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【摘要】：以圆柱面上加工平面类零件为研究对象，设计了专用夹具来完成平面的加工，对专用夹具的结构、尺寸公差进行了分析。结果表明，此专用夹具完全满足零件的加工精度，并且采用此专用夹具可大大的提高劳动效率，降低生产成本。
【关键词】：专用夹具；生产效率
1.引言
专用夹具[1-3]是一种实用性很强的工艺装备，它是专门为某一种工件的某一工序专门设计的夹具。此类夹具一般不考虑通用性，以便使夹具设计结构简单、紧凑、操作迅速和维修方便。此外，专用夹具中还可以不同程度地采用高效率的多件、多位、快速夹紧装置。这些都可以大幅度地缩短辅助时间，从而提高劳动生产效率。因此，其应用非常普遍，尤其适合现代制造业中大批量的生产。
本文针对圆柱面上加工平面类零件，以上螺盖零件为例，分析设计其加工过程中所需的工装夹具，并对其带来的经济效益做了统计分析。为此类零件的加工提供了工艺参考。
2 .零件的工艺分析
上螺盖零件图如图1所示，其材
质为铝棒2A12。从图1分析可知其加工工艺为：①下料；②车外螺纹、外圆凸台以及内孔；③铣外圆凸台面上内外四方；④钳工修锉残余材料+攻钻螺纹。
图1 上螺盖零件图
以上加工工艺较为常见，对于第三道工序，常用方法是：考虑到三爪夹M70外螺纹可能会伤及螺纹精度，故用压板压圆面 上，固定于床面，其装夹如图2所示。
图2 单件装夹图
1.工作台 2.垫块 3.紧固螺栓
4.零件 5.压板
对于单件生产或少量生产，此工艺已满足其机械加工，符合生产要求。然而，对于大批量生产，考虑到生产效率、劳动强度以及生产成本，这种加工方法就显的不够完善。为了解决此类零件的大批量生产问题，我们设计了专用夹具，以满足提高生产效率，降低劳动强度，减少生产成本的宗旨。
3. 专用夹具设计分析
3.1 夹具结构分析
根据上螺盖零件图尺寸，设计专用夹具如图3所示。
图3 专用夹具
此夹具采用45钢材质，为了提高夹具的硬度和耐磨性，故采用淬火处理[4]，以满足其使用性能。零件和夹具的装夹如图4所示。
图4 专用夹具装夹图
1.专用夹具2.紧固螺栓3.零件4.垫块
5.压板6.定位螺栓7.工作台
本夹具要求用定位螺栓6一次固定在工作台面7上，以凸台A为定位基准，限制了零件X、Y方向的移动和X、Y方向的转动四个自由度；同时紧固螺栓2和压板5限制了零件Z轴方向的移动和Z轴方向的转动两个自由度。至此零件的六个自由度完
全被限制，零件在夹具中有唯一确定的位置。松开紧固螺栓2、抽出压板5，即可完成对工件的快速装夹。
3.2 夹具公差设计分析
该夹具安装在XH714G数控铣床上，加工过程中存在三类误差：夹具安装误差、定位误差和加工过程误差。第三道铣内外四方工序要满足的加工技术要求为：①保证内四方尺寸20.5±0.1mm×20.5±0.1mm，深度尺寸2mm，与底面内孔轴线的对称度在0.1mm以内；②保证外四方尺寸28mm×28mm，长度尺寸8mm。分析这两个技术要求，可以发现，采用专用夹具铣内外四方，很容易满足尺寸28mm、8mm、20.5±0.1mm、2mm；然而对于对称度0.1mm的要求，就需要进一步分析。
由于零件和夹具在X、Y方向上的对称性，故只需分析其在一个方向上的加工误差是否满足对称度0.1mm的要求即可。
首先分析夹具的定位误差： D=0.01mm+0.01mm+0.01mm=0.03mm，其中第一个0.01mm为零件内孔尺寸 +0.02带来的定位误差；第二个0.01mm为凸台外径尺寸 -0.02带来的定位误差；第三个0.01mm为两凸台中心距135±0.01带来的定位误差。
其次夹具在机床上的安装误差 A取经验值0.02mm。
由于加工过程误差 G影响因素较为复杂，一般取工件工序尺寸公差的1/3，故 G=1/3×0.1（内四方与底面内孔轴线的对称度公差）=0.033mm。
工件在夹具中加工时，总加工误差∑Δ为上述各项误差之和。然而由于上述误差均为独立随机误差，应用概率法叠加。因此，保证工件加工精度的条件是：
<0.1
可见加工误差∑Δ小于工件加工尺寸公差。由以上分析可知，本夹具完全可以保证工件的加工精度。
4.专用夹具带来的经济效益分析
分析图2所示铣方加工方法，由于其没有固定的定位基准，每次加工时都需要对刀找基准。这种加工方法，对于大批量生产而言，劳动强度高，效率低下，完全不适合。然而，利用专用夹具加工此道工序，完全解决了定位基准不固定的问题，并且采用多件装夹，大大提高了加工效率，降低了劳动强度。
现已1000件加工任务，分析使用专用夹具带来的经济效益。
4.1以凸台为定位基准，减少了对刀找基准的工作时间，每件工件可节省对刀时间3min，合计节省时间3min×1000=3000min。
4.2由于采用多件装夹，降低了程序重复操作和机床空走等辅助时间。因为一次装夹四件零件，使得每次装夹减少三次程序重复操作和机床空走时间，以每次程序重复操作和机床空走时间为2min计算，则每次装夹可节省6min，装夹250次，可节省时间6minx250=1500min。
综上可见，采用专用夹具加工1000件上螺盖零件铣方工序，可节省时间约75h，大大的提高了劳动效率，降低了生产成本。
5.结论
用本专用夹具对圆柱面上加工平面类零件的批量生产，验证其各检验项目均达到图样设计要求。该专用夹具调整准确，加工质量稳定，降低了操作者的劳动强度，提高了生产效率。它的设计和使用对圆柱面上加工平面类零件的加工具有一定的参考借鉴作用。
【参考文献】：
[1] 王光斗，王春福，机床夹具设计手册[M].上海科学技术出版社，2000.
[2] 薛源顺，机床夹具设计[M].机械工业出版社，2007.9（1）.
[3] 刘守勇，机械制造工艺与床夹具设计.机械工业出版社，2006.1（2）.
[4] 刘宗昌，金属学及热处理[M].化学工业出版社，2008.
【关键词】：专用夹具；生产效率
1.引言
专用夹具[1-3]是一种实用性很强的工艺装备，它是专门为某一种工件的某一工序专门设计的夹具。此类夹具一般不考虑通用性，以便使夹具设计结构简单、紧凑、操作迅速和维修方便。此外，专用夹具中还可以不同程度地采用高效率的多件、多位、快速夹紧装置。这些都可以大幅度地缩短辅助时间，从而提高劳动生产效率。因此，其应用非常普遍，尤其适合现代制造业中大批量的生产。
本文针对圆柱面上加工平面类零件，以上螺盖零件为例，分析设计其加工过程中所需的工装夹具，并对其带来的经济效益做了统计分析。为此类零件的加工提供了工艺参考。
2 .零件的工艺分析
上螺盖零件图如图1所示，其材
质为铝棒2A12。从图1分析可知其加工工艺为：①下料；②车外螺纹、外圆凸台以及内孔；③铣外圆凸台面上内外四方；④钳工修锉残余材料+攻钻螺纹。
图1 上螺盖零件图
以上加工工艺较为常见，对于第三道工序，常用方法是：考虑到三爪夹M70外螺纹可能会伤及螺纹精度，故用压板压圆面 上，固定于床面，其装夹如图2所示。
图2 单件装夹图
1.工作台 2.垫块 3.紧固螺栓
4.零件 5.压板
对于单件生产或少量生产，此工艺已满足其机械加工，符合生产要求。然而，对于大批量生产，考虑到生产效率、劳动强度以及生产成本，这种加工方法就显的不够完善。为了解决此类零件的大批量生产问题，我们设计了专用夹具，以满足提高生产效率，降低劳动强度，减少生产成本的宗旨。
3. 专用夹具设计分析
3.1 夹具结构分析
根据上螺盖零件图尺寸，设计专用夹具如图3所示。
图3 专用夹具
此夹具采用45钢材质，为了提高夹具的硬度和耐磨性，故采用淬火处理[4]，以满足其使用性能。零件和夹具的装夹如图4所示。
图4 专用夹具装夹图
1.专用夹具2.紧固螺栓3.零件4.垫块
5.压板6.定位螺栓7.工作台
本夹具要求用定位螺栓6一次固定在工作台面7上，以凸台A为定位基准，限制了零件X、Y方向的移动和X、Y方向的转动四个自由度；同时紧固螺栓2和压板5限制了零件Z轴方向的移动和Z轴方向的转动两个自由度。至此零件的六个自由度完
全被限制，零件在夹具中有唯一确定的位置。松开紧固螺栓2、抽出压板5，即可完成对工件的快速装夹。
3.2 夹具公差设计分析
该夹具安装在XH714G数控铣床上，加工过程中存在三类误差：夹具安装误差、定位误差和加工过程误差。第三道铣内外四方工序要满足的加工技术要求为：①保证内四方尺寸20.5±0.1mm×20.5±0.1mm，深度尺寸2mm，与底面内孔轴线的对称度在0.1mm以内；②保证外四方尺寸28mm×28mm，长度尺寸8mm。分析这两个技术要求，可以发现，采用专用夹具铣内外四方，很容易满足尺寸28mm、8mm、20.5±0.1mm、2mm；然而对于对称度0.1mm的要求，就需要进一步分析。
由于零件和夹具在X、Y方向上的对称性，故只需分析其在一个方向上的加工误差是否满足对称度0.1mm的要求即可。
首先分析夹具的定位误差： D=0.01mm+0.01mm+0.01mm=0.03mm，其中第一个0.01mm为零件内孔尺寸 +0.02带来的定位误差；第二个0.01mm为凸台外径尺寸 -0.02带来的定位误差；第三个0.01mm为两凸台中心距135±0.01带来的定位误差。
其次夹具在机床上的安装误差 A取经验值0.02mm。
由于加工过程误差 G影响因素较为复杂，一般取工件工序尺寸公差的1/3，故 G=1/3×0.1（内四方与底面内孔轴线的对称度公差）=0.033mm。
工件在夹具中加工时，总加工误差∑Δ为上述各项误差之和。然而由于上述误差均为独立随机误差，应用概率法叠加。因此，保证工件加工精度的条件是：
<0.1
可见加工误差∑Δ小于工件加工尺寸公差。由以上分析可知，本夹具完全可以保证工件的加工精度。
4.专用夹具带来的经济效益分析
分析图2所示铣方加工方法，由于其没有固定的定位基准，每次加工时都需要对刀找基准。这种加工方法，对于大批量生产而言，劳动强度高，效率低下，完全不适合。然而，利用专用夹具加工此道工序，完全解决了定位基准不固定的问题，并且采用多件装夹，大大提高了加工效率，降低了劳动强度。
现已1000件加工任务，分析使用专用夹具带来的经济效益。
4.1以凸台为定位基准，减少了对刀找基准的工作时间，每件工件可节省对刀时间3min，合计节省时间3min×1000=3000min。
4.2由于采用多件装夹，降低了程序重复操作和机床空走等辅助时间。因为一次装夹四件零件，使得每次装夹减少三次程序重复操作和机床空走时间，以每次程序重复操作和机床空走时间为2min计算，则每次装夹可节省6min，装夹250次，可节省时间6minx250=1500min。
综上可见，采用专用夹具加工1000件上螺盖零件铣方工序，可节省时间约75h，大大的提高了劳动效率，降低了生产成本。
5.结论
用本专用夹具对圆柱面上加工平面类零件的批量生产，验证其各检验项目均达到图样设计要求。该专用夹具调整准确，加工质量稳定，降低了操作者的劳动强度，提高了生产效率。它的设计和使用对圆柱面上加工平面类零件的加工具有一定的参考借鉴作用。
【参考文献】：
[1] 王光斗，王春福，机床夹具设计手册[M].上海科学技术出版社，2000.
[2] 薛源顺，机床夹具设计[M].机械工业出版社，2007.9（1）.
[3] 刘守勇，机械制造工艺与床夹具设计.机械工业出版社，2006.1（2）.
[4] 刘宗昌，金属学及热处理[M].化学工业出版社，2008.