一种自动定心夹具的应用

金礼敬

（常州机电职业技术学院模具技术系，江苏常州213164）

最近一段时间，笔者在为企业作技术服务时，碰到某汽车设备上有两种属同一类型的零件，其结构如图1所示。从图中可知，要在2个不同的截面上，铣出一宽为8mm的槽，该槽要求对称度允差0.01mm，而且这2种零件加起来的生产批量较大。

以前，这样的零件在二侧面铣削后，在自动专用铣床上加工槽，由于宽度尺寸误差较大，如果工件采用单面定位，钳口单侧移动夹紧，根本达不到图纸要求。为保证对称度要求，开始在修订加工工艺时，在宽度尺寸28 mm上给出了工艺要求为8级，但这样的结果是大大提高了加工成本，而且合格率也只有80％，似乎8级精度要求还太低，还要进一步提高，但这在成本控制是不允许的。为此，笔者研制了一套自动定心夹具，在现有机床的基础上，保证工件上槽的对称度公差要求，这对于提高产品合格率和经济效益，具有十分重要的意义。

图1 工件图

1 自动定心夹具工作原理

图2 原夹具加工示意图

依据图2，经分析可知，零件对称度误差超差的主要原因是由于宽度误差大，且采用单面定位、钳口单侧移动夹紧，调整法加工而产生的，而工件宽度（基准）误差是不可能避免的，自动定心夹具就是要克服基准定位误差，保证零件的对称度要求。

根据零件的具体结构和加工要求，如果采用双向定心夹紧装置，就能消除宽度误差，保证零件的对称度公差要求。但由于该种工件尺寸小、加工精度较高，同时受机床结构和空间及动力源限制，如用一般的定心夹紧机构，运动副之间的间隙，会较大影响加工后的位置精度，很难满足上述条件及加工要求。

图3为铣槽双向自动定心夹具动作原理图。

图3 双向自动定心夹具示意图

加工时，机床上的夹紧凸轮作用在夹紧钳口5上的力F，使钳口5沿燕尾导轨向右移动，通过拨杆7，使齿轮8转动。齿轮啮合的传动力，使夹紧钳口5'向左移动，完成工件的夹紧动作。

加工结束时，随着凸轮的旋转，其上下降曲线解除作用在5上的力F，弹簧4的拉力使钳口5'向右移动，拨杆与齿轮反向动作，使钳口5向左移动，完成工件的松开。

2 误差分析计算

在该夹具的设计中，由于合理地分配夹紧力F和弹簧拉力，采用齿轮连动机构，消除了各种运动件间隙的影响和反向空行程，使两夹紧钳口移动同步，距离一致。该夹具的设计，使工件的设计基准与定位基准重合，故基准不重合误差为零。独到的结构设计，消除了齿轮啮合间隙、拨杆与销子7配合间隙对定位误差的影响，因此能造成基准移位误差的因素，只有两拨杆的不等臂误差ΔL。由于两拨杆7及7'的长度不等，造成了夹紧钳口5及5'在齿轮转角相同情况下，所移动的距离不等，从而影响到零件槽口对称度。

图4中，设拨杆设计长度为L（齿轮回转中心到销子中心距离），两杆的不等臂误差为ΔL（齿轮中心连线至两销中心连线的中心距公差，）夹紧钳口单侧移动距离为X，由不等臂误差造成的钳口移动位移差为ΔX，当钳口移动X时齿轮摆角为α，于是，依图4有

设计中，L取50 mm，，单侧钳口移动距离X=0.5 mm，中心距误差ΔL取0.4 mm，将各值代入式（1）。得：

ΔX=0.5×0.4/50=0.004 mm

对零件对称度影响只有ΔX的1/2，因此，由不等臂误差造成的工件针槽对称度误差δ为

δ=ΔX/2=0.002 mm

由此可见，在该夹具的设计中，由不等臂误差引起的针槽对称度误差很小。所以，该夹具可以足够保证槽口对称度公差要求。

图4 定位误差分析计算简图

3 结束语

该自动定心铣槽夹具经检测得知，不仅符合计算分析结果和使用要求，还具有以下特点：

（1）结构简单，对夹具加工精度要求不是很高，动作灵活可靠；

（2）利用机床现有动力源，对机床主体结构无影响，缩短了制造周期，节约了成本；

（3）夹具的动作节拍可与现有机床完全重合；

（4）独到的消除间隙结构设计，为自动定心夹具设计提供了新方法，并且在工厂的产品设计中也得到广泛应用。