下图所示是某公司产品的重要零件。

图1 壳体

材料为2A12-T4，规格为φ80mm x 4mm的铝管材。该零件为一典型的细长薄壁筒形件，且外径有3处φmm。零件生产批量较大，年产2万件。

一、生产中出现的问题及原因分析

该零件的加工工艺为：下料后，平端面并粗车外圆，然后加工内腔尺寸φmm和φmm及长度，最后精车外圆，保证尺寸φmm、φmm及各长度尺寸。由于该零件壁厚较薄，为保证零件各尺寸要求，在车外圆工序中，必须合理设计车外圆夹具。设计的壳体精车外圆夹具如图2所示。

1.1：生产中出现的问题

将工件装入精车外圆夹具后夹紧。加工后在数控车床上测量工件，其尺寸精度和几何形状精度都符合要求。卸下工件后，由于夹紧力消失，弹性恢复，工件外圆尺寸大部分都在φ75.3～75.6 mm，不能满足产品图φmm的要求。

图2 精车外圆夹具

1.2：原因分析

①由于该工件毛坯采用管材，而管材经过固溶处理和自然时效后，内部存在较大的残余内应力。

②由于该工件壁厚较薄，如果夹具与工件被夹部位接触面积太小，夹紧时，工件就会产生过大的弹性变形。工件加工完成从夹具上卸下后，夹紧力消失，工件产生弹性恢复致使外径超差。

③由于选择切削用量过大，工件在切削过程中，受到较大的切削力作用，使工件产生弹性变形。

二、改进措施

针对壳体产生变形的原因，提出以下改进措施：

①采用高低温循环处理工艺

为减小材料内部的残余内应力，一般采用高低温循环处理工艺。虽然能减小材料内部的残余内应力，但增加了能量消耗。

②合理选择切削用量

要减小夹紧力而又不致使工件在切削过程中发生“打滑”现象，只有减小切削用量，同时，适当提高切削速度，并合理选择刀具角度。

采用上述两种措施后，通过试验，加工后的工件外径大部分仍然超差。

三、精车外圆夹具改进

为减小工件的弹性变形，决定改进夹具的夹紧方式，将原来的径向夹紧改为轴向拉紧。改进后的精车外圆夹具如图3所示。

图3 改进后的精车外圆夹具

3.1：夹具结构

该精车外圆夹具的结构主要由定位及夹紧两部分组成。定位部分主要由拨杆1、法兰盘2、心轴3组成；夹紧部分主要由连接套4、夹紧套5组成。

3.2：夹具工作过程

将已经过内腔加工的工件左端根据内腔尺寸φmm径向定位，并通过M72×2-6H的螺纹装入心轴3中，并拧紧到位。然后，将连接套4旋人工件右端并到位，将夹紧套5与连接套4旋紧，并用螺丝刀将螺钉顶紧。最后将整个精车外圆夹具装到数控车床上，用前后顶尖顶人心轴两端的中心孔并顶紧，而后进行精车外圆加工。加工完成后，卸下精车外圆夹具，旋下夹紧套5，再用螺丝刀将螺钉松开，卸下连接套4，最后将工件从心轴3上卸下。

3.3：效果

采用改进后精车外圆夹具加工的工件，尺寸精度和几何形状精度都完全满足产品图的要求。

四、夹具主要零件的设计

4.1：心轴的设计

心轴是壳体精车外圆夹具中比较重要的一个零件，主要是用来定位和连接夹具上其他零件，因此，要求心轴具有良好的综合机械性能。设计的心轴如图4所示。

图4 心轴

心轴选用45钢制造，热处理250～280HB。

4.2：连接套的设计

连接套也是夹具中重要的一个零件，主要是用来定位和夹紧工件。设计的连接套如图5所示。

图5 连接套

连接套选用45钢制造，热处理250～280HB。

五、生产中注意的问题

①工件在精车外圆前，必须先粗车外圆。其目的是切除外表面的大部分余量，以保证之后精车外圆的加工精度。经过粗车外圆的工件，在常温下，必须放置24H以上，方可转入下一道工序。

②精车外圆工序采用两个工步，第1工步先半精车外圆，外圆留加工余量0.15 mm；第2工步精车外圆，保证各尺寸。

结语

该夹具结构紧凑，拆装方便，制造简单，加工出的工件完全满足产品图要求。同时，该夹具结构也为同类型工件的加工提供了借鉴。