薄壁铝合金机壳内孔加工用固定装置的设计研究

董秋炯　李均均　陈周军

摘 要：薄壁铝合金零件因具有重量轻、结构紧凑、材料节省的特点，已被广泛应用在各工业部门，但由于其刚性差、强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，零件的加工质量不易保证，薄壁铝合金零件的加工也成为传统机械加工中比较棘手的问题。该文针对薄壁铝合金零件传统加工方式的不足，设计一种薄壁铝合金机壳内孔加工用的固定装置，能有效克服加工时工件因夹持易变性的难点，并保证加工精度。

关键词：薄壁零件 机壳内孔 固定装置

中图分类号：TG751 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（a）0089-01

目前，许多薄壁回转体铝合金零件在普通数控车床上加工时，通常采用三爪卡盘或液压三爪卡盘三点向心120°分布夹紧方式。这种加工方式应用于薄壁铝合金零件生产时存在一个难点：由于加工零件壁厚很薄，夹紧时易于变形，加工后放松卡爪，零件回弹就成了棱圆形，导致零件报废。虽然可通过计算适当地增加一点外径，以提高零件抗变形的能力，使变形减小到允许的程度。但是，这种加工方式仍不大受欢迎，一方面是因为每种薄壁铝合金零件的技术参数要求不一，计算使技术人员工作量较大。另一方面，对于三爪卡盘，操作人员在短时间内难以准确掌握卡爪夹紧力与零件变形的关系，实际应用效果不理想。假如采取在三爪上增焊材料的方式，当零件加工完从车床取下之后测量，发现尺寸、真圆度误差较大，难以满足薄壁零件的技术要求；对于液压三爪卡盘，在不断调低油压的情况下，经常出现工件掉落或者撞刀，导致生产效率较低。

因此，该文针对现阶段三爪卡盘夹紧加工薄壁铝合金工件存在的弊端与技术不足，对卡盘上的三爪夹紧工件的方式进行了创新，设计了一种薄壁铝合金机壳内孔加工用的固定装置。

1 总体方案

薄壁铝合金加工的难点归根到底是由于工件厚度太薄，铝合金材质工件的受力点无法承受卡盘上的三爪直接夹紧时的作用力，为克服现有技术的不足，设计技术方案如下。

当薄壁铝合金机壳内孔加工工件时，将三爪夹紧工件的方式由直接设计为间接，通过一固定装置实现，即该装置一端与机床卡盘三爪连接，另一端固定工件。使用时，车床直接夹持该固定装置，该固定装置避开了工件易变形的部位，其只起导向作用。用工件的边缘端脚来定位，并用固定件压死防止其脱出。

2 设计内容

薄壁铝合金机壳内孔加工用固定装置的主要设计内容包括其夹体轴心的设计和台面上定位结构的设计，具体如下。

2.1 固定装置夹体的轴心设计

该文设计的一种薄壁铝合金机壳内孔加工用的固定装置，有一个套筒状的夹体，夹体的后端与机床卡盘上的三爪相连，设计夹体轴心与卡盘上的三爪的轴心一致，能有效保证夹持工件各部位受力均匀，对满足工件的工艺要求及尺寸稳定性至关重要。众所周知，三爪卡盘是由一个大锥齿轮，三个小锥齿轮及三个卡爪组成。三个小锥齿轮与大锥齿轮啮合，大锥齿轮的背面有平面螺纹结构，三个卡爪等分安装在平面螺纹上。用小锥齿轮带动大锥齿轮转动，它背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出，由于平面矩形螺纹的螺距相等，所以三爪运动距离相等，有自动定心的作用。工作时，三爪自定心卡盘利用三个螺钉，通过盘体止口端面上的螺孔，将卡盘紧固在机床法兰上，在动力作用下，小齿轮带动盘丝转动，通过盘丝端面螺纹的转动，带动三块卡爪同时趋进或离散。而卡盘三爪通过与该固定装置的夹体作用于工件，因此，夹体轴心与卡盘三爪一致，保证了三爪卡盘在趋进或离散时对夹持工件输出力量的等量及方向的一致性，准确的发挥固定装置的导向作用。

2.2 固定装置台面上定位结构的设计

该文设计车床卡盘上的三爪夹紧工件的方式由直接变为间接，这种夹紧方式直接依靠该机壳内孔加工用的固定装置实现，因此，固定装置作为连接枢纽，其对工件与三爪的牢固连接是基础，一端通过夹体与三爪连接固定，另一端通过固定装置台面上的定位件与定位柱与工件连接固定，由于工件厚度很薄，故定位件与定位柱十分重要。

该固定装置中，夹体的上端面沿半径方向向外延伸形成一固定台面，固定台面上均匀布置三个可拆卸的定位件，定位件由U型板和螺钉构成，其中螺钉与固定台面连接，U型板的开口端穿过螺钉后插入待加工工件的端脚底面。为了更好的配合，U型板的下端面设有与待加工工件的端脚底面相配合的缺口，设计该缺口对应于待加工工件的端脚底边，使两者配合十分贴合。同时，固定台面上设置至少两根用于与工件端脚止转配合的定位柱。这种设计保证了固定装置固定工件的可靠性、稳定性，实现以工件的边缘端脚来定位，能用固定件压死工件，防止工件的脱出，避免了液压三爪卡盘调低油泵时工件掉落或者撞刀情况的发生。

此外，该装置能满足批量生产的需要。批量生产薄壁铝合金零件时，可根据车床中生产工件与装置中安装工件的耗用时间，制作合适数量的固定装置，使安装工件与车床生产同时进行，固定装置循环使用。

3 结语

该文提供的一种薄壁铝合金机壳内孔加工用固定装置，具有结构简单、使用方便的特点，并且通过该固定装置的传导作用，避免了加工时机床卡盘上的三爪直接对薄壁铝合金工件的夹持，解决了夹持过程中导致工件变形报废的问题，直接提高了产品质量，能有效满足薄壁铝合金工件的工艺要求和尺寸稳定性。

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