衬套夹具的设计与加工

王立华

摘 要：数控夹具设计及加工的基本原则是要保证产品质量、工作效率、人身及设备的安全，以及整个生产的经济效果。为了保证上述四个方面，通常要考虑下面一些要求：夹具的专用性和复杂程度要与工件生产批量相适应。在小批生产中，则应考虑尽量采用较简单的夹具机构。夹具应满足零件设计图纸及加工工序对加工精度的要求。在满足加工精度、效率等要求前提下，应力求夹具结构 简单，以提高夹具制造工艺性。夹具结构应注意防尘防屑，要有必要的润滑系统，以保证机构的使用寿命。应尽量降低夹具的制造成本，在不降低性能的前提下可采用廉价的代用材料。尽量采用标准元件，使夹具元件规格化、典型化，并使整个夹具组合化，以缩短夹具制造周期，降低成本。夹具的操作要方便，安全。以上要求有时相互矛盾，在设计夹具过程中要全面考虑，使之达到最佳综合效果。

关键词：基准面；薄壁件；镗孔

1 夹具的设计

1.1 设计的准备

分析零件图形。（1）需要加工的零件如下图，零件为常见的轴承衬套。（2）分析零件的需设计夹具的工序，本工序要求铣外形Φ78X3-R6X3-R10及加工3-Φ20如图，半成品件为加工好的内外径，加工好3-Φ7孔，加工余量不大。使用机床为立式加工中心。（3）所使用的刀具为专用刀具。

1.2 夹具的总体设计

1.2.1 定位方案的的选择。从分析工序图可知，被加工面的是主要的位置要求是3-Φ20孔与基准位置度Φ0.1。从保证这项加工要求出发，选取第一定位基准有二种方案：选用平面C或选用平面A。以平面C为第一定位基准消除三个不定度的最大优点是可以获得最大的支撑面积，使定位稳定。因为平面C是工件上的一个最大平面。选用平面C为定位基准的一个缺点是不符合基准重合原则（尺寸1.3的起始面为A面）。当然，若在前面平面加工中能保证平面C与平面A之间（工序基准）达到较高的位置要求，则也不必一定追求基准重合。以C为定位面，消除X、Y旋转及Z向移动了三个不定度。以平面A作为第一定位基准的优点是符合基准重合原则。其不足之处是支撑面积较小，定位不稳定。对于第二和第三定位基准问题，也有两种方案可供比较。一种方案是以内孔为第二定位基准，这样不符合基准重合。另一种方案是以外径Φ74定位。消除X、Y移动两个不定度。以未加工的R6毛坯面为第三定位基准，这样定位不可靠，另一种方案是为Φ7为第三定位基准用菱形销或插棒定位，消除Z向旋转一个不定度。

1.2.2 对定方案的确定。为了使夹具与机床保证正确位置，夹具体应设计出拉直找正基面，中心则找正夹具定位止口。

1.2.3 夹紧方案的选择及夹紧机构设计。夹紧装置的结构与空间位置的选择取决于工件形状，工件在加工中受力情况，以及对夹具的生产率和经济性等方面要求，其复杂程度应与生产类型相适应。夹紧力的方向应作用在定位支承上。夹紧力作用点应考虑工件上的结构特点，选在刚度较高的部位。因此，应当以作用在与C面相连的部位为宜，这样可以避免工件变形而影响加工精度。由于生产规模属于小批量生产，工件尺寸小，夹紧机构不宜太庞大，所以选用螺旋夹紧机构。同时考虑到操作迅速和便于装卸工件，采用了移动压板。为了便于加工内形及外形采取倒换压板。

1.2.4 设计夹具体，形成夹具总图。夹具体应能保证夹具的整体刚度和强度，在此前提下，要尽量减轻重量。通过夹具体将定位元件、对刀元件及夹紧装置联系成一个整体。夹具体还用于保证夹具相对于机床的正确位置。夹具体应有足够的强度、刚度和制造精度，为了提高夹具的制造工艺性，夹具体很少做成整体的，而是分成底座、立柱等零件，它们之间用螺钉和销钉进行连接和定位。

1.2.5 确定夹具的主要尺寸、公差和技术要求。如图为夹具设计总图

1.3 夹具零件的设计

1.3.1 关键件材料的选择。因为是单件小批生产，对于夹具中的定位元件及底板均采用中碳钢45#钢，热处理硬度为HRC33-38。定位面及定位止口的精度平行垂直0.01，表面粗糙度为0.8。

1.3.2 防护措施。为了防止夹伤零件，不宜使刚性压板直接与零件接触，防止压伤零件，通常使在接触面上焊一铜层，采用铣削方式使其表面粗糙度Ra在1.6以下。

2 夹具的加工

2.1 零件加工方案

2.1.1 内磨磨削定位止口。（1）首先将工件两平面在平面磨床上磨平行0.01内后，装夹在主轴的卡盘内，或用磁力吸盘吸住，然后以内圆柱及端面为基准找正后，紧固各卡爪。（2）经过调整后，砂轮作横向进给，工作台作纵向进给，进行试磨，试磨时进给量要小，待工件磨圆后，检查圆度正确与否。如有误差应进行调整，再试磨，直到圆度符合技术要求为止，然后再正式磨削内孔即可。（3）为防止变形，粗精磨分开进行，粗磨后重新校正，然后精磨。每磨削一会儿，就停车用冷却水在外部冷却，后继续磨削。（4）测量时用内径勾子表测量，用块规为测量对表件。

2.2.2 角向孔的加工。首先拉直B基准面，找正内圆中心，旋转主轴使千分表在内圆面Φ74上沿周旋转，调整主轴位置，直到千分表在整个旋转圆周上的读数都是一样为止，此时，主轴中心轴线便通过中心。然后按坐标尺寸移动机床工作台，使主轴中心轴线到达Φ6+0.012孔的位置，即镗孔位置。孔镗合格后，用内径表量内径大小，在三坐标测量机上检验位置度。

3 结束语

设计夹具时，不但要满足夹具的使用性能，而且还要考虑夹具零件的结构工艺性。为了获行良好的工艺性，设计夹具零件时，应注意如下几项原则：（1）便于安装。即便于准确地定位、可靠地夹紧。例如，增加工艺凸台，增设装夹凸缘或装夹孔，改变结构或增加辅助安装面。（2）便于加工和测量。例如，刀具的引进和退出要方便，尽量避免箱体内的加工面，凸缘上的孔要留出足够的加工空间。尽可能避免弯曲的孔，必要时留出足够的退刀槽、空刀槽或越程槽。（3）利于保证加工质量和提高生产效率。例如，有相互位置精度要求的表面，最好能在一次安装中加工。同类结构要素应尽量统一。（4）提高标准化程度。例如，尽量采用标准件，应能使用标准刀具加工。（5）合理地规定表面的精度等级和粗糙度的数值。（6）既要结合本单位的具体加工条件，以要考虑与先进的加工方法相适应。

参考文献

[1]王志平.磨工[M].机械工业出版社，1987.

[2]机床夹具设计[M].上海科学技术出版社，1980.