基于雙頭多件數(shù)控銑削夾具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

陳榮貴

(廈門工學(xué)院 工程坊，福建 廈門 361021)

0 引言

零件加工大多采用數(shù)控加工，在自動(dòng)化加工中，零件的定位以及裝夾最為重要。在傳統(tǒng)加工中需要大量的時(shí)間來(lái)校正工件，零件的裝夾定位決定了零件加工能否高效順利進(jìn)行，以及是否會(huì)出現(xiàn)報(bào)廢等現(xiàn)象，能否提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益等。除了使用專用設(shè)備以外，大部分企業(yè)針對(duì)特殊零件的加工往往會(huì)進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)，針對(duì)活齒體兩側(cè)圓弧槽的批量加工，我們采用平口鉗來(lái)定位、裝夾，實(shí)現(xiàn)一次性對(duì)多個(gè)規(guī)格活齒體的快速裝夾然后再進(jìn)行加工，大大減少了裝夾次數(shù)，減少了設(shè)備等待時(shí)間，從而提高了活齒體的加工效率。

1 零件加工工藝分析

1.1 加工任務(wù)

加工一批活齒體零件兩側(cè)的圓弧槽，零件材料為45鋼，如圖1所示。

圖1 活齒體零件圖

1.2 加工要求

(1) 工件表面加工要求完整，局部不得有缺陷。

(2) 兩側(cè)圓弧槽的同軸度、位置度及粗糙度要求較高。

(3) 該諧波齒輪減速器活齒體有三種規(guī)格，直徑、長(zhǎng)度、導(dǎo)油槽的位置都不一樣。

這批零件雖然只需加工兩側(cè)的圓弧槽，但是由于零件的同軸度要求高，小圓棒裝夾困難，按常規(guī)的打表加工裝夾定位困難、裝夾不穩(wěn)，加工時(shí)容易出現(xiàn)偏差，難以滿足工藝要求，而且操作復(fù)雜，效率低。諧波齒輪減速器活齒體有三種規(guī)格，其直徑、長(zhǎng)度、導(dǎo)油槽的位置都不一樣，因此，根據(jù)零件特點(diǎn)、公差及精度要求，設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行雙頭多件銑削的通用夾具具有一定的實(shí)用價(jià)值。

2 普通裝夾與加工存在的問(wèn)題

2.1 零件的裝夾與加工

傳統(tǒng)加工首先用虎鉗(固定鉗口帶V型塊)將零件豎直定位，打表校正后進(jìn)行夾緊，然后再用尋邊器對(duì)工件進(jìn)行分中，設(shè)定工件坐標(biāo)系，最后進(jìn)行零件的加工，如圖2所示。

圖2 零件傳統(tǒng)裝夾方式

2.2 存在的問(wèn)題

(1) 裝夾過(guò)程相對(duì)繁瑣，需要打表校正費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且不牢固。

(2) 每次只能裝夾加工一個(gè)零件且定位精度差。

(3) 對(duì)刀操作繁瑣，每加工一件需要對(duì)一次刀，且每次必須重新設(shè)定坐標(biāo)系。

(4) 當(dāng)切削力稍大時(shí)，零件容易跑位、傾斜甚至飛出，出現(xiàn)的廢品率高。

(5) 由于零件易滑動(dòng)，導(dǎo)致刀具容易損壞。

(6) 零件調(diào)頭裝夾時(shí)，徑向定位精度不高，導(dǎo)致零件兩端的圓弧槽同軸度超差。

3 雙頭多件數(shù)控銑削夾具的設(shè)計(jì)方案與應(yīng)用

3.1 雙頭多件銑削夾具設(shè)計(jì)思路及工作原理

傳統(tǒng)加工往往一次定位裝夾一個(gè)零件來(lái)完成該零件的全部加工工序，在加工時(shí)只能通過(guò)換刀來(lái)依次對(duì)各個(gè)加工表面進(jìn)行加工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而機(jī)械手在頻繁換刀時(shí)會(huì)發(fā)生一些故障。故我們?cè)诿鎸?duì)活齒體的加工時(shí)，突破常規(guī)，在符合加工要求的前提下，設(shè)計(jì)一個(gè)工裝，一次安裝多個(gè)零件，一次換刀加工數(shù)個(gè)零件的同一工序，盡量減少換刀次數(shù)，節(jié)省輔助時(shí)間，提高加工效率。

3.2 針對(duì)活齒體零件雙頭多件銑削夾具設(shè)計(jì)方法

在活齒體生產(chǎn)加工中，應(yīng)用夾具的六點(diǎn)定位原理，針對(duì)活齒體圓弧面的實(shí)際夾緊要求，即針對(duì)圖1零件構(gòu)思設(shè)計(jì)制作了一套用專用夾具體定位、螺絲鎖緊的雙頭多件銑削夾具(見圖3)，可以滿足零件定位和夾緊的要求。

圖3 雙頭多件銑削夾具體實(shí)物

該夾具體可一次裝夾十幾個(gè)零件，制作工藝手段簡(jiǎn)便、周期較短、成本低。為了保證零件兩端圓弧槽的同軸度，取夾具體底盤直徑為200 mm，厚度為40 mm，材料選用45鋼。圖4為活齒體雙頭多件銑削夾具裝配圖。

1-底座；2-夾具；3-活齒體；4-螺栓；5-定位銷；6-M4螺釘

3.3 雙頭多件銑削夾具結(jié)構(gòu)組成、加工及定位原理

3.3.1 結(jié)構(gòu)組成

雙頭多件銑削夾具包括底座(見圖5)、夾具(見圖6)、2個(gè)Ф12×60定位銷、4個(gè)M12×50螺栓以及M4螺釘若干。

圖5 底座零件結(jié)構(gòu)及三維圖

圖6 夾具體零件結(jié)構(gòu)及三維圖

3.3.2 底座加工

底座加工工序?yàn)椋孩傧扔密嚧布庸ぇ?0×10、Ф200×30等圓臺(tái)；②用立銑刀加工底座194 mm的平行裝夾位；③翻轉(zhuǎn)工件水平放置，校正夾緊工件，加工4個(gè)M12螺紋孔(鉆Ф10.2孔，并攻牙)；④加工2個(gè)Ф12定位孔，先后進(jìn)行鉆孔、粗加工、半精加工并預(yù)留0.1 mm余量進(jìn)行鉸孔；⑤粗、精加工3個(gè)圓弧槽。

3.3.3 夾具加工

夾具加工工序?yàn)椋孩傧扔密嚧布庸ぇ?90×80圓臺(tái)及中心孔Ф40H7/js6；②用虎鉗(固定鉗口為V型塊)夾緊圓臺(tái)外徑并校正；③鉆、粗、半精加工2個(gè)Ф12定位孔，留0.1余量進(jìn)行鉸孔；④加工4個(gè)M12螺栓孔及沉孔；⑤加工6個(gè)Ф16、6個(gè)Ф16、6個(gè)Ф20通孔，先后進(jìn)行鉆孔、粗加工、半精加工并預(yù)留0.1 mm余量進(jìn)行鉸孔；⑥將夾具安裝在分度盤上圓周加工36個(gè)M4螺紋孔。

3.3.4 定位原理

夾具底座固定在機(jī)床虎鉗上，用平行墊塊支撐(如圖7所示)，要求底座超出虎鉗鉗口約10 mm，校正夾緊。通過(guò)Ф40H7/js6來(lái)限制夾具體XY平面的移動(dòng)自由度，再用2個(gè)Ф12定位銷限制旋轉(zhuǎn)自由度，將夾具安裝在底座上(如圖8所示)，用4個(gè)M12螺栓進(jìn)行鎖緊，零件底面和底座圓弧面底面對(duì)齊，工件側(cè)面與夾具體圓弧面對(duì)齊，然后通過(guò)螺釘鎖緊將工件夾緊在夾具體圓弧面上。

圖7 底座安裝

圖8 夾具體安裝

3.4 雙頭多件銑削夾具的實(shí)際使用及受力情況

每個(gè)待加工的工件都是依靠夾具體圓弧面進(jìn)行定位的，底座槽底是工件的支撐點(diǎn)，我們利用M4螺釘在圓周側(cè)面進(jìn)行夾緊，當(dāng)螺釘至R1油槽時(shí)，將零件壓緊在夾具體的圓弧面上。當(dāng)裝夾放置工件毛坯時(shí)，只需松開M4螺釘將工件沿著圓弧面豎直拔出即可，裝夾便捷。有些工件直徑超差，可以通過(guò)軸孔配合的松緊情況進(jìn)行簡(jiǎn)單篩查去除，采用這種定位裝夾方式可使夾緊著力點(diǎn)更加靠近切削力點(diǎn)，減少零件的伸出長(zhǎng)度，提高工件的剛性，大大減小了工件在加工過(guò)程中因受到銑削力的影響而產(chǎn)生的變形。上述所設(shè)計(jì)的夾具、夾具體的定位和夾緊方式完全可以滿足加工需求，從而使裝夾工作變得輕松、便捷、高效、可靠。

(1) 工件加工坐標(biāo)系設(shè)置。首先將底座裝夾在液壓虎鉗上面(如圖7所示)，夾具體中心位置為工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，即(X0、Y0)，工件上表面為Z軸零點(diǎn)，即Z0，編程時(shí)以該坐標(biāo)系來(lái)編寫相應(yīng)的加工程序。

(2) 工件的加工。由于加工材料為45鋼，根據(jù)圓弧槽的寬度尺寸，選用Ф4 mm鎢鋼立銑刀進(jìn)行螺旋下刀粗加工，然后再進(jìn)行精加工，這樣可以避免頻繁換刀。

(3) 加工完成后，將4個(gè)M12螺栓松開，取下夾具并沿X軸方向翻轉(zhuǎn)180°，重新定位鎖緊，重新確定Z軸的位置，加工另外一側(cè)的圓弧槽。批量加工階段應(yīng)不時(shí)檢查刀刃的磨損情況，必要時(shí)及時(shí)更換刀具。

(4) 工件拆卸。工件加工完成后，用扳手將M4螺釘松開，沿豎直方向取出工件，更換另外一批工件繼續(xù)加工。

4 結(jié)論

實(shí)踐證明，本次設(shè)計(jì)的雙頭多件數(shù)控銑削夾具制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，定位精度比較高，安裝次數(shù)少，一次裝夾可安裝多個(gè)零件，工裝配套零件費(fèi)用較低，加工制作方便。一批零件裝夾加工只需要調(diào)校一次，極大地提高了裝夾速度，減少了機(jī)床等待時(shí)間，在提高了效率的同時(shí)使得零件的加工精度也得到了保證，成品率高，對(duì)類似活齒體雙頭零件的加工具有很好的參考價(jià)值。