數(shù)控銑床加工滑桿的專用夾具設(shè)計(jì)

陳飾勇

(廣州航海學(xué)院船舶工程系，廣東廣州510725)

夾具是在機(jī)床制造過(guò)程中，用來(lái)固定加工產(chǎn)品，使之固定在正確的位置，以接受加工或檢測(cè)的機(jī)床附加裝置，簡(jiǎn)稱為夾具［1］。圖1 為某型號(hào)電磁鐵的滑桿，它應(yīng)用廣泛，社會(huì)需求量大。零件加工方案設(shè)計(jì)［2］: 原棒料在車床上車削出外型，然后在鉆床上鉆φ4 mm 孔，最后在數(shù)控銑床上銑3 mm ×9 mm 的槽。因?yàn)槭菆A柱形零件，并且要垂直安裝，通用夾具已不能滿足其裝夾的要求，所以有必要設(shè)計(jì)專用的夾具。

圖1 滑桿

1 定位、夾緊設(shè)計(jì)

1.1 方案一

數(shù)控銑床常加工材料為塊料，直接用虎鉗定位夾緊。而零件為棒料，普通虎鉗兩面不能夾穩(wěn)。將虎鉗死鉗口設(shè)計(jì)成V 型鐵形狀，采用V 型鐵夾緊，將零件需切槽部分露出鉗口［3］。此種方法雖然能把零件夾緊，但制作V 型口虎鉗成本較高。而且，零件直徑不大，因此V 口的深度也不能大。這是由于V 口深度設(shè)計(jì)大了，虎鉗死、活兩鉗口夾緊接觸時(shí)就有可能夾不緊，零件能上下移動(dòng); 而V 口大小設(shè)計(jì)適合此零件時(shí)，在往后生產(chǎn)時(shí)又不能夾緊直徑較大的棒料。如此以來(lái)，則形成虎鉗夾緊對(duì)象少、利用率不高的情況。所以此方法不可取。

1.2 方案二

卡盤是車床上用來(lái)夾持零件的機(jī)床附件，安裝在車床主軸上，通過(guò)卡爪徑向移動(dòng)將所加工的零件夾緊和定位［4］。三爪卡盤夾緊棒料有自定心功能。將三爪卡盤垂直安裝在數(shù)控銑床工作臺(tái)上，利用卡爪夾緊零件。但這樣夾緊加工存在一個(gè)問(wèn)題，雖然三爪卡盤有自定心功能，但簡(jiǎn)單夾緊會(huì)出現(xiàn)個(gè)別零件和卡盤不對(duì)中，加工出來(lái)的產(chǎn)品3 mm×9 mm 的槽中心與零件中心不在同一直線上，導(dǎo)致不良品的出現(xiàn)。解決這種情況可以在卡盤夾緊后，用百分表在零件上找正對(duì)中。但耗費(fèi)時(shí)間大，降低了生產(chǎn)效率。所以此方法同樣不可取。

1.3 方案三

經(jīng)過(guò)前兩次分析可知，用V 型鐵夾緊是不錯(cuò)的選擇。為了避免虎鉗的浪費(fèi)，可設(shè)計(jì)一個(gè)V 型鐵座和一件夾板。見圖2，底板與V 型鐵用螺栓連接成一個(gè)鐵座，左邊側(cè)板能自由活動(dòng)。為了避免加工時(shí)銑刀與V 型鐵過(guò)切，在V 型鐵上端設(shè)計(jì)一個(gè)臺(tái)階; 生產(chǎn)中，切屑的排出情況會(huì)影響裝夾時(shí)間，在V 型鐵下端設(shè)計(jì)一個(gè)凹位，解決了排屑的困難，減少了輔助時(shí)間。然后把鐵塊都放在普通虎鉗上，利用虎鉗對(duì)側(cè)夾板和V 型鐵的夾緊力來(lái)夾緊零件。

在此夾具中，用較長(zhǎng)的V 形槽來(lái)作為零件圓柱表面的定位元件夾緊時(shí)，它可以限制零件的5 個(gè)自由度，2 個(gè)旋轉(zhuǎn)，3 個(gè)移動(dòng)，只有繞軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有限制［3］。V 型鐵的高度與零件高度相當(dāng)即可，太高會(huì)出現(xiàn)加工時(shí)夾具與機(jī)床主軸的干涉; 太矮時(shí)，零件露出V 型鐵口變長(zhǎng)，加工時(shí)容易發(fā)生震動(dòng)，出現(xiàn)震紋，影響加工質(zhì)量。

因?yàn)? mm ×9 mm 槽與φ4 mm 孔垂直，這就決定了零件定位時(shí)要求φ4 mm 孔與機(jī)床Y 軸平行，使得銑刀X 軸方向加工槽的位置正確，利用φ4 mm 孔定位，在V 型鐵上表面、垂直于V 型口設(shè)計(jì)一個(gè)4 mm 的方槽。選擇一個(gè)φ4 mm 的棒料作為定位銷，使銷穿過(guò)φ4 mm 孔和4 mm 方槽，見圖3。這樣，只要夾具安裝位置正確，銑削的槽也合格。定位銷材料的選擇也是一個(gè)關(guān)鍵因素，表1 列舉了幾種常用材料的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇各方面條件較好的高速鋼。

圖2 V 型槽夾具

圖3 帶4 mm 方槽夾具

表1 各種材料情況

2 夾具設(shè)計(jì)

零件裝夾后，只需要加工3 mm ×9 mm 槽，用φ3 mm 平刀來(lái)回銑削幾次就能完成，加工時(shí)間1 min足矣。加工完成后，工人卸下零件到再裝夾另一個(gè)零件的時(shí)間約1 min。這種情況導(dǎo)致一個(gè)工作日，機(jī)床與人工操作時(shí)間各半，機(jī)床利用率不高以及工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，在滿足加工要求的前提下，減少裝夾等輔助時(shí)間，可提高數(shù)控機(jī)床的工作效率。通過(guò)合理的夾具設(shè)計(jì)(如采用一次裝夾多個(gè)零件［5］) ，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整工藝，可以最大限度地減少裝夾次數(shù)。

采用一次裝夾10 個(gè)零件，夾具設(shè)計(jì)見圖4。上一工序車銑外圓后φ12 的尺寸存在誤差，夾緊多個(gè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)個(gè)別零件夾緊力不夠。這就限制了一次裝夾零件的個(gè)數(shù)，采用一次裝夾10 個(gè)比較合適。最好在裝夾前用卡尺把直徑相差較大的零件分類，或者提高上一工序車削的加工精度和穩(wěn)定性，使得每一個(gè)零件直徑公差在0.03 mm 以內(nèi)，夾緊力均勻［6］，不會(huì)出現(xiàn)漏夾情況。

圖4 一次裝夾10 個(gè)零件夾具

在V 型鐵兩端及側(cè)板兩端相對(duì)應(yīng)的位置，各銑削一個(gè)圓槽。裝夾的時(shí)候，在兩對(duì)圓槽里分別放一個(gè)彈力一般的彈簧。夾緊時(shí)，彈簧力對(duì)虎鉗基本不影響。加工完一組零件，松開虎鉗時(shí)，由于側(cè)板在虎鉗活鉗口且質(zhì)量較V 型鐵輕，這時(shí)由于彈簧力的作用，側(cè)板會(huì)靠著虎鉗活鉗口松開，方便卸下零件和清理切屑，夾緊可靠并能實(shí)現(xiàn)快速裝夾［7］。

3 夾具定位、夾緊的方法步驟［8］

(1) 先將V 型座與側(cè)板清理干凈后放到虎鉗上，側(cè)板與V 口的距離比零件直徑尺寸稍大放置。

(2) 把高速鋼銷穿過(guò)φ4 mm 孔，零件底部放在底板上，側(cè)面靠在V 型口，銷放在4 mm 槽上。由于空間不大，零件不會(huì)滑倒，一直完成10 個(gè)。

(3) 收緊虎鉗，將側(cè)板與零件夾緊。

(4) 撤下高速鋼銷，完成裝夾。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控銑床的柔性比普通銑床高，相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)夾具的設(shè)計(jì)要求更高。在此夾具的設(shè)計(jì)中，利用了零件自帶的孔及輔助高速鋼銷參與定位，同時(shí)考慮刀具干涉、排屑設(shè)計(jì)以及夾具的生產(chǎn)成本，采用一次裝夾多個(gè)零件的設(shè)計(jì)，充分利用機(jī)床的加工潛力［5］，使得在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，利用此夾具極大地提高了裝夾速度，提高了生產(chǎn)效率［8］。

［1］張俊沖．銑床夾具設(shè)計(jì)［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用，2010(2) :149－150．

［2］李立斌，趙文龍，周霞．加工曲面工件時(shí)的裝夾及定位方案設(shè)計(jì)［J］．機(jī)電工程技術(shù)，2009(4) :107－109．

［3］王亞鋒．普通銑床銑窄槽專用夾具設(shè)計(jì)分析［J］．價(jià)值工程，2012(12) :22．

［4］胥巧玲．卡盤平衡裝置的改進(jìn)與應(yīng)用［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用，2013(3) :157－158．

［5］周太平，康志成，夏翔．?dāng)?shù)控銑床與加工中心夾具設(shè)計(jì)［J］．現(xiàn)代制造工程，2011(2) :91－95．

［6］任玉珠．基于一面兩孔定位夾緊一體化的高精度氣動(dòng)隨行夾具研究［J］．機(jī)床與液壓，2011，39(14) :34－36．

［7］馬曉君，馬巖．門五金件孔槽數(shù)控加工的夾具設(shè)計(jì)方法研究［J］．機(jī)床與液壓，2012，40(3) :95－98．

［8］王娜，金志剛．?dāng)?shù)控銑床加工吊耳零件夾具的設(shè)計(jì)［J］．機(jī)械制造與自動(dòng)化，2010(5) :19－20．