机床夹具设计改进思路

机床夹具设计改进的思路探究

机床夹具在机械制造业中应用很广。由机床夹具和机床、刀具、工件组成的加工工艺系统，能够根据工艺要求，迅速实现工件的定位和夹紧，并在加工过程中保持它们之间相对位置的正确。毫无疑问，使用夹具，可提高劳动生产率和加工精度。随着生产规模的不断扩大，近年各家齿轮制造公司从国内外引进了大量的数控加工设备，并推行精益生产方式。新技术、新设备、新的管理方法的应用，使机械加工的现场条件发生了很大变化。面对这些变化，如何与时俱进地进行机床夹具的设计，成为工艺设计人员不可回避的问题。

一.双工位倒档齿压铜套夹具

在汽车变速器齿轮的中，常有在内孔中镶铜套的齿轮。这些齿轮的加工工艺过程一般有：制齿→硬化处理→压铜套→车（磨）内孔。设计安全高效的压铜套夹具，离不开对其工艺过程的仔细分析。

1.问题的提出

压铜套工序的设备放置在热前加工区域，为与热前压其它齿轮的同步器接合齿环共用的设备，由同一人操作。根据精益生产布线需要，为减少不必要的搬运浪费，并平衡工作量，需将压铜套工序调整到热后加工区域，由其下一工序（车内孔）的操作者完成。

2.问题的分析

通过对原来的压铜套工序过程进行分析，认为有以下几点不能满足调整后的要求：

1）动作过于复杂，致使工序节拍过长，不能满足一人多机的要求。

原来的压铜套工序使用的工装，其工序过程的内容为：右手取工件→将工件放工作台上→左手取铜套→将铜套对准齿轮孔口→右手取压具→将压具装入铜套孔中→左手持压具→右手操作压床手把→压入→检查（是否压到位或存在切边）→拿走工件。由此可见，一次成功的压铜套操作需要11个动作才能完成，动作复杂，操作者劳动强度大，熟练的操作需要15秒。

2）不能可靠地保证工序质量。

3）在压入的过程中，一手持压具，一手操作设备，存在安全隐患。

3.新设计方案

对以上动作过于复杂的原因进行分析，主要是由于原来的夹具在工序进行的过程中不具备定位、导向的功能，完全靠操作者保证工件在加工过程中的相对位置的正确性。铜套和工件的硬度相差较大，在压入的整个过程中，如果铜套与工件的相对位置不能保证，很容易产生切边甚至报废现象。必须解决铜套和工件两者的定位问题，才能避免发生切边或报废现象。双工位倒档齿压铜套夹具主要设计思路是：

1）采用带顶尖孔的轴向浮动的台阶式定位芯轴。

一方面解决在整个压入过程中铜套和工件的集中定位问题，另一方面解决在压入行程结束时两这定位关系的顺利交接。

2）采用带顶尖的上压头。

由于压入行程较长且工件的孔较小，因而芯轴也细长，采用这样的上压头可以起到导向的作用，使芯轴不至于倾斜。同时，顶尖在夹具的安装调试时兼起自动找正中心的作用。

3）采用两件同时压入（即双工位）。

在底座上及上压头上设计两个（或4个）压入加工位置，一方面实现多件同时加工，提高生产效率。另一方面在整个过程均采用双手操作，避免产生压床操作安全事故。

使用多工位倒档齿压铜套夹具，其工序过程的内容为：双手取工件→将工件套芯轴上→双手取铜套→将铜套套芯轴上→双手按按扭→压入→双手按按扭→双手拿走工件。同时完成两个工件的加工，只需8个动作，动作简化，无人为检查内容，熟练的操作只需10秒（2件）。

二. 数控复合磨夹具

进口高效的数控设备的应用，在提高了机床夹具设计水平的同时，也改变了高精度夹具的加工制造能力。只有充分考虑现场设备条件，才可以使夹具的设计制造成为可能。

1.问题的提出

进口的数控端面内控外圆复合磨床，由于受其使用的夹具国内无法制造，只能委托原夹具制造商制造，所以一直只能用随机附带的两个夹具加工2种产品，设备利用率不高。为了降低夹具成本，提高机床利用率，进行其夹具的国产化设计具有现实意义。

2.问题的分析

通过分析，随机附带夹具与其它内圆磨床的相同之处是夹具体均为弹性膜片，不同之处是工件的夹紧元件。进口机床加工时工件主轴转速高，在加工工件后端面时对工件有向前的拉力，

在夹紧元件设计时采用整体焊接形式，并将夹紧用的卡爪设计成安装在座体的孔内，卡爪的头部采用三角形楔块形式。

该夹具的设计难点是：整体焊接结构，现有条件无法加工制造；卡爪（3个）头部三角形楔块角度的确定及在加工时的一致性和对称度难以保证。

3.新设计方案

在机械设计中，对加工难以控制的尺寸和精度，经常在总成装配时通过调整法获得相应的精度。因此，可以通过对原夹具进行解体设计，用螺栓连接组装，通过调整法获得所需要的精度。在进行解体设计时，要注意以下几点：

1）在零件设计时，设计必要的基准作为整个夹具装配调整的基准。

2）考虑进口机床的转速较高，各零件尺寸的大小及公差选择应合理，避免夹具在使用中运转不平衡，造成加工振纹或不合格现象，特别是对于工件齿数不能被3整除的工件。

3）为扩大夹具的使用范围，应考虑一定的调整范围，以满足不同大小工件的加工，避免不必要的重复设计。

4）卡爪头部三角形楔块的加工精度及一致性，普通的磨床难以保证，可以充分利用引进的进口数控工具磨床进行加工保证。

三.通用滚中间轴夹具

为数控加工设备设计夹具，离不开对设备加工原理的了解。采用不同的加工程序，不仅加工效率不同，而且有时会给夹具设计带来方便。

1.问题的提出

国产的六轴数控滚齿机，随机附带的夹具用于滚某种型号的中间轴上的两档齿轮，由于产量的增大，为解决生产瓶颈，生产部门要求将另一种中间轴的滚齿工序在六轴数控滚齿机上进行。由于该中间轴较长，安装上滚齿夹具（夹具高度尺寸已经设法降低）后，其高度超出了机床Z轴行程的极限，因而无法进行滚齿加工。

2.问题的分析与解决

加工工艺系统由机床夹具、机床、刀具、工件组成，夹具设计要兼顾工艺系统的不同方面，如经常要考虑刀具干涉问题、机床规格（如工作台回转半径、行程极限）等问题。针对滚齿时Z轴加工行程不够的问题，可以从改变刀具直径及螺旋升角、改变夹具方案、改变加工方法等方面进行考虑，最简单高效的方法即为最佳的方法。滚齿时滚刀的切入方式有两种：轴向切入法和径向切入法，不同的切入方式有不同的应用场合。径向切入法具有切入行程短、效率高的优点，在普通滚齿机上无法发挥，在数控滚齿机却又容易被忽视。大量的实践证明，数控机床的使用效果，很大程度上取决于编程水平的高低，这直接影响到数控机床的使用和数控加工特点的发挥。在本例中，正是通过将滚齿加工程序中的滚刀切入方式改为径向切入方式，不仅解决了在不换夹具的情况下两种中间轴的滚齿问题，实现了夹具的通用化，而且提高了生产效率。

四. CF—702曲轴连杆颈车床,加工一般四拐曲轴(如图所示)