組合夾具在線切割加工中的柔性應用

（貴州大學機械工程學院，貴州貴陽550025）

電火花線切割加工屬于特種加工范疇，一般不用于大批量生產(chǎn)，實際加工中較多使用的是通用夾具。由于線切割加工的零件是通孔零件，對工作空間有特殊的要求。在慢走絲切割零件時，還要考慮由于上噴嘴與工件表面的距離非常接近而造成的干涉問題。所以對線切割夾具的選用限制較大，特別是采用懸臂式夾具在加工臨近結束時，更容易出現(xiàn)掉頭現(xiàn)象，造成零件的切割面與其上下表面之間的垂直度誤差較大的情況。本研究的目的就是為了在不降低裝夾便利性的前提下，在線切割機床上采用組合夾具搭建符合使用條件的夾具，并分析該夾具對加工精度的影響。

1 研究思路

采取組合夾具元件組裝出符合線切割加工使用的夾具，選取需要利用線切割加工方式加工的典型零件，在線切割機床上切割加工完成后，使用三坐標測量機床對加工后零件的形位公差進行測量，得到測量報告，并根據(jù)報告對夾具的定位做出評價總結，得到實驗結論。

2 典型加工零件的選取

結合線切割單件小批量生產(chǎn)的特點，在試驗中初選有長方體和圓柱體兩種?？紤]到圓形零件在線切割加工中時，在夾持方面相對比較困難，采用圓柱體更具有代表性。圓柱體在實際的加工中多用于軸和孔的配合，對精度要求比較高，因此，研究圓柱體的垂直度更有實際意義。因此選用圓柱形工件的加工具有代表性和實用性。本研究中最終選取的零件材料硬度為HRC62，需要在內(nèi)部加工一個開有輪轂的內(nèi)孔，外輪廓為圓形輪廓，并已經(jīng)加工好預孔，該零件上下端面已經(jīng)經(jīng)過精加工，平行度不超過0.01 mm，如圖1所示。加工要求：輪轂內(nèi)孔的中心軸線與表面的垂直度誤差要求不大于0.03mm.

3 夾具方案的確定

3.1 普通夾板（平口鉗）

普通夾板的夾持方法是用線切割專用萬力夾具（平口鉗）夾持上下端面，然后將將平口鉗固定在機床工作臺上便可以進行加工。雖然這個方案特別簡單易行，但是在實踐過程中發(fā)現(xiàn)被切割件的去除部分，因自重和高壓噴水的影響，特別是在零件即將結束切割的時候，容易使零件產(chǎn)生偏移，造成切割孔與工件表面垂直度誤差。

3.2 組合夾具方案一

如圖2所示，用具有較高加工精度的方形底板1作為夾具的基礎板，使用兩塊方形基礎塊2與兩V型塊3用沉頭螺釘組合在一塊，形成可以在基礎板側面的滑槽內(nèi)自由滑動的兩個組合塊，為保證滑動塊的準確位置，在槽內(nèi)使用導向定位鍵使其接觸面緊密接觸。兩個滑塊中的一個用螺栓螺母固定，使其作為固定端，另外一塊則可沿滑槽移動，在順利將滑塊相對移動，利用安裝在V型塊螺紋孔內(nèi)的螺栓將零件夾緊后，再將可移動滑塊用T形螺栓固定在滑槽內(nèi)，完成夾緊過程[1~2]。

圖2組合夾具方案一

3.3 組合夾具方案二

如圖3所示，用一塊精加工過的側面開槽的方形底板1作為基礎板，將兩塊帶有加強筋的角鐵2用T形螺栓固定在基礎板上，另取三塊帶槽的方形支承3，其中一塊用T形螺栓將V形支承一起安裝在角鐵中間位置，其它兩塊帶槽的方形支承則用長度適合加工零件尺寸的T形螺栓固定在角鐵兩端，在這兩根長螺栓的另一端則用螺母將一塊回轉壓板5與零件固定在一塊，用于夾緊工件。

圖3組合夾具方案二

4 零件加工

按下開機按鈕，進入工作頁面。首先將夾具用壓板的方式整體固定在機床工作臺上，安裝過程中保證夾具與工作臺的上表面保持接觸，以保證夾具的安裝精度。然后將工件安裝固定在夾具上。調(diào)整噴嘴使得噴嘴盡可能的接近加工的表面。但是最重要的一點是不能讓噴嘴碰到工件或者夾具，所以在組裝夾具時候要考慮到噴嘴大小和位置。將銅線通過張緊裝置的調(diào)節(jié)，穿入上噴嘴、工件預孔、下噴嘴，利用水流的牽引將銅絲穿過機床，完成穿絲工作。根據(jù)工件的輪廓，利用自動編程軟件，導入零件數(shù)據(jù)，將機床的各個參數(shù)預先設定好后，可以自動生成用于加工的數(shù)控程序。在加工前，還需要仔細檢查程序的相關設定，保證加工的可靠性。線切割加工的電加工特性使得該機床具有簡單方便的按照加工所需條件，自動尋找零件的加工起始點的功能。其只需簡單地根據(jù)示意圖選擇相應的幾何形狀就可以讓機床自動尋找相應基準，既保證了精度，也降低了工作強度，大大方便了操作。進入加工界面，檢查相關設定無誤后，啟動加工，機床開始工作，自動完成零件的加工[6]。加工結果如圖4所示。加工場地如圖5所示。

圖4加工結果

圖5加工現(xiàn)場

5 三坐標測量機床測量零件的形位公差

本次測量使用的是?？怂箍礕lobal Silver橋式三坐標測量機（機器型號）。以下為測量方法：啟動測量機主機，在機床系統(tǒng)自檢完畢后給控制系統(tǒng)上電，啟動測量系統(tǒng)，進入正常待測工作狀態(tài)。測量前工件需要適當?shù)剡M行安放在測量機床的工作臺上，為便于測量相關的形位特征，因此盡量將需要測量的特征擺放為開放型的。由于本研究中的零件沒有現(xiàn)成的CAD模型，評價中僅需要特征的相對位置精度，因此測量重點是如何精確地得到相應特征的測量值。最終采取的測量策略是手動采特征點，最后在將機床轉換為自動模式，將所有手動所采的特征點進行自動測量，對手動采點路徑進行精確修正。

根據(jù)本研究的目的，需要對零件上表面相對于切割的內(nèi)孔安裝圓柱軸線的垂直度進行評價。將不同夾持方式下加工后的零件分別進行測量，將相應的測量參數(shù)輸入后，選取上述2個特征，通過測頭在已經(jīng)加工出的輪轂的內(nèi)表面的圓柱面和零件的端面采點生成垂直度評價指標，即可得到本研究所需的測量結果[9]。

6 測量結果及分析

圖6為采取萬力夾具的加工結果圖。從圖中可以看出，用普通夾具加工時，盡管每次加工夾緊零件時候都需要校核平口鉗的上端面與圓柱面的上端面重合，但由于平口鉗在夾持工件時候，夾持面積不大，無法保證是兩個面與圓柱體的端面接觸，在零件自重和高壓噴水的作用下會發(fā)生偏移，造成切割加工后零件的表面和切割內(nèi)孔的中心軸線的垂直度誤差較大，達到0.24，超差0.174，所以該夾持方式盡管在加工前用其它手段對表面和絲架的垂直度進行了校正，但仍有較大的加工誤差，只適合加工一些輕型的微小零件，不適合大型和較重的零件。

圖6采取萬力夾具的加工結果

圖7為采用方案一的加工結果圖。圖7反映了在采取組合夾具方案一的方式加工零件后的檢測情況。在按照要求把每個面仔細裝配在一起，每次加工只要調(diào)節(jié)螺釘改變兩個v形塊之間的距離（或更換更大的V形塊），就可以夾持不同規(guī)格的圓柱體。圖中所示，圓柱孔和表面的垂直度誤差為0.017，未超差，說明該方式較好地控制了加工過程中的形位誤差，也說明采取這種組合夾具的方式不僅調(diào)整方便，而且加工精度也是滿足加工要求的。

圖7采用方案一的加工結果

圖8為采用方案二的加工結果圖。圖8中的測量結果較圖6中的結果，誤差稍小一些，但也超差了0.016，這是由于該方案中，夾具的組裝過程中對裝配精度的要求要高于方案一，造成了裝配后的組合夾具體的安裝面和工作面的位置精度下降。由此可看出，組合夾具的應用中，應重視裝配精度以減小由此帶來的定位誤差[8]。

圖8采用方案二的加工結果

7 結束語

通過對組合夾具代替專用夾具應用到線切割機床上的研究，探索了專用夾具應用到線切割上帶來誤差的原因和解決辦法。通過本研究，說明充分利用組合夾具靈活多變的特點與線切割單件小批量的生產(chǎn)特點結合起來，可以提高線切割夾具的定位精度，改善便利性和進一步減少非切削時間，具有較好的實用性和經(jīng)濟性[10]。

[1]杜夏威，郭 宏，閆建圖，等.基于尺寸路徑圖的組合夾具裝配方法研究[J].組合機床與自動化加工技術，2014，(11):143-146.

[2]許愛玲.機床夾具設計方法探討[J].裝備制造技術，2008，(8):60-61.

[3]牛文志.機床夾具設計的幾點注意事項[J].金屬加工(冷加工).2010，(14):40-41.

[4]吳 兵，李 屹.機械創(chuàng)新實踐基礎能力訓練指導書[M].貴陽:貴州大學出版社，2013.

[5]朱耀祥.組合夾具[M].北京:機械工業(yè)出版社，1987.

[6]王 越.現(xiàn)代機械制造裝備[M].北京:清華大學出版社，2009.

[7]魏 崢，王一惠,宋曉明，等.Solid Works2008[M].北京:清華大學出版社，2008.

[8]廖念釗，古瑩菴，莫雨松，等.互換性與技術測量[M].北京:中國質(zhì)檢出版社，2012.

[9]?？怂箍禍y量技術（青島）有限公司.實用坐標測量技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[10]宋傳玉.工件在組合夾具中的定位誤差分析[J].石油機械，2005，(1):34-36.