數控車床同時加工多個零件的工裝設計

林鎮水，張彩珠

韶關市技師學院 廣東韶關 512023

1 序言

在校企合作過程中，我校實習工廠接到企業要求加工的一批零件（見圖1）訂單。要求在工件的兩翼，加工出兩個圓弧表面，兩圓弧表面相對于工件軸心線旋轉180°，完全相同，圓弧R80mm的公差為0.057mm。工件材料為45鋼，調質處理，月產量為3000件。

圖1 零件

最初制定的工藝路線：粗、精車削各外圓、臺階倒角及內孔、內錐→用鉆模鉆出兩個φ11mm通孔→線切割加工內鍵槽→線切割加工R3mm圓弧及兩直角面→數控銑床加工R80mm圓弧。

在數控銑床上加工R80mm圓弧，原來設計的簡易工裝采用錐度為1∶5的錐形心軸和菱形銷定位。工件只能單個加工，雖然加工精度可以滿足設計要求，但加工效率低，加工成本高，且不能充分發揮數控銑床的高效優勢。

加工一批零件后，我們決定對加工方案進行重新設計，尋求在數控車床上加工R80mm圓弧的可行性，以車代銑，提高生產效率，降低生產成本，最大限度地擴展機床的使用范圍。

2 工件的加工工藝與專用夾具設計

根據零件的結構特點重新進行了工藝分析。R80mm圓弧是規則圓弧，只要能找到圓心并和車床的旋轉中心重合，就可以用車床加工。與銑削相比，生產效率會有大幅度提高，于是我們設計了在經濟型數控車床上使用且能同時裝夾多個零件的夾具，如圖2所示。

2.1 應用新工裝后工件的加工工藝

1）在數控車床上粗、精車削各外圓臺階倒角及內孔、內錐孔。

圖2 夾具

2）在鉆床上用鉆模定位鉆出平面上的兩個φ11H8通孔（為了定位需要適當提高孔的加工精度）。

3）內錐面上的鍵槽采用線切割加工。首先，切割內錐面零件前，試切一個相同高度的凸模零件，記錄當前ZSDID0值；其次測量試件的實際角度與實際尺寸，并計算修正值；最后再切割錐度件，得到的測量尺寸與角度值都比較精確，達到設計要求。

4）數控線切割加工R3mm圓弧及兩直角面。

5）在數控車床上用新設計的專用夾具，以1∶5內錐孔為定位基準（由于定位基準進行了轉換，所以在前面工序加工中要保證錐孔與設計基準的同軸度），加工R80mm圓弧面。此時，實際上已把R80mm圓弧面的加工轉變為車削φ160mm的孔。

2.2 夾具的結構及工作原理

夾具主要包括夾具體、錐形心軸、菱形銷及壓緊元件[1]。安裝后讓工件R80mm圓弧面分布在以車床主軸回轉中心為圓心、以80mm為半徑的圓周上，如圖3、圖4所示。

圖3 工件裝夾

圖4 工件裝夾布局

在夾具體直徑為160mm的圓周上，根據工件的尺寸盡量多地安裝定位心軸和菱形銷，力爭做到工件既不相互干涉，又能充分利用空間。工件上已鉆削出的φ11H8孔中的任意一個用作防轉動定位，這樣多個工件即可同時加工。

3 工件在夾具中的定位分析

工件安裝在夾具體上，錐形心軸限制了工件的5個自由度，菱形銷限制了1個轉動自由度，相當于一面兩銷定位。工件的6個自由度被完全限制，屬于完全定位，定位安全可靠[1，2]，如圖5所示。

圖5 工件定位

4 夾具主要元件

1）夾具體 如圖6所示，夾具體與機床連接的法蘭尺寸要根據機床主軸端尺寸配制。安裝定位心軸的6個孔的圓周尺寸和安裝6個菱形銷的孔的位置，要根據加工圓弧的半徑尺寸和位置要求精確計算后確定[1，2]。

圖6 夾具體

2）錐形心軸 如圖7所示。

3）菱形銷 如圖8所示，菱形銷與工件定位孔采用小間隙配合，既要保證安裝方便，又要限制工件有盡量小的轉動量。菱形銷與夾具體的裝配采用φ10H7/n6的過盈配合，保證菱形銷牢固地固定在夾具體上。需要注意的是，菱形銷在夾具體上安裝時，菱形銷的窄面應垂直于菱形銷中心和工件錐形孔中心連線。

圖7 錐形心軸

圖8 菱形銷

5 夾具的使用方法

將夾具安裝到機床主軸上并用百分表檢驗其安裝的正確性。

工件在完成相關工序之后，將工件安裝到夾具體上，用螺母壓緊，然后即可對R80mm圓弧面進行車削加工[3，4]。工藝為：①粗車削工件φ160mm孔，留1mm精加工余量。②精車削工件φ160mm孔至公差要求。

加工完成后，卸下工件，將工件旋轉180°重新安裝，即可加工工件另一面的R80mm圓弧面。

由于一次同時安裝多件加工，減少了刀具空行程，提高了有效切削時間，加工效率明顯提高。在數控銑床上使用高速鋼刀具加工，在數控車床上使用硬質合金刀具加工，由于硬質合金刀具的切削參數比高速鋼刀具的切削參數高出很多，所以使用此夾具既提高了切削效率，又降低了刀具成本，綜合經濟效益顯著提升。

6 結束語

在機械零件設計中，經常采用圓弧表面，而圓弧表面的加工工藝是多種多樣的，要根據圓弧曲率、材質和技術要求，采取不同的加工工藝。因為加工工藝的不同必然會產生不同的加工效果，所以工藝人員在編制加工工藝時，要對多種工藝方案進行充分論證。傳統的工藝肯定是可行的，但隨著科技的進步，新設備、新刀具材料的大量涌現，工藝設計人員也要與時俱進，突破傳統工藝，采納最優方案，實現經濟效益最大化。通過本文實踐證明，使用經濟性數控車床，配上合理的工藝裝備，實現以車代銑、多件同時加工是完全可能的。

本夾具結構簡單，制造方便，并具有一定的通用性，對于特殊零件上的圓弧要素加工，具有一定的借鑒意義。