车床夹具的设计方法和步骤_杨长庆

工业技术

2011NO.02

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车床夹具的设计方法和步骤

杨长庆

（江门市技师学院，广东江门529000）

摘

要：本文主要讲解了车床夹具的一般设计步骤、方法及设计时应注意的问题，并通过一个典型实例来阐述常见夹具的设计思路

及一般的方法，结合本人在工作实践中对常见零件夹具设计的方法作出总结和探讨。

关键词：车床；夹具；定位；夹紧中图分类号：TM文献标识码：A前言

本单位某产品中零件球形手柄的车削有一定的代表性，它的外形有圆锥面、圆球、圆弧和内孔等，而且每次投产都有一定的批量，考虑到产品质量和工人的劳动强度，因此需设计出几种合适的夹具来保证产品的质量，而且还要能降低加工者加工时的疲劳性。

1夹具设计的基本要求

1.1应保证工件的加工质量，这是夹具设计的最基本要求，必须首先满足。保证工件加工质量的关键，在于正确地选择定位方案、夹紧方案、刀具引导装置及合理制定夹具的技术要求。必要时应进行夹具误差分析与计算。

1.2夹具总体方案应与生产纲领相适应，以便提高生产效率，降低成本。在大批量生产时，应尽量采用各种快速、高效的结构，以缩短辅助时间，提高生产率。在中、小批生产中，则要求在满足夹具功能前提下，尽可能采用标准元件和标准结构，力求夹具结构简单、容易制造，以降低夹具的制造成本。

1.3操作方便，工作安全，能减轻工人劳动强度。如采用气动、液压等机动夹紧装置，以减轻工人劳动强度，并可较好地控制夹紧力。另外应使工件在夹具中装卸方便，夹具操作位置应符合工人的习惯，必要时应有安全保护装置，以确保工作安全。

1.4便于清除切屑。切屑积聚在夹具中，会破

会引坏工件的正确定位。切屑带来大量的热量，

起夹具和工件的热变形，影响加工质量；清除切屑会增加辅助时间，影响夹具工作效率。切屑积聚严重时，还会损伤刀具或造成工伤事故。因此，设计夹具时，应对排屑问题给予足够重视。

1.5应有良好的结构工艺性。设计夹具时，应考虑到夹具在结构上应便于制造、装配、检验、调整和维修。

2专用夹具设计的步骤和方法2.1明确设计任务，研究原始资料，搞好调查研究

夹具设计工作是根据零件的工艺规程编制时提出的夹具设计任务书来进行的。设计任务书的内容包括：被加工零件的名称、工序名称、夹具应保证的尺寸精度和有关要求以及定位、夹紧的初步方案等。为了设计出符合工艺要求的夹具，必须认真研究和收集下列资料：①仔细阅读被加

装配图，清楚地了解零件的作工零件的零件图、

用，结构特点，材料和有关技术要求。然后认真研究零件的工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求。②了解工件的生产纲领和对夹具的

刀具需用情况。③了解本工序加工时所用机床、

和辅助工具的技术性能，规格尺寸及本单位实际生产条件，工具车间的夹具制造水平。④准备好夹具零部件标准、夹具设计手册、图册等有关资料。

在收集原始资料的同时，要深入实际搞好调查研究，吸取工人的宝贵意见，同时了解同类零件所用过的夹具及其使用情况，作为设计时的参考，力争设计出合乎实际，具有先进水平的夹具。

2.2确定夹具结构方案，绘制夹具结构草图

①确定工件的定位方案。根据零件加工工艺所给的定位基准和六点定位原理，确定工件的定位方法，并选择相应的定位元件。确定定位方案时，首先要保证满足工件的加工精度，尽量减少定位误差。同时还要考虑定位的稳定性、可靠性，及定位元件的精度、耐磨性和支承刚性。②根据工件的加工方式不同，确定刀具的对刀和引导方式，设计引导元件或对刀装置。③确定工件的夹紧方案。确定夹紧方案时首先根据定位方案的不同，要合理选择夹紧力的方向和作用点，进行夹紧力大小的估算，以保证工件定位稳定和防止工件在切削力、重力及惯性力作用下发生位置移

来实现对工件动。然后设计出相应的夹紧机构，

的夹紧。④确定夹具其他组成部分(如分度装置等)的结构形式。⑤考虑上述各种元件和装置的布局，确定夹具体的结构型式。

为使夹具设计的先进、合理，常需确定几种不同的结构方案进行比较，从中择优。在确定夹具结构方案时，应绘制出夹具结构草图，以帮助构思，并检验方案的合理性和可行性，同时也为后面绘制夹具总装图作好准备。

2.3确定与夹具有关的尺寸公差和技术要求，进行误差分析

夹具结构方案确定之后，首先将有关尺寸公差和相互位置要求确定下来。然后，根据本工序加工要求，分析夹具结构中影响加工精度的因素，进行必要的误差分析与计算，以检验结构和有关尺寸的公差及相互位置要求是否合理。这时进行误差分析，其目的是为了在绘制总图之前能发现问题，并得以及时解决，防止返工。

2.4绘制夹具总装图

夹具总装图应按机械制图国家标准绘制，比例尽量l：1，以保证绘制的夹具图具有良好的直观性。对于很大或很小的夹具，应按国家标准合理选其比例。夹具总图在清楚表达夹具工作原理和结构的情况下，视图应尽可能少。主视图应尽量取夹具工作时与操作者正对着的位置。

2.5绘制夹具零件图

对夹具总图中非标准件均应绘制零件图，零件图的视图选择尽可能与零件在夹具总图上的工作位置相一致。绘制时参考有关标准。

上述步骤和方法，反映了夹具设计的一般规律和设计经验，对于初次搞夹具设计的人员来说是有借鉴意义的。但在实际设计中，上述的设计次序并非一成不变，而是要根据具体情况进行具体分析。

3典型实例分析

本单位某产品中零件球头手柄的车削有一定的代表性，内容有圆锥面、圆球、圆弧、内孔(或内螺纹)等，而且每次投产都有一定的批量。零件图如下图所示：

3.1分析图纸

分析图纸需加工内容有圆锥面、圆弧面、圆球、内孔等。根据图纸可知加工Sφ32圆球与圆锥面时有装夹矛盾，若先加工圆锥面则无法装夹车削圆球，若先车圆球则车圆锥面时无法装夹。而

装夹方法更是亟待解决。根最后车φ16内孔时，

据以上分析可知加工前制订加工工艺时最需考虑的问题是如何设计合适的夹具进行装夹加工才能保证产品质量及降低劳动强度。

3.2零件工艺制订如下①锻打（退火）。②夹长柄外圆粗车φ32外圆至φ32.5。③夹φ32外圆用靠模法车圆锥面，及车R10圆弧面。④专用夹具装夹、专用夹具车削圆球。⑤专用夹具装夹车圆球端面及φ16内孔。⑥镀光亮铬。⑦转下一工序。

从工艺制订中可看出，零件加工共需用到4套夹具：①靠模法车圆锥面时，靠模机构的设计。②车Sφ32圆球时夹圆锥面所用的夹具。③车Sφ32圆球时所用到的专用夹具。④车φ16内孔时所用到的专用夹具。

3.3夹具设计的方法及加工原理3.3.1靠模法车圆锥面时，靠模机构的设计从零件形状来考虑加工步骤，若先加工圆球，再以圆球装夹车圆弧面则显得刚性不够，所以应先加工圆锥面。车床上车圆锥方法有转动小滑板车圆锥法、偏移尾座法、靠模法、宽刃刀车削法等。经比较后较适合的方法是靠模法，既能较易保证产品质量又能降低劳动强度，虽然设计制造靠模机构比其它方法显得繁琐，但考虑到该产品是定型产品且每次投产都有一定数量，所以采用了靠模法。靠模法车圆锥是刀具按照仿形装置进给对工件进行加工的方法，适用于车削长度较长，精度要求较高的圆锥。靠模车削锥度结构如下图所示，(略)靠模法车圆锥的优点是调整锥度既方便，又准确，因滑块接触良好，所以锥面质量高，可机动进给车外圆锥和内圆锥。

3.3.2车Sφ32圆球时夹圆锥面所用的夹具车完圆锥面应调头夹圆锥面车圆球，那么夹具设计应较为明显了。如下图所示：

外圆柱的夹具套，再将其设计一个内圆锥、

铣开两件，用以装夹圆锥面。

3.3.3车圆球夹具

车床上车圆球方法有双手控制法

、

成形刀车

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工业技术

对主变各侧开关连续跳闸问题的改进建议

谢长青

（云南电网公司临沧供电局，云南临沧677000）

摘

要：该文简析了变压器装设断路器失灵保护的必要性，并分析了目前运行中的断路器失灵保护回路存在的问题，进而提出了可

行的解决方案。

关键词：失灵；跳闸；原因

中图分类号：TM文献标识码：A1主变断路器失灵跳闸解析

当母线发生故障(除一个半断路器接线外)，母差保护动作后，对于不带分支且有纵联保护的线路，应利用线路纵联保护促使对侧跳闸(闭锁式纵联保护采用母差保护动作停信；允许式纵联保护采用母差保护动作发信；光纤纵差保护采用母

对于差保护动作直跳对侧或强制本侧电流置零)。

该母线上的变压器，除利用母差保护动作接点跳本侧断路器外，还应将另一副母差保护动作接点接入失灵保护，实现主变断路器失灵跳各侧。其中，副母差保护动作节点接入失灵保护为反措，对反措有以下理解。

1．1增加该条反措的原因

220kV母线故障，主变220kV开关失灵联跳主变各侧开关的做法，在500kV变电站的保护设计中已广泛使用，但是220kV变电站的保护设计中没有明确要求实行。对于500kV变电站，若不采取此做法，当220kV母线故障而500kV主

500kV系统将经过变220kV侧开关失灵时，

500kV主变向220kV母线故障点提供很大的短路电流，若靠主变的后备保护经延时去切除500kV开关和35kV开关，在此延时很可能会造成500kV主变损坏，甚至可能引起系统稳定问题

连接的严重后果。因此必须在220kV母线故障，

它的500kV主变220kV侧开关失灵时，联跳

500kV主变各侧开关的回路。

对于220kV变电站，当220kV母线故障，且220kV主变开关失灵时(如图1中1M故障，201开关失灵)，可以依靠主变的后备保护延时切除110kV侧和10kV侧的开关(如图1中的101和001开关)。

近年来，我国电网的220kV母线故障和220kV开关失灵的事故数量不断上升，110kV系统与220kV系统联系紧密，接入的电源日益增多，短路容量不断增加。如图1所示，当220kV的1M母线故障而201开关失灵时，相邻的多台主变虽然挂于不同的220kV母线，但仍可通过110kV母线向#1主变提供短路电流。如果靠后备保护延时去切除#1主变各侧开关，可能会产

#1主变延时承受110kV系统生两种不良后果：

倒送的较大短路电流而损坏；或者延时使相邻主变的后备保护达到定值，切除它们的各侧开关，扩大事故。因此，有必要缩短#1主变开关切除时间，避免出现上述两种不良后果。

1．2回路上实现该逻辑功能的方法

现在的220kV母线保护采用母差保护双重化配置，每套母差保护都包含失灵保护功能。220kV母线故障时主变开关失灵，采用以下方法

联切主变各侧开关：母线保护动作判断、失灵电流判据和延时出口的功能将在220kV母差保护内实现，每套母线保护引出一对失灵保护跳闸接点至主变非电量保护，非电量保护只负责收到失灵跳闸信号后联切主变各侧开关。

2改进建议

上述实现方法虽然二次回路接线简单，但其做法有待商榷。

第一，500kV变电站主变高压主变中压侧开关的操作箱，侧开关、

有不启动失灵和启动失灵两个不同图1母线故障时主变开关失灵示意图

动手柄3时，蜗杆就带动蜗轮使车刀围绕着

中心旋转，刀尖就按圆弧轨迹运动。为了调节圆弧半径，在刀盘2上制出T形槽，刀架1可在上面移动并在需要的位置上固定。当刀尖调整到超过中心时，就可以车削内圆弧。

3.3.4车φ16内孔时所用到的专用夹具由于φ16内孔轴心线关系较特殊，是与圆锥轴心线倾斜的，所以必须设计专用夹具用以装夹，如下图所示：

夹具结构及加工原理如图所示，夹具共由夹具体1、夹具体2和螺母3三部分组成，夹具体1在卡盘上找正夹紧，通过夹具体1的槽将球头手柄定位，再由夹具体2内孔中的内圆弧压紧球头手柄，螺母3连接紧固夹具体1和夹具体2从而将球头手柄锁紧在夹具上进行加工。

4结束语综上所述，通过这个典型实例，分析了夹具的设计步骤和方法，符合夹具的设计思路，并在保证工件加工质量的前提下，提高了生产效率，

为避免非电量的跳闸接口。而主变非电量保护，

保护返回时间长使失灵保护误动，是接入“不启

接口的。但对于采用3／2接线的500kV变动失灵”

电站，当220kV母线故障且500kV主变220kV侧开关失灵时，按照要求应及时跳开主变高压侧开关、主变中压侧开关及主变低压侧开关。若此时主变高压侧开关或主变中压侧开关再失灵，上述的做法：“母线保护动作判断、失灵电流判据和延时出口的功能将在220kV母线保护(含失灵保

每套220kV母线保护引出一对失灵护)内实现，

保护跳闸接点至主变非电量保护，非电量保护只负责收到失灵跳闸开入信号后，联切主变各侧开关”。因主变非电量保护是接入操作箱的“不启动失灵”接口，必须再等待主变高压侧开关的失灵保护动作后才能切除故障。实际上并没有达到反

快速切除故障的目的。措要求避免延时、

第二，500kV变电站由于接线复杂，开关设备多，出现两个开关失灵的几率比较大，要满足反措要求，其实可在调整接线上实现。220kV母线保护采用母差保护双套配置，且每套母差保护都包含失灵保护功能。220kV母线故障，主变开关失灵，联切主变各侧开关的逻辑调整为以下方法：母线保护动作判断、失灵电流判据和延时出

每套母线保护口的功能由220kV母线保护实现，

直接引出变压器间隔的失灵保护跳闸接点至主变保护的跳三侧出口，联切主变各侧开关。接线调整后，上述220kV母线故障又叠加开关失灵的情况可以得到较好解决。

第三，220kV变电站虽然较500kV变电站接线简单，但增加变压器间隔的失灵保护跳闸接点的新做法，仅仅需要每套母线保护增加几对跳闸接点，且不接线至主变非电量保护装置，接线少了一重环节，也就少了一个故障点，将使二次接线更加明确、

清晰

。

削法、仿形法和用专用工具车成形面等。前三种

方法对于这个零件来说都不适合，而采用专用夹具车圆球可有效保证批量加工质量，而且大大降低了劳动强度，夹具加工原理如下图所示：

专用夹具车削圆球的原理如上图所示。这种工具可使刀尖按外圆弧或内圆弧的轨迹运动，以便车出各种形状的圆弧。如果刀尖到回转中心的距离可调，还可以车出各种半径的内外圆弧工件。用蜗杆蜗轮就可实现车刀的回转运动，车削时，先把车床小滑板拆下，装上车圆弧工具。刀架1装在圆盘2上，圆盘下面装有蜗杆蜗轮副。当转

降低了生产成本，且操作方便、工作安全和减轻

了工人的劳动强度。类似的夹具设计在生产车间是会经常碰到的，因此，在平时生产过程中，应注意积累和总结，在需要时才能设计出简单、适用的专用夹具，为社会主义建设作出应有贡献。

参考文献

[1]车工工艺学（96版）中国劳动出版社.[2]车工生产实习（96版）中国劳动出版社.

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