數控加工氣缸體組件夾具設計

摘 要：文章通過對摩托車氣缸體組件零件的工藝設計方面的分析和設計，及加工中心工序的加工所需的夾具進行詳細分析論述及設計。該液壓夾具操作簡便，可同時加工零件三個面，避免多次裝夾，提高了加工精度，降低

前言

在機械制造業、金屬切削批量生產中，數控加工中心夾具的主要作用是保證加工精度，提高勞動生產率，擴大機床加工范圍，保證生產安全，降低對工人的技術要求和減輕工人勞動強度。因此，機械工裝夾具的設計制造在機械制造業中起到舉足輕重的地位。

文章介紹了氣缸體組件加工中心第四軸夾具的設計過程。對零件的結構進行了分析，制定了零件的加工工藝內容。選擇了四軸旋轉工作臺和設備，確定了定位基準與夾緊方案，對零件的加工工藝方案進行了具體的分析。使用了三維軟件繪制零件圖，夾具設計圖，夾具零件圖，制作第四軸夾具，并投入生產。

1 氣缸體組件工藝分析

氣缸體組件為整體式氣缸體，其廣泛應用于摩托車發動機。氣缸體毛坯為鑄件，中心為鑄鐵缸體，外面包裹鑄鋁結構，中間的氣缸加工精度要求高，兩端面上的孔數量較多，位置精度要求高，側面的孔需要進行加工，精度要求較高。主要特點：（1）閥體外形輪廓結構復雜，散熱片分布較多；（2）氣缸體組件屬空腔體薄壁零件，零件剛性較差，因此工裝夾具設計必須避免零件夾壓后變形，使裝夾受力點盡量避免放在零件加工孔上方以及易產生變形的部位。夾緊過程中，不能破壞工件在定位時所處的正確位置，保證工件在整個加工過程中位置穩定不變，夾緊可靠牢固，振動小，不超出允許變形，合理布置夾壓后，要防止裝夾加工過程中發生震顫和干涉，并保證氣缸體受力均勻分布。

2 夾具總體設計

2.1 氣缸體主要加工方法

根據加工工藝要求，裝配工藝設計與加工質量、效率要求，依據基準先行、先面后孔、先粗后精的原則，先加工主要表面，后加工次要表面，制定零件主要表面加工方法

2.2 定位、加緊方案的選擇

通過分析CG125氣缸體組件結構特征，在加工中心加工前一工序，為了加工氣缸體底面，選擇氣缸體毛坯的中心大孔作為粗基準，把兩端面面進行加工，這樣加工過的平面可作為加工中心工序的精基準，遵循互為基準、基準統一的原則。

對于夾緊方案分析，為了保證定位基準位置準確，采用已加工的面進行平面定位，均勻分布三個圓頭支撐釘，保證接觸點位置相對穩定，并且使支撐釘距離盡可能大，以防止加工過程中發生顫動，產生失穩現象。這樣就把氣缸體Z軸移動自由度和X、Y軸兩個方向旋轉自由度限制住。同時，利用氣缸體中心鑄鐵缸體的圓柱外形放入夾具墊板圓孔中進行定位，把氣缸體X、Y軸兩個方向的移動自由度限制。最后，利用彈性六棱錐銷與氣缸體上已加工的工藝定位孔進行配合，把Z軸的旋轉自由度限制。通過上述定位方式，氣缸體組件在夾具上有唯一的位置，而且六個自由度被完全限制，滿足了夾具設計要求。中心鑄鐵缸體的定位和彈性六棱錐銷的使用，不僅可以保證氣缸體組件位置正確，還能防止工人錯誤的安裝工件，起到防誤、防呆的作用。

對于夾緊方案分析，氣缸體周邊滿布鋁合金扇熱片，而且扇熱片為不規則形狀，受力不均衡，所以上下兩端面進行壓緊較合理。同時，根據夾具的設計原則，下端面為支撐平面，產品的夾緊受力方向在設置在上端面，下端面圓頭支撐釘均勻受力，減少工件的變形。根據機床工作臺的大小，確定在一套夾具上同時裝夾兩個工件，使夾具結構更緊密，在加工過程中節省換刀時間，提高生產效率。通過對工件在加工工程中的受力分析，壓緊力須大于刀具對產品的作用力，確定選用使用廣泛的液壓油缸進行壓緊。由于氣缸體組件是從夾具的上方插入夾具進行定位，如果采用普通液壓油缸中間的壓塊會影響到工件的裝夾，采用液壓轉角缸更合理，轉角缸在松開過程中，中心活塞先上升一小段距離，然后在上升過程中轉動90°，避免裝夾工件時造成干涉。基于以上分析，確定選用NHS-50X90°液壓轉角缸加活動壓緊塊方式對工件進行壓緊。

CNC加工中心第四軸就是指的是加工中心數控分度頭，數控分度頭我們通常稱之為第四軸，它的出現大大的提高了加工中心的加工效率，減少了成本，很多形狀復雜的產品在加工的時候都需要用到數控分度頭，因為它可以完成三軸機床不能一次性加工完成的任務，它通過旋轉可以使產品實現多面的加工，大大提高了加工效率，減少了裝夾次數。

CNC加工中心添加第四軸的好處：可以使刀具加工的平面更為廣泛，并且可以減少工件的反復裝夾，提高工件的整體加工精度，利于簡化工藝，提高生產效率。縮短生產時間，所以本產品的夾具設計方案用到配第四軸轉臺的加工中心，三軸即XYZ三個直線移動坐標，第四軸為X軸方向上的一個旋轉軸，可以使刀具與工件之間產生角度偏移，即刀軸與工件表面法線成一個角度。一可以擴大加工的范圍，二可以使切削條件更佳。

基于以上論述，上文涉及到的三道工序加工方案均選擇擺在第四軸轉臺橋板上，一次裝夾兩個工件，同時加工三個平面，提高加工效率。該液壓夾具設計既保證了加工零件的位置穩定可靠，又避免夾緊過程中產生不允許的零件變形，操作簡便，工件更換容易，適合批量生產。

2.3 夾具三維設計

本次設計采用運用三維軟件提供的基于特征實體的建模功能。通過拉伸、旋轉、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及異型孔向導等操作來實現標準零件的三維模型設計，并按其形狀和尺寸分別建立參數化模型庫。

夾具裝配是夾具產品設計的重要工藝過程。如果裝配不當，即使是全部合格的零件，往往也不能形成質量、壽命合格的夾具。第四軸夾具裝配的難點，由于第四軸夾具需要在加工中心工作臺上實現360°自由旋轉，第四軸的旋轉中心線相對X軸必須平衡，防止在旋轉過程中產生干涉。而且，本次設計的夾具一次同時裝夾兩個工件，橋板部分較長，需要增加尾座進行固定與支撐，要求第四軸本體的中心孔與尾座的中心孔在相同的軸心線上。基于以上分析，把第四軸本體與尾座安裝在夾具底板上，第四軸本體與底板安裝利用鍵槽配合，尾座與底板安裝也利用鍵槽配合，底板上的鍵槽通過加工中心一次加工完成，保證第四軸本體中心線與尾座中心線重合，滿足設計要求。第四軸液壓轉臺配合安裝在加工中心上，通過第四軸控制，使回轉臺主軸剎緊和松開，松開后橋板完成任意角度回轉分度或連續分度運動，分度完成后剎緊主軸，實現高精度分度工作。

2.4 夾具制作與投入使用

夾具三維模型不能將所有的設計參數表達清楚，車間制作夾具需要為三維夾具上每一個非標準零件繪制工程圖。根據國家或具體行業標準，對零件工程圖進行注解，如形位公差、表面粗糙度、基準特征、零件序號等；也可根據具體加工要求，對零件進行注釋或標記，將工程圖表達清楚。總裝配體中，對零件尺寸公差、垂直度、圓軸度及技術要求等做了詳細標記。繪制好的工程圖下發到車間進行制作，裝配完成并投入使用。

3 結束語

隨著產品市場的競爭日益激烈，在產品結構不斷復雜化、產品質量要求不斷提高，生產效率要求不斷提高的前提下，一些傳統的加工方法，已無法滿足生產的需要。在數控技術發展和普及的今天，采用加工中心，并配以第四軸工裝夾具進行生產，從根本上改變了傳統的加工工藝方法，必將得到更廣泛的應用。

參考文獻

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[2]陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具（第4版）[M].高等教育出版社.

[3]徐灝.機械設計手冊（第5卷）[M].機械工業出版社.

作者簡介：譚許彬（1984-），男，漢族，廣東江門人，大專學歷，職稱：助理工程師職稱，主要研究方向：數控技術應用，身份證號：440782198404132116。