薄壁零件加工车床夹具设计
摘要：薄壁零件外圆加工时，由于刚度差，容易造成零件变形。为克服上述问题，设计了一种适用于薄壁空心圆柱零件的车床夹具。夹具的安装体一侧中部开设有安装孔，安装孔的表面设置有主夹持机构，内底部设置有副夹持机构。主夹持机构能够在夹持零件外圆的同时增加与薄壁零件的接触面积，副夹持机构能够从内弧夹持零件，达到内外一起夹持的效果；夹具采用气缸提供动力，可以获得稳定的夹持效果。利用该夹具能够有效地增加薄壁零件加工时的刚度，提高零件的加工精度。
关键词：薄壁零件；车床夹具；设计
０ 引言
数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是目前国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床。零件外圆加工是对零件外表面进行切削加工，是车床最基本的切削加工之一。对于普通的零件车床夹具可直接进行夹持，而对于薄壁零件外圆加工时，车床夹具接触面积较小，容易使薄壁零件产生形变。为克服上述缺陷，设计了一种用于薄壁零件加工外圆的车床夹具 。
１、车床夹具总体结构
设计的薄壁零件加工外圆的车床夹具如图１和２所示 。安装体１的一侧中部开设有安装孔３，安装孔的表面设置有主夹持机构，内底部设置有副夹持机构。主夹持机构包括主块６、移动控制机构和气缸控制机构。安装体１的外表面开设有开口滑道５，开口滑道的内顶部设置有气缸控制机构４，气缸控制机构的伸出端设置有主块６，它与开口滑道的表面滑动连接。移动控制机构包括侧向伸出机构和底部伸出机构，侧向伸出机构包括延伸块２、内部齿轮１２、行走齿轮１３和行走齿道１４；底部伸出机构包括底部齿道８、旋转齿轮９和伸出条１８。副夹持机构包括伸出机 构和滑动机构，伸出机构包括底槽１７、竖直条７、电动推杆１５和升降架１６；滑动机构包括底部滑道１０和侧向滑道１１。
１－安装体；２－延伸块；３－安装孔；４－气缸控制机构；５－开口滑道；６－主块；７－竖直条；８－底部齿道；９－旋转齿轮；１０－底部滑道；１１－侧向滑道
图１ 车床夹具结构示意图
１２－内部齿轮；１３－行走齿轮；１４－行走齿道；１５－电动推杆；１６－升降架；１７－底槽；１８－伸出条；１９－卡条
图２ 安装体中部剖视图
２、夹具设计及工作原理
本夹具设计方案是针对空心圆柱零件外圆表面加工的。安装体１固定在机床的轴承上，可以进行旋转。安装孔３的设置就是为了针对类似空心圆柱零件的，主夹持机构的作用是夹持零件的外壁，且主夹持机构是通过气缸进行控制的［７］，三个气缸控制机构是同步控制的，而方案中的三组电动推杆（图２零件１５）也是同步控制的。从图２可以看出，利用主块的移动带动行走齿轮进行旋转，因为行走齿道是设置在开口滑道上的，所以当主块移动时行走齿轮就会旋转，行走齿轮旋转带动内部齿轮旋转，内部齿轮旋转使延伸块伸出，达到增加接触点的效果，而且在主块移动时还能在底部齿道的带动下使旋转齿轮旋转，旋转齿轮由中部一个小齿轮、两侧两个大齿轮组成，三个齿轮一体设置组成旋转齿轮，旋转齿轮的两侧大齿轮啮合底部齿道，而中部小齿轮啮合伸出条，伸出条伸出带动卡条伸出，卡条和工件直接接触，作用是当零件外部具有凹槽时可以卡住凹槽，达到零件防脱的效果。本方案延伸块、内部齿轮、行走齿轮、旋转齿轮和伸出条在主块上都设置有对应的槽，侧向伸出机构的行走齿道１４固定设置于开口滑道５的内底部，行走齿道１４的表面啮合有行走齿轮１３，行走齿轮１３的表面啮合有内部齿轮１２，内部齿轮１２的一侧啮合有延伸块２；底部伸出机构的底部齿道８设置于主块６的下表面，旋转齿轮９设置在安装体１的内部，旋转齿轮９的两侧啮合有底部齿道８，旋转齿轮９的中部啮合有伸出条１８，伸出条１８的 一侧滑动连接有卡条１９，伸出条１８和卡条１９之间设置有弹簧。
安装孔３的内底部设置有副夹持机构，伸出机构的底槽１７开设于安装孔３的上表面，电动推杆１５的作用就是带动竖直条７伸出，而且竖直条在伸出时先竖直向上移动，然后斜向上移动，达到支撑零件内弧的效果，并且能够增加竖直条伸出的长度，也就是增大与零件内弧的接触面积；底部滑道的作用是使竖直条可以在升降架上滑动，而侧向滑道的作用是为了方便竖直条先竖直升降再斜向上移动。升降架固定设置在电动推杆的输出端上，电动推杆１５固定设置于底槽１７的内顶部，电动推杆１５的伸出端设置有升降架１６；滑动机构的侧向滑道１１设置于底槽１７的侧壁，底部滑道１０开设于升降架１６的上表面，竖直条７的两侧均固定设置有可用于侧向滑道１１滑动的滑块，竖直条７的下表面固定设置有可用于底部滑道１０滑动的底部滑块。
３、夹具使用步骤
该用于薄壁零件加工外圆的车床夹具，使用步骤如下［８］：
（１）将零件放入到安装孔，先固定零件的外弧面，然后控制电动推杆使竖直条固定零件的内弧面，达到多点支撑零件的效果。
（２）主块夹持放置在安装孔上的零件，在气缸控制机构的带动下向安装孔圆心移动，并且在夹持零件的同时控制行走齿轮和旋转齿轮进行旋转。
（３）行走齿轮旋转带动内部齿轮旋转，内部齿轮旋转使延伸块伸出，达到增加夹持点的效果，从而最终稳定夹持薄壁零件。
４、总结
该夹具能够在夹持零件的同时增加与薄壁零件的接触面积，对于内部具有空间的零件，能够从内部进行夹持固定，并且在内部夹持时增加与薄壁的接触面积，达到内、外一起夹持的效果，也避免了零件外部夹持时夹持力度过大造成零件外部产生形变。在零件外表面具有凹槽时卡条能够卡在凹槽上，防止零件脱离。该夹具可以实现对内外径不同、长度各异的常见不同薄壁类零件的装夹，不仅适用于大批量薄壁零件的加工，而且适用于中小批量单件零件的加工。
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