基于精度要求下的特殊孔機(jī)械加工工藝及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王麗君

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航空制造工程學(xué)院， 西安 710089)

0 引言

工業(yè)發(fā)展促進(jìn)了科技進(jìn)步，部分特殊鉆孔機(jī)械要求能夠結(jié)合紡織機(jī)搖臂零件加工需求實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。搖臂零件屬于紡織機(jī)械中使用較為廣泛的零件裝置，其對(duì)于紡織機(jī)械運(yùn)行過程中具有重要的作用。但是在實(shí)際使用過程中，在實(shí)現(xiàn)加工搖臂零件裝配的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)零件尺寸大小不同、位置精度不精準(zhǔn)等不滿足搖臂零件設(shè)計(jì)需求的問題，以此導(dǎo)致加工零件出現(xiàn)多種廢棄零件，從而為企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本文就是根據(jù)紡織機(jī)械搖臂的零件設(shè)計(jì)需求，分析其加工工藝。

1 特殊孔機(jī)械加工工藝和夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單分析

在搖臂零件加工過程中，夾具利用大平面及加工零件A面接觸，而且對(duì)加工零件三自由度進(jìn)行限制。夾具利用短圓柱銷和鉆160+0.025內(nèi)孔進(jìn)行配合，對(duì)加工零件自由度進(jìn)行限制。使用支撐釘對(duì)其中某個(gè)加工零件自由度進(jìn)行限制，從而能夠有效保證機(jī)械零件在加工過程中使用夾具就能夠?qū)崿F(xiàn)所有加工零件的定位，以此對(duì)加工零件精度進(jìn)行有效的保證[1]。

在特殊孔加工工藝中使用夾具，主要是使用偏心輪將兩邊零件進(jìn)行夾緊，在手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，偏心輪回帶動(dòng)壓板繞著中心軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)，之后夾具將加工零件進(jìn)行夾緊。在保證加工零件夾緊之后，分別對(duì)鉆孔實(shí)現(xiàn)加工，在加工鉆孔之后將夾具手柄進(jìn)行松開，之后取出加工零件，然后利用手工方式實(shí)現(xiàn)50+0.021孔的加工。在實(shí)現(xiàn)加工過程中為了能夠?qū)庸ぜ冗M(jìn)行有效的保證，要求對(duì)加工工件中心孔孔距、精度、尺寸及孔之間的位置進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)紡織機(jī)械搖臂零件加工的需求，對(duì)零件孔實(shí)現(xiàn)加工的過程中，要對(duì)兩個(gè)孔的中心距進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。根據(jù)紡織機(jī)械搖臂加工需求，兩個(gè)孔的中心距離為0.1 mm。

另外，在實(shí)現(xiàn)加工件夾具使用的過程中，還要精準(zhǔn)計(jì)算孔洞精度，保證加工零件A面和孔洞垂直度能夠滿足加工需求。利用科學(xué)方法對(duì)孔洞中心距尺寸公差進(jìn)行計(jì)算，從而避免在加工裝配過程中出現(xiàn)尺寸誤差。通過夾具定位對(duì)加工鉆頭鉆偏的問題進(jìn)行控制，以此對(duì)機(jī)械加工零件質(zhì)量及精度進(jìn)行有效的保證[2]。

2 特殊孔機(jī)械加工工藝的詳細(xì)研究

如果根據(jù)傳統(tǒng)特殊孔機(jī)械加工工藝加工實(shí)現(xiàn)搖臂零件的制造，其鉆孔位置及尺寸都無法滿足機(jī)械工作運(yùn)行的需求。基于此，可以利用毛坯鑄造、孔端面精銑及時(shí)效等多種方式檢測(cè)零件的工藝，之后加工搖臂零件的孔洞。利用技術(shù)及方法實(shí)現(xiàn)加工檢測(cè)，對(duì)搖臂零件工藝精度進(jìn)行有效的改善，以此使生產(chǎn)質(zhì)量得到有效的提高。但是在實(shí)現(xiàn)搖臂零件特殊孔洞加工過程中，其寬槽并沒有實(shí)現(xiàn)打磨處理，還是原本的鑄造毛坯。所以在實(shí)現(xiàn)零件鉆孔過程中會(huì)導(dǎo)致鉆頭鉆偏的情況，不僅會(huì)使空洞精度與實(shí)際具有一定的誤差，還會(huì)使卷緯機(jī)在工作過程中釘帶跑偏，對(duì)機(jī)械加工生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響。搖臂零件的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 搖臂零件的結(jié)構(gòu)

在紡織機(jī)械卷緯機(jī)裝置運(yùn)行過程中使用搖臂零件，要求鉆頭反復(fù)切入、切出工作，才能夠進(jìn)行特殊孔鉆孔作業(yè)。傳統(tǒng)鉆孔工藝要實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)耐晟疲拍軌蛟趽u臂零件生產(chǎn)加工中使用，而且還要對(duì)搖臂零件的加工工藝特殊性進(jìn)行全面注意[3]。

部分紡織機(jī)械及輕工機(jī)械零件加工過程中根據(jù)相應(yīng)步驟實(shí)現(xiàn)處理，但是后期在檢測(cè)零件精度過程中并不能夠滿足實(shí)際零件尺寸及精度需求，從而就會(huì)出現(xiàn)大量零件廢品，以此對(duì)經(jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重的損失。但是，在改善技術(shù)之后，也能夠有效改善零件加工工藝，根據(jù)改進(jìn)工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)零件加工生產(chǎn)及技術(shù)的處理，零件尺寸滿足實(shí)際需求，從而能夠有效提高加工的精度[4]。

3 特殊孔工藝夾具的設(shè)計(jì)研究

傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)屬于基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方式，其要求具備豐富經(jīng)驗(yàn)的操作及專業(yè)技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)的周期比較長(zhǎng)，并且勞動(dòng)量比較大，而且投入成本比較高，不容易修改，所以傳統(tǒng)夾具就無法滿足現(xiàn)代工業(yè)制造發(fā)展的需求。為了能夠滿足現(xiàn)代生產(chǎn)需求及生方式的不斷改變，對(duì)夾具的設(shè)計(jì)也提出了較多的需求。在數(shù)控機(jī)床不斷使用的過程中，大部分機(jī)械制造使用機(jī)床專用夾具。夾具傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化機(jī)械制造的需求，在夾具設(shè)計(jì)不斷發(fā)展的過程中，設(shè)計(jì)也包括了多種內(nèi)容，比如鉆套高度、定位基準(zhǔn)、夾緊裝置等。通過準(zhǔn)套高度方面分析，根據(jù)已經(jīng)測(cè)量的加工孔孔徑大小對(duì)鉆套高度進(jìn)行確定，如果鉆套越高，表示直徑和高度的比就會(huì)越大，偏角就會(huì)越小，提高鉆孔加工的精度[5]。夾具在設(shè)計(jì)過程中需要滿足以下基準(zhǔn)：

其一，工件定位基準(zhǔn)要和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相互重合；

其二，合理選擇定位元件；

其三，在定位元件中要滿足六點(diǎn)定位原理需求。

另外，在設(shè)計(jì)夾具的過程還要充分考慮夾具，夾緊和定位屬于夾具安裝過程中的重點(diǎn)內(nèi)容，能夠降低不必要的化纖環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)工件的迅速精準(zhǔn)安裝，降低加工的手續(xù)，使機(jī)械加工時(shí)間得到縮短，以此使勞動(dòng)效率的得到進(jìn)一步的提高，并且還能夠降低在定位安裝過程中出現(xiàn)的誤差機(jī)率，提高夾具精度及穩(wěn)定性、可靠性，以此使工件能夠相互的轉(zhuǎn)換，使夾具安裝技術(shù)水平需求得到降低，以此提高夾具和使用機(jī)率。

通過反復(fù)的設(shè)計(jì)研究表示，根據(jù)此零件特殊性和本工序加工過程中據(jù)有一個(gè)孔的時(shí)候，鉆頭要求利用切入和切出反復(fù)的特點(diǎn)，以此就對(duì)第二次的切入進(jìn)行了明確，準(zhǔn)頭是通過凹凸不平毛坯面中切入，所以在切入過程中會(huì)鉆偏。并且，還要全面考慮鉆頭鉆套和第二次切入面距離相差較大，而且鉆頭直徑小，以此還會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)彎曲變形的情況，所以在鉆孔過程中就會(huì)出現(xiàn)便宜，降低了位置精度[6]。

針對(duì)上述問題，本文就在工藝夾具設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)了全面的改進(jìn)和完善。在13 mm槽的位置添加了一個(gè)鉆套，鉆套的安裝位置,如圖2所示。

圖2 鉆套的安裝位置

在對(duì)鉆套布置之后，能夠?qū)︺@頭引導(dǎo)精度進(jìn)行有效的降低，以此能夠使鉆頭鉆偏問題得到有效解決，所以就能夠使加工精度得到進(jìn)一步的提高。夾具裝配的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu),如圖3所示。

4 特殊孔工藝改進(jìn)夾具定位的原理及操作

根據(jù)上述特殊孔加工過程中使用夾具改進(jìn)的設(shè)置，在實(shí)現(xiàn)搖臂零件加工過程中，夾具要利用大平面及工件A面實(shí)現(xiàn)接觸，從而有效限制工件三自由度。并且夾具還要利用短圓柱銷和工件內(nèi)孔進(jìn)行相互的配合，有限限制工件兩個(gè)自由度。另外，夾具還要利用支撐釘作用限制工件一個(gè)自由度，從而使工件在進(jìn)行加工的時(shí)候能夠利用夾具實(shí)現(xiàn)加工工件全面的二定位，以此有效保證工件加工過程中的精度[7]。

1-手柄;2-偏心輪;3-拉簧;4-轉(zhuǎn)軸;5-心軸;6-壓板;7-鉆套;8-短定位銷;9-夾具體;10-安裝孔;11-定位銷釘;12-支承釘;13-鉆模板螺釘;14-中間增加鉆套

圖3 改進(jìn)之后夾具裝配的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)

另外，在使用特殊孔工件加工過程中使用夾具，主要是利用偏心輪夾緊，對(duì)手柄進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中利用偏心輪使壓板能夠回轉(zhuǎn)，并且夾緊工件。在夾緊工件之后對(duì)兩個(gè)鉆孔實(shí)現(xiàn)加工，完成鉆孔之后將夾具手柄進(jìn)行松開，從而將加工工件進(jìn)行取出，利用手工實(shí)現(xiàn)鉆孔的加工。

在實(shí)現(xiàn)工件加工的時(shí)候?yàn)榱四軌蛱岣吖ぜ庸み^程中的進(jìn)度，就要實(shí)現(xiàn)加工工件兩個(gè)孔中心距離的尺寸精度，并且還要計(jì)算兩個(gè)孔的位置進(jìn)度。首先，以紡織機(jī)械搖臂零件的加工需求，在實(shí)現(xiàn)零件鉆孔加工時(shí)候精度為0.1 mm，而且兩個(gè)孔和加工工件垂直度為0.025 mm。所以，在實(shí)現(xiàn)工件加工使用夾具設(shè)計(jì)的過程中，要全面考慮定位誤差和導(dǎo)向誤差對(duì)工件精度的影響，并且利用以下公式實(shí)現(xiàn)加工精度的計(jì)算：

[(D+δD)-(d-δd)]+[(D1+δD1)-(d1-δd1)]+

在以上公式中，δK指的是兩個(gè)孔之間的中心距尺寸公差，D、D1、d1、d指的是兩個(gè)孔的基本尺寸。

另外，在計(jì)算兩個(gè)孔位置精度的過程中，以零件加工過程中對(duì)兩個(gè)孔和加工零件的A面垂直度需求，要通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：

通過以上公式計(jì)算工件的加工精度，能夠有效避免使裝配應(yīng)用過程中誤差的不斷擴(kuò)大。并且還能夠利用夾具的定位有效控制加工過程中鉆頭出現(xiàn)鉆偏的誤差，以此有效保證加工工件的精度[8]。定位、導(dǎo)向元件尺寸和偏差,如圖4所示。

圖4 定位、導(dǎo)向元件尺寸和偏差

5 總結(jié)

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的過程中，其科學(xué)技術(shù)也在不斷的進(jìn)度，我國(guó)紡織機(jī)械搖臂零件加工需求越來越高。那么本文就針對(duì)紡織機(jī)械和輕工機(jī)械中的張緊搖臂零件，對(duì)零件在實(shí)際使用過程中的情況及設(shè)計(jì)過程中的需求，分析了傳統(tǒng)加工過程中出現(xiàn)問題的因素，并且實(shí)現(xiàn)了此種特殊孔加工工藝的夾具。本文所設(shè)計(jì)的夾具具有創(chuàng)新性，尤其是中間鉆套結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。并且通過實(shí)踐表示，此種工藝夾具不僅能夠提高加工精度，還能夠使生產(chǎn)率得到進(jìn)一步的降低，并且將鉆套結(jié)構(gòu)作為技術(shù)基礎(chǔ)，能夠有效避免鉆頭出現(xiàn)跑偏的情況，以此有效推廣到各個(gè)機(jī)械加工過程中。