如何設計圓周均布窄槽的線切割夾具
當加工零件的槽寬≤1mm以下，用普通機械設備是難以加工的，因其切削刀具越小，加工難度越大，甚至無法加工；在這種情況下，須采用特種加工中的電火花線切割加工或其他電加工設備加工，可以解決了窄槽類的零件加工。而圓周均布窄槽在線切割機床上加工，歷來視為加工難度較大的工序之一，因而萌發(fā)研制輔助夾具的設想，并通過使用效果良好，解決了在線切割機床上加工批量產(chǎn)品的技術(shù)難題。

    在不久前，某企業(yè)委托我們加工一批圓環(huán)產(chǎn)品。在對該零件進行生產(chǎn)加工中，對槽寬只有0.2mm并且圓周均布的窄槽加工，進行了有益的嘗試，取得了較好效果。該零件的基本外形尺寸：φ48mm×75mm，材質(zhì)是45鋼（如圖1所示）。

   圖1

    一、圓環(huán)的技術(shù)分析
   
    （1）形位精度要求較高

    （2）φ48的孔相對于端面的垂直度要求為0.02；

    （3）φ16與φ27的兩孔要求同軸度為0.025；

    （4）12條槽相對于中心軸的軸線中心度要求0.02。

    （5）定位尺寸要求較高

    在12條槽中六條有圓孔長度為50mm、另六條長度為35mm，一長一短分隔開并對中心圓要求均布，允許槽寬的上偏差為0.02，下偏差為0。

    對于槽口的加工要求是：保證寬度0.2mm的公差、長度為50mm和35mm，表面粗糙度為Ra3.2μm，并要求12條槽對中心圓均布，為保證其精度要求，對這道工序來說，無論是工件的加工，還是找正裝夾都有相當大的難度，因此必須進行認真分析，并制定相應加工工藝過程。

    該工件用常規(guī)加工工藝是：（1）首先在工件上劃六條均布的線，然后用肉眼直視對工件劃線進行加工。用肉眼找正劃線存在誤差，無法保證加工質(zhì)量，經(jīng)常產(chǎn)生廢品，給企業(yè)造成很大的損失。其特點是加工時難以保證尺寸公差和形位公差的一致性，以及裝夾位置的準確度，而且加工效率太低，采用此種工藝平均每班一臺機床僅能割2-3件。（2）如采用分度頭裝夾加工，考慮到現(xiàn)用的DK7725e線切割機床工作臺X軸和Y軸最大長度只有250mm，因其體積太大難以機床上裝夾，同時，整個加工過程中要求操作者技術(shù)水平高，細心高度集中，加工環(huán)節(jié)不得有錯漏。對機床的調(diào)整，電參數(shù)的的選擇，切削液用量的選擇的應用，且勞動強度大、生產(chǎn)效率提不高。通過分析零件圖，及考慮技術(shù)要求高，加工批量大，為了與企業(yè)保持良好的合作關(guān)系，替企業(yè)解決困難，我們嘗試設計一套高效、簡易、實用類似分度頭式的夾具，來完成該產(chǎn)品的加工任務。

    二、夾具設計原理

    設計是主要以線切割的基本要求及該零件的尺寸精度要求來考慮：能保證工件的加工要求；能提高勞動生產(chǎn)率；制作簡單、維護方便；夾具制作成本較低。

    該套夾具的原理比較簡單,它是利用法蘭盤同一圓周上六個均分的小盲孔及其立板座在同一直徑有一小圓孔中有彈簧，彈簧上拖一個鋼球，利用彈簧的彈力（其彈力可根據(jù)松緊調(diào)節(jié)），每旋轉(zhuǎn)法蘭盤一次，鋼球剛好落在小孔中，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)快速定位，如同分度頭一樣旋轉(zhuǎn)分度。夾具的立板座與法蘭盤緊固聯(lián)接，保證回轉(zhuǎn)精度。

    三、夾具的結(jié)構(gòu)

    該夾具如圖所示：主要由立板座、法蘭盤和三爪卡盤等三大部件組成。其特點是能夠方便地固定、裝卸工件，保證快速定位；可以隨意旋轉(zhuǎn)，精確地分度，保證12條線均勻；并且該夾具的大小剛好適合我們DK7725e線切割機床工作臺的大小，使用非常方便。

   1.卡盤  2.立板座  3.法蘭盤  4.鋼球  5.彈簧  6.調(diào)節(jié)螺釘
7. 堅固螺母 8.單向推力球軸承9銅滑套  10.卡盤螺栓

    圖2  裝配圖

    四、夾具制作及裝配

    該夾具主要特點是：利用鋼球凸出部分進行定位，來控制法蘭盤快速分度定位加工。

    1、主要元件要求

    ①卡盤：采用K1180型三爪自定心卡盤（有正爪和反爪兩種）,可用于裝夾不同圓環(huán)或其他軸類的工件。

    ②立板座：采用A3鋼材料制造，該件起支承作用，底板和立側(cè)板兩件板相互為90°通過焊接連成一體，其底面與另側(cè)面通過銑削、磨削加工完成，垂直度要達到0.015-0.02，表面粗糙度達到Ra1.6m；夾具中心高度90mm有一個φ35的孔，用來固定銅滑套其過盈配合間隙要達到H7/P6，φ35的孔相對于側(cè)板的垂直度要求為0.025, 表面粗糙度達到Ra1.6m，可采用銑削完成（見圖2-1所示）

   圖2-1  立板座


   圖2-2  法蘭盤

    ③法蘭盤：材料選用45鋼，該件的φ55圓與φ30定位心軸一次車削成型，其同軸度誤差必須嚴格控制在0.025mm之內(nèi)，及控制其圓度誤差。法蘭盤前端φ55長度3mm的臺階與卡盤配合公差為0.01-0.02mm；后端φ30是滑動部件，須局部加熱淬火后回火，表面硬度達到HRC40-45，尺寸達到H7要求，表面粗糙度為Ra1.6m；在法蘭盤后端以中心軸為基準，φ47圓周上鉆有六個均布R3深1.5的定位孔，并通過螺母與心軸的螺紋相互固定在立板座上，并要求垂直達到0.015（見圖2-2所示）。

    ④鋼球：選用φ6mm鋼球，起定位作用。

    ⑤彈簧：選用圓柱形螺旋壓縮彈簧，彈簧絲直徑0.8mm、外圈直徑6mm,端部結(jié)構(gòu)有并緊磨平的YI型，以保證支承端面與彈簧的軸線垂直，從而彈簧受壓時不致歪斜。

    ⑥調(diào)節(jié)螺釘：選用M8×1的平頭螺釘，用于調(diào)整彈簧的彈力。

    ⑦緊固螺母：選用M16×1六角螺母，起夾緊作用。

    ⑧單向推力球軸承：選用8203型滾動軸承(8224GB301-64)，起滑動作用。

    ⑨滑套：材料選用黃銅，起滑動作用，φ35和φ30的孔要求同軸度為0.02，可采用車削完成; φ30的孔與法蘭盤心軸的間隙配合要達到0.01-0.02；以便法蘭盤旋轉(zhuǎn)靈活。

    ⑩卡盤螺栓：選用M6內(nèi)六角螺栓，起緊固聯(lián)接作用。

   夾具的立體裝配圖

    2、裝配工藝過程

    在銑床上完成夾具體的加工→三爪自定心卡盤與法蘭盤裝配→立板座與銅滑套過盈裝配→立板座與鋼球定位彈性調(diào)試裝配→法蘭盤的心軸與立板座的滑套裝配→法蘭盤的心軸與單向推力球軸承的夾緊間隙調(diào)試。

    為了心軸的旋轉(zhuǎn)精度，滑套內(nèi)圈與法蘭盤的主軸裝配及滑套外圈與立板座孔裝配時，常采用定向裝配的方法。定向裝配就是人為控制各裝配件徑向跳動誤差的方向，使誤差相互抵消而不是累積，以提高裝配精度的一種方法。

    1、夾具的工作過程：

    （1） 夾具的安裝與調(diào)整  把夾具定位在線切割機床工作臺上中間位置，用百分表校正立板座的基準面與機床的X軸、Y軸平行且垂直，并用螺絲將夾具緊固在工作臺上。（2）將工件放入三爪卡盤中（利用反爪）把工件夾緊，使工件的端面貼緊卡盤側(cè)面。（3）加工前，首件需要利用機床上的自動對中功能分中定位，使鉬絲位于工件的中心之后，便可按程序進行切割加工。當首件加工完之后，鎖定機床X軸、Y軸的坐標值，以后無需再找正可繼續(xù)加工。(4)按該圓環(huán)的加工工藝，考慮到工件所加工的槽長度、形狀不一致，則法蘭盤的工作有兩種方法：一是逐條加工法是指每割完一條線，法蘭盤需要按定位孔的方向順序轉(zhuǎn)動一次逐步去加工，這方法每次割完一條線后，需要換加工程序方可繼續(xù)加工。二是跳步加工法是指當割完第一條線后，法蘭盤要按方向順序轉(zhuǎn)多一個定位孔（即轉(zhuǎn)動兩次）才可按同一程序加工，直至該程序加工完。當?shù)谝粭l程序完成后要加工第二條程序時，可用同樣的跳步法繼續(xù)加工第二條程序。


   法蘭盤轉(zhuǎn)動方向加工路徑（如圖所示）：