汽車起重機(jī)固定體夾具設(shè)計(jì)和加工工藝的討論與分析

彭宇　彭樹和

摘 要：根據(jù)公司發(fā)展要求，固定體徑向孔改用數(shù)控鏜床加工，為了保證數(shù)控鏜床能順利投產(chǎn)，為公司各型號(hào)固定體設(shè)計(jì)加工專用夾具，并結(jié)合原有加工經(jīng)驗(yàn)，編寫加工作業(yè)指導(dǎo)書。

關(guān)鍵詞：數(shù)控鏜床；固定體加工；工裝

本文以20噸汽車起重機(jī)固定體為例，主要分析討論的內(nèi)容是徑向孔的加工，以及工裝夾具的設(shè)計(jì)。

本次加工是在零件經(jīng)過(guò)焊接、退火、粗車、精車、劃線、鉆鉸定位孔后再對(duì)零件進(jìn)行加工，加工機(jī)床選用數(shù)控鏜銑床。

由于這次零件加工改用數(shù)控機(jī)床加工，所以準(zhǔn)確可靠的定位、夾緊就顯得比較重要。因此根據(jù)以往的加工經(jīng)驗(yàn)重新設(shè)計(jì)了加工工裝（如圖1），并重新編寫了加工作業(yè)指導(dǎo)書。

1夾具的設(shè)計(jì)分析

數(shù)控加工機(jī)床通過(guò)夾具準(zhǔn)確、可靠的定位和夾緊，可以減輕或取消劃線的工作，減小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度；以機(jī)械裝置代替了手工裝配零件的定位、夾緊及工件翻轉(zhuǎn)等繁重工作，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

這次加工的零件外廓形狀為圓柱體而且高度尺寸比較大，又因?yàn)榧庸っ鏋榍?，所以這次選用的定位和夾緊位置以零件的上下平面為主。

這次改用數(shù)控機(jī)床加工零件，為了保證每次零件加工時(shí)零件位置不發(fā)生變化，所以?shī)A具在工作臺(tái)上的安裝位置就要有保證，以免由于夾具位置不準(zhǔn)確使加工零件時(shí)出現(xiàn)誤差。

夾具主要由三個(gè)部分組成：

（1）過(guò)渡盤：安裝夾具時(shí)連接定位盤和工作臺(tái)，保證夾具每次安裝時(shí)的位置準(zhǔn)確可靠。

（2）定位盤：加工零件時(shí)定位零件，限制零件六個(gè)自由度，可以抵消加工時(shí)產(chǎn)生的部分切削力。

（3）壓板：加工零件時(shí)壓緊零件，與定位盤產(chǎn)生夾緊力，使零件在加工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)滑移現(xiàn)象。

夾具是依靠定位盤底面、立面、削邊銷和壓板限制零件的六個(gè)自由度。定位盤與零件188mm外圓、定位孔與削邊銷配合均為間隙配合，配合為H9/f9和H8/h7，分別限制水平方向的移動(dòng)自由度和水平方向的旋轉(zhuǎn)自由度；零件底面與定位盤接觸限制三個(gè)自由度。

零件安裝在夾具中時(shí)會(huì)產(chǎn)生定位誤差，零件加工時(shí)要保證孔的位置精度，圖紙中沒(méi)有標(biāo)注，所以選擇自由公差，取m級(jí)其值為±0.5，水平方向用零件與夾具的配合尺寸可以滿足要求，豎直方向?qū)儆诿媾c面接觸，車床車端面的平面度誤差在0.05，劃線位置誤差在0.2，相加后滿足零件相對(duì)尺寸或位置公差的1/3-1/5。

由于中心回轉(zhuǎn)接頭徑向孔的位置尺寸要求不是很高，所以在加工時(shí)尺寸可以有所放寬。

按零件圖紙要求加工零件時(shí)需要在下方圓面上銑兩個(gè)端面，所以根據(jù)圖紙標(biāo)注的平面位置和大小用銑床將定位盤圓槽銑除像個(gè)缺口，切除的尺寸不超過(guò)圓槽的一半，所以不影響定位。

1.1夾具的定位和安裝

數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)T型槽開(kāi)口寬度是18mm，選用M16的螺栓與螺母將固定盤固定在工作臺(tái)上，過(guò)渡盤下面有一個(gè)圓形凸臺(tái)與工作臺(tái)中心圓孔配合定位；保證過(guò)渡盤在工作臺(tái)的中心位置，定位盤與過(guò)渡盤的安裝也是這個(gè)方法，保證定位盤也在工作臺(tái)中心位置，用圓形凸臺(tái)定位，用螺絲擰緊；將M27×650螺柱穿過(guò)定位盤；削邊銷和插入定位盤。

零件安裝時(shí)定位盤立面比較低，所以將削邊銷和螺柱穿過(guò)定位盤也比較容易，因?yàn)楣潭w周圍全有孔需要加工，所以?shī)A緊螺柱的位置放在零件的中間，加工時(shí)不與造成刀具干涉，也方便操作者觀察零件的加工情況。

這個(gè)夾具主要的易損零件，削邊銷是標(biāo)準(zhǔn)件，可以隨時(shí)更換，而且位置在定位盤表面，方便更換；其他零件基本都是自主生產(chǎn)，而且沒(méi)有復(fù)雜曲面，方便生產(chǎn)、維修、和更換。

1.2零件的安裝

安裝零件時(shí)，從上面吊入，使螺柱穿過(guò)零件中間通孔，下降時(shí)保證直徑188外圓裝入定位盤，并且使定位削插入定位孔。每加工一個(gè)零件安裝一次，第一次加工零件時(shí)通過(guò)劃線找零點(diǎn)，之后加工的零件安裝裝夾后可直接加工。

1.3工裝夾具的夾緊

選擇夾緊方式：因?yàn)榱慵腔剞D(zhuǎn)件，側(cè)面的圓面不方便裝夾，所以只能選擇上平面，或者法蘭盤的平面。選擇上平面可以從零件中間的通心孔穿螺柱；壓緊法蘭盤需要在外側(cè)加裝螺柱。零件加工時(shí)主要是加工側(cè)面的徑向孔，為了保證加工時(shí)刀具不與螺柱干涉，所以選擇壓緊上平面。

夾緊面的確定，夾緊力的方向就確定了，這個(gè)夾具的夾緊力方向和工件的重力方向一致，使零件在自身重力的作用下，保持定位位置不變，然后再以方向相同的夾緊力夾緊零件，這樣夾緊力可以省掉克服重力，使夾緊力不至過(guò)大而在夾緊零件時(shí)使零件變形，從而影響加工精度。

壓緊力方向與孔的加工方向相互垂直，需要的夾緊力就比較大，而且零件高度比較高，導(dǎo)致中間夾緊螺柱過(guò)長(zhǎng)，在夾緊時(shí)有可能強(qiáng)度不夠，不能承受壓板壓緊時(shí)帶來(lái)的拉力和鉆孔時(shí)產(chǎn)生的軸向力，所以要計(jì)算軸向力驗(yàn)證螺柱。

根據(jù)《金屬切削手冊(cè)》中切削力部分中計(jì)算得出鉆直徑為30mm（加工的最大孔）的孔的總切削力：

鉆頭進(jìn)給量s=0.22毫米/鉆

切削厚度a=s×sin59°=0.19mm

金屬切削率Zw=πnsD2/4=25646mm3/min

單位切削功率（查表）Ns=4×10-5kw/mm3/min

總切削功率=Ns×Zw=1.02kw/min

總切削力=總切削功率/切削速度

切削速度=πDn/1000=15.5m/min

總切削力=394.8公斤力

鉆孔時(shí)產(chǎn)生的軸向力=總切削力÷sin59°=202公斤力

克服這個(gè)公斤力主要靠壓板的壓力和定位盤上里面給的壓力，這兩個(gè)力的合力可以抵消軸向力。

2工藝路線及鉆削分析

擬訂工藝路線的一般原則：用數(shù)控機(jī)床加工零件的優(yōu)點(diǎn)是可以用一把刀具完成多點(diǎn)多方位的加工，節(jié)省人工移動(dòng)工件找位置的時(shí)間，提高效率，而且定位準(zhǔn)確。安排加工順序時(shí)，要保證刀具的走刀行程盡量的短，因?yàn)槭鞘謩?dòng)換刀，所以要保證每把刀具在一次加工中只用到一次，節(jié)省換刀的時(shí)間，由于攻螺紋的絲錐均需要快換夾頭，所以螺紋孔都選擇在最后加工。

這次加工的方式以鉆削為主，鉆孔時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

（1）鉆孔引向斷面時(shí)，不可用力太大，防止斷鉆頭和偏孔。

（2）直徑大于30的孔要分二刀三次鉆出。

（3）鉆頭將孔鉆穿時(shí)，橫刃不參加切削，阻力小容易破壞鉆頭切削角，要減小進(jìn)刀量。

（4） 鉆深長(zhǎng)孔時(shí)主要的難度是排削困難；刀桿震動(dòng)，造成鉆孔偏差太大位置不準(zhǔn)。

這次加工沒(méi)有深長(zhǎng)孔，但都是通孔，而且都是相交的孔，所以額外注意第三點(diǎn)；所以在加工時(shí)，選擇刀具和制定刀具加工時(shí)的參數(shù)就比較重要。

刀具自身的剛性與動(dòng)平衡性：刀具的剛性時(shí)機(jī)械加工中被重視的主要問(wèn)題之一，剛性容易引起刀具的震動(dòng)發(fā)生刀具傾斜，影響加工精度，用數(shù)控機(jī)床可以加工精度高的零件，需一次裝夾加工多部位（如鉆、鏜、鉸、攻螺紋、銑削加工聯(lián)合進(jìn)行）的零件。如果刀具不好會(huì)引起刀具的加快磨損，給加工定位帶來(lái)不便，甚至影響刀具及機(jī)床的壽命。

刀具不光要具備良好的硬度和耐磨性、高的強(qiáng)度和韌性等性能外，還應(yīng)該具備更高的可靠性，切削穩(wěn)定，質(zhì)量一致，換刀次數(shù)少，壽命長(zhǎng)，；更高的安裝精度和重復(fù)定位精度，好的互換性和快換性；良好的斷屑、卷屑和排屑性能，確保切屑不纏繞在刀具和零件上，不破壞已加工表面。

刀具和機(jī)床選定后，就要確定鉆孔時(shí)鉆削用量：

（1）切削速度（米/分）=π×鉆頭直徑×主軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)

（2）進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)）=鉆頭每分鐘前進(jìn)距離/主軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)

（3）鉆削深度（毫米）=鉆孔后直徑/2

確定工藝路線和刀具使用參數(shù)后確定作業(yè)指導(dǎo)書（如表1）。

3結(jié)語(yǔ)

以上為20噸汽車起重機(jī)固定體徑向孔加工的討論與分析。隨著公司的發(fā)展，科技的進(jìn)步，未來(lái)的加工方法會(huì)越來(lái)越簡(jiǎn)便，越來(lái)越規(guī)范，逐漸進(jìn)入流水線式的生產(chǎn)模式，既節(jié)省了人力物力，又提高了零件的標(biāo)準(zhǔn)化程度和加工效率而隨之匹配的加工工藝也要提高和創(chuàng)新，這樣才能提高零件的質(zhì)量，獲得更大的效益。

參考文獻(xiàn)：

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[3]嚴(yán)曉光等編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).華中科技大學(xué)出版社.