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葉片泵轉子葉片槽的分度銑床夾具設計

2017-7-7 來源：北（běi）京工商大學材料與機械（xiè）工（gōng）程學院作者：劉玉德，侯亞茹，吳剛，張浩，王碩

摘（zhāi）要：設計用於臥式銑床加工的（de）葉片泵轉（zhuǎn）子葉片槽的分度（dù）銑床夾具，銑刀每次加工一個槽，通過（guò）分度裝置（zhì）使工件轉動一定（dìng）角度到達加工位置，依次完成其它槽的加工。

關鍵字：葉片泵；分度；銑床；夾具

0.引言

夾具最早出現在 18 世（shì）紀後期，隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助（zhù）工（gōng）具發展成為門類齊全的（de）工藝裝（zhuāng）備。夾具可快速、方便地將工件（jiàn）安裝到指定位置，大幅提高了（le）產品精度，使工（gōng）藝更加便捷

，使用相當廣泛。按（àn）用途分，可將夾（jiá）具分為焊接夾具、機床夾具、裝配夾具、檢驗夾具等（děng）。

1.零（líng）件圖分析

被加工的零件如圖 1 所（suǒ）示，零件的毛坯為 40Cr，金屬模（mó）鑄造，技術要求與尺寸精度都不高，生產批（pī）量為 2 000 件，其加（jiā）工工序為：車外圓，保證 Φ50mm 外圓→車端麵，保證 24mm 的長度→中心鑽孔（kǒng）、擴孔、鉸孔至尺寸要求→銑槽。其中，銑槽的過程需要用到分度裝置，銑（xǐ）刀每加工一個（gè）槽，通（tōng）過分（fèn）度裝（zhuāng）置（zhì）使工件轉動一定角度到達加工位置，以便完成其它（tā）槽的加工。

圖 1 工件零件圖

2.夾具設計

保證工件加工質量是（shì）機床夾具設計的基本要求，也（yě）是夾具設計的首要任務。為（wéi）此（cǐ），必須正確地設計與選擇定位方法、定位（wèi）件及夾緊裝置（zhì）。在設計（jì）之前，要認真了（le）解工件的（de）作用、特點、材料、生產規模（mó）及技術要求，詳細分析加（jiā）工工藝過程及本工序的加（jiā）工（gōng）要求，如加工（gōng）餘量、加工精（jīng）度、加工（gōng）表麵、定位基準以及前後（hòu）工（gōng）序（xù）的聯係等。本文夾具（jù）的設計主要（yào）分成以下幾個方麵：定位方案、夾緊（jǐn）方（fāng）案、分度裝置、夾具體和連接元（yuán）件的設計。

2.1 定位方案

工件（jiàn）定位是指在工件加工之前，將工件放在相對於機床、刀具一個比較準確的（de）加工（gōng）位置。工件的定位，實質上是對空（kōng）間自由度的限製，根據工件自（zì）由度被約束的情況，工件定位方式有完（wán）全定位、不完全定位、欠定位、過定位 4 種。本設計（jì）因加工的（de）需要，在（zài）銑槽的過（guò）程中零件不能發生任何移動，6 個自由度都要進行約束，故選用完全定位。定位方法為花鍵孔和主軸端麵定位，圖 2 為定位主（zhǔ）軸設計圖。

圖2 定位主軸圖

空（kōng）間 6 個自（zì）由度的限製，雖然解決了工件在加工過程中“定與不定（dìng）”等問題，但每個工件（jiàn）在加（jiā）工過程中所占（zhàn）據的（de）位置並不一致（zhì），這就涉（shè）及到“準與不準”的問題。工件在夾具中所占據（jù）的位置不準確，加工的工件尺寸必然不一致，就會形成誤差，稱之為定位誤差，用ΔD 表示。生產中為（wéi）了保證加工精度，一般要（yào）求定位誤差（chà）不超（chāo）過工件加（jiā）工公差 T 的 1/5～1/3。定位誤差包括基準位移誤差和基準（zhǔn）不重合誤（wù）差，當無基準位移誤差時，ΔY=0；當定位基準（zhǔn）與工序基準重合時，ΔB=0；若兩項誤差（chà）均沒有，則 ΔD=0。分析和計算定位誤差的目的，是為了驗證定位方案能否保證定位要求，以（yǐ）便對不同方案進行比（bǐ）較，從而（ér）選出（chū）最合理的方（fāng）案。從零件設計要求可知，工件和軸的配合尺寸為φ18H7/g6，查閱國標軸、孔的（de）基（jī）本偏差表有（yǒu）：ΔB=0；ΔY=ES-ei=0.021-(-0.017)=0.038mm；ΔD=0.038mm。按照 GB/T 1804—2000 《未注公差的線性和角度尺寸公差》要求，指明工件加（jiā）工公差等級為中等 m，則T =0.1 -(-0.1) =0.2mm。而 ΔD =0.038mm ≤(1/5 ～1/3)T =0.04～0.067mm，定位方案合格（gé）。

2.2 夾緊方案的設計

在夾緊過程中，工件（jiàn）應能保持在（zài）既定位置，即在夾（jiá）緊（jǐn）力作用下工件不應離開定位支承；夾緊力的大小要適當、可靠。既要使工件在加工過程中不產生移動和振動（dòng），又不使工件產生不允許的（de）變形和損傷，夾緊裝置的自動化（huà）程度和複雜程度（dù）應與工件（jiàn）的產量和批（pī）量相適應。夾緊裝置主要由（yóu）動力裝置、中間遞（dì）力機構（gòu）、夾緊元件組成。常用的夾緊裝置有楔塊、螺旋（xuán）、偏心輪等，楔塊夾緊可改變夾緊力方向，但使用效率低，多用於機動夾緊裝置中；螺旋夾緊結構簡單、自鎖性好、夾（jiá）緊可靠、緊行程不受限製，遠比楔塊夾緊力大，其（qí）通用性大，但（dàn）效率低，多用於手動夾緊裝置中；偏心夾緊（jǐn）機構產（chǎn）生的夾緊力（lì）較（jiào）小，自鎖性能不好，一般用於切削（xuē）力不大且無振動的場合，對夾緊尺寸要求嚴格。可見各夾緊（jǐn）裝置都（dōu）有各自的優缺點，應結合設（shè）計要求選（xuǎn）擇（zé）合理的夾緊裝置。綜合以上特（tè）點，本設計選用螺旋夾緊裝置。花鍵主軸（zhóu）上的螺杆、開口墊圈和夾緊螺母（mǔ）為主要的夾緊元件。當旋緊夾緊螺母時，通過開口（kǒu）墊圈將（jiāng）工件夾緊在花鍵主軸上。查閱資料，旋緊螺（luó）母時使用扳手的六角螺母：當螺（luó）紋直徑=10mm，螺距=1.5mm，手柄長度=120mm，作用力=45N 時，夾緊力=3550N。為了（le）保證（zhèng）裝夾的穩固和加工時的剛性，需要在夾具後部設置支承機構（gòu），將安裝工件的螺杆頂（dǐng）住，如圖 3所示。支撐機構中除頂尖外，還有尾架、端蓋、螺（luó）杆、鎖緊旋鈕、手輪、手柄等。通過手輪、手柄（bǐng）使螺杆旋轉，推動頂（dǐng）尖（jiān）向左移動，從而將花鍵主軸上的螺杆部分頂（dǐng）住，再擰緊（jǐn）鎖緊旋鈕，防止頂尖鬆動。尾架和端蓋在這個機構中起支撐作用。

2.3 分度裝（zhuāng）置的設計

分度裝置是能夠實現角向或直線均分的裝置。工件被夾緊，完成一（yī）個工位的（de）加工後，夾具不鬆開，工件通過移動一段（duàn）距離或者轉動一個角度，達到下個加工工位，從而完成整個工件（jiàn）的加工。由零件的設（shè）計要求可知（zhī），槽的分度精度要（yào）求並不高，因此采用圓柱銷定位分度結構，該（gāi）結構簡單、易製造。操縱機構選用手拉式，如圖 4 所示（shì）。通過轉動手柄，根（gēn）據手柄（bǐng）轉動的圈數來確定（dìng）加工的工（gōng）件旋轉角度。旋轉一定角度後，將（jiāng）定位銷通過手柄上的孔插入到分度盤上的槽（cáo）中，實現分（fèn）度的鎖緊。

分度（dù）的（de）傳動機構是（shì）通（tōng）過蝸輪蝸杆傳動（dòng）來實現的，其特點是傳動平穩、齧合衝擊（jī）小，能獲得較大的傳動比，且結構緊湊。蝸杆是齒數 z1=1 的單頭蝸杆，蝸輪的齒數 z2=30，即蝸杆轉動一圈，蝸輪轉動 1/30 圈。應工件加工要求，每加工（gōng）一個槽（cáo）工件轉動 30°，即蝸輪轉動1/12 圈（quān）。由此可計算出蝸杆所需轉動的圈數為 2.5 圈，即（jí）轉（zhuǎn）動分（fèn）度手柄時，每次轉動兩圈半即可。蝸（wō）輪蝸杆傳動機（jī）構及分度盤如（rú）圖（tú） 5、圖 6 所示。

（1）定位鍵。銑床夾具以定（dìng）位鍵和機床（chuáng）工（gōng）作（zuò）台 T型槽配合，每個夾具一般設置兩（liǎng）個定（dìng）位鍵，起夾具在機床上的定向作用，並（bìng）用埋頭（tóu）螺釘把定（dìng）位鍵固定在夾具體的鍵槽中。材料選用 45 鋼。（2）帶 U 型槽的耳座。在銑床夾具縱向兩端底邊上，設計帶 U 型槽的耳座，機（jī）床上有對應的螺孔，螺栓穿（chuān）過 T 型槽與機床上的螺孔，將夾具體緊固在工作台上。材料選用 HT300。

2.5 夾具體的設計（jì）

夾具體一（yī）般是夾具上最大最複雜的基（jī）礎元件，其形狀和尺寸（cùn）主要（yào）取決於組成該夾具的各種元件、機構和裝置（zhì）。同時，在進行夾具設計時（shí），還應考（kǎo）慮到因（yīn）夾緊力（lì）、切削（xuē）力而產生（shēng）的衝擊和振動，保證夾的強度和剛度需求。另外，在銑槽的過程中，會有一些碎屑掉到（dào）夾具體裏麵，時間長了會損害（hài）傳動機（jī）構（gòu）或其它零件（jiàn），為保證夾（jiá）具正常工作，應考慮到排屑的方（fāng）便性，且夾具應該便於裝卸。本夾具體采用鑄造結構，鑄造的生產周期（qī）長，且因鑄造（zào）時的內應力（lì）緣故，易引起變形，從而影響夾具體精度的持久性。為此，鑄造夾具體必須進行時效處理，而與焊接結構相比（bǐ），鑄造（zào）可以鑄出（chū）形狀複雜的結構，故本夾具（jù）體采用鑄造結構比較合適。材料選用HT200，壁厚 4mm。3 結語本文分析了被加（jiā）工工件的特點、作用、材料、生產規（guī）模（mó）及技術要求，並（bìng）通過相關計算設計了一套專（zhuān）用的帶分度裝置的銑床夾具。實（shí）際上，在生產中，零件的（de）狀是千差萬別的，沒有任何一種夾具能適（shì）用（yòng）於所有的（de）零件，合理（lǐ）、靈活的設計並使用夾具能夠降低生產成本，提高工作效率，降低廢（fèi）品（pǐn）率。

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