浅谈自定心弹性开口套在一面两孔定位中的应用

摘要：本文从分析传统的一面两孔定位时存在的位移误差和转角误差入手，详细介绍了采用自定心弹性开口套作为定位销，代替圆柱销和菱形销，在提高定位精度的同时，也提高了定位及夹紧的效率。阐述了弹性开口套的结构、工作原理及夹紧过程。

关键词：夹具；一面两孔；高精度；自定心弹性开口套；

中图分类号： C35 文献标识码： A

一、传统的一面两孔组合定位的情况分析

1.传统的一面两孔组合定位的原理

一面两孔定位是工件以一个平面和两个与平面垂直的孔作为定位基准的组合定位方式，定位元件为一个平面和两个定位销，俗称一面两销定位。应用在成批和大量的机械加工生产中加工箱体、杠杆、盖板类零件等。

采用一面两孔定位易于作到工艺过程中的基准统一，保证工件的相对位置精度，且具有支承面大、支承刚度好、结构简单、可靠、装卸工件方便等特点。

图1 传统的一面两孔定位

2.传统的一面两孔组合定位误差分析

（1）纵向定位误差

对于工序尺寸A和E，其X方向的定位误差是：

（2）转动的基准位移误差和横向定位误差

当加工表面处于两定位孔之外时（如本例的M孔），

则：

对于工序尺寸B，其在Y方向的定位误差是：

当加工表面处于两定位孔之内时（如本例的孔N），则

对于工序尺寸F，其Y方向的定位误差是：

二、用自定心弹性开口套替代圆柱销和菱形销，实现定位和夹紧一体化。

1.基于定位孔的自定心弹性开口套的设计

在车床夹具设计中， 有自定心夹具的设计， 能够改善内孔的定位精度， 提高工件装卸的方便性， 同时兼顾工件的夹紧问题。基于上述设计思想， 把自定心弹性开口套用于一面两孔定位，用自定心弹性开口套代替圆柱销和菱形销，设计出基于一面两孔定位和夹紧一体化的新型高精度夹具。工件的定位方案仍然采用一面两孔定位， 工件底面的定位支撑元件为支撑板， 定位销 （圆柱销和菱形销 ） 换成自定心弹性开口套， 其结构如图 2（a）（b）所示。

在此定位方案中， 圆柱短销换成圆柱弹性开口套， 如图 2 （ a） ， 开口套上部由 4片同心的弹性片

图2 自定心弹性开口套结构

构成， 内侧为内锥面， 角度为 32° ， 轴片根部厚度为2mm， 开口套下部结构同定位短销， 为定位部分， 方便插入支撑板的定位孔中， 由 4个螺钉固定。开口套中插入倒锥拉杆， 拉杆上部为外锥面， 并车出储油环以储存润滑黄油。通过气压传动带动拉杆沿开口套轴线上下移动， 由于开口套与拉杆倒锥的配合面均带有锥度， 拉杆移动的同时会施加力使开口套弹性片产生径向的胀开或收缩， 对工件自定位的同时实现夹紧与松开。菱形销也换成削边弹性开口套， 如图 2 （ b） ， 其基本结构与圆柱弹性开口套一样， 由于其作为定位元件只限制工件的 z轴转动自由度， 因此只有前后两个弹性片， 拉杆倒锥的宽度也和弹性片宽度一样。

2.拉杆的气压传动原理

图3 气动回路图

拉杆的动力可采用液压或气动传动， 由于气动气源方便、受力可调节、控制方便， 且气动方案已满足夹紧力的要求， 故选用气压传动作为拉杆的动力源。气动路如图 3所示。压缩空气经过滤减压阀、油雾器、两位五通电磁换向阀、单项节流阀通入气缸， 通过电动按钮控制换向阀实现气缸活塞杆的伸缩， 带动拉杆移动实现两个弹性开口套的胀开和收缩。所有气动元件全部采用国产元件， 压缩空气压力为 016MPa， 活塞杆的运动速度可以通过单向节流阀回气节流调节。

3.夹具装夹过程

加工如图 4 所示某单级蜗轮蜗杆减速器下箱体，采用新型夹具装夹， 以箱体底面前后对称线上两定位孔定位兼夹紧， 铣左右两个端面及箱体对合面， 底面定位采用支撑板， 两孔的定位和夹紧采用弹性内套。气缸缸体固定在气缸固定板上， 活塞杆联接杠杠杆联接两弹性内套的拉杆。装夹时， 首先将箱体底面的定位孔套在两个弹性内套上， 箱体底面和支撑板贴紧， 通过按钮自动控制气缸同时拉动两个拉杆产生向下移动， 由于拉杆倒锥与内套配合面带有锥度， 拉杆倒锥产生径向推力， 推动两内套弹性片产生径向的胀开， 从而定位孔， 同时夹紧工件； 相反， 通过按钮控制气缸同时拉动两个拉杆产生向上的移动， 内套弹性片回复变形并松开工件， 即可从夹具上卸下加工工件， 非常方便。 图4 单级蜗轮减速器箱体定位夹紧示意图

三、新型夹具具备以下的优点

1.定位精度高

弹性内套下部插入支撑板， 螺钉固定， 通过上部弹性片径向胀开接触定位孔实现定位，为一种自定心定位，使加工基准与设计基准重合，理论上完全消除了传统一面两孔定位方案中两定位内孔公差、两定位短销外径公差以及定位孔与定位销的配合间隙所带来的定位基准位移误差和定位基准转角误差。实现了第

一、第

二、第三定位基准和工艺基准的完全统一，定位精度高。

2.夹紧力均匀

弹性内套采用的是径向夹紧方式， 弹性片沿轴线对称均匀分布， 当进行工件夹紧时， 弹性片内锥面始终与拉杆倒锥面保持紧密接触。 即当拉杆沿内套轴线向下移动时， 弹性片沿径向作远离轴线的平移， 沿轴向各点外圆的径向尺寸的变化是一致的， 工件沿轴线方向各点处内孔所获得的径向夹紧力基本一致， 夹紧力均匀， 装夹平稳。

3.结构紧凑

定位元件与夹紧元件合为一体， 使整套夹具结构简单紧凑、制造容易，操作方便，并可克服传统一面两孔夹紧装置防碍工件装卸的缺点。特别适合自动加工生产线的随行夹具。

4. 装夹方便

由于两弹性内套采用自定心定位夹紧， 因此内套与工件定位孔之间的间隙可以适当增大，方便工件的装卸。拉杆动力采用气动方案电动控制，一次性完成了工件6个自由度的定位并同时夹紧工件。

5. 夹具寿命长

内套材料采用普通碳素工具钢， 牌号为 T8A， 定位面局部淬火，硬度达到55-60HRC。整体磨削， 再开出4条纵槽（或切割出两个弹性片 ）。拉杆倒锥也采用 T8A材料，锥面车出储油环，表面淬火硬度达到55-60HRC，整体磨削。储油槽便于储存润滑黄油， 利于润滑。此种定位方式， 内套弹性片内锥面与拉杆倒锥面之间没有相互旋转摩擦， 只有上下移动， 减少了磨损， 延长了内套的使用寿命。