基于分度插销的套筒均分槽夹具设计

王道林，黄杰

(南京工业职业技术学院机械工程学院，江苏南京210046)

随着科学技术的发展，套筒类零件的需求日益增加，而目前形状相似、尺寸不同的套筒工件装夹通常采用不同的铣床夹具，增加了夹具的设计制造成本和生产准备周期［1］。尤其套筒零件端面均分槽的加工，采用手工调整，夹具操作费时费事，劳动强度大，生产效率低，零件加工质量差。

如图1所示套筒零件。零件选用40 钢，生产纲领20 000 件，但零件尺寸大小有所不同。其外圆、端面以及内孔均可采用三爪卡盘装夹车削加工，根据工艺路线，其端面均分槽应铣削加工，因此，必须设计铣床专用夹具。

图1 套筒零件

为克服专用夹具只能为某一零件的加工所专用，以及设计制造周期长、劳动量大等技术问题，应用成组夹具原理，并采用分度插销设计的铣床夹具，既能满足加工精度，又有一定的柔性［2］。生产中大大提高了经济效益，提高了企业产品市场竞争力。

1 零件分析

如图1，套筒零件形状简单，但尺寸有所不同。零件高度尺寸为88 ～50 mm，内孔尺寸为φ14 ～φ10 mm，小外圆尺寸为φ18 ～φ14 mm，大外圆尺寸均为φ38 mm，槽深均为8 mm，槽宽均为5 mm。现工件端面、外圆和内孔均已加工完成。该工序的加工要求为:槽均布于零件端面上;槽深8 mm;槽宽5 mm;槽相对于内孔轴心线对称度为0.15 mm。

2 铣削均分槽夹具的结构设计

根据零件加工的技术要求，选用工件内孔、工艺孔和底面作为定位基准，满足基准统一原则。内孔采用定位元件圆柱销，并以该圆柱销作为调换件。一方面易保证槽相对于内孔轴心线对称度的技术要求，因其可使定位基准与设计基准重合，满足基准重合原则，无基准不重合误差［3］;另一方面当工件内孔直径尺寸变化时，通过更换定位元件圆柱销的方法，保证定位精度［4］。工件工艺孔采用菱形销，工件底面采用定位盘。槽宽要求由刀具保证，槽深要求由定位盘保证，槽的均布要求由分度插销保证。工件采用螺旋压板夹紧机构台阶面夹紧，以克服径向夹紧产生的夹紧变形。

均分槽铣床夹具结构如图2所示。该分度铣床夹具包括夹具体、连接盘、定位盘、支承钉、锁紧螺栓、锁紧套、锁紧螺母、锁紧手柄和分度插销;铣床夹具夹具体固定在铣床工作台上;锁紧螺栓的下端穿过连接盘和夹具体的中部后通过锁紧套与锁紧螺母连接;锁紧手柄设置在锁紧螺母上;定位盘安装在连接盘上;在定位盘两侧对称设置有压板;在压板中部设有双头螺栓，该双头螺栓的下端穿过压板的中部长槽后与定位盘连接，在双头螺栓的上端设有压紧螺母;支承钉的上端支撑在压板的外端，支承钉的下端通过调节螺母安装在定位盘上;在双头螺栓上套装有压簧，且压簧位于压板与定位盘之间;在定位盘上设有与工件相适配的圆柱销和菱形销;分度插销穿过定位盘和连接盘后与夹具体连接。对刀块采用螺纹连接在夹具体上，可方便对刀，从而满足刀具相对于零件的位置要求，保证零件的加工质量。

图2 均分槽铣床夹具总装图

该夹具的工作原理是:加工前，首先根据所需加工的套筒工件内孔的径向基本尺寸设计加工圆柱销(工件内孔的径向基本尺寸发生变化时，需更换圆柱销)，根据工件工艺孔的尺寸设计加工菱形销;然后以工件的端面、内孔和工艺孔在定位盘、圆柱销和菱形销上完成定位。将左侧压板和右侧压板调整到合适位置，分别拧紧左侧螺母和右侧螺母，使左侧压板和右侧压板向下压紧工件，操作锁紧手柄，使连接盘连同定位盘压紧在夹具体上。当工件完成一对槽的加工后，操作锁紧手柄旋松锁紧螺母，拔出分度插销，转动连接盘使工件转到下一个直槽的加工位置后，插入分度插销，操作锁紧手柄旋紧锁紧螺母，实现工件分度加工。待完成所有均分槽的加工后，旋松压紧螺母，通过双头螺杆上的压簧使工件松开，在支承钉上沿导向槽移动压板，即可实现工件的自由装卸。当工件压紧面的轴向尺寸发生改变时，需先行调整支承钉的伸出尺寸，并适当调整调节螺母使压板基本处于水平位置即可。

3 夹具可行性分析

此工序技术要求:槽深尺寸8 mm，因是未注公差尺寸，且夹具上设有对刀块，故此要求易于保证;槽宽5 mm 由刀具保证，与定位无关;槽的均分由分度机构保证。因此，该工序的主要加工要求是保证端面直槽的对称度0.15 mm，此要求主要受定位误差、夹具安装误差和加工方法误差的影响。

定位误差包含基准不重合误差和基准位移误差。此例中，因定位基准与工序基准重合，则基准不重合误差为0;因工件以圆孔定位，选用φ12g6 圆柱销，基准位移误差为Dmax－dmin=12.018－11.983 =0.035 mm，故其定位误差为0.035 mm。

在此例中，夹具体连同定位元件通过夹具体耳座位置的T 型螺钉安装在铣床工作台上，通过夹具体底座下面设置的两个定向键，确定夹具相对于铣床的位置。铣床夹具安装在铣床工作台上的平行度误差对此工序加工槽的对称度无影响，故而夹具的安装误差为0。

根据生产经验并参照经济加工精度确定加工方法误差为0.10 mm。

综合上述误差，按概率法合成得到工件在该夹具上加工的误差为:

由此可见，工件在该铣床夹具上装夹加工的误差小于零件给定的对称度公差值0.15 mm，精度储备为0.15－0.106 =0.044 mm，故该夹具能保证零件的加工精度，并有一定的精度储备［5］。

4 结束语

使用该均分槽铣床夹具，以圆柱销作为调换件，即能实现形状相似、尺寸不同的套筒零件铣削加工，缩短了生产准备周期。采用插销分度机构实现槽的均分，降低了工人的劳动强度，大大提高了生产效率。

［1］刘守勇.机械制造工艺与机床夹具［M］.2 版.北京:机械工业出版社，2011:171－195.

［2］张志明.成组夹具的设计与应用［M］.北京:国防工业出版社，1991:76－80.

［3］李树清.双工位铣双槽铣削夹具设计［J］.模具制造，2010(1):56－60.

［4］汪久根，章维明，朱聘和.产品设计的相似性模型［J］.机床与液压，2006(1):9－10.

［5］王道林.套筒端面直槽铣床夹具设计［J］.机床与液压，2013，41(8):26－27.