重要意義。具體工序為：下料（3Cr13棒料）→精車外形→銑上端面孔和凹槽→銑下端面孔和凹槽→熱處理→精磨外形→去毛刺、清洗→終檢入庫。

圖1 后培林座

從后培林座的各個需要加工的位置來分析：為了保證密封O形環的密封性，上端面的O形環沉臺的深度尺寸精度需控制在+0.05～0 mm，且沉臺直徑尺寸精度需控制±0.03 mm內，表面粗糙度要求為Ra1.6 μm；水氣過孔位置度公差要求較高，為0.1 mm以內；為使軸承安裝到后培林座上后受到的預壓力均勻分布，預壓彈簧的位置須均勻分布，其深度需控制一致，表面粗糙度要求為Ra1.6 μm；編碼器和接近開關安裝槽的尺寸精度要求一般，按GB/T1804-2000f標準即可，表面粗糙度要求為Ra1.6 μm；各連接螺紋孔的位置精度要求較高，為0.1 mm以內。因內藏式電主軸結構的緊湊性，各個孔位和槽之間的相互位置精度需控制在0.05 mm以內，保證電主軸上其余配件準確安裝，以確保電主軸的性能。除了線圈過線孔處的穿線槽在另一端面，其余槽和孔從同一方向即可加工完成。法蘭盤處的底面上有幾處腰形槽，因此需裝配O形環，槽的周長大小須嚴格控制，表面粗糙度要求為Ra1.6 μm。后培林座在銑床加工之前的車床工序中，后培林座內孔由數控車床加工，尺寸公差控制在0.02 mm以內，且內外圓的同心度與端面垂直度均控制在0.02 mm以內。

綜上所述可知，后培林座在批量生產條件下，在銑床加工工序中，需設計專用的夾具進行輔助加工，以保證其尺寸精度、表面質量要求和生產效率。

2 夾具設計

通過工藝分析可知，各個孔位和槽形的加工需設計專用夾具。工件的裝配基準為底面與內孔，所加工的孔與槽均為IT7級精度，裝配的基準面和定位孔已精加工過，使用專用夾具以輔助工件的加工，降低了成本和工人勞動強度，提高了生產率。

2.1 夾具主體結構設計

該夾持裝置所采用的是氣動和螺旋夾緊的復合夾緊方式，具有半自動化的特性，并且在保證一定的夾持力的條件下，也提高了工件的裝夾速度。該裝置包括夾具模板、氣缸、電磁閥、氣缸拉桿。夾具模板包括底板和側板，兩塊側板固定于CNC銑床的工作臺上，底板通過螺釘固定在兩塊側板上為氣缸的安裝留出合適的空間，氣缸安裝在底板的下平面，氣缸拉桿穿過底板上的定位孔。

2.2 定位元件的設計

由于電主軸上的零件基本都為回轉體類的零件，所有相關尺寸的位置精度都是以中心軸線為基準，工件以一面兩銷定位，定位元件應與外圓或內圓進行配合，考慮到定位元件的加工難易程度，一般定位元件與加工工件的內孔進行配合，定位元件與工件和夾具定位座面板內外圓的配合為H7/g6。定位元件結構如圖2所示，上端外圓與工件內圓配合，下端與夾具模板上的定位孔進行配合，下端的尾部鎖上拉釘。

2.3 夾緊裝置的設計

圖2 快速夾具結構示意圖

該夾持裝置所采用的是氣動夾緊和螺旋夾緊的復合方式，為使工件加工滿足精度要求，工件在加工過程中不因刀具切削的作用產生振動，所以夾具需對工件施加合適的夾緊力，且夾緊力方向應使工件變形盡可能小。為此，夾緊力的方向最好與切削力、工件重力的方向重合，相對而言，這時所需夾緊力最小。由于后培林座結構較為復雜，孔位較多，且尺寸和形位公差要求較高，加工切削量大，需要較大的夾緊力，選用螺旋壓板夾緊的方式。螺旋夾緊結構簡單，且自鎖性能好，增力比大。并且在此方式上加以改進優化，工件不直接通過壓板鎖在工作臺上，而是先把工件與定位元件通過壓板鎖在一起（用電批上螺釘，需調整轉矩，本論文分析的定位元件采用的是M8螺釘，轉矩大小為17 N·m），此時打開電磁閥控制氣缸的動力輸出，主氣源向氣缸輸出0.5～0.6 MPa的壓縮空氣，通過氣缸頂桿的軸向運動使其前端的鋼珠徑向運動來拉緊定位元件上的拉釘，把工件與定位元件固定在夾具模板上。

3 夾具的工作原理

如圖3所示，加工時先把工件與定位元件通過壓板鎖在一起，再把定位元件放在夾具模板相應的定位孔上，此時打開電磁閥使壓縮空氣進入氣缸，氣缸帶動氣缸拉桿向下運動，使其前端的鋼珠向中心軸的方向徑向運動拉緊定位元件上的拉釘，把工件固定住。當加工完一個面后，另一個面的裝夾方向通過夾具模板和定位元件上的定位銷來確定加工工件的方向。一次裝夾可一次性加工6個工件，當工件的待加工面距離夾具模板較大時，需要增大定位元件與夾具模板和定位元件的接觸面積，以增加工件的穩固性。

圖3 一次裝夾多件的排位圖

4 夾具的優越性

為提高生產效率，若只采用螺旋夾緊的方式直接把工件鎖在工作臺上，當加工完成后更換下一個需要加工的工件時，機床需停止工作較長時間，讓操作員有足夠的時間來進行下一次加工的裝夾。而采用此裝夾夾具，可使加工的輔助時間大大縮短，當機床在加工零件時，便可同時進行定位元件與工件的初步裝夾，當加工完成后，只需通過推動電磁閥時氣缸復位松開定位元件，即可快速更換需加工的工件。用此方法可大大縮減機床每次加工的間隔時間，且降低工人的勞動強度，一個操作員可同時操作4臺機器，減少成本，提高生產效益。

5 結 論

對于夾具設計中，需分析工裝夾具中的缺陷和問題，通過改進和優化，保證銑床工作夾具的合理性、實用性，充分體現人性化設計。同時此夾具的設計和原理可作為眾多軸套類零件加工方法的參考。