轴套类零件端面磨削夹具设计
轴套类零件端面磨削夹具设计
摘要：我校在多年的对外加工中，对轴套类零件的加工存在着装夹定位难、生产效率低和产品质量不稳定等不足，针对这些不足，从考虑零件的装夹定位着手，经过反复实验和不断摸索，设计出了一套用于轴套类零件端面磨削的专用夹具，从而有效的保证了零件的加工精度。
关键词：轴套 端面磨削 夹具设计
我校承接一批对外加工业务，工件如图1、图2所示，材料为合金工具钢，热处理后硬度为(60±2）HRC，小端面要求表面精度高，且零件台阶高度一致性要好、生产批量大。最终加工需在磨床上进行，同时该加工任务是半成品来料加工，所以对产品的合格率要求较高，且该工件为配合件故精度要求相对也较高、要交货的时间周期短，针对以上情况以及轴套类零件的特点，要求我们根据加工特点设计一套磨削专用夹具，旨在克服用台虎钳装夹定位加工中存在的不足。
图1零件图 图2 加工前
直接用台虎钳装夹的不足
在没有设计使用夹具前，我们尝试过使用台虎钳进行装夹定位加工，通过前期加工发现，存在着以下不足：
1、单个零件加工耗时过多
由于在使用台虎钳进行装夹定位，在单个零件加工过程中，必须进行装夹定位，对刀等工序，这在无形中就增加了很多前期准备时间，从而降低了生产效率，且实际加工中合格率仅为75%，可见加工合格率过低；如果夹紧力过大，又会对零件已加工表面有损伤，通过统计数据来看单个零件的加工时间平均为12分41秒。
2、对操作的技术要求过高
具体表现为，第一、装夹时，底面必须保证水平，使用台虎钳底面找正较为困难，如果底面水平找不准，将会出现一边高一边低的现象，这样进行加工，势必会出现废品。如果采用仪表找正，这样装夹时间增加，影响加工效率。第二、对刀时要使用专用对刀仪，对操作的技术要求高，因为在圆周上对刀，不好定基准点，而且容易造成对刀过程中刀具刮伤零件表面，而且这将进一步增加了加工时间。很显然，直接用台虎钳进行装夹定位已经不能满足加工的要求，这时必须改变装夹定位的方式，否则就不能保质保量的完成此次加工任务，经过反复实验和不断摸索，我们设计出了一套用于台阶轴套类零件磨削专用夹具，可有效的保证了零件的加工精度且可以大大提高加工效率。
夹具的结构与工作原理
1、夹具的结构
我们设计夹具的目的主要是想解决定位难以及精度低的两大难题，尽可能减少废品率，同时还要大大提高生产效率。夹具如图3所示，材料采用45#钢，夹具体装配尺寸为350mm×320mm×40mm，夹具体底座与平面磨床的工作台利用电磁吸盘连接，夹具体底面完全贴紧工作台并固定在工作台上。夹具体底座加工八个工位沉孔，沉孔尺寸为直径φ50 mm，孔深17 mm，用来装夹定位工件，夹具体底座尺寸设计为长350mm，宽320mm，高25 mm。夹具体上盖加工八个工位通孔，要求夹具装夹后底座和上盖的同工位孔轴线同轴。尺寸设计为长320mm，宽250mm，高15 mm，夹具体上盖工位孔采用喇叭口结构，可起到容屑的作用。沉孔底面作为工件的主定位面，圆周侧面作为工件的辅助定位面，夹具体上夹板底面与夹具体底面相接触，压紧工件同时，沉孔圆周侧面与工件台阶轴的侧面做为第二辅助定位面，夹具体的上下夹板用四颗螺钉进行固定连接，压紧螺钉拧紧时夹具工作，可同时起到轴向定位和径向定位进行磨削加工。
图3 夹具装配图
2、工作原理
工作时将半成品工件分别放在夹具底座的工位孔中，盖上夹具上盖，用螺钉锁紧。一次对刀可同时加工八个零件，可解决对刀耗时的问题。在设计夹具时按夹具定位公差要求设计各工件位间的定位尺寸。
图4工装效果图 图5工装局部剖面图
三、定位原理与误差分析
磨削类夹具原理多源于一面二销定位原理。由于磨削采用工序集中加工方式, 一次定位完成全部或大部分加工内容, 且多数加工方式采用上机前为毛坯, 出机时为成品的加工概念。 因而, 其定位方式一般为一面二销或二孔以上多孔定位方式。
1. 定位原理：
因为我们要加工的零件是台阶套类零件，按照常用的基准选择原则一面一轴，我们在设计这套夹具时采用的是常用的一面二销的定位方式，采用工件底面作为轴向定位基准，工件底面与夹具底座圆孔底面接触定位，圆柱的另一个基准轴线则通过两对角的圆柱销进行定位。夹具设计一次装夹八件，两圆柱销定位，四个螺钉对夹具进行了夹紧。
2、误差分析
因为待加工零件是半成品，实际加工部分是去除φ42mm内部材料，而且对内部结构与材料外部尺寸没有特别的形位公差要求，所以我们在装夹定位时，主要考虑夹具和工件配合时的几个主要尺寸，通过这几个尺寸加上四个螺钉来进行定位，所以对与台阶的两个直径尺寸φ42mm、φ50mm和φ50mm圆柱的深度尺寸17mm，与相应的夹具尺寸按要求进行公差的设计，因为φ42mm的圆柱应该与另一零件配合，所以这一尺寸精度相对较高，故在设计夹具时，应用这一尺寸与夹具上盖配合部分采用小的间隙配合，减小装配误差，而φ50mm圆柱与夹具底板的配合则选用相对较大的间隙配合，是为了方便安装，同时放工件的圆孔周边设计出倒圆角，是为了起到导向作用，夹具安装好后φ50mm圆柱轴向装配采用较大过盈配合，主要为了进行轴向定位同时保证轴向有足够的夹紧力。如图6、图7所示。
图6下夹板
图7 上夹板
2、夹具特点
（1）采用上下夹板加螺钉定位的固定方式，可以使夹具在产生自上而下的轴向夹紧力的同时，使工件产生向下的微量位移，可以使工作台阶面紧贴夹具定位面，能够减少因定位产生的误差，同时也能起到径向的定位。
（2）夹具采用连体式设计，一套夹具一次装夹加工多件产品，可大大提高加工效率，由于下夹板是与机床固定，夹紧与松开工件时只需要搬动上夹板，可以很方便实现装夹，拆卸等。
（3）加工的高效性，在实际的生产中，我们可以直接以下夹板的底平面为定位基准将夹具安放在磨床工作台电磁吸盘上，每次加工都只需要更换工件即可，不需要每次都进行装夹定位等辅助加工时间。
四、总结
因为通过专用夹具装夹一次装夹对刀后可完成多件产品的加工。效果明显好转，通过前后加工效果对比，我统计出下面的数字，已说明所设计的夹具的效果。
表1
从数据上分析不难看出使用专用夹具的效果，从加工效率上分析前后每件产品时间缩短了一半多，产品合格率提高23个百分点，对操作者的要求还降低了。
五、结束语
该夹具结构简单，定位精确，制作费用低，一次装夹可装夹八件，利用夹具设计工件坐标系，八个工件一次对刀就可完成，采用循环操作指令，大大提高加工效率，精确的定位可靠的装夹可提高产品合格率。实际证明该夹具加工出来的产品，均能达到设计要求。
六、参考文献
[1].栗延文，金属加工 [J].机械工业出版社，2009.5
[2].孙大俊 机械基础（第四版）[M]北京 中国劳动社会保障出版社 2007
[3].杨昌义 极限配合与技术测量基础（第三版）[M]北京 中国劳动社会保障出版社 2007
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