摘要：本文通過(guò)分析圓周均布窄槽零件的結(jié)構(gòu)，從擬定設(shè)計(jì)方案、夾具配件的制作及整個(gè)裝配過(guò)程，論述了即使在條件有限的基礎(chǔ)上，只要不斷學(xué)習(xí)、不斷總結(jié)，認(rèn)真收集資料，掌握夾具設(shè)計(jì)原則，合理安排工藝，也能制作出結(jié)構(gòu)合理、定位可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的夾具。
關(guān)鍵詞： 圓周均布窄槽 夾具 快速定位
前言：當(dāng)加工零件的槽寬≤1mm以下，用普通機(jī)械設(shè)備是難以加工的，因其切削刀具越小，加工難度越大，甚至無(wú)法加工；在這種情況下，須采用特種加工中的電火花線切割加工或其他電加工設(shè)備加工，可以解決了窄槽類的零件加工。而圓周均布窄槽在線切割機(jī)床上加工，歷來(lái)視為加工難度較大的工序之一，因而萌發(fā)研制輔助夾具的設(shè)想，并通過(guò)使用效果良好，解決了在線切割機(jī)床上加工批量產(chǎn)品的技術(shù)難題。
在不久前，某企業(yè)委托我們加工一批圓環(huán)產(chǎn)品。在對(duì)該零件進(jìn)行生產(chǎn)加工中，對(duì)槽寬只有0.2mm并且圓周均布的窄槽加工，進(jìn)行了有益的嘗試，取得了較好效果。該零件的基本外形尺寸：φ48mm×75mm，材質(zhì)是45鋼（如圖1所示）。
圖1
一、圓環(huán)的技術(shù)分析
（1）形位精度要求較高
（2）φ48的孔相對(duì)于端面的垂直度要求為0.02；
（3）φ16與φ27的兩孔要求同軸度為0.025；
（4）12條槽相對(duì)于中心軸的軸線中心度要求0.02。
（5）定位尺寸要求較高
在12條槽中六條有圓孔長(zhǎng)度為50mm、另六條長(zhǎng)度為35mm，一長(zhǎng)一短分隔開并對(duì)中心圓要求均布，允許槽寬的上偏差為0.02，下偏差為0。
對(duì)于槽口的加工要求是：保證寬度0.2mm的公差、長(zhǎng)度為50mm和35mm，表面粗糙度為Ra3.2μm，并要求12條槽對(duì)中心圓均布，為保證其精度要求，對(duì)這道工序來(lái)說(shuō)，無(wú)論是工件的加工，還是找正裝夾都有相當(dāng)大的難度，因此必須進(jìn)行認(rèn)真分析，并制定相應(yīng)加工工藝過(guò)程。
該工件用常規(guī)加工工藝是：（1）首先在工件上劃六條均布的線，然后用肉眼直視對(duì)工件劃線進(jìn)行加工。用肉眼找正劃線存在誤差，無(wú)法保證加工質(zhì)量，經(jīng)常產(chǎn)生廢品，給企業(yè)造成很大的損失。其特點(diǎn)是加工時(shí)難以保證尺寸公差和形位公差的一致性，以及裝夾位置的準(zhǔn)確度，而且加工效率太低，采用此種工藝平均每班一臺(tái)機(jī)床僅能割2-3件。（2）如采用分度頭裝夾加工，考慮到現(xiàn)用的DK7725e線切割機(jī)床工作臺(tái)X軸和Y軸最大長(zhǎng)度只有250mm，因其體積太大難以機(jī)床上裝夾，同時(shí)，整個(gè)加工過(guò)程中要求操作者技術(shù)水平高，細(xì)心高度集中，加工環(huán)節(jié)不得有錯(cuò)漏。對(duì)機(jī)床的調(diào)整，電參數(shù)的的選擇，切削液用量的選擇的應(yīng)用，且勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率提不高。通過(guò)分析零件圖，及考慮技術(shù)要求高，加工批量大，為了與企業(yè)保持良好的合作關(guān)系，替企業(yè)解決困難，我們嘗試設(shè)計(jì)一套高效、簡(jiǎn)易、實(shí)用類似分度頭式的夾具，來(lái)完成該產(chǎn)品的加工任務(wù)。
二、夾具設(shè)計(jì)原理
設(shè)計(jì)是主要以線切割的基本要求及該零件的尺寸精度要求來(lái)考慮：能保證工件的加工要求；能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；制作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便；夾具制作成本較低。
該套夾具的原理比較簡(jiǎn)單,它是利用法蘭盤同一圓周上六個(gè)均分的小盲孔及其立板座在同一直徑有一小圓孔中有彈簧，彈簧上拖一個(gè)鋼球，利用彈簧的彈力（其彈力可根據(jù)松緊調(diào)節(jié)），每旋轉(zhuǎn)法蘭盤一次，鋼球剛好落在小孔中，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)快速定位，如同分度頭一樣旋轉(zhuǎn)分度。夾具的立板座與法蘭盤緊固聯(lián)接，保證回轉(zhuǎn)精度。
三、夾具的結(jié)構(gòu)
該夾具如圖所示：主要由立板座、法蘭盤和三爪卡盤等三大部件組成。其特點(diǎn)是能夠方便地固定、裝卸工件，保證快速定位；可以隨意旋轉(zhuǎn)，精確地分度，保證12條線均勻；并且該夾具的大小剛好適合我們DK7725e線切割機(jī)床工作臺(tái)的大小，使用非常方便。
1.卡盤 2.立板座 3.法蘭盤 4.鋼球 5.彈簧 6.調(diào)節(jié)螺釘
7. 堅(jiān)固螺母 8.單向推力球軸承9銅滑套 10.卡盤螺栓
圖2 裝配圖
四、夾具制作及裝配
該夾具主要特點(diǎn)是：利用鋼球凸出部分進(jìn)行定位，來(lái)控制法蘭盤快速分度定位加工。
1、主要元件要求
①卡盤：采用K1180型三爪自定心卡盤（有正爪和反爪兩種）,可用于裝夾不同圓環(huán)或其他軸類的工件。
②立板座：采用A3鋼材料制造，該件起支承作用，底板和立側(cè)板兩件板相互為90°通過(guò)焊接連成一體，其底面與另側(cè)面通過(guò)銑削、磨削加工完成，垂直度要達(dá)到0.015-0.02，表面粗糙度達(dá)到Ra1.6
m；夾具中心高度90mm有一個(gè)φ35的孔，用來(lái)固定銅滑套其過(guò)盈配合間隙要達(dá)到H7/P6，φ35的孔相對(duì)于側(cè)板的垂直度要求為0.025, 表面粗糙度達(dá)到Ra1.6
m，可采用銑削完成（見圖2-1所示）
圖2-1 立板座
圖2-2 法蘭盤
③法蘭盤：材料選用45鋼，該件的φ55圓與φ30定位心軸一次車削成型，其同軸度誤差必須嚴(yán)格控制在0.025mm之內(nèi)，及控制其圓度誤差。法蘭盤前端φ55長(zhǎng)度3mm的臺(tái)階與卡盤配合公差為0.01-0.02mm；后端φ30是滑動(dòng)部件，須局部加熱淬火后回火，表面硬度達(dá)到HRC40-45，尺寸達(dá)到H7要求，表面粗糙度為Ra1.6
m；在法蘭盤后端以中心軸為基準(zhǔn)，φ47圓周上鉆有六個(gè)均布R3深1.5的定位孔，并通過(guò)螺母與心軸的螺紋相互固定在立板座上，并要求垂直達(dá)到0.015（見圖2-2所示）。
④鋼球：選用φ6mm鋼球，起定位作用。
⑤彈簧：選用圓柱形螺旋壓縮彈簧，彈簧絲直徑0.8mm、外圈直徑6mm,端部結(jié)構(gòu)有并緊磨平的YI型，以保證支承端面與彈簧的軸線垂直，從而彈簧受壓時(shí)不致歪斜。
⑥調(diào)節(jié)螺釘：選用M8×1的平頭螺釘，用于調(diào)整彈簧的彈力。
⑦緊固螺母：選用M16×1六角螺母，起夾緊作用。
⑧單向推力球軸承：選用8203型滾動(dòng)軸承(8224GB301-64)，起滑動(dòng)作用。
⑨滑套：材料選用黃銅，起滑動(dòng)作用，φ35和φ30的孔要求同軸度為0.02，可采用車削完成; φ30的孔與法蘭盤心軸的間隙配合要達(dá)到0.01-0.02；以便法蘭盤旋轉(zhuǎn)靈活。
⑩卡盤螺栓：選用M6內(nèi)六角螺栓，起緊固聯(lián)接作用。
夾具的立體裝配圖
2、裝配工藝過(guò)程
在銑床上完成夾具體的加工→三爪自定心卡盤與法蘭盤裝配→立板座與銅滑套過(guò)盈裝配→立板座與鋼球定位彈性調(diào)試裝配→法蘭盤的心軸與立板座的滑套裝配→法蘭盤的心軸與單向推力球軸承的夾緊間隙調(diào)試。
為了心軸的旋轉(zhuǎn)精度，滑套內(nèi)圈與法蘭盤的主軸裝配及滑套外圈與立板座孔裝配時(shí)，常采用定向裝配的方法。定向裝配就是人為控制各裝配件徑向跳動(dòng)誤差的方向，使誤差相互抵消而不是累積，以提高裝配精度的一種方法。
1、夾具的工作過(guò)程：
（1） 夾具的安裝與調(diào)整 把夾具定位在線切割機(jī)床工作臺(tái)上中間位置，用百分表校正立板座的基準(zhǔn)面與機(jī)床的X軸、Y軸平行且垂直，并用螺絲將夾具緊固在工作臺(tái)上。（2）將工件放入三爪卡盤中（利用反爪）把工件夾緊，使工件的端面貼緊卡盤側(cè)面。（3）加工前，首件需要利用機(jī)床上的自動(dòng)對(duì)中功能分中定位，使鉬絲位于工件的中心之后，便可按程序進(jìn)行切割加工。當(dāng)首件加工完之后，鎖定機(jī)床X軸、Y軸的坐標(biāo)值，以后無(wú)需再找正可繼續(xù)加工。(4)按該圓環(huán)的加工工藝，考慮到工件所加工的槽長(zhǎng)度、形狀不一致，則法蘭盤的工作有兩種方法：一是逐條加工法是指每割完一條線，法蘭盤需要按定位孔的方向順序轉(zhuǎn)動(dòng)一次逐步去加工，這方法每次割完一條線后，需要換加工程序方可繼續(xù)加工。二是跳步加工法是指當(dāng)割完第一條線后，法蘭盤要按方向順序轉(zhuǎn)多一個(gè)定位孔（即轉(zhuǎn)動(dòng)兩次）才可按同一程序加工，直至該程序加工完。當(dāng)?shù)谝粭l程序完成后要加工第二條程序時(shí)，可用同樣的跳步法繼續(xù)加工第二條程序。
法蘭盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向加工路徑（如圖所示）： 當(dāng)采用逐步加工法路徑從A→B→C→D→E→F。
當(dāng)采用跳步加工法路徑（虛線部分為路徑）如加工第一條程序從A→C→E ；加工第二條程序從 F→B→D。
加工路徑示意圖
2、夾具制作應(yīng)注意的工藝問題：
（1）法蘭盤的心軸與滑套的滑動(dòng)配合間隙 其間隙必須控制在H7/h6之間，且保證法蘭盤轉(zhuǎn)動(dòng)靈活自如。如心軸與滑套之間的間隙過(guò)小，會(huì)出現(xiàn)法蘭盤轉(zhuǎn)動(dòng)困難；若間隙過(guò)大，心軸的徑向跳動(dòng)誤差大，影響工件加工的精度要求。（2）立板座的鋼球定位孔與鋼球配合間隙大小 其間隙必須控制在0.05-0.1mm之內(nèi)，以保證鋼球和彈簧的伸縮靈活。（3）該夾具是根據(jù)回轉(zhuǎn)類定位夾具設(shè)計(jì)，利用彈性元件定位，因此要控制法蘭盤上六個(gè)均布孔的中心孔距和深度尺寸要一致，減少制造定位誤差。否則造成接觸不良間隙過(guò)大，影響定位精度。
五、使用效果
1、該夾具制作過(guò)程簡(jiǎn)單不復(fù)雜，成本較低，充分發(fā)揮機(jī)床的潛力，達(dá)到一機(jī)多用的目的。
2、經(jīng)過(guò)試割加工工件，使窄槽加工后的尺寸精度達(dá)到H8級(jí)，表面粗糙度值達(dá)到Ra=1.2～3.2
m，槽寬的直線度也較好，檢查后完全符合圖紙要求的尺寸，連續(xù)加工數(shù)千件沒有出現(xiàn)廢品，為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益。
3、使用此夾具后，加工效率同時(shí)迅速提高，現(xiàn)一個(gè)班一臺(tái)機(jī)床加工15件左右，效率提高近四倍多，減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。此套夾具使用一年多，性能十分穩(wěn)定。
六、結(jié)束語(yǔ)
夾具的制作，是一門綜合性的科學(xué)。它需要我們要明確設(shè)計(jì)的任務(wù)，分析零件圖，掌握工件的機(jī)械加工工藝規(guī)程，了解工件的作用、形狀、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料和技術(shù)要求；加工的表面、要求、余量、定位基準(zhǔn)、夾緊表面等各方面的資料。實(shí)踐證明，只有不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真收集設(shè)計(jì)資料，掌握設(shè)計(jì)則，合理擬出夾具的結(jié)構(gòu)方案，正確地安排制造工藝、裝配工藝。即使條件有限的基礎(chǔ)上，也能制作出結(jié)構(gòu)合理、定位可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的夾具體。而該夾具的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，極大也方便了圓型或軸類的零件加工，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，能夠降低成本、提高工作效率，保證質(zhì)量，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
