圖1 撥桿零件簡(jiǎn)圖
某公司加工一種撥桿零件，如圖1所示。材質(zhì)ZG35，大批量生產(chǎn)。該零件外形呈矩形，兩端是半圓，半徑50mm，厚度δ=40mm，一端加工φ（50±0.1）mm通孔，另一端與φ50mm孔相垂直加工一個(gè)φ（30±0.1）mm孔，兩孔中心距是（110±0.1）mm，兩孔加工表面粗糙度值Ra=1.6μm，厚度方向兩平面表面粗糙度值Ra=3.2μm。該零件毛坯為精密鑄造，各方向表面較平滑，表面粗糙度值可達(dá)到Ra=25μm。該零件加工要保證兩孔公差±0.1mm，兩孔中心距公差±0.1mm，加工表面要保證表面粗糙度要求。加工工序是：（1）加工厚度方向兩平面。（2）加工一個(gè)孔。（3）以加工完成的孔為基準(zhǔn)加工另一個(gè)孔。平面加工要求不高，達(dá)到厚度尺寸和表面粗糙度要求即可，孔加工先加工φ30mm孔，以φ30mm孔為基準(zhǔn)加工φ50mm孔，采用鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔方法。為充分發(fā)揮設(shè)備加工能力，提高加工效率，設(shè)計(jì)制造夾具，借助夾具功能在一臺(tái)車(chē)床上完成平面和兩孔加工，本文介紹夾具設(shè)計(jì)及使用。
車(chē)床加工平面效率較高，該零件厚度方向兩平面加工表面粗糙度值Ra=3.2μm，單個(gè)零件直接安裝在車(chē)床卡盤(pán)上，存在頻繁找正、裝夾的麻煩。設(shè)計(jì)夾具，將夾具固定在卡盤(pán)上，一次找正完成，零件安裝在夾具上無(wú)需再找正，僅需夾緊即可，零件的加工質(zhì)量可由夾具控制。
夾具由圓形夾具體1、V形夾塊2、擋板3、夾緊螺釘4、零件5和雙圓柱定位塊6等組成，如圖2所示。夾具體設(shè)計(jì)為圓形，直徑400mm，便于三爪自定心卡盤(pán)裝夾，夾具體表面加工平整，與零件表面構(gòu)成平面副定位，限制3個(gè)自由度，雙圓柱定位塊6與零件一端圓弧構(gòu)成兩點(diǎn)定位副，限制2個(gè)自由度，共限制5個(gè)自由度。V形夾塊2、擋板3和夾緊螺釘4等組成夾緊機(jī)構(gòu)，V形塊的V形槽對(duì)應(yīng)零件另一端圓弧，即限制零件一個(gè)自由度，又構(gòu)成夾緊副。
設(shè)計(jì)要求零件安裝在夾具體上，零件十字中心與夾具體十字中心必須重合，雙圓柱定位塊的質(zhì)量與夾緊機(jī)構(gòu)的質(zhì)量應(yīng)該相等，保證轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)處于平衡狀態(tài)，避免偏重產(chǎn)生慣性力，影響加工質(zhì)量和損壞刀具。
加工之前，先將夾具體安裝在車(chē)床三爪自定心卡盤(pán)上，找正平面和中心線(xiàn)，確認(rèn)無(wú)誤，將零件安裝在夾具體上，擰緊夾緊螺釘，開(kāi)始加工。首件加工完成后，后續(xù)加工時(shí)夾具體不需要再找正，直接安裝零件夾緊即可。
一般孔加工均采用鉆床，采用車(chē)床加工借助夾具可以大大提高加工效率，并保證加工質(zhì)量。車(chē)床加工孔，其原理是將零件待加工孔對(duì)應(yīng)于車(chē)床回轉(zhuǎn)中心，鉆孔刀具安裝在車(chē)床尾座上，車(chē)床卡盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)零件轉(zhuǎn)動(dòng)，尾座上的刀具作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)孔的加工。設(shè)計(jì)夾具，將待加工零件安裝在夾具上，由夾具保證零件與車(chē)床的相對(duì)位置。
該夾具由圓形夾具體1、配重圓盤(pán)2、零件3、平面定位平板4、兩點(diǎn)定位圓臺(tái)5、壓板支座6、壓板7、夾緊螺栓8和底部支撐板9等組成，如圖3所示。
零件厚度方向一平面與夾具體上平面定位平板4構(gòu)成平面定位副，限制3個(gè)自由度，兩點(diǎn)定位圓臺(tái)5與零件寬度方向一側(cè)面構(gòu)成兩點(diǎn)定位，限制2個(gè)自由度，底部支撐板9與零件一端圓弧構(gòu)成點(diǎn)定位，限制1個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)6點(diǎn)定位。夾緊機(jī)構(gòu)采用螺紋－壓板夾緊，相距一定距離的2個(gè)勾頭壓板安裝在壓板支座上，壓板上加工長(zhǎng)孔，壓板可以左右移動(dòng)，零件安裝上后，壓板向右移動(dòng)，壓住零件，擰緊螺釘。孔加工完成后，松開(kāi)螺釘，壓板向左移動(dòng)，卸下零件。
圖2 零件車(chē)加工平面夾具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖
1.夾具體 2.V形夾塊 3.擋板 4.夾緊螺釘 5.零件 6.雙圓柱定位塊
該孔加工采用鉆孔和鉸孔工步，通過(guò)鉸孔保證孔的公差要求。
首件加工，先將零件安裝在夾具體上，然后將夾具體安裝在車(chē)床三爪自定心卡盤(pán)上，以待加工孔中心為基準(zhǔn)進(jìn)行找正，孔加工后，經(jīng)檢測(cè)無(wú)誤，卸下零件，夾具體不動(dòng)，后續(xù)加工僅將零件安裝在夾具體上，壓緊即可，無(wú)需再找正。
每個(gè)零件加工后，在零件定位平面一側(cè)打上標(biāo)記“A”，為下道工序定位基準(zhǔn)。
該夾具由夾具體1、配重圓盤(pán)2、點(diǎn)定位圓臺(tái)3、零件4、長(zhǎng)定位銷(xiāo)6、定位銷(xiāo)支撐座5和鎖緊螺母7等組成，如圖4所示。
圖3 加工φ30mm孔車(chē)夾具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖
1.夾具體 2.配重圓盤(pán) 3.零件 4.平面定位平板 5.兩點(diǎn)定位圓臺(tái)6.壓板支座 7.壓板 8.夾緊螺母 9.底部支撐板
圖4 加工φ50mm孔車(chē)夾具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖
1.夾具體 2.配重圓板 3.點(diǎn)定位圓臺(tái) 4.零件 5.定位銷(xiāo)支撐座6.長(zhǎng)定位銷(xiāo) 7.鎖緊螺母
φ50mm孔加工既要考慮孔本身的公差要求，又要考慮與φ30mm孔中心距的公差要求，加工中主要定位基準(zhǔn)是已加工的φ30mm孔的內(nèi)表面，其次定位基準(zhǔn)是零件厚度方向的平面A面，采用長(zhǎng)圓柱銷(xiāo)和φ30mm孔內(nèi)表面構(gòu)成孔－長(zhǎng)銷(xiāo)定位副，限制4個(gè)自由度，在定位銷(xiāo)根部設(shè)計(jì)小凸臺(tái)，與零件φ30mm孔端部構(gòu)成小平面定位副，限制1個(gè)自由度，零件A面與點(diǎn)定位圓臺(tái)3構(gòu)成點(diǎn)定位副，限制1個(gè)自由度，共限制6個(gè)自由度。
圓柱銷(xiāo)頭部加工螺紋，與鎖緊螺母組成螺紋夾緊機(jī)構(gòu)，圓柱銷(xiāo)桿部與φ30mm孔內(nèi)表面配合尺寸采用過(guò)渡配合，零件φ30mm孔安裝到長(zhǎng)圓柱銷(xiāo)上，鎖緊螺母擰緊，即實(shí)現(xiàn)夾緊。
零件安裝后夾具體出現(xiàn)偏重，在其對(duì)面設(shè)置配重塊，從加工角度出發(fā)，圓形零件加工較方便，考慮到平衡調(diào)節(jié)的靈活性和平衡塊體積不會(huì)太大，將平衡塊設(shè)計(jì)成兩個(gè)圓柱體（配重圓板2），其尺寸根據(jù)質(zhì)量分布情況來(lái)確定。
加工時(shí)先將夾具體安裝在車(chē)床三爪自定心卡盤(pán)上，找正鎖緊。零件安裝在長(zhǎng)圓柱銷(xiāo)上螺母鎖緊。加工工步為鉆孔→擴(kuò)孔→鉸孔。首件加工完成，檢測(cè)無(wú)誤。夾具體不需再調(diào)整、找正。然后進(jìn)行后續(xù)加工。
矩形零件平面加工采用車(chē)床，一般采用四爪卡盤(pán)，且找正裝夾較麻煩，借助夾具可以采用三爪自定心卡盤(pán)，且找正一次，后續(xù)加工無(wú)需再找正，節(jié)約時(shí)間，效率高。采用車(chē)床加工孔，零件轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆頭僅作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加工效率高，質(zhì)量穩(wěn)定。設(shè)計(jì)夾具，將零件的幾道工序安排在一臺(tái)車(chē)床上，減少轉(zhuǎn)序時(shí)間，提高加工效率，提高加工質(zhì)量。