浅析壳体零件的夹具设计特点及粗精基准选择

王文秀 谭喜春

（1.哈尔滨哈影电影机械有限公司 黑龙江 哈尔滨 150001；2.哈尔滨鑫中鼎金属制造有限公司 黑龙江 哈尔滨 150001）

壳体零件是机器的基础件之一,主要功用是保持各轴.套及齿轮等零件在空间的位置关系,使其能够协调地运动,并起到支承各零件的作用。它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。

壳体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的主要特点：形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。因此，一般中型机床制造厂用于壳体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的15%～20%。本文就壳体零件的夹具设计特点及粗精基准选择作用做以介绍。

1 壳体零件的夹具设计特点

夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

1.1 高精度

随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达±5μm，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。TIPTOP公司制造的4m长.2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为±0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5μm以内；夹具重复安装的定位精度高达±5μm；机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。

1.2 高效率

为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用1～2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。由于缩短了夹具在机床上安装与调整的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟就能在线切割机床上，完成零件的安装及找正。

1.3 模块化、组合化

夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。

1.4 通用性、经济性

夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。TIPTOP三维柔性焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。

壳体零件的夹具主要应用铣床夹具和钻床夹具。

铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、花键及各种成型面，是最常用的夹具之一。主要由定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件、对刀元件组成。铣削加工时，切削力较大，又是断续切削，振动较大，因此铣床夹具的夹紧力要求较大，夹具刚度、强度要求都比较高。

按铣削时的进给方式，可将铣床夹具分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种。

（1）直线进给式：这类夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台按直线进给方式运动。

（2）圆周进给式：多用在有回转工作台或回转鼓轮的铣床上依靠回转台或鼓轮的旋转将工件顺序送入铣床的加工区域。

（3）靠模进给式：用于专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。靠模的作用是使工件获得辅助运动。

在一般钻床上对工件进行孔加工，多具有下述特点：

（1）刀具本身的刚性较差，钻床上所加工的孔多为中小尺寸的孔，其工序内容不外乎钻、扩、铰、锪或攻螺纹等加工，所以，刀具直径往往较小，而轴向尺寸较大，刀具的刚性均较差。

（2）多刀刃的不对称，易造成孔的形位误差，钻、扩、铰等孔加工刀具，多为多刃刀具，当刀刃分布不对称，或刀刃长度不相等，会造成被加工孔的制造误差，尤其是采用普通麻花钻钻孔，手工刃磨钻头所造成的两侧刀刃的不对称，极易造成被加工孔的孔位偏移、孔径增大及孔轴线的弯曲和歪斜，严重影响孔的形状、位置精度。

（3）普通麻花钻头起钻时，孔位精度极差，普通麻花钻轴向尺寸大，结构刚性差，加上钻芯结构所形成的横刃，破坏定心，使钻尖运动不稳，往往在起钴过程中造成较大的孔位误差。

所以钻床夹具必须有以下特点：单件、小批量生产中单件、小批量生产中，确保定心能降低操作者人工校正劳动强度；在大批量高效生产中，确保夹具对刀具的严格引导。

2 壳体零件的粗精基准选择

壳体零件多属于大批量生产，对于毛坯制造宜采用金属模机器造型。模锻、压力铸造等。由于金属模机器造型的特点是铸件内部组织致密，机械性能较高，单位面积的产量高，所以比较适用于泵体、泵盖、壳体、减速箱体、汽缸头等中、小型铸件。

壳体零件常选用铸铝材料，因为铝的密度小，塑形高，具有优良的电性能和热性能，表面有致密的氧化膜保护，抗腐蚀性能好。铸铝是在纯铝的基础上加入其它金属或非金属元素，不仅能保持纯铝的基本性能，而且由于和进化及热处理的作用，是铝合金具有良好的综合性能。铝合金在工业上占有重要的地位，大量用于军事，工业，农业和交通运输等领域，也广泛用作建筑结构材料，家庭生活用具和体育用品等。

选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准。粗基准的选择对保证加工余量的均匀分配和加工面与非加工面（作为粗基准的非加工面）的位置关系具有重要影响。

粗基准的选择原则是：（1）非加工表面原则；（2）加工余量最小原则；（3）重要表面原则；（4）不重复使用原则；（5）便于装夹原则。

根据壳体零件的毛坯特点，多选择零件左端面作为粗基准。这样便于加工左右两端面，便于保证其尺寸。

选择精基准时应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。

精基准的选择原则是：（1）基准重合原则；（2）基准统一原则；（3）自为基准原则；（4）互为基准原则；（5）便于装夹原则。

根据以上选择的原则，壳体零件多以底面定位，选择待加工孔的轴心线为精基准，完成零件的加工。