加工中心銑削多個(gè)零件的夾具設(shè)計(jì)

李海東

（江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引 言

數(shù)控加工具有柔性好、尺寸穩(wěn)定、精度高、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件。在實(shí)際生產(chǎn)中為了避免因操作人員技能差異而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)，更好地發(fā)揮數(shù)控機(jī)床精度高、加工尺寸穩(wěn)定的特點(diǎn)，建議盡量使用專(zhuān)用夾具生產(chǎn)來(lái)保證加工質(zhì)量。如果工件安裝、找正的時(shí)間占整個(gè)機(jī)床加工時(shí)間的比率小，而且普通工裝便可以滿足加工精度，則可不采用專(zhuān)用夾具；但是當(dāng)零件的形狀、加工精度的要求通用夾具無(wú)法滿足時(shí)，即便每月訂單只有幾個(gè)到十幾個(gè)，一般也要制作專(zhuān)用夾具來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)加工。

數(shù)控機(jī)床加工在不同工序生產(chǎn)的切換過(guò)程中，會(huì)造成機(jī)床停機(jī)等待。為此設(shè)計(jì)出制作周期短、裝夾交換省時(shí)、柔性化的夾具，一套夾具能服務(wù)多個(gè)加工工序，這樣就能充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

數(shù)控機(jī)床的夾具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮產(chǎn)品加工時(shí)夾具的多工序組合化，夾具體零件加工還要盡量簡(jiǎn)單、快速，使一套夾具能對(duì)應(yīng)多工序、多零件的加工。由于夾具的制作往往是單件生產(chǎn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)要兼顧零件材料的購(gòu)買(mǎi)方便，盡可能采用種類(lèi)單一的材料，多采用45#鋼、40Cr、Q235 等材料；熱處理工藝也盡量單一化（淬火、調(diào)質(zhì)），便于集中生產(chǎn)，從而來(lái)縮短制作周期。夾具上用于安裝的螺紋孔規(guī)格控制在3 種以下，減少加工中鉆頭絲錐的更換。

1 零件的加工工藝分析

圖1 為“動(dòng)觸頭基座”毛坯立體圖，圖2 為“動(dòng)觸頭基座”成品立體圖。零件看起來(lái)簡(jiǎn)單，但加工時(shí)有以下難點(diǎn)：（1）安裝定位困難；（2）工序較多。如果不制作專(zhuān)用夾具，既不能保證其精度，工作效率又低。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了一種可同時(shí)銑削多個(gè)零件的專(zhuān)用組合夾具。在加工過(guò)程中，通過(guò)夾具對(duì)零件進(jìn)行安裝定位，后續(xù)需要分別對(duì)其外輪廓、2 個(gè)有臺(tái)階的側(cè)面及2 個(gè)有臺(tái)階的端面進(jìn)行銑削加工。使用該夾具，提高工件定位、安裝的可靠性，避免了因安裝不牢固而出現(xiàn)松動(dòng)。

圖1 “動(dòng)觸頭基座”毛坯立體圖

圖2 “動(dòng)觸頭基座”成品立體圖

2 銑削組合夾具的設(shè)計(jì)

本銑削組合夾具所要夾持的工件如圖1 所示，該工件呈“U”型，“U”型一端比另一端長(zhǎng)。加工工序?yàn)椋恒姟癠”型長(zhǎng)端的兩個(gè)側(cè)面為第一道工序、銑輪廓及“U”型長(zhǎng)端的前端面為第二道工序、銑“U”型短端的兩側(cè)臺(tái)階、上表面臺(tái)階及前端面為第3 道工序。本例中將3 道工序所要夾持的夾具設(shè)計(jì)于同一平臺(tái)上。

如圖3 所示，該組合夾具由夾具A、夾具B 和夾具C3 組構(gòu)成，對(duì)應(yīng)上述3 道工序的安裝，且每組夾具均有6 個(gè)工位，實(shí)現(xiàn)多件安裝。3 組夾具由內(nèi)而外依次裝于底板上；底板、兩側(cè)的側(cè)墊板和下底板組成內(nèi)部中空的基座；下底板寬度大于底板的寬度。任意一組中的夾具A 與夾具B、夾具B 與夾具C 之間的間距≥12 mm。

圖3 組合夾具示意圖

2.1 夾具A 結(jié)構(gòu)及原理

夾具A 如圖4 所示，包含支架、叉形頂桿組件、后靠板和第一氣缸。支架內(nèi)設(shè)有固定圖1 工件的滑槽，滑槽中設(shè)有壓塊；壓塊、滑槽與圖1 工件相配套。

叉形頂桿組件由叉形頂桿、叉形頂桿支架板構(gòu)成，叉形頂桿支架板兩側(cè)與中心位置均開(kāi)設(shè)有臺(tái)階孔；叉形頂桿設(shè)有兩組，每組叉形頂桿穿過(guò)叉形頂桿支架板兩側(cè)的臺(tái)階孔并通過(guò)緊固件與叉形頂桿支架板連接。

第一氣缸通過(guò)緊固件與后靠板固定連接，第一氣缸中的芯軸穿過(guò)叉形頂桿支架板中心位置的臺(tái)階孔并通過(guò)緊固件與叉形頂桿支架板相連，緊固件為內(nèi)六角螺絲。第一氣缸推動(dòng)叉形頂桿組件帶動(dòng)壓塊夾緊加工工件。

圖4 夾具A

2.2 夾具B 結(jié)構(gòu)及原理

如圖5 所示，夾具B 包含同形壓板、底板、下支撐板、定位塊、第一叉形拉桿組件和第二氣缸。

定位塊裝于底板上，定位塊與同形壓板同軸設(shè)置；定位塊前端呈圓弧狀，加工工件“U”型開(kāi)口的大小與定位塊相匹配，加工時(shí)，加工工件中間帶圓弧的輪廓抵住定位塊的圓弧端。

圖5 夾具B

第一叉形拉桿組件由叉形拉桿和叉形拉桿支架板構(gòu)成，叉形拉桿、叉形拉桿支架板之間通過(guò)內(nèi)六角螺絲相固定；叉形拉桿支架板兩側(cè)與中心位置均開(kāi)設(shè)有臺(tái)階孔；第一叉形拉桿組件穿過(guò)所述定位塊與同形壓板相連。叉形拉桿設(shè)有兩組，每組叉形拉桿穿過(guò)叉形拉桿支架板兩側(cè)的臺(tái)階孔并通過(guò)緊固件與叉形拉桿支架板連接。

兩側(cè)的側(cè)墊板之間安裝有用于固定第一叉形拉桿組件、第二叉形拉桿組件的下支撐板。

第二氣缸通過(guò)緊固件與下支撐板固定連接，第二氣缸中的芯軸穿過(guò)叉形拉桿支架板中心位置的臺(tái)階孔并通過(guò)緊固件與叉形拉桿支架板相連。第二氣缸推動(dòng)第一叉形拉桿組件帶動(dòng)同形壓板夾緊加工工件。

2.3 夾具C 結(jié)構(gòu)及原理

如圖6 所示，夾具C 包含圓形壓板、底板、第二叉形拉桿組件、定位圓柱銷(xiāo)、側(cè)靠板和第三氣缸。

圖6 夾具C

圓頭壓板前端呈圓弧狀，底部開(kāi)有用于裝配加工工件的凹槽，圓頭壓板前端、側(cè)端對(duì)應(yīng)裝有用定位圓柱銷(xiāo)、側(cè)靠板；加工時(shí)，加工工件中間帶圓弧的輪廓抵住圓頭壓板的圓弧端，同時(shí)加工工件一端嵌入所述凹槽中，并通過(guò)定位圓柱銷(xiāo)、側(cè)靠板進(jìn)行定位安裝。

第二叉形拉桿組件由叉形拉桿和叉形拉桿支架板構(gòu)成，叉形拉桿、叉形拉桿支架板之間通過(guò)內(nèi)六角螺絲相固定；叉形拉桿支架板兩側(cè)與中心位置均開(kāi)設(shè)有臺(tái)階孔；第二叉形拉桿組件與同形壓板螺紋連接。叉形拉桿設(shè)有兩組，每組叉形拉桿穿過(guò)叉形拉桿支架板兩側(cè)的臺(tái)階孔并通過(guò)緊固件與叉形拉桿支架板連接。

定位圓柱銷(xiāo)和定位塊為整塊料統(tǒng)一在加工中心上銑出來(lái)的，以保證形狀尺寸和相對(duì)位置；叉形拉桿設(shè)置為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，用以保證同形壓板和圓頭壓板的位置不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

第三氣缸通過(guò)緊固件與下支撐板固定連接，第三氣缸中的芯軸穿過(guò)叉形拉桿支架板中心位置的臺(tái)階孔并通過(guò)緊固件與叉形拉桿支架板相連。第三氣缸推動(dòng)第二叉形拉桿組件帶動(dòng)圓頭壓板夾緊加工工件。

3 銑削組合夾具的應(yīng)用

在第一道工序中，將圖1 毛坯放入滑槽中，此時(shí)開(kāi)啟機(jī)床，第一氣缸帶動(dòng)壓塊壓緊加工工件，安裝牢固，避免因松動(dòng)而影響加工的精確性，然后對(duì)加工工件進(jìn)行兩個(gè)側(cè)面以及尾部端面的加工，第一道工序完成后，停下機(jī)床，將從第一道工序中取下的加工工件向左側(cè)轉(zhuǎn)90°（逆時(shí)針轉(zhuǎn)90°），用加工工件內(nèi)不需要加工的中間帶圓弧的輪廓，頂在第二道工序的定位塊圓弧輪廓上，加工工件下底面與底板上表面貼合，打開(kāi)第二氣缸，使叉形拉桿向下移動(dòng)，放下同形壓板，使同形壓板的下表面壓住加工工件的上表面，然后對(duì)加工工件進(jìn)行輪廓的加工，整個(gè)過(guò)程定位準(zhǔn)確，安裝便捷，在進(jìn)行第二道工序的同時(shí)，可以在第一道工序中重新放置一個(gè)圖1 的毛坯，兩道工序可同時(shí)進(jìn)行。

第三道工序用于對(duì)加工工件進(jìn)行兩個(gè)側(cè)面臺(tái)階、上端面臺(tái)階的加工；此時(shí)將第二道工序中取下的加工工件再向左側(cè)轉(zhuǎn)過(guò)90°（逆時(shí)針轉(zhuǎn)90°），并放置于圓頭壓板上，用加工工件的中間帶圓弧的輪廓頂在圓頭壓板前端的圓弧上，此時(shí)打開(kāi)第三氣缸，叉形拉桿向下移動(dòng)，放下圓頭壓板，當(dāng)加工工件的底面距離底板上表面還有2～3 mm 時(shí)，停下第三氣缸，使加工工件的前端頂住定位圓柱銷(xiāo)，使加工工件的一側(cè)靠住側(cè)靠板，再次打第三氣缸，使叉形拉桿繼續(xù)向下移動(dòng)，并使圓頭壓板繼續(xù)向下壓，直到壓緊加工工件，然后對(duì)加工工件進(jìn)行兩個(gè)側(cè)面臺(tái)階、上端面臺(tái)階的加工，整個(gè)過(guò)程定位準(zhǔn)確，安裝便捷。

上述三道工序都加工完一輪之后，取下第三道工序的夾具C 上的成品零件，把第二道工序的工位夾具B 上的半成品工件放置在第三道工序的夾具體上，第一道工序的工位夾具A 上的半成品工件放置在第二道工序的夾具B 上，在第一道工序的夾具A上重新放置一個(gè)加工工件，繼續(xù)加工。上述3 道工序的加工，全部用Ф10 mm 硬質(zhì)合金立銑刀加工，整個(gè)加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)了依次循環(huán)的生產(chǎn)加工。

4 結(jié) 語(yǔ)

本組合工裝夾具，將三道工序組合在一起，相比一道工序一道工序的加工，減少了大量的中間環(huán)節(jié)，縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)省了1/3 的加工時(shí)間，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效益。