第4章-成形磨削夹具

机械制造工艺装备出版社理工分社1磨削加工是模具工件或机械零件加工工艺过程中的精加工工序或最终工序。因此，经磨削后的加工面，必须保证加工面的粗糙度要求，保证加工面的形状、尺寸、位置精度符合设计精度的要求。所以，与其他工艺系统一样，夹具也是磨削工艺系统中的关键技术。而在模具或机械制造中，利用成形磨削的方法加工凸模、凹模及电火花加工用的电极是目前最常用的一种工艺方法。第4章成形磨削夹具机械制造工艺装备出版社理工分社24.1成形磨削方法形状复杂的模具零件或机械零件，一般都是由若干平面、斜面和圆弧面所组成，如图4.1所示。成形磨削的原理，即把零件的轮廓分解成若干直线和圆弧，然后按照一定的顺序逐段磨削，使其连接圆滑、光整，并达到图样的技术要求。成形磨削的方法主要有两种，如图4.2所示（1）成形砂轮磨削法这种方法是利用修整砂轮夹具把砂轮修整成与工件型面完全吻合的形状，然后再用此砂轮对工件进行磨削，使其获得所需的形状机械制造工艺装备出版社理工分社3图4.1复杂模具零件的形状机械制造工艺装备出版社理工分社4图4.2成形磨削的两种方法机械制造工艺装备出版社理工分社5（2）夹具磨削法将工件按一定的条件装在专用夹具上，在加工过程中通过夹具的调节使工件固定或不断改变位置，从而使工件获得所需的形状，如图4.2（b）所示。利用夹具磨削法对工件进行磨削其加工精度很高，甚至可以达到零件具有互换性。成形磨削的专用夹具主要有磨平面及斜面用夹具、分度磨削夹具、万能夹具及磨大圆弧夹具等几种。机械制造工艺装备出版社理工分社6上述两种磨削方法，虽然各有特点，但在加工模具零件时，为了保证零件质量，提高生产率、降低成本，往往需要两者联合使用。并且将专用夹具与成形砂轮配合使用时，常可方便地磨削出形状复杂的工件。成形磨削所使用的设备，可以是特殊专用磨床，如成形磨床，也可以是一般平面磨床。由于设备条件的限制，利用一般平面磨床并借助专用夹具及成形砂轮进行成形磨削的方法，在模具零件的制造中占有很重要的地位。机械制造工艺装备出版社理工分社74.2修整成形砂轮的夹具及应用4.2.1用挤压轮修整成形砂轮图4.3用挤压轮修整成形砂轮机械制造工艺装备出版社理工分社8图4.4挤压轮机械制造工艺装备出版社理工分社94.2.2修整砂轮角度的夹具修整砂轮角度的夹具结构如图4.5所示，可修整0°-100°范围内的各种角度砂轮。当旋转棘轮1时，通过齿轮8和滑块上齿条7的传动，使装有金刚石刀5的滑块6沿着正弦尺座4的导轨作直线移动。正弦尺座可以绕心轴9转动，转动的角度是利用在圆柱13与平板11或侧面垫板12之间垫一定尺寸量块的方法来控制的。当正弦尺座转到所需的角度，拧紧螺母2将正弦尺座压紧在支架3上。机械制造工艺装备出版社理工分社10图4.5修整砂轮角度的夹具结构机械制造工艺装备出版社理工分社11图4.6量块的计算机械制造工艺装备出版社理工分社124.2.3修整砂轮圆弧的夹具图4.7卧式圆弧修整砂轮夹具结构机械制造工艺装备出版社理工分社13图4.8圆弧半径的调整图机械制造工艺装备出版社理工分社14图4.9修整圆弧砂轮机械制造工艺装备出版社理工分社154.3成形磨削常用的夹具及应用4.3.1平面磨削常用夹具具有相互垂直、平行精度要求的六面体模板是模具中的基本构件。为此，将模板正确定位、夹紧于磨床工作台上进行平面磨削是常用的加工方法。其正确定位、夹紧的常用夹具有以下几种：（1）磁性吸盘、导磁铁磁铁吸盘和常用的导磁铁如图4.10、图4.11所示。机械制造工艺装备出版社理工分社16图4.10磁性吸盘和平行导磁体机械制造工艺装备出版社理工分社17图4.11磁性吸盘和端面导磁体机械制造工艺装备出版社理工分社18图4.12导磁体装夹工件方法举例机械制造工艺装备出版社理工分社19（2）精密平口钳精密平口钳的结构如图4.13所示，主要由螺杆、螺母、钳体、活动钳口与测量柱组成。钳体与活动钳口，需淬火，并进行精密磨削、研磨。使钳体2侧面对底面及钳口的垂直度90°±1′。测量柱在磨削斜面时，作比较测量用。精密平口钳装夹工件的尺寸范围为60mm和80mm两种规格。精密平口钳是装在磁力工作台上，并校正其钳口平行或垂直于机床x，y运动方向后使用。其作用与用途有：机械制造工艺装备出版社理工分社20图4.13精密平口的结构机械制造工艺装备出版社理工分社214.3.2斜面磨削常用夹具斜面是机械零件和模具零件结构上常见的工作表面。如型芯楔紧块；斜销分型抽芯机构中的斜滑块、斜滑槽；大型冲模常用的斜楔侧冲机构中斜滑块与斜滑槽，以及安装导板用斜面等。加工这些斜面时，不仅要求保证斜角精度和位置精度高，而且其表面粗糙度也要求在Ra0.32-0.63μm范围内。所以这些斜面在进行磨削时，常用夹具有精密角度导磁体和各种结构形式的正弦夹具。机械制造工艺装备出版社理工分社22（1）角度导磁体图4.14角度导磁体机械制造工艺装备出版社理工分社23图4.15正弦精密平口钳结构机械制造工艺装备出版社理工分社24（2）正弦精密平口钳正弦精密平口钳的结构如图4.15所示。主要由带有正弦尺的精密平口钳和底座组成，使用时旋转螺杆4使活动钳口3沿精密钳体1上的导轨移动，以装夹被磨削的工件2。在正弦圆柱5和底座7的定位面之间垫入量块，可使工件倾斜一定的角度。这种夹具用于磨削零件上的斜面，最大的倾斜角度为45°。机械制造工艺装备出版社理工分社25（3）测量调整工具成形磨削工件时，被磨削表面的尺寸往往是用测量调整器、量块和百分表作比较测量的。测量调整器的结构如图4.16所示。主要由三角架4、块规座1、滚花螺母2及螺钉3组成。测量时可在测量平台上垫放适量的量块，测量平台能沿着三角架斜面上的“T”形槽移动，当移到所需位置时，利用滚花螺母及螺钉使其固定。为了保证测量精度，测量平台的A，B面必须与三角架的C，D面保持平行。机械制造工艺装备出版社理工分社26使用测量调整器、量块、百分表进行比较测量的方法通常是：首先在测量平台上垫放适量高度P的基础量块，然后调整测量平台的位置。通过百分表对工件基准面和基础量块上表面的测量，使两者的高度相等。当工件被测表面高于其基准面时，在测量平台基础量块的上面再垫入量块组，使百分表在量块组上表面与工件被测表面的读数相同。这样，量块组的高度S就等于工件被测表面至基准面的距离，量块的总高度为H=P+S。机械制造工艺装备出版社理工分社27图4.16测量调整器机械制造工艺装备出版社理工分社28图4.17工序尺寸图机械制造工艺装备出版社理工分社29图4.18磨削工艺及夹具使用方法机械制造工艺装备出版社理工分社30图4.18磨削工艺及夹具使用方法机械制造工艺装备出版社理工分社314.3.3正弦分中夹具正弦分中夹具的结构如图4.19所示。此夹具适于磨削具有一个回转中心的凸圆弧面、多角体、分度槽等工件，一般工件不带台肩。正弦分中夹具主要由正弦分度头、尾架和基座3部分组成。前顶针1和后顶针12分别装在前支架8和尾座10内，前支架固定在基座11上，而尾座可以在基座的T形槽中移动位置。工件装夹在前后顶针之间，安装工件时，先根据工件的长短调好尾架的位置机械制造工艺装备出版社理工分社32图4.19正弦分中夹具的结构机械制造工艺装备出版社理工分社33图4.20带正弦规的正弦分中夹具机械制造工艺装备出版社理工分社34在正弦分中夹具上，工件的装夹通常有心轴装夹和双顶装夹两种方法：心轴装夹法如图4.21所示。如工件本身有内孔，并且此孔的中心是外成形表面的回转中心时，可在孔内装入心轴。如工件无内孔，则可在工件上加工出工艺孔，用来安装心轴。利用心轴两端的中心孔将心轴和工件夹持在分中夹具的两顶尖之间。夹具主轴回转时，通过鸡心夹头4带动工件一起回转。机械制造工艺装备出版社理工分社35图4.21用心轴装夹工件机械制造工艺装备出版社理工分社36图4.22双顶尖装夹工作机械制造工艺装备出版社理工分社37图4.23工件图机械制造工艺装备出版社理工分社38图4.24工艺过程图机械制造工艺装备出版社理工分社394.3.4万能夹具万能夹具用于磨削直线与直线，直线与圆弧或圆弧与圆弧相接的各种形状复杂的工件。万能夹具的结构如图4.25所示。主要由工件装夹、十字滑板、回转和正弦分度等四部分组成。工件装夹部分有垫柱2，螺钉1和转盘18等组成，用来将被磨削的工件通过某种方法固定在夹具上。机械制造工艺装备出版社理工分社40图4.25万能夹具结构机械制造工艺装备出版社理工分社41十字滑板部分由横滑板17、丝杠16、手柄3、纵滑板15、丝杠4等组成。旋转丝杠16或丝杠4可使工件在2个相互垂直的方向上移动，以调整工件的圆弧中心（或回转中心）与夹具中心重合，当工件移动至所需的位置后，转动手柄3等可将滑板锁紧。回转部分由主轴5、衬套6、蜗轮7、蜗杆8及手轮14组成。主轴的前端与纵滑板连成一体，旋转手轮，可通过蜗杆、蜗轮、主轴带动十字滑板连同工件绕夹具主轴中心回转机械制造工艺装备出版社理工分社42图4.26直接用螺钉和垫柱装夹机械制造工艺装备出版社理工分社431）直接用螺钉和垫柱装夹，如图4.26所示，在工件上预先做出工艺螺钉孔，用螺钉和垫柱将工件固紧在圆盘6上，再用螺钉5和滚花螺母把圆盘固定在夹具上。螺钉2的数目一般用1-4个，视工件大小而定。垫柱的数目与螺钉数相同，其长度要保证砂轮退出时不致碰坏夹具，一般取70-90mm，同时要求各垫柱的高度一致，以保证工件的安装精度。用这种装夹方法，一次装夹便能磨削出工件的整个轮廓，因此适用于磨削封闭形状的工件。机械制造工艺装备出版社理工分社44图4.27精密平口钳装夹机械制造工艺装备出版社理工分社452）用精密平口钳装夹如图4.27所示，用螺钉和垫柱将精密平口钳安装在夹具圆盘上，便可利用平口钳装夹工件。用这种装夹方法，工件的装夹过程简单方便，但在1次装夹中，只能磨削工件上的一部分表面。3）用电磁吸盘装夹如图4.28所示，用螺钉和垫柱将电磁吸盘安装在圆盘上，工件在电磁吸盘上被吸牢装夹。这装夹方法方便迅速，适用于磨削扁平的工件。但在一次装夹中，也只能磨削工件上的一部分表面。机械制造工艺装备出版社理工分社46图4.28电磁吸盘装夹机械制造工艺装备出版社理工分社47图4.29万能夹具中心高的测定机械制造工艺装备出版社理工分社481）分析被磨削工件的几何形状，将复杂的几何型面分解成由若干直线和圆弧组成的简单面。按这些简单型面的类别根据表4.1几种类别型面的磨削次序排出每个型面的磨削次序，依次分别进行磨削。2）对于平面或斜面，是将被加工的平面或斜面依次转至水平（或垂直）位置，以便用砂轮进行磨削。对于圆弧型面，除凹圆弧半径较小采用成形砂轮磨削外，一般圆弧中心即为回转中心，磨削时依次调整各中心与夹具中心重合，并按此中心测量各磨削面的尺寸。机械制造工艺装备出版社理工分社493）根据万能夹具磨削的工艺特点，首先要在工件上建立平面坐标系。磨削斜面时，为了将被加工面转至水平位置进行加工，必须知道斜面对坐标轴的倾斜角；为了以回转中心为基准对加工的平面作比较测量，还要知道各平面与回转中心之间的垂直距离。磨削圆弧时，为了把各回转中心依次调至夹具中心，必须知道各回转中心之间的坐标；为了在磨削圆弧时不致碰坏其他表面，需要知道圆弧的包角，以便在磨削时控制夹具的回转角度。机械制造工艺装备出版社理工分社50图4.30凸模零件图机械制造工艺装备出版社理工分社51图4.31工艺尺寸计算图机械制造工艺装备出版社理工分社52图4.32成形磨削工艺尺寸图机械制造工艺装备出版社理工分社53图4.30所示的凸模零件图，在成形磨削前各成形表面已经过刨削并留出磨削余量。经热处理淬硬后，两端面已磨平。由于该工件是封闭形状，因此工件的装夹是利用凸模端面上的螺孔，直接用螺钉和垫柱将工件装夹在夹具的圆盘上。根据图4.32成形磨削工艺尺寸图及表4.1的磨几种类别型面磨削次序，成形磨削的操作过程如下：机械制造工艺装备出版社理工分社541）调整工件的装夹方向（见图4.33）：工件装夹在夹具圆盘上以后，转动圆盘使基准面1处于水平位置，用百分表校正。转动夹具