CN102328216A - 一种用于精车外圆的夹具及夹具加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种用已加工完成的两个长孔定位薄壁壳体类零件的用于精车外圆的夹具及夹具加工方法。夹具包括主定位夹具体和辅助定位夹具体，主定位夹具做成“一面一圆销加一菱形销”结构，辅助定位夹具体采取“一面加两个相互垂直的菱形销尾座堵头”的结构。本发明用于较长薄壁壳体类零件以孔定位精车外圆，加工出零件位置度可达到φ0.015mm，生产准备时间缩短，首次装夹找正误差由0.20mm减小为0.02mm，找正零件中心线时间由30分钟缩短为2分钟，同时因定位可靠，精车用于实际切削加工的生产效率也提高85％。

Description

一种用于精车外圆的夹具及夹具加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种用已加工完成的两个长孔定位薄壁壳体类零件的用于精车外圆的夹具及夹具加工方法。

背景技术

针对较长、薄壁壳体零件以数控镗好的两个长孔4定位反车基准外圆14，保证两个长孔与车削后的基准外圆3的位置度￠0.03mm，见图1所示。该零件材料为钛合金TC4，传统的加工方法为预钻两个长孔，先加工基准外圆后，再精线切内孔，保证两个长孔与外圆的位置度。但因此零件钛合金材料加工易发热变形，加工长孔后与精车的外圆单边壁厚仅有1.3mm，此工艺方案易造成薄壁处变形，并且因零件长，精线切长孔效率较低。试验采用先数控钻镗好两个长孔，以此定位精车出基准外圆。但因零件长孔中心距和孔尺寸均有公差，因而要达到长孔与基准外圆的位置度￠0.03mm，反车出基准外圆，精车加工存在较大的质量风险，定位夹具的好坏将直接影响精车外圆的精度。

现有车床精车夹具的定位及加工缺陷：

1.车床上常用的一面两销通常将两个圆销做成较大间隙，方便零件装卸，但其在较长零件上的误差放大作用也是很明显的，见图3，若定位销6长20mm，壳体零件长154mm，孔入口接触间隙t1＝0.01mm，因间隙零件倾斜，则在孔出口处将会有t2＝0.0725mm的误差，很明显不能满足精车要求长孔4与基准外圆14的位置度￠0.03mm；有的高精度零件加工时，采取两圆孔很小的间隙定位，但因零件的结构特性(孔壁5最薄处1.3mm)这种很小间隙过定位的方式很可能造成加工零件时和装拆夹具时的受力变形，造成精度超差；另外做为定位的两长孔4数控镗后的中心距有0.02mm误差左右，因而用夹具装配时会造成难以装卸，会产生过定位。

2.对于较长零件车床加工常用的辅助定位方式的缺点：对于此类较长零件，车床常用车床尾座顶尖顶紧一圆柱形平堵头，并靠平堵头于零件右端面接触的摩擦力顶紧零件，缺点如下：

1)即使零件主定位准确定位了，零件因自重的原因也会出现零件尾部的上下和前后歪斜。平堵头并不能起到定心作用，虽然尾座顶尖与机床主轴同心，但零件的中心线已与机床主轴、尾座顶尖偏离。零件顶紧后机床旋转，零件会出现较大的圆跳动和振摆。在这种情况下工人会手动调整零件的装夹位置，直到找正零件中心与机床主轴中心线平行，才开始精车外圆，这一工作费时费力，而且找正精度不高。

2)在零件用平堵头装夹后零件轻微歪斜的基础下，尾座顶尖强行顶紧，此零件会产生挠性弯曲变形，原图纸要求的两个长孔4的尺寸及形状公差都会有所改变，精车外圆位置度￠0.03mm的要求也就难以保证，会影响零件设计时所需要的装配性能。

3)用平堵头在零件右端面2顶紧支撑时，因仅用端面与零件端面接触，无径向支撑，接触面少，若夹的很紧，该零件易变形；若夹紧力较小，在加工零件外圆时径向吃刀进给时，零件右端面与平堵头端面易滑移错位，零件中心偏移；也有可能为防止受力滑移，将加工时径向吃刀进给减小，但这样精车外圆的加工效率将会大幅降低。

发明内容

本发明的目的是提出一种加工精度高、零件加工完成后的装配性能不受影响的一种用于精车外圆的夹具及夹具加工方法。本发明的技术解决方案是，夹具包括主定位夹具体和辅助定位夹具体，

1)主定位夹具体包括夹持柄、定位菱形销和定位圆销，定位菱形销和定位圆销置于主定位夹具体的端面上，并凸出于主定位夹具体的定位端面；主定位夹具体与机床轴心线同轴，定位菱形销和定位圆销的轴线与机床的轴心线平行，定位菱形销的长轴与机床轴心线垂直，主定位夹具体的找正基准外圆与夹持柄同轴；定位菱形销长轴与被加工零件长孔直径的间隙0.005-0.01mm，定位圆销的直径与被加工零件长孔直径的间隙0.01-0.015mm，定位菱形销短轴削边后剩余外圆宽度B为零件长孔直径的1/5，定位菱形销和定位圆销的高度为零件长度的1/5，定位菱形销的长轴和与其置于同一个被加工零件长孔中的辅助定位夹具体上的菱形销的长轴垂直；

2)辅助定位夹具体包括两个相同的菱形销，两个菱形销置于辅助定位夹具体找正基准外圆的端面上，并凸出于该端面，两个菱形销的长轴方向相互垂直，其中一个菱形销的长轴方向与两个菱形销的中心连线方向一致；两个菱形销和的长轴外圆直径与零件长孔直径的间隙0.015-0.02mm，菱形销削边后剩余外圆宽度B为零件长孔直径的1/5；两个菱形销的高度取零件长度的1/6。

所述的机床轴心线的方向为X向时，主定位夹具体的定位菱形销的长轴方向为Y向，辅助定位夹具体的与主定位夹具体的定位菱形销共同置于同一个被加工零件长孔中的菱形销的长轴方向为Z向。

制备用于精车外圆的夹具的夹具加工方法是：

1)主定位夹具体的加工，

在数控铣床上，用三爪卡盘夹持主定位夹具体的夹持柄，一次铣削定位圆销和定位菱形销，铣削夹具找正基准外圆及定位端面，保证定位圆销和定位菱形销与夹具找正基准外圆的位置度和与定位端面的垂直度；然后，将主定位夹具体与零件组装，机床尾座顶尖通过与夹具体夹持柄端面接触的顶块顶紧零件，找正后，在车床上加工主定位夹具体的夹持柄和找正基准外圆，并使夹持柄和找正基准外圆同轴；

2)辅助定位夹具体的加工，

在数控铣床上，数控铣削辅助定位夹具体找正基准外圆的端面上的两个相互垂直的菱形销，并一次装夹加工出找正基准外圆，保证其与双向菱形销的位置度。与主定位夹具不同的是，数控铣削完成后将夹持柄线切割去除掉，找正基准外圆在没有菱形销的端面上精镗尾座堵头的中心顶尖孔，保证其与双向菱形销的位置度。

本发明具有的优点和实施的有益效果

本发明用于较长薄壁壳体类零件以孔定位精车外圆，加工出零件位置度可达到￠0.015mm，生产准备时间缩短，首次装夹找正误差由0.20mm减小为0.02mm，找正零件中心线时间由30分钟缩短为2分钟，同时因定位可靠，精车用于实际切削加工的生产效率也提高85％。且与传统的加工方法相比，具有以下明显的效果：

1.将主定位夹具做成“一面一圆销加一菱形销”。这种结构车床上很少使用，常用在铣工夹具和钳工夹具。将此结构应用于精车夹具，通过给定合适的圆柱销和菱形销的直径间隙值，给定合适的菱形销削边后宽度尺寸，确保零件两孔中心距在极端尺寸下，能方便得装入双销。但因在垂直于双销连心线方向菱形销的直径并未减小很多，因而不会增大工件的转角误差，有利于保证定位精度，又不产生过定位。

2.零件两长孔在数控加工镗孔时，不仅孔和孔中心距有误差，因孔较长154mm，加工后轴心线会产生上下和前后的误差曲线，如果在零件右端支撑时不能有效地补偿此误差，就有可能造成以两端主定位和辅助定位模拟确定的中心线不准确，影响定位及加工精度，因而采取独特的双向菱形销结构，在相互垂直的两个方向进行削边，并应注意与主定位夹具装配时方向要对应(如图4)，通过这样的结构设计装夹后，零件可快速的找正长孔中心线，定位准确。

3.采取“一面加两个相互垂直的菱形销尾座堵头”做为辅助定位夹具体，因其在零件径向具有定心作用，因而不像传统的平堵头定位，会产生因较长的零件工人将零件与夹具安装时零件上下和前后的歪斜，从而造成精车加工时零件中心线不正。减少了工人的操作误差，由夹具快速定出零件的中心线，不需手工操作反复找正零件，可降低对工人的技能要求。

4.采取“一面加两个相互垂直的菱形销尾座堵头”做为辅助定位，与传统的平堵头相比，除去端面接触，又增加了4处菱形销外圆接触面，装夹后零件准确定心，不会产生因零件歪斜顶紧后的弯曲变形和零件滑移；支撑面由1处变为5处，接触面积增加，零件右端辅助定位支撑强度也大大增加，精车时进刀次数由3次减少为2次，吃刀量也得以增加，精车效率迅速提高。

附图说明

图1是产品零件主视图

图2是产品零件左视图

图3是误差放大图

图4是该发明的技术方案图

图5是图4的A-A剖视图

图6是图4的B-B剖视图

图7是该发明的主定位夹具体主视图

图8是该发明的主定位夹具体右视图

图9是该发明的辅助定位夹具体主视图

图10是该发明的辅助定位夹具体左视图

图11是该发明主定位夹具体加工示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

1.见图4，将夹具主定位夹持柄9装于车床主轴三爪卡盘8内的弹簧夹头7中，找正夹具找正基准10，将零件端面1与主定位夹具体端面11接触装入主定位夹具体，将辅助定位夹具体端面16与零件右端面2接触装入零件，用尾座顶尖19顶紧辅助定位夹具体找正基准外圆15的外端面上的中心顶尖孔，打表找正找正基准外圆15后，即可精车外圆。

2.使用主定位夹具体和辅助定位夹具体共同完成对零件的定位和支撑，并且要求主定位夹具体和辅助定位夹具体与零件装夹时符合以下装配关系：见图4、图5、图6

主定位夹具体定位菱形销12长轴方向与机床轴心线垂直(操作者前后的方向)，辅助定位夹具体菱形销17与主定位夹具体定位菱形销12装入同一长孔4中，并且菱形销17长轴方向与主定位夹具体的菱形销12长轴方向垂直(机床上下方向)；

3.主定位夹具体：见图7、图8，夹持柄9安装于车床主轴弹性夹头7内，夹具体上有两个凸台分别为定位圆销13和菱形销12，与零件的两个长孔4定位，菱形销长轴方向与两个销的中心线方向垂直，夹具找正基准外圆10与夹持柄9同轴。菱形销12外圆直径与长孔4直径的间隙0.005-0.01mm，圆销13直径与长孔4直径的间隙0.01-0.015mm，菱形销12削边后剩余外圆宽度B为零件孔4直径的1/5；

4.辅助定位夹具体：见图9、图10，为在夹具找正基准外圆15的端面16上有两个凸台分别为菱形销17和18，装于零件的两个长孔4内，两个菱形销的长轴方向相互垂直，并且菱形销17的长轴方向与两个菱形销中心连心线方向一致。菱形销17和18外圆直径与长孔4直径的间隙0.015-0.02mm，菱形销17和18削边后剩余外圆宽度B为零件孔4直径的1/5；在夹具找正基准外圆15的外端面中心用车床顶尖19顶紧零件；

5.主定位夹具体“一面一圆销加一菱形销”的加工方法：见图11

在数控铣床上，三爪卡盘夹持夹持柄9，一次铣削圆销13和菱形销12，铣削夹具找正基准外圆10及端面11，保证两个定位销与夹具找正基准外圆10的位置度，与端面11的垂直度。然后夹具体与零件组装，机床尾座顶尖19通过与夹具体夹持柄9右端面接触的顶块20顶紧零件，找正后在车床上加工主定位夹具体的夹持柄9和找正基准外圆10同轴；

6.辅助定位夹具体“一面加两个相互垂直的菱形销尾座堵头”的加工方法：

一次装夹，数控铣带两菱形销17和18的夹具体，并加工出同轴的工艺基准外圆15，线切除工艺柄，找正基准外圆15精镗双向菱形销尾座堵头的中心顶尖孔，保证其与双向菱形销的位置度。与主定位夹具不同的是，数控铣削完成后将夹持柄9线切割去除掉，找正基准外圆15在没有菱形销的端面上精镗尾座堵头的中心顶尖孔，保证其与双向菱形销的位置度。

本发明加工技术细节

1.主定位夹具体和辅助定位夹具体的圆销和菱形销的间隙确定：因该产品要求精车外圆14与两长孔4的位置度￠0.03mm，精度很高，因而圆销和菱形销的间隙不能太大。但用于精车外圆定位的两长孔公差已有0.02mm，因而在加工主定位夹具和辅助定位夹具的圆销和菱形销外圆直径必需按零件的长孔4直径配间隙，并且在数控镗孔4直径时要求尺寸一致性要好。

主定位夹具圆柱销外圆直径按零件长孔4直径配间隙0.01-0.015mm；菱形销外圆直径按零件长孔4直径配间隙0.005-0.01mm

辅助定位夹具菱形销外圆直径按零件长孔4直径配间隙0.015-0.02mm；

2.用于零件左端的主定位夹具体“一面一圆销加一菱形销”，采用弹簧夹头7一次装夹夹持柄9，铣削出圆销、菱形销和车床夹具找正基准外圆，它们的相互位置度很好￠0.01mm，但因数控机床无精密的夹头夹持夹持柄9进行铣削，而用三爪卡盘装夹夹持柄9，找正精度不高，铣削出的夹具找正基准外圆10与夹持柄9的同轴度不高。因而采取将零件左端1装夹于车床三爪卡盘内，需加工的主定位夹具装于零件右端2，再用有顶尖孔的顶块20顶紧夹具，找正后精车夹持柄9和主定位夹具找正基准外圆10同轴度￠0.005mm之内。

3.用于零件右端2的辅助定位夹具体也是在数控铣一次装夹完成两菱形销17和18和车床夹具找正基准外圆15的加工，位置度￠0.01mm，与主定位夹具体的区别是将夹持柄线切除掉，由精镗找正用于车床加工的找正基准外圆15，最后加工顶尖孔，保证顶尖孔与车床加工的找正基准外圆15同轴。

Claims (3)

1.一种用于精车外圆的夹具，其特征在于：夹具包括主定位夹具体和辅助定位夹具体，

1)主定位夹具体包括夹持柄(9)、定位菱形销(12)和定位圆销(13)，定位菱形销(12)和定位圆销(13)置于主定位夹具体的端面(11)上，并凸出于主定位夹具体的定位端面(11)；主定位夹具体与机床轴心线同轴，定位菱形销(12)和定位圆销(13)的轴线与机床的轴心线平行，定位菱形销(12)的长轴与机床轴心线垂直，主定位夹具体的找正基准外圆(10)与夹持柄(9)同轴；定位菱形销(12)长轴与被加工零件长孔(4)直径的间隙0.005-0.01mm，定位圆销(13)的直径与被加工零件长孔(4)直径的间隙0.01-0.015mm，定位菱形销(12)在短轴方向削边，剩余外圆宽度B为零件长孔(4)直径的1/5，，定位菱形销(12)和定位圆销(13)的高度取零件总长的1/5；定位菱形销(12)的长轴和与其置于同一个被加工零件长孔(4)中的辅助定位夹具体上的菱形销(17)的长轴垂直；

2)辅助定位夹具体包括两个相同的菱形销(17)和(18)，两个菱形销置于辅助定位夹具体找正基准外圆(15)的端面(16)上，并凸出于该端面，两个菱形销的长轴方向相互垂直，其中一个菱形销(17)的长轴方向与两个菱形销的中心连线方向一致；两个菱形销(17)和(18)的长轴外圆直径与零件长孔(4)直径的间隙0.015-0.02mm，两个菱形销(17)和(18)短轴方向削边后剩余外圆宽度B为零件长孔(4)直径的1/5；两个菱形销(17)和(18)的高度为零件总长的1/6。

2.根据权利要求1所述的一种用于精车外圆的夹具，其特征在于：所述的机床轴心线的方向为X向时，主定位夹具体的定位菱形销(12)的长轴方向为Y向，辅助定位夹具体的与主定位夹具体的定位菱形销(12)共同置于同一个被加工零件长孔(4)中的菱形销(17)的长轴方向为Z向。

3.一种制备权利要求1所述的用于精车外圆的夹具的夹具加工方法，其特征是：

1)主定位夹具体的加工，

在数控铣床上，用三爪卡盘夹持主定位夹具体的夹持柄(9)，一次铣削定位圆销(13)和定位菱形销(12)，铣削夹具找正基准外圆(10)及定位端面(11)，保证定位圆销(13)和定位菱形销(12)与夹具找正基准外圆(10)的位置度和与定位端面(11)的垂直度；然后，将主定位夹具体与零件组装，机床尾座顶尖(19)通过与夹具体夹持柄(9)端面接触的顶块(20)顶紧零件，找正后，在车床上加工主定位夹具体的夹持柄(9)和找正基准外圆(10)，并使夹持柄(9)和找正基准外圆(10)同轴；

2)辅助定位夹具体的加工，

在数控铣床上，数控铣削辅助定位夹具体找正基准外圆(15)的端面(16)上的两个相互垂直的菱形销(17)和(18)，并一次装夹加工出找正基准外圆(15)，保证其与双向菱形销的位置度。

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