圖1 撥桿零件簡圖
某公司加工一種撥桿零件，如圖1所示。材質(zhì)ZG35，大批量生產(chǎn)。該零件外形呈矩形，兩端是半圓，半徑50mm，厚度δ=40mm，一端加工φ（50±0.1）mm通孔，另一端與φ50mm孔相垂直加工一個φ（30±0.1）mm孔，兩孔中心距是（110±0.1）mm，兩孔加工表面粗糙度值Ra=1.6μm，厚度方向兩平面表面粗糙度值Ra=3.2μm。該零件毛坯為精密鑄造，各方向表面較平滑，表面粗糙度值可達到Ra=25μm。該零件加工要保證兩孔公差±0.1mm，兩孔中心距公差±0.1mm，加工表面要保證表面粗糙度要求。加工工序是：（1）加工厚度方向兩平面。（2）加工一個孔。（3）以加工完成的孔為基準(zhǔn)加工另一個孔。平面加工要求不高，達到厚度尺寸和表面粗糙度要求即可，孔加工先加工φ30mm孔，以φ30mm孔為基準(zhǔn)加工φ50mm孔，采用鉆孔、擴孔和鉸孔方法。為充分發(fā)揮設(shè)備加工能力，提高加工效率，設(shè)計制造夾具，借助夾具功能在一臺車床上完成平面和兩孔加工，本文介紹夾具設(shè)計及使用。
車床加工平面效率較高，該零件厚度方向兩平面加工表面粗糙度值Ra=3.2μm，單個零件直接安裝在車床卡盤上，存在頻繁找正、裝夾的麻煩。設(shè)計夾具，將夾具固定在卡盤上，一次找正完成，零件安裝在夾具上無需再找正，僅需夾緊即可，零件的加工質(zhì)量可由夾具控制。
夾具由圓形夾具體1、V形夾塊2、擋板3、夾緊螺釘4、零件5和雙圓柱定位塊6等組成，如圖2所示。夾具體設(shè)計為圓形，直徑400mm，便于三爪自定心卡盤裝夾，夾具體表面加工平整，與零件表面構(gòu)成平面副定位，限制3個自由度，雙圓柱定位塊6與零件一端圓弧構(gòu)成兩點定位副，限制2個自由度，共限制5個自由度。V形夾塊2、擋板3和夾緊螺釘4等組成夾緊機構(gòu)，V形塊的V形槽對應(yīng)零件另一端圓弧，即限制零件一個自由度，又構(gòu)成夾緊副。
設(shè)計要求零件安裝在夾具體上，零件十字中心與夾具體十字中心必須重合，雙圓柱定位塊的質(zhì)量與夾緊機構(gòu)的質(zhì)量應(yīng)該相等，保證轉(zhuǎn)動時處于平衡狀態(tài)，避免偏重產(chǎn)生慣性力，影響加工質(zhì)量和損壞刀具。
加工之前，先將夾具體安裝在車床三爪自定心卡盤上，找正平面和中心線，確認無誤，將零件安裝在夾具體上，擰緊夾緊螺釘，開始加工。首件加工完成后，后續(xù)加工時夾具體不需要再找正，直接安裝零件夾緊即可。
一般孔加工均采用鉆床，采用車床加工借助夾具可以大大提高加工效率，并保證加工質(zhì)量。車床加工孔，其原理是將零件待加工孔對應(yīng)于車床回轉(zhuǎn)中心，鉆孔刀具安裝在車床尾座上，車床卡盤轉(zhuǎn)動，帶動零件轉(zhuǎn)動，尾座上的刀具作軸向往復(fù)運動，實現(xiàn)孔的加工。設(shè)計夾具，將待加工零件安裝在夾具上，由夾具保證零件與車床的相對位置。
該夾具由圓形夾具體1、配重圓盤2、零件3、平面定位平板4、兩點定位圓臺5、壓板支座6、壓板7、夾緊螺栓8和底部支撐板9等組成，如圖3所示。
零件厚度方向一平面與夾具體上平面定位平板4構(gòu)成平面定位副，限制3個自由度，兩點定位圓臺5與零件寬度方向一側(cè)面構(gòu)成兩點定位，限制2個自由度，底部支撐板9與零件一端圓弧構(gòu)成點定位，限制1個自由度，實現(xiàn)6點定位。夾緊機構(gòu)采用螺紋－壓板夾緊，相距一定距離的2個勾頭壓板安裝在壓板支座上，壓板上加工長孔，壓板可以左右移動，零件安裝上后，壓板向右移動，壓住零件，擰緊螺釘?？准庸ね瓿珊?，松開螺釘，壓板向左移動，卸下零件。
圖2 零件車加工平面夾具設(shè)計簡圖
1.夾具體 2.V形夾塊 3.擋板 4.夾緊螺釘 5.零件 6.雙圓柱定位塊
該孔加工采用鉆孔和鉸孔工步，通過鉸孔保證孔的公差要求。
首件加工，先將零件安裝在夾具體上，然后將夾具體安裝在車床三爪自定心卡盤上，以待加工孔中心為基準(zhǔn)進行找正，孔加工后，經(jīng)檢測無誤，卸下零件，夾具體不動，后續(xù)加工僅將零件安裝在夾具體上，壓緊即可，無需再找正。
每個零件加工后，在零件定位平面一側(cè)打上標(biāo)記“A”，為下道工序定位基準(zhǔn)。
該夾具由夾具體1、配重圓盤2、點定位圓臺3、零件4、長定位銷6、定位銷支撐座5和鎖緊螺母7等組成，如圖4所示。
圖3 加工φ30mm孔車夾具設(shè)計簡圖
1.夾具體 2.配重圓盤 3.零件 4.平面定位平板 5.兩點定位圓臺6.壓板支座 7.壓板 8.夾緊螺母 9.底部支撐板
圖4 加工φ50mm孔車夾具設(shè)計簡圖
1.夾具體 2.配重圓板 3.點定位圓臺 4.零件 5.定位銷支撐座6.長定位銷 7.鎖緊螺母
φ50mm孔加工既要考慮孔本身的公差要求，又要考慮與φ30mm孔中心距的公差要求，加工中主要定位基準(zhǔn)是已加工的φ30mm孔的內(nèi)表面，其次定位基準(zhǔn)是零件厚度方向的平面A面，采用長圓柱銷和φ30mm孔內(nèi)表面構(gòu)成孔－長銷定位副，限制4個自由度，在定位銷根部設(shè)計小凸臺，與零件φ30mm孔端部構(gòu)成小平面定位副，限制1個自由度，零件A面與點定位圓臺3構(gòu)成點定位副，限制1個自由度，共限制6個自由度。
圓柱銷頭部加工螺紋，與鎖緊螺母組成螺紋夾緊機構(gòu)，圓柱銷桿部與φ30mm孔內(nèi)表面配合尺寸采用過渡配合，零件φ30mm孔安裝到長圓柱銷上，鎖緊螺母擰緊，即實現(xiàn)夾緊。
零件安裝后夾具體出現(xiàn)偏重，在其對面設(shè)置配重塊，從加工角度出發(fā)，圓形零件加工較方便，考慮到平衡調(diào)節(jié)的靈活性和平衡塊體積不會太大，將平衡塊設(shè)計成兩個圓柱體（配重圓板2），其尺寸根據(jù)質(zhì)量分布情況來確定。
加工時先將夾具體安裝在車床三爪自定心卡盤上，找正鎖緊。零件安裝在長圓柱銷上螺母鎖緊。加工工步為鉆孔→擴孔→鉸孔。首件加工完成，檢測無誤。夾具體不需再調(diào)整、找正。然后進行后續(xù)加工。
矩形零件平面加工采用車床，一般采用四爪卡盤，且找正裝夾較麻煩，借助夾具可以采用三爪自定心卡盤，且找正一次，后續(xù)加工無需再找正，節(jié)約時間，效率高。采用車床加工孔，零件轉(zhuǎn)動，鉆頭僅作往復(fù)運動，加工效率高，質(zhì)量穩(wěn)定。設(shè)計夾具，將零件的幾道工序安排在一臺車床上，減少轉(zhuǎn)序時間，提高加工效率，提高加工質(zhì)量。