夹具设计在大偏心距零件加工中的应用

杨航 李飞

摘要：机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分，为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置，偏心零件的定位夹具的质量的好与坏直接影响加工精度和企业经济效益，本文将主要介绍一种大偏心距零件的夹具设计，以提高加工精度，促进机械加工业更好地发展。

关键词：夹具设计； 大偏心距；零部件

当用夹具装夹加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。而要实现这一要求，又必须满足工件在夹具中占有正确的加工位置；夹具装夹在机床上的准确位置；刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系：零件相对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。所以“定位”也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位，夹具相对于机床的定位，而工件相对于机床的定位是间接通过夹具来保证的。工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确定位的位置上，否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准确定位，无法保证加工要求。这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。

一、偏心夹具的結构设计

对于大偏心距零件的加工，如果直接装夹在加工设备上是不行的，无法保证其加工的精度和加工的质量，这就需要设计一个专门的夹具对零件进行装夹。将夹具体的一端在车床的卡盘上夹住，对夹具体另端进行外圆和圆孔的加工，外圆与夹具体左端同轴线，圆孔用来安装工件。圆孔的直径是两倍的偏心距和工件外圆直径的总和，然后在夹具体上进行定位螺钉孔的加工，螺钉孔数量为两个。先进行工件的端面以及其外圆的加工，加工完成后将工件在夹具体中放置好，在用夹紧螺钉对其进行锁紧。锁紧后会发现，相对于夹具体的轴线来说，工件轴线出现了一段距离的偏差。因为工件的加工基准是以夹具体的外圆作为参考的，工件上新圆孔的中心和夹具体的中心在一个位置上，所以加工完成的圆孔孔心和工件回转中心二者之间存在一定的偏差量，而这个偏差量就可以看作是工件加工要求达到的偏心距。

二、加工工艺分析

根据加工的实际情况，结合专用的偏心夹具，可以按照如下工艺来加工：将零件找正，车φ250+0.02内孔，再以φ250+0.02内孔定位车φ150 的外圆和10mm 的凸台；将零件装在夹具上，用M18 的销轴进行定位；挡住φ150的外圆， 用M18 的螺母来压紧10mm 的凸台； 用的孔进行导向；利用销轴压紧零件，车φ220+0.02通孔，车φ300+0.02阶梯孔；然后将零件反过来装夹，校正，车另外的φ300+0.02阶梯孔。

三、夹具定位误差分析

如图1所示，用φ200 圆盘的两个M18 螺纹的销轴来定位。销轴必须经过精加工，保证尺寸为φ18±0.01。由于两个M18 螺纹的销轴是已加工过的定位，基准位移误差△s=0.04 mm。高度定位基准是底面，依靠M18 的螺帽来压紧10mm 宽的凸台，工序基准是φ250+0.02的圆孔中心线，二者不重合，因此产生基准不重合误差。基准尺寸为φ1500+0.04，定位点与零件中心成36°夹角，零件中心点在水平方向的定位误差为：△b=0.04cos36°=0.0323mm。所以， 基准不重合误差为0.0323mm。由于偏心距50±0.04mm，公差为±0.04mm，故以上定位误差在精度范围内，可以达到加工要求。对于一批工件来说，由于每个工件彼此在尺寸、形状和相互位置上均有差异，使得同一批工件在同一个夹具中进行定位时，工件的各个表面具有不同的位置精度。使用夹具装夹工件按调整法进行加工时，即夹具（定位元件）相对于刀具的位置经调整后，加工一批工件时不再变动（对刀尺寸不变）。因此，对于这一批工件而言，如果不计加工过程中的其他误差，则刀具成形表面（工件的被加工表面）在机床上的位置是不变的。因此，产生工序尺寸误差的原因，就在于由于定位造成的同一批工件的每个工件的工序基准位置不一致。所以，定位误差是由于工件定位造成的、被加工表面的工序基準在沿工序尺寸或位置要求方向上的最大可能变动范围，用△w表示。计算定位误差的目的就是判断定位精度。看定位方案能否保证加工要求，是决定定位方案是否合理的重要依据。一般，定位误差与加工精度应满足式（1）的关系。这里，T 为工件的工序尺寸公差或位置公差。

△w≤（）T （1）

在定位误差分析时，一般考虑两个方面：基准位移误差和基准部重合误差。（1） 基准位移误差。定位基面和定位元件本身的制造误差会引起同一批工件的定位基准相对位置的变动，这一变动的最大范围称作基准位移误差，用△s表示。基准位移误差引起的定位误差是△ws将在加工要求（尺寸、位置要求）方向上投影，即：△ws=△w）。这里，β 为△s与工序尺寸（或位置要求）方向的夹角。（2） 基准不重合误差。当工件的工序基准与定位基准不重合时，工序基准与定位基准之间必然存在位置误差。由此引起同一批工件的工序基准的最大变动范围，称为基准不重合误差，△b用表示。工序基准与定位基准之间的联系尺寸称为基准尺寸。△b等于基准尺寸的公差。基准不重合误差引起的定位误差，是将△b在加工要求（尺寸、位置要求）方向上投影。

采用这种专门设计的偏心夹具，大幅提高了加工的速度，降低了工人的加工难度，且加工的精度也容易保证，给生产带来了较好的利润。

参考文献：

[1]江涛. 基于自定位磨削偏心孔的夹具研究[J]. 科技与企业，2011.

[2]侯杰. 关于加工夹具定位误差的计算分析[J]. 企业文化，2015.