论隔离环铣削夹具的改进

罗国荣

摘要：通过数控铣床主轴刀轴支架工装滑动轴承及数控分度头主轴上工件的装夹压紧方式的改进，消除了工件在加工过程中，产生加工振纹的缺陷，延长了易损件——滑动轴承的使用寿命。

关键词：振纹；刀轴支架；工件夹具；铜套；压板

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.23.081

隔离环（如图1所示）是装载机变速箱超越离合器中非常重要的一个部件，其结构有等间距等角度，可间隔容纳18颗滚柱的矩形槽。加工要求非常严格，是质量反馈率较高部件之一。以前该部件的加工是在型号为X62W普通万能卧式铣床上，将工件装夹在普通分度头主轴上，通过手摇分度手柄的方式进行分度，用直径Φ100mm三面刃盘铣刀，分别铣出均布在圆周上的18个宽度为20 + 0.35 + 0.20mm的滚柱槽。工作效率低，加工精度难以保证，成了生产和质量的瓶颈部件。

随着产量的不断增加，原有加工方式无法满足生产需求，为了提高该部件产能和质量，决定在新采购回的型号为XH714数控铣床上，采用Φ56mm专用盘铣刀，使用数控分度头装夹进行分度加工。效率提高了，由每台每班只能加工10件左右，增加到每台每班可生产22件至23件，加工数量增加了一倍以上。但却产生了新的问题，由于刀轴支架工装的滑动轴承部位，及数控分度头主轴上，工件装夹压紧装置的原有设计，存在着一定缺陷，使用大约15～20天，就产生了严重的切削噪音和震动现象，工件滚柱槽上出现较大程度的铣削振纹，呈现出了明显的自激振动现象，严重影响了产品质量和生产进度。

1原因分析

根据自激振动产生的机理，使用了排除法进行查找。首先，将值得怀疑的刀杆与刀具方面进行了检查，经检查刀具锋利程度正常，其前角10°和后角5°均符合使用要求。检测刀杆时（如图2所示），其径跳为0.015mm，在

允许的范围内。选用的铣削用量为300～320r/min，进给量为25mm/min，也在合理的范围内。刀具安装部位的直径虽然较细，只有Φ270-0.013 mm，但装刀处和M25*1.5的紧固螺纹部分合计只有48mm长度，其上部是直径为Ф50mm刀具靠山及7：24的刀杆安装锥柄部分，下部是直径Φ24为支承部位，加工时，两端同时发挥着支承作用，其强度可以满足使用要求。

分析工件装夹及切削时的受力情况可知。工件装夹后和切削加工时，所受的夹紧力方向及轴向切削分力Fx，均指向夹具底座（即支承部位，如图3所示），工件所受到的圆周切削分力几乎为零。根据六点定位规则要求，工件装夹后虽然只限制了5个自由度，属于不完全定位，但工件定位夹紧后，所产生的圆周摩擦力完全可以满足加工要求。故，其支承基面的选用是合理的，符合基准选择原则的。

最后检查了刀杆下端Φ24mm与铜套的配合间隙，发现其间隙较大，最高时达0.2mm～0.3mm。到此可以肯定，发生切削振动的主要根源，正由于刀杆下端Φ24mm与铜套之间，因滑动摩擦所产生的过大的配合间隙所造成的。

2对策与实施

根据存在的问题，如果只通过修磨刀杆下端Φ24mm和配车铜套或更换刀杆和铜套的方式，解决因磨损造成间隙过大的问题，每月就需要实施大约2次。这样不利于生产效率、质量及成本控制。

经过权衡利弊，决定将刀杆下端Φ24mm处和配合的铜套，由圆柱形配合形式改为1∶20的锥度配合，如图4、图5所示。并将数控铣床刀架、铣刀杆、小圆螺母、铣刀锁紧螺母、内六角封闭螺栓、铣刀锁紧螺母、专用盘铣刀安装成如图5所示状态。

使用方法及其工作原理如图6所示：铣刀杆7安装在铣床的主轴上，铣刀架1安装在数控铣床的床身上。铣刀8由螺母2旋紧。下端是1：20的锥度配合部位，在使用时，可应根据磨损情况，随时进行调整。调整时，通过铜套5上端有一段M40*1.5螺纹和与其配合的小圆螺母3，采取旋转小圆螺母3的微调节方式，使铜套5沿着与铣刀架1配合轴孔的轴向方向产生移动，缩小其配合间隙。为了避免旋转小圆螺母3时只带动铜套3发生空旋转，而无法实现位移的现象发生，采用了内六角螺栓做导向销4，使铜套5只能产生轴向移动，而不会发生无效的旋转运动。

在铜套5下端有一段内空间和内螺纹，这段内空间和内螺纹主要有两个方面的作用：一是使刀杆锥度部分有一定距离的轴向调整空间；二是可以容纳一定量的润滑脂。润滑脂可通过封闭螺栓6采用旋紧的办法，在达到密封要求的同时，将润滑脂压入到刀杆7与铜套5的锥度配合面之间，使其配合面之间，始终保持有一定量的润滑油膜的存在，减少刀杆7与铜套5锥度配合面的磨损，延长其使用寿命。

最后，为了使工件在夹紧力作用下，所受的夹紧力处于均匀状态；另一方面也是为了避免工件因受力不均匀，出现局部振动缺陷。在不降低使用效率的原则基础上，对隔离环工装压紧装置，作出一定的改进措施。即，设计制作了如图10，内花键压板、球面花键垫圈、弹簧、球面螺母所组成的压紧装置，如图10所示的。

使用方法和工作原理是：安装工件时，将工件装入夹具后，首先将压板的内化键，套入花键球面垫圈的外花键，并串过。然后顺时针旋转花键球面垫圈，使花键球面垫圈的花键右侧，与压板的右端凸台左侧相接触，然后顺时针旋紧球面螺母，便可有效地将工件压紧在夹具底座上。

压板右端凸台的作用是：避免花键球面垫圈，在球面螺母旋紧并压紧工件时，由于受旋转锁紧的影响，造成其叠压的实体部分，由于圆周锁紧运动压紧位置的不确定性，偏离过大，造成花键球面垫圈对压板的压紧效果大打折扣，故，成为必须设置在压板中的一个部分。

夹具中弹簧的作用是：松开球面螺母时，夹具中的弹簧，可将花键球面垫圈，始终压向球面螺母，便于下一次套入花键压板和旋转花键球面垫圈时，不至于把球面螺母松开过多。耗费过多的装夹时间，影响生产效率。

球面垫圈和球面螺母的作用是：一方面是分散螺母对压板的压力，有利于工件所受的压紧力，处于均匀分布状态；另一方面是，利用球面垫圈具有自动调位的功能，防止由于螺杆垂直精度低，压紧方向出现倾斜，造成工件在加工中，因部分压紧力的不足，而出现的局部加工震颤现象。

3结果

按照上述分析出来的原因和决定采取的对策，付诸实施后，有效地解决了隔离环圆周键槽铣削时，所出现的振动现象，确保了产品质量。经过5年的使用效果证明，易损件的使用寿命大大延长了，使用寿命由原来不足20天，增加到两、三个月以上，直至半年。消除了易损件更换频率过高，对生产进度和产品质量的影响，产生了可观的经济效益。

根据每20天更换一次易损件（包括刀杆和铜套）计算，不包括对生产的误工及因产品因质量问题，而发生的，降等级使用的，间接损耗的影响。按当年的市场价，每套易损件，包括材料、加工、增值税等费用，合计大约1500元计。一年可节约，制作该配件费用，高达20000元。

4结束语

机械加工工艺装备和加工工艺的不断创是一项复杂的系统工程，是现代企业面对信息技术的迅猛发展和国际市场的激烈竞争求生存求发展的根本途径。市场引导企业，而市场信息是千变万化、非常活跃的，企业要适应市场并谋求领先，就必须根据瞬息万变的信息，加快产品更新换代的步伐。因此，机械加工工艺装备和加工工艺的不断创新是信息时代企业发展的永恒主题之一，没有创新，企业就难于发展。

通过产品在加工过程中出现的问题，所进行的有针对性的技術性革新和改造，一方面可以消除影响产品质量、生产效率和生产节奏的不利因素，另一方面也可以找到一种解决问题的新途径、新方法、新思路。

在本论文完成之际，向所有帮助过我的老师、工友们表示真诚的感谢！和深深的谢意。由于理论知识水平有限，论文中的有些方式、方法的阐述难免有疏漏和不足的地方，欢迎各位老师和专家们指正。

参考文献

[1]机械工业技师考评培训教材编审委员会.铣工技师培训教材[M].北京：机械工业出版社，2004，（09）.

[2]李庆寿.机床夹具设计[M].北京：机械工业出版社，1984，（06）.endprint