在车床上应用的一套专用夹具的设计制造及使用

【摘 要】用车床加工半螺母时，合适的夹具很重要，本文主要根据具体案例对CA6140车床加工半螺母的夹具设计及使用方法进行介绍，论述夹具设计原理及制作的方法。以期为同类夹具设计提供一些借鉴。

【关键词】CA6140车床 半螺母 夹具 设计制作

1 半螺母产品概况

某朋友请我设计一套在车床（CA6140型号）应用的夹具，关于加工半螺母的。本文所介绍的零件主要采用铸造铜合金（38黄铜，金属型）材料进行铸造，毛坯由两件合并，再通过加工完成铸造，再将工件在铣床上切割开，就可以得到链各个半螺母零件。对梯形螺纹进行车削时，毛坯的上底面和下底面螺纹孔已经加工好。为了使工件在装夹时能较好的固定，图中销孔（2-Ф10mm处）钻孔之后铰至2-Ф10H9，然后在车床上加工梯形螺纹。梯形螺纹的大、中、小径公差如图1所示，要求形位公差中的平行度达到0.10mm：

2 设计夹具，夹具的安装

因为是零件是半螺母，不合适直接在车床上加工，必须设计制作一套夹具。经综合考虑，夹具设计如图2

图中零件1为紧固螺钉，起固定，夹紧作用；零件2为支承套，起提高工件的装夹刚性的作用；零件3，4为紧固螺钉，也是起固定，夹紧作用；零件5为直角角铁，起将工件（待加工半螺母）定位作用；零件6为夹具体；零件7为支承轴，起支承作用。

3 分析，夹具的设计原理

考虑到毛坯的上底面和下底面螺纹孔已经加工好，可以利用其进行定位。

3.1定位原理及自由度分析

夹具定位原理采用两孔一面的原理，安装零件采用直接角铁，安装好以后，要保证直角角铁与零件的底部平面相互垂直，如果没有垂直应该进行校正。保持车床主轴线与螺纹孔中心线平行，螺纹孔要与地形的底面平行，并且螺纹孔的中心线需要满足达到0.10毫米的形位公差。

夹具的表面类似于三个支承点，对X转动、Y转动及Z移动三个自由度进行了限制；两个平行的削边销和圆柱销类似于三个支承点，对X移动、Y移动及Z转动三个自由度进行了限制，这样，就完成了对工件的6个自由度的限制。

3.2定位误差及精度分析

通过对自由度的分析以及工件的定位分析，在加工的过程中可以明确工件在直角角铁定位体中主要采用圆柱孔、大平面、削边销、圆柱销定位，其中能够产生基准位移误差的是圆柱孔及止转圆柱销；所以在定位的过程中产生的误差主要是由于定位精度的不够引起的，为了有效的将梯形螺纹孔的平行度控制在要求范围之内，就需要对定位精度严格控制，才能有效的控制住定位误差。

3.3夹紧装置及受力分析

夹紧装置：对工件夹紧的时候根据不同的工件要确定不同的夹紧力，夹紧力的确定主要由方向、大小及作用点这三个方面的内容决定。首先，对夹紧力大小进行确定，需要考虑工件在加工中的定位位置要保持牢固，不会发生改变，所以，夹紧力的大小要保证直角角铁和工件地面之间产生的摩擦力能够抵抗主切削力的作用，甚至是消除主切削力。其次，对夹紧力方向的控制，要是夹紧力与切削力的方向保持一致，夹具与直角角铁定位的平面要保持垂直。第三，对作用点的控制，这与工件定位支承点是相对应的，选择夹紧力作用点，要符合工件与加工表面定位在同一平面上。其中紧固螺钉起到了夹紧，固定的作用。

受力分析：由于在加工螺纹孔的过程中，主要受会切削力，剪应力，离心力的影响。切削力的产生：由于车床主轴的转动及工件的位移，加工螺纹孔的过程中产生轴向切削力；剪应力的产生：受切削力的影响，在圆柱定位销及削边销的加工过程中，会出现剪应力；离心力的产生：夹具在旋转的过程中，由于旋转中心与工件、直角角铁、支承套及支撑轴的中心并没有在一个点上，结果是由于工件旋转产生离心力。后果：在加工的过程中，受切削力、剪应力以及离心力等共同作用，就会发生剪切变形。对策及分析：对工件的重量进行分析可以知道，剪应力和离心力对圆柱定位销的变形影响非常大，而主切削力对剪应力起决定性的作用，对产生的离心力大小有决定性作用的因素主要包含工件的偏重、角速度以及离心半径，而支承套、直角角铁、支承轴三者之间的所受的力的影响基本相同，在加工过程中，设备由于转速比较低，产生的切削力相对也比较小一些，因此，工件所受的离心力与其它力基本可以抵消掉。

4 夹具的安装及使用方法

（1）夹具的安装（如图3所示） ：利用夹具的直角角铁上对工件进行安装，使用工件上的两个M12孔用螺钉将工件固定好，为了提高工件的装夹刚性，还要在工件的上部加装辅助支承。

（2）夹具的使用（如图3所示）：在使用时，1）将螺钉3松开，向上转动支承套2；2）安装好工件，转动螺钉1；3）转动支承套2，拧紧螺钉4和螺钉3。完成后即可进行工件的加工。注意：由于辅助支承所夹紧的位置是毛坯面，有较大的误差存在，因此要制作成移动式的。

5 零件及夹具的加工工艺及方法

（1）零件加工工艺。首先，首先将工件的上下底面在铣床上铣平；其次，用钻模钻2-Ф10孔，铰至2-Ф10H9；第三，钻4-M12螺纹孔；第四，钻梯形螺纹底孔，孔的尺寸应该预留1mm余量；第五，加工螺纹，以底面作为基准，用专门的夹具固定工件，加工螺纹时螺纹的尺寸要达到设定的要求。

（2）主夹具体如图2所示，主夹具体制作加工工艺如下：1）将夹具体在三爪卡盘上装夹，大径为Ф106.375mm，和主轴配合的锥度为1：4，深度为15mm，对小端面进行定位；2）对Ф105mm孔径、Ф400mm及Ф420mm外圆分别进行粗加工和精加工；3）对小端面的平面度误差在钻床上进行校正，将误差控制在0.01mm之内，准确的进行分度，然后分别钻削四个Ф19.05H7mm孔径、深度为20mm的M16孔；4）将孔精铰至Ф19.05H7mm孔径，深度为10mm的孔；5）完成四个深度为20mm的M16孔的螺纹加工；6）以小端面为准，在数控铣床中对端面的垂直度以及Ф105mm的内圆表面进行校正，然后分别钻削两个深度为18mm的M16孔和深度为5mm的Ф16孔径，并进行精铰；7）再完成两个深度为18mm的M16孔的螺纹加工，对深度为4mm的Ф80孔进行铣削，在分别钻削四个深度为5mm的M6孔，并对这四个孔进行进行螺纹加工；8）去毛刺、倒角。工件整体加工完成。

注意事项：在夹具的加工过程中，因使用了车床，钻床，数控铣床等，所以在换机床时要注意重新定位的准确性；为保证孔的精度，钻孔时，进给F要小，转速V要快。

6结语及感想

经过我朋友的实际加工过程的验证，进行半螺母加工时采用本文所研究的夹具设计方案，在零件技术方面可以满足需求，并且加工的效果非常理想，只需要在对细小环节进行调整即可，夹具设计的目的达到。通过这次的夹具的设计及制造，我感觉的技术有了很大的提高。

参考文献：

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