数控车床主轴辅助定位夹具

黎泉+梁建峰+覃世昆+梁健伟

【摘 要】针对大批量加工长短不一工件时，每次装夹工件都需要对其伸出的长度进行定长测量的问题，设计了一种能快速调节工件在加工时的伸出长度的数控车床主轴辅助定位夹具，包括调节夹具、安装件和均为中空结构的定位轴及长圆筒等结构。经有限元分析验证关键零部件及整体夹具安装调试，所设计的夹具能有效、可靠使用，提高了劳动生产率。

【关键词】数控车床；主轴辅助定位；夹具

数控车床是现代化机加工大型设备，一般分为切削机床和工装机床。随着科技的快速发展，数控机床不断往智能化、高速化、精密化等趋势发展。对工件进行加工时，将工件置于数控车床的主轴上，再通过与主轴配合的工件夹具进行定位后才能进行加工操作。现有技术中，在数控车床加工领域，用于对工件的定位夹紧工具已然很多、也较为成熟，但仍存在一些问题，普遍存在的问题就是不能快速调节工件在加工时的伸出长度，当大批量加工长短不一工件时，每次装夹工件都需要对其伸出的长度进行定长测量。测量过程不仅会花费较长时间，降低了生产效率，而且工件的加工精度难以保证。

因此，设计一种结构简单、可快速调节工件伸出长度的数控车床主轴辅助定位夹具，对提高加工生产率具有重要的实际意义。

1 零件分析

图1为某农用机具上所用零件，中间为圆柱体，两段为螺栓，需要在数控车床上加工，其毛坯件为一圆棒，长度误差为±3mm，其要求为：加工后中间圆柱体的长度误差为±0.1mm。其工艺分析为：1、车左端面；2、车左端直径为Φ20直到所需尺寸，倒角；3、车左端4×15的退刀槽；4、车左端M20螺纹；5、车右端面；6、车直径为Φ20直到所需尺寸；7、车M20螺纹；8、去毛刺，检验。

在工序5更换工件方向继续加工时，需要以左端面基准A作为定位基准来确定中间圆柱的长度，为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计一款数控车床主轴辅助定位夹具。

2 夹具设计

如图2所示，所设计的数控车床主轴辅助定位夹具，包括调节夹具、安装件和均为中空结构的定位轴及长圆筒。定位轴同轴安装于长圆筒内且定位轴的长度大于长圆筒的长度，长圆筒的一端设有用于同步固定长圆筒和定位轴的法兰装置，长圆筒的另一端的端部依次设置所述安装件、调节夹具，调节夹具的一端夹紧于长圆筒上、其另一端夹紧于定位轴上。安装件包括垫片和可自由旋拧于长圆筒上的锁紧螺母，在长圆筒的外部壁体上设有与锁紧螺母相配合使用的螺纹。

法兰装置包括法兰盘、固定盘和用于将固定盘安装在法兰盘上的固定件。固定件具体可以为螺丝，法兰盘的中心开设有用于安装固定盘的圆形轴孔，固定盘包括圆筒凸接头和供定位轴穿入的通孔，圆筒凸接头与长圆筒轴接并与通孔同轴设置，即长圆筒与圆筒凸接头轴接、而定位轴穿入固定盘上的通孔内，固定盘则通过固定件固定在法兰盘上。

3 关键部件静力学分析

在使用时，数控车床主軸辅助定位夹具中的圆筒为受力影响最大的零部件，为确保夹具的实用性与可靠性，有必要对其进行静力学分析，以验证设计的正确性。在UG 8.5有限元分析模块中，对圆筒进行施加100N载荷，其受力云图如图3所示，结果显示：圆筒最大变形处在节点139965，最大应力值为5.457E-004mm/Mpa，最小变形处在143983，最小应力值为0.0 mm/Mpa，符合静力学要求及设计的要求。

4 夹具在车床上的安装与运用

将长圆筒贯穿数控车床的主轴后，将主轴的一端与法兰盘连接，然后通过安装件（即垫片和锁紧螺母）使长圆筒固定于主轴的尾部。然后将定位轴贯穿所述长圆筒内，根据不同长度的轴类工件，调整定位轴在法兰盘这一端的伸出长度，将工件顶住定位轴，即可将工件定位。最后采用一对夹紧片同时夹紧长圆筒和定位轴，即夹紧片上的大锁耳夹紧长圆筒、小锁耳夹紧定位轴，使整个辅助装置整体随主轴转动。当需要调整工件的伸出长度时，将小锁耳上螺母拧松后，定位轴即可进行移动，将定位轴调整至合适的位置后再用螺栓和螺母进行固定即可，实现了对工件的快速定位。

5 结论

对数控车床主轴辅助定位夹具进行不断调试和反复试验，夹具能够正常、稳定地工作，可以根据不同长度的工件进行快速调节，提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。

【参考文献】

[1]孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[2]濮良贵，陈国定等.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2013.

[3]张光伟.工程力学[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.

[4]王艺树.基于实例的机床夹具设计系统及其夹具库的研究与开发[D].北京：中国优秀硕士学位论文全文数据库，2009.endprint