加工與裝夾同步精密定位快換夾具設(shè)計

■ 中國航發(fā)沈陽黎明工裝制造廠 （遼寧 110043） 申玉萍 羅 敏

隨著生產(chǎn)實際的需要，提高加工效率和設(shè)備利用率、降低工件的制造成本，已經(jīng)成為越來越重要的需求。在生產(chǎn)現(xiàn)場，葉片數(shù)量多，存在著需線切割加工的某葉片的4面（8處）基準(zhǔn)面，通常4套工裝才能完成工序，因此需設(shè)計一套夾具，由方箱定位機構(gòu)與裝配工件方箱機構(gòu)兩部分組成，利用精密定位的快換結(jié)構(gòu)，不僅能線切割加工四面基準(zhǔn)面4道工序，而且能夠?qū)崿F(xiàn)在加工的同時，快速離線安裝并找正其它待加工的葉片，極大地減少設(shè)備停機時間。

此次在設(shè)計線切割四面基準(zhǔn)面的4道工序夾具過程中，采用UG三維設(shè)計，方箱通過對葉片盆面兩個截面的定位點定位和設(shè)計壓緊葉背面的結(jié)構(gòu)，減少安裝找正夾具及工件時間，解決了用1套工裝線切割4面基準(zhǔn)面4道工序，并能達到安裝工件與加工工件同步進行，減少夾具在線占用設(shè)備的時間，并獲得正確的加工位置及加工精度的問題，滿足了生產(chǎn)需求。

1. 設(shè)計要求

在生產(chǎn)現(xiàn)場，存在著需線切割加工的某葉片的四面基準(zhǔn)面工序，如圖1a、圖1b所示，加工位置有1、2、5和6所指的4處。定位基準(zhǔn)為盆面4所指的3處基準(zhǔn)點，軸向定位為大端葉片3所指的基準(zhǔn)點，壓緊面為背面7所指的壓緊點。需要設(shè)計1套工裝實現(xiàn)4面基準(zhǔn)面的加工。

2. 主要技術(shù)關(guān)鍵和設(shè)計難點

圖 1

（1）為了提高設(shè)備利用率和加工效率，如何在工裝結(jié)構(gòu)上進行創(chuàng)新改進。

（2）由于是離線安裝，需要保證多個方箱相對于裝配夾具精密定位，位置保持不變。

（3）工件用方箱離線安裝找正，如何保證方箱放置設(shè)備上工件相對方箱位置保持不變。當(dāng)方箱加工完一面需要換位時，需要保證方箱定位后的葉片中心線位置不變。

（4）方箱的定位基準(zhǔn)與葉片定位基準(zhǔn)如何做到統(tǒng)一。

（5）由于定位基準(zhǔn)為毛料，需要保證夾具讓開毛料飛邊的問題。

3. 技術(shù)解決方案

通過反復(fù)的研究和分析，針對以上設(shè)計要求和技術(shù)難點，整個工裝夾具分為方箱定位的加工機構(gòu)和定位方箱的裝配機構(gòu)兩部分，以此來提高加工效率和設(shè)備利用率；為了保證多個通用方箱每次相對于裝配夾具位置相同，采用底座上槽面與一個擋塊實現(xiàn)精密定位；方箱的4個定位基準(zhǔn)面保證足夠的光度，并在方箱上通過4個定位壓緊螺釘壓緊葉身型面，就保證了工件與方箱相對位置和葉片中心位置不變；夾具定位塊與方箱擋塊的精密定位距離來實現(xiàn)方箱與工件基準(zhǔn)統(tǒng)一；夾具2處定位工件的定位座給出2個槽和倒角讓開毛料飛邊。通過這些結(jié)構(gòu)的選用，解決了線切割某葉片的4面（8處）基準(zhǔn)面4道工序的關(guān)鍵問題。

4. 夾具的設(shè)計

本夾具采用了UG三維建模設(shè)計，使夾具零部件的結(jié)構(gòu)及裝配直觀，避免了干涉問題。整體夾具的設(shè)計分為以下幾個主要方面，如圖2所示。下面主要針對加工機構(gòu)中的方箱定位機構(gòu)和定位方箱裝配機構(gòu)中的定位壓緊工件結(jié)構(gòu)及定位、壓緊方箱結(jié)構(gòu)進行詳細的說明。

（1）方箱定位的加工機構(gòu)：①方箱定位結(jié)構(gòu)如圖3所示，方箱定位由3個定位壓緊螺釘對葉片盆面的3個基準(zhǔn)點進行定位，當(dāng)葉片安裝在裝配機構(gòu)部分并靠緊該機構(gòu)的3處定位基準(zhǔn)面時，擰緊3個定位壓緊螺釘，保證葉片位置相對于方箱的位置保持不變。另外為防止方箱方向錯，在方箱的底部有一個防錯孔，如圖3中1所示。②方箱壓緊結(jié)構(gòu)。方箱壓緊由1個壓緊螺釘對葉片背面進行壓緊，壓緊前有3個定位壓緊螺釘已經(jīng)定位到葉片盆面定位點。需要松開葉片時將此螺釘旋開即可，如圖3所示。

圖2 整體夾具結(jié)構(gòu)圖1.底座 2.方箱

（2）定位方箱的裝配機構(gòu)：為了實現(xiàn)離線安裝找正工件，采用裝配機構(gòu)安裝方箱，葉片不僅與方箱定位，也與裝配機構(gòu)定位，從而保證了葉片加工位置的正確性。裝配整體機構(gòu)如圖4所示。其中①定位壓緊工件結(jié)構(gòu)：設(shè)計中葉片的兩面定位位置如圖1b中的5所示，用兩個定位座如圖4中的2和4所指兩面定位，定位座放大圖如圖5所示；葉片的另兩面定位位置如圖1b中的6所示，用兩個定位座如圖4中的6和7所示兩面定位；葉片軸向定位如圖1a中的3所示，用定位銷定位如圖4中的5所示；壓緊工件位置如圖1a中的1所示，用兩個壓緊螺釘壓緊如圖4中1、3所示。另外為了讓開毛料飛邊，兩個定位座均開槽和倒角。②定位方箱結(jié)構(gòu)：設(shè)計中定位方箱結(jié)構(gòu)采用3個定位面，如圖6中2、3、4所示的3個定位面，4為擋塊的側(cè)面，2、3為底座上槽的底面和側(cè)面。定位方箱時，將圖7中方箱的定位面3靠緊圖6中定位面4，圖7中方箱的定位面2靠緊圖6中定位面3，圖7中方箱的定位面1靠緊圖6中定位面2即可。③壓緊方箱結(jié)構(gòu)：設(shè)計中壓緊方箱結(jié)構(gòu)采用螺釘壓緊，如圖6中的壓緊螺釘1，實現(xiàn)方箱的壓緊功能。

圖3 方箱定位加工機構(gòu)1. 防錯孔

5. 夾具的工作原理

圖4 定位方箱裝配機構(gòu)1、3.壓緊螺釘 2、4、6、7.定位面5.定位銷

圖5 定位壓緊工件機構(gòu)

圖6 定位方箱機構(gòu)

（1）先將方箱套在葉片上，如圖7所示，再將方箱及葉片一同放在裝配機構(gòu)上，如圖4所示，將葉片背面的兩個定位基準(zhǔn)面如圖1b中5靠緊在圖4的兩個定位面2、4上，并將葉片大端端面如圖1a中定位點3靠緊在圖4中定位銷5上，這時頂緊圖4中的兩個螺釘1、3壓緊葉片，完成了葉片在裝配夾具中的定位壓緊。

然后進行方箱機構(gòu)的定位壓緊，在圖7中將方箱的定位面2靠緊在圖6中定位面3上，圖7中的定位面2靠緊在圖6的定位面3上，圖7中的定位面1靠緊在圖6的定位面2上，完成方箱的定位，然后將圖6中的壓緊螺釘1壓緊圖7中方箱的3所示正對面的定位面上進行壓緊方箱，完成方箱的壓緊，這時擰緊圖7中葉片盆面對應(yīng)的3個定位螺釘，頂緊在葉片盆型面上，然后擰緊圖5中的單一壓緊螺釘進行壓緊，完成葉片在方箱內(nèi)的定位壓緊。

（2）松開圖4中的兩個壓緊螺釘1、3，并松開圖6中的螺釘1，將帶有工件的方箱從裝配機構(gòu)上拿下來，至此完成方箱定位的加工機構(gòu)操作。

（3）將圖7中的定位面2放在線切割設(shè)備上，找正方箱上表面橫縱方向，然后壓緊，進行線切割加工，至此完成圖1a、圖1b中定位面1、5的加工；將圖7中的定位面3放在線切割設(shè)備上，找正方箱上表面橫縱方向，然后壓緊，進行線切割加工，至此完成圖1a、圖1b中定位面2、6的加工，到此完成此葉片的所有基準(zhǔn)面的加工。詳細的裝配關(guān)系如圖8所示。

圖7 方箱與葉片分散機構(gòu)

（4）在進行線切割加工的同時，工人可以安裝其它的葉片在另外3個方箱上，步驟同此節(jié)的1、2內(nèi)容。加工完1個葉片后，只需要將裝夾好葉片的方箱放在機床上加工即可。這樣就實現(xiàn)了在加工1個葉片的同時，離線安裝找正其他葉片，節(jié)省了大量的準(zhǔn)備時間。

6. 結(jié)語

此夾具經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用，加工效率和設(shè)備利用率均提高了2倍，節(jié)省了3個夾具的制造費用。首次實現(xiàn)了加工與裝配工件同步進行，一個方箱安裝的工件在加工的同時，其他的方箱可離開加工設(shè)備安裝找正工件，大大節(jié)省了拆裝夾具及拆裝工件的時間，提高了設(shè)備利用率。此夾具結(jié)構(gòu)已在實際中推廣應(yīng)用，為今后設(shè)計精密定位快換工裝提供了一種設(shè)計思路。

圖8 工裝工作過程

[1] 王文斌．機械設(shè)計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2007．

[2] 孟少農(nóng)．機械加工工藝手冊［M］．北京：機械工業(yè)出版社，1996．