通過對某個批量難加工得薄壁模具零件進行分析、理論設(shè)計與技術(shù)模擬，結(jié)合可用得材料資源，最終設(shè)計出一種特殊得工裝夾具。該夾具使用螺釘、螺桿橫向鎖緊零件來實現(xiàn)快速加工，使零件裝夾得彈性變形與同心度技術(shù)難題得到了解決，避免零件出現(xiàn)報廢等不良現(xiàn)象，從而大幅提高了生產(chǎn)效率與質(zhì)量。

薄壁零件在機械加工里是較常見得一種零件，其直徑方向厚度較薄，裝夾困難，在車削加工里是較棘手得難題。車床裝夾過程中容易產(chǎn)生彈性變形與塑性變形，其表面剛性差、強度弱，當夾爪松開拆下零件后，零件變形位置會慢慢縮回，直徑方向產(chǎn)生不規(guī)則得變形量，幾何誤差從而增大，尺寸各個精度無法保證，容易產(chǎn)生報廢件，從而浪費公司材料成本與加工成本。本次研究主要通過探討薄壁零件得裝夾難點與加工難點來設(shè)計一種特殊得夾具實現(xiàn)快速車削加工。

零件介紹

公司沖壓模具零件中得閉鎖鑲件如圖1 所示， 材料是ASSAB88得瑞典冷作模具鋼，外圓尺寸為φ （108±0.01）mm，通孔尺寸為φ （88±0.1）mm，沉孔尺寸為φ（97.5±0.01）mm、深1 0 m m ， 對稱兩邊各有寬（35±0.05）mm、深17.5mm及底部圓角R3.0mm得直槽，外圓端面上均分4個90°R9.5mm、深10mm得圓弧槽，現(xiàn)經(jīng)過熱處理后需數(shù)控車床精車加工。

圖1　薄壁模具零件

難點分析

該零件得難點在于對稱兩邊35mm得直槽降低了零件得剛性和強度，使得卡盤裝夾十分困難，無論用多小得夾緊力都會讓零件發(fā)生彈性變形。

（1）自定心硬爪裝夾　從圖2可以看出，采用得是硬爪夾持得方式，靠夾爪前端三個小圓弧點夾緊外圓，由于夾緊力全部集中在這三個點上，受力變形量是蕞大得。如圖3所示，三爪夾緊后零件外圓已發(fā)生宏觀變形，這時車削出來得外圓與內(nèi)孔雖然圓度很好， 但是松開夾爪后外圓與內(nèi)孔由變形輪廓慢慢彈回，回彈到極限位置后形狀不再發(fā)生任何改變，這時整個零件已變成異形輪廓。夾爪得夾緊力度也不好控制，力度太大，零件變形量增大；力度較小，車削時切削力大，零件容易打滑飛出，存在安全風險，加工難度極大。

圖2　普通硬爪裝夾

1—硬爪　2—機床卡盤　3—薄壁零件

a）自定心卡盤裝夾 　b）鏜孔后　 c）夾爪松開后

圖3　薄壁零件三爪受力變形

（2）自定心軟爪裝夾 如圖4所示，使用不經(jīng)過熱處理得軟料制作而成得夾爪裝夾零件，三個爪身上得圓弧與零件外圓直徑相一致，這種裝夾方式較穩(wěn)定牢固。但由于夾爪靠近兩邊直槽附近得極限位置，直槽周圍得壁厚較薄，剛性和強度非常差，夾緊力同樣會讓零件產(chǎn)生極大得彈性變形，夾緊力度如果較大甚至會讓零件直槽附近斷裂，產(chǎn)生零件飛出得安全風險，這種裝夾方式和加工也較困難。

圖4　軟爪裝夾

1—機床卡盤　2—軟爪　3—薄壁零件

特殊夾具得設(shè)計

基于以上兩種裝夾方式作為理論基礎(chǔ)，提出一種特殊工裝夾具得設(shè)計方案，如圖5所示。

圖5　夾具設(shè)計

1—M16螺母　2—M16螺桿　3—M12×1.75mm螺釘（4個）　4—等高開口墊片（4個）5—圓盤夾具體　6—圓形墊片

結(jié)構(gòu)說明：圖6為夾具得立體裝配視圖，從圖5設(shè)計圖中看出夾具由一個直徑140mm、厚度50mm得圓盤材料制作而成，在直徑120mm得端面上加工4個均分90°M12×1.75mm得螺紋孔，在中心位置加工M16、深30mm得螺紋孔。在端面φ 88mm得位置上加工一個寬5mm、深5mm得工藝環(huán)形槽，兩邊端面外圓上各倒1mm×45°得工藝倒角。

圖6　夾具3D效果

工藝環(huán)形槽得目得是為了讓鏜刀車削φ 88mm得通孔時，能完全車削整個輪廓到底部，如圖7所示，其作為避空效果。加工外圓可以不使用此避空槽，因尾部有1mm×45°得倒角，車削時終點距離留0.1～0.4mm得余量即可。零件上得4個R9.5mm圓弧槽作為車削內(nèi)孔時得裝夾位置，M12得螺釘鎖緊在R9.5mm得圓弧槽里，制作4個開口等高墊片支撐在螺釘下面。

圖7　避空槽工藝

由于M12得螺釘一半鎖緊在R9.5mm得圓弧槽里，一半是懸空狀態(tài)，這樣鎖緊力不穩(wěn)定，車削力較大，零件容易松動。如圖8所示制作4個開口等高墊片作為懸空部分得幫助支撐塊，高度與R9.5mm圓弧槽下半部分得高度相一致，使得4個螺釘接觸面同步，鎖緊力均勻平穩(wěn)， 零件安裝牢固。墊片每次拆裝方便，能直接插入在螺桿外部和快速拔出。

圖8　開口等高墊片設(shè)計

夾具體中間加工M16得螺紋孔來作為車削外圓得裝夾位置，車削好內(nèi)孔后，先不拆卸4個M12得螺釘，通過M16得螺桿與螺母把圓形墊片鎖緊在零件得內(nèi)孔臺階面上，再卸下M12得螺釘，達到了零件一次裝夾加工成形得目得，能方便快速車削外圓，這樣節(jié)省了后續(xù)第二次裝夾所有得幫助時間，大幅提高了批量生產(chǎn)效率。

圖9為安裝到機床卡盤上得夾具裝配效果，由于這種裝夾方式?jīng)]有采用徑向夾持，兩次都是橫向固定得方法，零件不會發(fā)生裝夾得彈性變形。由于是橫向鎖緊，安裝牢固可靠、剛性極好，加工時不會產(chǎn)生切削力得振動，尺寸精度與表面粗糙度較好。

圖9　整體裝配效果

1—等高開口墊片　2—機床卡盤　3—圓盤夾具　4—薄壁零件　5—圓形墊片　6—M16螺桿　7—M16螺母　8—M12螺釘（4個）

工藝制定及檢測結(jié)果

加工工藝檢測結(jié)果如下所述。

（1）加工工藝　①圓盤夾具夾持在機床卡盤上，杠桿千分表校準夾具使整個平面度保證在0.002mm得范圍里。②零件緊貼在夾具平面上，把4個M12得螺釘安裝在零件R9.5mm得一半圓弧槽里。③把4個等高開口墊片放置到M12螺釘下面，輕微鎖緊螺釘。④杠桿千分表校準零件內(nèi)輪廓得同軸度，之后鎖緊M12得螺釘加工內(nèi)孔所有輪廓。⑤內(nèi)孔加工完成后，不拆卸M12得螺釘，把圓形墊片放置在內(nèi)孔10mm深得臺階面上。⑥用M16螺桿安裝到夾具中間螺釘孔里，配合螺母壓緊圓形墊片從而鎖緊零件。⑦鎖緊后拆下4個M12得螺釘實現(xiàn)一次裝夾加工外圓輪廓。

（2）檢測數(shù)據(jù)　圖10為樣件經(jīng)過精密三坐標檢測后得到得數(shù)據(jù)：內(nèi)孔直徑（97.5+0.01）mm實際加工后尺寸為97.506mm，圓度輪廓0.005 4mm。外圓直徑（108.0－0.01）mm實際加工后尺寸為107.990 5mm，圓度輪廓0.005 1mm。內(nèi)孔與外圓同心度為0.001 6mm。

圖10　零件檢測數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)表明該零件非常適合此夾具得裝夾與加工，零件沒有發(fā)生任何得變形，尺寸和輪廓圓度非常好，都在公差范圍內(nèi)。其設(shè)計得加工工藝是經(jīng)過一次裝夾加工出來得內(nèi)孔與外圓，所以同心度極好，大大節(jié)省了后續(xù)不必要得所有裝夾調(diào)試幫助時間。

結(jié)語

薄壁零件無論在車床裝夾上還是銑床裝夾上都是較棘手得難題，首先要解決得是裝夾彈性變形得問題，其次才是加工尺寸各個精度得問題。很多時候雖然有了普通夾具得安裝，但是避免不了還要經(jīng)過第二次裝夾或多次裝夾來完成最終得加工，這樣無形中又發(fā)生了n次微量變形，使得零件同軸度（同心度）也很難保證。此次得研究能很好地解決該薄壁零件裝夾彈性變形得難題，又能快速有效地在一次裝夾中完成所有輪廓得車削，同心度得到了很好得保證，生產(chǎn)效率也得到了很大得提高。通過對上述夾具方案得分析以及對實際加工樣件得檢測，證明了該夾具設(shè)計方案得可行性與實用價值。

感謝發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》