数控车床盘类零件工装夹具设计

数控车床盘类零件工装夹具设计

胡静敏

1304061985****XXXX

摘要：随着工业科技的高速发展，当今各行各业对各种产品零件的需求也层出不穷。在零件的机械加工中单靠传统的常规装夹方式很难满足实际生产中一些零件的加工，因此，必须要为产品零件设计能顺利完成其装夹进行加工且成本低、加工效率高、满足精度要求的夹具。文章对机床夹具中圆偏心夹紧装置的设计进行了研究分析，以供参考。

关键词：机床夹具；夹紧装置；设计

前言

机床夹具行业迄今已发展起来，可分为三个阶段。第一阶段主要由夹具和人的组合来表示。此时，夹具主要用作人体加速和完善加工过程的简单辅助工具。在第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁。夹具的功能发生变化，主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到操作者和机床性能的提高密切相关，因此夹具备受关注;第三阶段是夹具和机床的组合，夹具成为机床的一部分并成为加工不可或缺的工艺设备。在夹具设计过程中，设计人员主要考虑加工零件定位和夹紧问题。然而，夹具设计经常遇到一些小问题。如果这些问题处理不当，会给夹具的使用带来很多不便，甚至影响工件的加工精度。

我们总结了多年来设计夹具时遇到的一些小问题：①清理根部的问题，在设计夹具端面和定位内孔时，会遇到清除根部的问题。具体定位端面和定位外圆。当端面和定位外圆被分成两个主体时，不会引起这个问题。应根据工件的结构确定是否应移除夹具。如果零件定位内孔的倒角很小或没有倒角，则必须清除根部。如果零件定位孔的倒角很大或没有孔，则不需要根部，并且接头可以是圆形的。当定位端面和外圆时，它与上面相同。②让刀问题，当设计用于盘式工具（例如铣刀，砂轮等）的夹具时，应考虑铣刀或砂轮切削或磨削后铣刀或砂轮的退回位置。铣刀或砂轮的位置应根据所用铣刀或砂轮的直径确定，并应超过刀具半径。③更换问题，在设计一系列具有相同或相似结构和不同尺寸的产品零件和夹具时，为了降低生产成本并提高夹具的利用率，夹具通常设计为通用夹具，仅替换一个或几个部分。

1机床夹具中定位与夹紧的研究

1.1工件定位方案

机床夹具的组成主要有以下几个部分组成:(1)定位元件，是夹具中确定工件位置的装置，主要的定位结构有支撑钉、V形块等;(2)夹紧装置，该装置是对工件进行夹持，保持工件在加工的时候不发生移动;(3)导向、对刀装置，是保证零件在加工的时候具有正确的位置;(4)夹具体，该装置是夹具的整个基础，是承载各种零件的基座;(5)其他装置，上下料装置、顶出器等。夹具的定位需要研究工件的六个自由度，需要将工件的移动和转动限制住，圆柱形零件在定位过程中，最常见的定位装置是V行块。在夹具的加工与定位中，工件的定位基准非常重要，作用是确定工件在机床上有一个正确的位置基准，定位基准可以是工件上的表面、线、点等要素，例如加工齿轮零件的时候，选择齿轮的右端面和定位基准，如图1。在机床夹具的设计上，需要避免定位重复、欠定位、过定位等现象，一般采用的定位方法是一面两销的定位方法。

图1：齿轮零件图

1.2定位误差

定位误差对零件的加工影响非常大，定位误差可以从对刀基准进行分析。对刀基准的定位误差，在对刀的过程中，选用位置误差较小的表面进行定位，如支撑钉、支撑板等，这种情况下以夹具平面为基准;如果工件是圆柱形，采用的是V形块来定位，在对刀的时候，需要通过夹具两限位平面的交点，将误差减小到最小。在利用V形块来对工件进行定位的时候，误差来源主要是工序尺寸的定位误差;如果工件的定位是圆孔表面为定位基准的时候，一般采用的是定位销，误差来源是定位销与孔之间的间隙误差;所以在对工件进行定位的时候，采用组合的方式进行定位，避免产生定位误差。

1.3夹紧方案

工件在加工过程中，受到切削力、离心力、重力等外力的作用，在这些力的作用下，要保证工件不发生位移，具有正确的位置，需要的夹紧力要可靠，保证工件的稳定性和安全性。要保证工件在加工中位置和夹紧力正确，夹紧方案非常重要，夹紧方案一般需要定位元件和夹紧装置配合完成，如图2，是定位元件在工件的左侧和下面对零件进行限制，再由夹紧装置将右侧和上面夹紧，完成工件的定位与夹紧。

图2：夹紧方案

在工件夹紧过程中，夹紧力的大小非常重要，过大会对零件产生变形，过小不能满足工件的加工，可以通过夹紧装置与工件接触面变形量来确定工件的夹紧力，公式如下:

2现代机床夹具的发展方向

现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。

（1）标准化

目前，我国有夹具零部件国家标准：GB/T2148~T2259-91及各种通用夹具和组合夹具标准。机床固定装置的标准化有利于固定装置的商业化生产，有利于缩短生产准备周期，降低总生产成本。

（2）精密化

随着机械产品精度的提高，必然会增加夹具的精度要求。有许多类型的精密夹具，例如用于精确分度的多齿盘，其分度精度为±0.1″；高精度

三爪自定心卡盘，用于精确车削，定心精度为5μm。

（3）高效性

高效夹具主要用于减少工件加工的基本时间和辅助时间，提高劳动生产率，降低劳动强度。常见的高效固定装置：自动固定装置，高速固定装置，带夹紧装置的固定装置等。例如，使用电动虎钳将工件夹紧在铣床上可以将效率提高约5倍。在车床上使用高速三爪自定心卡盘可确保钳口在9000转/分钟的测试速度下仍然坚固。工件固定在地面上，大大提高了切削速度。目前，除了生产线上的相应高效自动化夹具和自动线配置外，数控机床上还出现了各种自动夹紧工件夹具和自动夹具更换装置，特别是在加工中心，充分提高了数控机床的效率。

（4）灵活性

机床固定装置的灵活性类似于机床的灵活性。它指的是机床夹具通过调整，组合等适应过程变量的能力。过程的主要变量是：工艺特性，生产批次，工件的形状和尺寸。具有灵活功能的新型夹具包括：组合夹具，通用可调夹具，组夹具，模块化夹具和CNC夹具。为了满足现代机械工业多品种，中小批量生产的需要，扩大夹具的灵活度，将特殊夹具的不可拆卸结构改为可拆卸结构，并开发可调节夹具结构，这将是当前夹具开发的主要方向。

3结束语

对于机床夹具的设计，传统夹具设计主要是从定位元件、夹紧机构、尺寸计算、定位误差计算、夹紧力这几个方面进行，夹紧力的计算是通过人员的查找与计算完成，整个工作量非常大，并且还容易出现错误，现代夹具设计可以利用计算机来辅助设计，也可以运用一些运动学原理、几何原理进行。模具夹具设计中，定位误差是最重要的，影响工件的加工精度，所以一定要保证定位的准确度。

参考文献；

［1］刘雯林．熊蔡华．夹具的定位误差模型［J］．华中科技大学学报，2003．31(7):72-74．

［2］康秀梅．朱耀祥．夹具三维定位的计算机辅助分析［J］．制造技术与机床，2003．11:59-63．