平面找正装置的设计制作与应用*

谢 峰

(江苏安全技术职业学院，江苏 徐州 221011)

0 引 言

随着制造业不断发展，[1]在数控铣削加工中，会遇到不同形状的工件，为满足加工要求，在工件装夹时需要找到基准面进行定位。如果被加工表面与基准面平行时，在找正的时候，一般采用垫块对工件进定位或者是直接将工件放在平口钳中进行定位；如果被加工表面与基准面不平行时(或者是不规则平面)，现有技术常用的是直接使用百分表进行找正，同时也有其他很多方法，但是定位精度较低，使用百分表找正时，精度较高但效率较低。经过长期机械加工发现，在使用百分表进行找正时速度慢、效率低，从而影响加工效率。

针对找正时速度慢、效率低的问题，设计制作一种平面找正装置，目的是解决在机械加工中遇到的不规则零件时，能快速实现找正和装夹，降低操作者的劳动强度，提高加工效率，具有一定的实用价值。

1 问题的提出

1.1 常见不规则零件

如图1所示，三个零件为常见的底面不规则零件，在进行机械加工前需要使用夹具进行找正后加紧，如果直接使用百分表进行找正比较浪费时间，影响加工效率。

图1 不规则零件

2 典型零件分析

图2所示该零件是焊接技能大赛赛题中的其中一个零件，该零毛坯为管材，使用线切割在直径位置一分为二件半圆形状，根据焊接工艺安排和零件图纸要求，需要在两个切割面上使用数控铣床铣出30°的坡口。

图2 工件图

经过分析图纸可知，零件两端面有平行度误差要求，端面对圆柱体有垂直度要求，这两项技术要求在线切割时要严格控制。加工表面对端面有垂直度要求，这项要求在铣床加装夹工件时要进行找正。此工件的难点在于如何快速的装夹找正[2]。如果是单件的生产，可以采用平口钳装夹，然后使用百分表或找整盘在加工平面上取3个以上的点进行找正，确定好工件在坐标系的位置以后就可以进行简单的铣削加工了。如果找正位置错误，会出现一边铣削正常，而另外一边铣削错误或出现铣削不到的情况而产生废品(见图4所示)。如果是小批量加工，采用每次加工前要进行几次的位置找正的话，加工效率会很低，因为找正要花费的时间或许要大于工件的加工时间。

图3 工件的毛坯 图4 废品工件

2 设计思路

一般的平面找正方法是通过安装在铣床主轴上(或工作台)的百分表对加工平面进行找正，至少要找三个点的位置才能确定加工平面是否与机床主轴是否垂直。在找正这三个点的位置进行调整时，一般采用敲击法进行调整，往往在第一点位置确定后，在调整第二点、第三点时，由于工件不能夹的太紧，敲击时已经确定的位置会发生变化，所以要经过多次的敲击调整才能确定工件的位置。根据三点确定一个平面原则，可以考虑设计一个能安装在立式铣床铣床主轴上，确保和机床主轴垂直的一个平面装置，以这个平面和被加工表面进行贴合，以达到加工表面和找正装置平面快速平行的方法进行找正。这个方法效率高，适用各种不规则底平面工件的装夹找正。

3 实施过程

3.1 确定加工方案

(1) 如图5所示，导向轴的加工可以采用平台车床或数控机床完成加工。导向轴为普通的阶台轴零件，导向轴的加工技术要求：①确保两个阶台一定要同轴，要在一次装夹中完成;②轴的尺寸公差较小，一定按照公差进行加工。

图5 导向轴

(2) 如图6所示，导向套的加工分为车床和铣床加工共同完成。首先在车床上完成内台阶孔、外圆及外圆锥体的加工，在铣床上完成螺钉孔和平面台阶的铣削。导向套的技术要求：①导向套的阶台内孔要同轴，尺寸按照图纸要求完成;②导向套的底平面应与工件轴线垂直。

图6 导向套

(3) 如图7所示，靠模板的加工在铣床上加工完成即可，加工相对简单。靠模板的加工技术要求：① 靠模板的底平面应与导向套配合的平面垂直；② 靠模板的底平面不允许凸起。

图7 靠模板

3.2 零件加工工艺

(1) 导向轴的加工工艺

车：选择毛坯直径Φ16 mm，长度为70 mm的圆钢。粗精加工Φ10外圆，长度50 mm至图纸尺寸要求，倒钝。掉头装夹找正，粗精加工Φ14外圆，长度15 mm至图纸尺寸要求，倒钝。如图8所示。

图8 导向轴 图9导向套

(2) 导向套的加工工艺

车：选取毛坯直径Φ32 mm，长度35 mm的圆钢。粗精加工Φ14 mm，10 mm内孔、长度至图纸要求，粗精加工Φ30 mm外圆至尺寸。掉头装夹，找正。粗精加工Φ20 mm外圆长度10 mm至图纸尺寸要求，车圆锥体控制大端直径Φ25.1 mm，倒角倒钝。

铣：装夹Φ20 mm外圆，铣削宽度为20 mm深度3 mm台阶至图纸要求，钻孔，攻丝。如图9所示。

(3) 靠模板的加工

铣：选取1 210×32×18的板材，铣削轮廓铣削20 mm宽30 mm长深度3 mm的内轮廓，钻削螺纹定位通孔，铣削弹簧定位凸起。铣削斜面。以上平面为基准，铣削底平面以及沉头螺钉孔。如图10所示。

图10 靠模板

4 平面找正器结构设计应用

如图11所示，该找正器包括导向轴、导向套、弹簧、靠模板，所述导向轴为阶梯轴，导向套内设置有与导向轴的外径相配合的阶梯孔，所述导向轴从阶梯孔穿出，所述基准板上设置有与导向套下端直径相配合的凹槽，所述导向套固定在基准板上，所述弹簧设置在导向套中并位于导向轴与基准板之间，所述弹簧呈压缩状态，所述导向轴和导向套的轴线重合并垂直于基准板。

图11 平面快速找正器装配图1.导向轴 2.导向套 3.弹簧 4.螺钉 5.基准板 6.凹槽 7.导向凸起

利用内六角紧定螺丝将基准板固定在导向套上，而且螺钉设置为对称两个，设置在导向轴的两侧，便于作用力能分布均匀。

在装配固定过程中，基准板中间内槽有凸起，便于固定弹簧，防止导向轴与基准板之间的弹簧发生不同轴而卡死，还能起到限位的作用。

该装置包括导向轴、导向套、弹簧、基准板，结构简单，通过导向轴装入刀柄，再将刀柄装入机床主轴[3]，手动将工件被加工表面与找正器基准板下表面贴合，再安装百分表对工件被加工表面进行精确找正，使用灵活方便，能够快速对工件进行找正，提高工作人员的工作效率。

5 平面快速找正器使用方法

将导向轴1装入刀柄中并固定于机床主轴上[4]，起到固定和导向的作用，如图12所示；导向套2内设置有与导向轴1的外径相配合的阶梯孔，所述导向套2起导向作用；所述导向轴1从阶梯孔穿出，所述基准板5上设置有与导向套2下端直径相配合的凹槽6，所述导向套2固定在基准板5上，所述弹簧3设置在导向套2中并位于导向轴1与基准板5之间，所述弹簧3呈压缩状态，起到缓冲的作用；所述导向轴1和导向套2的轴线重合并垂直于基准板5。

图12 平面快速找正器安装

使用时，首先将找正器的导向轴1装入刀8柄，再将刀柄8装入机床主轴9，保证了机床轴线与导向轴1、导向套2的轴线重合并与基准板5垂直，从而确保基准板5底面与水平面平行；在进行找正时，先将工件10放入平口钳11钳口中，使用机床手轮将机床主轴9向下运动，当找正器的基准板5下表面快要接近工件10时，手动将工件10被加工表面与找正器基准板5下表面贴合，此时将平口钳11进行预加紧状态，保证位置不变，然后使用机床手轮将机床主轴9抬起，安装百分表可以对工件10被加工表面很快的进行精确找正，再将工件10夹紧，完成找正过程。

6 结 语

经过对平面找正器的使用发现，该找正器使用时，导向轴与导向套之间容易出现卡死的情况，而且在长时间的使用时，两者因磨损而出现误差，致使该找正器不能很好地快速精确对平面进行定位。经过再次改进，增加导向套与导向轴的接触面积，将导向套的套筒增高，从而减小误差。另外根据工件的大小适当多做几种尺寸的靠模板，满足大小尺寸不同零件的找正。

在机械制造业中，加工零件的找正方法、找正的仪器有很多种，有较先进的，也有较传统的，不论采用哪种找正方法，找正目的均是一致的，使机床明确刀具与工件的相对位置。在加工过程中，我们也应该根据具体的实际零件、具体的条件，合理的选择正确操作方法，采用在实际操作中保证精度、方便、快捷地选用平面找正器的方法。