数控车床同时加工多个零件的工装设计

通过对工艺方案的分析，设计了专用夹具与数控车床相结合，替代了原有的铣削加工工艺，不仅提高了加工效率，而且稳定了加工质量。

1前言

最初的工艺路线是:粗、精车所有外圆、台阶倒角、内孔、内锥面→用钻头钻两个φ11mm通孔→线切割加工内键槽→线切割加工R3mm圆弧和两个直角面→数控铣床加工R80mm圆弧。

R80mm圆弧在数控铣床上加工，原简易工装用锥度为1∶5的锥形芯轴和菱形销定位。工件只能单独加工。虽然加工精度能满足设计要求，但加工效率低，加工成本高，不能充分发挥数控铣床的高效优势。

加工完一批零件后，我们决定重新设计加工方案，寻求在数控车床上加工R80mm圆弧的可行性，以车代铣，提高生产效率，降低生产成本，最大限度地扩大机床的应用范围。

2工件加工工艺及专用夹具设计

根据零件的结构特点，重新进行了工艺分析。R80mm圆弧是规则圆弧，只要能找到圆心，并与车床旋转中心重合，就可以用车床加工。相比铣削，生产效率会大大提高，所以我们设计了一种夹具，可以在经济型数控车床上使用，同时夹紧多个零件，如图2所示。

2.1应用新工装后工件的加工工艺

1)在数控车床上粗、精车各圆柱台阶的倒角、内孔和内锥孔。

2)用钻模在平面上钻两个φ11H8的通孔(孔的加工精度需要适当提高定位)。

3)内锥体上的键槽采用线切割加工。首先，在切割内锥部分之前，试着切割一个高度相同的冲头部分，记录下当前的ZSD\ZID\Z0值；其次，测量试件的实际角度和尺寸，计算修正值；最后对锥形零件进行切割，得到的测量尺寸和角度值准确，达到了设计要求。

4)数控WEDM R3mm圆弧和两个直角面。

5)在数控车床上使用新设计的专用夹具，以1∶5的内锥孔为定位基准(因为定位基准是换算的，所以前道工序要保证锥孔与设计基准的同轴度)，加工R80mm圆弧面。此时实际上R80mm弧面的加工已经改为车削φ160mm孔。

2.2夹具的结构和工作原理

该夹具主要由夹具本体、锥形芯轴、菱形销和压紧元件[1]组成。安装后，工件R80mm弧面分布在以车床主轴回转中心为圆心，半径为80mm的圆上。

在具体直径为160mm的夹具圆周上，根据工件的大小安装尽可能多的定位芯轴和金刚石销，力求使工件互不干涉，充分利用空间。工件上钻的任何一个φ11H8孔都可以作为防转定位，这样可以同时加工多个工件。

3工件在夹具中的定位分析

工件安装在夹具本体上，锥形芯轴限制工件的五个自由度，菱形销限制一个转动自由度，相当于一边两个销定位。工件六个自由度完全受限，属于完全定位，定位安全可靠[1，2]，如图5所示。

夹具的4个主要元素

1)如图6所示，连接夹具和机床的法兰尺寸应根据机床主轴端的尺寸准备。根据加工圆弧[1，2]的半径尺寸和位置要求，精确计算后确定安装定位主轴的六个孔的圆周尺寸和安装六个菱形销的孔的位置。

3)如图8所示，菱形销与工件的定位孔配合，间隙很小，既保证了安装的方便，又尽可能少地限制了工件的转动。菱形销通过φ10H7/n6过盈配合与夹具体装配在一起，确保菱形销牢固地固定在夹具体上。需要注意的是，当菱形销安装在夹具体上时，菱形销的窄面应垂直于菱形销中心与工件锥孔中心的连线。

5如何使用夹具

将夹具安装在机床主轴上，并用千分表检查其安装的正确性。

完成相关工序后，将工件装在夹具体上，用螺母压紧，即可车削R80mm圆弧面[3，4]。工艺为:①粗车工件φ160mm孔，留1mm精加工余量。②精车工件的φ160mm孔至公差要求。

加工完成后，取出工件，将工件旋转180°重新安装，即可加工工件另一侧的R80mm圆弧面。

由于同时安装多个工件进行加工，减少了刀具空行程，增加了有效切削时间，加工效率明显提高。高速钢刀具用于数控铣床，硬质合金刀具用于数控车床。由于硬质合金刀具的切削参数远高于高速钢刀具，使用这种夹具不仅提高了切削效率，而且降低了切削成本，综合经济效益显著提高。

6结束语

在机械零件的设计中，经常会用到圆弧曲面，圆弧曲面的加工工艺多种多样。应根据圆弧的曲率、材质和技术要求，采用不同的加工工艺。因为不同的加工工艺必然会产生不同的加工效果，所以技术人员在编制加工工艺时要充分论证各种加工方案。传统工艺固然可行，但随着科技的进步，大量新设备、新工具材料的涌现，工艺设计者应与时俱进，突破传统工艺，采用最佳方案，实现经济效益最大化。通过实践证明，利用经济型数控车床，配以合理的工艺装备，实现多个零件同时加工而不铣削是完全可能的。