基于SolidWorks的精鑄異形件新型夾具設(shè)計(jì)

尤金鐸

（南京寧青環(huán)保工程有限公司，江蘇 南京210001）

0 引言

各種塑料瓶裝飲料（果汁飲料、乳品、功能型飲料、茶飲料、各種飲用水）消費(fèi)的增加，促進(jìn)了灌裝線向大型、高速化發(fā)展。翻轉(zhuǎn)架是PE塑料瓶裝飲料灌裝生產(chǎn)線主機(jī)、清洗機(jī)、消毒機(jī)、沖瓶機(jī)上的主要零件，數(shù)量多，要求高。一條線有幾百件圍繞回轉(zhuǎn)中心呈圓形排列，在翻轉(zhuǎn)導(dǎo)軌上運(yùn)行，在運(yùn)行中將瓶夾機(jī)構(gòu)及瓶子翻轉(zhuǎn)，a～b翻轉(zhuǎn)180°瓶口朝下，b～c分別進(jìn)行清洗、消毒、沖瓶，c～d再回轉(zhuǎn)180°運(yùn)行，準(zhǔn)備去灌裝（圖1）。

圖1 PE塑料瓶裝飲料灌裝生產(chǎn)線

翻轉(zhuǎn)架零件特點(diǎn)：不銹鋼精鑄異形件，材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，毛重0.6kg，加工余量12外圓為15，12孔為8，其余為2mm，特殊外形使零件的裝夾有一定困難，加工尺寸精度在IT6～7，形位公差要求多，不加工面多（圖2）。因此，應(yīng)選擇合理簡(jiǎn)便的方法檢查驗(yàn)收毛坯，確保加工出合格零件，以降低生產(chǎn)成本，減短制造時(shí)間。

圖2 翻轉(zhuǎn)架工程圖

1 原來的毛坯檢查和加工裝夾方法

1.1 毛坯檢查方法

使用三坐標(biāo)儀抽檢鑄件精度，以加工出合格零件的結(jié)果作為驗(yàn)收的最終結(jié)果，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也很難預(yù)先知道毛坯余量的分布而采取措施。

1.2 加工裝夾方法

如圖3所示，加工裝夾方法為：（1）在立式加工中心用銑夾具加平口鉗定位夾緊，銑上面與15軸線平行，在2－8.5孔位置鉆鉸2－7H6深5孔，鉆攻M6深14螺孔。（2）在普通車床用車夾具，以加工面作基準(zhǔn)面，用2定位銷與上工序加工的2－7H6配合定位、夾緊，車削15毛坯面為12，保證了12軸與加工面平行。（3）在線切割機(jī)床用線切割?yuàn)A緊塊（同上基準(zhǔn)），切割叉頭2孔留量0.2后轉(zhuǎn)90°，再壓緊切割2個(gè)孔內(nèi)端面。（4）在立式鉆床用倒角夾具壓緊定位倒角鉸孔，2孔互為導(dǎo)向用，在旋轉(zhuǎn)刀桿與孔之間加尼龍?zhí)妆Ｗo(hù)。

圖3 傳統(tǒng)的加工裝夾方法

2 存在的問題及分析

（1）毛坯檢查：由于檢查是抽查，無法知道加工余量分布、形位誤差。在加工過程中，余量分配不合理，不能對(duì)形位誤差進(jìn)行有效補(bǔ)償，導(dǎo)致零件超差，毛坯報(bào)廢，延長(zhǎng)了加工周期。（2）多次定位裝夾累計(jì)誤差無法減少，且難以控制。加工后零件形位誤差波動(dòng)。（3）加工周期長(zhǎng)，零件周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多，易造成磕碰損壞和變形。

3 加工工藝方法的改進(jìn)

（1）強(qiáng)化毛坯的檢查，檢查過程盡量與加工過程相近。

（2）使用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)新夾具，在立式加工中心加工，一次裝夾完成所有工序加工；也可以作為檢查工裝配以測(cè)量工具用于毛坯檢查。

1）三模建模。采用零件、裝配體結(jié)合的建模方法，經(jīng)多次三維模擬修改，設(shè)計(jì)出如圖4所示模具。利用SolidWorks軟件工具進(jìn)行間隙檢查，欠、過定位檢查，干涉檢查，受力分析。

圖4 三模建模

2）毛坯定位。x2點(diǎn)，y1點(diǎn)，z3點(diǎn)，夾緊在x、y、z坐標(biāo)系。毛坯固定在旋轉(zhuǎn)體上。定位精度誤差取決于毛坯精度。毛坯的變化量控制在最小加工量1.5的1／4～1／3。毛坯安裝的重復(fù)定位精度：毛坯87尺寸公差±0.28，裝在旋轉(zhuǎn)塊時(shí)與旋轉(zhuǎn)塊之間留有間隙0.2，控制在87.28＋0.2＝87.48，旋轉(zhuǎn)塊尺制在62.75－0.2＝62.55，旋轉(zhuǎn)塊尺寸定為62.50－0.1，零件安裝在旋轉(zhuǎn)體軸向，重復(fù)定位精度極限誤差為0.75，為最小加工余量的1／3～1／2，滿足重復(fù)定位要求。毛坯最大面是裝夾面，操作方便，夾緊可靠。

3）毛坯可繞x方向軸、y方向軸分別精確回轉(zhuǎn)指定的角度，定位夾緊。刀具與加工面有確定的關(guān)系，如垂直或平行。x方向軸：夾具體回轉(zhuǎn)軸一端裝在支座銅套A孔中，另一端由精密分度頭（立式加工中心自帶）夾緊，可隨分度頭準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后鎖緊。y方向軸：旋轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)軸裝入夾具體銅套中，繞軸手動(dòng)回轉(zhuǎn)，由定位手柄拔出，插入定位銷在定位孔中定位，鎖緊螺母鎖緊并消除旋轉(zhuǎn)體軸向竄動(dòng)。

4）加工面或孔系暴露在刀具下，加工中有利于排屑、冷卻和操作員觀察等。

5）夾具要有足夠有強(qiáng)度和剛度。彈性微變形在允許范圍內(nèi)。最大變形值4.45－e004。

6）保證模具的制造精度要高于零件精度1～2個(gè)等級(jí)，關(guān)鍵尺寸與配合采取如下方法：a.銅套A孔留量0.5，裝入支座孔緊固，組合鏜孔與夾具體軸配合為H6／h5。與分度頭軸線∥0.01。b.銅套B整體加工，孔留量0.5，再剖開為2件裝入夾具體中，夾具體安裝在分度頭和支座上，找正組合鏜銅套B的孔與旋轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)軸配合為H6／h5，2孔◎0.006。與夾具體回轉(zhuǎn)軸線⊥0.008。c.旋轉(zhuǎn)體定位孔與定位銷配合公差 H7／g6，使用精密分度頭保證旋轉(zhuǎn)體2定位孔夾角公差20″。d.加工中心加工旋轉(zhuǎn)體，以旋轉(zhuǎn)軸線為基準(zhǔn)，保證兩端軸線◎0.005。以2軸線為基準(zhǔn)，編程加工毛坯放置面。

4 毛坯的裝夾及加工工步

校準(zhǔn)夾具體軸線等高，與x方向平行，緊固在立式加工中心臺(tái)面上。

（1）拔出定位銷，轉(zhuǎn)動(dòng)夾具體與旋轉(zhuǎn)體，使毛坯裝卸面接近水平，精密分度盤鎖緊夾具體，鎖緊螺母鎖緊旋轉(zhuǎn)體。對(duì)中裝入毛坯，裝上壓板、墊板，旋轉(zhuǎn)螺釘壓緊毛坯。

使用本模具檢查合格的毛坯，只對(duì)刀一次就可加工出一批合格零件；使用本模具檢查不合格超差的毛坯，經(jīng)初步分組，加工時(shí)通過調(diào)整對(duì)刀位置，也有約60%毛坯加工成合格零件。

經(jīng)過批量生產(chǎn)驗(yàn)證，新夾具大大提高了零件的合格率，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本和對(duì)操作人員的技術(shù)要求。

5 結(jié)語

綜上所述，小型精鑄異形件采用這種夾具結(jié)構(gòu)形式可以一次裝夾，完成多個(gè)面上多道工序加工。用SolidWorks設(shè)計(jì)夾具，進(jìn)行三維模擬、修改，間隙檢查，欠、過定位檢查，干涉檢查及受力分析，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)的修改時(shí)間，減少了后期夾具修改工作量。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008

［2］楊和子.機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

［3］朱耀祥，浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010