车床主轴箱夹具改进探究

莫持标

（江门职业技术学院，广东江门 529090）

0 前言

车床主轴箱是车床的关键零件之一，加工精度高、工艺复杂是其加工过程中的主要特点。车床主轴箱夹具中，工件定位面、定位孔的选取、夹紧点的设定等工艺很重要，对提高主轴箱的加工精度起着重要的作用，这些要素设计得合理与否对这类箱体零件的输送、到位、夹紧、离开及加工尺寸的工艺能力保证等都起着决定性的作用。

图1是车床主轴箱零件简图，要提高和保证其加工精度，夹具是重要的保障措施之一。

1 传统车床主轴箱夹具的特点

图2是车床主轴箱零件开始工序粗基准选择时对应的专用夹具，直接以主轴孔为粗基准在专用夹具上定位[1]。

图3是主轴箱在中小批生产时，以箱体底面导轨B、C面为基准定位，此时符合基准重合原则，没有基准不重合误差。加工时，箱体开口朝上，便于安装调整、观察测量。但加工箱体中间壁上的孔时，需要加中间导向支承。由于结构的限制，中间导向支承只能采用挂架方式，每加工一件需要装卸一次，吊架与夹具之间虽有定位销定位，但刚度较差，经常装卸也容易产生误差，且使辅助时间增加，生产率低。

在大批量生产中，按基准统一原则，采用顶面及两个销孔（一面两孔）作为定位基面，夹紧力垂直夹紧。这种定位与夹紧方式，加工时箱体朝下安装，如图4所示。这时中间导向支承可以紧固在夹具体上，解决了挂架方式的问题，工件装卸方便，易实现加工自动化。其缺点是存在基准不重合误差，且加工过程不方便观察。

以上是车床主轴箱普通实用的传统夹具。它限制工件的六个自由度，其特点是定位与夹紧方便、可靠，但定位精度不较高，有局限性。随着车床制造技术的不断创新，产品加工要求的不断提高，传统主轴箱夹具不能满足加工精度越来越高的要求，需要对传统主轴箱夹具进行多方面的改进。

图1 车床主轴箱体

图2 以主轴毛坏孔为粗基准的箱体夹具

2 车床主轴箱加工夹具的改进途径

2.1 工件定位面与支承点的改进

在切削加工中，箱体零件的定位基准有两种：粗基准和精基准。理想的工件定位是以三点来确定一个面，但有时往往这三个支承点会形成一个直角三角形，很难达到等腰三角形的理想形状。一般情况下，人们往往认为加工面只要用一把平面铣刀加工后，其加工面就是一个平面。实际上，由于加工中，铣刀的起始、终结位置在受力上的差异，主轴精度的高低、加工材料的弹性变形存在局部差异等因素的影响，加工面的平面度及平面纵横直线度都会有一定的误差。如果以四点来定位一个平面，往往会导致定位时，其中一点是有间隙的。在夹紧过程中，夹紧的浮点以对角形式出现，造成加工中的部分尺寸出现不同程度的变化。为此，可在箱体底平面定位时，粗基准采用四点定位，因此时加工尺寸的公差值相对大一些，一般容易满足加工精度要求；而精基准则采用三点定位，表面看似乎是四点定位，实际上有两点是通过浮动式的夹具结构确定另一点，如图5所示，达到定位面四点均无间隙。粗、精基准的另外一种定位方式采用四点定位，但是定位方式是三点硬，一点采用辅助支承来达到定位大平面的效果，此时辅助支承不限制自由度。

图3 吊架式箱体专用夹具示意图

图4 用箱体顶面及两销孔定位的专用夹具示意图

切削加工中，用同一牌号的铣刀盘切削加工，如果大平面的平面度不好，因误差复映，往往加工中的每一个零件几乎都是同一种状态，即大平面的高点总是高点，低点总是低点，而采用浮动式结构与辅助支承支撑其底平面时，其加工尺寸的趋势也就能达到同一趋势，保证加工尺寸的稳定性[2]。

2.2 工件定位孔尺寸的变化

定位孔尺寸大小的设定，直接关系到箱体零件的加工精度，也关系到工件装夹是否方便。车床主轴箱体类零件的输送与加工定位一般多采用一面两销来定位。随着车床制造技术的不断提高，产品加工精度的提高及工件在专机线上输送速度的加快，从而产生一对矛盾：在零件加工定位时，为了提高加工精度，工件定位孔的孔径与定位销的配合间隙越小越好，而零件在专机线上进出定位销时及工件在加工装卸过程中，定位孔与定位销的尺寸配合间隙越大越方便，零件进出定位销能达到进出自如。

图5 浮动式支承

工件定位孔的改进就是提高孔的精度。车床箱体定位孔的制造尺寸从直径（16+0.043）mm提高到（16+0.021）mm，定位精度有明显提高，公差0.021 mm的销孔尺寸变化一般能满足加工中的各种技术要求。

2.3 夹紧力的变化

（1）销孔孔径的变化，传统的夹紧方式加工，会出现加工尺寸精度上的差异。在专机线加工或CNC加工中心加工，前者两孔一般采用两把刀具，后者两孔使用一把刀具。CNC加工中心加工，用一把刀具加工两只定位孔，其孔径几乎一样，定位时没有两孔之间的误差造成的转角误差，只有销子与销孔的配合间隙造成的转角误差。而在专机线加工刀具的选择上，当只要满足加工要求时，都认为可行。以直径（16+0.021）mm销孔为例，从工艺上说一把刀具加工尺寸为直径16 mm，另一把刀具加工尺寸为16.021 mm，均属满足条件。两孔的最大偏差量为0.021 mm，即两孔之间的误差会产生转角误差。

（2）改变夹紧方式。在精加工中可采用新的夹紧方式来提高零件的加工精度。在精加工夹具的夹紧点设计上，除了垂直方向的夹紧力外，侧面增加一个侧压力，使定位销与定位孔实现同侧接触（如图6（a））。这样就大大降低了定位销孔尺寸偏大对零件加工尺寸精度的影响，同时可保证箱体零件孔与孔之间的相互位置精度要求。

3 箱体夹具加侧压力前后零件加工情况对比

上面的车床箱体零件（图1），在CNC上加工，铰刀使用同一把铰刀，加工孔径几乎相等。设其两销孔孔距为L=（560±0.08）mm，两直径（16+0.021）mm的定位销孔，圆柱销尺寸为直径15.993 mm，菱销直径为15.988 mm，当夹具没有侧面压紧力时，定位时可能会出现最大值的转角误差（图6b），即两定位孔反向位移，其最大值为[1]：

其中：X1max=D1max-d1min，X2max=D2max-d2min。

实际上，工件还可能向另一方向转动，真正的转角误差应为±△β，即±11.23″。

当采用侧面加一侧压力时，从图6可知，两种夹紧方式都有定位误差，但是转角误差就不一样了。采用侧面夹紧力以后（图6（a）），两定位孔同向位移，转角误差为:

当采用侧面加一侧压力时，转角误差很小，且不能向另一方向转动，只占没有施加侧压力的4.3%。

若两定位销孔的尺寸改为直径16.043 mm，两定位销的直径保持不变，按上述过程重新计算，得：

α′=19.34″；

β′=0.96″。

图6 转角误差

可以看出，两定位销孔尺寸从直径16.021 mm增大到16.043 mm时，当没有施加侧压力时，工件最大转角误差明显增大，而施加侧压力时，转角误差不变，此时工件移动定位误差会变大。

从侧面加一侧压力后，最有效的是消除了定位销孔一侧的侧面间隙，大大降低了加工中的转角误差，提高了零件的加工精度。侧面加压紧力与不加压紧力，其转角误差，一种几乎是恒定的，是最小值；另一种是动态的，可能出现最大值，也可能为零，故产品的工艺能力明显不一样。

箱体工件定位夹紧时，采用侧面另加压紧力，对提高尺寸精度是一条有效的措施，实用且可靠。

4 结束语

车床主轴箱体零件随着车床的产品精度不断提高，零件的尺寸控制也须相应提高，故要达到产品的加工要求，所对应的夹具也要不断进行创新。通过夹具的改进，可有效提高加工精度，突破传统主轴箱夹具的局限性，从而较好地满足车床产品精度提高的要求，实现优质、高产、低成本的不断进步，这也是主轴箱体零件加工中夹具设计的与时俱进。

［1］李华.机械械制造技术（修订版）［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［2］吉祺炜.发动机箱体零件加工的定位与夹紧［J］.汽车制造业，2006（5）：60-62.