JC125—17C把座车加工夹具设计

洪莉莉

摘 要：具有空间位置的回转类零件加工，可以在车床上，通过角铁型专用夹具进行回转中心的转换，将需要加工的外圆回转中心转换到车床回转中心，完成外圆的加工。采用该类加工方法，工艺简单，加工成本低，生产效率高。

关键词：夹具；定位；夹紧机构；位置精度；误差分析

1 夹具设计任务

1.1 产品零件图如图1所示

1.2 零件的重点技术要求分析

零件名称为JC125-17C把座，材料20钢，锻件，本工序加工Φ180+0.033mm外圆，设计专用夹具。

零件已经加工的部分分别有孔Φ300+0.05mm，孔Φ8.5mm和Φ14.5×8.50+0.50孔mm，以及基准面A，孔Φ8.5mm和孔Φ14.5mm同心，Φ8.5mm孔的中心是以Φ300+0.05mm孔中心为圆心，半径为R34±0.10mm圆弧和第二象限与X轴夹角为-28°的直线的交点，保证尺寸18±0.2mm。

本零件的特点是Φ180+0.033和Φ300+0.05外圆及基准A是空间位置尺寸且外形不规则，加工Φ180+0.033外圆用回转类设备加工尺寸精度较容易保证，但需要使用专用夹具将工件的回转中心转换成Φ180+0.033外圆中心，通过夹具和机床的联接，再将Φ180+0.033外圆中心转换成机床的回转中心，达到加工的目的

加工Φ180+0.033mm外圆，尺寸精度IT8级，表面粗糙度Ra6.3μm，车削加工就能够满足要求。批量生产时，尺寸精度由机床操作保证，位置精度靠设计的夹具来保证，因此，本设计的专用夹具为车加工专用夹具，加工Φ180+0.033mm外圆的位置精度包括以下两个方面的要求：

（1）与Φ300+0.05孔中心距尺寸Y=9.9±0.20mm，Z=79.5±0.05mm。

（2）Φ180+0.033mm外圆与基准A的平行度为Φ0.05mm。

2 夹具方案的确定

在车床上加工Φ180+0.033mm外圆，要限制Y轴的移动、Y轴的转动、Z轴的移动和Z轴的转动自由度，要保证加工长度为27mm，必须要限制零件的X轴的移动自由度。

要保证Φ180+0.033mm外圆中心线对基准面A的平行度和中心高79.5±0.05mm，根据基准重合原则，应选用基准面A作为加工外圆的第一基准，该基准可以限制工件Z轴的移动和Y轴的转动两个自由度。

要保证Φ180+0.033mm中心到Φ300+0.05孔中心距尺寸Y=9.9mm，可以选择Φ300+0.05孔做为第二基准，限制工件Y轴的移动和X的移动自由度。

第一基准和第二基准限制了工件的四个自由度，Z轴的转动自由度没有被限制，如果工件能绕Z轴旋转，加工时就会造成加工好的外圆和毛坯外圆不同心。第三基准用来限制工件绕Z轴旋转，可以选择毛坯R12圆弧，也可以选择Φ8.5mm孔。

方案一，如图2所示，以孔Φ300+0.05和毛坯R12圆弧为第二、第三基准，通过固定圆柱销和V型块实现定位。

方案二，如图3所示，选择孔Φ300+0.05和Φ8.5孔为第二、第三基准，通过固定式圆柱销和菱形销实现定位。

经过分析，第一方案以圆柱销和V型块组合定位，要受到毛坯R12圆弧的加工精度的影响， R12圆弧是锻件毛坯，尺寸误差为±1.2mm，公差较大，不能满足装夹要求，因此选用第二方案。此方案对两孔采用圆柱销和菱形销组合定位，工件一面两销的完全定位，没有重复定位，方案可行。

（1）基准面的选择，夹具定位方式的确定。基准A为第一基准，孔Φ300+0.05和孔Φ8.5为第二、第三基准，选择一面两销的定位方式；（2）定位元件的选择。用支承板、固定式圆柱销和菱形销实现定位；（3）夹紧方式和夹紧元件。为减小夹具体的体积，可采用开口垫圈的螺母手动夹紧机构；（4）夹紧力。采用手动夹紧的螺旋夹紧机构，螺母提供的夹紧力足够夹紧，因此不需要做夹紧力的精确计算。

3 主要零件设计说明

（1）夹具体的设计。夹具体采用角铁式车床夹具。车床上加工Φ180+0.033外圆，必须将外圆的中心线和车床的回转中心重合才能实现加工。工件如果采用平面式的夹具体装夹在主轴上，工件只能整体围绕主轴旋转，无法将Φ180+0.033外圆的中心线转换到机床回转中心。只有把角铁式夹结构的夹具体垂直装夹在主轴上，才能将Φ180+0.033中心转换成水平方向，调整夹具体上下左右的位置，将工件的回转中心和主轴轴线调整一致。夹具体通过过渡盘和机床主轴联接。

加工Φ180+0.033外圆，车刀径向进给，为防止夹具体干涉车刀的径向进给，工件加工部分应伸出夹具体外，伸出长度大于加工长度5mm以上。

（2）过渡盘。如果夹具体设计成过渡盘和角铁一体，夹具体本身的加工工艺复杂程度较高，加工精度不容易保证，成本较高，因此设计成角铁和过渡盘分开，通过过渡盘和机床主轴端部联接，加工简单，成本低，而且加工精度容易保证。

（3）夹紧机构。夹紧方案初步确定如图4所示。夹紧部位选择Φ300+0.05孔上端面，上端面没有干涉部分直径为Φ33mm，因此选开口垫圈的最大外圆直径为Φ32mm，厚度8mm，锁紧螺母选择M12mm。螺母的最大外径小于工件的孔径，松开螺母取下开口垫圈，工件即可穿过螺母被取出。

（4）平衡块。夹具体在过渡盘上相对主轴中心处于偏心状态，其重心偏离机床主轴回转轴线，因此需要配置平衡块，消除夹具在回转时的不平衡现象。平衡块上开有圆弧槽，便于调整其位置。

4 夹具结构示意图图

夹具结构图见图5。

5 定位尺寸和定位误差的分析与计算

5.1 计算定位尺寸

（1） 确定定位销的中心距和尺寸公差endprint

销间距的基本尺寸和孔间距的基本尺寸相同

销间距的公差为：

两定位销中心距为：（34±0.02）mm

（2）确定圆柱销的尺寸及公差

取

（3）选取削边销尺寸

1）确定削边销尺寸b1和B。参照国标《机床夹具零件及部件》（GB/T2203-91）取

b1=4mm，B=d-2=8.5-2=6.5mm

2）确定削边销的直径尺寸及公差

取a=δLd+δLD=0.1+0.02=0.12mm

取

所以d2min=D2min-X2min=8.5-0.11=8.39mm

削边销与孔的配合取h8，其下偏差为-0.022mm，因此其直径为

5.2 定位误差的分析与计算

依靠夹具保证的工序尺寸有79.5±0.05mm和9.9±0.20mm，只要计算79.5±0.05mm和9.9±0.05mm的定位误差即可。

（1）79.5±0.05mm的定位误差

1）计算基准不重合误差σB。79.5±0.05mm的定位基准为A面，定位基准和工序基准重合，故σB=0

2）计算基准位移误差σY。79.5±0.05mm的定位基准A面为平面定位，平面定位的位移误差为0，故σY=0

要求定位基准面A的平面度<0.03mm角铁的垂直度<0.03mm。

（2） 9.9±0.05mm的定位误差

1）计算基准不重合误差σB。9.9±0.15mm的定位基准为Φ300+0.05mm孔中心，基准重合，故σB=0；

2）计算基准位移误差σY。

转角误差为：

加工轴的轴线在大孔中心线的外侧，因此

σY=X1max+2×9.9×tanσβ

=0.07+2×9.9×0.0018=0.106mm定位误差为σD=σY=0.106mm

由于

所以夹具的定位误差能够满足工件的制造误差，夹具的定位尺寸基本合理。

6 小结

夹具的设计要综合考虑加工的工艺性和加工成本，选择合理的加工方法和工装夹具，能有效提高加工效率。

参考文献：

[1]魏康民.机械加工工艺方案设计与实施[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]何国旗，何英.机械制造工程实践教程[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3]魏康民.机械制造工艺装备[M].重庆：重庆大学出版社，2007.

[4]机械加工工艺装备设计手册委员会.机械加工工艺装备设计手册[K].北京：机械工业出版社，1998.endprint