四通閥體夾具的設(shè)計

陳衛(wèi)東

摘要：本文主要是介紹了如何利用夾具加工四通閥體的加工方法，以及制作四通閥體夾具的技術(shù)要求和加工過程。首先通過對四通閥體的功用和結(jié)構(gòu)進行分析，再根據(jù)零件的技術(shù)要求制定出加工工藝，然后通過傳統(tǒng)加工方法與利用夾具加工方法的比較。實踐表明，在實際生產(chǎn)中，利用夾具加工四通閥體能夠保證加工精度、有效提高工作效率、降低勞動強度，并取得了良好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：四通閥體;車削加工;夾具

0 ?引言

夾具作為一種機械加工中常用的輔助工具，已經(jīng)在實際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，并已經(jīng)逐漸形成了標準化和系列化（如頂尖、平中鉗、心軸、卡盤等等）。根據(jù)生產(chǎn)加工中夾具的使用情況，夾具可分為通用夾具、專用夾具、組合夾具、自動夾具等等。通用夾具（如卡盤、鉆夾頭等）通常應(yīng)用于批量不大或形狀簡單的常規(guī)零件加工中;專用夾具（如偏心套、鉆模等）通常應(yīng)用于批量較大或形狀復(fù)雜的零件加工;組合夾具（如槽系組合夾具和孔系組合夾具）通常應(yīng)用于新產(chǎn)品試制和多品種小批量生產(chǎn)零件加工;自動夾具（如液壓夾具、氣動夾具等）通常應(yīng)用于批量較大的流水線生產(chǎn)中。在常規(guī)生產(chǎn)加工中主要是使用通用夾具，而在大批量生產(chǎn)中多數(shù)會使用針對零件的結(jié)構(gòu)特點而專門設(shè)計的專用夾具。夾具的主要作用有：①提高生產(chǎn)效率;②保證加工精度;③解決工藝難題;④降低對操作工人的技術(shù)要求。因此，夾具大量應(yīng)用在大批量、多工序和復(fù)雜的零件加工中。

1 ?結(jié)果與討論

1.1 零件的工藝分析

四通閥體（如圖1）作為壓縮空氣凈化設(shè)備的主要原產(chǎn)品配件，需求量比較大。四通閥體的結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，四通閥體的四個法蘭接口與錐孔軸線有一定的垂直度要求，以保證法蘭接口與管道的安裝對接符合要求。由于四通閥體的毛坯是采用鑄件形式，余量不均勻，裝夾加工比較困難。四通閥體可采用鏜床，裝夾在工作臺上進行加工。也可以安裝在車床上用四爪卡盤上找正后進行加工。甚至可以用多軸加工中心加工。比較以上三種方法，如果采用鏜削加工生產(chǎn)效率不高;用多軸加工中心加工質(zhì)量較好，但加工成本較高;最好的方法是安裝在車床上用四爪卡盤加工。用傳統(tǒng)的車削加工方法是先對毛坯進行劃線，然后用四爪卡盤在車床上校正后車削加工。加工時采用工序分散的加工方法，先校正加工Φ92級內(nèi)孔及錐孔，然后再逐個校正加工四個法蘭接口。

但采用傳統(tǒng)的車削加工，加工時間比較長，生產(chǎn)效率也比較低。而且經(jīng)過多次裝夾后會產(chǎn)生一定的積累誤差①，形位精度可能得不到保證，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 夾具的設(shè)計思路

基于在四通閥體加工中存在加工時間比較長、工作效率比較低、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證等問題。為了保證加工精度和提高生產(chǎn)率，根據(jù)四通閥體的結(jié)構(gòu)特點，專門設(shè)計制造了四通閥體夾具。從四通閥體的結(jié)構(gòu)可知，四個法蘭面是垂直于Φ92級內(nèi)孔軸線圓周均勻分布，所以夾具設(shè)計主要考慮的是如何保證四個法蘭面的定位精度。從夾具的結(jié)構(gòu)可知：定位板可以限制四通閥體二個自由度（X移動、Y移動），定位銷以限制四通閥體一個自由度（Z轉(zhuǎn)動），下側(cè)板可限制四通閥體三個自由度（X轉(zhuǎn)動、Y轉(zhuǎn)動、Z移動），三條螺桿可限制四通閥體三個自由度（X轉(zhuǎn)動、Y轉(zhuǎn)動、Z移動）。工件六個自由度全部被限制，定位可靠、裝夾牢固。在夾具的設(shè)計中只要能保證四個法蘭面的位置精度，就能保證加工質(zhì)量。這樣就可以節(jié)省大量的校正時間，從而大大提高零件的加工效率。

1.3 夾具的制作

四通閥體夾具（如圖2所示）。夾具主要分為夾具體、定位裝置和夾緊裝置三部分。首先加工出夾具體的四件側(cè)板和底板，材料選用45鋼。上下側(cè)板的尺寸為400mm×240mm×30mm;左右側(cè)板的尺寸為260mm×240mm×30mm;底板的尺寸為400mm×294mm×20mm。側(cè)板和底板經(jīng)刨削后用磨床磨削加工，側(cè)板和底板的兩大平面的平行度為0.015mm，垂直度為0.03mm。并在上下側(cè)板兩端銑出240mm×30mm×3mm的止口，主要的作用是用來定位左右側(cè)板，同時便于鉆孔、攻螺紋、打銷釘，以及減少焊接產(chǎn)生的變形。為了保證四件側(cè)板的加工精度和位置精度，上下側(cè)板一起配作加工，左右側(cè)板也是一起配作加。為了使夾具體具有較好的剛性，四件側(cè)板和底板采用30mm和25mm厚度的45鋼板制作。四件側(cè)板加工完成后，在特定的位置上鏜出四個Φ50的孔，為了保證四個Φ50孔的加工精度和位置精度，加工方法也是采用配作加工?？椎淖饔檬怯脕戆惭b夾緊螺母，孔與螺母為過盈配合（Φ50），三個螺母的螺紋都是Tr36×6，螺母的長度為35mm，螺母底部有肩位，防止螺母因夾緊力的作用滑出側(cè)板外，并點焊加固。與螺母相配合的螺桿長度為100mm，螺桿頂部加工出14mm×14mm深18mm的方孔，其作用是可以利用卡盤匙裝夾工件。螺桿底部裝有活動連接的壓板，壓板的尺寸為Φ80mm×15mm，目的是增大接觸面積和壓緊四通閥體。由于螺桿和螺母在加工過程中頻繁使用，為了提高其使用壽命，螺桿和螺母經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理（硬度為HRC40左右）。下側(cè)板裝有定位裝置：定位板（Φ92×Φ50×60）和定位銷（Φ12），主要目的是使四通閥在夾具中能定位。并且要求閥體可以在定位塊中自由轉(zhuǎn)動，所以定位孔與定位塊應(yīng)采用間隙配合，由于定位孔的尺寸為Φ92，所以定位塊尺寸為Φ92。為了提高其使用壽命，定位塊和定位銷也經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理（硬度為HRC40左右）。

1.4 夾具的拼裝

拼裝夾具時，首先在上下側(cè)板劃線，劃出沉頭孔和銷釘孔的位置，打上樣沖眼。然后把四件側(cè)板拼裝成長方體，校正止口的位置后用壓板壓緊在鉆床上加工出鉆沉頭孔和螺紋孔。接著要將螺母與定位塊壓入四件側(cè)板中的指定位置（定位塊壓裝在下側(cè)板;螺母裝在上、左、右三件側(cè)板中）并點焊固定。校正四件側(cè)板保證垂直度，并用螺栓拉緊四側(cè)板，然后配鉆銷釘孔，打入定位銷釘。最后夾具就進入焊接工序。為了減少焊接變形和應(yīng)力集中，先在夾具需要焊接的地方均勻地點焊（對邊進行），然后再進行焊接（對邊進行）。為了增加夾具體的剛性，在夾具后面焊上一塊20mm厚已加工好的底板（焊接也是對邊進行）。然后把三條螺桿裝入夾具體中。并根據(jù)四通閥法蘭接口中心軸線的尺寸在夾具上劃出上下母線和側(cè)母線，以便于在四爪卡盤上找正夾具的正確位置，至此夾具已全部拼裝完畢。

1.5 用夾具加工四通閥體

四通閥體的加工工序是：劃線—車削Φ92級內(nèi)孔及錐孔—鉆支耳孔—車削四個法蘭面—研磨錐孔—入庫。四通閥夾具的加工工序主要是車削加工四個法蘭面。實際生產(chǎn)加工時，第一工序是劃出閥體的中心線和側(cè)母線，先加工出Φ92級內(nèi)孔及錐孔。因為毛坯為鑄件余量不均勻，要通過劃線盡量保證工件的加工余量均勻。因為鑄件毛坯的粗基準定位效果不佳、精度較差，如果此時用夾具車削，無論是加工質(zhì)量或生產(chǎn)效率都不理想，所以只能用傳統(tǒng)的加工方法。第二工序用四爪卡盤校正四通閥體后加工出Φ92級定位孔及內(nèi)錐孔保證尺寸精度，Φ92級孔是四通閥體零件的定位基準。Φ92級孔加工完成后進入第三工序，就是用鉆模在鉆床上加工支耳上的兩個Φ12孔，用鉆模加工Φ12孔是為了保證整批零件孔的定位精度。并與Φ12定位銷配合定位，保證四通閥體的位置精度，采用的是“一面兩孔”②定位方式。在整批四通閥體加工完第三工序后，就可以進入第四道工序：用夾具來加工四通閥體四個法蘭接口。

用夾具加工四通閥體時，先用四爪卡盤校正夾具側(cè)母線后夾緊。然后工件在夾具中位置如圖3所示。把閥體Φ92級內(nèi)孔套在夾具的定位塊上，支耳上Φ12的小孔套在Φ12定位銷上。先用上螺桿壓緊四通閥體，防止閥體因側(cè)邊夾緊力而側(cè)擺，然后用左右兩側(cè)的螺桿依次壓緊四通閥體，就可以用車刀按尺寸加工四個法蘭接口。用夾具加工四通閥體的四個法蘭接口，四通閥體是不用拆卸下夾具的。只要松開三條壓緊螺桿，四通閥體可以在夾具中以Φ92級定位塊為中心自由轉(zhuǎn)動的。四個法蘭接口都是互相垂直的，都是以Φ92級內(nèi)孔軸線為旋轉(zhuǎn)中心。因為設(shè)計中已考慮到四通閥體在夾具中有足夠旋轉(zhuǎn)空間，這樣就會大量節(jié)省工件裝拆時間，大大提高生產(chǎn)效率，尤其在大批量生產(chǎn)中就更為突出。

四通閥體的加工順序要按一個統(tǒng)一的加工方向加工四個法蘭接口，即以定位塊為中心，加工法蘭接口應(yīng)按順時針或逆時針轉(zhuǎn)動。加工一個閥體的法蘭接口只能有一個轉(zhuǎn)動方向，這樣的目的是為了減少積累定位誤差③。壓緊螺桿也應(yīng)該按順序壓緊，如果加工方向為順時針方向，應(yīng)先用上螺桿壓緊四通閥體，然后分別用左、右螺桿依次壓緊工件。如果是逆時針方向加工，應(yīng)先用上螺桿壓緊四通閥體，然后分別用右、左螺桿依次壓緊工件。使工件在加工全過程都有一個固定的裝夾基準。當(dāng)加工完第一個法蘭接口后，松開壓緊螺桿，轉(zhuǎn)過90°，按上述方法重復(fù)加工其他三個法蘭接口，這樣四通閥的車削工序全部完成，可轉(zhuǎn)入下一工序加工。

1.6 加工效果對比

傳統(tǒng)車削加工中一個法蘭接口需裝夾校正一次，加工起來就比較麻煩，而且經(jīng)多次裝夾就會有一定的誤差積累，且勞動強度較大，生產(chǎn)率較低。而使用四通閥體夾具裝夾加工，無論是工作效率、加工精度、勞動強度等都比傳統(tǒng)加工優(yōu)勝很多。在實際生產(chǎn)中，用傳統(tǒng)的加工方法車削四個法蘭接口需要用大約三個小時，而使用夾具加工需要大約四十分鐘左右。使用四通閥體夾具的優(yōu)點是能大大縮短裝夾和校正的輔助時間，比傳統(tǒng)加工四通閥體的工作效率可提高3～5倍。因此在實際生產(chǎn)中應(yīng)該廣泛應(yīng)用和大力推廣夾具的使用，盡可能地提高工作效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、減少勞動強度、創(chuàng)造較佳的經(jīng)濟效益、保持企業(yè)良好的競爭能力。

注釋：

①金祖東：機械制造中積累誤差的存在與解決研究，載于 ?《科學(xué)之友》，2010年第22期，第37-38頁。

②袁禮彬：一種“一面兩孔”定位銷設(shè)計方法，載于《制造技術(shù)與機床》，2012年第2期，第114-115頁。

③黃堂芳：加工中定位誤差的準確分析方法，載于《機械》， ?2008年第12期，第76-77頁。

參考文獻：

[1]金祖東.機械制造中積累誤差的存在與解決研究[J].科學(xué)之友，2010（22）：37-38.

[2]袁禮彬.一種“一面兩孔”定位銷設(shè)計方法[J].制造技術(shù)與機床，2012（2）：114-115.

[3]黃堂芳.加工中定位誤差的準確分析方法[J].機械，2008（12）：76-77.

[4]傅玲梅.機床夾具設(shè)計與制作[J].勞動和社會保障出版社 ? 2008，3（1）：4-5.