数控铣床加工滑杆的专用夹具设计

2015-04-27陈饰勇

机床与液压 2015年16期

陈饰勇

(广州航海学院船舶工程系，广东广州510725)

夹具是在机床制造过程中，用来固定加工产品，使之固定在正确的位置，以接受加工或检测的机床附加装置，简称为夹具［1］。图1 为某型号电磁铁的滑杆，它应用广泛，社会需求量大。零件加工方案设计［2］: 原棒料在车床上车削出外型，然后在钻床上钻φ4 mm 孔，最后在数控铣床上铣3 mm ×9 mm 的槽。因为是圆柱形零件，并且要垂直安装，通用夹具已不能满足其装夹的要求，所以有必要设计专用的夹具。

图1 滑杆

1 定位、夹紧设计

1.1 方案一

数控铣床常加工材料为块料，直接用虎钳定位夹紧。而零件为棒料，普通虎钳两面不能夹稳。将虎钳死钳口设计成V 型铁形状，采用V 型铁夹紧，将零件需切槽部分露出钳口［3］。此种方法虽然能把零件夹紧，但制作V 型口虎钳成本较高。而且，零件直径不大，因此V 口的深度也不能大。这是由于V 口深度设计大了，虎钳死、活两钳口夹紧接触时就有可能夹不紧，零件能上下移动; 而V 口大小设计适合此零件时，在往后生产时又不能夹紧直径较大的棒料。如此以来，则形成虎钳夹紧对象少、利用率不高的情况。所以此方法不可取。

1.2 方案二

卡盘是车床上用来夹持零件的机床附件，安装在车床主轴上，通过卡爪径向移动将所加工的零件夹紧和定位［4］。三爪卡盘夹紧棒料有自定心功能。将三爪卡盘垂直安装在数控铣床工作台上，利用卡爪夹紧零件。但这样夹紧加工存在一个问题，虽然三爪卡盘有自定心功能，但简单夹紧会出现个别零件和卡盘不对中，加工出来的产品3 mm×9 mm 的槽中心与零件中心不在同一直线上，导致不良品的出现。解决这种情况可以在卡盘夹紧后，用百分表在零件上找正对中。但耗费时间大，降低了生产效率。所以此方法同样不可取。

1.3 方案三

经过前两次分析可知，用V 型铁夹紧是不错的选择。为了避免虎钳的浪费，可设计一个V 型铁座和一件夹板。见图2，底板与V 型铁用螺栓连接成一个铁座，左边侧板能自由活动。为了避免加工时铣刀与V 型铁过切，在V 型铁上端设计一个台阶; 生产中，切屑的排出情况会影响装夹时间，在V 型铁下端设计一个凹位，解决了排屑的困难，减少了辅助时间。然后把铁块都放在普通虎钳上，利用虎钳对侧夹板和V 型铁的夹紧力来夹紧零件。

在此夹具中，用较长的V 形槽来作为零件圆柱表面的定位元件夹紧时，它可以限制零件的5 个自由度，2 个旋转，3 个移动，只有绕轴向的转动没有限制［3］。V 型铁的高度与零件高度相当即可，太高会出现加工时夹具与机床主轴的干涉; 太矮时，零件露出V 型铁口变长，加工时容易发生震动，出现震纹，影响加工质量。

因为3 mm ×9 mm 槽与φ4 mm 孔垂直，这就决定了零件定位时要求φ4 mm 孔与机床Y 轴平行，使得铣刀X 轴方向加工槽的位置正确，利用φ4 mm 孔定位，在V 型铁上表面、垂直于V 型口设计一个4 mm 的方槽。选择一个φ4 mm 的棒料作为定位销，使销穿过φ4 mm 孔和4 mm 方槽，见图3。这样，只要夹具安装位置正确，铣削的槽也合格。定位销材料的选择也是一个关键因素，表1 列举了几种常用材料的优缺点，最终选择各方面条件较好的高速钢。

图2 V 型槽夹具

图3 带4 mm 方槽夹具

表1 各种材料情况

2 夹具设计

零件装夹后，只需要加工3 mm ×9 mm 槽，用φ3 mm 平刀来回铣削几次就能完成，加工时间1 min足矣。加工完成后，工人卸下零件到再装夹另一个零件的时间约1 min。这种情况导致一个工作日，机床与人工操作时间各半，机床利用率不高以及工人劳动强度大。因此，在满足加工要求的前提下，减少装夹等辅助时间，可提高数控机床的工作效率。通过合理的夹具设计(如采用一次装夹多个零件［5］) ，适当地调整工艺，可以最大限度地减少装夹次数。

采用一次装夹10 个零件，夹具设计见图4。上一工序车铣外圆后φ12 的尺寸存在误差，夹紧多个时会出现个别零件夹紧力不够。这就限制了一次装夹零件的个数，采用一次装夹10 个比较合适。最好在装夹前用卡尺把直径相差较大的零件分类，或者提高上一工序车削的加工精度和稳定性，使得每一个零件直径公差在0.03 mm 以内，夹紧力均匀［6］，不会出现漏夹情况。

图4 一次装夹10 个零件夹具

在V 型铁两端及侧板两端相对应的位置，各铣削一个圆槽。装夹的时候，在两对圆槽里分别放一个弹力一般的弹簧。夹紧时，弹簧力对虎钳基本不影响。加工完一组零件，松开虎钳时，由于侧板在虎钳活钳口且质量较V 型铁轻，这时由于弹簧力的作用，侧板会靠着虎钳活钳口松开，方便卸下零件和清理切屑，夹紧可靠并能实现快速装夹［7］。