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在產(chǎn)品加工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些不規(guī)則的零件。對(duì)于異形零件，應(yīng)采用專(zhuān)用的夾具才能滿(mǎn)足銑削加工的需要。專(zhuān)用夾具是僅僅適用于某一工件的一道或數(shù)道工序的加工而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的夾具。
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關(guān)于在生產(chǎn)中如何設(shè)計(jì)專(zhuān)用的夾具來(lái)解決各種類(lèi)型不規(guī)則零件定位夾持的實(shí)際問(wèn)題，從而提高生產(chǎn)效率，本文將提供一些設(shè)計(jì)思路。 6 [* k' @3 V# V% `
一、異形工件的定位案例針對(duì)形狀特殊、難以裝夾定位的異形工件，為滿(mǎn)足銑削加工過(guò)程中高精度、低磨損、易于安裝的要求，提出了一種新型的定位方案。該定位裝置可以有效降低對(duì)工件定位面的磨損，保障機(jī)床的加工精度，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可降低裝配、調(diào)試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
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圖1 被加工工件 : x: K3 @3 V5 {
被加工零件資料 材料：B 級(jí)鋼 質(zhì)量：360kg 硬度：137 ～ 208HBW 要求：對(duì)6個(gè)面進(jìn)行粗銑加工。加工后保證粗糙度為50μm，1、2 面距離為( 184 + 10)mm，對(duì)6面的垂直度為0. 5mm，3、4 面距離為(184+10） mm，對(duì)5面的垂直度為0. 5mm，5面對(duì)6面的平行度為0. 5mm。
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分析思路 該工件外形類(lèi)似于牛角，中間有口字方洞。根據(jù)客戶(hù)要求，要設(shè)計(jì)一臺(tái)專(zhuān)用機(jī)床對(duì)該工件的1 ～ 6面進(jìn)行銑削加工。鑒于工件的不規(guī)則形狀及毛坯情況，選擇A面作為定位基面。但A面在工件內(nèi)部，給定位設(shè)計(jì)帶來(lái)了困擾：如果工件從機(jī)床正上方上料，即A面直接落到定位裝置上，則在定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)既要給工件定位又要避開(kāi)工件底部橫梁，以免發(fā)生干涉，導(dǎo)致定位裝置設(shè)計(jì)較繁瑣，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)；如果工件從機(jī)床側(cè)面上料，即將工件從機(jī)床的一側(cè)橫向推入定位裝置上，則工件定位面容易磨損，會(huì)影響機(jī)床的加工精度，難以滿(mǎn)足客戶(hù)的要求。
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基于以上兩點(diǎn)考慮，設(shè)計(jì)了一種可以擺起的定位裝置。即將工件從機(jī)床正上方上料，當(dāng)確認(rèn)有料后，定位裝置穿過(guò)工件的口子方洞擺起，直接給工件A面定位，這樣，定位裝置既不會(huì)與工件干涉，又降低對(duì)A面的磨損，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠。 {0 v* J7 A" h0 ~. r0 y
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圖2 定位抬起裝置簡(jiǎn)圖( 工件定位狀態(tài)) 1-軸承左端蓋 2-角接觸球軸承 3-軸向定位螺釘 4-回轉(zhuǎn)軸 5-軸承右端蓋 6-旋轉(zhuǎn)托板 7-支架 8-定位滾子 9-楔塊 10-定位調(diào)整釘 11-楔形活塞桿 12-擋鐵 13-液壓缸 14-回轉(zhuǎn)軸支架 15-支座
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二、異形工件車(chē)床裝夾思路異形工件的加工方法通常有三種：
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四爪卡盤(pán)裝夾加工異形工件 在車(chē)床上使用四爪卡盤(pán)裝夾工件，然后使用百分表對(duì)工件進(jìn)行單件找正，再進(jìn)行加工。 它的缺點(diǎn)很明顯，加工過(guò)程中，當(dāng)一個(gè)工件的一道工序加工完成后，加工下一個(gè)工件的同一道工序還需要重新裝夾，再用百分表進(jìn)行找正，導(dǎo)致加工效率低下，浪費(fèi)很多的時(shí)間。 " { `, u$ c7 |1 Z: m
用三爪自定心卡盤(pán)進(jìn)行裝夾異形工件 使用三爪自定心卡盤(pán)進(jìn)行裝夾異形工件，將工件固定在卡盤(pán)上后使用百分表找正。 但因卡爪是同步運(yùn)行，所以只能根據(jù)百分表測(cè)量情況在卡爪位置加墊片的方法進(jìn)行找正（要單獨(dú)制作標(biāo)準(zhǔn)墊塊）。這會(huì)造成工件的加工精度不高，而且該方法只能加工簡(jiǎn)單的異形工件。 , ~: \7 k p. P2 R- m) }) A7 e
花盤(pán) 進(jìn)行加工異形工件 使用花盤(pán)進(jìn)行加工，一般比較復(fù)雜的工件才會(huì)使用花盤(pán)裝夾工件，而工件的裝夾找正方式和四爪卡盤(pán)基本相同，但由于工件較復(fù)雜，裝卡較困難，所以找正的時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，使得采用花盤(pán)加工的效率同樣很低。 1 h' o1 L. w, B+ S3 C0 ~
而本文介紹了直接用車(chē)床上的三爪自定心卡盤(pán)進(jìn)行裝夾異形工件，在卡盤(pán)上裝夾外套和滿(mǎn)足異形工件的內(nèi)套，一次裝卡到位，不用找正，從而為批量加工異形工件節(jié)約大量時(shí)間，提高勞動(dòng)效率。文中所提出的采用三爪自定心卡盤(pán)上裝夾復(fù)雜異形工件的夾具（圖3 所示）。 % Y' f! M$ v* M. i
圖3 三爪自定心卡盤(pán)結(jié)構(gòu)示意（1） 7 {+ u0 J( P; g
此夾具分為三部分，這三部分分別固定在三個(gè)卡爪當(dāng)這三部分閉合時(shí)，異形工件裝夾夾具的裝夾孔與所加工異形工件的裝夾面相匹配。其中異形工件裝夾夾具（包括夾具外套和夾具芯）的夾具外套安裝在卡爪上，夾具芯安裝在夾具外套上，并設(shè)置有裝夾孔。
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其中夾具外套為圓環(huán)型，并設(shè)置有夾具芯安裝面。而夾具芯為圓環(huán)型，中間的孔為裝夾孔。夾具外套與卡爪通過(guò)連接螺栓聯(lián)接固定，而且?jiàn)A具芯與夾具外套通過(guò)連接螺栓。采用本方法加工時(shí)不需要進(jìn)行裝夾找正，能夠根據(jù)異形工件的形狀自動(dòng)定位找正，大大縮短了加工時(shí)的輔助時(shí)間，降低了裝夾時(shí)的累計(jì)誤差，提高了加工精度和勞動(dòng)效率，可廣泛用于大批量的異形工件的加工，并且根據(jù)不同形狀的異形工件，可使用不同規(guī)格的夾具芯。詳細(xì)說(shuō)明如下： 8 N B0 M. P A. |* ~: ^' p
圖4 結(jié)構(gòu)示意圖（2） " N* {2 J* b3 v& [3 Z
如圖4所示，該夾具分為三個(gè)部分，三爪自定心卡盤(pán)、夾具外套和夾具芯。將夾具外套等分成三塊，用螺栓聯(lián)接在卡盤(pán)的三個(gè)卡爪上；夾具芯也等分成三塊，聯(lián)接在夾具外套上，夾具芯組合后，中間孔的形狀就是異形工件的外形，加工夾具芯時(shí)要保證異形工件的回轉(zhuǎn)中心與夾具芯的圓心重合。當(dāng)這三部分閉合時(shí)，異形工件裝夾夾具的裝夾孔與所加工異形工件的裝夾面相適配。異形工件裝夾夾具的這三部分與三爪自定心卡盤(pán)上的三個(gè)卡爪分別連接成為一個(gè)整體，在卡爪移動(dòng)時(shí)能與卡爪同步運(yùn)動(dòng)，達(dá)到自動(dòng)定心的效果。 1 M7 h% y( f7 q Q5 k
在加工工件時(shí)，把異形工件夾具外套安裝到三爪自定心卡盤(pán)的卡爪上，把夾具芯用螺栓固定在夾具外套上，再把工件裝夾到裝夾孔中，然后使用卡盤(pán)夾緊，這樣工件就能自動(dòng)定位找正，使用該裝置加工時(shí)不需要重復(fù)進(jìn)行找正，能夠根據(jù)異形工件的形狀自動(dòng)定位找正，大大縮短了加工時(shí)的輔助時(shí)間，降低了裝夾時(shí)的累計(jì)誤差，提高了加工精度和勞動(dòng)效率，是普通加工方法的三倍以上，可廣泛用于大批量的異形工件的加工。 ! P8 d8 P$ \) T8 M
所述的異形工件裝夾夾具包括夾具外套和夾具芯，夾具外套安裝在卡爪上，夾具芯安裝在夾具外套上，并設(shè)置有裝夾孔。夾具芯可以根據(jù)異型工件的特殊性設(shè)計(jì)出不同形狀的裝夾孔，而且?jiàn)A具芯可以拆卸，根據(jù)不同的工件，可以更換不同的夾具芯。 - o- U# q2 y, k/ J2 _
圖5 結(jié)構(gòu)示意圖（3） 6 V+ x) b6 b4 N$ ]
如圖5所示，夾具外套為圓環(huán)型，并設(shè)置有夾具芯安裝面。夾具芯為圓環(huán)型，環(huán)芯為裝夾孔。夾具外套通過(guò)外圓環(huán)面定位，用沉頭螺栓安裝在卡爪上，夾具芯安裝面用于夾具芯的安裝和定位，而且圓環(huán)型容易加工，能更好的控制異形工件裝夾具的加工精度。夾具外套和卡爪上設(shè)置有相對(duì)應(yīng)的螺栓孔，夾具外套與卡爪通過(guò)螺栓孔利用螺栓聯(lián)接，而且?jiàn)A具外套的夾具芯安裝面與夾具芯也設(shè)置有相對(duì)應(yīng)的螺栓孔，夾具芯與夾具外套通過(guò)螺栓孔利用螺栓聯(lián)接。通過(guò)這種螺栓連接方式，對(duì)于磨損嚴(yán)重達(dá)不到要求的夾具芯可以拆卸，更換十分方便，還可以根據(jù)不同的異型工件，更換不同的夾具芯。
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三、異形工件虎鉗夾持思路在平時(shí)的生產(chǎn)中，用的最多的臺(tái)虎鉗是平口虎鉗。平口虎鉗一般由帶死鉗口和絲母的鉗身，帶動(dòng)活鉗口的滑塊及旋轉(zhuǎn)絲杠組成。在旋轉(zhuǎn)絲杠絲母的作用下帶動(dòng)鉗口的滑塊向死鉗口靠近，兩個(gè)鉗口在絲杠的作用下夾緊工件。
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圖6 普通平口虎鉗
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它的原理也決定了它有以下缺點(diǎn) , t1 O% b: {8 F# ~+ p- `* {2 \
1、夾持圓形及異型工件時(shí)，夾持的是工件的兩條母線，接觸方式為兩條線接觸。零件裝夾不穩(wěn)定，如果增加鉗口對(duì)工件的壓力常常會(huì)夾傷零件。
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2、如果圓形及異型工件有形位公差要求或是批量生產(chǎn)時(shí)，因兩個(gè)鉗口無(wú)法正確定位通常無(wú)法滿(mǎn)足要求。
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3、平口虎鉗對(duì)于異形零件根本就無(wú)法夾持。
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而本文介紹的高精度圓口虎鉗使用平口虎鉗的基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)三點(diǎn)定位原理，將鉗口設(shè)計(jì)為適應(yīng)于裝夾圓形及異型工件的可自動(dòng)調(diào)整三鉗口結(jié)構(gòu)形式。解決了使用虎鉗夾持圓形及異型工件這一難題。高精度圓口虎鉗系列產(chǎn)品的研制填補(bǔ)了虎鉗結(jié)構(gòu)的這一空白。
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設(shè)計(jì)思路 圓口虎鉗的工作原理是根據(jù)三點(diǎn)定位工作原理。參照三爪卡盤(pán)夾持圓形零件的工作方式，將虎鉗的夾持部分設(shè)計(jì)成可自動(dòng)調(diào)整的三鉗口結(jié)構(gòu)形式。按照零件的大小和形狀，夾緊時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)三鉗口位置， 從而滿(mǎn)足裝夾圓形及異型工件的要求?；竟ぷ髟硎?旋轉(zhuǎn)絲杠4，滑塊5在絲杠的作下向左運(yùn)動(dòng)，活鉗口6及活鉗口7隨滑塊一起向死鉗口3靠近。在絲杠的作用下3 個(gè)鉗口一起夾緊工件。3 個(gè)鉗口中有1個(gè)鉗口的位置是固定不動(dòng)的，另外2 個(gè)鉗口的角度及位置可以隨工件外形自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而滿(mǎn)足異型零件的裝夾固定。 ) R" z" A- ]+ g6 `9 M" B6 E
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圖7 圓口虎鉗結(jié)構(gòu)示意圖 1-鉗身 2-死鉗口 3-絲母 4-絲杠 5-滑塊 6、7-活鉗口 . L; m) c9 O a
圓口虎鉗最大的優(yōu)點(diǎn)在于夾持工件的多樣性。不但適用于平板類(lèi)零件的夾持，更適合圓形及異型工件的夾持。夾持穩(wěn)定性好，可自動(dòng)定位，滿(mǎn)足零件的形位公差要求。
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圓口虎鉗的技術(shù)難點(diǎn)在于兩個(gè)活動(dòng)鉗口的設(shè)計(jì)既要滿(mǎn)足自動(dòng)調(diào)整要求，隨工件的外形而改變位置，又要滿(mǎn)足定位穩(wěn)定性的要求。保證工件裝夾的牢固穩(wěn)定，為此設(shè)計(jì)將兩個(gè)活鉗口以圓弧面接觸的方式安裝于活動(dòng)滑塊上。隨著滑塊的運(yùn)動(dòng)，活鉗口張合，隨著工件外形的變化，活鉗口沿圓弧面旋轉(zhuǎn)。以保證鉗口與工件表面正確接觸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)零件的裝夾。 4 ~ U! H. }& x
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圖8 連接關(guān)系示意圖 1、2-活鉗口 3-滑塊 4-限位銷(xiāo) 5-壓板 裝配與調(diào)試技術(shù)要求 活鉗口2安裝于滑塊3中，鉗口的外圓與滑塊的內(nèi)圓接觸，鉗口的內(nèi)槽面與滑塊的內(nèi)槽面接觸，從而保證活鉗口與滑塊始終保持圓弧面接觸限位銷(xiāo)4及壓板5防止活鉗口從滑塊中掉出。具體要求如下： 1、固定鉗口V 型槽對(duì)鉗身底面的垂直度不大于0.01mm/100mm。 2、兩個(gè)活動(dòng)鉗口各自的V 型槽對(duì)鉗身底面的垂直度不大于0.02mm/100mm。 3、三個(gè)鉗口組合后夾持零件母線對(duì)鉗身底面的垂直度不大于0.02mm/100mm。
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發(fā)表于 2022-12-28 09:33:53
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