扈立峰

摘 要：本設(shè)計(jì)以培養(yǎng)和提升技工院校學(xué)生的機(jī)床夾具設(shè)計(jì)能力為主旨，結(jié)合作者多年的教學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)地介紹了機(jī)床夾具的功能及作用、鉆床夾具的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)、項(xiàng)目分析等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：切削機(jī)床 機(jī)床夾具 夾具設(shè)計(jì)

一、機(jī)床夾具概述及作用

在機(jī)械加工過(guò)程中，為了保證工件的加工精度，使之相對(duì)于機(jī)床、刀具占有確定的位置，并能迅速、可靠地夾緊工件，以接受加工或檢測(cè)的工藝裝備稱(chēng)為夾具，在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)床夾具。

機(jī)床夾具的作用：一是保證工件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。使用夾具的主要作用是保證工件上被加工表面的相互位置精度，如表面之間的位置尺寸、平行度、垂直度、對(duì)稱(chēng)度、同軸度等。二是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低加工成本。采用機(jī)床夾具可以省去劃線工序，減少找正操作時(shí)間，同時(shí)操作方便、安全，安裝穩(wěn)固；可以加大切削用量，減少基本時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。三是改善工人勞動(dòng)條件、保證安全生產(chǎn)。四是充分發(fā)揮機(jī)床設(shè)備的潛力，擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍。

二、鉆床夾具的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在各類(lèi)鉆床和組合機(jī)床等設(shè)備上進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸孔的夾具，統(tǒng)稱(chēng)鉆床夾具。鉆床夾具一般都裝有鉆套，通過(guò)鉆套對(duì)刀具的引導(dǎo)可以保證被加工孔的坐標(biāo)位置，并防止鉆頭在切入時(shí)引偏，從而保證和提高被加工孔的位置精度、尺寸精度及提高孔的表面粗糙度，大大縮短工序時(shí)間，提高生產(chǎn)率。這就是鉆床夾具的主要特點(diǎn)。鉆床夾具的類(lèi)型，決定于工件上被加工孔的分布情況。例如，工件上有排列成直線的平行孔，有分布在不同表面或圓周上的徑向孔，有分布在同一表面并具有公共回轉(zhuǎn)軸線的平行孔系。因此，鉆床夾具有固定式、回轉(zhuǎn)式、移動(dòng)式和翻轉(zhuǎn)式等不同類(lèi)型。

鉆床夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：一是夾具與機(jī)床對(duì)接方式的設(shè)計(jì)。夾具在工作臺(tái)水平面安裝或側(cè)面安裝；工件直接在機(jī)床工作臺(tái)上定位，夾具的部分元件在工件上定位；通用夾具在工作臺(tái)上定位，工件在通用夾具上定位。二是鉆套的設(shè)計(jì)：鉆套軸線與夾具定位基準(zhǔn)的尺寸公差和位置公差。鉆床夾具的設(shè)計(jì)主要考慮鉆套的設(shè)計(jì)。鉆套是用來(lái)引導(dǎo)鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀的。三是夾具的總高度。

三、項(xiàng)目分析

“刀桿”工件是學(xué)院機(jī)械系學(xué)生中級(jí)工鑒定時(shí)的重點(diǎn)練習(xí)件之一，但在“刀桿”備料時(shí)，桿身上有一個(gè)ф14mm的通孔，需要提前加工，如圖1所示。

圖1

“刀桿”工件加工數(shù)量多，ф14mm通孔尺寸及形位公差要求高如果單獨(dú)劃線加工勞動(dòng)強(qiáng)度大而且加工精度不易保證。筆者設(shè)計(jì)一個(gè)由長(zhǎng)V形鐵為主定位元件的“刀桿”鉆孔夾具來(lái)解決上述問(wèn)題。“刀桿”零件為軸類(lèi)零件，材料為45﹟鋼，具有較好的材料力學(xué)性能，強(qiáng)度硬度適中，易于鉆削加工。ф30mm的外圓精度較高，可以作為定位基準(zhǔn)面，本鉆床夾具的設(shè)計(jì)主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)在定位基準(zhǔn)的確定及裝夾操作的方便性上。

四、選擇定位基準(zhǔn)

為了保證工件被加工表面的技術(shù)要求，必須使工件相對(duì)于刀具和機(jī)床處于正確的加工位置，在使用夾具的情況下，就要使機(jī)床、刀具、夾具和工件之間保持正確的加工位置。顯然，工件的定位是其中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

要使工件完全定位，就必須限制工件在空間的6個(gè)自由度，此即為工件的“六點(diǎn)定位原則”，同時(shí)工件在定位時(shí)，限制自由度的數(shù)目應(yīng)根據(jù)工序的加工要求而確定，對(duì)于不影響加工精度的自由度可以不加限制，采用不完全定位可以簡(jiǎn)化定位裝置。

根據(jù)ф14mm孔相對(duì)于基準(zhǔn)面的對(duì)稱(chēng)度和孔中心距端面51mm的尺寸精度要求，需要限制工件X方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、Y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，限制工件Y方向移動(dòng)自由度和Z方向移動(dòng)自由度，所以該夾具的設(shè)計(jì)根據(jù)加工需要，只需要限制5個(gè)自由度，即采用不完全定位的定位方式。一是定位方案。經(jīng)過(guò)上述分析，我們把工件直徑ф30mm的外圓放到長(zhǎng)V形塊上定位，限制4個(gè)自由度，端面軸向在夾具上設(shè)計(jì)一個(gè)擋板使刀桿零件在軸向方向定位，限制一個(gè)自由度。二是選擇定位元件。選用V形塊進(jìn)行定位，V形塊的優(yōu)點(diǎn)有：定位精度高、安裝方便、對(duì)中性好、V形塊結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。V形塊的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造要求較高。

五、確定夾緊方案

在機(jī)械加工過(guò)程中，為保證工件定位時(shí)所確定的加工位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生位移和振動(dòng)，一般機(jī)床夾具應(yīng)有一定的夾緊裝置，以將工件壓緊。因此，夾緊裝置的合理性、可靠性和安全性對(duì)工件加工的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果有重大影響。

由于鉆削加工切削力較大，且為連續(xù)切削，故切削力較大，易產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，因此夾緊方案要考慮圓周方向和軸向方向的夾緊力，考慮夾緊力的方向應(yīng)方便裝夾和有利于減小夾緊力、減小工件的變形。而且?jiàn)A緊力的方向最好與切削力、重力方向一致。

根據(jù)夾緊力的方向應(yīng)朝向主要限位面以及作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支持范圍內(nèi)的原則，我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)上壓板的夾緊方案。采用上壓板有利于工件方便裝卸，夾緊力的方向與切削力、重力方向重合，夾緊力朝向V形塊的V形面，使工件夾緊穩(wěn)定可靠，且?jiàn)A緊力的方向有助于圓周方向的定位。

六、鉆套的設(shè)計(jì)

鉆套是鉆床夾具的基礎(chǔ)元件，裝在鉆模板或夾具體上使用。鉆套的作用是確定被加工工件孔的位置，引導(dǎo)鉆頭、擴(kuò)孔鉆或鉸刀，并防止其在加工過(guò)程中發(fā)生偏斜。按結(jié)構(gòu)和使用情況，分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套等四種類(lèi)型。該鉆床夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)固定鉆套壓裝在上模板上，如圖2所示。

圖2

七、夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明

如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，我們應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，避免干涉，應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于操作，降低成本提高夾具性價(jià)比。本鉆床夾具選用了上壓板和壓緊螺釘夾緊方式。本夾具設(shè)計(jì)主要用于鉆孔，切削力大，所以選用壓緊力大的壓緊裝置，就能達(dá)到本夾具的設(shè)計(jì)要求。把“刀桿”零件放到夾具體內(nèi)通過(guò)夾具端面軸向上的一個(gè)擋板使刀桿零件在軸向方向定位。把“刀桿”零件放到V形鐵上通過(guò)上模板壓緊，再用壓緊螺釘壓緊。

實(shí)用機(jī)床夾具技術(shù)課程是機(jī)械制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主要專(zhuān)業(yè)課之一，筆者通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生完成“刀桿”零件專(zhuān)用鉆床夾具設(shè)計(jì)，使學(xué)生加深該課程的基本概念、基本理論等知識(shí)的理解和應(yīng)用，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的實(shí)際能力，使學(xué)生掌握基本實(shí)踐技能，具備分析和整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。

（作者單位：河北省秦皇島技師學(xué)院）