电主轴前盖加工工艺分析及夹具设计

曾福辉，罗萍

（广东省技师学院，广东 惠州 516100）

0 引言

盘类零件是机械加工中常见的典型零件之一，它的应用范围广泛。本文主要以电主轴的前盖为例，并做详细分析。

前盖是高速电主轴非常重要的机械零件，其主要作用为：1）实现轴承外圈的轴向定位；2）防尘和密封，除零件本身内部的迷宫结构可以防尘和密封外，也常与密封件配合以达到密封的效果，以此来隔绝异物进入主轴；3）主轴运转时，可起到传递转矩和缓冲吸震的作用，使电主轴的转动平稳。因此该零件应具有足够的强度、刚度及耐磨性，以适应前盖的工作条件。该零件的主要工作表面为前后端面及内外圆，还有零件上的孔位尺寸和位置精度等。本文对于高速电主轴固定座加工工艺规程及夹具设计的主要任务为：完成电主轴前盖零件加工工艺规程的制定及以精铣为主的铣床专用夹具的设计。通过对零件结构的工艺性分析，了解电主轴前盖的外形轮廓及技术要求，主要加工面及基准的选择，从而编制加工工艺规程；对于夹具设计，首先通过对零件加工工艺的分析，选取定位基面，然后根据切削力的大小和生产规模来确定夹紧方式，从而设计出合理高效的工装夹具，以达到高精度、高效率、高品质的生产要求。

1 工艺分析

1.1 电主轴前盖的作用

电主轴前盖是一种用于连接其他零件或增加其他零件强度的机械零件。本文所述的电主轴前盖是回转面和平面的结合，内部由各阶梯孔组成，端面及侧面设置有若干沉台孔、过孔及螺纹孔，其要求有较高的耐磨性、较高的强度及回转稳定性。它是电主轴空气清洁系统的重要组成部分，因此它对于机器加工零件的精度及电主轴的使用寿命都有不可忽视的影响。

1.2 电主轴前盖的加工工艺分析

此电主轴前盖轮廓形状复杂，需要进行多个工序来完成，结合其结构特点、使用效果及经济性等要求，现将具体工序分述如下：工序一为下料，锯床切割成棒料；工序二为车，精车外形轮廓；工序三为铣，钻底孔、精铣孔及攻牙；工序四为不变色热处理（47～51 HRC）；工序五为精磨外圆及端面；工序六为去毛刺及清洗；工序七为堵孔；工序八为终检。

图1 电主轴前盖零件图

从以上分析可知，该零件在批量生产条件下，需要在工序三中采用专用的夹具进行钻底孔、精铣孔及攻牙等加工来保证尺寸精度及位置精度，同时提高加工效率。因此，我们需要编制合理有效的加工工艺规程及设计相关工装夹具。

2 夹具设计

本文所述加工工件为电主轴前盖，通过工艺分析可知，精铣加工端面及侧面上的沉台、过孔及螺纹孔需要设计专用夹具。工件的装配基准为底面和φ24.5 mm内孔，本工序铣床钻孔及攻牙，所加工的孔为IT9级精度，装配基面及定位孔已精加工过，使用专用夹具精铣加工孔系。

2.1 夹具主体结构设计

本夹持装置所采用的CNC铣床的旋转式快速定位工装，包括夹具主体、工件、压盖及锁紧螺钉，夹具主体设置有矩形凹槽，矩形凹槽中设置有若干个定位凸起，若干个定位凸起沿其外侧均分布有若干个设置于夹具主体上的避空通孔，定位凸起设置有螺纹孔，工件安装于定位凸起上，压盖盖在工件上，通过锁紧螺钉与螺纹孔相互固定，将压盖压紧工件并锁定于定位凸起上。

2.2 定位元件设计

在完成工序二之后，前盖的底面和φ24.5 mm内孔已经加工完成，就是利用该零件上已加工的孔及端面作为定位基准，配合夹具主体上设置的圆柱销，通过压盖及螺钉实现工件的锁紧定位。定位最终设计如图2（b）所示。

图2 夹具主体结构

2.3 夹紧装置设计

由于电主轴前盖的生产规模为大批量生产，现有技术中，一般都使用单向定位夹具来夹持定位，操作起来比较麻烦，稳定性也不太好，且加工复杂工件时需多次手动装卸夹具、固定工件，效率低下、费时费力且生产成本较高，加工精度也因此降低。因此本道精铣工序夹具夹紧方式为旋转式快速定位夹紧。在夹具主体的其中一侧设置有圆柱体延伸部，另一侧设置有顶尖孔。其中，若干个柱形圆台状的定位凸起（圆柱销）分别阵列式地均匀分布于矩形凹槽内。工件设置有与柱形圆台相配合的卡槽，定位凸起的外圆与工件卡槽为间隙配合。工件的端面设置有若干个通孔，若干个端面孔与若干个避空通孔的位置相互对应且大小一致。其中，夹具主体的一侧通过机床三爪卡盘夹持圆柱体延伸部，另一侧通过顶尖孔与定位基准相互配合固定支撑，并随机床三爪卡盘同步旋转。

3 夹具的工作原理

加工时，机床的三爪卡盘夹持圆柱体延伸部，固定夹具主体的左侧，机床的顶尖与夹具主体中的顶尖孔相互配合以固定支撑右侧，并且夹具主体随机床三爪卡盘进行同步圆周旋转以实现工装的装夹，同时将工件的卡槽对准定位凸起，通过卡槽与定位凸起的精密间隙配合，将工件安装于定位凸起上，再把压盖放在工件的端面上，将锁紧螺钉拧入定位凸起中的螺丝孔，使压盖压紧工件，从而实现“一次装夹，加工多面”的加工效果。

4 夹具的优越性

旋转式的整体设计，可使夹具在一次装夹中同时实现工件的多面加工，简化了加工复杂工件时装卸夹具和固定工件，同时可避免因多次装夹而造成的工件重复定位误差，从而影响加工质量。此外，在加工零件的不同面时，通过机床数控程序控制实现工件的自动旋转转换，并精准定位，可确保加工出来的机械零件孔位精准。这种夹具实现了从固有技术的单面加工到新型多面加工的有效升级，大大减少了人工装夹、调试及产品加工的时间，节省了加工成本，提高了生产效率，同时保证了加工精度及运行稳定性，其尺寸精度可以得到更有效的控制。操作方便，通用性高，可装夹不同型号类似的工件。

5 结语

通过本次设计得到了机械零件合理有效的加工工艺规程及工装夹具设计的方法和步骤，从中得到新的启发，同时也提高了运用理论知识解决实际问题的能力，培养了在加工工艺规程编制及工装夹具设计方面的知识，更进一步提升了思考问题的能力和解决问题的创新能力。