王小玲 钟祥爱

（广州市高级技工学校，广东广州 510410）

夹具是产品制造各工艺阶段中十分重要的工艺装备之一，生产中所使用夹具的质量、工作效率及夹具使用的可靠性，都对产品的加工质量及生产效率有着决定性的影响。一种优秀的夹具结构设计，往往可以大幅度提高生产效率，并能极大地稳定产品的加工质量。

1 问题的提出

在生产中，遇到一种圆柱凸轮（图1）需加工，客户已将凸轮的外圆和内孔加工完毕，只需加工凸轮槽。凸轮的材料为40Cr钢，生产数量50件，且客户要求的交货时间短。

加工圆柱凸轮一般采用范成法，即根据圆柱凸轮和从动件的相互运动关系，将滚子代以相同形状和尺寸的刀具，模仿两者之间实际工作时的相对运动关系，从而加工出符合设计要求的圆柱凸轮。用范成法加工凸轮槽需要一个移动轴和一个转动轴的联动，可在车削中心上进行，但有两个问题需解决:（1）凸轮的生产数量为50件，客户要求的交货时间短，应如何在车削中心上实现快速装卸工件以保证批量生产的效率呢?（2）现有的车削中心只有1个动力头，同一时间只能装1把铣刀，因此不能采用先粗精加工完一个工件，再接着加工下一个工件的方法，而应先把工件逐一粗加工完毕后，再逐一进行精加工。但这样会出现二次装夹的重复定位问题，应怎样才能保证两次装夹加工的起始位置是重合的呢?

2 问题的分析

针对以上问题，批量加工凸轮槽不能采用通用夹具，而应设计专用夹具，以满足凸轮槽的生产要求。

3 夹具设计

（1）实现快速装卸工件以保证批量生产效率的设计要点

考虑到客户已将凸轮的外圆和内孔加工完成，只需加工凸轮槽而已。因此，装夹方案可拟定为用已加工好的内孔为定位基准，在内孔配置一带台阶的实体心轴，再将套装工件的心轴装夹在车削中心的卡盘上。由于现有车削中心采用的是液压卡盘，它没有可固定卡盘的孔，因此在心轴上设计了一个通孔结构，以在装卸凸轮时可往心轴的孔中插入一销固定住卡盘，实现快速松紧螺母。另外，为实现快速装卸工件，锁紧螺母的外径要小于凸轮的内孔直径，同时将垫圈设计成开口的形式。设计的带台阶的实体心轴如图2所示。

（2）解决二次装夹的重复定位问题的设计要点

为保证粗精加工凸轮时都是从同一个位置开始下刀加工凸轮槽，解决工件二次装夹的重复定位问题，考虑采用键配合的方式进行定位。但在凸轮上增设键槽，会否影响该凸轮的正常使用?与客户商讨的结果是可以在凸轮端面上增设键槽。于是在图2所示夹具的端面1上增设了键，但若将该键的两侧设计成平面，与凸轮上的键槽所形成配合间隙就会影响工件的尺寸精度和表面质量;若将键配合设计成过盈配合，则不方便装卸凸轮，影响加工效率。考虑到小锥面配合有自定心的作用，能消除配合间隙，因此将夹具上的键的两侧设计成了小锥面，如图3所示。

由于图2中的心轴夹具的端面1是夹具的定位基面，为保证工件在夹具中的准确定位，在装夹工件时必须保证端面1与凸轮的端面紧密接触。如果将键设计成死键，则键槽深度方向的加工误差会影响两个端面的接触情况，因此增设了弹簧顶出机构，使心轴上的小锥面键与凸轮的键形成活动配合，消除键槽深度方向的加工误差对凸轮的影响。另外，为安装弹簧和小锥面键，增设了一个套零件，它与图2中的心轴夹具的外圆2形成过盈配合。

（3）改善用心轴定位引起重复定位误差对加工精度影响的措施

由于凸轮的端面与凸轮内孔的轴线有垂直度误差，夹紧时，心轴会发生变形，影响加工精度。为此在心轴的轴肩处增设端面槽的结构，以减小心轴台阶面与工件的接触面积，如图4所示。最终凸轮夹具的装配图如图5所示。

4 夹具加工的关键技术

在凸轮夹具的加工中需注意以下2个关键点:

（1）心轴装夹位的外圆尺寸与工件内孔尺寸的配合精度要求高，体现在:心轴装夹位的外圆与工件内孔的配合间隙若过小，会影响工件的装夹及装夹效率;若配合间隙过大，则会影响工件的加工精度。

（2）为保证左右端同轴度要求，采用两顶尖装夹工件心轴。它的优点是装夹方便，不需找正，装夹精度高，缺点是装夹刚度低，需注意切削用量的选用。

加工后的凸轮夹具的实物照片如图6所示。

5 结语

生产实践证明，该夹具设计是合理且切实可行，不仅保证了工件正确的装夹定位，还能实现快速装卸工件，有效地提高生产效率，保证工件的按时按质完成。

［1］王公安．车工工艺学［M］．北京:中国劳动社会保障出版社，2009．

［2］胡建新．机床夹具［M］．北京:中国劳动社会保障出版社，2006．