带扁方圆柱形镶件通用夹具的设计

张 浩

（中山市技师学院，中山 528400）



带扁方圆柱形镶件通用夹具的设计

张 浩

（中山市技师学院，中山 528400）

摘 要：本文介绍带扁方的圆柱形镶件通用夹具的设计，一共分七个部分：了解带扁方的圆柱形镶件，夹具的要求，夹具的材料选择，夹具的设计和工作原理分析，夹具的可行性分析，夹具的功能和优点以及夹具工艺制作。

关键词：圆柱形镶件 扁方 材料 夹具设计

引言

模具制造过程中，我们常见到带扁方的圆柱形镶件。而镶件的扁方主要用于定位，具有一定的方向性。加工此类镶件时，必先拖平其扁方，方能加工其他部位。如果只是一两件这样的镶件，可以用三爪夹住，拖水平，然后固定三爪、校圆心，即可加工。但是，若是有几十个或者上百个这样大批量的镶件，每个都要拖水平、校圆心，那么对加工效率和加工的经济性是不可取的。因此，设计一种带扁方的圆柱形镶件的通用夹具很有必要。一可提高效率，二可带来良好的经济效益，三可减少加工过程的工作强度。

1 了解带扁方的圆柱形镶件

要设计一个带扁方的圆柱形镶件的通用夹具，必须了解带扁方的圆柱形镶件。所谓的带扁方的圆柱形镶件，是指镶件外形大部分是以圆柱形为主且沉头挂台带有一侧扁方的而有些部位为规则或不规则形状的镶件，如图1所示。

图1 带扁方的圆柱形镶件

通常，加工此类带扁方的圆柱形镶件规则或不规则的异形曲面形状时，需要一个既能扁方定位，又能装夹牢固的夹具来装夹镶件。所以，设计一个既能定位又能装夹的夹具非常有必要。此外，还有着大小不一，不同批量，不同大数量的带扁方圆柱形镶件。所以，做一个通用的夹具也是设计所要考虑的范畴。这样，这次加工可以装夹一个∮30mm的带扁方的圆柱形镶件，下次加工也可以装夹一个∮40mm或者其他尺寸的圆柱形镶件。

2 通用夹具的要求

夹具的设计是方便加工镶件。因此，它首先一定要符合镶件加工的一些基本要求，即实用性。其次，不能太复杂，容易加工制作，要有一定经济性。最后，不能用过一两次就不能再用了，要有耐用性和稳定性。因此，在制作夹具时，既要设计合理，又要制作简单，而且在用料方面也要有所要求。

3 通用夹具的材料选择

针对通用夹具的要求，综合考虑后，认为选择合金工具钢中的冷作模具钢较为合适。冷作模具钢具有高硬度和高耐磨性；有足够的强度、韧性和疲劳强度；有良好的工艺性能。最重要的是淬透性高，淬火变形和开裂倾向要小。例如，冷作模具钢Cr12加热到980℃保温后，油中淬火，然后在170℃低温回火，硬度达61～63HRC，具有良好的耐磨性和韧性。

4 通用夹具的设计及工作原理

4.1 通用夹具的构造

此夹具由6个零件和若干螺丝组成。6个零件分别为固定板、固定块、半固定块、活动滑块、扁方活动滑块和锁紧块，如图2所示。

图2 带扁方的圆柱形的通用夹具

该夹具以固定板为基板，固定板的左右两边有两个阶梯面，适用于码铁压住固定在机器的工作台上，其底面是一个平面，亦可用磁台吸住固定夹具。固定块则用螺丝固定在固定板上，是静止不动的。在固定板和固定块之间，有一沿着固定块上的导向槽左右移动的扁方活动滑块，用来定位镶件扁方。与固定块相对的是活动滑块，其下部分镶在固定板的燕尾导轨上，可以左右移动。同样，镶在固定板燕尾导轨上的还有半固定块。半固定块也是可以左右移动的。当装夹镶件时，根据镶件的大小，半固定板移动到一定的位置，最好是在零件彼此相接触的时候，用螺丝锁住顶着固定板，使其固定。此外，在半固定块和活动滑块之间是一个锁紧块。

4.2 通用夹具的工作原理

此夹具的工作原理是固定板和固定块部分不动，半固定块沿着固定板的燕尾导轨滑动，以调节带扁方的圆柱形镶件的大小所需的大概位置。装夹镶件时，沿着固定块的导向槽调节扁方活动滑块，使其端面平面与镶件扁方平面平行相贴共面，同时也要保证镶件的圆柱面与固定块的90°V形面相切，然后用M8螺丝穿过固定块向下锁住扁方活动滑块，如图3所示。面设计介绍时已经介绍过，只要调节半固定块的位置，就可以在一定范围内装夹可大可小的镶件。当然，它不可能从0到无限大完完全全通用，只能说在一定尺寸范围内通用。假如要装夹一个比较小的带扁方的圆柱形镶件，如图4所示。

图3 夹具的工作原理图

图4 调节活动滑块V形面后的夹具图

完成以上操作后，用M10螺丝通过锁紧块将其锁在固定板对应的螺丝孔上，使得锁紧块上下移动；其侧边的锥形面与半固定块和活动滑块的斜面相贴，使得活动滑块滑动。锁紧块向下的力F分为两个分力F1和F2，F=F1+F2。分力F1作用于半固定块，分力F2作用于活动滑块。然后，分力F2传递到带扁方的圆柱形镶件，镶件又与固定块接触，固定块给镶件一个反作用力，固定块与活动滑块夹住镶件，从而达到锁紧圆柱体镶件和扁方定位的目的。总之，该夹具的工作原理就是扁方活动滑块用于镶件扁方定位，锁紧块下压推动活动滑块移动与固定块夹紧镶件，从而完成定位和装夹的目的。

5 通用夹具的可行性分析

所有夹具的制作都要具有可行性，此夹具也不例外。设计此夹具的初衷是可以扁方定位。通过前面的设计介绍可知，该夹具扁方定位是可行的。如果是大批量的镶件，只需作一次定位即可。之后，只要保证镶件扁方平面与扁方活动滑块的端面相切共面即可。

同时，设计该夹具的另一个要求是锁紧镶件，使镶件装夹牢固。该夹具除了镶件的扁方面与夹具相切共面外，夹具的两个V形面都与镶件圆柱面接触，形成了四边对称垂直锁紧，保证了镶件左右前后的摆动，也保证了镶件加工时的垂直度。同时，由于扁方定位的固定，也防止了加工圆柱形镶件时扭力过大而造成工件旋转而出现的不良效果。

因此，该夹具能够解决扁方定位和装夹牢固两个最主要的问题。下面分析它的通用性问题。通用这个问题在前

由图4可知，如果要做到较大范围的通用，则需作几个规格不同的活动滑块，以灵活调节活动滑块的V形位置，大则大，小则小，如同加工中心一样，有着不同的行程。由此可见，带扁方的圆柱形镶件的通用夹具的设计是合理可行的。

6 通用夹具的功能和优点

此夹具的设计除了可以装夹带扁方的圆柱形镶件外，其实还有着圆形三爪和虎钳的功能。当加工圆柱形（不带扁方）工件时，此时可不使用扁方定位调节功能，当做三爪用。此夹具的虎钳功能此处不再赘述，因为除了V形部分，它还有很大一部分是平面，装夹一些方形的工件完全没有问题，相当于一个改良版的虎钳，如图5所示。

图5 夹具的虎钳功能

夹具的功能本身就是它的一个优点。它解决了扁方定位装夹难题，同时还综合了三爪和虎钳的功能。除此之外，本夹具在经济和工作效率方面也是一大优点。它减少了批量生产中加工镶件时的多次重复定位。采用此夹具，只需作第一次定位分中校正即可，后面直接装夹锁紧就可以加工。不仅减轻了人力的工作强度，大大提高了工作效率，而且也提升了经济效益。

7 通用夹具的制作工艺

该夹具一共有6个零件（螺丝省略不算），按各个零件外围最大尺寸稍大0.3mm购Cr12冷作模具钢为材料，外形简单线割或加工中心开粗留0.3mm；螺丝、螺丝过孔铣床加工到数；然后热处理，硬度为61～63HRC；热处理后，各零件的各平面和斜面磨床加工到数，平行度和垂直度保证在0.005mm，部分零件如固定块磨不了的台阶面、固定板的圆角R位、燕尾导轨等，可以用加工中心加工出来，活动滑块和半固定块的燕尾槽（带圆角）以及固定块的槽位可以用慢走丝加工出来，以保证各零件之间的配合间隙公差在0.02mm（活动滑块和半固定块的燕尾槽与固定板的燕尾导轨之间的配合，扁方活动滑块与固定板、固定块之间的配合）。各个零件做好后，按图装配后便是所需要设计的夹具。总之，该夹具的零件简单，加工容易，制作工艺简易。图6至图13分别为各零件的3D图和爆炸装配图。

图6 固定板

图7 固定块正面

图8 固定块底面

图9 半固定块

图10 活动滑块

图11 扁方活动滑块

图12 锁紧块

图13 带扁方的圆柱形镶件的通用夹具的爆炸装配图

8 结束语

夹具的设计，源于工作的需要。本论文以带扁方的圆柱形镶件的夹具设计为研究对象，介绍带扁方的圆柱形镶件，探析设计该夹具的必要性，阐述夹具材料的选择、夹具设计、夹具工作原理、功能介绍以及工艺制作等。总之，它解决了圆柱形镶件扁方定位的装夹，减少了人力重复定位的操作，提高了工作效率，增加了经济效益，具有一定的可行性、实用性和经济性。

参考文献

[1]甄瑞麟.模具制造工艺学[M].北京：清华大学出版社，2009. [2]凌爱林.工程材料[M].天津：天津大学出版社，2009.

[3]姚民雄，华红芳.机械制图[M].北京：电子工业出版社，2009.

Cylindrical Design with Flat Side Inserts Common Fixture

ZHANG Hao
(Zhongshan School of technicians, Zhongshan 528400)

Abstract:This paper describes a cylindrical insert common fixture design with flat s ide, was divided into s even parts. From beginning to understand what is cylindrical inserts with flat side, to the requirements of the fixture, the fixture of material selection, fixture design and operating principle analysis, feasibility analysis jig, jig and fixture features and advantages of the production process.

Key words:cylindrical ins erts, flat s ide, materials, fixture design