數(shù)控銑床加工特殊零件的夾具

摘要：本文以模型直升機(jī)上的重要部件主旋翼夾座在數(shù)控銑床上加工為例，這樣即有利于提高加工效率也利于保證加工精度。針對主旋翼零件在實(shí)際生產(chǎn)過程中，就曾遇到在零件裝夾過程中出現(xiàn)問題，對此問題進(jìn)行改良，從而設(shè)計(jì)了一套夾具，用此夾具裝夾工件進(jìn)行加工，以有效地減少工件的裝夾和定位時(shí)間，最終達(dá)到提高加工效率和加工精度，在對工件批量生產(chǎn)較大時(shí)價(jià)值更加明顯。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；主旋翼零件；設(shè)計(jì)夾具

前言：數(shù)控機(jī)床加工的零件一般都比較復(fù)雜，也經(jīng)常用到一些專用的夾具，這樣既有利于提高加工效率也利于保證加工精度，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。本人以前在企業(yè)工作中，也曾接觸過一些直升機(jī)模型銷售員，了解過一些直升機(jī)模型市場的信息。在眾多直升機(jī)模型愛好者來說，一般的直升機(jī)模型商品顯然不能滿足他們的競技要求。他們往往追求的是更高標(biāo)準(zhǔn)的汽油動力航模改裝直升機(jī)，汽油動力航模的臨空氣勢磅礴，高速度、高機(jī)動性都是電動航模所望塵莫及的。改裝關(guān)鍵部位如主螺旋槳機(jī)構(gòu)、主旋翼固定夾、尾部螺旋槳機(jī)構(gòu)全部采用強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的鋁合金作為材料，機(jī)身大架采用同樣質(zhì)輕、高強(qiáng)度的碳纖維板材作為骨架，經(jīng)過如此專業(yè)的改裝，此類航模性能得到大幅提升，可以作為競技機(jī)種出場，輕易做出各種高難度的特技動作。

1.主旋翼夾座設(shè)計(jì)

1.1.產(chǎn)品加工背景

本人曾負(fù)責(zé)此類航模直升機(jī)的結(jié)構(gòu)改裝設(shè)計(jì)，并要制定生產(chǎn)工藝，把零部件加工出來。在此類產(chǎn)品的開發(fā)研究過程中，主要碰到以下一些問題：第一，由于經(jīng)過改裝的汽油動力航模屬于一種較高級的奢侈玩具，只局限于一些專業(yè)的玩家，群體人數(shù)有限。第二，由于航模零件的尺寸精確度要求高，互換性要求也高，所以決定采用批數(shù)控加工方式，因而在設(shè)計(jì)零件時(shí)也要考慮零件能方便使用數(shù)控加工方式生產(chǎn)出來，不能存在一些加工不到的死角。第三，由于零件要批量的生產(chǎn)，所以需要設(shè)計(jì)一些快速裝夾零件的工裝夾具。

1.2.零件加工材料選擇

首先確定零件加工材料為鋁合金材料，而鋁合金因其合金含量不同也會有不同性能和應(yīng)用范圍。根據(jù)合金元素含量的不同，鋁合金材料大概可分為8個(gè)系列，其中6系鋁合金是以鎂和硅為主要合金元素并以Mg2Si相為強(qiáng)化相的鋁合金，屬于熱處理可強(qiáng)化鋁合金。合金具有中等強(qiáng)度，耐蝕性高，無應(yīng)力腐蝕破裂傾向，成形性和工藝性能良好等優(yōu)點(diǎn)。

2.主旋翼夾座零件加工工藝性分析

2.1.該零件由不規(guī)則的旋轉(zhuǎn)體和底座組成，如果以同一工種從頭到尾做出來不現(xiàn)實(shí)，可用到數(shù)控車和數(shù)控銑復(fù)合工藝完成；

2.2. 零件上存在一些旋轉(zhuǎn)體的特征，如φ18和φ24的圓柱部分，可以先假設(shè)該零件本來就是旋轉(zhuǎn)體，只是經(jīng)過后期銑床加工，才變成現(xiàn)在的不規(guī)則模樣。因而可以買圓柱棒料作為坯料，先用數(shù)控車床批量加工出半成品，然后用夾具把半成品裝夾好，用數(shù)控銑床進(jìn)行批量加工。

2.3.主旋翼夾座的底座上面的φ18直徑連同附近的C1和C3倒角都屬于非重要部分，尺寸為自由公差，可由數(shù)控車直接做出；底座由R10和R5兩圓和其相切直線組成，可先車成φ48圓柱體，然后上銑床銑出底座外形；

2.4.夾座由于是鋁合金材料，兩側(cè)平板和中間槽不能處在同一刀路，否則很容易產(chǎn)生加工變形影響產(chǎn)品質(zhì)量；

2.5.零件上φ5mm的通孔為固定夾座與螺旋翼之間的連接螺栓，定位精度要求不高，但對同軸度有要求。而M4的螺紋孔連接的是非重要的緊固螺栓，這些步驟都可以安排到最后使用普通鉆床和攻牙機(jī)處理，不再占用相對昂貴的數(shù)控設(shè)備加工。

2.6.鋁合金零件最后作去毛刺、氧化、著色處理，表面會出現(xiàn)藍(lán)色的色澤，較為新潮吸引。

3.主旋翼夾座工藝設(shè)計(jì)

綜合考慮主旋翼夾座的用途和加工性能，決定選用φ50圓形鋁合金，加工工藝依次為：數(shù)車車出φ24、φ18和底座外圓；→銑出底座至尺寸；→上分度頭，銑出夾座兩側(cè)外形；→分度頭旋轉(zhuǎn)90度，銑出R17外圓和鉆φ5直孔；→夾底座，銑出零件中間至尺寸深度。

3.1.數(shù)車加工出φ24、φ18和底座外圓并鉆φ12孔；

上數(shù)控車床，加工出φ24、φ18和φ48外圓，并鉆φ12孔。

3.2.銑出底座至尺寸；

上數(shù)控銑床，夾持φ24外圓。

3.3.上分度頭，銑出夾座兩側(cè)外形；

把分度頭安裝在數(shù)控銑床上，夾持底座，調(diào)整合適方向，進(jìn)行外圓銑削編程。

3.4.銑出R17外圓和鉆φ5直孔；

主旋翼夾座上方為R17圓弧面，如果把工件放平觀察，發(fā)現(xiàn)是一個(gè)R17圓弧2D刀路，而φ5通孔作用是上緊固螺栓，需保證其同軸度。則需把分度頭旋轉(zhuǎn)90度，編程銑削夾座上方圓弧部分，并進(jìn)行鉆φ5通孔。

3.5.夾底座，銑出零件中間至尺寸深度。

把分度頭旋轉(zhuǎn)至底座朝下，用分中棒進(jìn)行工件分中，然后編程銑削夾座中間深直槽，最后工件完成。

在實(shí)際生產(chǎn)中，如果按以上工藝步驟進(jìn)行加工，我們可以先從產(chǎn)量方面分析下。由于數(shù)控車，數(shù)控銑和鉆床可分別在不同工位上進(jìn)行加工，加工時(shí)間可同時(shí)進(jìn)行，所以只需要分析加工時(shí)間要求最長的數(shù)控銑即可。上述加工過程是用分度頭安裝在數(shù)控銑床上進(jìn)行單件加工，分度頭由于要旋轉(zhuǎn)3次，算下來數(shù)銑上加工一個(gè)工件大概需時(shí)半小時(shí)，一天只能做20件，一個(gè)月也最多是700件左右，顯然達(dá)不到之前月產(chǎn)量一千件的要求，所以該生產(chǎn)方法需要改進(jìn)。

結(jié)束語：

本文以一個(gè)投入生產(chǎn)的零件實(shí)例，說明一種聯(lián)合運(yùn)用數(shù)控車、銑工藝完成零件生產(chǎn)的思路。在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到一些中小批量但品種繁多的零件加工訂單，批量不足決定了不能開模具生產(chǎn)零件，只能通過靈活運(yùn)用各種機(jī)加工手法，盡可能設(shè)計(jì)一種合理的工藝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速批量生產(chǎn)。即使較先進(jìn)的數(shù)控加工也不例外，關(guān)鍵的是要把產(chǎn)品圖紙吃透，并制定出合理的工藝，至于程序本身的編寫，亦并非要堆砌出一連串復(fù)雜的曲面刀路才叫有水平，相反，越是用簡約的刀路，會更提高效率，并減少出錯(cuò)的機(jī)會。本文航模直升機(jī)的螺旋槳機(jī)構(gòu)的許多部件，工藝都可以分拆成先車后銑，從而解決了看似無法加工的問題。

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[2] 白基成 郭永豐 劉晉春 特種加工技術(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2006；

[3] 蝶形零件數(shù)控加工夾具設(shè)計(jì) 汪佑思 《模具制造》2010年第9期；

作者簡介：

胡金雨（1983-），男，江西上饒人。曾從事模具設(shè)計(jì)六年，現(xiàn)從事模具教學(xué)

與研究，江西省 研究生。