一种用于车削加工垂直相交轴螺纹的夹具的制作方法

本发明涉及机械加工行业，具体是一种用于在卧式车床装夹、找正，车削垂直相交轴螺纹的夹具。

背景技术：

垂直相交轴的螺纹目前在多轴复合加工机床上能够很好的实现加工，螺纹一般通过多角度回转主轴可以进行铣削加工。我国机加的现状是，有一些高精尖的多轴复合加工机床，但是卧式车床在国内企业仍占有相对大的比例，而且对于螺纹加工车削仍是最理想的加工方式。但在卧式车床上由于螺纹回转轴与车床主轴垂直，无法直接进行车削加工；同时由于装夹轴与螺纹回转轴垂直，车削时，螺纹易发生变形、震颤，因此一般要采用专用夹具将螺纹回转轴转换至与车床主轴同轴，同时采取减震措施，以实现卧式车床车削加工。这样降低了螺纹的加工难度、减少了加工成本，特别是对于大批量生产的零件，优势更加明显。

现有加工技术中，对于垂直相交轴的螺纹在卧式车床上车削时一般采用翻转工装，通过翻转工装将螺纹回转轴旋转至与车床主轴同轴。这种加工工装存在加工周期长、工装设计复杂、经费高、使用范围小等不足，且工装维护和保养都比较严格，增加了零件的制造成本。对于大批量生产的零件来说，该工装显然是不相适应的。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的加工周期长、使用范围小，以及维护和保养成本高的不足，本发明提出了一种用于车削加工垂直相交轴螺纹的夹具。

本发明包括装夹板、圆环体、定位环、两个筋板和底板。所述两个筋板固定在装夹板的一个表面，并且所述两个筋板的弧面共同形成了圆环体的支撑面，将圆环体的圆周表面与所述两个筋板的弧面接触并固定；所述圆环体圆周上的开口位于两个筋板之间，并远离装夹板。定位环圆周表面的连接面与所述装夹板的表面接触并固定；该定位环的下表面与所述圆环体的上端面接触并固定；该定位环上表面的定位止口用于安装工件。底板焊接固定在所述圆环体的下端面，并使该底板圆周上的平面与所述圆环体圆周上的开口位置对应。

所述装夹板的外径大于定位环的回转中心。在该装夹板安装有筋板的表面外缘加工有台阶。

所述圆环体的圆周上有避让工件“C”字形的开口。在所述C”字形两端开口处分别有用于安装定位螺钉的螺纹孔。

所述定位环的外径大于所述圆环体的外径；定位环的内径小于所述圆环体的内径。在该定位环圆周表面加工有连接面，用于与装夹板表面的焊接固定。在所述定位环上表面加工有环状的定位止口，由该定位止口处相互垂直的两个表面共同形成了确定工件回转中心与机床主轴回转中心相对位置的定位面。

所述定位止口处的内表面形成了工件中心的定位面，且该定位止口处的内径与工件的最大外径相同，并使该定位止口的中心与工件的中心同心；该定位止口的台阶面形成了工装回转中心的定位面，该台阶面表面至装夹板中心的距离与工件安装表面至该工件加工中心的距离相等。

所述筋板的一个表面加工为与圆环体外表面相配合的圆弧面。

在所述底板的中心有支撑螺钉的安装孔；在所述圆环体圆周上对称的分布有定位螺钉孔，并且所述定位螺钉孔的中心线垂直于工件的轴线。

实际生产中，之所以垂直相交轴螺纹在卧式车床上加工难度大，主要是：第一，螺纹回转轴与车床主轴垂直，无法直接车削螺纹；第二，如何减少螺纹加工时的变形和震颤也较为困难。因此本发明的关键是：第一，必须将螺纹回转轴旋转至与主轴平行的位置，卧式车床才能加工；第二，夹具要设计合理的结构及装夹方式，选取合理的装夹定位基准、既具有良好的装夹性能，可以提供足够的装夹力，又避免了定位不准确和装夹变形；第三，制定准确的找正方式，解决螺纹车削找正的问题；第四，夹具要设计合理的减震方式，避免螺纹车削变形震颤。

本发明根据垂直相交轴的螺纹的结构特点，通过设计合理的夹具结构，选取合理的定位基准、装夹方式，降低工件装夹难度，实现了螺纹回转轴转换至与车床主轴同轴，同时便于螺纹加工操作，避免装夹变形、车削震颤，降低工装制造难度和成本，克服了现有技术中的不足。

使用时，主轴装夹固定体装夹板外圆，找正固定体装夹板台阶圆。定位螺钉旋入固定体圆环体外圆，先将两侧定位螺钉间距调整至较大，以保证零件放入固定体后垂直轴伸出圆环体开口槽。将零件大端放入固定体定位环定位止口中，通过连接螺栓将零件压紧于固定体定位环上端面，使零件与工装连接在一起。不断旋入定位螺钉与支撑螺钉，直至和零件外圆面接触，此时注意不得给零件外圆面施加外力，只做辅助支撑。拧紧止动螺母，工件装夹、找正完毕。

通过采用本发明实现在卧式车床上装夹垂直相交轴螺纹零件，将螺纹回转轴转换为与机床主轴平行的可加工状态。通过固定体上的连接螺栓来固定工件，使机床卡爪夹紧力不直接作用于工件上，工件不受径向装夹外力，能有效减小工件由于装夹引起的变形，同时通过主轴装夹工装消除了传统加工方案中因主轴直接装夹工件，降低了工件传递扭矩而引起的变形。同时，本发明能够防止车削垂交轴螺纹时产生振动，通过辅助支撑减小了工件装夹力对工件加工精度的影响，从而提高了产品的加工质量。实验证明，采用本发明使产品的优质品率达到100％，实现了产品“零缺陷”交付，并提高了生产效率，由原来的4h/件提高到了0.5h/件。本发明不用反复车削，节约了成本，在批量生产中效果更为明显。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A向示意图；

图3是图1的B-B示意图；

图4是装夹板的示意图，其中4a是主视图，4b是侧视图；

图5是圆环体的示意图，其中5a是主视图，5b是侧视图；

图6是定位环的示意图，其中6a是主视图，6b是俯视图；

图7是底板的示意图，其中7a是俯视图，7b是主视图；

图8是筋板的示意图，其中8a是主视图，8b是侧视图；

图9是夹具工作原理图。

图10是夹具的爆炸图。图中：

1.装夹板；2.压紧螺钉；3.圆环体；4.定位环；5.定位螺钉；6.止动螺母；7.底板；8.支撑螺钉；9.筋板；10.工件；11.三爪卡盘。

具体实施方式

本实施例是一种用于在卧式车床上加工垂直相交轴螺纹的夹具，包括装夹板1、圆环体3、定位环4、两个筋板9、底板7。所述两个筋板9固定在装夹板1的一个表面，并且所述两个筋板的弧面共同形成了圆环体的支撑面，使圆环体3的圆周表面与所述两个筋板的弧面接触并焊接固定；所述圆环体圆周上的开口位于两个筋板之间，并远离装夹板。定位环4圆周表面的连接面与所述装夹板的表面接触并焊接固定；该定位环的下表面与所述圆环体的上端面接触并焊接固定；该定位环上表面的定位止口用于安装工件。底板7焊接固定在所述圆环体3的下端面，并使该底板圆周上的平面与所述圆环体圆周上的开口位置对应。在所述底板的中心有支撑螺钉8的安装孔；在所述圆环体圆周上对称的分布有定位螺钉孔，并且所述定位螺钉孔的中心线垂直于工件的轴线。

所述装夹板1为圆板，该装夹板的外径大于定位环4的回转中心。在该装夹板安装有筋板9的表面外缘加工有台阶，该台阶用于加工中工件回转中心的找正。在该装夹板上有减轻孔。

所述圆环体3的圆周上有避让工件的开口，使该圆环体的外形呈“C”字形。在所述C”字形两端开口处分别加工有用于安装定位螺钉的螺纹孔。

所述定位环4的外径大于所述圆环体3的外径；定位环4的内径小于所述圆环体3的内径。在该定位环圆周表面加工有连接面，用于与装夹板1表面的焊接固定。在所述定位环上表面加工有环状的定位止口，由该定位止口处相互垂直的两个表面共同形成了确定工件回转中心与机床主轴回转中心相对位置的定位面。其中：该定位止口处的内表面形成了工件中心的定位面，且该定位止口处的内径与工件的最大外径相同，并使该定位止口的中心与工件的中心同心；该定位止口的台阶面形成了工装回转中心的定位面，该台阶面表面至装夹板中心的距离与工件安装表面至该工件加工中心的距离相等。在该定位止口的台阶面上均布有多个工件固定孔。

所述筋板9为块状。该筋板的一个表面加工为与圆环体外表面相配合的圆弧面。

所述底板7的外径与所述圆环体3的外径相同。在该底板上加工有减轻孔。

本实施例中，装夹板为45#钢圆形板，直径420mm，厚度40mm，中心有直径100mm的通孔，板上均布4个直径100mm径向减轻通孔。焊接筋板的端面有直径410mm的环形找正台阶，深度为10mm。定位环为45#钢环形板，外环外径327mm，内环直径258mm，保证工件能够顺利装入固定体内，厚度25mm。竖直侧面有一平面宽102mm，用于与装夹板焊接。上端面有一环形定位止口，该定位止口的直径为310mm，深度为10mm，深度4mm。定位止口轴线与装夹板找正台阶轴线重合，定位止口端面均布径向6个M8螺纹孔。底板为45#钢圆形板，直径320mm，厚度15mm，中心有一M20螺纹孔。板面有三处直径85mm的配重通孔，竖直侧面有一平面宽160mm，与配重通孔相对应。圆环体为45#钢中空回转体。内径270mm，外径300mm，高度180mm，竖直侧面有一140mm宽开口槽。圆环体上端面与定位环焊接，下端面与地板焊接，开口槽对称面与装夹板焊接。圆环体、定位环、底板的轴线重合。开口槽两侧边外壁各有一个M8螺纹孔，用于连接定位螺钉，距开口槽侧棱距离40mm。筋板左右两边各一件焊接于圆环体两侧，再与装夹板、定位环、底板焊接，对固定体起支撑、连接作用。实施例中筋板为45#钢长方体，长180mm，宽75mm，厚度30mm，厚度方向一侧有与圆环体外环直径相同的弧面用于与圆环体装配焊接。

定位螺钉5为45钢制成，为六方头结构，螺钉端面焊有球状黄铜，螺钉长度根据固定体圆环体厚度、车削工件螺纹直径决定。

支撑螺钉8为45钢制成，为六方头结构，螺钉端面焊有黄铜，表面平整，螺钉长度根据固定体底板厚度、工件距底板距离决定。

本实施例以某工件为例。该工件的第一轴与第二轴垂直，对称度要求0.1，第二轴加工外螺纹M120×1。

使用时：将装夹板1采用常规装夹方式装夹在卧式车床的三爪卡盘11上，并用百分表找正，装夹板台阶端面和外圆跳动量在0.01㎜以内。将工件放入装夹板1的圆环体内，将工件第一轴的大端端面放入定位环止口内，并保证工件第一轴轴线与车床主轴同轴；使被车削的第二轴螺纹从圆环体3开口处伸出。用百分表找正工件第一轴上端面跳动量，以确定工件贴紧于定位环的定位止口端面，同时用百分表找正第二轴待车削螺纹外圆和端面，以保证待车削螺纹轴线与车床主轴同轴。工件第一轴大端端面采用压紧螺钉2压紧。旋动两边的定位螺钉5，使定位螺钉铜部球头均匀接触工件第二轴外表面即可。定位螺钉对工件车削只起防颤作用，不得旋紧使工件第二轴受到径向外力，最后旋紧止动螺母，防止加工时定位螺钉松动。旋动支撑螺钉8，使支撑螺钉铜端面接触工件底面即可。支撑螺钉对工件只做辅助支撑，不得旋紧使工件轴向受外力，最后旋紧止动螺母，防止加工时支撑螺钉松动。

采用一般螺纹车削方法就能够车削第二轴螺纹了。

本实施例能够在卧式车床上实现垂直相交轴螺纹车削加工，实现了快速装夹，快速找正，常规车削加工，避免了该类产品必须在多轴加工中心上加工或采用高成本翻转工装装夹的要求；同时有效减小薄壁件由装夹引起的变形，防止精加工时的震颤引起的产品变形与表面粗糙度低，较好的保证了垂直相交轴的形位公差要求。本发明中工装结构简单，使用方便，不需要反复加工，所以不再是消耗品，节约了成本，在批量生产中效果更为明显。