双偏心曲柄轴磨床夹具设计

侍中楼，宁琦琦

（1.江汉大学工程训练中心，湖北 武汉 430056；2.华东交通大学基础实验与工程实践中心 ，江西 南昌 330000）

专用夹具在机械领域中有不可替代的作用，它可以保证质量，提高生产率，减轻工人劳动强度以及工作安全。因此在设计时，应注意夹具结构的合理性与制造夹具时的精密性。

1 双偏心曲柄轴零件的磨床夹设计

1.1 阅读并分析零件图（如图1）

图1 零件图

由于工件图表面质量要求的是Ra0．8，所以车削完的工件应进行磨削加工达到要求。

为方便磨削，我们需要设计一个磨床夹具。

在车削加工完零件后，采用两顶尖法定位，粗磨、精磨两端Φ30外圆，在磨床将滚齿机加工好的花键磨至相应尺寸，再用设计出的磨床专用夹具，一头以花键定位，另一头以顶尖定位，精磨Φ39双偏心圆至要求尺寸，已达到工件图表面质量要求。

1.2 机床的选择

选择机床时根据生产类型和满足被加工零件的技术要求，且结合现有的生产条件来选择。根据《机械简明设计手册》选择如下：

磨削加工选择日产G-30型万能外圆磨床。

2 专用夹具的设计

2.1 夹具的设计要求

机床夹具是在机床上加工零件时所用的一种工艺设备，其主要功能是实现工件的定位与夹紧，使工件加工时相对于机床、刀具有正确的位置，以保证工件的加工质量和生产率的要求。

设计夹具时有一定的要求．

（1）保证工件的加工精度。

（2）提高劳动生产率。

（3）良好的加工使用性能。

（4）经济性。由于没有磨削力经验公式，因此我们选择计算车床专用夹具的夹紧力来代替。设计的车床夹具和磨床夹具一样，只是精度不同，所以只要计算的夹具夹紧力超过所需夹紧力即可。

2.2 夹具的主要设计过程

（1）定位基准的选择。由零件图知，我们所要保证的尺寸为双偏心圆偏心量2．2±0．012，故应以Φ30k6和中心孔作为定位基准。

（2）定位方案。根据工序方案和对零件的分析，此夹具可以一边用花键定位，设计出来的夹具可以将工件有花键的一头塞进夹具内，用一个键定位，可以限制除Z轴上移动自由度外的其余五个自由度，另一头再用顶尖定位，就可以限制六个自由度，符合六点定位原理。

（3）切削力和夹紧力的计算。

①计算切削力。车削刀具使用90°外圆车刀，材料为硬质合金，粗车时所受力是最大的，取每次切深ap=1.5m m ，摩擦系数f=0．5，查《机械简明设计手册》得车削外圆的经验公式：

查表得 CFc=2795， x=1， y=0．75， n=-00．15以 及 修正 系 数 K= K1× K2，主偏角90o对应K=0．89以及1，工件材料GCr15对应的 σb=320Mpa，带入得， 所 以 K=K1× K2=0．53。

将所有的参数带入得切削力为：

②计算夹紧力。算夹紧力的时候，以切削力为依据与夹紧力建立静平衡方程式，即可求得所需夹紧力的大小，但是由于工件自身和切削过程中的不稳定性等原因，所求的夹紧力大小需要乘以一定的安全系数来修正一下，因此所需夹紧力的基本公式为。

式 中，K为 安 全 系 数， 安 全 系 数K=K1×K2×K3×K4。

基本安全系数 K1=1.5；加工性质系数 K2=1.1；刀具钝化系数 K3=1.1；断续切削系数 K4=1.1。

为克服水平方向的夹紧力，实际 FJ= F夹(f1+f2)，式中的两个f为夹紧面和定位面之间的摩擦系数，查表都取0．25。带入式中得车削实际所需夹紧力为F夹=2607.6N 。

2.3 夹具的设计

分析零件知花键端面处有一个1．5×1的槽，据了解，那个槽是为了放轴挡，故设计的夹具和花键配合的时候，将夹具内孔里的滑键和花键键槽配合在一起时，将轴挡夹紧，滑键的另一头配有M6的螺钉挡着，这样就夹紧了工件，查表得M6的螺钉所产生的夹紧力为2945N>F夹，因此本夹具可以安全使用。

磨床专用夹具如图2。

图2 磨床专用夹具

2.4 夹具使用说明

以工件左端的花键定位，将工件塞入夹具的偏心内孔中，用工件上轴挡和夹具侧面的螺钉进行夹紧，右边用顶尖定位夹紧；加工完一个偏心后，取出工件，在定位的花键键槽处标记，然后将工件翻转180度，以同样的方法加工第二个偏心。

2.5 磨削参数的选择

磨削加工时，非偏心部分选用通用夹具固定，双偏心圆部分用设计的磨床专用夹具，刀具选用白刚玉砂轮，最后的工序，选用0～150mm/0．02mm的游标卡尺和量程为25～50mm的外径千分尺。

（1）用两顶尖法定位，粗磨、精磨俩Φ30外圆，在磨床将花键磨至尺寸。主要讨论粗、精磨俩Φ30外圆。

①确定背吃刀量ap。 由于车削加工余量0．5mm，取 ap=0.5 m m 。

②万能外圆磨床G-30的Vc即机床的工作台移动速度，由于表面质量较高，因此取。

③G-30主轴转速是固定的，查表得n=1670r/min。

（2）磨Φ39偏心圆

3 结语

针对双偏心曲柄轴工艺设计制造及其磨床夹具设计这项课题，首先了解夹具与专用夹具的应用特点，并以设计Φ39k6偏心外圆部分的夹具为例，通过图纸分析，制定加工基准，确定定位方案，计算，最终通过实践检验，可以保证工件的加工表面质量和生产率的要求。因此本夹具可以安全使用。