胡木林，孫偉城

(廣東省高級技工學(xué)校，廣東 惠州 516100)

廣州吉川機(jī)電裝備有限公司加工的鑄鋁電動機(jī)座殼體如圖1所示，零件材料為AL6061。該零件的基本形體為異形殼體，是三軸用途的電動機(jī)主體，故其正面與底面應(yīng)垂直和平行且同心度要求很高，并且第3面(有螺紋面)與上述兩面應(yīng)有較高的垂直度、同軸度及相互位置尺寸的要求。加工該零件時，若采用通?；Q裝夾的方式，則難以保證上述技術(shù)要求及滿足日常生產(chǎn)的效率，多次裝夾也帶來定位誤差和精度損失。

圖1 鑄鋁電動機(jī)座殼體三維圖

針對上述問題，筆者設(shè)計(jì)出能夠在加工中心上使用的氣動翻轉(zhuǎn)夾具[1]，這樣不僅保證了裝夾次數(shù)少、勞動強(qiáng)度低、精度誤差損失少、一次裝夾多、加工精度高、生產(chǎn)效率高，而且能夠滿足質(zhì)量要求，且操作簡便快捷、效率高、安全。

1 零件工藝分析

分析零件的結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)可知，鑄鋁電動機(jī)座殼體為異形多面體結(jié)構(gòu)，而且加工面兩兩成90°關(guān)系。在沒有五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的情況下，筆者對要求高、難度大的鑄鋁電動機(jī)座殼體進(jìn)行了加工工藝分析，確定了加工步驟，并設(shè)計(jì)了一種氣動翻轉(zhuǎn)夾具，實(shí)現(xiàn)了在三軸聯(lián)動數(shù)控加工中心上進(jìn)行加工。工序如下：工序1(見圖2)，在另一加工中心上采用通用的虎鉗裝夾即可完成加工，并且在加工過程中預(yù)加工A、B兩處，作為后期加工的工藝定位銷(這兩處對其產(chǎn)品性能及外觀無影響)；工序2和工序3(見圖3和圖4)，在筆者設(shè)計(jì)的氣動翻轉(zhuǎn)夾具上同時裝夾完成。

圖2 底面3D(工序1)

圖3 上面3D(工序2) 圖4 螺紋面3D(工序3)

2 夾具設(shè)計(jì)

2.1 夾具的工作原理

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按常規(guī)加工，在完成工序2和工序3時，需經(jīng)2次裝夾才能完成，并且還要保證其相鄰各面的位置精度。為了滿足加工要求，使工件加工質(zhì)量保持穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效率，筆者設(shè)計(jì)了一種能同時加工4個零件的氣動翻轉(zhuǎn)夾具(見圖5)，安裝在加工中心進(jìn)行加工。

圖5 夾具本體

此套夾具主要由底板、活動翻轉(zhuǎn)工作臺、旋轉(zhuǎn)支承軸、支承板、V型導(dǎo)向限位支承塊[2]、翻轉(zhuǎn)用氣缸和轉(zhuǎn)向壓緊用氣缸組成。其中，底板固定在機(jī)床的T型槽中，活動翻轉(zhuǎn)工作臺通過軸承與旋轉(zhuǎn)支承軸連接，然后與支承板一起安裝在底板上，通過翻轉(zhuǎn)用氣缸連接，實(shí)現(xiàn)活動翻轉(zhuǎn)工作臺形成水平狀態(tài)或垂直于主軸。轉(zhuǎn)向壓緊用氣缸安裝于活動工作臺上，對工件起夾緊作用。所有氣缸用氣管分組連接。

2.2 夾具的夾緊裝置設(shè)計(jì)

2.2.1 V型導(dǎo)向限位支承塊設(shè)計(jì)

為了確保翻轉(zhuǎn)工作臺的定位精度，特別設(shè)計(jì)了左、右2組共4件V型導(dǎo)向限位支承塊組件(見圖6)，其不但能夠?qū)崿F(xiàn)雙向定位水平狀態(tài)及垂直狀態(tài)的位置限制，還可以起到輔助支承力的作用，提高其活動翻轉(zhuǎn)工作臺的剛度，并對翻轉(zhuǎn)用氣缸起到行程限位的作用；同時還可進(jìn)行實(shí)際加工過程中的精度調(diào)校，因?yàn)榛顒臃D(zhuǎn)工作臺在實(shí)際使用過程中可能會隨著受力時間的原因而產(chǎn)生微量的變形。

圖6 V型導(dǎo)向限位支承塊

2.2.2 翻轉(zhuǎn)用氣缸設(shè)計(jì)

將翻轉(zhuǎn)用氣缸(見圖7)運(yùn)動設(shè)計(jì)在活動翻轉(zhuǎn)工作臺的中心下部，其作用是除了均衡推力外，還可以作為附加的支承，更好地保持活動翻轉(zhuǎn)工作臺的剛度，同時節(jié)省工作空間及收縮不必要的加工避空。

圖7 翻轉(zhuǎn)用氣缸位置圖

2.2.3 轉(zhuǎn)向壓緊氣缸設(shè)計(jì)

零件采用一面兩銷[3]定位裝夾在活動翻轉(zhuǎn)工作臺上，并通過轉(zhuǎn)向壓緊氣缸一次同時完成4個工件的夾緊。在夾具設(shè)計(jì)中運(yùn)用轉(zhuǎn)向壓緊氣缸壓緊工件，能夠更好地節(jié)省夾緊時的占用空間，提高裝夾更換工件的效率，更主要的是可以對其夾持力進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整，不至于壓壞工件或者使工件變形。裝拆工件時，上、下2面共10個轉(zhuǎn)向壓緊氣缸同時將壓塊提升或下壓，這樣就有取件的空間，壓塊大致位于工件的對稱面，均衡下壓力，從而達(dá)到夾緊的效果。轉(zhuǎn)向壓緊氣缸壓緊前、后狀態(tài)如圖8所示。

圖8 轉(zhuǎn)向壓緊氣缸壓緊前、后狀態(tài)

2.3 夾具的使用

在夾具翻轉(zhuǎn)用氣缸推出時，轉(zhuǎn)向壓緊氣缸打開，將零件通過一面兩銷定位裝夾，轉(zhuǎn)向壓緊氣缸閉合后壓緊工件，翻轉(zhuǎn)用氣缸保持推出狀態(tài)，這時工件背部的V型導(dǎo)向限位支承塊是完全貼合的，啟動CNC進(jìn)行此面加工，夾具在工序2的狀態(tài)如圖9所示。

圖9 夾具在工序2的狀態(tài)

加工完上述面后，轉(zhuǎn)向壓緊氣缸壓緊的動作保持不動，翻轉(zhuǎn)用氣缸收縮，令活動翻轉(zhuǎn)工作臺作90°翻轉(zhuǎn)，通過工件側(cè)面的V型導(dǎo)向限位支承塊作用，從而保證其垂直度及旋轉(zhuǎn)前后的位移誤差，這樣就實(shí)現(xiàn)了1次裝夾加工2道工序，從而高效率與最大化地降低了精度損失。夾具在工序3的狀態(tài)如圖10所示。

圖10 夾具在工序3的狀態(tài)

上述工件的加工均采用成型刀一次性加工完成。因?yàn)榱慵旧硎卿X鑄件殼體，其壁薄、異型，加工余量少，且有圓度等要求，若采用行走軌跡進(jìn)行圓加工，會產(chǎn)生加工中變形及成品橢圓；而采用成型刀是通過軸心旋轉(zhuǎn)加工，獲得的圓尺寸會比走軌跡的更圓，而且可使加工更快捷，加工殼體圓上各點(diǎn)受力均衡，從而保證加工精度與生產(chǎn)效率。

3 夾具的制作

因?yàn)閵A具本體有旋轉(zhuǎn)功能，故不能采用組裝調(diào)試的常規(guī)方法進(jìn)行夾具的制作。在夾具各零件(活動翻轉(zhuǎn)工作臺組裝前先加工好轉(zhuǎn)向壓緊氣缸安裝孔位)加工、組裝好后(安裝好軸承及翻轉(zhuǎn)用氣缸)，應(yīng)在活動翻轉(zhuǎn)工作臺水平狀態(tài)時，直接用CNC在活動翻轉(zhuǎn)工作臺上進(jìn)行見光回零銑削，確保其是垂直于主軸切削狀態(tài)的。保證活動翻轉(zhuǎn)工作臺的水平狀態(tài)后，再調(diào)?；顒臃D(zhuǎn)工作臺的垂直狀態(tài)，即使其平行于主軸。在確認(rèn)翻轉(zhuǎn)角度無誤后，對活動翻轉(zhuǎn)工作臺的兩處工藝定位銷孔進(jìn)行加工，對安裝工件進(jìn)行確認(rèn)，再對壓塊進(jìn)行安裝調(diào)整即可。

4 結(jié)語

在數(shù)控加工中氣動夾具已經(jīng)成為一種很廣泛的裝夾方式，正被越來越多地運(yùn)用到實(shí)際的鑄件加工中去，更由于它制造比較方便，裝夾快捷，更適合大批量的零件加工，因此要大力發(fā)展氣動夾具，通過氣動夾具來更好地配合CNC的加工，則能更好地提高生產(chǎn)效率與加工精度。通過本次夾具設(shè)計(jì)實(shí)踐，使筆者對所學(xué)的專業(yè)知識有了更深刻的理解和認(rèn)識。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容源于生產(chǎn)實(shí)踐，使課程設(shè)計(jì)和實(shí)踐得到了充分的結(jié)合，有利于培養(yǎng)解決工程實(shí)際問題的能力。

[1] 李超. 氣動夾具的使用經(jīng)驗(yàn)介紹[M]. 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[2] 范繼寧. 機(jī)械基礎(chǔ)[M]. 5版. 北京：中國勞動社會保障出版社，2011.

[3] 劉麗娟. 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中的一面二銷定位[J]. 潤滑與密封，2003(3):107-108.