薄壁筒件三爪式內(nèi)撐車(chē)削工裝

■ 麥克奧迪（廈門(mén)）電氣股份有限公司 （福建 361101） 余廣強(qiáng)

1. 產(chǎn)品特點(diǎn)

我司產(chǎn)品為復(fù)合纖維材料制成的絕緣筒件。產(chǎn)品內(nèi)孔使用心軸模具成型后，利用脫模機(jī)脫出，故內(nèi)孔已達(dá)到使用要求，無(wú)需再加工，并可以作為后續(xù)車(chē)削加工的加工基準(zhǔn)，但裝夾過(guò)程要求不得損傷內(nèi)孔。長(zhǎng)度按圖樣尺寸并預(yù)留加工余量后由鋸床鋸出。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是壁薄、直徑較大且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，加工要求高，內(nèi)外圓不但有同軸度要求，而且兩端面還有垂直度及平行度的要求。同時(shí)由于產(chǎn)品的材料特性，內(nèi)孔有輕微變形，圓度有0.05mm左右的偏差。該產(chǎn)品批量大、內(nèi)徑規(guī)格多，要求效率高，故應(yīng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、方便且實(shí)用的以?xún)?nèi)孔定位的內(nèi)撐車(chē)削工裝，將外圓及端面一次性裝夾完成加工。圖1所示為我司一款產(chǎn)品的尺寸規(guī)格。

2. 三爪式內(nèi)撐車(chē)削工裝的結(jié)構(gòu)及使用原理

如圖2所示，三爪式內(nèi)撐車(chē)削工裝主要是由3組獨(dú)立的三爪組件和1個(gè)輔助頂尖構(gòu)成。每組三爪組件均由三爪、內(nèi)撐支架和尼龍內(nèi)撐塊組成。其中三爪與內(nèi)撐支架焊接連接，尼龍內(nèi)撐塊通過(guò)螺栓固定在內(nèi)撐支架上。

圖 1

圖 21.卡爪 2.內(nèi)撐支架 3.產(chǎn)品4.尼龍內(nèi)撐塊 5.輔助頂尖

依據(jù)工裝調(diào)試加工時(shí)的順序，將改制過(guò)的三爪式內(nèi)撐工裝按順序逐一安裝在數(shù)控車(chē)床的卡盤(pán)上，無(wú)需再進(jìn)行任何校正，直接套上產(chǎn)品，這時(shí)產(chǎn)品長(zhǎng)度方向的定位可以使用一長(zhǎng)度樣塊，放置于卡盤(pán)端面與產(chǎn)品左端面之間即可完成定位。接著使用適當(dāng)?shù)膴A緊力將產(chǎn)品外撐，尾端再安裝輔助頂尖，一是可以起輔助支撐作用，二是方便產(chǎn)品裝夾（無(wú)需移動(dòng)車(chē)床尾座）。該輔助頂尖的尾端有中心孔，使用機(jī)床的尾座頂尖定心固定，整個(gè)工裝形成“一夾一頂”的裝夾方式?？ūP(pán)三爪外撐夾緊需使用扭力扳手，以控制夾緊力，該產(chǎn)品一般設(shè)定20N·m的轉(zhuǎn)矩即可。加工完畢后，只需松開(kāi)車(chē)床尾座頂尖，卸掉輔助頂尖，接著松開(kāi)卡盤(pán)三爪，即可輕易地從工裝尾端取下產(chǎn)品。

3. 三爪式內(nèi)撐車(chē)削工裝的設(shè)計(jì)

圖 3

（1）內(nèi)撐支架的設(shè)計(jì)。如圖3所示，使用與現(xiàn)有車(chē)床卡盤(pán)相匹配的正三爪與內(nèi)撐支架焊接成型為一體，并保證之間整體保持基本的居中垂直。內(nèi)撐支架的大平面需保證平整，且均勻排布有螺釘安裝孔，用來(lái)固定尼龍支撐塊。支架尾端設(shè)計(jì)單邊為3°的錐度圓弧，與輔助頂尖一端的外錐面配合，工裝安裝后對(duì)支架起輔助支撐的作用。該圓弧需在車(chē)削工裝整體安裝調(diào)試時(shí)整體加工成型。支架尾端端面設(shè)計(jì)有1個(gè)M6的螺紋工藝孔，也是為了安裝調(diào)試工裝時(shí)使用。內(nèi)撐支架整體應(yīng)保證穩(wěn)固可靠。

（2）尼龍內(nèi)撐塊的設(shè)計(jì)。如圖4所示，使用尼龍作為產(chǎn)品內(nèi)孔的內(nèi)撐塊，一是可以減輕質(zhì)量；二是可以保證與產(chǎn)品接觸時(shí)不損傷產(chǎn)品內(nèi)孔；三是尼龍材料易切削，易于后期調(diào)整，更換也方便。在保證內(nèi)撐支架剛性的情況下，尼龍支撐塊的厚度H應(yīng)盡量厚，這樣可以確保尼龍不易變形，進(jìn)而確保工裝穩(wěn)定耐用。3組三爪組之間的尼龍內(nèi)撐塊間隔距離S應(yīng)盡量小，即空間允許的情況下，尼龍內(nèi)撐塊的寬度B應(yīng)盡量大，以確保尼龍內(nèi)撐塊與產(chǎn)品內(nèi)孔的貼合度更佳，使內(nèi)撐力均勻分布，即可消除產(chǎn)品自身的微量變形，確保了產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

圖 4

（3）輔助頂尖的設(shè)計(jì)。如圖5所示，工裝右端的輔助頂尖5的設(shè)計(jì)，除應(yīng)考慮刀具及刀架的作用范圍外，還應(yīng)考慮在不移動(dòng)或不長(zhǎng)距離移動(dòng)尾座的情況下，能輕松將產(chǎn)品安裝或取出。這樣即可確定出輔助頂尖的長(zhǎng)度。

輔助頂尖左端的外錐面與內(nèi)撐支架右端的內(nèi)錐面，使用6°～8°的錐度，內(nèi)外錐面配合，配合長(zhǎng)度L與錐面大徑D符合關(guān)系：L/D＝1.0～1.5D，以確保其配合穩(wěn)固。輔助頂尖5的軸心應(yīng)在不影響剛度的情況下，加工減重孔作減重處理。

圖 5

輔助頂尖左端的外錐面與尾端的中心孔之間的同軸度應(yīng)控制在0.02mm范圍內(nèi)，該精度的控制直接影響到整個(gè)夾具體在設(shè)備上的精度，需要嚴(yán)格控制。

材料選用45鋼，熱處理至40～45HRC。

4. 三爪式內(nèi)撐車(chē)削工裝的安裝調(diào)試

三爪式內(nèi)撐車(chē)削工裝的安裝調(diào)試至關(guān)重要，需嚴(yán)格按以下步驟進(jìn)行：

（1）按順序并做好標(biāo)示，將專(zhuān)用內(nèi)撐三爪工裝安裝在車(chē)床的三爪自定心卡盤(pán)上。

（2）三爪自定心卡盤(pán)端夾持直徑30mm圓棒，尾端使用三腳卡箍固定，如圖6所示。加工尼龍內(nèi)撐塊上的鋼箍位以及最大外徑，外徑的加工在該步驟還是粗加工，故需留3～5mm的余量，后續(xù)的步驟還要對(duì)它進(jìn)行精加工。

圖 6

圖 7

（3）如圖7所示，卸掉直徑30mm圓棒和三腳卡箍，尼龍內(nèi)撐塊尾端套上鋼箍，鋼箍外徑比尼龍內(nèi)孔塊外徑略小1～2mm，這樣車(chē)削尼龍時(shí)不會(huì)干涉。同時(shí)使用扭力扳手反撐三爪工裝。這里需要注意的是，轉(zhuǎn)矩設(shè)定20 N·m左右，是綜合考慮切削力、產(chǎn)品變形量等因素后得到的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，后期加工產(chǎn)品時(shí)，需使用相同的轉(zhuǎn)矩來(lái)裝夾產(chǎn)品，方可保證產(chǎn)品的安裝精度。

（4）車(chē)削加工工裝尾端的錐孔（處于三瓣內(nèi)撐支架上），并與輔助頂尖實(shí)配。

（5）輔助頂尖插入工裝尾端錐孔，車(chē)床尾座回轉(zhuǎn)頂尖同時(shí)頂上輔助頂尖的中心孔，形成“一夾一頂”的裝夾形式，如圖8所示。

圖 8

（6）精車(chē)工裝的尼龍內(nèi)撐塊的外圓，外徑應(yīng)略大于產(chǎn)品的實(shí)測(cè)內(nèi)孔尺寸，可以略大0.05mm左右，以適應(yīng)筒件的輕微變形，可以讓工裝的尼龍更好地與產(chǎn)品內(nèi)孔表面貼合。

（7）后期若尼龍有輕微變形需調(diào)整的，用上述方法重新修整后即可再次使用。

5. 結(jié)語(yǔ)

三爪式內(nèi)撐車(chē)削工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)撐支架焊接后，其他工序基本可以在車(chē)床上安裝調(diào)試完成，制作容易。其中輔助頂尖幾乎可以與其他規(guī)格的產(chǎn)品工裝共用，鋼箍及三腳卡箍可以與相近規(guī)格的工裝共用，故整個(gè)工裝制作成本低?，F(xiàn)該工裝已經(jīng)在我司廣泛使用，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定。

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[2] 王波．薄壁零件內(nèi)脹式夾具[J]．機(jī)械工程師，2016（9）：264-265．

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