一种适用于锁芯壳机加工的气动夹具

◎梁锡钊

机械锁芯是民用锁具中的一个重要零部件，不论是机械防盗锁还是电子防盗锁都要配备。锁芯的主要功能是由头部传递钥匙扭力，从而带动锁体的其他部件，达到开锁和闭锁。锁芯与手表一样，对精密度有着很高要求。如果锁芯没有精密加工，就意味着没有品质，也没有防盗功能可言。理论上的密匙量(互开率)受精密度的影响，加工精度不够，密匙量会几何级别下降，防盗性能就越差。锡纸能开锁、撞匙能开锁，都是加工精密度太差的结果。

一、零件生产工艺分析

机械锁芯的常规生产工艺流程——通过“拉拔”工艺制作出锁芯壳外形的铜材棒料→切割分料→铣槽/铣平面→钻锁胆孔→钻弹子孔→钻安装孔→攻牙，然后再将弹簧、弹子、锁胆、锁芯拨片等零件组装成机械锁芯成品。

二、加工经济性分析

锁芯壳的加工以钻削和铣削工序为主，若要提高生产效率，首要考虑是缩减工件的生产辅助工时，特别是工件的装卸时间，以“一次装夹多工件”的方式省时效果明显。另外，采用小型立式数控铣床或者小型数控钻铣床进行加工是对其加工精度的基本保证。

三、夹具定位元件的选择与确定

工件定位时，首先要根据加工要求，确定工件需要限制的自由度，选择合适的表面作为定位基准面。工件的定位基准面有多种形式，如平面、外圆柱面、内孔等。就本案而言，锁芯壳的机加工是以外圆柱面作为定位基准，最常用的定位元件就是（V形块）。这种定位元件具有良好的对中性和定心性——1..不论工件的直径如何变化，工件的定位基准轴线一定通过V形块两斜面的对称平面；2.V形块定位时，定位基准就是工件的轴线。

四、夹具夹紧机构的要求和选定

1.夹紧机构应保证零件可靠地与其相应的定位基面相互接触。2.夹紧后的零件在加工过程中，不能产生位移和晃动。既要保证有足够的夹紧力，同时夹紧机构要有足够的刚性。3.夹紧零件时，不能破坏已加工表面，不能引起过大的变形。4.夹紧机构应当操作安全、省力。

为了提高夹具的自动化控制程度，将采用气动夹紧装置。对比液压夹紧，采用气动夹紧的优点：压缩空气取自大气，并且可排放于大气，制作和处理的成本低廉。介质清洁且没有污染。气流在管道中的压力损失较小，便于集中供应和远距离输送，便于实现集中控制和程序控制。传动回路简单，操作方便，使用安全可靠，工作环境适应性较好。动作迅速，反应快，活塞的运动速度可达1～2m/s，因而提高了生产效率。

五、夹具的夹紧力计算

锁芯壳加工弹子排孔时需要的夹紧力：钻削力公式Ff=0.63×D/2×f×kc×sinκ（N）。D：钻头直径；f：钻头进给量；kc：材料单位切削力；sinκ：钻头结构系数。分别对应值——D：3；f：取0.2；kc：查表 取“890”；sinκ：0.94。钻削力 Ff=0.63×3/2×0.2×890×0.94≈160N(取整)。据此选定夹紧气缸的规格型号。

六、夹具的总体设计

由于前述已经确定了工件的定位方案，那么夹具体则可直接设计成带有V型槽的结构，而且综合考虑到夹具体本身的稳定性和结构刚性，结合以往的设计经验，将料厚定为20mm的45#板材。而夹紧装置，也设计成带有V型槽的压板，一次装夹动作就可实现“双V块”的定位与夹紧。锁芯壳加工时的夹紧力方向，既与机床主轴中心线平行又与工作台保持垂直方向，所以对压料板的V型槽的部位进行了挖料处理，以满足钻削刀具的“避空要求”。依据设计经验，压板选用了15mm厚的45#板材。为了保证“双V块”的对中性，底座与压板由2支导柱作为定位与限位。为能让压板具有自动张开功能，在导柱上套有支撑作用的螺旋弹簧；在导柱的顶端设计有螺母，用以限定压板的活动范围。

按照锁芯壳的加工要求，弹子排孔与锁芯壳前端面有尺寸公差的限制，因此，在钻削弹子排孔时，应尽量做到加工基准与设计基准重合，由此可免去加工尺寸偏差的运算。底座V型槽的前端，设计了一个定位销，锁芯壳前端面直接与其接触；另外，为了保证两者的紧密性，底座V型槽的后方布置有叉型推块，并由弹簧提供适量的辅助压紧力。

因要符合“一次装夹实现同时固定多个工件”的要求，底座被设计成4个V型槽——配套有2个杠杆气缸，每个杠杆气缸对应有1块压板，1块压板可夹紧2个锁芯壳，所以能达到一次装夹同时夹紧4个坯件的效果。

七、夹具的误差验算

造成定位误差的原因有两个：一是由于定位基准与工序基准不重合而造成；二是定位基准与限位基准不重合而造成的。使用夹具安装工件时，应尽可能减少定位误差，在保证工序加工要求的前提下，留给其他工艺系统误差的比例大一些，以便能较好地控制加工误差。经过分析可知，定位误差就是工件定位时工序基准沿加工尺寸方向上的最大位移量，既工序基准位置的最大位移量在加工尺寸方向上的投影。

由锁芯壳图纸可知，其外圆公差限值为0.08mm。锁芯壳钻孔工序水平X方向的定位误差计算：△D·W(X)=0(定心作用)；水平Y方向的定位误差，在定位紧固夹具后，可通过试车方式调整至最佳状态，垂直Z方向误差△D·W(Z)=1/2δD=1/2×0.08=0.04mm＜弹子钻孔形位公差要求0.05mm。

八、总体使用评价

经生产部门验证，该款锁芯壳机加工气动夹具操作方便，能最大程度地减轻生产员工的劳动强度；气动反应速度快，因而在生产过程中能缩短辅助时间，提高劳动生产率，生产中可以实行“一人多机”的管理方式；气动夹具中的气动元件均为标准化零件，易于采购和装配；采用气动夹具更便于实现工厂的自动化控制，本设计方案值得分享推广。