薄壁锥套夹具研究与设计

0 引言

薄壁锥套是某产品的重要部件，结构虽然简单。由于壁薄，不宜装夹，用三爪卡盘不容易保证加工精度，因此大批量生产时，需要设计专用的夹具，来满足其加工要求，提高生产效率和加工精度。

1 分析薄壁锥套的加工工艺

1.1 分析薄壁锥套的结构

薄壁锥套结构简单，主要有圆柱面、台阶和内外圆锥面组成，单件生产选择圆钢；批量生产选择锻件毛坯，可以冲出直径50 mm 的孔，这样既节省材料，又能减少钻孔工步。

1.2 分析薄壁锥套技术要求

零件的尺寸精度较低，外锥面的长度尺寸精度较高，公差值为0.06 mm，其余为未注公差；形位公差没有要求，加工时也要保证左端面与内锥轴线的垂直度公差值不大于0.05 mm，保证装夹与定位精度；内锥面的表面粗糙度Ra 为1.6 μm，其余为3.2 μm，零件如图1 所示。

图1 薄壁锥套零件

2 确定薄壁锥套的加工工艺

通过分析薄壁锥套的结构与技术要求，加工的关键技术是防止薄壁锥套的装夹变形。解决问题的方法是选择合理的加工工艺与设计夹具。因工件内外锥面不能再一次装夹中完成，只能先加工内锥，然后在芯轴上加工外锥，需要设计合理的芯轴，才能避免工件的变形，来达到图纸的精度要求。大批量生产时，工艺路线如下。

（1）加持Φ105 mm 毛坯外圆。车端面，齐平就行；粗车右端圆锥面，车成直径为95 mm；钻孔直径为45 mm。

（2）工件调头，夹持直径95 mm。齐总长，保证尺寸35±0.03 mm；粗车Φ105 mm 外圆至Φ102 mm；粗车内圆锥，留1 mm 余量；精车内圆锥至尺寸。

（3）工件安装在芯轴上。精车外圆Φ102 mm 至要求；精车圆锥至尺寸要求。

如果该产品是单件小批量生产，可以不用夹具，毛坯长度余量要满足夹持要求，一次装夹完成工件的外部尺寸，粗加工完内孔，然后上软卡爪，夹持直径Φ100 mm，完成内圆锥面及总长尺寸。

3 夹具设计

3.1 芯轴夹具的设计原理

根据薄壁锥套零件的结构，设计芯轴的结构尺寸，利用锥度的定位原理，保证夹具的定位要求，利用挡圈、螺栓，实现薄壁锥套的上、卸工件。如果批量大，可以增加快换垫圈。

根据薄壁锥套部分的结构，设计了芯轴的结构尺寸，并采用了锥度定位原理。保证夹具的定位要求，利用挡圈、螺栓，实现薄壁锥套的上、卸工件。芯轴夹具如图2 所示。如果批量大，可以添加快换垫圈。

图2 芯轴

3.2 芯轴夹具设计的方法

首先分析薄壁锥套的图纸，研究薄壁锥套的结构与技术要求，选择加工方法，确定工件的装夹方法；然后根据装夹方法设计芯轴夹具的零部件的结构，确定定位与夹紧元件的结构与精度尺寸；再构建夹具零部件的结构图，如图2～图5 所示；最后构建夹具原理图，如图6所示。

图3 螺栓

图4 挡圈

图5 快换垫圈

图6 芯轴夹具装置

3.3 芯轴夹具使用方法

（1）芯轴零部件的作用。芯轴用于安装薄壁锥套，起到定位的作用；挡圈挡着工件和螺栓一起用于工件的夹紧；快换垫圈用于快速卸下工件，当大批量生产时，为了减少装卸工件时间，卸工件时，螺栓不必全部拧出，只要松开螺栓，拿下快换垫圈，就可取下挡圈，卸下工件。

（2）芯轴使用时的注意事项。每次使用时，需要找正芯轴，或芯轴直径在加工时留有余量，安装在卡盘上要重新加工一次，才能保证加工精度。使用快换垫圈时，注意要加紧，避免加工过程中垫圈甩出。

4 夹具的推广使用

芯轴的种类较多，有圆柱芯轴、小锥度芯轴、涨力芯轴，在实际生产中用途广泛，可以根据实际需要进行设计制作，解决实际问题。此夹具在实际使用过程中此夹具拆装方便，结构简单、定位准确、省时，提高了加工效率。

5 结束语

本夹具采用锥度定位，结构简单，保证了内外圆锥面的同轴度要求，很好地解决了薄壁零件的装夹问题。装卸工件方便、快捷。如果是批量生产，使用快换垫圈可以缩短装卸工件的时间，从而大大提高装卸效率。并且芯轴夹具制作容易，成本低。