淺談異形圓柱的夾具設計與加工

摘要：社會工業發展迅速，新的機械加工裝備對促進制造技術的發展起著重要的作用，數控機床是為了實現復雜零件的自動化加工而產生的。解決了某些加工輪廓形狀特別復雜及難于控制尺寸，加工精度要求高，數控機床在生產過程中提高了生產效率和加工精度。本文根據下企業實踐，淺談對異形圓柱產品分析、夾具設計和加工方法。

關鍵詞：數控機床;異形圓柱;夾具設計;加工方法

中圖分類號：TH137? 文獻標識碼：A???? 文章編號：2096-6903（2021）07-0000-00

0 引言

目前，我國生產的中檔普及型數控機床的功能、性能和可靠性方面已具有較強的市場競爭力。速度和精度是數控機床的兩個重要指標，直接關系到產品的質量和檔次、產品的生產周期和在市場上的競爭能力。國內數控機床大部分屬于組裝機，擁有自己的知識產權專利和自己操作系統并且市場化比較常見的精度好擁有好的口碑只有北京精雕品牌。數控機床的特點是自動化程序高、適應性強、精度高、效率高減輕勞動強度、改善勞動條件和有利于生產管理的現代化。用數控機床加工零件，能準確地計算產品生產的工時，并有效地簡化檢驗、工夾具和半成品的管理工作，監督加工過程并裝卸零件。多軸控制與編程技術是高技術領域開發研究的課題，隨著現代制造技術領域中許多形狀復雜、精度要求高的零件不斷涌現，多軸坐標聯動控制技術及其加工編程技術的應用越來越普遍^[1]。該產品選用數控車床和CNC三菱850四軸加工中心加工完成批量生產，經實踐證明，該工藝是行之有效的，完全達到了形位公差的精度要求，并提高了生產效率。

1 分析零件的結構

零件圖樣如圖1所示，該產品是深圳市捷高精密機電有限公司接到的訂單，該零件位置精度要求高，且批量生產（600件），材料為φ70×245的6061鋁圓棒，該零件批量比較大，因此選用數控機床進行加工，以提高生產效率。由于該零件的外形不規則，若采用普通車床加工，不但效率低，在加工過程中無法夾持，同時伸出加工部分又過長，剛性也不好，在加工過程中難于保證尺寸精度，也容易發生事故，因此需要解決工件裝夾和定位等問題，才能保證加工出來的產品達到圖紙要求。在批量生產條件下，需要設計專用的夾具來保證其尺寸精度及表面質量要求。故選用數控車床和CNC三菱850四軸加工中心，完成這批產品的生產任務。

2 設計夾具主體結構

評估工藝排版及各工序2D要求，從設計角度考慮工裝夾具設計是否符合實現工藝各工序加工要求：裝夾精準定位，基準面，防呆，外觀三傷防護，產品變形，保證品質穩定性，方便快捷安全操作性，盡可能縮減不必要的加工裝夾，效率及成本，工序越多三傷越多，成本越高。

在數控加工時，無論數控機床本身具有多高的精度，如果工件因裝夾不合理而產生變形或歪斜，就會因此降低零件加工精度。要正確裝夾工件，必須合理地選用數控夾具，才能保證加工出高質量的產品^[2]。

在數控機床加工過程中，往往會為了追求安全高效，節約成本，特別是在帶有工裝夾具的數控機床上，往往一套工裝夾具要適應一個工件的兩次或更多次的裝夾加工任務。因此，對操作者的要求就有所提高，首先，要正確裝夾工件，然后根據工件的不同裝夾面調用對應的加工程序，從而達到加工要求。同一個尤其是多面工件，需要區別不同加工面及裝夾后調用對應的加工程序，需要操作者牢記對應關系，但實際上操作者素質參差不齊，專業水平也不等;加之工作負荷重，難免會出現裝夾錯誤或選錯加工程序的情況，這對機床和人身安全卻是致命的，不僅會損壞昂貴的刀具，機床本身也會嚴重受損，甚至降低精度或報廢等;操作者的人身安全也會受到極大威脅。針對該問題，該夾具需設計一個防呆凸臺，此防呆凸臺能對操作者工件裝夾正確與否防呆，也能對選擇加工程序正確與否防呆，通過該防呆凸臺能有效地避免因操作者工件裝夾錯誤或者選錯加工程序而損壞機床或危害人身安全等。為達到一致性互換，左圖示俯視方向厚度磨一致，外形慢走絲，該夾具簡圖如圖2所示。

3 分析工藝流程

從零件圖樣及材料要求得出：（1）該零件為異形圓柱產品;（2）工藝流程定義：原材料→數控車→CNC四軸加工外形弧面結構→三軸加工端面螺紋孔→三軸加工斜角端面。

根據以上情況及其批量要求情況，應考慮設計專用夾具，保證產品的穩定性，從而提高生產效率，實現效益最大化。綜上所述，加工時，關鍵是解決零件的定位和裝夾問題，經研究和實踐確定以下工藝方案。

第1步：數控車床將整體外形結構及內孔加工完成，如圖3所示圓柱為四軸加工工藝裝夾位，圓柱直徑管控 。

第2步：用CNC四軸加工圓柱3個角度結構，裝夾位見下圖箭頭指示的圓柱面。如圖4所示，大面扁位至軸心距管控：25.43士0.04。

第3步：加工螺紋孔，使用專用夾具大推力氣缸仿形側推方式裝夾，前擋板加防呆凸臺，如圖5所示。

第4步，將工件鎖在固定互換塊，用專用夾具裝夾（互換式），產品加工如圖6箭頭所示斜面及圓弧面。

4 刀具的選擇

刀具的選擇應根據以下幾方面考慮，所使用機床的性能是否滿足加工要求、產品材料選用、工藝設計、產品結構部位要求不同，刀具強度，選用合適刀具加工及加工切削參數設置合理性。保證產品加工品質穩定前提下遵循加工原則大刀開粗，小刀清角，提高效率。分粗加工，精加工，有特殊要求精度要增加半精加工。盡量減少工藝所使用刀具的數量，避免加工時間延長，換刀頻繁會延長加工時間^[3]。根據產品材料和結構主要選用的鎢鋼刀具有如表1所示。

5 結語

本夾具的設計操作簡單方便、拆裝容易、便于品種更換的設計原則，快速提高工件加工時裝夾效率，保證了精度要求，也節省了時間，節約了成本;操作方便，通用性高，且對操作者和設備的安全有保障。該工藝經試用，行之有效，結合零件圖紙要求，合理科學，且有效提高了生產效率，從而提高了企業的經濟效益。

參考文獻

[1] 方鑫.數控機床與編程[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2] 陳洪濤.數控加工工藝與編程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3] 李存霞.姬瑞海.機床夾具設計與應用[M].北京：清華大學出版社，2012.

收稿日期：2021-06-13

作者簡介：陳偉群（1986—），女，廣東河源人，本科，一級實習指導教師，研究方向：數控加工。

Talking about the Fixture Design and Processing of Special-shaped Cylinder

CHEN Weiqun

（Guangdong Machinery Technician College， ?Guangzhou ?Guangdong ?510450）

Abstract：The social industry is developing rapidly. New machining equipment plays an important role in promoting the development of manufacturing technology. Numerical control machine tools are produced to realize the automated processing of complex parts. It solves that some machining contour shapes are particularly complicated and difficult to control the size， and the machining accuracy is high. The CNC machine tool improves the production efficiency and machining accuracy in the production process. Based on the practice of the next enterprise， this article talks about the analysis of special-shaped cylindrical products， fixture design and processing methods.

Keywords： CNC machine tool; special-shaped cylinder; fixture design; machining method