偏心工件加工及夹具设计

摘要

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、凸轮以及连杆等传动件，按照结构类型不同，轴可以分为很多种如：阶梯轴、锥度心轴、空心轴、凸轮轴等，轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间，轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高。根据零件的结构类型、及其功能，运用定位夹紧的知识从而完成了夹具设计。

关键词：轴类零件、轴颈、夹具、工艺分析

The shaft parts are one of the typical parts of the machine.. It in the machinery is mainly used to support gear, cam and connecting rods and other transmission parts, according to the different structure types of axis can be divided into many types such as stepped shaft, taper mandrel, a hollow shaft, camshaft, long shaft diameter ratio is less than 5 for short axis, more than 20 are referred as the slender shaft, most of the shaft in between, shaft bearing, and bearing with the shaft segment known as the axle journal. The axis of the journal is the axis of the assembly reference, and their accuracy and surface quality are generally higher. According to the structure type and function of parts, the fixture design is accomplished by using the knowledge of positioning and clamping..

目录

目录 (1)

偏心工件的加工

一.问题的引出 (2)

二、垫片厚度与垫片形状的选择 (3)

三、偏心工件的车削 (4)

四、加工偏心工件时容易产生的问题及应注意的事项....................................... 5.6

五、结语.... .. (6)

偏心工件夹具设计

一.偏心夹具的设计思路 (7)

二.偏心夹具结构分析 (8)

三.线切割找正和加工 ..........................................9.10.11

四.锁紧装置结构特点 (12)

五.夹具的应用 (13)

结束语 (14)

致谢词 (15)

偏心工件的加工及夹具设计

对偏心工件车削加工的研究

一、问题的引出

人们通常把圆柱面轴线平行且不相重合的零件称为偏心工件，平行轴线之间的距离叫偏心距。在机械传动中，回转运动与往复直线运动之间的相互转换，一般都是利用偏心零件来实现的。如偏心轴带动的油泵，内燃机中的曲轴等。在实际生产中对于加工精度要求不高且偏心距在10mm以下的偏心工件，都是通过用在三爪卡盘的一卡爪垫上垫垫片的方法来加工偏心工件的，本文仅分析如何选择合适垫片，怎样在三爪卡盘上垫垫片加工，才能满足偏心工件的加工要求。

二、垫片厚度与垫片形状的选择

对偏心工件的车削通常是根据偏心工件偏心距的大小在三爪卡盘的一卡爪上垫一垫片的方法来加工的，通过垫垫片使工件不同部分的轴线产生一定距离来满足偏心距要求，下面分两种情况加以讨论。

1、工件的偏心距较小时，即e 在（5mm~6mm ）时,采用在三爪卡盘的一个卡爪垫上垫垫片的方法使工件产生偏心，如图1，垫片的厚度x 与偏心距e 间的

关系可用公式(1)表示 )21(5.1D

e

e x -= (1) e ——偏心工件的偏心距,mm;

D ——夹持部位的工件直径,mm 。

当D 相对于e 较大时上式可简化为x ≈1.5e ±k

k ≈1.5△e

k ——偏心距修正值，正负按实测结果确定，mm; △e ——试切后实测偏心距误差，mm;

2、工件的偏心距较大时使用扇形垫片，扇形垫片厚度x 与偏心距e 的关系可用公式

（2）表示，切削偏心距较大时, 垫片使用扇形垫片,如图2，扇形垫片厚度的x

与偏心距e 的计算公式为x=1.5e(e

D e

72+) (2)

在车削偏心精度要求较高的工件时，先按以上公式计算出垫片厚度，试车削后，实测偏心距误差，再对厚度进行修正,修正公式为x=x ±1.5△e

三、偏心工件的车削

偏心工件的车削方法一般分如下几步：

1、先把偏心工件中不是偏心的部分外圆车好。

2、根据外圆D和偏心距计算预垫片厚度。

3、将试车后的工件，缓慢转动、用百分表在工件上测量其径向跳动量，跳动量的一半就是偏心距，也可试车偏心，注意在试车偏心时，只要车削到能在工件上测出偏心距误差即可。

4、修正垫片厚度，直至合格。

四、加工偏心工件时容易产生的问题及应注意的事项

1、开始装夹或修正X后重新装夹时，均应用百分表校正工件外圆，使外圆侧母线与车床主轴线平行，保证偏心轴两轴线的平行度。

2、片的材料应有一定的硬度，以防装夹时发生变形。垫片与圆弧接触的一面应

做成圆弧形，其圆弧的大小应等于或小于卡爪的圆弧。

3、当外圆精度要求较高时，为防止压坏外圆，其它两卡爪也应垫一薄垫片，但应考虑对偏心距e的影响，如果使用软卡爪，则不应考虑对偏心距e的影响.

4、由于工件偏心，开车前车刀不能靠近工件，以防工件碰坏车刀，切削速度也不宜高。

5、为防止硬质合金刀头破裂，车刀要有一定的刃倾角，切深量大时进给量要小。

6、由于车削偏心工件可能一开始为断续切削，故采用高速钢车刀较好。但要注意飞溅碎片伤人。

7、测量后如果不能满足工件质量要求，需修正垫片厚度后重新加工，重新安装工件时，应注意其它垫片的夹持位置。

五、结语

由上可知偏心的加工是一个测量、加工不断交替的过程。本文仅分析了如何在三爪卡盘上加工偏心工件，对于用三爪卡盘无法满足加工要求的偏心工件，可利用四爪卡盘或利用两顶尖来加工或别的方法加工。

偏心工件夹具设计

偏心工件一般分为偏心轴类、偏心盘类、偏心孔类等，通常情况在车床上进行工。普遍采用的方法是在四爪单动卡盘上，或者利用弯板、花盘等简单的工装夹具，通过较为复杂的调整偏心距、定位基准等工序进行加工。这些办法操作过程复杂，工件定位安装调整困难，对操作者技术水平要求较高，一般进行单件零件的

试制加工，不能适应大批零件的生产，难以保证产品零件的质量，且生产效率较低。因此在加工偏心零件时经常使用各种专用夹具来进行装夹加工。

1.偏心夹具的设计思路

在夹具设计时，必须使工件的加工质量、生产效率、劳动条件和经济性等四方面达到辩证的统一，其中能稳定地保证工件加工质量是最基本的要求。为了提高

生产率，夹具采用先进的结构和机械传动装置以及快速高效的夹紧装置，以缩短辅助时间。既要满足产品零件大批量生产需要，又要满足工件加工质量、生产效率、劳动条件和经济性的要求，因此需根据工件的类型、技术要求等特点设计制造一些专用工装夹具来实现。

在实际工作中遇到如图1所示的工件，此工件

要求车削加工端面上的两个偏心孔及其内螺纹。

图1工件示意图

采用常规夹具满足不了大批生产的需要且操作复杂，调整困难，工件装夹时间长。如果到专门的工装模具加工企业外协加工该专用夹具，其设计、制造成本费用较高而且往往达不到最佳使用效果。笔者根据工件的结构特点，设计制造一种结构简单、制造成本低廉、具有自动定心功能且重复定位准确、无须调整找正、操作方便快捷的专用偏心夹具，特别适应于大批产品零件的生产。

2.偏心夹具结构分析

夹具结构! 该夹具整体结构如图2所示，由工件定位、锁紧装置和夹具装夹定位三大部分组成。

图2 偏心夹具示意图 1.弯板 2.定位锥孔 3.螺栓 4.固紧螺母 5.圆盘 6.定位轴

夹具装夹定位部分上的定位轴6用45钢加工制成。定位轴6的后端加工成与车床主轴锥孔相配合的锥面，此锥体面是整个夹具的定位基准。工件定位主体上的弯板1为钢板焊接制成后与圆盘5焊接在一起。螺栓3焊接固定在圆盘5上，其轴心与定位轴6偏心，和安装后的工件轴心重合。螺栓3为较大螺距的正旋螺纹，有利于工件的快速紧固与松开，根据实际应用中的效果来看，加工成4mm螺距的单线梯形螺纹效果最佳，具有旋进速度快捷、锁紧力大、持久耐用性高等特点。固紧螺母4前端有较大面积的圆平面与螺栓3配合在一起，形成对工件的

锁紧装置。定位轴6与圆盘5焊接成一体，且具有较高的同轴度、垂直度要求。以定位轴6的锥面组装在车床锥孔内定心后车削加工圆盘5的外圆至圆整，以便每次安装夹具时调整检验夹具的精度。在弯板1上加工两个定位锥孔，锥孔2和圆盘5的外圆必须以定位轴6的锥面与车床主轴锥面定位后一次装夹加工

而成，目的是保证夹具整体和车床主轴具有较高同轴度。两定位锥孔2的偏心距和工件1的两个锥圆偏心距完全相同，锥度尺寸与工件的两锥度圆锥度配合加工而成。

三.线切割找正和加工

凸凹模模坯排样图如图3所示

图3 凸凹模模坯排样图

1.钼丝位1

2.钼丝位2

3. 钼丝位3

4.钼丝位4

5.钼丝位5

（1）以C面作为底面定位基准面，水平放置在线切割工作台面上，在钼丝位1找正B 侧面与机床Y轴平行。（2）钼丝在B侧面“碰火花”，用工作台手轮将工

作台Y 轴移动至钼丝位2，再用手轮将工作台X轴移动距离（m+钼丝半径/2+放电间隙0.01mm）至钼丝位

3，使钼丝位3、钼丝预备孔中心的连线与Y轴平行。（3）用钼丝在A 面钼丝位4“碰火花”，用手轮将

工作台Y轴移动（n +钼丝半径/2+ 放电间隙0.01mm）；使钼丝中心与钼丝预备孔中心重合。

（4）穿钼丝入钼丝预备孔，开始加工刃口内孔。

（5）加工第二支凸凹模时，x轴移动k 距离至钼丝

位5，穿丝切割。以此类推，一次装夹找正后，割完整块工件上的凸凹模。

结语

通过改进中小规格链板凸凹模制造工艺，按照“基

准统一原则”，钳工钻孔和线切割加工统一定位基准面，

消除了定位误差；用钻模代替划线钻孔提高了工效和凸

凹模同轴度；线切割时以“碰火花”方法找正穿丝，取

代凭眼睛观察钼丝是否在预备孔中心的传统方法。解决

了凸凹模刃口和沉孔加工不同轴而报废的问题，同时极

大提高了生产效率。

四.锁紧装置结构特点

常规的锁紧装置一般是利用压板和螺栓对工件紧固的形式，操作时要交替旋动，至少两个螺母使工件夹紧，实际应用中常有对工件的夹持力不均匀及夹伤、夹坏

工件的现象，而且调整、紧固时间长不利于生产效率的提高。

本文中所述夹具的锁紧装置只采用一组螺纹机构，并具有以下特点：1.螺栓及固紧螺母均采用正旋梯形螺纹，其螺旋方向与车床主轴正转方向一致，加工过程中由于惯性力的作用使工件越转越紧。2.工件与两个定位锥度孔为插入式锥面结合结构，工件越向前移动配合会越紧，这种结构有效避免防止了加工过程中工件容易松动和工件飞出的不安全因素。3.固紧螺母前端具有较大的圆平面和工件端面形成面接触，保证了压紧力的均匀，有效地保护了工件。4. 图1所示工件为铝合金铸件，具有加工时所需切削力较小的特点，因此加工时工件无须很大的锁紧力。经实践应用证明在操作加工过程中，操作者徒手稍用力锁紧即可满足切削加工的要求。

五. 夹具的应用

夹具定位轴6的后锥面准确装配于车床主轴锥度孔内，三爪自定心卡盘的三个卡爪夹持定位轴前端外圆，根据夹具的圆盘5检查整体夹具的各定位精度。把图1所示工件的两个锥度外圆同时插进夹具的两个定位锥度孔内，旋动固紧螺母4前

移使其端面与工件端面接触并锁紧，对工件的其中一个内孔和螺纹进行加工。加工完毕松开并旋动紧固螺母4后移，工件脱离夹具锥孔后旋转180°，把另一个未加工的工件锥圆插进定位锥孔2内锁紧后继续加工。如此反复操作完成整个工件偏心工序的加工。

该偏心专用夹具的使用有效地提高了生产效率，保

证了产品质量，特别适宜大批产品零件的生产。经过生

产实践证明：该夹具的投入使用与常规装卡方法相比其

生产效率大幅度的提高了3 - 5倍。有效的保证了产品

质量和较大的企业效益

结束语

通过做毕业设计，使我对书本的知识有了更深一步的认识和理解，知道了理论联系实际的重要性；另外，对如何查阅资料与合理利用有了更深入的了解；本次毕业设计过程中进行了工件的工艺路线分析、工艺过程的分析、轴类零件与夹

具的设计与分析，是对我在大学期间所学的专业知识的一个检验，也是对所学知识的运用和综合；通过做毕业设计的这个过程，对我以后参加实际工作一定有很好的锻炼意义和指导作用。

致谢辞

本设计的完成是在我们李秀珍指导老师的细心的指导下进行的，在设计中每次遇到困难，我们的老师都非常耐心的给我们讲解，正是因为有了她这样不辞辛苦的讲解，才使我们的毕业设计进行的这么顺利。

在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。

从设计到选材，再到资料的收集，到毕业设计的修改的全部过程，都花了我们李秀珍老师许多的时间和精力，对此我向您表示中心的感谢，您的严谨治学的态度和高度的责任心使得我们的同学受益终身。

同时我也要感谢我的同学，在我的毕业设计中得到了许多你们的帮助，帮我及时发现问题帮我改正，使我的设计顺利的完成，对此我向你们深表谢意。

本设计参考了大量的文献资料，在此向学术界的各位前辈学

长们致敬、感谢你们！