數(shù)控鉆攻固定環(huán)孔專機(jī)與夾具的設(shè)計(jì)探討

鄭利明+蘭海周

摘 要：數(shù)控機(jī)床中，數(shù)控鉆工固定環(huán)孔機(jī)床屬于專機(jī)項(xiàng)目，目的是為了加工車橋兩端固定環(huán)孔更加便捷。由于環(huán)孔加工工序復(fù)雜，加工費(fèi)時(shí)費(fèi)力且難度大，因此在批量生產(chǎn)時(shí)，需要對數(shù)控鉆攻固定環(huán)孔機(jī)床與夾具專門設(shè)計(jì)。本文以車橋?yàn)槔瑢?shù)控鉆攻固定環(huán)孔專機(jī)及夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控鉆攻固定環(huán)孔；專機(jī)；夾具；設(shè)計(jì)

隨著機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，人們對結(jié)構(gòu)精密、復(fù)雜的產(chǎn)品需求量越來越大。為滿足不規(guī)則零部件生產(chǎn)需求，適應(yīng)加工對象多變的特點(diǎn)，需要加大對數(shù)控技術(shù)的研究力度。在金屬切削機(jī)床中，數(shù)控鉆攻固定環(huán)孔機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜。與傳統(tǒng)加工方法對比，柔性高端數(shù)控金屬切削機(jī)床融合了液壓、電子及機(jī)械等先進(jìn)技術(shù)，加工方法更加多樣。在轎車、重卡及商務(wù)車輛的前后橋加工中，可同時(shí)進(jìn)行鉆孔、鏜孔、攻絲、銑削等加工，在大批量生產(chǎn)中，提高了生產(chǎn)效率與加工質(zhì)量。本文主要針對數(shù)控鉆攻固定環(huán)孔專機(jī)整體及夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。

1 數(shù)控鉆攻固定環(huán)孔專機(jī)設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用相關(guān)軟件對數(shù)控專機(jī)零部件進(jìn)行三維建模與仿真，然后進(jìn)行二維繪圖、投圖、零件加工、精度檢驗(yàn)及試件加工等。該專機(jī)床身由雙刀庫、雙主軸箱、雙主軸組成，剛度較高，優(yōu)勢在于能夠使兩個(gè)床身在裝配及加工時(shí)的難度降低。該專機(jī)的技術(shù)核心是專用夾具工作臺(tái)、緊急速度及液壓控制模塊。對兩軸間加工范圍可同步變化，同步鉆攻。

1.2 精度指標(biāo)

在精度指標(biāo)方面，該數(shù)控鉆攻固定環(huán)孔專機(jī)包含定位、切削等精度。在對機(jī)床數(shù)值精度進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)時(shí)，滿足機(jī)床位置精度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)控龍門銑床技術(shù)條件及金屬切削機(jī)床的技術(shù)條件等標(biāo)準(zhǔn)。對上述各指標(biāo)綜合考慮，從技術(shù)、資金、人員、設(shè)備等方面入手，考慮用戶需求，對本機(jī)精度指標(biāo)及技術(shù)參數(shù)進(jìn)行擬定，作為用戶對機(jī)床選擇的依據(jù)。主要參數(shù)如表1所示：

1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)控鉆攻固定環(huán)孔專機(jī)整體上可分為機(jī)械、數(shù)控及道具選擇幾部分。對于機(jī)械控制系統(tǒng)而言，包含主軸、床身、進(jìn)給、潤滑、氣動(dòng)及冷卻幾個(gè)系統(tǒng)。主軸系統(tǒng)融合了高速刀具、直接電機(jī)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了試件的高速加工，所以在主軸的選擇上要保證高可靠性。進(jìn)給系統(tǒng)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過滾珠絲杠與波紋管彈性聯(lián)軸器直接連接，對工作臺(tái)進(jìn)行拖動(dòng)，使其產(chǎn)生移動(dòng)，包含自動(dòng)控制方式與手動(dòng)控制方式。床身系統(tǒng)包含床身底座、主軸箱、鞍座、滾珠絲杠、夾具工作臺(tái)面及彈性聯(lián)軸節(jié)等部件；啟動(dòng)系統(tǒng)的工作介質(zhì)為空氣，排氣過程簡單，沒有成本介質(zhì)，對環(huán)境污染小，使用方面。冷卻系統(tǒng)裝置加多，包含自然冷卻、液體冷卻及風(fēng)冷等，該專機(jī)系統(tǒng)采用液體冷卻，可循環(huán)使用冷卻液，實(shí)現(xiàn)降低成本的目的。數(shù)控系統(tǒng)主要包含以下組成部分：兩套FANUC Oi-MD數(shù)控系統(tǒng)、兩套進(jìn)給電機(jī)、兩套額定功率7.5KW主軸電機(jī)、兩套刀庫、其它輔助電機(jī)、操作面板、彩色LCD顯示器、電控箱密封等，系統(tǒng)主要具備的功能有監(jiān)控功能、零件公共坐標(biāo)系編程功能、子程序調(diào)用及編輯功能、中英文顯示功能、報(bào)警功能等。

2 數(shù)控鉆攻固定環(huán)孔專機(jī)夾具設(shè)計(jì)

隨著機(jī)床的發(fā)展，在夾具設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)、形式更加復(fù)雜，對精度的要求也越來越高。本專機(jī)夾具總裝圖如圖1所示，包含多個(gè)組成部分。

2.1 夾具組成設(shè)計(jì)及功能

夾具組成如圖1所示，夾具主要由夾具座、升降架及漲緊琵琶孔夾具、自動(dòng)定心夾具幾部分組成。各部分功能如下：在實(shí)際工作過程中，在上下料小車上放置車橋，琵琶孔向下放置。下車此時(shí)位于上下料小車導(dǎo)軌，將小車推至夾具中心，然后上下料小車升降油缸下降，至自動(dòng)定心夾具處夾緊，在橋殼大平面撫平后對零件利用漲緊琵琶孔夾具漲緊，然后自動(dòng)定心夾具松開零件，上下料小車升降油缸上升，將上下料小車手動(dòng)拉至上下料小車導(dǎo)軌上，對完成的工件卸下。由于產(chǎn)品的規(guī)格、長度等不盡相同，如果法蘭盤位置不適合，可調(diào)整調(diào)整螺桿、松開限位螺桿，使兩端的自動(dòng)定心夾具在夾具導(dǎo)軌上滑動(dòng)，并在合適的位置停留后固緊。

2.2 機(jī)床夾具的特點(diǎn)

利用固定環(huán)外徑對橋殼兩端進(jìn)行定位壓緊，夾具徑向定位精度不超過0.025mm，夾具為自定心夾緊結(jié)構(gòu)，可調(diào)整夾具方向、長度。采用漲芯夾具結(jié)構(gòu)作為橋殼中心琵琶孔定位夾具，對夾具的通用性要進(jìn)行考慮。該機(jī)床上要配置與后橋殼工件加工所需的定位、工裝、夾緊裝置。如果鉆具剛性較弱，可使用鉆模板輔助鉆孔。機(jī)床配備上料架，在上料架移動(dòng)小車后放置橋殼，人工將小推至夾具上方，在油缸下落帶動(dòng)小車時(shí)，橋殼進(jìn)入夾具夾緊位置。在控制橋殼角相位時(shí)，夾具對橋殼壓夾緊后，橋殼大平面撫平后，對零件利用漲心裝置漲緊，兩端自定心夾具高壓夾緊。對夾具采用液壓方式控制，采用油溫冷卻系統(tǒng)對油溫進(jìn)行控制。機(jī)床與夾具安裝方便快捷，容易操作。

2.3 夾具結(jié)構(gòu)說明

數(shù)控鉆攻固定環(huán)孔專機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于，床身剛性比較強(qiáng)，雙主機(jī)共用床身，外形簡單，在毛坯鑄造方面，難度大大降低，兩個(gè)床身在裝配與加工中的難度也極大的降低。本夾具針對車橋加工設(shè)計(jì)，主要用于在雙臥式加工中心進(jìn)行車橋兩側(cè)法蘭盤螺紋孔口倒角、底孔及攻絲工序的夾緊與定位。因此定位、夾緊、液壓站是重要的構(gòu)成系統(tǒng)，直接對工價(jià)加工產(chǎn)生影響，定位夾緊如圖2所示：

在夾具組成部分中，定位系統(tǒng)非常關(guān)鍵，由自定心與漲芯兩套夾具組成。自定心夾具布置在兩端，中心布置漲芯夾具。漲芯夾具漲塊在油缸帶動(dòng)下，在滑塊上下移動(dòng)的時(shí)候進(jìn)行左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)夾緊后橋殼止口的目的，對工件的軸向尺寸定位也能保證。通過前后兩個(gè)夾緊油缸，對自定心夾具鉗口前后移動(dòng)進(jìn)行帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)夾緊的目的。通過工件墊與漲芯夾具漲塊的組合，對漲芯夾具在更換產(chǎn)品時(shí)進(jìn)行調(diào)整；通過對法蘭盤距離橋殼止口的距離進(jìn)行軸向調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自定心夾具在產(chǎn)品更換時(shí)的調(diào)整。兩套夾具的操作都比較簡單，省時(shí)省力。

3 結(jié)語

本文通過對數(shù)控鉆工固定環(huán)孔專機(jī)及夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，在軟件三維建模基礎(chǔ)上對專機(jī)總體及夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過研究得到以下結(jié)論：首先，與同類機(jī)床相比，本專機(jī)設(shè)計(jì)具有加工精度高、工作效率高等優(yōu)勢，可對車橋兩端同時(shí)實(shí)現(xiàn)鉆攻；其次，機(jī)床結(jié)構(gòu)布局比較先進(jìn)，結(jié)構(gòu)相對簡單，并且可提升加工效率；電主軸的采用，使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到6000rpm，實(shí)現(xiàn)了快速切削的目的；最后，為滿足實(shí)際使用需求，對機(jī)床進(jìn)行測試，測試結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相符。數(shù)控鉆工固定環(huán)孔專機(jī)項(xiàng)目屬于新的研發(fā)項(xiàng)目，其中也存在一些不完善的地方，如刀庫無法自主研發(fā)、產(chǎn)品工序集約化以及產(chǎn)品外觀造型還有待進(jìn)一步完善等，這些不足之處還需要在以后的研究中不斷進(jìn)行改進(jìn)。

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