微电机壳车削夹具的设计

成长城

（江苏省无锡市江阴中等专业学校，无锡 214400）

1 车床专用夹具设计要点

夹具通常由定位元件、夹紧装置、对刀引导元件、分度装置、连接元件以及夹具底座等组成。对于一些非回转体工件，要在车床上加工回转表面如镗孔、车端面等，使用通用夹具（三爪或四爪卡盘）不能很好装夹工件时，需要设计车床专用夹具，使夹具通过花盘、主轴法兰等部件与机床主轴相连接，车削时由机床主轴带动夹具做高速回转运动，以达到车削的目的。在设计专业车床夹具时，除了保证工件达到工序要求的各项加工精度与表面质量外，还应注意如下设计要点。

首先，夹具的结构应尽量紧凑、轻便、悬臂尺寸短，重心尽可能靠近主轴，以保证加工时有足够的刚性。工件在加工时是高速旋转的，因此夹具在夹持工件后应有很好的回转平衡性，以减少主轴轴承的不正常磨损，尽量减少振动对加工质量和刀具寿命的影响，因此夹具在设计时要考虑平衡装置，并能对平衡装置进行调节，以增加夹具体的适用性。

其次，为提高生产效率，夹具除了具备夹紧、松开操作简单、方便、可靠、工件在夹具上应能方便测量，切屑能顺利排出或清理等要求外，还应要求夹具在旋转时产生的惯性力不能使工件的夹紧力有减小的趋势，防止夹具体在旋转过程中夹紧元件松脱。从安全性角度考虑，夹具上各元件的布置不应超出夹具体的直径，靠近夹具体边缘的元件，不能有突出的棱角，如一定要有，必须有防护装置。

最后，为保证被加工工件的回转精度要求，夹具体的回转轴线与车床主轴轴线要尽可能同轴，而这个同轴是车床夹具与主轴连接精度保证的，因此夹具在机床上的安装与调试就显得很重要。考虑到主轴有高速转动、急刹车等特殊情况，惯性会突然变大，而导致夹具与主轴之间出现松动，所以在设计时要考虑连接处具备防松装置。

2 微电机壳加工工艺的制定

2.1 微机电壳加工原则

在安排机加工工艺规程时，一般要遵循“先基准后其他、先粗后精、先主后次、先面后孔”原则。同时还应考虑所设计的工艺规程，保证零件加工质量达到设计图样上规定的各项技术要求。工艺过程有较高的可行性和生产效率。尽量降低制造成本以提高生产效益，注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。

2.2 微机电壳加工工艺

某公司生产的微电机壳如图1所示，生产批量为大批，铝合金铸件毛坯。加工内容包括端面、内径φ102mm孔，紧固用螺纹M5、M4定位孔φ8mm等。按照先加工基准面及先粗后精的原则，该零件加工可按下述工艺路线进行，其工艺路线安排如下。

图1 车床夹具

工序1以微电机壳底座上表面定位，粗铣及半精铣底座下表面。工序2以精铣后的底座下表面及支承板定位，钻四个φ8mm的孔。工序3以精铣后的底座下表面及底座上的两个对角孔定位，粗车两端面及粗镗φ102mm的孔。

工序4以精铣后的底座下表面及底座上的两个对角孔定位，精镗φ102mm的孔。工序5以φ102mm的孔及微电机壳的一个端面定位，钻两个端面上的6个M5的螺纹孔。工序6以精铣后的底座下表面及底座上的两个对角孔定位，钻φ114mm壁上的两个M4的螺纹通孔及φ10mm的通孔。工序7是质检。

3 车削部分夹具的设计

3.1 定位方案

本夹具用于车端面及镗内孔，工件采用“一面两孔”的定位方案，即微电机壳底座的下表面限制3个自由度，短圆柱销限制2个自由度，菱形销限制1个自由度，共限制6个自由度。

3.2 夹紧机构选择

夹紧机构一般是由三个部分组成：夹紧元件、中间机构及动力装置。典型的夹紧机构包括：斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、定心夹紧机构、铰链夹紧机构和联动夹紧机构。

本工序采用两个钩形压板与套筒的组合，通过手动拧紧螺母来实现工件的夹紧。压板夹紧力主要作用是，防止工件在切削力作用下产生的振动，保证工件旋转时的稳定性。

3.3 夹具与机床连接元件

车床类夹具一般安装在主轴上，安装方法取决于所用机床主轴端部结构，本工序选用的CA6140型卧式车床或CKA6140数控车床，故将花盘与机床的主轴连接即可。

3.4 夹具体

夹具体是夹具的基础元件，夹具的其他各种元件、机构和装置等需要安装在夹具体上。夹具体的形状及尺寸取决于夹具各种装置的布置及夹具与机床的连接。夹具体的壁厚h一般为8～25mm，加强筋厚度一般为0.7～0.9h，加强筋高度一般不大于5h，该车床的夹具体壁厚选为20mm，加强筋厚度为16mm，高度为60mm，具体结构如图1所示。

3.5 使用说明

如图1所示，安装夹具时，首先将夹具体与花盘通过螺栓连接，再将花盘与机床主轴连接，调整花盘与机床主轴，使两者中心重合。然后将微电机壳放到夹具体上，通过钩形压板压紧在夹具体上。当车完一个端面及镗好内孔时，松动钩形压板上的螺母，将工件旋转180°，拧紧螺母后再车另外一个端面。夹具增加了防护罩，防止加工时切屑误伤到人，使该夹具的设计更具人性化。

3.6 定位误差的分析

在工件定位过程中，由于工件的定位基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准面与夹具定位元件的定位表面存在制造误差，工件的工序基准会偏离理想位置，导致工序尺寸产生加工误差，这称为定位误差，常用符号Δdw表示。它由基准不重合误差Δbc和基准位移误差Δjw两部分组成，具体如式（1）所示。

根据式（1），定位误差应不得超过零件公差的1/5～ 1/3。

本工序采用“一面两孔”定位方案，保证尺寸63-0.1-0.4，由于此种方案符合基准重合原则，则Δbc=0；又因为底面为平面定位，则Δjw=0；即Δdw=0。故该定位方案符合要求。

4 结论

微电机全称“微型电动机”，是指直径小于160mm或额定功率小于750mW的电机。微电机壳因体小壁薄，产品质量与生产效率难以得到保证。而通过实践发现，使用此夹具进行微电机壳生产，生产效率提升了30%，产品合格率提升10%，很好地发挥了夹具的作用。