薄板零件的专用夹具设计

摘 要：在机械加工中，尤其是在大批量生产中，为了提高产品质量、生产效率和降低生产成本，我们通常想方设法改装一些通用夹具或者设计制造一些专用夹具，使装夹工件时又快又稳，而在数控机床上加工工件时，这些专用夹具更能充分发挥数控铣床高精度和高效率的特点，提高生产效率，改进产品质量。

关键词：专用夹具 快速定位 提高效率

中图分类号：TG75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0083-02

数控铣床加工的工件大部分比较复杂，有些工件的装夹用通用夹具即可，但有些工件的装夹用专用夹具才能即有利于提高加工效率，也有利于保证加工精度。学校接到一批加工薄件四方盖的零件，工件正面的凸圆台与反面的圆槽、圆孔有同轴度要求，零件的总厚度比较薄，一次装夹不能完成正、反两面的加工。针对这类零件的加工，设备采用数控铣床加工，本人通过改装一些通用夹具或者设计一些专用夹具，使装夹工件时又快又稳，而在数控机床上加工工件时，通过设计和改进一些专用夹具，更能充分发挥数控铣床高精度和高效率的特点，顺利加工出合格的样件，降低了生产成本，生产效率得到明显提高。

1 零件分析

产品零件如图1所示，根据图样分析，该零件的加工对象主要是二维轮廓，正面Φ70 mm的圆台和80×80 mm的四方形，反面Φ60 mm的圆槽、Φ55 mm圆孔和4×Φ7 mm的孔，总厚度是8 mm，各尺寸公差要求中等，Φ70 mm的圆台与Φ60 mm的圆槽、和Φ55 mm的圆孔有Φ0.04 mm同轴度的要求，4×Φ7 mm的孔孔距公差是0.04 mm，所有倒角是C0.5，所有表面的粗糙度是Ra3.2，加工的数量是2000个。毛坯是84×84×10的四方块。

（1）根据零件的加工要求，这个零件需要多次装夹加工，属于大批量生产，且工件的厚度较薄，不易装夹。

（2）该零件的尺寸精度和孔的定位精度，数控铣床都能满足。至于同轴度要求，一次装夹不能做出所有的形状，若选择用通用夹具，则需要经常找正，加工效率低。

综上所述，为了方便装夹，提高加工效率和改进产品质量，在加工过程中有必要设计和制作一个专用夹具，能使工件进行简便、快捷和准确的定位装夹。夹具要力求结构简单，制作方便，有一定的通用性，可供长期使用。

2 制订改进方案

对于批量加工的零件，我们首先要考虑加工工艺，即先加工那里后加工那里。其次要考虑如何能快速、准确的进行定位装夹，无需经常找正，最后是确定具体的加工内容。其中最重要的是工装夹具，它是保证提高效率、提高质量和降低成本的关键。

图1的加工大致有两种加工方案。

方案一：第一次装夹加工正面的Φ70 mm的圆台、Φ55 mm的圆孔、4XΦ7的通孔、上表面和倒角，再第二次装夹加工反面的80X80 mm的四方形、Φ60 mm的圆槽、下表面和倒角。

第一次装夹用的夹具为机用虎钳夹毛坯的边，定位Z向用垫片，定位X向在虎钳侧面制作M6的内螺纹装上定位块（如图2所示），夹住毛坯4 mm。第二次装夹用的夹具为自定心三爪卡盘夹Φ70 mm的圆台，定位Z向是Φ70 mm的圆台的下表面贴住三爪卡盘卡爪端面，定位X、Y向是三爪卡盘与￠70 mm的圆台，定位80X80 mm四方形是用装在三爪卡盘上Φ7的削边销与工件上Φ7的孔。

方案二：第一次装夹加工反面的Φ60 mm的圆槽、4XΦ7的通孔、Φ55 mm的圆孔、下表面和倒角，再第二次装夹加工正面的Φ70 mm的圆台、80X80 mm的四方形、上表面和倒角。

第二种方案的第一次装夹用的夹具与第一种方案的第一次装夹一样，不一样的地方是夹住毛坯8 mm。第二次装夹用的夹具与第一种方案的第二次装夹一样，不一样的地方是用小型自定心三爪卡盘夹Φ60的圆槽，定位Z向是Φ60的圆槽底面贴住三爪卡盘卡爪端面，定位X、Y向是三爪卡盘与Φ60 mm的圆槽。

以上两种方案各有优点和缺点，第一个方案的第一次装夹相对于第二个方案的第一次装夹刚性较差，第二个方案的第二次装夹相对于第一个方案的第二次装夹刚性较差。而且自定心三爪卡盘长时间使用后，定心效果会较差。

通过查夹具设计手册，自定心夹紧夹具有刚性自定心和柔性自定心两种，柔性自定心夹具比刚性自定心夹具的自定心精度高。

综上所述，采用第二种方案加工，只是把第二次装夹的夹具改为柔性自定心夹具即可（如图3所示）。如图3所示，夹具结构较为简单，通用性强，使用方便，主要由T型螺钉、定位板、削边销、垫片、螺母、弹性筒夹、内涨螺母等零件组成。

3 加工过程

采用改装后的夹具，工件上有关表面的相互位置精度由夹具保证，比划线找正所达到的精度高，能保证产品质量，另外，采用该夹具后，可省去划线工序，减少找正时间，因而提高了生产率，还可以解决车床加工装夹中的困难。该工件的实际操作步骤如下：

（1）加工反面的Φ60 mm的圆槽、4XΦ7的通孔、Φ55 mm的圆孔、下表面和倒角。

首先，在钻床上用Φ50 mm的麻花钻把毛坯的中间钻通Φ50 mm的孔。（夹具如图3所示，如果毛坯中间有Φ50 mm的通孔，会有利于提高数控铣床的加工效率和减少铣刀的损耗。）

其次，在数控铣床上用机用虎钳夹毛坯，夹8mm厚，定位Z向用垫片，定位X向用定位块（如图2）。一、用Φ50 mm的面铣刀加工下表面，见光即可。二、用Φ16 mm的立铣刀粗加工Φ60 mm的圆槽和Φ55 mm的圆孔。三、用Φ3的定心钻钻4X￠7 mm的孔。四、用Φ7的麻花钻钻4XΦ7 mm的孔。五、用Φ12 mm的立铣刀精加工Φ60 mm的圆槽和Φ55 mm的圆孔。六、用倒角刀加工C0.5的倒角。

（2）加工正面的Φ70 mm的圆台、80X80 mm的四方形、上表面和倒角。

数控铣床上用柔性自定心夹具（如图3所示）夹Φ60 mm的圆槽和Φ55 mm的圆孔。具体是：先将夹具体通过T型螺钉固定在数控铣床工作台上，然后将弹性铜夹用橡皮锤敲入夹具体，再把工件套到弹性铜夹上，旋紧内涨螺母，通过弹性铜夹自定心并加紧工件。

①用￠50 mm的面铣刀加工上表面，保证总厚度。

②用Φ16 mm的立铣刀粗加工Φ70mm的圆台和80X80 mm的四方形。

③用Φ12 mm的立铣刀精加工Φ70mm的圆台和80X80 mm的四方形。

④用倒角刀加工C0.5的倒角。

4 注意事项

1）工件需夹紧，以防在车削时产生移动和扎刀。

2）在精加工孔时，要选用极压切削油或高浓度的极压乳化液，延长刀具的使用寿命，保证工件的精度和表面质量。

3）遵守安全文明生产规定制度。

4）去除工件盒形处的毛刺。

5 结语

本次夹具创新设计和工件加工过程，在虎钳上加定位块和用柔性自定心夹具，不仅使装夹能快速、准确的定位夹紧，而且加工出来的零件质量稳定。此次的夹具还可以用在其他类似的工件上，加工时方便、高效和稳定。

参考文献

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[2] 杨黎明.机床夹具设计手册[M].国防工业出版社，1996.

[3] 孟少农.机械加工工艺手册[M].机械工业出版社，1991.

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