车床夹具设计及误差分析探讨

代丽华

（山东烟台职业学院,山东烟台264607）

车床夹具设计及误差分析探讨

代丽华

（山东烟台职业学院,山东烟台264607）

随着现代化工业的发展，人们对于机械加工的精度要求越来越高，作为机械加工的一类，车床夹具对于车床精度也有着重要影响。因此，注重车床夹具设计，做好其误差分析，才能找准关键环节，满足车床加工的实际需要。

车床；夹具；设计；误差

车床夹具主要是为了固定车床上的加工对象，确保其能够占据正确加工位置的一种设备。其作用主要是用于定位工件，这样才能够获取正确的车床以及刀具的位置，并且可靠地夹紧工件。所以，在机械加工中，车床夹具是核心的组成部分，直接关系到零件的加工精度。

一、车床夹具的主要类型

1.车床主轴上的夹具

在车床主轴上安装夹具除开花盘、三爪卡盘、四爪卡盘、前后顶针等通用的夹具之外（一般来说，这一部分夹具都是作为机床的标准化附件，如果需要，只需要购买即可，不必重新设计），车床还需要使用专用夹具。具体如下：

（1）花盘式

如果在通用的花盘上完成这一道工序的安装，是无法满足工件实际的加工精度要求的，因此，只有针对性地设计，才能满足需求。图1为一种花盘角铁式车床夹具，用以镗车瓦座工件的内孔、油槽及端面等。由于工件具有较稳固的安装平面，故车床夹具采用带90°角铁的花盘来装夹工件。

图1 花盘角铁式车床夹具

（2）角铁式夹具

如图2所示，工件通过一面两孔作为定位的基准，然后在夹具倾斜的定位支撑板以及一个菱形销和圆柱销上进行定位，通过钩形压板，做好夹紧处理。需要加工的表面为端面和孔，为了满足加工端面尺寸以及被加工孔与定位基准面的角度，在靠近加工面处，需要做好测量基准面以及工艺孔的设计。

图2 角铁式夹具

2.在车床拖板上安装夹具

如果设备有限，与箱体形状相类似的零件，因为其尺寸限制，想要设计安装在车床主轴上存在诸多不便，可以拆除拖板上的刀架，然后在拖板上安装工件和夹具。在加工时，主运动依靠车床主轴上的刀具来完成，工件只进行进给运动，这样就能将车床实际的应用范围扩大。

二、车床夹具定位误差

所加工的零件的允差δk与加工误差△j以及在工艺系统当中其余因素所引起的加工误差△g应该遵循：

上式当中与夹具有关的加工误差△j组成为：

其中，△dw表示定位误差；△jj表示夹紧误差；△di表示引导误差；△az表示机床安装误差；△jm表示磨损误差。

在V形定位块中进行定位时的定位误差，我们可以根据具体的情况来分析。如下图3所示，在V形定位块中，轴类零件以外圆柱面进行其上部平面的定位加工。在轴类零件中，在V形块中定位外圆H面时，V形块具备定中的作用，也就是工件存在直径加工误差，但是在定位轴心之后，工件可以保持在V形块的中心对称面之上，这样就满足了定位之后X方向的“0”定位误差。但是对于垂直Z向，在进行零件加工时，其直径大小存在基准不重合误差以及定位副制造不准误差。当然，两相误差也不一定就同时存在。

图3 V形块上轴件以外圆定位其加工平面

通过相关的分析后发现，定位误差主要是因为基准不重合以及定位副制造不准误差所引起的。其中，具体的定位误差：第一，因为基准的不重合而产生误差。在零件图上，对于某一尺寸与位置的确定基准就称之为设计基准。在车床工件加工中，需要对夹具定位进行合理的选择，这称之为定位基准。但是如果所选择的夹具定位与设计基准不相符，就可能出现误差，影响到工件的加工质量。第二，因为定位的副制造不准确而产生误差。在使用夹具定位元件时，无法做到百分之百的准确定位，其实际的尺寸是允许在规定的范围内出现变动的。由夹具定位元件和工件定位面共同组成定位副，但是因为定位副之间出现了间隙，或者是因为定位副制造出现偏差，就可能导致工件位置出现较大的变动，影响到工件的加工质量。

三、车床专用夹具

1.车床专用夹具的设计要求

第一，任何车床夹具都应该满足工件加工质量这一要求，合理地选择夹具方案，采取针对性的设计，做好道具的引导，就能够避免工件质量受到影响。如果加工需要，还应该做好误差分析。第二，将劳动强度降低，才能满足使用安全要求，方便操作。利用油压或者是气动等方式，就能实现工人劳动强度降低的目标，并且也可以提高夹具夹紧力的掌控度。另外，在设计夹具时，还应该考虑到安全系数与作业习惯，所以，安全保护装置不可少。第三，满足生产纲领要求，才能降低成本，提高生产效率。如果工件需批量生产，就应该在满足功能要求的前提下，让夹具设计尽量满足批量生产，做到安装与拆卸的方便，将辅助时间减少。同时，本身设计尽可能贴近简单、方便，如此也有利于夹具制造成本的控制。第四，确保良好的工艺结构。在夹具设计时，应该考虑到其安装、装配、制造和维修的整体结构。第五，有利于清理。在进行工件的批量生产时，难免会有切屑存在于夹具之中，这样会对夹具的定位产生影响。同时，因为夹具产生的热量会导致工件变形，所以如果存在严重堆积切屑的情况，还可能对刀具产生损坏，造成工伤。

2.专用夹具设计分析

专用夹具设计实例：在铰、钻定位销孔的夹具设计，主要是用于大头端面定位销孔的加工，在船舶曲轴以及车床曲轴中，定位销孔的作用不可忽视。就好比套圈下蛋，只有确保其符合标准设计，才能确保后续加工的位置差和精度。就定位销孔而言，对形位公差与精度的要求偏高，就如曲轴的咽喉。因此，其保证必须依靠良好的工装来支持。为了节约实际的成本开支，钻床最好是能选择ZC40型号，钻夹头可以选择钻石牌的高精度夹头；考虑到工装的耐磨性和互换性以及整体的稳定性，需合理选择装夹力；观察工装夹具零部件热处理、加工工艺是否切实可行；观察铰刀的跳动与锥度以及钻夹头的跳动；观察装配校基准、工装夹具装配基准的精度。

3.车床夹具加装的计算

在整个工序之中，切削力和夹紧力是最主要的参数，在车床夹具的定位销孔的钻、铰削时，应以钻削和铰削作为切削力的基准，然后根据《切削用量简明手册》，就可以得到下述的表达：

其中do=3mm，f=0.1mm/r。根据《切削用量简明手册》

在定位销孔加工时，按照夹具加装工序，工件主轴颈1.5可以放在两个V形块上，并且主轴颈的三个端面均由支撑块，另外有一个固定的定位点处于连杆轴颈。那么F=Ff=677.8N

4.确定定位元件

第一，车床的曲轴需要进行大批量的生产，使用手动夹紧的夹具，不仅其本身的结构简单，其在生产中的应用也非常广泛。此外，手动夹紧操作方式的运用，可以确保原始夹紧力本身可持续的作用下去，并且其夹紧可靠，方便实用。曲轴作为轴类零件，在定位该工序的夹具元件时，还应采取两个V形块，其中的一个支撑板用于定位曲轴轴向的方向，可以结合一个靠山作为角度方向的定位。第二，V形之上尽量采用抗磨块，主要因为零件本身属于线接触，很容易让一处被磨损，因此，可以利用热处理之后拥有较高硬度的材料。通过实践研究证明，T10A的材料是最容易出现磨损的，为了满足节约成本的目的，可以根据白钢耐磨与低成本的特点，使用白钢镶嵌的方式。第三，曲轴角度靠山。由于曲轴定位销孔本身只允许±0.05mm的角度差，要求较高，所以，在实际操作中可以选择与V形线相互接触的方式，尽量选择抗磨块，如此操作就能够保证精度尺寸的前提下，满足耐磨与操作方便。第四，支承板。对于曲轴定位销孔，其两个方向垂直度应满足10:100mm的要求。所以，这对支承板的要求较高，需要做好经常磨损部位的热处理工作，并且与轴颈R像不能出现相互的干涉，确保在装夹过程中不会有地处点的存在。第五，夹具体的支承座。对于这一部分，主要是选择HT200材料，在通过失效处理后，HT200材料拥有良好的稳定性，并且不容易出现变形，具备加工操作方便、利用价值高的多项优点。在设计中，支承座的背部与底部应做好相应的工序处理，以避免因为加工平面过大，导致平面度无法达标的情况出现。第六，设计钻套与铰套。这一部分工序需要通过多次加工才能满足图纸设计尺寸，所以，最好采取活动钻套和铰套。

四、结语

通过本文对车床专用夹具设计，再配合上具体的思路与方法，对设计与误差进行了有关的说明。在进行机械零件加工时，夹具不仅需要满足零件加工质量的要求，而是还可以提高实际的生产效率，降低整体的劳动强度，同时夹具的设计还应该尽量考虑到结构的简单及操作的方便灵活。在日常的生产中，我们要多多总结，不断积累经验，对存在的问题进行思考，这样才能够设计出更好、更优质的夹具。

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1673-0046（2015）3-0189-03