曲柄板回转式分度钻床夹具设计研究

高益峰　贾育红

摘 要：主要介绍了在立式钻床上加工曲柄板均匀分布圆柱形沉孔的钻床夹具。在这一过程中着重介绍了夹具的工作原理、零件的制作工艺以及夹具的工作过程。夹具重点解决了零件加工时快速、准确的分度定位，有效的提高了零件的加工精度和生产效率。

关键词：曲柄板回转式分度钻床；夹具设计；分度盘

前言

在具体的钻床加工活动中，往往会遇到再另加上加工均匀分布沉孔的情形，在这种情况下为了保证零件的加工精度，一般会采用钻床夹具来完成加工任务。

1.零件结构分析

通过分析可知零件曲柄盘为典型的盘类零件，是一种导偏传动机构，主要材料是45钢，其自身的结构比较简单加工面较为平整，对加工活动的干扰不大。本次设计的任务是：加工曲柄板上加工出均匀分布的5-Φ5.2mm和同轴线上的5-Φ11mm深3.5mm的沉孔。夹具应有分度盘装置，同时为了提高加工的效率还应该具备快速更换钻套功能，同时这一工件的中心有较大的通孔可以将分布盘做成轴形状，并用锁紧螺母夹紧，因此设计为专用夹具。

2.曲柄板回转式分度钻床结构设计

2.1确定定位方案和定位装置的设计

在加工过程中最重要的就是对工件及工件上沉孔位置的定位，本次加工活动坚持“基准重合”和“基准统一”的原则，选定其中已经加工完成的工件下端面为主要的定位基准，在具体的定位实践中使用3个支撑钉形成定位，限制Z、X、Y三个自由度，Φ30H8mm内孔表面作为次要定位基准。用分度盘限制X、Y两个自由度、活动V型块限制Z，通过对夹具的多重定位能够保证工件的相对位置正确，进而保证工件的加工精度。

2.2导向方案

因为加工工件中有5-Φ5.2mm和5-Φ11mm两个直径不同的孔径，所以为了保证加工的效率，应该为加工系统设置不同孔径的钻套，这些钻套都应该选用快速钻套，同时在加工系统中设置快速更换机制，在更换钻套的时候，将钻套的缺口转至螺钉处，就可以取出钻套。这一设置可以实现在对一个工件的加工过程中，系统能够快速的更换钻套，保证对Φ5.2mm和5-Φ11mm两个不同直径沉孔的连续、快速钻孔作业，极大的提升了加工的效率[1]。

2.3确定夹紧方式

由于工件加工的沉孔是Φ5.2mm和5-Φ11mm的小孔径沉孔，所以在钻削的过程中，工件与钻头的接触面积较小，与钻头之间形成的切削扭矩较小，工件本身受到的轴向力较小，而工件自身的质量较大。所以对夹紧体的夹紧力需求并不强烈，因此对夹紧方式的限制较小。考虑到操作的方便和加工效率的提升。利用工件上已经加工好的上端面作为夹紧面，用夹紧螺母2和开口垫圈3将工件紧紧的加固在分度套1上[2]。

2.4分度方案

由于工件上5个加工沉孔的分布较为均匀，在180o的半圆上均匀分布，所以在加工过程中沉孔位置定位较为容易，相应的对称点也较为易找。所以分度装置的设定并没有太多的特殊要求，基本上设置为一般精度的分度装置就可以达到设计目标。具体而言如图1所示将分度盘与通过工件中心的定位心轴连为一体。这样工件就可以在分度套上来回旋转，相应的对工件上对称分布的五个沉孔的加工就变得极为便捷，工件的固定回转机制由系对定销对定，锁紧螺母锁紧，锁紧的结构较为简单，既保证了工件夹紧的稳定性同时也简化了操作人员操作过程中的动作，实现质量和效率的完美统一

2.5夹具体

夹具体是工件固定和整个加工系统相对精度的保证，所以一定要高度重视夹具体的设置，在这一工件的加工活动中，因为加工的工件较为规整，相应的上端面和下端面都较为平整，所以夹具体能够选择较为规整的形状，夹具体的材料要求也较低，本次加工活动中采用铸造夹具体，夹具体的上端面应该保证水平。下端面的加工应该根据分度盘的模型设置凹槽，因为在加工系统内部分度盘的锁紧装置是设置在夹具体的下方的，所以夹具体的下方一定要预留出供分度盘锁紧的空间，至于具体的大小和形状应该根据夹具体的锁紧装置大小和形状而定[3]。

3.定位误差和夹紧力分析

3.1定位误差分析

在加工系统运行过程中系统的定位误差是影响加工精度的主要因素，在这一系统中定位误差=基准不重合误差+基准位移误差。

在这一系统中由于轴套孔的工序基准和定位基准均是螺杆的轴线，所以系统中的基准线是重合的，不存在基准不重合误差。夹具中定位基准面是Φ30f7mm外圆柱面，并定位的是曲柄板Φ30H8mm内孔面，这种定位方式属于间隙配合，所以其中存在基准位移误差，基准位移误差的数值为[0.033-（-0.041）]-[0-（-0.02）]=0.027mm

所以系统的整体误差为0+0.027=0.027mm

本次加工的工件尺寸为80mm公差按照自由公差计算，取IT12级，查表可得IT=0.25mm，系统的误差明显小于IT值，可以断定此方案是可行的。

3.2夹紧力分析

夹具夹紧力是保证加工过程中工件定位稳定、夹具可行的关键因素。在加工系统运行过程中夹紧力不能设置的过小，因为工件在加工过程中会受到来自钻头的切削力影响，如果夹紧力过小工件就会发生位移，从而导致工件定位的破坏和加工活动的失败。同时夹紧力也不能过大，因为过大的夹紧力会导致工件本身发生轻微形变，增大结构尺寸。本次加工活动是钻孔加工，因为沉孔的直径较小，所以需要的夹紧力也较小，综合考虑了加工系统和工件的实际情况，决定选择M10型夹紧螺母，经过实践检验这一夹紧方式是行之有效的[4]。

4.结论

因为本次夹具使用了弹簧销分度装置，所以系统结构较为简单，分度较为精确、使用较为方便，在系统装配时要注意导向元件和定心夹紧机构的调试。本文从零件结构分析、曲柄板回转式分度钻床结构设计、定位误差和夹紧力分析三个方面对这一设计问题进行了简要的分析，以期为曲柄板回转式分度钻床夹具设计水平的提升提供支持和借鉴。

参考文献：

[1]于宁.盘盖类回转式钻床夹具虚拟装配的研究与开发[D].华北电力大学，2012.

[2]梁宇红.基于Virtools的钻夹具虚拟装配的研究与开发[D].华北电力大学，2011.

[3]方坤礼.基于Pro/e的机床夹具虚拟设计技术研究[D].浙江工业大学，2007.

[4]郜勇.面向CAPP/CAFD集成的智能化夹具设计方法研究[D].山东大学，2005.