采用真空夾具加工薄壁殼體零件

（羅定市技工學校，廣東 羅定 527200）

[摘 要] 以企業中實際加工薄壁殼體零件為例，通過分析薄壁殼體零件加工的難點，制定合理的工藝流程、采用真空夾具裝夾加工。在分析真空夾具的工作原理和特點基礎上，重點闡述如何改進真空夾具的設計。通過制作專用真空夾具，并采用專用真空夾具裝夾零件，保證零件精度，提高生產效率。

[關 鍵 詞] 數控加工；制作夾具；薄壁殼體；專用真空夾具

[中圖分類號] F416.4 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）14-0142-02

本人結合自己對數控銑床的操作經驗，下面以企業中實際加工薄壁殼體類光通訊零件為例，介紹零件加工工藝，真空夾具的結構、特點，以及如何使用真空夾具和如何改進真空夾具。零件如圖1所示，加工零件材料為LY12。

技術要求：（1）未注公差尺寸按GB1804—f。（2）未注倒角

0.5×450。

一、工藝流程分析

該零件為薄壁殼體類零件，其四側為3 mm的薄壁，底面最

薄處為2 mm。零件不僅需要銑削外形、銑削型腔，也需保證形位公差要求，零件材料為2A12鋁合金，需小批量生產。加工這種復雜薄壁類零件，因其裝夾受力后易變形，加工工件周邊容易有彈刀現象。因此，工藝上的難點是要解決如何保證零件加工精度，以及零件方便、可靠裝夾的問題。

根據零件圖紙要求，經過工藝分析后，采用以下加工工藝流程：（1）采取平口虎鉗裝夾，面銑零件底面，并通過鉆孔→粗鉸→精鉸方案分別加工通孔Φ4、Φ8H7至圖示尺寸；（2）采取專用真空夾具裝夾，粗銑→銑削四角→再加工外輪廓，最后按挖槽方式把底面和側面精銑至尺寸。

從上述工藝流程來看，在第2步加工時，由于被加工產品為薄壁殼體零件，如采用普通平口虎鉗裝夾零件，零件容易產生變形問題，因而可選用真空夾具裝夾。但零件是批量生產，普通真空夾具無法滿足批量生產的要求，故需對夾具做修改，制作專用真空夾具，用一面兩孔定位的裝夾方法來加工。結果證明，采用制定的專用真空夾具可以明顯減輕勞動強度，實現批量生產的目標。故在此類零件的加工生產中主要考慮零件的裝夾及定位。

二、數控銑床夾具簡介

夾具的功能是使工件獲得定位和夾緊。機床夾具作為機床上的附件，具有裝夾工件的功能，能使工件相對于機床（刀具）獲得具體相對位置，并把工件可靠地夾緊。常見的夾具有很多，例如，三爪、四爪卡盤，平口鉗，組合夾具等。但由于被夾持零件的特殊性，如鋁板、銅板、塑料板等易切削材料的批量加工，相對傳統加工的裝夾方法，數控銑床加工中使用真空夾具裝夾具有裝夾拆卸方便、生產效率高的特點。在實際生產中，如果能正確掌握真空夾具的使用，并適當改進真空夾具，將其變為專用真空夾具，將更有利于減輕操作強度和提高產品的生產效率。

三、通用真空夾具

（一）真空夾具系統的結構與工作原理說明

根據平常真空應用技術中的定義，真空主要針對大氣而言，具體是指在給定的某一空間內把內部氣體排除，使其壓力小于一個標準大氣壓力的氣體狀態，我們通稱此空間為真空或真空狀態。而在真空技術中使用的單位除國際單位制的壓強單位外，也常以托爾（Torr）作為真空度的單位。常見的通用真空夾具的結構如圖2所示。

一個真空系統主要由以下元件組成：（1）抽氣設備：如真空泵；（2）真空閥門：如氣壓開關閥；（3）連接管道：如氣壓管；（4）真空測量裝置：如真空壓力表；（5）其他元件：如快速接頭、密封圈等。

真空夾具工作原理為真空夾具通過其系統能將工件接觸面積的密封區域內氣體吸出，從而使工件的接觸面受到很小的大氣壓強，而任何物體的表面都受到1bar的大氣壓力，這樣就形成了一個壓強差。壓強差大小具體需要根據真空系統的性能而定，一般為0.7～0.8bar。故真空系統產生的真空度只是一個范圍。此外，現代的真空系統基本都能自動檢測真空壓力是否達到一定范圍，當真空壓力低于一定范圍時會自動保壓。

（二）夾具工作中的零件的受力情況分析

常用的真空度單位有：Pa、Kpa、Mpa、大氣壓、公斤（Kgf/cm2）、mmHg、mbar、bar、PSI等。

1KPa=1000Pa、1MPa=1000KPa1、大氣壓=100KPa=0.1Mpa、

1大氣壓=1公斤（Kgf/cm2）=760mmHg、1大氣壓=14.5PSI、

1KPa=10mbar。

在銑削加工過程中，真空夾具通過外部的大氣壓把零件壓在工作臺上，而不是通常認為的“吸”在夾具工作臺上。為了使夾具上工件定位穩固可靠，必須保證被加工工件所受到的夾持力（即零件與夾具之間的摩擦力）遠大于銑削力。而工件的表面結構、氣壓差和接觸面積都能影響工件所受到的側向力，其中，零件表面被吸附面積與摩擦力的大小成正比，即零件被吸附面積越大，則受到的大氣壓強差也越大，得到的摩擦力也越大。

夾緊力=壓強×面積

F（N）=bar×A（m2）×105

1bar=10N/cm2

（三）真空夾具特點

1.真空夾具的特點主要是相比較數控銑床一些常見的通用

夾具而言，真空夾具有以下優點：（1）夾持無變形、無振動，可一次裝夾加工五面，便于編程；（2）可以用于夾持外輪廓不規則工件；（3）零件裝夾操作簡單、快捷，能提高效率，增升效益；（4）高夾持力，可裝夾零件質料較廣，如鋁、銅、合金等有色金屬或塑料、木料等常見材料（該點相比磁性夾具）。

2.真空夾具的局限性：（1）要求工件的接觸面平整，平面粗糙度Ra1.6以上；（2）工件定位裝夾不方便。

四、制作專用真空夾具

（一）零件定位分析

通過分析零件特征，制作夾具如圖3。該夾具裝夾零件主要依靠零件底面和對應的定位孔進行定位。其中以底面基準定位，可以限制三個自由度：工件Z軸的移動、X軸的旋轉、Y軸的旋轉；再結合兩圓柱銷為定位銷，根據六點定位原理來分析，當工件的一個或多個自由度被不同的定位元件重復限制時，定位則出現重復定位情況，產生過定位現象，故本零件被兩個圓柱銷定位屬于重復定位。當重復定位導致工件或定位元件變形，影響零件加工精度時，應該嚴禁采用。但如果定位面和定位元件的尺寸、形狀都做得比較準確，而且定位孔中心距位置精度很高，則重復定位不但對工件加工面的位置尺寸影響不大，而且可以增加加工時的剛性。經過實際生產驗證，這樣的重復定位可以采用。

（二）夾具制作方法

參考通用真空夾具制造原理，制作專業真空夾具的材料選用45號鋼，外形尺寸為350×200×45。凸臺為工件外輪廓向內偏移0.5 mm，凸臺高1 mm夾具平臺中間縱橫交錯的槽深為0.2～0.5 mm，用來通氣，周圍一周槽深為6 mm。吸盤側邊的大孔為細牙螺紋孔，它的另一端接真空泵，平臺中間的小不通孔與側邊的大孔相通。

（三）切削用量選擇

切削用量的選擇原則是在保證質量的條件下，充分發揮刀具的切削性能和機床性能，獲得較高的生產效率和較低的加工成本。

粗加工時，切削用量選用要盡可能達到較高的金屬切除率，同時又要兼顧必要的刀具耐用度，故在達到工藝要求和工藝系統剛度要求的條件下，一般優先選取盡可能大的背吃刀量ap，其次選取較大的進給量f，最后根據刀具耐用度要求，確定合適的切削速度Vc。切削速度在工件材料和刀具材料確定后，切削速度是決定刀具耐用度的最重要因素，計算公式為Vc=πdn/1000；半精加工和精加工時，應先確保在獲得必要的加工精度和表面質量條件下，同時要考慮得到必要的刀具耐用度和生產率。故切削用量一般先采取較小的進給量f和切削深度ap，并盡可能采取較快的切削速度，同時考慮經濟性和加工成本。

此外，切削用量的選擇該充分分析機床、工件、刀具的具體條件。（1）機床方面：機床功率、切削速度、進給速度、行程范圍、傳動機構強度等。（2）工件方面：工件剛度、尺寸和形狀精度、加工表面粗糙度等。（3）刀具方面：刀具強度及剛度、刀具最大磨損、刀具耐用度等。

（四）專用真空夾具的使用

夾具安裝：先把夾具主體放在數控銑床工作臺上，再用螺栓通過螺栓孔與T形螺母連接，然后用百分表打表校正夾具體的其中一個側面，最后擰緊螺栓固定夾具。

工件裝夾：為了保證工件裝夾穩固可靠，在真空夾具平臺上的圈密封槽內墊上8 mm的橡膠條（有一定尺寸要求的空心或實心圓形截面），然后根據上述所講的零件定位原理，把工件裝在真空平臺上，再開動真空泵，真空泵通過吸盤側面的大孔以及和其相通的小不通孔，把工件和縱橫槽之間的空氣抽出，如真空壓力表顯示數值到達真空度指定值時，就可以將工件夾緊。實際中工件裝夾如圖4所示。

注意事項：在使用過程中，必須保持真空壓力穩定；遵守安全文明生產操作規程；注意真空夾具的后期維護。

通過實際加工生產證明，加工薄壁殼體零件采用專用真空夾具是可以明顯減輕操作者的勞動強度，并能保證產品的加工質量和產品的生產效率的。

目前，真空夾具在外國先進制造業中逐漸被廣泛采用，在國內數控加工企業中的應用也正在推廣。因此，學會靈活制造專用真空夾具，無論是對企業生產還是對教學研究都是有價值的。

參考文獻：

[1]苗廣輝，范帆，姜瑞華.真空吸附在薄板加工中的應用[J].制造技術與機床，2007（1）.

[2]李鐵鋼.薄壁零件的加工[J].機械工程師，2008（11）.

[3]張益芳.金屬切削手冊[M].上海科學技術出版社，2011.