飛輪殼加工時快速切換夾具的模塊化設計

■新興重工湖北三六一一機械有限公司 （襄陽 441002） 劉映泉 宋 霞 殷 杰

1.飛輪殼類零件的結構特點和主要技術要求

圖1是兩種飛輪殼的三維實體模型圖，飛輪殼是發動機的一個關鍵部件，通過齒輪室面一側與發動機相聯接，通過盆口一側與變速器聯接，這樣就實現發動機與變速器的有效聯接，通過它的變化，同樣的發動機可以搭載于不同的汽車，飛輪殼形體復雜，具有多孔系，薄壁，形似盆狀，鑄件加工主要包括與齒輪室配合平面及其孔系、盆口及盆口一側孔系、盆狀結構周邊平面及其孔系。由于工件個體尺寸偏大，未注壁厚6mm，工件的剛性差，加工時易變形，屬難加工零件，因此飛輪殼加工具有嚴格的精度要求。如：主要安裝孔（止口、銷軸孔）尺寸公差等級一般為IT8～IT9，表面粗糙度值Ra＝1.6μm，相對位置公差等級IT7～IT8，主要裝配面（發動機安裝面、變速器安裝面）平面度公差為0.1mm，表面粗糙度值Ra＝3.2μm，主要安裝孔與裝配面垂直度＜0.1mm，其中作為安裝基準的銷軸孔對裝配面的垂直度僅有0.02mm。

2.飛輪殼生產的制造過程

飛輪殼選用的材料主要有QT450-10、ZL111-F、HT250或者RUT380等，對于黑色金屬，我公司選用的是QT450-10，有色金屬則是ZL111-F，每種飛輪殼選用什么材質，主要取決于客戶的要求。我公司球鐵飛輪殼，金屬型鑄造，鑄造后進行人工時效處理（升溫570℃～590℃，保溫4h，以30℃/h降至250℃出爐空冷）、拋丸及表面涂裝處理，進入機械加工程序（見附表）。

由于飛輪殼的品種多，除少數幾個產品的批量較大外，大部分規格的產品都屬小批量生產，連續生產兩天就得換型，要及時消化客戶的訂單，減少產品轉換帶來的損失，合理設計夾具，確保夾具的通用性是必須的，或者盡可能縮短夾具切換所需時間。

附表所表達的是一條飛輪殼生產線的工藝流程，從OP24工序開始，飛輪殼的機加工進入精加工階段，不同規格的產品在該工序開始出現夾具切換問題，相對OP24以后工序，OP24工序作業時工裝切換相對簡單，所以下面僅介紹OP25～OP28工序不同規格、型號產品加工時快速切換的夾具結構及使用。

在OP25～OP28工序，機加工使用的精基準是OP24工序完成加工的B面（與齒輪室結合面）及兩銷軸孔。

3.飛輪殼加工時快速切換夾具的結構及使用

在對所有在產鐵質飛輪殼的銷軸孔與曲軸孔的關系匯總分析后，發現共有3組數據：第1組，銷軸孔到曲軸孔的X方向的坐標距離分別為“125mm”、“131mm”，到曲軸孔的Y向坐標距離均為“18mm”；第2組，銷軸孔到曲軸孔的X方向的坐標距離均為“134mm”，到曲軸孔的Y向坐標距離均為“10mm”；第3組，銷軸孔到曲軸孔（或盆口）的X方向的坐標距離分別為“221.49mm”，到曲軸孔的Y向坐標距離均為“55.88mm”。

根據上述3組數據特點，設計了用于飛輪殼加工時快速切換的夾具，夾具結構如圖2所示。

飛輪殼機加工工藝流程表

夾具的本體是底板，夾具上其他零、部件都直接或間接安裝在底板上，底板上設計有多組過釘孔（帶沉孔）及一個中心孔，用來與機床工作臺進行定位、聯接。

定位銷座是用來確定飛輪殼在底板上的具體位置的，它通過襯套、銷及內六角圓柱頭螺釘與底板進行聯接，結構如圖3所示，定位銷座上面裝配有3組襯套（每組兩枚襯套），襯套穿過定位銷座，其下端伸入底板內，夾具作業時，只有1組襯套內裝定位銷（1個圓柱定位銷，1個菱形定位銷）。

底板上設有多組壓緊機構，壓緊機構包括壓緊于飛輪殼盆底上表面的內六角圓柱頭螺釘6（裝入壓緊及松開壓緊均使用氣動扳手）、壓緊支撐塊（中間有過釘孔，通過螺釘4與底板聯接）及法蘭螺套（通過螺釘3與底板聯接），壓緊支撐塊安裝于底板上面，用于支撐工件，法蘭螺套安裝于底板下面，主要作用是間接完成壓緊螺釘與底板之間的聯接，作業時，壓緊螺栓穿過工件（飛輪殼盆底過釘孔）、壓緊支撐塊，之后，螺釘下端經法蘭螺套螺紋聯接于底板，完成對工件的壓緊，整體結構如圖4所示。

定位銷（包括圓柱定位銷和菱形定位銷）的結構如圖5所示，它保留了普通圓柱定位銷、菱形定位銷的結構，同時，它在對工件工藝孔定位的一端增加了1個螺紋孔，用于定位銷與拔銷器之間的聯接。當一種規格飛輪殼生產任務在加工結束后，需要更換另一種規格、型號飛輪殼生產作業時，可能涉及調整定位銷（定位銷與襯套配合一端尺寸一致，但與飛輪殼配合尺寸有兩種規格，其公稱尺寸分別為12mm、12.7mm）及其位置，調整時只需將拔銷器前端螺紋旋入定位銷上部中心螺孔內，下壓拔銷器壓桿，即可將定位銷輕松地從襯套內拔出，拔銷器及定位銷的聯接如圖6所示。

壓緊支撐塊用于支撐飛輪殼，該位置也是作業時飛輪殼的壓緊點，其軸心有1個過釘孔，用于壓緊螺釘的穿過；基面保護塊直徑與壓緊支撐塊相同，高度比壓緊支撐塊要低，但與定位銷座高度一致，其主要作用是保護作業過程中底板上各個定位支撐點不受損。

夾具在立式車床中使用時，使用底板的中心孔定位；在立式加工中心中使用時，夾具會沿圖2中的虛線進行設計、裁切，并將它作為找正夾具的基準之一；在臥式加工中心上使用時，底板中心孔及虛線裁切面均是夾具找正的基準。

圖2 飛輪殼加工時快速切換的夾具1.底板 2.定位銷座 3.圓柱定位銷 4.基面保護塊 5.菱形定位銷 6.壓緊支撐塊7、9、13.內六角圓柱頭螺釘 8.工件 10.銷 11.襯套 12.法蘭螺套

圖3 定位銷座、底板聯接1.底板 2.定位銷座 3.襯套 4.定位銷5.銷 6.內六角圓柱頭螺釘

圖4 壓緊系統結構1.底板 2.法蘭螺套3、4、6.內六角圓柱頭螺釘5.壓緊支撐塊

圖5 定位銷結構

圖6 拔銷器、定位銷工作原理

使用時，先檢查要作業的飛輪殼的型號、銷軸孔相對位置尺寸屬于3組尺寸中的哪一組（如是X軸方向“125mm”、“131mm”，Y軸方向“18mm”尺寸組，或者是X軸方向“134mm”，Y軸方向“10mm”尺寸組，或者是另一組），如果飛輪殼的銷軸孔（亦即工藝孔）相對位置與工裝此時的定位銷的位置相符，作業人員可以啟動加工程序，直接使用工裝即可；如果不相符，作業人員可借助拔銷器，先將這組定位銷從襯套內取出并放入專用的匣子里保存，然后再從匣子里取出符合要求的另一組定位銷裝入對應的一組襯套里，之后使用內六角扳手卸下原有的3個壓緊支撐塊及3個基面保護塊（即將啟用的3處壓緊支撐點），把他們的位置互換，并用內六角圓柱頭螺釘將其固定在底板上即可。

在加工完某系列飛輪殼，需要更換另一系列飛輪殼進行加工時，可將拔銷器旋入本工裝的定位銷的上端中心螺孔內，逐一卸掉不需要（以及可能與飛輪殼位置干涉）的定位銷，并將其安裝在待加工的飛輪殼的定位銷襯套內，即可完成飛輪殼的加工定位點的切換。然后，將不需用的壓緊支撐塊卸掉，更換至待加工的飛輪殼的支撐位置，便可完成飛輪殼的支撐壓緊點的切換，從而完成不同系列飛輪殼的裝夾、定位位置及部件的切換，從而滿足不同系列飛輪殼的加工需求。

4.結語

該模塊化設計通過可快速更換至不同位置的壓緊支撐塊、可快速更換至不同位置的定位銷，實現了不同系列飛輪殼在加工時的定位點、支撐壓緊點的快速換位，使得在不更換夾具主體部件的情況下，滿足了不同系列飛輪殼的在加工中的快速切換需求。

在OP25～OP28工序中，不同規格、型號產品的快速切換都是按上述理念進行的夾具設計，夾具一經在設備工作臺完成定位，基本就固定在這個位置，除非進行工裝周檢，相同定位銷位置組（指定位銷相對于曲軸孔坐標距離組）的產品的切換只更改支撐點位置，不同定位銷位置組產品，除調整支撐點位置外，還需調整定位銷及其位置，總體來說產品切換時間可以保持在30min以內。

該夾具設計已獲實用新型專利授權，專利號：ZL2016 20076822.2（實用新型名稱：《一種用于飛輪殼加工時快速切換的夾具》，結構如圖2所示）。