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      數(shù)控車床同時加工多個零件的工裝設計

      2022-09-20 04:55:08林鎮(zhèn)水張彩珠
      金屬加工(冷加工) 2022年9期
      關(guān)鍵詞:心軸數(shù)控車床菱形

      林鎮(zhèn)水,張彩珠

      韶關(guān)市技師學院 廣東韶關(guān) 512023

      1 序言

      在校企合作過程中,我校實習工廠接到企業(yè)要求加工的一批零件(見圖1)訂單。要求在工件的兩翼,加工出兩個圓弧表面,兩圓弧表面相對于工件軸心線旋轉(zhuǎn)180°,完全相同,圓弧R80mm的公差為0.057mm。工件材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,月產(chǎn)量為3000件。

      圖1 零件

      最初制定的工藝路線:粗、精車削各外圓、臺階倒角及內(nèi)孔、內(nèi)錐→用鉆模鉆出兩個φ11mm通孔→線切割加工內(nèi)鍵槽→線切割加工R3mm圓弧及兩直角面→數(shù)控銑床加工R80mm圓弧。

      在數(shù)控銑床上加工R80mm圓弧,原來設計的簡易工裝采用錐度為1∶5的錐形心軸和菱形銷定位。工件只能單個加工,雖然加工精度可以滿足設計要求,但加工效率低,加工成本高,且不能充分發(fā)揮數(shù)控銑床的高效優(yōu)勢。

      加工一批零件后,我們決定對加工方案進行重新設計,尋求在數(shù)控車床上加工R80mm圓弧的可行性,以車代銑,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,最大限度地擴展機床的使用范圍。

      2 工件的加工工藝與專用夾具設計

      根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點重新進行了工藝分析。R80mm圓弧是規(guī)則圓弧,只要能找到圓心并和車床的旋轉(zhuǎn)中心重合,就可以用車床加工。與銑削相比,生產(chǎn)效率會有大幅度提高,于是我們設計了在經(jīng)濟型數(shù)控車床上使用且能同時裝夾多個零件的夾具,如圖2所示。

      2.1 應用新工裝后工件的加工工藝

      1)在數(shù)控車床上粗、精車削各外圓臺階倒角及內(nèi)孔、內(nèi)錐孔。

      圖2 夾具

      2)在鉆床上用鉆模定位鉆出平面上的兩個φ11H8通孔(為了定位需要適當提高孔的加工精度)。

      3)內(nèi)錐面上的鍵槽采用線切割加工。首先,切割內(nèi)錐面零件前,試切一個相同高度的凸模零件,記錄當前ZSDID0值;其次測量試件的實際角度與實際尺寸,并計算修正值;最后再切割錐度件,得到的測量尺寸與角度值都比較精確,達到設計要求。

      4)數(shù)控線切割加工R3mm圓弧及兩直角面。

      5)在數(shù)控車床上用新設計的專用夾具,以1∶5內(nèi)錐孔為定位基準(由于定位基準進行了轉(zhuǎn)換,所以在前面工序加工中要保證錐孔與設計基準的同軸度),加工R80mm圓弧面。此時,實際上已把R80mm圓弧面的加工轉(zhuǎn)變?yōu)檐囅鳓?60mm的孔。

      2.2 夾具的結(jié)構(gòu)及工作原理

      夾具主要包括夾具體、錐形心軸、菱形銷及壓緊元件[1]。安裝后讓工件R80mm圓弧面分布在以車床主軸回轉(zhuǎn)中心為圓心、以80mm為半徑的圓周上,如圖3、圖4所示。

      圖3 工件裝夾

      圖4 工件裝夾布局

      在夾具體直徑為160mm的圓周上,根據(jù)工件的尺寸盡量多地安裝定位心軸和菱形銷,力爭做到工件既不相互干涉,又能充分利用空間。工件上已鉆削出的φ11H8孔中的任意一個用作防轉(zhuǎn)動定位,這樣多個工件即可同時加工。

      3 工件在夾具中的定位分析

      工件安裝在夾具體上,錐形心軸限制了工件的5個自由度,菱形銷限制了1個轉(zhuǎn)動自由度,相當于一面兩銷定位。工件的6個自由度被完全限制,屬于完全定位,定位安全可靠[1,2],如圖5所示。

      圖5 工件定位

      4 夾具主要元件

      1)夾具體 如圖6所示,夾具體與機床連接的法蘭尺寸要根據(jù)機床主軸端尺寸配制。安裝定位心軸的6個孔的圓周尺寸和安裝6個菱形銷的孔的位置,要根據(jù)加工圓弧的半徑尺寸和位置要求精確計算后確定[1,2]。

      圖6 夾具體

      2)錐形心軸 如圖7所示。

      3)菱形銷 如圖8所示,菱形銷與工件定位孔采用小間隙配合,既要保證安裝方便,又要限制工件有盡量小的轉(zhuǎn)動量。菱形銷與夾具體的裝配采用φ10H7/n6的過盈配合,保證菱形銷牢固地固定在夾具體上。需要注意的是,菱形銷在夾具體上安裝時,菱形銷的窄面應垂直于菱形銷中心和工件錐形孔中心連線。

      圖7 錐形心軸

      圖8 菱形銷

      5 夾具的使用方法

      將夾具安裝到機床主軸上并用百分表檢驗其安裝的正確性。

      工件在完成相關(guān)工序之后,將工件安裝到夾具體上,用螺母壓緊,然后即可對R80mm圓弧面進行車削加工[3,4]。工藝為:①粗車削工件φ160mm孔,留1mm精加工余量。②精車削工件φ160mm孔至公差要求。

      加工完成后,卸下工件,將工件旋轉(zhuǎn)180°重新安裝,即可加工工件另一面的R80mm圓弧面。

      由于一次同時安裝多件加工,減少了刀具空行程,提高了有效切削時間,加工效率明顯提高。在數(shù)控銑床上使用高速鋼刀具加工,在數(shù)控車床上使用硬質(zhì)合金刀具加工,由于硬質(zhì)合金刀具的切削參數(shù)比高速鋼刀具的切削參數(shù)高出很多,所以使用此夾具既提高了切削效率,又降低了刀具成本,綜合經(jīng)濟效益顯著提升。

      6 結(jié)束語

      在機械零件設計中,經(jīng)常采用圓弧表面,而圓弧表面的加工工藝是多種多樣的,要根據(jù)圓弧曲率、材質(zhì)和技術(shù)要求,采取不同的加工工藝。因為加工工藝的不同必然會產(chǎn)生不同的加工效果,所以工藝人員在編制加工工藝時,要對多種工藝方案進行充分論證。傳統(tǒng)的工藝肯定是可行的,但隨著科技的進步,新設備、新刀具材料的大量涌現(xiàn),工藝設計人員也要與時俱進,突破傳統(tǒng)工藝,采納最優(yōu)方案,實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。通過本文實踐證明,使用經(jīng)濟性數(shù)控車床,配上合理的工藝裝備,實現(xiàn)以車代銑、多件同時加工是完全可能的。

      本夾具結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,并具有一定的通用性,對于特殊零件上的圓弧要素加工,具有一定的借鑒意義。

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