基于SolidWorks的精鑄異形件新型夾具設計

尤金鐸

（南京寧青環保工程有限公司，江蘇 南京210001）

0 引言

各種塑料瓶裝飲料（果汁飲料、乳品、功能型飲料、茶飲料、各種飲用水）消費的增加，促進了灌裝線向大型、高速化發展。翻轉架是PE塑料瓶裝飲料灌裝生產線主機、清洗機、消毒機、沖瓶機上的主要零件，數量多，要求高。一條線有幾百件圍繞回轉中心呈圓形排列，在翻轉導軌上運行，在運行中將瓶夾機構及瓶子翻轉，a～b翻轉180°瓶口朝下，b～c分別進行清洗、消毒、沖瓶，c～d再回轉180°運行，準備去灌裝（圖1）。

圖1 PE塑料瓶裝飲料灌裝生產線

翻轉架零件特點：不銹鋼精鑄異形件，材質為1Cr18Ni9Ti，毛重0.6kg，加工余量12外圓為15，12孔為8，其余為2mm，特殊外形使零件的裝夾有一定困難，加工尺寸精度在IT6～7，形位公差要求多，不加工面多（圖2）。因此，應選擇合理簡便的方法檢查驗收毛坯，確保加工出合格零件，以降低生產成本，減短制造時間。

圖2 翻轉架工程圖

1 原來的毛坯檢查和加工裝夾方法

1.1 毛坯檢查方法

使用三坐標儀抽檢鑄件精度，以加工出合格零件的結果作為驗收的最終結果，費時費力，也很難預先知道毛坯余量的分布而采取措施。

1.2 加工裝夾方法

如圖3所示，加工裝夾方法為：（1）在立式加工中心用銑夾具加平口鉗定位夾緊，銑上面與15軸線平行，在2－8.5孔位置鉆鉸2－7H6深5孔，鉆攻M6深14螺孔。（2）在普通車床用車夾具，以加工面作基準面，用2定位銷與上工序加工的2－7H6配合定位、夾緊，車削15毛坯面為12，保證了12軸與加工面平行。（3）在線切割機床用線切割夾緊塊（同上基準），切割叉頭2孔留量0.2后轉90°，再壓緊切割2個孔內端面。（4）在立式鉆床用倒角夾具壓緊定位倒角鉸孔，2孔互為導向用，在旋轉刀桿與孔之間加尼龍套保護。

圖3 傳統的加工裝夾方法

2 存在的問題及分析

（1）毛坯檢查：由于檢查是抽查，無法知道加工余量分布、形位誤差。在加工過程中，余量分配不合理，不能對形位誤差進行有效補償，導致零件超差，毛坯報廢，延長了加工周期。（2）多次定位裝夾累計誤差無法減少，且難以控制。加工后零件形位誤差波動。（3）加工周期長，零件周轉環節多，易造成磕碰損壞和變形。

3 加工工藝方法的改進

（1）強化毛坯的檢查，檢查過程盡量與加工過程相近。

（2）使用SolidWorks軟件設計新夾具，在立式加工中心加工，一次裝夾完成所有工序加工；也可以作為檢查工裝配以測量工具用于毛坯檢查。

1）三模建模。采用零件、裝配體結合的建模方法，經多次三維模擬修改，設計出如圖4所示模具。利用SolidWorks軟件工具進行間隙檢查，欠、過定位檢查，干涉檢查，受力分析。

圖4 三模建模

2）毛坯定位。x2點，y1點，z3點，夾緊在x、y、z坐標系。毛坯固定在旋轉體上。定位精度誤差取決于毛坯精度。毛坯的變化量控制在最小加工量1.5的1／4～1／3。毛坯安裝的重復定位精度：毛坯87尺寸公差±0.28，裝在旋轉塊時與旋轉塊之間留有間隙0.2，控制在87.28＋0.2＝87.48，旋轉塊尺制在62.75－0.2＝62.55，旋轉塊尺寸定為62.50－0.1，零件安裝在旋轉體軸向，重復定位精度極限誤差為0.75，為最小加工余量的1／3～1／2，滿足重復定位要求。毛坯最大面是裝夾面，操作方便，夾緊可靠。

3）毛坯可繞x方向軸、y方向軸分別精確回轉指定的角度，定位夾緊。刀具與加工面有確定的關系，如垂直或平行。x方向軸：夾具體回轉軸一端裝在支座銅套A孔中，另一端由精密分度頭（立式加工中心自帶）夾緊，可隨分度頭準確轉動一定角度后鎖緊。y方向軸：旋轉體回轉軸裝入夾具體銅套中，繞軸手動回轉，由定位手柄拔出，插入定位銷在定位孔中定位，鎖緊螺母鎖緊并消除旋轉體軸向竄動。

4）加工面或孔系暴露在刀具下，加工中有利于排屑、冷卻和操作員觀察等。

5）夾具要有足夠有強度和剛度。彈性微變形在允許范圍內。最大變形值4.45－e004。

6）保證模具的制造精度要高于零件精度1～2個等級，關鍵尺寸與配合采取如下方法：a.銅套A孔留量0.5，裝入支座孔緊固，組合鏜孔與夾具體軸配合為H6／h5。與分度頭軸線∥0.01。b.銅套B整體加工，孔留量0.5，再剖開為2件裝入夾具體中，夾具體安裝在分度頭和支座上，找正組合鏜銅套B的孔與旋轉體回轉軸配合為H6／h5，2孔◎0.006。與夾具體回轉軸線⊥0.008。c.旋轉體定位孔與定位銷配合公差 H7／g6，使用精密分度頭保證旋轉體2定位孔夾角公差20″。d.加工中心加工旋轉體，以旋轉軸線為基準，保證兩端軸線◎0.005。以2軸線為基準，編程加工毛坯放置面。

4 毛坯的裝夾及加工工步

校準夾具體軸線等高，與x方向平行，緊固在立式加工中心臺面上。

（1）拔出定位銷，轉動夾具體與旋轉體，使毛坯裝卸面接近水平，精密分度盤鎖緊夾具體，鎖緊螺母鎖緊旋轉體。對中裝入毛坯，裝上壓板、墊板，旋轉螺釘壓緊毛坯。

使用本模具檢查合格的毛坯，只對刀一次就可加工出一批合格零件；使用本模具檢查不合格超差的毛坯，經初步分組，加工時通過調整對刀位置，也有約60%毛坯加工成合格零件。

經過批量生產驗證，新夾具大大提高了零件的合格率，縮短了生產周期，降低了生產成本和對操作人員的技術要求。

5 結語

綜上所述，小型精鑄異形件采用這種夾具結構形式可以一次裝夾，完成多個面上多道工序加工。用SolidWorks設計夾具，進行三維模擬、修改，間隙檢查，欠、過定位檢查，干涉檢查及受力分析，大大節省了設計的修改時間，減少了后期夾具修改工作量。

［1］成大先.機械設計手冊［M］.第5版.北京：化學工業出版社，2008

［2］楊和子.機械加工工藝手冊［M］.北京：機械工業出版社，2003

［3］朱耀祥，浦林祥.現代夾具設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010