基于嵌條壓板零件的加工工藝分析與專用夾具設計

吳敏，莊東海

(1．寧波職業技術學院，浙江寧波315800;2．寧波海天精工機械有限公司，浙江寧波315800)

在現代生產中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、勞動生產率和產品的制造成本等。機床夾具分為通用夾具和專用夾具，通用夾具適應范圍大，已成為機床附件，但生產率較低，適用單件小批量生產中。專用夾具是針對某一工件某一工序的加工要求專門設計和制造的夾具。其特點是針對性極強，沒有通用性。常用于批量較大的生產中，可獲得較高的生產率和加工精度。

文中以嵌條壓板為例分析零件的工藝過程，并為某一工序設計專用夾具。

1 嵌條壓板零件介紹

圖1為嵌條壓板的二維零件圖。

圖1 二維零件圖

嵌條壓板是龍門式數控加工中心的主要壓緊件之一，它在機床中主要起壓緊固定嵌條的作用，來調節嵌條在滑鞍導軌的位置，所以它需要有足夠的強度。又因為它直接和嵌條接觸，所以對接觸的表面粗糙度要求非常高。因此，嵌條壓板的加工精度將直接影響機床的運動性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。反映嵌條壓板精度的參數主要有3個:(1)嵌條壓板與嵌條接觸面的斜度1∶100;(2)接觸面的表面粗糙度;(3)嵌條壓板的厚度。

圖2為零件的三維零件圖。

圖2 三維零件圖

從圖1可以看出，工件需要加工的面較多，加工部位多，需要多次進行裝夾。分別為:

平面的加工:(1)1∶100斜面及底面，1∶100表面粗糙度為Ra1．6μm，其中斜面距右面尺寸24．95 mm，距左面尺寸20 mm。底面的表面粗糙度為3．2 μm。(2)前后兩裝配面的尺寸要求為75±0．02 mm，表面粗糙度為Ra1．6μm。(3)工件左右各面，表面粗糙度為 Ra6．3μm。

孔的加工:(1)11×φ22孔深度45 mm，表面粗糙度Ra6．3μm。(2)11×φ33沉孔深度25 mm，表面粗糙度 Ra6．3μm。 (3)2×φ10錐銷孔深度30 mm，表面粗糙度Ra6．3μm。(4)2×φ14沉孔深度40 mm，表面粗糙度Ra6．3μm。

螺紋加工:(1)2×M12，螺紋深度30 mm。(2)3×M8，螺紋深度20 mm。(3)4×M8，螺紋深度16 mm。

2 機械加工工藝過程設計

制定工藝路線的出發點，應當使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已確定為中大批量生產的情況下。可以考慮采用專用夾具，并盡量使工序集中以提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效益，以便降低生產成本。

2．1 選擇定位基準

(1)選擇粗基準

選擇粗基準時，主要考慮保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求，并特別注意要盡快獲得精基面。此時以工件的底面為粗基準來銑削工件后面，再以銑好的面為粗基準來銑四周各面。

(2)選擇精基準

選擇精基準時，應遵循基準重合原則，基準統一原則，自為基準原則，互為基準原則，便于裝夾原則。該工件以底面為精基準。

工序順序的安排遵循:

(1)基準先行:為后續加工提供精基準。

(2)先主后次:即以主要表面的加工方案為框架，適當穿插次要表面的加工。

(3)先粗后精:有利于保證加工精度。

(4)先面后孔:用平面定位加工孔，有利于安裝穩定。

綜上所述，具體的加工工藝見表1。

表1 機械加工工藝過程卡片

3 夾具設計

通過對零件的形狀和加工工藝的分析，文中以工序7、8銑削面為例，介紹夾具的設計過程。

3．1 定位裝置設計

由嵌條壓板零件圖可知，工件材料為HT250，由于年產量5萬件，是中批生產，工件的加工精度要求又不高，所以設計的夾具結構不宜太復雜。應在保證質量和適當提高生產率的基礎上，盡可能地簡化夾具的結構，降低夾具設計與制造的成本，提高經濟效益。傳統的加工方法，每次裝夾一個零件，生產效率較低，為了提高生產效率，設計一個一次能裝夾多個零件的專用夾具。

為了保證前后端面的平行度要求，根據工件加工要求，加工時需要限制工件的6個自由度，該夾具采用一面兩銷定位，以銑削好寬70 mm的底面及地面上2×φ10的孔為定位面和定位孔，限制零件的6個自由度。圖3為定位裝置三維圖。

圖3 定位裝置

3．2 夾緊裝置設計

3．2．1 夾緊機構

在設計夾緊裝置時應注意以下幾點:

(1)設計銑削夾具上夾緊裝置時，除了要考慮一般夾具設計應滿足的要求外，還需要注意銑削加工的特點。銑削加工時，切削力比較大，并且刀齒的工作是不連續切削，易引起沖擊和振動，所以夾緊力要求較大，以保證工件的夾緊可靠，因此銑床夾具要有足夠的強度和剛度。

(2)選擇夾緊力的方向和作用點，夾緊力的方向，應指向定位支承面，使定位可靠。

(3)夾緊裝置型式的選擇。為了使工件能快速套上或脫卸定位銷，可選用二個移動壓板，此結構夾緊可靠，操作方便。

(4)為保持零件安裝方位與機床坐標系及編程坐標系方向的一致性，夾具應能保證在機床上實現定向安裝，還要求能協調零件定位面與機床之間保持一定的坐標尺寸聯系。

(5)為保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夾具要做得盡可能開敞，因此夾緊機構元件與加工面之間應保持一定的安全距離，同時要求夾緊機構元件能低則低，以防止夾具與銑床主軸套筒或刀套、刃具在加工過程中發生碰撞。

由于產品是中批量生產，因此夾具的夾緊機構也同樣不宜太復雜，自動化程度也不能太高，該夾具采用螺旋夾緊機構，采用M20六角頭螺母壓緊，寬40 mm的平行壓板。

3．2．2 切削力及夾緊力的計算

由于本工序最主要切削力是加工φ22點孔，所以對夾具的定位穩定性進行計算，及對夾緊力和鉆削力進行計算。

鉆孔時的切削力計算:

根據參考文獻 ［2］中表2．4，擴孔時的切削力為:

夾緊力的計算，根據參考文獻 ［3］(表1-2-25)得:

用扳手的六角螺母的夾緊力:M=20，P=2．5 mm，L=240 mm，作用力:F=100 N，夾緊力W0=7 950 N。

在加工過程中，由于工藝的不同，工件材質和加工余量的不同以及刀具鈍化等因素的影響，欲準確地確定所需夾緊力是很困難的。因此，為了夾緊可靠，必須將計算所得的切削力乘以安全系數作為實際所需的夾緊力。

式中:K1為基本安全系數;

K2為加工狀態系數;

K3為刀具鈍化系數;

K4為切削特點系數。

根據參考文獻選取

鉆削力F'小于夾緊力，所以該夾緊裝置可靠。

4 夾具體總裝配圖

圖4為夾具的總裝配圖。

圖4 夾具總裝圖

5 結論

通過對嵌條壓板零件的合理分析，介紹了零件的機械加工工藝設計方法，并針對第七、八道工序設計了專用夾具，本夾具區別于傳統夾具每次加工只裝夾單件零件的生產，該夾具一次可裝夾6件零件，大大提高了勞動生產率，同時也為同類零件的加工提供參考。

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