刘春利 杜秀菊 张 煜 刘 饶

(河北师范大学职业技术学院，河北 石家庄 050024)

偏心和薄壁零件在机械设备上应用非常广泛，但是利用车床加工时，偏心和薄壁零件的加工比较困难[1-3]。所谓偏心零件是指外圆和外圆或外圆和内孔的轴线平行而不重合，两轴线有一定距离[4-5]。偏心类零件找正装夹比较困难，加工精度很难得到保证。偏心工件的加工方法主要有4种，它们分别是：利用三爪联动卡盘加垫片方法、四爪单动卡盘方法、前后两顶尖偏移方法以及利用偏心卡盘车偏心工件方法[6]。所谓薄壁零件就是其零件直径D与壁厚δ之比通常大于40的的零件，壁厚δ约为0.25～1 mm的零件[7-10]。薄壁类零件刚性差、易变形、对切削热敏感，而尺寸精度、形位公差往往要求严格，在加工过程中由于多种因素的影响，会产生变形和损坏，极易产生不合格品乃至废品。因此该类零件的装夹方式就极为重要。薄壁工件的加工大体上有2种：外圆加工和内孔加工，内孔加工的难度相对外圆加工的难度大。其装夹的方式有以下几种：夹紧力均匀分布，比如开口套、弧形软爪；增加支撑面；改变夹紧力的作用点；利用心轴装夹等。

虽然偏心薄壁类零件有以上装夹方式，但有时其操作性、加工精度不是很理想，特别是如图1所示双偏心薄壁类零件其加工难度更难以实现。分析图1可知，工件左侧为厚度为1 mm直径为48 mm长度为20mm的薄壁内孔，右侧为两个φ25 mm偏心薄壁内孔，偏心距为11.5 mm，两个薄壁内孔中心距圆周旋转角度为135°，长度为25 mm，右端面还有对左端基准面平行度为0.02 mm的要求，必须设计可靠夹紧的装置才能够加工出图1合格的工件。

为此，设计一种运用于车床加工双偏心薄壁套的专用新型夹具，对于此夹具体满足以下几个方面要求：(1)工序集中和基准统一的原则，减少工件装夹次数和装夹时间；(2)准定位原则；(3)稳定性原则，有足够的强度和刚度，以免工件加工过程中因为受到各种力的作用产生变形和损坏；(4)良好的结构工艺性，便于绕Z轴旋转角度的调整、X轴偏心移动和整体结构的装配；(5)操作简单；(6)加工的工件的尺寸和几何精度容易保证。总之设计的此种专用新型夹具对于车床加工双偏心薄壁套件的的加工精度和生产效率具有积极意义[11]。

1 总体结构

图2为设计的双偏心薄壁套的车床夹具总体结构示意图，图3为夹具总体剖视示意图[12]。整个结构主要包括夹具套1、滑动设置在夹具套1上的偏心盘2、安装在偏心盘2上的分度盘3、安装在分度盘3上的转动盘4以及安装在转动盘4上的夹紧套5，在夹紧套5内设有用于与零件夹紧配合的零件套6。另外图2夹具总体结构示意图中的偏心盘2设有第一挡块12，在夹具套1上对应设有第二挡块13，在第一挡块12和第二挡块13设有第二双头螺柱14；图3夹具总体剖视示意图中的夹具套1设有第三挡块19，同时偏心盘2设有第二T形通槽18，螺钉通过第二T形通槽18和第三挡块19通过螺纹连接，偏心盘2、分度盘3和转动盘4通过第一双头螺柱7固定连接在一起。

2 具体结构和实施方式

如图2～3所示，本夹具包括依次连接的夹具套1、偏心盘2、分度盘3、转动盘4、夹紧套5以及零件套6。偏心盘2滑动设置在夹具套1上，分度盘3与转动盘4之间的角度可调节，能够实现双偏心薄壁类零件整体在图示XY平面内有一定角度的旋转、X轴方向的偏心移动，夹紧套5和零件套6通过配合能够实现零件合理的定位夹紧，从而使带有一定角度的双偏心薄壁零件加工得以顺利实现。零件套6套置在夹紧套5内，用于被加工零件的夹紧配合，其结构是一个外侧壁带有锥度的开口套，内部为阶梯孔。其内径要比加工零件的最大直径大0.4 mm左右，便于零件的装夹和卸出，并且在零件套6的内壁上贴有一层薄毛毡，毛毡紧贴阶梯孔内，保证零件套6与加工零件的柔性接触，防止零件的损坏和变形。在夹紧套5上开有与零件套6相适配的锥孔，所述夹紧套5上设有内螺纹，在转动盘4的一端设有外螺纹，转动盘4与夹紧套5通过螺纹连接。在零件套6的侧壁上沿长度方向开有豁口，零件套6的内侧端靠紧转动盘4，拧动夹紧套5使其向靠近转动盘4的一侧移动，便会使零件套6上的豁口间隙缩小，向内收缩夹紧待加工工件。如图3所示，夹紧套5的外部结构看上去像是一个瓶盖，其右侧带有一个锥孔，该锥孔与零件套6的外侧壁锥度相同，其左侧带有内螺纹，与转动盘4右端的外螺纹连接，通过夹紧套5旋进旋出从而实现与零件套6的锁紧和松开。

如图4为转动盘4结构示意图，图5为转动盘4剖视示意图。转动盘4的左端端面有一周环形定位凸起16，和分度盘3右端端面的环形定位凹槽相配合，目的是使转动盘4能够沿垂直于Z轴在XY平面实现旋转所需的角度[13]。转动盘4中间部位有转动盘通槽15，转动盘通槽15和转动盘4左端面之间有一通孔，用于第一双头螺柱7的穿入和穿出，转动盘通槽15便于放入扳手进行螺栓的螺母旋转松紧操作。在转动盘通槽15和转动盘4右端面之间为梯形孔，用于被加工零件的定位，可以限制加工零件Z方向自由度，同时也便于夹具的整体组装。另外在梯形孔左端面开有环形凹槽，目的是将加工好的薄壁部分放入该环形凹槽，起到定位和保护的作用。

如图6为分度盘3正面结构示意图，图7为分度盘3背面结构示意图。在分度盘3右端面的环形定位凹槽靠内位置在圆周方向上均匀分布有4组8个定位槽9，圆周相对的2个为1组，其中1组为通槽，在转动盘4的左端面相对设有2个定位键8，与定位槽9中的2个相配合使用，能够实现转动盘4在Z轴方向45°、90°、135°、180°的旋转定位。在分度盘3的圆周方向上设有两个沉头孔，便于放入螺钉使分度盘3与偏心盘2连接。在分度盘3的中间部位为一通孔，用于第一双头螺柱7的穿入和穿出。

如图8为偏心盘2结构示意图，图9为夹具套1结构示意图。在偏心盘2的右端面有2个定位键和2个螺纹孔。2个定位键和分度盘3的1组通槽相对应，用于偏心盘2和分度盘3的X轴旋转固定；2个螺纹孔用于与穿过分度盘3上沉头孔的螺钉连接，保证偏心盘2和分度盘3的定位和锁紧[14]。在偏心盘2的右端面中心位置还有一螺纹孔，目的是通过第一双头螺柱7和螺母的连接结构将偏心盘2、分度盘3、转动盘4固定连接在一起。在偏心盘2的左端面设有一士字形滑槽10，在夹具套1上设有与之对应的第一T形通槽11，同时在第一T形通槽11的下方设有第二T形通槽18，在第二T形通槽18内设有第三挡块19(详见图3)，在偏心盘2的边缘设有U字梯形通槽20，螺栓穿过U字梯形通槽20后与第三挡块19上的螺纹孔实现螺纹连接，可以实现士字形滑槽10与第二T形通槽18的锁紧，保证整个夹具在工作时不会发生脱落。

为了能够实现偏心盘2的滑动，在图2偏心盘2上沿士字形滑槽10的方向设有第一挡块12，在夹具套1上对应设有第二挡块13，在第一挡块12和第二挡块13之间设有第二双头螺柱14，通过旋转第二双头螺柱14，便可调整第一挡块12和第二挡块13之间的间距，从而使偏心盘2沿第一T形通槽11进行滑动。

为了保证偏心距的精确度，在图6夹具套1并且位于偏心盘2的一侧设有标尺17，所述标尺的位置与分度盘3的滑动方向平行且位于分度盘3的一侧，在分度盘2对应的一侧呈平面形。

夹具套1的左端结构为梯形轴形状，用于三爪自定心卡盘的定位和夹紧。

本新型夹具的积极效果为：夹具装夹时，把零件毛坯放入到零件套6中，通过夹紧套5和转动盘4实现薄壁工件的夹紧和定位，从而顺利实现一侧的加工；掉头后将一侧加工好的零件放入转动盘4和零件套6中，通过转动盘4和分度盘3实现垂直于Z轴在XY平面旋转所需的角度并拧紧固定，达到两偏心孔有一定角度的加工；通过偏心盘2和夹具套1实现X轴方向的偏心移动并拧紧固定，达到偏心的加工。

3 工艺装夹过程

本夹具加工的零件如图1所示，对于双偏心薄壁套具体装夹工艺过程概述如下：使用本夹具时，(1)将夹具套1装夹在三爪自定心卡盘上。并用三爪自定心卡盘夹住夹具套1。(2)将零件毛坯(尺寸及结构均满足图纸要求，外圆φ50 mm，长度45 mm)放入到夹具的零件套6中，零件的左端端面与转动盘4的梯形孔内腔左端面相接触，实现Z方向的定位。旋转夹紧套5使之向左移动，通过锥度配合，使得零件套6收缩，保证零件毛坯外圆表面和零件套6内表面紧密接触，拧紧夹紧套5后实现了零件的加紧。此时加工厚度为1 mm直径为48 mm长度为20 mm的薄壁内孔至图纸要求尺寸[15-16]。(3)拧开夹紧套5，松开零件套6取出零件，掉头将零件放入到转动盘4梯形孔中，注意将加工好了的薄壁部分放到梯形孔内腔左端面的环形凹槽中。拧紧夹紧套5，完成定位和夹紧。转动第二双头螺柱14外侧的螺母，偏心盘2沿X轴移动，读偏心盘2和夹具套1上刻度尺的数值，直到满足图纸偏心要求为止(11.5±0.02 mm)。然后拧紧偏心盘2上两侧内六角螺钉，加工第一个偏心小孔φ25 mm到图纸要求尺寸。(4)松开转动盘4中间的螺母，旋转转动盘4到135°位置后拧紧该螺母，实现135°的偏心定位夹紧。加工第二个偏心小孔φ25 mm到图纸要求尺寸。(5)加工完成，拧开夹紧套5，卸下加工好的零件。

4 结语

通过本夹具体具体实施过程和装夹工艺分析，加工工件薄壁的一侧时，能够实现工件的快速定位夹紧，从而实现薄壁工件的顺利加工[17]；掉头后，能够实现X轴方向的偏心移动并拧紧固定，能够加工完成第1个偏心薄壁孔；同时能够实现第2个偏心孔旋转所需的角度并拧紧固定，快速完成达到第2个偏心孔的加工。

本新型夹具操作简单，能够实现双偏心薄壁套零件加工，并保证工件的尺寸和几何精度。夹具套、偏心盘、分度盘、转动盘、夹紧套、零件套之间联结紧凑，保证双偏心薄壁套工件在车床加工的顺利实施。总之设计的新型夹具体对双偏心薄壁套工件的车床加工具有有效的加工精度和效率。