氣缸連接盤銑削用夾具的設計

■北京精雕精密機械制造有限公司 （102308） 高利飛

氣缸連接盤是主軸內部主要受力件之一，在自動松拉刀的主軸松刀時，氣缸用于松刀的力全部由氣缸連接盤來承受，完成松刀的動作，所以此工件一般采用優質碳素結構鋼或低合金結構鋼，即45鋼或42CrMo，經正火或調質處理后進行加工。雖然經過上述處理后，切削加工性能優良，但因主軸內部需要放置較多的傳感器，避空位置較多，形狀復雜，切削量大，導致現有的加工效率較低。

本文從各種自動換刀的主軸中選擇一種典型的工件JD120氣缸連接盤（見圖1），重點介紹氣缸連接盤的銑削用夾具的設計。材料為45號鋼，正火處理，主要去除量來自對3個避空槽的加工。

圖1 JD120氣缸連接盤

圖2 JD120氣缸連接盤的加工尺寸

1.工件圖樣分析及加工工藝的確定

JD120氣缸連接盤的加工尺寸如圖2所示，加工難度不大，主要精度尺寸是φ50mm的尺寸與上、下面的垂直度，公差等級全部為IT7，數控車床可保證；但槽的加工主要靠銑削加工去除材料，雖然工件是規則形狀，可用通用的三爪自定心卡盤或單動卡盤夾緊、在三軸機床或四軸機床加工，但是在大批量加工時，因上、下工件時所用時間與加工時切削的所用時間較長，故效率較為低下。

原采用三軸的精雕機與三爪自定心卡盤夾緊進行加工，加工兩件所需時間達42min。為提高其效率，減少上、下工件的準備時間及加工時間，現采用可交換工作臺的臥式加工中心，并設計專門的銑削用夾具。

2.夾具的結構形式及夾緊方式設計

φ110mm的底面是有精度要求的面，加工槽的位置位于上端，可以此面為基準定位，因使用可交換工作臺，在方箱上同時裝兩個夾具，一共可夾緊8個工件，一個工作臺在加工的同時，另一個工作臺可裝卸工件，使加工時間與裝夾時間即加工準備時間重合，再者使用液壓夾緊并控制力矩，保證每次裝夾的夾緊力相同，采用此措施既可降低工人的勞動強度又能提高加工的一致性，夾具裝上工件的三維造型圖如圖3所示，夾具的正面圖如圖4所示，夾具的詳細結構如圖5所示。

工件在夾緊時只需用力矩扳手擰緊最上面的鎖緊螺釘，帶動小活塞向下移動，封閉在管路中的液體推動活塞向右移動，同時帶動8個壓板向右移動，夾緊工件，當松開鎖緊螺釘時，復位彈簧將推動活塞向左移動，即可松開工件。無油襯套可保證活塞的運動順暢，并延長夾具的壽命，使用同軸密封圈可極大地降低活塞運行的摩擦阻力，保證液壓系統的穩定性。底板上的液壓管路圖如圖6所示，保證8個活塞可同時動作。

裝夾工件時，將可更換工作臺調入裝工件區，工人可面向夾具裝夾工件，松開鎖緊螺釘，所有的壓板在彈力作用下抬起，經車削完成的工件如圖7所示，工件沿導向槽裝入，半圓弧定位。裝夾完畢后，等待加工的指令調入加工區，與主軸的位置關系如圖8所示，加工完一面，工作臺轉動180°加工另一面。

圖3 夾具三維造型

圖4 夾具正面

圖5 夾具詳細結構1.無軸襯套 2.同軸密封圈 3.鎖緊螺母4.壓板 5.防塵密封圈 6.工件7.鎖緊螺釘 8.夾具底板 9.小活塞10.密封圈 11.無油襯套 12.O形密封圈13.同軸密封圈 14.油缸體15.夾緊活塞 16.復位彈簧

圖6 液壓管路

圖7 裝夾工件過程

圖8 加工區域示意

3.切削力分析及夾緊力的驗算

（1）切削力的分析。銑刀的切削力實際與工件成一定的角度，為保證安全，在本例中取90°，即所有力全部轉化成扭矩，本例中的銑刀采用兩面刃銑刀，近似銑削力的計算：中F為銑削切削力；ap為銑削深度，指銑刀刀齒切入切出工件過程中，接觸弧在垂直走刀方向平面中測得的投影長度，本例取ap＝22mm；fz為每齒進給量，fz＝0.06mm；D為刀具直徑，D＝22mm；B為銑削寬度，B＝10mm；Z為銑刀齒數，Z＝2。將上述各參數代入銑削力的計算式得：F＝2 452×220.8×0.060.7×22－1.1×100.85×2＝1 918.47N。

（2）夾緊力的驗算。實際所需夾緊力的計算是一個很復雜的問題，一般只能作粗略的估算，因此本例中取最不利工件夾緊方向做驗算。

工件以底面為定位，其夾緊示意如圖9所示，本例中每個工件有3個壓板壓緊，每個壓板同時壓兩個工件，所以總的壓緊力為3/2W，因此壓板所需壓緊力為：3/2W×μ×L2＝K×F×L1，即W＝2KFL1/（3μL2）。其中W為夾緊力；K為安全系數，取2.0；μ為摩擦系數，光滑面之間取0.1～0.2，本例取0.15，將上述參數代入夾緊力公式得：W＝2×2.0×1 918.47×0.037/（3×0.15×0.050）＝12 619.26N。

圖9 夾緊示意

根據螺母扭緊力矩的計算公式：T＝KFd，取T＝4N·m，人手不費勁即可擰緊，圖5中鎖緊螺釘為M12，取小徑d＝10.5mm，K取0.2。代入公式可得小活塞上的推力F1＝4/（0.2×0.010 5）＝1 904N。

根據液體內部壓強處處相等的原理，可得夾緊活塞的推力為F2，即：F2＝F1·S2/S1。其中小活塞的直徑D1＝10mm，夾緊活塞的直徑D2＝40mm，代入式中可得：F2＝1 904×402/102＝30 464N。

復位彈簧的剛度為30N/mm，初始壓縮3mm，一個夾緊活塞后面有3個彈簧，總計彈力F3＝30×3×3＝270N，則W′＝F2－F3＝30 464－270＝30 194N大于所需的夾緊力12 619.26N，故此壓緊力完全可滿足工件的壓緊要求。

4.結語

該夾具利用了液壓增力的原理，用手動較小的力可產生較大的壓緊力，再者將加工準備時間與加工時間重合，提高了設備的利用率，將原來的單件加工時間42/2＝21min，減少為75/8＝9.375min，在此過程中工人還可做到一人雙機或3機，經生產實踐證明，該夾具的設計完全滿足使用要求。