車削中心利用專用夾具加工液壓端蓋

張振

摘要：本文就某一不規則零件在數控車削中心（帶有動力刀座和C軸功能的數控機床）上進行批量生產時的工藝分析、定位裝夾如何設計專用的夾具以及程序編制等問題進行分析、優化加工方案，從而提高生產質量和效率。

關鍵詞：車削中心；工藝分析；專用夾具

引言

我單位校企合作加工接到某液壓設備公司送來的液壓配件（如圖1）。通過加工圖紙和客戶送來的毛坯進行加工工藝的分析，分析結果為：該零件屬于不規則端蓋件，毛坯為精鑄不銹鋼件，加工余量小而均勻；加工的內容涉及到車、銑（主要是鉆孔加工）的綜合加工；尺寸精度和位置精度要求較高，采用通用夾具難以保證加工質量。

1.工藝規劃

1.1加工工藝規程設計原則

（1）以保證零件加工質量，達到設計圖紙規定的各項技術要求為前提。

（2）工藝過程有較高的生產效率和較低的成本。

（3）充分考慮和利用現有生產條件，盡可能作到平衡生產。

（4）盡量減輕工人勞動強度，保證安全生產，創造良好文明勞動條件。

（5）積極采用先進技術和工藝，減少材料和能源消耗，并應符合環保要求。

1.2機床的選用

讀零件圖根據工藝分析的結果和工藝設計的原則，在機床的選用上根據現有的校企合作生產配備的設備和加工的精度綜合進行選用，決定采用奧地利進口的車削中心進行該零件的加工，可以減少加工的工序和裝夾的次數，減少裝夾誤差以保證零件加工質量同時能大大減輕工人勞動強度。

車削中心是以車床為基本體，并在其基礎上進一步增加動力刀座。集車、銑、鉆、鏜功能于一體的數控機床，其強大的車削功能，獨具特色的Y軸、C軸銑功能，使零件裝夾、定位次數減少，多工序車削、銑削部位在一次加工完成，工序高度集中。車削中心是一種復合式的車削加工機械，能讓加工時間大大減少，不需要重新裝夾，以達到提高加工精度的要求。

1.3加工路線的規劃

制定加工的路線時，雖然毛坯為不規則形狀精不銹鋼件，但還是有一定的誤差存在，定位時屬于粗基準定位。為保證加工質量，加工時粗基準只能選用一次，根據加工原則，最后采用基準先行的工藝方法，先加工基準面（圖紙上的A面）以及相關的內容在一次裝夾完成。

工序1：加工基準面（A面）→?45內孔粗、精車→鉆4-?8孔。

工序1加工完成后，再以加工完成的A面和對角的兩個?8孔（采用一面兩孔的定位方式）作為定位基準使用專用夾具安裝到車削中心上加工余下工序。

工序2：加工B面→?8加工（鉆、擴、鉸）→鉆3-?4孔。

2.夾具設計

2.1液壓卡盤軟爪裝夾

對毛坯如何安裝在機床上進行了初步的試驗，通過試驗發現在加工工序1的時候，毛坯能直接安裝到卡盤上。但是由于缺少Z向定位，毛坯每次安裝位置不一致或安裝位置傾斜造成加工余量不均勻影響加工，嚴重的情況下還造成工件加工余量不足，有殘留的毛坯表面和容易夾傷不加工表面，造成工件報廢從而影響生產效率，使生產成本大大提高。

考慮到以上因素，在加工工序1時，采取軟爪（鋁爪）裝夾?55的外表面，夾持長度約為30mm（如圖2）。為了把安裝的誤差減到最小，在設計用軟爪裝夾毛坯時，軟爪最好在機床上加工成形。采用軟爪裝夾時，由于采用液壓卡盤，在加工時，要把握好夾緊力；如果夾緊力過大，會造成工件變形，夾緊力過小，工件在加工時的位置會松動，嚴重的會造成加工事故，需要選用一個正確的夾緊力。

2.2專用夾具設計及工件安裝

在機械加工過程中，為了保證加工精度，固定工件，使之占有確定位置以接受加工或檢測的工藝裝備統稱為機床夾具，簡稱夾具。工件的安裝包含了兩個方面的內容：

（1）定位：工件應準確地安放在機床的合適位置上，使工件相對于刀具及機床占有正確的加工位置，保證其被加工表面達到工序所規定的各項技術要求；

（2）夾緊：工件定位后，還需對工件壓緊夾牢，使其在加工過程中不發生位置變化。

在加工工序2時，為了要保證工件的位置精度，需要采用專用夾具進行裝夾。由于工序1和工序2的加工部分軸線為90?夾角，并且有垂直度（0.05mm）的位置度要求。所以在設置夾具的時候，首選選擇夾具的主體形狀為90?角鐵類的夾具體，定位元件為定位銷。工件在夾具體上的定位方式為兩孔一面（如圖3）。為提高夾具的定位精度和減小夾具的安裝誤差，夾具主體部分直接在車削中心上加工成形，減少夾具安裝在機床上的安裝誤差以提高工件的加工精度。（在機床上直接加工夾具主體時，夾具安裝在機床的誤差能減在最少，一般可以忽略不算）。

設計好主要用于定位的夾具主體后，這時要考慮的是夾緊的機構。在數控車加工中，夾具和工件同時進行回轉運動，而夾具的本體為角鐵類夾具體，在旋轉的過程中，由于慣性力的作用，會造成轉動不均勻，影響加工質量；嚴重的情況下還會造成夾具體飛出卡盤，造成人身安全事故。所以在設計本夾具夾緊機構的同時，本著裝夾方便、可靠的原則，把動平衡力的因素也一并考慮進去，盡可能把不平衡力減到最小，使夾具能在主軸上很好的運轉。最后經過夾具體和工件毛坯重量進行計算和分析，設計出夾緊機構（如圖4）。

由于毛坯材料是精鑄不銹鋼件，表面不需要進行加工，設計夾緊機構時，不能壓壞工件表面，故采用螺紋壓板的夾緊方式。夾緊機構安裝在夾具體的方式為一面兩孔定位，最后采用螺紋緊固的方式把夾具體和夾緊機構配合成一個整體，形成夾具進行工件的安裝（如圖5）。

3.程序編制

程序輸入到機床有兩種方法，分別是手工編程和自動編程。由于車削中心編程比普通數控機床編程較為復雜，更加容易出錯，因此本產品加工基本采用自動編程為主，通過CAM加工軟件繪制加工圖形并生成加工刀具路徑，最后生成加工程序。在程序的編制上根據加工工序，分別設計出兩個刀路（如圖6），最后生成加工程序并傳輸到機床上進行加工。

4.總結

通過采用該夾具對該零件進行生產，很好的解決了工件加工過程中的裝夾和定位問題，同時采用車削中心，減少對工件的二次安裝誤差，大大提高了零件的生產效率，保證了該零件的批量生產要求。

參考文獻：

[1]湯湘中編著.《機床夾具設計》，國防工業出版社，1988.5.

[2]金向楷主編.《機械加工工藝基礎》，清華大學出版社，1990.9.

[3]朱耀祥，浦林祥主編.《現代夾具設計手冊》機械工業出版社，2010.2.

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