球面管接頭零件快換工裝設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王發(fā)光 范海波 張開 楊引鋒

摘? ?要： 在使用專用工裝加工球面管接頭零件的螺紋及密封錐面時(shí)，一個(gè)零件對(duì)應(yīng)一個(gè)專用工裝。工裝不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且相互之間無互換性，造成資源浪費(fèi)。為球面管接頭零件設(shè)計(jì)一種快換工裝，由夾具本體、芯軸和安裝樣板三部分組成。夾具本體為通用工裝，加工時(shí)對(duì)不同的結(jié)構(gòu)尺寸和定位尺寸采用不同的芯軸，并通過安裝樣板進(jìn)行找正。對(duì)300余個(gè)零件的結(jié)構(gòu)尺寸和定位尺寸進(jìn)行分組，僅需8個(gè)夾具本體即可替代原有的300余個(gè)專用工裝?？鞊Q工裝拆卸方便、定位準(zhǔn)確，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)大大提高了加工效率。

關(guān)鍵詞： 球面管接頭;通用工裝;快換工裝;互換性;夾具本體;芯軸

中圖分類號(hào)：TH162;TG751? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2095-8412 （2020） 06-035-05

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.06.006

引言

管接頭零件是使管路之間相接或使管路與液壓元件相接的零件，是在流體通路中方便管路裝拆的連接件的總稱[1]。管接頭零件是最基礎(chǔ)的液壓輔件之一，在航空動(dòng)力系統(tǒng)中得到了重視。在航空動(dòng)力系統(tǒng)中，航空液壓管接頭連接了管路與泵、閥、缸等液壓組件，組成了飛機(jī)液壓系統(tǒng)，對(duì)確保油、水、氣在航空動(dòng)力系統(tǒng)中的可靠循環(huán)起到了至關(guān)重要的作用[2]。

管接頭零件規(guī)格品種繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。較傳艷等設(shè)計(jì)的彎管接頭工裝[3]、魏林設(shè)計(jì)的Y型接頭工裝[4]、王澤亮等[5]設(shè)計(jì)的錐面工裝、吳麗宏[6]設(shè)計(jì)的內(nèi)螺紋工裝，都是針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的管接頭設(shè)計(jì)的專用工裝。然而，目前面向球面管接頭（圖1）零件結(jié)構(gòu)實(shí)施工裝設(shè)計(jì)的研究較少，這是因?yàn)閷?duì)于該類管接頭的裝夾加工，必須針對(duì)不同結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)不同專用工裝，難以實(shí)現(xiàn)互換性，且大量工裝存在，造成了人力、物力、財(cái)力的大量浪費(fèi)。

本文首先對(duì)傳統(tǒng)工裝模式及其存在的問題進(jìn)行分析;然后為球面管接頭零件設(shè)計(jì)一種通用快換工裝;最后給出加工實(shí)例，驗(yàn)證工裝設(shè)計(jì)的可行性。

1? 傳統(tǒng)工裝模式及其存在的問題

1.1? 傳統(tǒng)工裝結(jié)構(gòu)及加工方法

在車削螺紋及密封錐面時(shí)，傳統(tǒng)工裝結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由裝夾體（1）、連接體（2）、支板（3）、定位軸（4）、壓板（5）、壓塊（6）構(gòu)成。加工時(shí)，將裝夾體柄部裝夾在機(jī)床主軸上，找正支板外圓后將零件安裝在定位軸上。用安裝樣板（圖3）裝正零件，壓板通過壓塊壓緊零件后，將安裝樣板拆除，進(jìn)而對(duì)零件進(jìn)行加工。

1.2? 傳統(tǒng)加工存在的問題

目前采用的工裝通常為專用工裝，存在以下問題：

（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易加工;

（2）工裝與加工零件一一對(duì)應(yīng)，難以實(shí)現(xiàn)互換性，造成大量專用工裝的存在，給保存、定期檢修造成了人力、財(cái)力、物力的大量浪費(fèi);

（3）對(duì)于新品零件，工裝設(shè)計(jì)及制造周期長(zhǎng)，嚴(yán)重影響著零件產(chǎn)品的按期交付。

2? 快換工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)球面管接頭零件進(jìn)行分組，綜合考慮每組零件的螺紋及密封錐面車削工序，在加工組內(nèi)不同型號(hào)零件時(shí)，只需更換或調(diào)整夾具的某些部件。

快換工裝主要由夾具本體、芯軸和安裝樣板三部分組成。對(duì)于同一組的各加工對(duì)象而言，夾具本體部分是完全相同的，而芯軸和安裝樣板是不同的，需要更換或調(diào)整某些定位或?qū)蛟?，以適應(yīng)組內(nèi)不同零件的加工要求。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮組內(nèi)各零件的形狀和尺寸，合理設(shè)計(jì)通用的基礎(chǔ)件，正確選擇和確定定位基準(zhǔn)、定位元件、夾緊方式等[7]。

2.1? 影響因素分析

球面管接頭零件結(jié)構(gòu)如圖4所示。根據(jù)零件形狀及尺寸差異，對(duì)工裝設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響的有定位尺寸及結(jié)構(gòu)尺寸。選擇定位基準(zhǔn)時(shí)要依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則[8]，充分考慮工件的加工精度和裝夾。

定位尺寸通過與工裝定位元素的相應(yīng)定位工作面實(shí)施接觸、配對(duì)或?qū)?zhǔn)來保證定位的正確性[9-11]。結(jié)構(gòu)尺寸是使零件裝夾時(shí)不會(huì)產(chǎn)生干涉或影響尺寸。對(duì)于球面管接頭零件的裝夾，主要參數(shù)有：

D零和H定位是定位尺寸。只要實(shí)現(xiàn)定位尺寸影響因素的快換，便能實(shí)現(xiàn)同組別內(nèi)的工裝快換。其中，

D零—保證與定位芯軸安裝一致性的變量;

H定位—保證車削時(shí)零件中心與工裝中心、車床主軸中心重合的變量。

H零和L零是結(jié)構(gòu)尺寸，是影響工裝整體規(guī)格的因素。其中，

H零—確定快換工裝夾具本體的規(guī)格的變量;

L零—避免非加工面與工裝產(chǎn)生干涉的變量。

2.2? 各結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.2.1? 夾具本體

夾具本體如圖5所示，該部分為球面管接頭零件加工時(shí)的通用工裝，采用45A材料，熱處理硬度HRC35～40，Φ外圓為找正帶，倒角C1用于防止與芯軸干涉，端面槽用于在零件定向時(shí)安裝樣板，尺寸L夾使裝夾時(shí)滿足定位孔中心到非加工面的各個(gè)尺寸之間不干涉。

2.2.2? 芯軸

芯軸為工裝的關(guān)鍵部分，示意圖如圖6所示。芯軸需要反復(fù)安裝與拆卸，要求硬度高、耐磨損，所以選用T8A碳素工具鋼，熱處理硬度HRC55～60。芯軸與夾具本體及零件相鄰處清根，保證安裝時(shí)不干涉。

芯軸與夾具本體、零件相關(guān)尺寸選擇原則如下：

（1）d=D，即芯軸d與夾具本體尺寸名義值D相同;

（2）H芯=H本-H定位，保證零件中心與夾具中心重合;

（3）K芯

（4）D銷孔與夾具本體中配做，尺寸及公差相同;

（5）配鉆時(shí)保證芯軸與夾具本體槽的端面平行;

（6）芯軸d零與零件尺寸名義值D零相同。

在以上原則中，H本、D銷孔、D、d、K本、K芯為定值。

2.2.3? 安裝樣板

安裝樣板作為找正工具，在零件緊固前通過V型原理對(duì)零件找正，然后進(jìn)行緊固。緊固后將安裝樣板取下，對(duì)零件進(jìn)行加工。

2.3? 工裝的使用

工裝示意圖如圖7所示。在加工球面管接頭零件（5）的錐面及螺紋時(shí)，將夾具本體（1）裝夾外圓置于機(jī)床軟爪上，找正Φ外圓（找正帶）跳動(dòng)不大于0.01 mm，然后將芯軸（6）安裝在夾具本體上，通過銷軸（7）固定，從而起到定向作用。銷軸上端面低于芯軸上端面，銷軸下端面低于夾具本體下端面，以防止裝夾干涉。用螺母（3）從下端面將芯軸固定在夾具本體上。將零件安裝在芯軸上，夾具本體中端面槽配合安裝樣板來確定零件的裝夾定向，從而確保安裝樣板對(duì)零件的定向。然后，在零件上端墊銅墊片（4），以防壓傷零件，用螺母從上端面固定零件。零件安裝定位后，拆除安裝樣板。最后配做配重（2），根據(jù)零件架構(gòu)及材料比重差異，配重可選用鋁、銅、鋼、鈦合金等不同材料，以保證平衡。至此，裝夾定位完成，可以對(duì)零件進(jìn)行加工。

對(duì)于不同零件，加工檢驗(yàn)合格后，對(duì)芯軸和配重進(jìn)行配對(duì)編號(hào)，從而便于同類零件后續(xù)加工時(shí)直接使用。

3? 加工實(shí)例

以中國(guó)航發(fā)西安動(dòng)力控制科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“我公司”）加工的球面管接頭為例，對(duì)300余個(gè)零件的結(jié)構(gòu)尺寸H零和定位尺寸L零進(jìn)行分組，如表1所示。

由于H零和L零尺寸區(qū)間差異大，所以加工時(shí)單一夾具本體無法滿足現(xiàn)場(chǎng)加工的需要。所以針對(duì)尺寸差異，我公司將夾具本體分為8組，每次加工時(shí)根據(jù)表1中尺寸選擇不同夾具本體，用于加工對(duì)應(yīng)組別零件。同一夾具本體針對(duì)不同零件制作專用芯軸，同一組別芯軸尺寸d相同，d零與H芯不同。

由于零件與先前的專用工裝一一對(duì)應(yīng)，所以目前有300余套專用工裝。經(jīng)過分組與現(xiàn)場(chǎng)加工驗(yàn)證，現(xiàn)有的8個(gè)夾具本體能夠替代先前的300余套專用工裝。只需更換芯軸，便能滿足現(xiàn)場(chǎng)加工的需要。

4? 結(jié)束語(yǔ)

本文為球面管接頭零件設(shè)計(jì)了快換工裝，通過對(duì)芯軸的更換，實(shí)現(xiàn)了球面管接頭零件的快換加工，其拆卸方便、定位準(zhǔn)確克服了以往工裝裝夾不方便、難以互換的缺陷。

目前我公司已對(duì)多批零件進(jìn)行了加工驗(yàn)證，經(jīng)過對(duì)產(chǎn)品的加工質(zhì)量檢驗(yàn)，完全符合要求，且大大提高了加工效率。

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作者簡(jiǎn)介：

王發(fā)光（1985—），通信作者，男，碩士，工程師。主要研究方向：機(jī)械制造。

E-mail： fgwang0216@163.com

（收稿日期：2020-08-12）