機座夾具設計與數控加工

陳偉群

摘 要：本文利用一個不規則外形零件內孔、退刀槽，在數控車床（寶源）FANUC系統上進行批量生產的裝夾及定位問題，根據客觀實際加工條件與可行性設計專用夾具，選擇合理加工方法及刀具來解決此問題，從而提高產品的生產效率，達到效益最大化。

關鍵詞：不規則外形；內孔；退刀槽； 專用夾具

中圖分類號：TG75 文獻標識碼：A

近年來，隨著機械加工行業的飛速發展，產品的靈活多樣化，對設備及技術人員提出了更高的要求。數控車床的高效率、高精度、高柔性、低勞動強度的特性基本能滿足企業的生產要求。機械加工中除了會遇到外形規則的零件外，常常會遇到一些不規則零件。這些零件的加工工藝較復雜，消耗時間長，傳統零件加工方式難以實現其大批量的機械化生產。在機械加工過程中，對于簡單的軸類、盤類零件，使用普通的夾具就能滿足產品加工要求；但對于復雜的或是不規則的零件，必須使用專用夾具，才能提高生產效率，保證加工過程順利，使產品質量穩定。因此，機床夾具設計是機械制造系統的重要部分，需深入研究和持續發展。

零件圖樣（如圖1所示），該零件精度要求高，且數量比較大（每月3000件），材料為（航空鋁）鑄件，該零件批量比較大，因此選用數控機床進行加工，以提高加工效率。由于該零件的外形不規則，若采用普通車床加工，使用通用的三爪自動定心卡盤或四爪單動卡盤無法夾持，同時伸出加工部分又過長，剛性也不好，在加工過程中難于保證尺寸精度，也容易發生事故，因此需要解決工件裝夾和切槽時的剛性、刀具等問題，才能保證加工出來的產品達到圖紙要求。

一 、難度分析及工藝流程分析

從零件圖樣及材料要求得出：

1 該零件外形形狀較復雜；

2 加工時，注意夾緊力要適當，否則會產生變形和形狀誤差，甚至會因夾緊力不足會飛出傷及設備及操作者；由于是航空鋁，表面容易損壞，故裝夾時也要考慮保護好鑄件表面；

3 加工時，易出現同軸度誤差及基準不重合誤差，故加工前應先鏜爪。

根據以上情況及其批量要求情況，應考慮設計一套專用夾具，保證產品的穩定性，從而提高生產效率，實現效益最大化。從零件圖樣得知：（航空鋁）鑄件，經測量需加工部位是φ29，加工余量不多，且批量較大。因此，既要考慮如何保證零件在加工時的定位精度，又要考慮裝夾方便、快速、可靠；鑄件材料較軟，需保證表面完好。綜上所述，加工時，關鍵是解決零件的定位和裝夾問題，此工件需做兩個輔助夾具裝夾加工，夾具如圖2所示。

經圖樣分析，該零件的工藝流程如下：

（1）車削的內孔、退刀槽、的內孔、端面和倒角；

（2）調頭，加工另端面的退刀槽、的內孔、端面和倒角。

上述兩道工序中都比較難實現圖紙的要求，該產品的難點是加工時，裝夾和保證圓度問題。該產品屬于批量生產，要提高生產效率最好的解決方法是針對該工序設計一個專用的夾具；另外，圓度要求也比較高，○0.01，增大了加工難度。

二、夾具設計和零件定位

如何保證工件定位準確、裝夾方便和夾緊可靠呢？根據運動學可知，剛體在空間的任何運動都可看成是相對于三個互相垂直的坐標平面，共有六種運動的合成。選作主要定位面的表面應力求其面積應盡可能的大，以利于提高定位精度，增加定位穩定性。

本次所加工零件毛坯是（航空鋁）鑄件，外形尺寸比較復雜，且工序余量不多，因此加工時，工件的夾緊和定位最重要，直接在夾具上采用螺絲鎖緊，螺絲與工件接觸部位采用膠圈，以保護工件表面。但零件是不規則體，必須先鏜爪，以保證同軸度。

1 第一次裝夾、加工準備工作及要求

（1）夾具外圓直徑必須精磨后能配合型材內孔，車床三爪裝夾前必須鏜爪保證裝夾輔助夾具的穩定性；

（2）輔助夾具裝夾需保證大端面跳動和同心度，在加工許可范圍內，通過螺絲加膠圈鎖緊工件，限位銷定位。

2 第二次裝夾、加工準備工作及要求

（1）夾具外圓直徑必須精磨后能配合型材內孔，車床三爪裝夾前，必須先鏜爪保證裝夾輔助夾具的穩定性；

（2）輔助夾具裝夾需保證大端面跳動和配合外圓的同心度，在加工許可范圍內，通過內脹鎖緊工件，前端配合面有四個線割處。

3 刀具準備

（1）端面外形車刀；

（2）內孔車刀：粗加工，直徑φ20～φ24的范圍，保證刀具的剛性，以避免出現振紋；

（3）內孔槽刀：刀片寬度選用3mm；

（4）內孔車刀：精加工，直徑φ20～φ24范圍，保證刀具的剛性，以避免出現振紋。

備注：上述刀具使用刀片均為鋁用刀片，保證被加工表面的光潔度。

4 加工參數

（1）端面車削時，主軸轉速取300～400r/min，為取得較好的表面粗糙度選用較低的進給速度取F0.08～0.1mm/r，采用一次走刀加工完成；

（2） 內孔粗車時，主軸轉速取200～300r/min，進給速度取F0.7～ 0.9mm/r，留精車單邊余量0.1～0.15mm；

（3）車退刀槽時，主軸轉速取200～300r/min，進給速度取F0.1～ 0.15mm/r，采用一次走刀加工完成；

（4）內孔精車時，主軸轉速取300～400r/min，為取得較好的表面粗糙度選用較低的進給速度取F0.08～0.1mm/r，采用一次走刀加工完成。

5 注意事項

（1）由于工件是不規則外形，會產生重量失衡，所以程序需限制一定的最高轉速；

（2）在車削時，使用適當的冷卻液，并且要加注到位，能減小受熱變形，避免產生積削瘤現象，使加工表面達到圖紙要求；

（3）安全文明生產。

結語

此次研究的課題是本人在2014年參加企業實踐活動時，實際加工生產例子，以上夾具能很好地解決產品的裝夾和表面質量等問題，達到圖紙的垂直度和圓度要求。減輕了操作者的工作量和勞動強度，提高了效率，保證產品質量，實現經濟效益最大化。

參考文獻

[1]王光斗，王春.機床夾具設計手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2000.

[2]劉杰華，任昭蓉.金屬切削與刀具實用性手冊[M].北京：國防工業出版社，2006.