螺旋定心夹紧夹具的设计

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摘要： 本文介绍了螺旋定心夹紧夹具的设计方法和操作方法，此夹具能够准确、迅速的装夹摇臂零件，完成摇臂的28.5mm±0.1mm槽加工，同时提高了生产效率，缩短了加工时间，降低劳动强度，花费的成本少。

Abstract： This paper introduces the design method and operation method of helical centering clamping fixture， the fixture can be accurately， clamping arm parts quickly， 28.5 mm groove processing to complete the rocker arm， at the same time， improve production efficiency， reduce the processing time， reduce labor intensity， cost less to spend.

关键词： 摇臂；夹具；槽加工；支承

Key words： rocker；fixture；machining；support

中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）12-0048-03

1 零件的分析

1.1 零件的作用

该零件是摇臂，如图1，主要用在传动机构中，比如汽车内的内燃机发动机摇臂，气门的开启和关闭是由挺杆和摇臂动作完成的，摇臂就是通过摇臂轴安装在摇臂座上，一端是从凸轮轴经挺杆驱动，另一端顶在气门杆上和弹簧一起作用控制气门的开合。

零件外形尺寸材料为QT40-17，年产5000件，属大批量生产，形状比较复杂，其他各表面已经加工过，本工序待加工28.5±0.1mm的槽。Ф38f9圆柱面4、端面及摇臂的中间平面1，定位套6上作为定位基准。本工序的主要难点是保证槽的宽度尺寸公差以及槽的对称度，特别要求快速定心校正定位及夹紧完成加工。

1.2 零件的工艺分析

摇臂要加工28.5±0.1mm的槽。如图2所示。

①28.5mm的槽要求加工深度40mm；对称度公差0.2；②槽底距离端面1的高度51±0.8mm；平行度公差0.0。

2 工艺规程设计

2.1 确定毛坯的制造形式 工件材料QT40-17。由于摇臂在工作过程中经常受到交变何在以及冲击性荷载的作用，为了保证零件工作的可靠性，一般选用锻件以使金属纤维尽量不被切断。由于零件的年产量为5000件已经达到了大批生产的水平，况且零件的轮廓尺寸不大，因此可以采用砂型铸造。采用砂型铸造，不仅铸造性和切削加工性好并且价格低廉，有利于提高生产率和保证加工质量。

2.2 基准面的选择 工艺规程设计中最重要的工作之一就是选择基准面。选择一个正确合理的基准面不仅可以保证加工质量还可以提高生产效率。如果基准面选择的不合理，就会在加工工艺过程中出现众多的问题，严重时会造成大批零件报废甚至是无法生产。

2.2.1 粗基准的选择 按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现以摇臂的两对称臂面2作为粗基准，利用辅助支承装夹工件。

2.2.2 精基准的选择 精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。本零件以Ф38f9外圆4面、端面及摇臂的中间平面1在定位套6上定位作为精基准，由左右螺栓10经螺母9、压块8定心夹紧，并用辅助支承4支撑在摇臂处加工28.5±0.1mm的槽。

2.3 制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

切削工序安排的总原则是：前期工序必须为后续工序创造条件，作好基准准备。具体原则是：基准先行，先主后次，先粗后精，先面后孔。

具体工艺方案为：工序1：金属型铸造毛坯，保证摇臂工件基本尺寸；工序2：清砂；工序3：热处理；工序4：刷漆；工序5：车削；工序6：钻削；工序7：铣削；以Ф38f9圆柱面、端面及摇臂的中间平面1在定位套6上定位作为精基准加工28.5±0.1mm的槽至尺寸公差要求。

3 专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。设计本零件的第7道工序――铣削28.5±0.1mm的槽时采用螺旋定心夹紧铣床夹具。在本道工序加工时，主要应考虑如何保证零件的尺寸要求（槽的深度及对称度），提高劳动生产率，降低劳动强度。

3.1 夹具分析 本夹具如图3所示，主要用来铣削28.5±0.1mm的槽。经过零件分析，合理选择定位元件，选用左右螺栓作为定位元件比较合适，并按六点定位原理满足工件加工的定位要求。以Ф38f9圆柱面、端面为定位面，限制■、■两个自由度；摇臂的中间平面1为定位面，限制■、■、■三个自由度；摇臂的臂平面2为定位面用左右螺栓10经螺母9、压块8定心夹紧，限制■一个自由度。属于完全定位，能保证槽加工时的正确位置。

1――扳手螺钉 2――螺套 3――对刀块 4――辅助支承 5――压板 6――定位套 7――卡块 8――压块 9――螺母 10――左右螺栓 11――夹具体 12――定位键

如图4所示，在加工前，把夹具体以基准面A，定位键面B为基准安装在机床工作台上，把工件安装到夹具各定位面上，先用左右螺栓快速定心校正工件，接着用压板5压紧工件，然后再上紧左右螺栓，最后用手旋转扳手螺钉1带动辅助支承顶紧工件以防工件加工时产生较大振动，拆卸工件时，松开压板5和左右螺栓即可。

3.2 夹具可行性分析

3.2.1 定位误差分析 一般零件的加工误差由夹具制造精度、夹具安装误差和夹具的定位误差三部分决定，它们对定位误差的影响均等，因此，只要定位误差不超过零件制造公差的1/3，就说明夹具的定位精度能满足加工精度的要求。而定位误差主要由两个方面决定：①定位基准是否与设计基准重合，即基准不重合误差，若重合，则基准不重合误差B为零；否则存在基准不重合误差；②来自于工件定位面相对定位基准面的位移误差，即基准位移误差Y。

定位误差D=B+Y

其中：D为定位误差；B为基准不重合误差；Y为基准位移误差。

定位基准为工件的中间平面1，和设计基准一致，基准重合，因此基准不重合误差B=0。而外圆定位面Ф38f9-0.025-0.062与定位套Ф38H7+0.0250之间配合最大间隙即为基准位移误差Y为：Y=ES-ei=+0.025-（-0.062）=0.087（mm），D=0.087，小于90mm这个联系尺寸（按自由公差IT12级计算）公差0.3mm的1/3，因此满足定位要求。

3.2.2 加工条件分析。工件材料：QT40-17，δb=220MPa，190～220HBS；加工要求：粗、精铣28.5±0.1mm的槽；机床选择：为北京机电院750-E立式加工中心，采用立铣刀精铣；机床功率：7.5kw；工件装夹：工件装夹在螺旋定心夹紧铣床夹具上。

3.2.3 切削用量分析

①选择刀具：

根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=14mm，铣刀齿数Z=5。

②切削力及夹紧力计算：

刀具：立铣刀

根据《金属切屑机床-夹具设计手册》P546表3-73有：P=120αp0.85αf0.75D-0.73αwn0.13z；铣削力-P；铣削深度-αp=4.5mm；每齿进给量-αf=0.14mm/z；其中：铣刀直径-D=14mm；洗削宽度（侧吃刀量）-αw=12mm；铣刀每分钟转速n=380r/min；铣刀的齿数z=5。

则P=120αp0.85αf0.75D-0.73αwn0.13z

=120×4.50.85×0.140.75×14-0.73×12×3800.13×5=1552.5N

在计算切削力时，必须将安全系数考虑在内。

安全系数：K=K1K2K3K4。

其中：K1=1.5 K2=1.2 K3=1.1 K4=1 （K1为一般安全系数，考虑工件材料性质及余量不均匀等引起切削力变化，K1=1.5～2；K2为加工性质系数，粗加工K2=1.2，精加工K2=1；K3为刀具钝化系数，K3=1.1～1.3；K4为断续切削系数，断续切削时K4=1.2，连续切削时K4=1）

F=KP=（1.5×1×1.1×1）×1552.5=2561.6（N）

根据《金属切屑机床-夹具设计手册》P480表3-21有：实际夹紧力为F加=K（P-Po）/（f1+f2）=2561.6/0.5=

5123.25（N）

其中f1和f2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，f1=f2=0.25

螺母选用M16*1.5细牙三角螺纹，产生的夹紧力为

W=2M/D2tg（a+6055）+0.66（D3-d3）/（D2-d2）

其中：M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029，D=23mm d=16mm

解得：W=1O405（N）

此时螺母的夹紧力W为10405N已大于所需的5123.25的夹紧力F加，故本夹具可安全工作。

4 结束语

经过对零件的分析、夹具的分析、夹具可行性分析、切削力与夹紧力的计算，实践证明，此夹具使用左右螺栓螺旋定心快速校正夹紧工件，大大的提高了生产效率，降低劳动强度，花费的成本少，大大地提高了公司（厂）的盈利。不然，还需要通过画线、找正来加工，即麻烦又复杂的作法，这样就加大劳动强度，很耗时，生产效率低。

参考文献：

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册（单行本）―零件结构设计工艺性[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]王光斗.机床夹具设计手册（第三版）[M].上海：上海科学技术出版社，2000.

[3]王小华.机床夹具图册[M].北京：机械工业出版社，1992.

[4]吴拓，孙英达.机床夹具设计[M].北京：机械工业出版社，2009.