从一次生产任务中提炼出的「最精华夹具设计」

夹具超人 · 发表于 2019-1-30 10:00:05

以下案例来自某家零件加工厂的一次加工任务：

接到的加工任务:外啮合齿轮泵体5000件，交货期为三个月，泵体材料是HT200，毛坯为铸造件，各部分尺寸精度要求较高。

图1 齿轮泵体零件工序图

齿轮泵体上两个中心孔的加工尺寸精度和位置精度对齿轮的啮合处的间隙和接触印痕产生直接影响，如超差将会降低齿轮泵的使用性能与使用寿命。

该工厂的工艺状态：主要设备是20台数控车床，用四爪单动卡盘装夹，根据两孔的位置分别安装、分别划线找正，需要花费较长的时间，速度慢，工效低，劳动强度大，同时较难保证中心距和同轴度的要求，产品合格率得不到保证。

表1 该工厂传统工艺下的的生产情况

为保证按时交货，而不增加机床设备的情况下需要自行设计加工齿轮泵的专用夹具。

零件加工工艺分析

专用夹具设计方案

工序主要是车削工件的两平行孔，为了提高生产率，减少装夹找正的时间，保证在一次装夹中完成加工要求，需要用回转式分度装置加工的方法。

加工一个孔后，转动180°加工另一孔。由于泵体A端面和外圆已经过精加工，以工件端面、Φ70的外圆柱面和距离中线34±0.05的定位销来定位，采用花盘式车床夹具，夹具对工件采用端面定位和轴向夹紧的措施，满足定位基准与工序基准重合的原则，能保证同轴度和平行度等精度要求。

图2 三维建模图

图3 实物正面图

图4 实物安装图

1.夹具体 2.转盘 3.定位套筒 4.手拉式定位器 5.削边销 6.工件

7.转轴 8.转轴套筒 9.锁紧螺母 10.固定螺钉 11.钩型压板

图5 车齿轮泵壳体两孔的专用夹具

夹具定位分析工件的定位遵循定位基准与工序基准重合的原则，其中，夹具体与A端面的定位限制了三个自由度，夹具体与外圆柱的定位限制了两个自由度，夹具体对应的定位销限制了一个自由度，总共限制了六个自由度，如图6所示。

图6 工件定位分析

夹紧装置设计

工件定位在盘形转盘上，加工完一个孔后，还需要绕转轴转动180°。钩型压板固定满足锁紧稳固、操作方便的特点，选用左右对称两块钩形压板夹紧固定工件较为合适。考虑到真实环境下工件连接板的厚度以及转盘凸台的高度，综合考虑下选用A型钩形压板组合件，如图7所示。

1.工件 2.钩型压板 3.螺杆 4.螺母 5.垫片 6.弹簧 7.固定螺钉

图7 钩型压板组合件

分度盘结构设计

图8分度盘示意图

车床花盘的平衡判断

车床花盘的平衡判断方法是将车床主轴挂空挡，用手转动花盘，如果花盘能够在任一位置任意停留，而不是总停留在同一个位置，可以判断花盘是平衡的。

该夹具体上孔系基本对称分布，夹具的不平衡问题主要是分度盘和工件的偏心位移14.998mm，故考虑采用去掉分度盘下方无功能区重量的方法。

方法：先铣去小部分，再钻孔逐渐减重，最终计算出需要去除的质量，折算出铣去部分所对应的圆心角约80°，对应的弧高为35mm。

夹具体结构设计

夹具体上利用4个带六角螺母的M18螺栓把转盘固定在其上面，螺栓孔沿圆周均布，位置与转盘上的螺纹孔相对应。上下两个孔为手提式分度器的插入孔，沉孔部分用于安装相对应的套筒，中心转轴轴线偏移夹具体轴线14.998mm。

图9 夹具体示意图

转轴设计

图10转轴尺寸图

转轴用于支撑夹具体和分度盘，其中与分度盘的配合为过渡配合（H7/js6），与夹具体套筒为间隙配合（H7/h6），分度盘可以绕轴在固定盘上作转动。转轴左端为M18外螺纹，与带轴向锁定螺钉的锁紧螺母配合。阶梯轴右端直径为Φ26js6，即Φ26±0.008mm。通过生产实践证明，采用该夹具在车床上进行齿轮泵两平行孔的加工，定位准确可靠，两孔的几何尺寸、形位精度以及表面粗糙度均达到了图纸的设计要求，加工质量稳定，同时提高了生产效率，保证工厂按时完成任务。

表2 使用夹具加工前后情况对比

注：由于接受该生产任务的工厂拥有不同型号不同品牌的数控车床，车床主轴结构各不相同，查机床手册的方法要谨慎使用，因机床生产厂家很多，同类机床的尺寸可能有差异。最可靠的确定方法，是现场测量，以免造成错误或损失，本文借鉴即可。

（来源夹具侠）