薄壁類工件裝夾新模塊化設(shè)計(jì)

盧耀堂

(寶雞法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西寶雞 722409)

本文涉及的薄壁易變形零件主要是指筆者公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的卡車變速箱上蓋類零件，此類零件一般是壁厚為7 mm的灰鑄鐵件(目前也有壁厚為5 mm的鋁合金件)，大小約470 mm×300 mm，產(chǎn)品結(jié)合面平面度要求0.15 mm，孔系位置度0.2 mm。傳統(tǒng)加工方法是使用如圖1老式工裝，放入工件后，先逐個(gè)擰緊4個(gè)側(cè)抱塊螺釘，找正工件外形，再旋緊4個(gè)浮動(dòng)支撐星形手把。但此類裝夾方法使工件在受力上不合理，易使工件裝夾變形。具體分析如下:

(1)工裝以毛坯外形定位，由于設(shè)計(jì)了“蹺蹺板”式支承，實(shí)際工件長(zhǎng)邊定位長(zhǎng)度短，定位效果一般。

(2)在此類工裝中側(cè)抱緊(側(cè)壓)功能與浮動(dòng)支撐功能是分別設(shè)計(jì)的，使用過(guò)程中由獨(dú)立的動(dòng)作分別操作。因此為了便于有足夠空間操作，各支撐點(diǎn)相距較大，使得整體設(shè)計(jì)復(fù)雜，支撐點(diǎn)離散嚴(yán)重;又因?yàn)榧庸r(shí)是局部受力，易產(chǎn)生局部翹曲變形。

(3)側(cè)抱點(diǎn)數(shù)量少，為保證工件裝夾穩(wěn)固、安全，操作者常常下意識(shí)地?cái)Q側(cè)抱螺釘力大，工件未加工就已經(jīng)變形。

(4)浮動(dòng)支撐點(diǎn)少(4個(gè))，相距遠(yuǎn)，銑面時(shí)振動(dòng)大，刀紋明顯。

(5)擰浮動(dòng)支撐星形手把處空間小，操作不便。

(6)工裝通用性差，結(jié)構(gòu)相似的工件，要重投制新工裝。

1 新工裝設(shè)計(jì)

詳細(xì)分析了以往夾具的優(yōu)缺點(diǎn)及被加工工件的特點(diǎn)，對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行受力分析，不僅考慮是否使用簡(jiǎn)便，還充分考慮本工裝能否制造及裝配，優(yōu)化各部件和動(dòng)作。設(shè)計(jì)出一種操作簡(jiǎn)單，又能自由組合使用并含有側(cè)抱緊(側(cè)壓)及浮動(dòng)支撐功能的夾具模塊。通常對(duì)于薄壁或腔體工件加工來(lái)說(shuō)，其難點(diǎn)是既要克服裝夾變形，又要夾緊牢固，才能保證加工后的尺寸及精度要求。從機(jī)加工的受力分析可知，通過(guò)增加工件側(cè)抱點(diǎn)及浮動(dòng)支撐點(diǎn)的數(shù)量，可有效提高工件的夾緊穩(wěn)定性并減小工件的變形量，對(duì)于加工質(zhì)量及加工效率的提升是有力的保證。

如圖2所示，新工裝是模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)被加工產(chǎn)品特點(diǎn)，在夾具本體上安置一定數(shù)量的模塊。此模塊能自由調(diào)整位置，安裝簡(jiǎn)便，只需在庫(kù)房常備一定形式及數(shù)量的模塊，在新產(chǎn)品試制或換產(chǎn)時(shí)，可快速組裝使用，大大縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約成本。

2 雙側(cè)抱浮動(dòng)支撐模塊設(shè)計(jì)

本模塊設(shè)計(jì)基本要求是安裝簡(jiǎn)單、可重復(fù)使用、操作簡(jiǎn)單、定位夾緊可靠安全。因此設(shè)計(jì)了一種新型的雙側(cè)抱浮動(dòng)支撐模塊，如圖3所示。

2.1 工作原理

工件裝入后，支撐帽9在底部壓簧4力作用下自動(dòng)浮動(dòng)支撐著工件底面。當(dāng)球面壓緊螺桿13旋緊時(shí)，壓緊可調(diào)壓板16并帶動(dòng)頂銷6將斜楔支撐銷5鎖緊在浮動(dòng)支撐位置。繼續(xù)旋緊螺桿13后，鉸接壓板10會(huì)帶動(dòng)側(cè)壓銷20抱緊工件。根據(jù)杠桿原理，螺桿13的壓緊力會(huì)按設(shè)定比例分成兩分力:小分力分配給側(cè)抱部件，大分力分配給浮動(dòng)支撐自鎖部件。因此工件最終會(huì)在合理的力平衡下被定位夾緊。反向松開(kāi)螺桿后，各部件能在各壓簧的作用下復(fù)位。

2.2 模塊特點(diǎn)

(1)可在支撐帽9下A處增加平墊圈(GB/T 95－2002)，使其成為支承側(cè)壓模塊。(2)可在B處去掉壓簧18并增加平墊圈(GB/T 95－2002)若干，使其側(cè)壓動(dòng)作失效，成為浮動(dòng)支撐模塊。(3)可根據(jù)使用情況調(diào)節(jié)支承釘11的位置，使得單個(gè)側(cè)抱壓力f與總壓緊力F的比值為23/(23+H)×(14－H)/44×1/2，即F/31.5≤f≤F/6.3，其中0≤H≤10(H 為支承釘 11 中心與球面壓緊螺桿13中心在高度方向的距離，F(xiàn)為球面壓緊螺桿的壓緊力)。

3 應(yīng)用案例

根據(jù)被加工工件特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的本體及附件(如圖4所示)。圖3所示模塊安裝前需先去掉球面壓緊螺桿及外罩，待模塊在夾具本體上安裝固定后再安裝外罩及球面壓緊螺桿。

使用事項(xiàng)說(shuō)明:工件裝載后，要根據(jù)工件特點(diǎn)先預(yù)緊(輕輕擰緊)相應(yīng)的模塊，保證各浮動(dòng)支撐點(diǎn)及側(cè)抱點(diǎn)都能接觸工件，再逐一擰緊各模塊。操作人員可通過(guò)多次調(diào)整模塊的受力順序及擰緊力大小，掌握好工件被定位夾緊的要領(lǐng)。

4 新式模塊化工裝優(yōu)點(diǎn)

(1)新工裝同樣以毛坯外形定位，長(zhǎng)邊定位點(diǎn)可自由選擇最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)定位，定位效果好。(2)側(cè)抱點(diǎn)數(shù)量增加，每個(gè)側(cè)抱力是聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)分力，大小可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)，不僅工件裝夾穩(wěn)固、安全且整體受力均勻變形小。(3)浮動(dòng)支撐點(diǎn)數(shù)量增加3倍(達(dá)17個(gè))，周邊均勻分布，大大減小銑面時(shí)的振動(dòng)和變形，有利于平面度的保證。(4)以模塊化設(shè)計(jì)，模塊防切屑密封性好，可根據(jù)不同產(chǎn)品外形調(diào)整位置，工裝通用性好，不僅降低制造成本，還減少后續(xù)設(shè)計(jì)周期。(5)每個(gè)模塊僅需一個(gè)擰緊螺桿的動(dòng)作，即可實(shí)現(xiàn)側(cè)抱和浮動(dòng)支撐的功能，操作簡(jiǎn)單。模塊擴(kuò)展性好，可通過(guò)氣缸或油缸改進(jìn)為自動(dòng)夾緊模塊。

5 應(yīng)用效果

將本工裝用于筆者公司薄壁類工件的加工，產(chǎn)品的平面度及孔系位置度都有了極大的提高，特別是采用新式工裝后，平面度由原來(lái)的平均超差30%以上，降低到5%以下，合格率大大提高。這表明本工裝設(shè)計(jì)方案是可行及有效的。

6 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是一種操作簡(jiǎn)單，又能自由組合使用并含有側(cè)抱緊(側(cè)壓)及浮動(dòng)支撐功能的夾具模塊。不僅結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈活，還防切屑，外觀簡(jiǎn)潔。對(duì)工件定位效果好，裝夾變形小，有利于薄壁易變形件的加工。模塊通用性強(qiáng)，可通過(guò)長(zhǎng)、短模塊(改變兩側(cè)壓銷的間距)的自由組合，實(shí)現(xiàn)快速換產(chǎn)、長(zhǎng)期下來(lái)工裝投制費(fèi)用低、維護(hù)成本低、組裝調(diào)試簡(jiǎn)單、減少設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)周期等多功能于一身。