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一种汽车十字轴车床夹具的设计

2026-5-19 来源：广东省粤东技师学院作者：江哲

摘要：随着数控机床在机械行业中的应用越来越广泛，加工工艺日益先进，大部分机械零部件都能通过多轴的机床进行加工，但对于个别厂家，资金较为紧缺，暂时无法购置新型机床进行加工，而一些零件尺寸及参数又需要保密，无法让其他厂家进行代加工。这时，一些形状复杂的零件，就需要制作专用的夹具来进行夹持。

关键词：数控车床；专用夹具；汽车零件；十字轴；生产效率

部分企业在发展过程中，没有进行科学规划，在购置的设备中存在机床种类配比不均，导致购置设备后，出现部分设备使用较少或空置的情况。本文中介绍的十字轴零件，该企业之前一直采用数控铣床和加工中心进行加工，但在装夹工件的过程中，发现精度不易控制，在大批量生产中尤为突出，导致劳动强度大，生产效率低下。同时，能进行加工的数控铣床和加工中心只有２台，而空置的数控车床有６台，如果可以对空置的数控车床进行夹具设计改装，让数控车床也加入加工，就能有效地提高零件加工精度与加工效率。

本文通过对数控车床的夹具进行设计改装，在制订装夹方案的时候考虑减少零件的装夹次数，使零件安装在专用夹具上后，可以经过简单的调整，实现更换加工平面进行加工。改造后的数控车床不单减少了零件加工的工序，也相应减少了装夹、找正等辅助时间有很好的效果。

１、零件介绍

本厂承接的加工零件万向接头，又称为“十字节”，是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置，它是汽车驱动系统的万向传动装置的“关节” 部件，图１所示。造型类似于“十”字，需要对四个圆柱外形进行加工，本文以十字轴主体作为研究对象。

图１十字轴零件

２、零件加工工艺分析

２．１结构分析

如图２所示零件，十字轴主体为一体造型，经锻造而成，形状精度较好，对于提高生产率和加工质量有较好的保证，本产品需要加工１６０００件，属于大批量加工。

图２十字轴主体零件尺寸及毛坯实物图

２．２精度分析

工件毛坯材料为４０Ｃｒ，调质处理。工件加工完成后最大直径２５．６ｍｍ，公差需要控制在±０．０８ｍｍ，零件４个方向加工的尺寸一样，但需变换４个方向进行加工。

为确保加工完成后与轴承外圈的配合，除了要保证零件的各项尺寸精度外，还需确保零件的形位精度要求。如同轴度、垂直度等，也要控制在０．０２以内。各处圆弧必须光滑，表面粗糙度Ｒａ＝１．６μｍ。

２．３加工要点

（１）采用数控车床加工回转体，精度较高，但需要注意工件必须安装在车床的中心轴上，否则加工过程中容易出现偏心和变形的情况，影响形状精度和表面粗糙度。

（２）加工该零件时，已知待加工外圆直径为 Φ２８ｍｍ，需加工长度为２０ｍｍ，故切削加工量不大，因此在加工时可先将外圆粗车至 Φ２６．５ｍｍ，留１ｍｍ进行精加工，以保证工件的表面粗糙度。

２．４拟订加工方案

综上所述，需设计一款可以将工件安装于车床中心轴上，且带有分度装置，同时保证在使用分度装置时，不用拆装工件，分度装置上带有４个加工方向的调整点，可根据加工需要调整按钮的进行分度。

３、定位及夹紧分析

３．１定位

工件是对称件，４个加工方向为圆柱形，可以采用Ｖ形块进行定位定心，如图３，在工件的四个方向分布３块Ｖ形块造型，将工件放上安装盘后，工件有３个方向受到限制，这样既能保证工件定位基准，也能让夹具的夹紧装置、工件中心以及车床主轴中心的同轴度得到保证。

图３夹紧前初定位示意图

本安装系统对工件的定位可以简化为图４所示，图中将工件放于初定位安装盘上，工件ｘ→、ｘ⌒、ｙ⌒ 受到限制，但工件ｙ→、ｚ→、ｚ⌒、仍能上下移动和旋转，所以需要在工件安装盘上方加入锁紧定位装置，锁紧装置的构造和安装盘的构造类似，加入锁紧装置后，可以限制自由度ｙ→、ｚ→、ｚ⌒，而安装盘限制的自由度有ｘ→、ｘ⌒、ｙ⌒３个自由度，与锁紧定位装置配合后限制的自由度为ｘ→、ｙ→、ｚ→、ｘ⌒、ｙ⌒、ｚ⌒，属于完全定位，使工件在夹具上保持准确位置。

图４定位约束分析图

３．２夹紧力分析

夹紧力大小要适当，要克服切削产生的切削力和工件转动产生的离心力，夹紧力过大了会夹伤工件的表面，过小了则在加工时工件会松动，造成报废甚至发生事故。在工件完成定位后，还要进行夹紧后才能进行切削加工。所以，对本安装系统面对的安装对象而言，因为加工余量基本不大，每次的进给量也就更小，除了前面的粗加工部分，基本是对工件进行精加工，因而其加工时的切削力也不是很大。而且使用手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力的确切数值，只是必要时进行估算。进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力作用下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为所需的实际夹紧力。

实际夹紧力一般比理论计算值大２～３倍。夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题。必须全面考虑工件的结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧机构。

４、夹具结构构思及设计方案

本夹具的夹紧装置类似平口钳，为了将工件几个圆轴面定位准确，把装夹的部分机构进行了改造，使之成为Ｖ型块，能方便可靠地紧固零件几个轴面，同时，将夹具体的底部进行改造，让其可以进行分度，方便更换车削工作面。该夹具主要由莫氏夹体、分度回转轴、分度定位器、回转锁紧装置、开口锁紧装置、Ｖ形垫块、Ｕ槽挡板架、工件定位支架和定位锁定装置等组成。夹具总装如图５：

图５夹具总装图

４．１夹具夹紧装置

图６所示，该夹紧机构原理类似于平口钳，为了方便工件安装定位，特地将夹紧的钳口制作为类似Ｖ形块的机构，使工件放入该夹紧装置就完成几个方向的限位，然后旋转钳台锁紧螺栓，使Ｖ形活动压块下移，从而夹紧工件，并在机构的前端增加了Ｕ形锁紧架，在Ｖ形活动压块向下夹紧后，将支架扣上进行锁紧，同时将Ｖ形活动压块锁紧，避免加工时晃动出现位置误差。零件完全锁紧的效果图如图７。

图６夹具夹紧装置及各部分零件

图７零件锁紧效果图

４．２夹具分度装置

如图８所示，该夹具的分度机构使用弹簧式对定销进行分度，在分度回转轴上分别有四个定位孔，对应工件加工的四个位置；分度时，将底部回转轴锁紧螺母稍微松开，松开后，将弹簧对定销拔起，此时可以操作分度回转轴进行旋转，在回转到定位孔时，弹簧式对定销由于弹簧的性质，自动回弹锁紧，再把回转轴锁紧螺母拧紧，便定位完成。