真空断路器箱体机加工夹具的设计与研制

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在现代生产制造中，机庆夹具是-种不可缺少的工艺装备，它直接影响着零件的加工精度、生产效率和产品的制造成本等，故机床夹具设计是-项重要的技术工作，它是各机械制造企业新产品的投产、老产品改进和工艺更新中的-项重要生产技术准备工作.也是每-个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的重要技能，在机械制造以及生产准备中占有极其重要的地位。下面以真空断路器箱体的机加工专用夹具研发为例，分析专用夹具的设计过程。

1真空断路器减速机箱体的作用及技术要求分析1.1真空断路器减速机箱体 的作用图 1是电器成套设备真空断路器的减速机箱体轴测 图，其外形尺寸 (长 X宽 x高)约为165X120X1980.05，材料为铸造铝合金，牌号为 ZL104，毛坯为压铸件。真空断路器减速机箱体是安装蜗轮轴、蜗杆轴及锥齿轮轴的基础元件，其制造精度直接影响着蜗轮蜗杆等减速器零件的啮合精度，进而影响到真空断路器的动作可靠性和安全性。

2.1尺寸与形状精度分析真空断路器减速机箱体的下表面为安装基准面，上表面与箱盖连接，零件上平行于安装基准面的方向上有相互交叉垂直的两对轴孔，其尺寸分别为 55。mos与 42。m 。两组孔的公共轴线中心距为85.5±O.05，尺寸精度为 IT7级 ；其两轴的轴线的垂直度要求小于0.020。另外，该箱体底面上还有-组直径分别为 32nm 及 120删的同轴孔，其轴心线与中 320n晒和 42 孑L的公共轴线垂直度收稿 日期 ：2013-04-01作者简介：高鹤森，男，宁波工程学院机械学院工程师。

图 178 宁 波 工 程 学 院 学 报 2013年第 3期要求小于 0.015：箱体上 个方向孑L的轴线的垂直度要求均相当于位置公差的 5-6级，同方向两孔的同轴度要求为 qb0.012，也相当于位置公差的5-6级∩见，该箱体零件的尺寸精度 、位置精度要求均是比较高的。

1.3 表面粗糙度分析该零件j组相互交叉垂直的孔是用于安装滚动轴承的 。对表面质量要求很高 ，其配合表面的粗糙度值均要求小于 1.61xm，采用镗孑L-滚压工艺，可以保证孑L配合面的粗糙度要求；箱体的上下两个表面粗糙度值要求小于3.21xm，其它表面的表面粗糙度值要求为 3.2～12.5 m，铣削、镗削均可满足要求。

1.4 零件上其他结构分析 ：箱体上表面有 四个 M14的螺孔用于装配钢丝螺套 .底面上还有 MS10的螺孑L。这些结构在加T中心完成没有什么困难。因为T艺的需要，借用 M14螺纹底孑L经滚压后作为工艺基准。

南以上分析可知，该零件不仅尺寸精度要求较高，而且对形状与位置精度及表面粗糙度也提出了较高要求，加工难度较大。

2机械加工工艺的制订2.1加工设备的选择该箱体零件毛坯为压铸件，毛坯精度较高，加工余量较小，而且加工表面较多。若用普通机床加工，需要多套专用夹具及不同种类的机床，虽有可能保证本T序的加工精度，但因多次在不同机床装夹等因素，其位置精度是不易保证的，而且其制造成本也是高的，故该零件在普通机床上加工不是最佳选择；根据零件的加工要求，结合工厂现有设备情况看，该件可安排在立式或卧式加工中心进行加工，相比之下，卧式加工中心的丁时成本较高，故决定将该零件安排在 VC-105立式加工中心进行加工。

2.2工艺路线的制订该零件是典型的箱体类零件，目前年加工量为 1000余件，属小批量生产；零件上各孑L之间又有较高的位置精度要求，因此零件在加工过程中应旧能减少装夹次数，以减少安装误差。同时在不同T序中应旧能采用同-定位基准，以减少定位误差，为此，在加工过程中选择上表面及其上的两个经钻孔-滚压的螺纹底孔作为精加工的定位基准，用镗孔-滚压的丁艺方法提高孑L的尺寸精度及表面粗糙度 。根据以上原则拟定的箱体加T工艺路线如下 ：(1)加工箱体上表面及工艺基准孔 ：铣平面(上表面)-钻孔-铰孔-滚压孔达 IT6级(以箱体上嵌铸的两根平行碳钢轴及台阶面作为粗基准)；(2)加l丁箱体下表面及该面上各孔及弹簧挡圈槽 ：铣平面(下表面)--镗轴承安装孔-铣切弹簧挡圈槽-滚压轴承安装孑L-加工其余表面(采用箱体上表面及两个工艺基准孔定位：-面两孔)。

(3)加工箱体前后侧面上的 55。m 孔及侧面上的凸台平面：镗前后 ###55。枷 孑L(双镗刀)-滚压前后55 )m3孑L-铣凸台-钻螺纹过孔(-面两销定位)。

(4)加工箱体左右侧面上的 qb420. 及 35。m 孔：镗 42 棚舾及 35。m (双镗刀)--滚压42nm 及 35。加 孔(-面两销定位)。

3专用机床夹具的设计与研制根据上述T艺安排，若每道T序设计-副专用机床模具，则需要四副专用夹具，并需占用四台立式高鹤 森 孙 劫 盛汉姣 彭宏达 陈晓平 ：真空断路器箱体机JIJ 火具的没汁与研制 79加丁中心：当然也可利用四副专用夹具和-台加T中心完成各道lT序.这样则需经常拆装夹具，增加辅助丁时。显然，两者均不是理想的选择。经过反复论证，我们将上述四道加工工序的夹具集成为-副集成式专用夹具，通过四次装夹，完成各道T序的加T，既节省 了夹具制造 费用 .义减少 了因夹具拆装增加的机床捌整等辅助丁作量，提高了经济效益， 2是集成式夹具的实际效果 。

对该夹具的定位及夹紧等分析如下：图 3是第-道T序的定位及夹紧效果图.用于加 1 零件 的上表面及T 岂基准孔 .上表面及其上的四个螺纹底孑L在后继i道 1序中均被用来作为T艺基准，故对该组孑L安排了钻-铰-滚压的T序，以提高其精度。该道T序采用了箱体上嵌铸的两根平行碳钢轴及台阶面作 为粗基准 ，号虑到用粗基准定位时，过定位会影响零件的安装 .故采用-个定位孔与其中-根轴配合，将另-根轴放在台阶而上限制其绕定位轴旋转的回转 自南度 。这样既解决了零件定位 ，又便于丁 件的装夹 。箱体底面使用了可调支承，增加加T中的稳定性，Jj压板将- 件同定在夹具体上，完成T序内容。

图4是第二道T序的安装图，该丁序采用-面两孔的定位方式 .南于上道丁序加 I 的 T 艺基准孔尺寸及位置精度较 高，尽管有过定位存在，并没给 1 件安装带来多大困难，同样，利用压板将 件压向定位基准完成夹紧，然后完成工序内容。

图5是第i道及第四道.-r序的安装图，此两道1 序均以处存垂直位置的墙板定位平面作为定位基准，分别借用位于定位面上的 只定位销 中的两个 ，形成-面两销的定位方式 ，通过夹板将工件夹紧在定位面上 ，完成另外两个方向轴承安装孑L的镗孔及滚压 工序 .镗孔中在镗杆上同时安装两把可调镗刀 ，很好地满足 同方向两孔的同轴度要求。

在专川夹具设计中.借鉴了组合夹具的设计思路，尽量使用组合夹具的基础元件及夹紧元件，利用了现有组合夹具的底板作为夹具的基础元件 .并将第i、四两道丁序的加T安排在同-块定位板上，最大限度减少了夹具专用部分的设计制造，从而有效降低了夹具制造成本。

考虑到该零件的生产批量不大。采用 了T序集中的方法 ，减少 了设备占 ，降低了加 费用。

4生产验证根据零件的 艺特点、生产批量。确定了合理的.l1]i-i1 艺，并在此基础上设计制造了集成式专用夹具～该夹具安装在 VC-105立式加T中心 .用于加] ZNl2-l2真空断器减速机箱件的加lT.经过试制和对T艺参数的不断完善 。生产 符合图纸要求的箱体零件，二组空问相互垂直的孔的尺寸精度，同轴度、轴心线图 2图 3图 4图 5宁 波 工 程 学 院 学 报 2013年第 3期垂直度等各项精度指标都是在规定范围之内，轴承安装孔经过滚压工序，不仅满足了表面粗糙度要求，还进-步提高了表面硬度，对提高产品寿命有积极影响。经过产品装配调试，完全符合使用要求 ，赢得了用户的信任与赞誉。加工废品率控制在 5%e12内，证明了所定工艺及夹具的工作可靠性。

5结束语机械制造，工艺为本”，机械零件加工质量的好坏，加工成本的高低都与加工工艺有着非常密切的关系。在合理的加工工艺基础上，零件的加工质量还必须依靠优秀的夹具设计来实现。通过对真空断路器箱体机加工夹具的设计与研制，很好地实现了对真空断路器箱体精加工的工艺要求 ，证明了夹具设计在加工过程中的重要作用。