數(shù)控加工氣缸體組件夾具設(shè)計(jì)

摘 要：文章通過(guò)對(duì)摩托車氣缸體組件零件的工藝設(shè)計(jì)方面的分析和設(shè)計(jì)，及加工中心工序的加工所需的夾具進(jìn)行詳細(xì)分析論述及設(shè)計(jì)。該液壓夾具操作簡(jiǎn)便，可同時(shí)加工零件三個(gè)面，避免多次裝夾，提高了加工精度，降低

前言

在機(jī)械制造業(yè)、金屬切削批量生產(chǎn)中，數(shù)控加工中心夾具的主要作用是保證加工精度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，擴(kuò)大機(jī)床加工范圍，保證生產(chǎn)安全，降低對(duì)工人的技術(shù)要求和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，機(jī)械工裝夾具的設(shè)計(jì)制造在機(jī)械制造業(yè)中起到舉足輕重的地位。

文章介紹了氣缸體組件加工中心第四軸夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程。對(duì)零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，制定了零件的加工工藝內(nèi)容。選擇了四軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和設(shè)備，確定了定位基準(zhǔn)與夾緊方案，對(duì)零件的加工工藝方案進(jìn)行了具體的分析。使用了三維軟件繪制零件圖，夾具設(shè)計(jì)圖，夾具零件圖，制作第四軸夾具，并投入生產(chǎn)。

1 氣缸體組件工藝分析

氣缸體組件為整體式氣缸體，其廣泛應(yīng)用于摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)。氣缸體毛坯為鑄件，中心為鑄鐵缸體，外面包裹鑄鋁結(jié)構(gòu)，中間的氣缸加工精度要求高，兩端面上的孔數(shù)量較多，位置精度要求高，側(cè)面的孔需要進(jìn)行加工，精度要求較高。主要特點(diǎn)：（1）閥體外形輪廓結(jié)構(gòu)復(fù)雜，散熱片分布較多；（2）氣缸體組件屬空腔體薄壁零件，零件剛性較差，因此工裝夾具設(shè)計(jì)必須避免零件夾壓后變形，使裝夾受力點(diǎn)盡量避免放在零件加工孔上方以及易產(chǎn)生變形的部位。夾緊過(guò)程中，不能破壞工件在定位時(shí)所處的正確位置，保證工件在整個(gè)加工過(guò)程中位置穩(wěn)定不變，夾緊可靠牢固，振動(dòng)小，不超出允許變形，合理布置夾壓后，要防止裝夾加工過(guò)程中發(fā)生震顫和干涉，并保證氣缸體受力均勻分布。

2 夾具總體設(shè)計(jì)

2.1 氣缸體主要加工方法

根據(jù)加工工藝要求，裝配工藝設(shè)計(jì)與加工質(zhì)量、效率要求，依據(jù)基準(zhǔn)先行、先面后孔、先粗后精的原則，先加工主要表面，后加工次要表面，制定零件主要表面加工方法

2.2 定位、加緊方案的選擇

通過(guò)分析CG125氣缸體組件結(jié)構(gòu)特征，在加工中心加工前一工序，為了加工氣缸體底面，選擇氣缸體毛坯的中心大孔作為粗基準(zhǔn)，把兩端面面進(jìn)行加工，這樣加工過(guò)的平面可作為加工中心工序的精基準(zhǔn)，遵循互為基準(zhǔn)、基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。

對(duì)于夾緊方案分析，為了保證定位基準(zhǔn)位置準(zhǔn)確，采用已加工的面進(jìn)行平面定位，均勻分布三個(gè)圓頭支撐釘，保證接觸點(diǎn)位置相對(duì)穩(wěn)定，并且使支撐釘距離盡可能大，以防止加工過(guò)程中發(fā)生顫動(dòng)，產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。這樣就把氣缸體Z軸移動(dòng)自由度和X、Y軸兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)自由度限制住。同時(shí)，利用氣缸體中心鑄鐵缸體的圓柱外形放入夾具墊板圓孔中進(jìn)行定位，把氣缸體X、Y軸兩個(gè)方向的移動(dòng)自由度限制。最后，利用彈性六棱錐銷與氣缸體上已加工的工藝定位孔進(jìn)行配合，把Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度限制。通過(guò)上述定位方式，氣缸體組件在夾具上有唯一的位置，而且六個(gè)自由度被完全限制，滿足了夾具設(shè)計(jì)要求。中心鑄鐵缸體的定位和彈性六棱錐銷的使用，不僅可以保證氣缸體組件位置正確，還能防止工人錯(cuò)誤的安裝工件，起到防誤、防呆的作用。

對(duì)于夾緊方案分析，氣缸體周邊滿布鋁合金扇熱片，而且扇熱片為不規(guī)則形狀，受力不均衡，所以上下兩端面進(jìn)行壓緊較合理。同時(shí)，根據(jù)夾具的設(shè)計(jì)原則，下端面為支撐平面，產(chǎn)品的夾緊受力方向在設(shè)置在上端面，下端面圓頭支撐釘均勻受力，減少工件的變形。根據(jù)機(jī)床工作臺(tái)的大小，確定在一套夾具上同時(shí)裝夾兩個(gè)工件，使夾具結(jié)構(gòu)更緊密，在加工過(guò)程中節(jié)省換刀時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。通過(guò)對(duì)工件在加工工程中的受力分析，壓緊力須大于刀具對(duì)產(chǎn)品的作用力，確定選用使用廣泛的液壓油缸進(jìn)行壓緊。由于氣缸體組件是從夾具的上方插入夾具進(jìn)行定位，如果采用普通液壓油缸中間的壓塊會(huì)影響到工件的裝夾，采用液壓轉(zhuǎn)角缸更合理，轉(zhuǎn)角缸在松開過(guò)程中，中心活塞先上升一小段距離，然后在上升過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)90°，避免裝夾工件時(shí)造成干涉。基于以上分析，確定選用NHS-50X90°液壓轉(zhuǎn)角缸加活動(dòng)壓緊塊方式對(duì)工件進(jìn)行壓緊。

CNC加工中心第四軸就是指的是加工中心數(shù)控分度頭，數(shù)控分度頭我們通常稱之為第四軸，它的出現(xiàn)大大的提高了加工中心的加工效率，減少了成本，很多形狀復(fù)雜的產(chǎn)品在加工的時(shí)候都需要用到數(shù)控分度頭，因?yàn)樗梢酝瓿扇S機(jī)床不能一次性加工完成的任務(wù)，它通過(guò)旋轉(zhuǎn)可以使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)多面的加工，大大提高了加工效率，減少了裝夾次數(shù)。

CNC加工中心添加第四軸的好處：可以使刀具加工的平面更為廣泛，并且可以減少工件的反復(fù)裝夾，提高工件的整體加工精度，利于簡(jiǎn)化工藝，提高生產(chǎn)效率?？s短生產(chǎn)時(shí)間，所以本產(chǎn)品的夾具設(shè)計(jì)方案用到配第四軸轉(zhuǎn)臺(tái)的加工中心，三軸即XYZ三個(gè)直線移動(dòng)坐標(biāo)，第四軸為X軸方向上的一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，可以使刀具與工件之間產(chǎn)生角度偏移，即刀軸與工件表面法線成一個(gè)角度。一可以擴(kuò)大加工的范圍，二可以使切削條件更佳。

基于以上論述，上文涉及到的三道工序加工方案均選擇擺在第四軸轉(zhuǎn)臺(tái)橋板上，一次裝夾兩個(gè)工件，同時(shí)加工三個(gè)平面，提高加工效率。該液壓夾具設(shè)計(jì)既保證了加工零件的位置穩(wěn)定可靠，又避免夾緊過(guò)程中產(chǎn)生不允許的零件變形，操作簡(jiǎn)便，工件更換容易，適合批量生產(chǎn)。

2.3 夾具三維設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用運(yùn)用三維軟件提供的基于特征實(shí)體的建模功能。通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及異型孔向?qū)У炔僮鱽?lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)零件的三維模型設(shè)計(jì)，并按其形狀和尺寸分別建立參數(shù)化模型庫(kù)。

夾具裝配是夾具產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要工藝過(guò)程。如果裝配不當(dāng)，即使是全部合格的零件，往往也不能形成質(zhì)量、壽命合格的夾具。第四軸夾具裝配的難點(diǎn)，由于第四軸夾具需要在加工中心工作臺(tái)上實(shí)現(xiàn)360°自由旋轉(zhuǎn)，第四軸的旋轉(zhuǎn)中心線相對(duì)X軸必須平衡，防止在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生干涉。而且，本次設(shè)計(jì)的夾具一次同時(shí)裝夾兩個(gè)工件，橋板部分較長(zhǎng)，需要增加尾座進(jìn)行固定與支撐，要求第四軸本體的中心孔與尾座的中心孔在相同的軸心線上?；谝陨戏治觯训谒妮S本體與尾座安裝在夾具底板上，第四軸本體與底板安裝利用鍵槽配合，尾座與底板安裝也利用鍵槽配合，底板上的鍵槽通過(guò)加工中心一次加工完成，保證第四軸本體中心線與尾座中心線重合，滿足設(shè)計(jì)要求。第四軸液壓轉(zhuǎn)臺(tái)配合安裝在加工中心上，通過(guò)第四軸控制，使回轉(zhuǎn)臺(tái)主軸剎緊和松開，松開后橋板完成任意角度回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)分度運(yùn)動(dòng)，分度完成后剎緊主軸，實(shí)現(xiàn)高精度分度工作。

2.4 夾具制作與投入使用

夾具三維模型不能將所有的設(shè)計(jì)參數(shù)表達(dá)清楚，車間制作夾具需要為三維夾具上每一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)零件繪制工程圖。根據(jù)國(guó)家或具體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)零件工程圖進(jìn)行注解，如形位公差、表面粗糙度、基準(zhǔn)特征、零件序號(hào)等；也可根據(jù)具體加工要求，對(duì)零件進(jìn)行注釋或標(biāo)記，將工程圖表達(dá)清楚?？傃b配體中，對(duì)零件尺寸公差、垂直度、圓軸度及技術(shù)要求等做了詳細(xì)標(biāo)記。繪制好的工程圖下發(fā)到車間進(jìn)行制作，裝配完成并投入使用。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷復(fù)雜化、產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高，生產(chǎn)效率要求不斷提高的前提下，一些傳統(tǒng)的加工方法，已無(wú)法滿足生產(chǎn)的需要。在數(shù)控技術(shù)發(fā)展和普及的今天，采用加工中心，并配以第四軸工裝夾具進(jìn)行生產(chǎn)，從根本上改變了傳統(tǒng)的加工工藝方法，必將得到更廣泛的應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：譚許彬（1984-），男，漢族，廣東江門人，大專學(xué)歷，職稱：助理工程師職稱，主要研究方向：數(shù)控技術(shù)應(yīng)用，身份證號(hào)：440782198404132116。