数控车床调心夹具的设计

张丽君，刘 莹

（中航工业哈尔滨轴承有限公司 研发中心，黑龙江 哈尔滨150036）

1 前言

我公司近两年购进数控车床，数控车床自动化程度高，加工精度高，具有稳定的加工质量，可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件，生产效率是普通车床的3～5倍。数控车床使用三爪夹具车削轴承套圈，这种夹具夹紧变形大，有时椭圆、棱圆达不到车工艺要求，为此设计了能够自动调心的夹具应用在数控车床上，设计φ80～120调心夹具、φ120～160调心夹具。使用调心夹具进行车加工，满足车工艺技术要求。调心夹具夹紧变形小，棱圆、椭圆达到车工艺要求，提高车加工造型质量，提高产品车加工尺寸、几何精度，保证产品质量，提高生产效率。

2 数控机床三爪夹具工作原理

数控车床使用三爪夹具车削轴承套圈（见图1），是由一个夹盘体1、三个T型块2、三个夹爪块3、紧固螺钉4组成，简称为三爪夹具。

图1 三爪夹具

工作原理：将T型块安装在夹盘体T型槽内，三爪夹块齿与夹盘体齿咬合通过紧固螺钉将其连接起来，根据工件外径的大小将三个夹爪块的位置定好，通过液压和气动装置，驱动夹盘实现夹紧工件和松开工件。在车削轴承套圈过程中，三爪夹具夹紧可靠，夹紧力较大，由于轴承套圈壁厚比较薄，夹紧易产生弹性变形（见图2），三点夹紧轴承套圈外圆车削内圆。

图2 套圈弹性变形

卸掉夹紧后，轴承套圈内圆产生弹性变形，因此棱圆度、椭圆度达不到车工艺要求，对以后各工序的加工造成不同程度的复映误差，影响加工精度，有的误差无法消除，造成人力、物力和工时浪费及经济损失。

3 数控机床调心夹具的设计

为保证产品质量，更好地发挥数控车床高精度车削的优势，经过深入探讨和研究设计了φ80～120调心夹具、φ120～160调心夹具（见图3）。

图3 调心夹具

是由T型块1、夹爪体2、螺栓3、外夹爪4、顶销5、调心螺栓6、螺栓7、夹爪块8、定位9构成，使用时三套组成一对装在夹盘的T型槽上。每一个夹爪体有两个夹爪块与工件接触，三个夹爪体共六个接触点，均布在套圈外径的圆周上，当夹爪上的两点受力不均时，夹爪体通过调心螺栓和两个顶销来回转动，使两个接触点的作用力趋于平衡，起到自动调心作用，称为调心夹具。因此，使用这种调心夹具夹紧工件时，利用可调心结构，六点夹紧工件，套圈圆周上所受的夹紧力较均衡，套圈变形小, 套圈几何精度好，这是它的最大优点。另外，夹具磨损后，不需要整体更换，只需更换六个夹爪块，夹爪块用料小，加工容易，降低成本。夹爪块与套圈接触面积稳定，可达最大，减少套圈表面凹凸不平对中心定位精度的影响，因而套圈中心定位精度较高。

4 调心夹具与三爪夹具的比较

在生产分厂对数控车床调心夹具进行第一次试验，切削工件BT82.02为例，工件壁厚7.9mm，切削内径φ81.2±0.07，机床转速n=300r/min，切削速度v=76.4m/min，进给量f=0.2mm/r。在夹紧力和切削参数不变的情况下：

使用三爪夹具：平均椭圆0.0232mm，平均棱圆0.0784mm，平均壁厚0.636mm。

使用调心夹具：平均椭圆0.02mm，平均棱圆0.02mm，平均壁厚0.305mm。

通过试验，数据表明调心夹具比三爪夹具加工工件的棱圆、壁厚精度提高一倍。

第二次试验，切削工件为薄壁隔圈（如图4），切削内径。

图4 薄壁套圈

机床转速n=400r/min，切削速度v=139.1m/min，进给量f=0.15mm/r。

（1）压力59N/cm2，使用三爪夹具：平均椭圆0.11mm，平均棱圆1.03mm，

使用调心夹具：平均椭圆0.053mm，平均棱圆0.44mm。

（2）压力39N/cm2，使用三爪夹具：平均椭圆0.075mm，平均棱圆0.44mm，

使用调心夹具：平均椭圆0.025mm，平均棱圆0.27mm。

通过试验，数据表明调心夹具比三爪夹具加工工件的椭圆、棱圆精度提高近一倍，有效提高轴承套圈车加工质量，为磨加工打好基础。

调心夹具更换件加工容易、经济、实用且换件时更方便、快捷，使用效果好。

5 结论

通过以上的比较，调心夹具结构比较合理，更换件节约原材料，经生产验证，提高产品精度一倍。提高了产品质量，使用效果好。今后继续扩大调心夹具的使用范围，及时改进，充分利用好数控车床高精度、高效率车削的优势，为企业多做贡献。