一種汽車十字軸車床夾具的設計

摘要：隨著數控機床在機械行業中的應用越來越廣泛，加工工藝日益先進，大部分機械零部件都能通過多軸的機床進行加工，但對于個別廠家，資金較為緊缺，暫時無法購置新型機床進行加工，而一些零件尺寸及參數又需要保密，無法讓其他廠家進行代加工。這時，一些形狀復雜的零件，就需要制作專用的夾具來進行夾持。

關鍵詞：數控車床；專用夾具；汽車零件；十字軸；生產效率

部分企業在發展過程中，沒有進行科學規劃，在購置的設備中存在機床種類配比不均，導致購置設備后，出現部分設備使用較少或空置的情況。本文中介紹的十字軸零件，該企業之前一直采用數控銑床和加工中心進行加工，但在裝夾工件的過程中，發現精度不易控制，在大批量生產中尤為突出，導致勞動強度大，生產效率低下。同時，能進行加工的數控銑床和加工中心只有2臺，而空置的數控車床有6臺，如果可以對空置的數控車床進行夾具設計改裝，讓數控車床也加入加工，就能有效地提高零件加工精度與加工效率。

本文通過對數控車床的夾具進行設計改裝，在制訂裝夾方案的時候考慮減少零件的裝夾次數，使零件安裝在專用夾具上后，可以經過簡單的調整，實現更換加工平面進行加工。改造后的數控車床不單減少了零件加工的工序，也相應減少了裝夾、找正等輔助時間有很好的效果。

1零件介紹

本廠承接的加工零件萬向接頭，又稱為“十字節”，是實現變角度動力傳遞的機件，用于需要改變傳動軸線方向的位置，它是汽車驅動系統的萬向傳動裝置的“關節”部件，圖1所示。造型類似于“十”字，需要對四個圓柱外形進行加工，本文以十字軸主體作為研究對象。

2零件加工工藝分析

2.1結構分析

如圖2所示零件，十字軸主體為一體造型，經鍛造而成，形狀精度較好，對于提高生產率和加工質量有較好的保證，本產品需要加工16000件，屬于大批量加工。

2.2精度分析

工件毛坯材料為40Cr，調質處理。工件加工完成后最大直徑25.6mm，公差需要控制在±0.08mm，零件4個方向加工的尺寸一樣，但需變換4個方向進行加工。

為確保加工完成后與軸承外圈的配合，除了要保證零件的各項尺寸精度外，還需確保零件的形位精度要求。如同軸度、垂直度等，也要控制在0.02以內。各處圓弧必須光滑，表面粗糙度Ra=1.6μm。

2.3加工要點

（1）采用數控車床加工回轉體，精度較高，但需要注意工件必須安裝在車床的中心軸上，否則加工過程中容易出現偏心和變形的情況，影響形狀精度和表面粗糙度。

（2）加工該零件時，已知待加工外圓直徑為Φ28mm，需加工長度為20mm，故切削加工量不大，因此在加工時可先將外圓粗車至Φ26.5mm，留1mm進行精加工，以保證工件的表面粗糙度。

2.4擬訂加工方案

綜上所述，需設計一款可以將工件安裝于車床中心軸上，且帶有分度裝置，同時保證在使用分度裝置時，不用拆裝工件，分度裝置上帶有4個加工方向的調整點，可根據加工需要調整按鈕的進行分度。

3定位及夾緊分析

3.1定位

工件是對稱件，4個加工方向為圓柱形，可以采用V形塊進行定位定心，如圖3，在工件的四個方向分布3塊V形塊造型，將工件放上安裝盤后，工件有3個方向受到限制，這樣既能保證工件定位基準，也能讓夾具的夾緊裝置、工件中心以及車床主軸中心的同軸度得到保證。

本安裝系統對工件的定位可以簡化為圖4所示，圖中將工件放于初定位安裝盤上，工件x→、x⌒、y⌒受到限制，但工件y→、z→、z⌒、仍能上下移動和旋轉，所以需要在工件安裝盤上方加入鎖緊定位裝置，鎖緊裝置的構造和安裝盤的構造類似，加入鎖緊裝置后，可以限制自由度y→、z→、z⌒，而安裝盤限制的自由度有x→、x⌒、y⌒3個自由度，與鎖緊定位裝置配合后限制的自由度為x→、y→、z→、x⌒、y⌒、z⌒，屬于完全定位，使工件在夾具上保持準確位置。

3.2夾緊力分析

夾緊力大小要適當，要克服切削產生的切削力和工件轉動產生的離心力，夾緊力過大了會夾傷工件的表面，過小了則在加工時工件會松動，造成報廢甚至發生事故。

在工件完成定位后，還要進行夾緊后才能進行切削加工。所以，對本安裝系統面對的安裝對象而言，因為加工余量基本不大，每次的進給量也就更小，除了前1D9UbSuQUzmx7oCFNDKkGKLt/4j9hw/qbs+7n9tKPtk=面的粗加工部分，基本是對工件進行精加工，因而其加工時的切削力也不是很大。而且使用手動夾緊時，可憑人力來控制夾緊力的大小，一般不需要算出所需夾緊力的確切數值，只是必要時進行估算。進行夾緊力計算時，通常將夾具和工件看作一剛性系統，以簡化計算。根據工件在切削力、夾緊力作用下處于靜力平衡，列出靜力平衡方程式，即可算出理論夾緊力，再乘以安全系數，作為所需的實際夾緊力。實際夾緊力一般比理論計算值大2～3倍。夾緊力三要素的確定，是一個綜合性問題。必須全面考慮工件的結構特點、工藝方法、定位元件的結構和布置等多種因素，才能最后確定并具體設計出較為理想的夾緊機構。

4夾具結構構思及設計方案

本夾具的夾緊裝置類似平口鉗，為了將工件幾個圓軸面定位準確，把裝夾的部分機構進行了改造，使之成為V型塊，能方便可靠地緊固零件幾個軸面，同時，將夾具體的底部進行改造，讓其可以進行分度，方便更換車削工作面。該夾具主要由莫氏夾體、分度回轉軸、分度定位器、回轉鎖緊裝置、開口鎖緊裝置、V形墊塊、U槽擋板架、工件定位支架和定位鎖定裝置等組成。夾具總裝如圖5：

4.1夾具夾緊裝置

圖6所示，該夾緊機構原理類似于平口鉗，為了方便工件安裝定位，特地將夾緊的鉗口制作為類似V形塊的機構，使工件放入該夾緊裝置就完成幾個方向的限位，然后旋轉鉗臺鎖緊螺栓，使V形活動壓塊下移，從而夾緊工件，并在機構的前端增加了U形鎖緊架，在V形活動壓塊向下夾緊后，將支架扣上進行鎖緊，同時將V形活動壓塊鎖緊，避免加工時晃動出現位置誤差。零件完全鎖緊的效果圖如圖7。

4.2夾具分度裝置

如圖8所示，該夾具的分度機構使用彈簧式對定銷進行分度，在分度回轉軸上分別有四個定位孔，對應工件加工的四個位置；分度時，將底部回轉軸鎖緊螺母稍微松開，松開后，將彈簧對定銷拔起，此時可以操作分度回轉軸進行旋轉，在回轉到定位孔時，彈簧式對定銷由于彈簧的性質，自動回彈鎖緊，再把回轉軸鎖緊螺母擰緊，便定位完成。

5夾具操作步驟

夾具在使用時先將夾具的莫氏夾體通過莫氏錐柄安裝到車床主軸錐孔內，使其與車床主軸錐孔緊密貼合以保證其同軸度要求，再通過螺栓進行拉緊固定，限制夾具整體在數控車床的軸向竄動。

如圖9、圖10操作：夾具操作簡單，容易上手，主要部分為夾緊裝置和分度裝置組成，由分度裝置的轉軸通過圓柱銷與頂部的夾緊裝置進行聯動。每次加工完一個工作面后，只需松開底部的回轉軸鎖緊螺母，拔起定位銷進行工作平面的更換便可。

結語

使用該夾具投入生產，產品的質量得到極大提升，生產效率也大幅地提高。不管是單件或是批量生產，針對此零件設計的夾具都能最大限度地提高機械加工的工藝性及經濟性。

參考文獻：

［1］楊黎明.機床夾具設計手冊［M］.北京：國防工業出版社，1996.

［2］劉建亭.機械制造基礎［M］.北京：機械工業出版社，2001.

［3］楊峻峰.機床及夾具［M］.北京：清華大學出版社，2005.

［4］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［5］薛源順.機床夾具圖冊［M］.第2版.北京：機械工業出版社，2015.

［6］吳拓.機床夾具設計［M］.第2版.北京：機械工業出版社，2018.

作者簡介：江哲（1986—），男，漢族，廣東汕頭人，本科，中級，研究方向：機械加工。