数控设计之法郎旋钮专用夹具设计

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本文就此夹具的设计思路，和夹具结构进行详细的阐述，欢迎各位对数控工艺有兴趣的同学借鉴哦!

摘要：法郎旋钮在加工中心加工侧面螺纹孔时，采用通用夹具难以装夹定位。笔者设计出一套此工序的专用夹具，解决了这一加工定位的难题。

关键词：法郎旋钮;专用夹具;设计;数控加工

前言：随着工业水平的不断发展与提高，现代机械制造行业当中，特别是数控加工中，无论是形状还是精度都会有不同的要求。工件的装夹精度直接影响零件的加工精度。为了要加工出合格的工件，设计专用夹具就显得非常重要，而且，专用夹具能够缩短装夹时间，减少加工成本，从而提高生产效率。

1、法郎旋钮的工艺分析

法郎旋钮的零件图如图所示：

这个法郎旋钮是用在航空固定装置的一个旋钮，加工精度要求高。从图示可以看出：该工件所用的材料是铝合金6061-T6。铝合金6061-T6是铝板的一种型号，属特种铝。6061-T6 叫又航空硬铝，轻，强度高。它具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性。

可见这种材料对加工是有利的，但是这个零件的尺寸有些精确到0.01mm，比如侧面6个螺纹孔的加工，垂直精度达到0.01mm，孔壁的表面粗糙度要求达到0.8，而一般的铣床加工出来的粗糙度一般都是1.6。这六个孔要先加工到3.08mm之后才来攻丝，直径较小，刀具的刚度小，初步选择钨钢刀。

综上考虑分析之后，定下的工艺流程如下：

1)锯床――下料直径92mm，长56mm的圆棒料。

2)数控车――粗车大沉孔端――所有沉孔(直径52.07mm的端面沉孔加工至直径51.46+0.05/0mm)，各外径，槽径，最大径，端面直径为22.23mm的外径及内孔单边留0.3mm余量，深度到位，12.07mm12.07mm的方槽粗加工至11.0，深12.7mm，总长53.34mm，加工至55mm。

3)数控车――粗车小径端――粗车右端直径18.88mm，单边留0.3mm余量，直径4.04mm的通孔用直径3.5mm的钻头钻通，平端面，总长53.34mm加工至53.94mm。

4)立式加工中心――精铣大径端方槽――精铣12.07mm12.07mm方形槽到位，4个直径2.36mm避空角精铣到位，12.7mm深度加工至13mm。

5)四轴铣床加工中心――使用专用夹具装夹定位，精加工侧面螺纹孔到位，攻牙到位。

6)数控车――精车大沉孔端――精车所有沉孔，各外径、槽径，最大径，端面沉台等所有尺寸到位，精车12.06mm12.06mm方槽端面，至12.7mm深度到位，直径4.04mm的通孔不加工。

7)数控车――精车小径端――精车右侧直径15.88mm，直径12.70mm0.58mm，直径10.80mm1.02沉孔到位，直径4.04通孔精车到位，平端面，总长53.34到位。

2 、夹具设计

根据零件的要求，我们把侧面六个螺纹孔安排装夹在加工中心的第四轴上，进行加工。这样安排的理由是：第一，侧面六个孔是均布的，利用数控定位比较精确;第二，这六个孔的内壁粗糙度要求比较高，要用到直径小的钨钢刀去精加工，要求的转速较高。

从零件的各个部分的尺寸精度要求来看，大端的方形槽精度要求是比较高的，故可以利用方形槽内壁去定位设计该夹具。在工艺安排上，就必须在进行侧面六个螺纹孔的加工之前，该工件要在立式加工中心，精铣12.07mm12.07mm方形槽到位，4个直径2.36mm精铣到位，12.7mm深度加工至13mm。在该夹设计时考虑到在零件里的这个方槽，铣出避空角之后，最薄的地方只有2.17mm，所以在装夹的过程当中受力必须要均匀，要不然工件方槽会变形。为了让工件的方槽更容易地进入夹具的凸方台，特地给凸方台的四周倒C3的倒角。

经过研究分析后，我们设计的夹具就如下图二。

夹具中12.07mm的方形凸台尺寸的确定：因为夹具中的方台在不断的安装工件的情况下，是会有磨损的，为了保证工件的装夹精度，这里方台的尺寸为12.06上偏差0.01下偏差0。这样就能在间隙配合的前提下保证精度。

夹具设计出来之后，我们的装夹方案如图三。

工作原理：该夹具通过M12的双头螺柱6与第四轴的卡盘连接固定，安装时要保证第四轴转到零位位置，再用百分表打表，保证夹具外圆的两个平面和机床安装刀具的主轴的垂直度在0.02mm。如图四所示，我们用两端的M12的沉头螺钉和压板4把工件逐渐压紧。然后就开始加工侧面的六个孔了。另外，从图四可看出，我们在径向的定位靠的是工件方槽内壁，轴向是利用压板和方槽端面与夹具的底面定位夹紧。

当把夹具投入生产之后，出现了问题：在装夹工件时，由于是用两边的螺钉去压紧，这个压紧力经过长时间的调试，还是很难达到平衡，在试验生产了几个产品之后，孔与直径4.04mm的通孔的垂直精度很难保证。而且生产出来的产品的误差跳动太大。实践证明，这个夹具在夹紧方式上达不到要求。

经过多次的研讨分析和多方面的请教和尝试，终于把这个难题攻破了。经过改良后的夹紧方式如图四。采用顶尖装夹代替两边两个螺栓，把夹紧力的提供由两个点变成一个点，作用点在工件的中心，这样就比较好控制力的平衡。这里所用的回转顶尖是A08系列的D411MS1。

3、实际生产

改良过后的夹具，在工件装夹的时间大大缩减，保证了批量生产(本零件加工的总件数为750)中工件的精度，提高产品的合格率和生产效率。

4 、结束语

专用夹具的设计，可以很好地缩短工件的装夹时间，提高生产效率，而且投入设计的成本不高。所以专用夹具的产出效益是比较可观的。可见专用夹具在现代机械加工行业里的重要性。

参考文献：

[1]《机械加工工艺基础》刘继林编著，湖南科学技术出版社.1995年.

[2]《数控机床铣削加工直接编程技术》孙德茂编著，机械工业出版社.2005年.

[3]《数控工艺培训教程》杨伟群编著，清华大学出版社.2002年.

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