高速電主軸固定座加工工藝分析和夾具設(shè)計(jì)

陳偉群

摘要：針對(duì)高精度、易變形的電主軸固定座的加工，設(shè)計(jì)出快捷、操作簡(jiǎn)便、保證加工質(zhì)量的專用型夾具，方便零件能夠大批量生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、為企業(yè)謀取較大的盈利。

關(guān)鍵詞：電主軸固定座;夾具設(shè)計(jì);氣動(dòng)裝夾

0? 引言

高速電主軸固定座的主要作用是支承主軸于機(jī)臺(tái)，連接主軸與機(jī)臺(tái)的基礎(chǔ)零件，它的形狀較復(fù)雜、壁薄且不均勻比較容易變形，內(nèi)部呈腔形，加工部位多，孔和平面的精度要求較高。因此對(duì)于高速電主軸固定座的加工，在夾具的設(shè)計(jì)上顯得尤為重要。[1]本文以圖1電主軸固定座的第六工序鏜孔加工設(shè)計(jì)出高效合理的工裝夾具，以達(dá)到高精度、高效率、高品質(zhì)的生產(chǎn)要求。

1? 工藝分析

1.1 電主軸固定座的作用[1]

主軸是機(jī)床的關(guān)鍵零件之一，它一方面支承各種傳動(dòng)零件，傳遞動(dòng)力及承受各種負(fù)荷，以便進(jìn)切削加工;另一方面又要保證安裝在主軸上的工件或刀具具有較高的回轉(zhuǎn)精度。固定座與電主軸相配，構(gòu)成一個(gè)結(jié)合體，然后裝于機(jī)臺(tái)上，它是支承電主軸的一個(gè)重要元件，是連接電主軸與機(jī)臺(tái)不可或缺的橋梁，因此它對(duì)于機(jī)器加工零件的同軸度、平面度及零件的回轉(zhuǎn)平穩(wěn)度都有不可忽視的影響。（圖1）

1.2 電主軸固定座的加工工藝分析

此電主軸固定座是多面體，需要進(jìn)行多個(gè)工序來完成，結(jié)合其結(jié)構(gòu)、使用和經(jīng)濟(jì)要求，具體工序劃分如下：外加工（加工外形及鉆出相應(yīng)的孔并攻牙）→噴砂→銑（切槽）→烘烤（去除應(yīng)力）→銑（粗、精銑飛平裝配基面、內(nèi)孔倒角）→鏜（粗精鏜中心孔Φ80H4及另一端倒角→氧化發(fā)黑→磨配墊片→終檢。

從零件圖和工藝分析可知：在工序六鏜孔加工中，為保證固定座孔與主軸外圓配合及整軸的回轉(zhuǎn)精度，中心孔φ80的尺寸精度可為IT5，圓柱度要求定為0.01mm，尺寸精度及表面質(zhì)量都要求較高。在批量生產(chǎn)條件下，需要設(shè)計(jì)專用的夾具來保證其尺寸精度及表面質(zhì)量要求。

2? 夾具設(shè)計(jì)

工件的裝配基準(zhǔn)為底面和兩側(cè)定位銷孔，本工序銑床鏜孔，所加工的孔為IT5級(jí)精度，裝配基面及定位孔已精加工過，使用專用夾具粗、精鏜孔，設(shè)計(jì)的夾具如圖2所示。

2.1 夾具主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本夾持裝置所采取電主軸固定座CNC銑夾持裝置，包括夾具模板、氣缸、氣缸壓板和電磁閥;夾具模板包括底板和側(cè)板，底板固定于CNC銑床上，側(cè)板呈90°固定于底板上;氣缸安裝在側(cè)板上。底板和側(cè)板之間通過加強(qiáng)筋來加強(qiáng)彼此的連接關(guān)系，零件和夾具裝配關(guān)系如圖3所示。

2.2 定位分析

工序五完成后，電主軸固定座底面的孔已加工完成，是利用該零件上已加工的孔和定位板上表面實(shí)現(xiàn)“一面兩銷”定位。在夾具模板上設(shè)計(jì)2個(gè)圓柱，一個(gè)是圓柱銷，一個(gè)是削邊銷，定位銷的圓柱度為0.001，側(cè)板上的定位銷孔的圓柱度為0.002且需與上下兩大面保證垂直度在0.002內(nèi)。且選取電主軸固定座底面排孔相距最遠(yuǎn)的對(duì)角孔的位置作為定位孔，定位最終設(shè)計(jì)如圖4所示。

2.3 夾緊裝置設(shè)計(jì)

由于電主軸固定座的生產(chǎn)量較大，采用手動(dòng)夾緊的夾具雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，但人力有限、裝夾效率低下，因此本道鏜孔工序夾具的夾緊動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)為氣動(dòng)夾緊。在夾具模板上安裝有四個(gè)氣缸，氣缸的輸出部設(shè)置有氣缸壓板，氣缸通過氣管與主氣源進(jìn)行連通，并通過電磁閥控制氣缸的動(dòng)力輸出;在若干氣缸所圍繞的中心為放置電主軸固定座的工位;由電磁閥控制氣缸來驅(qū)動(dòng)氣缸壓板，并通過旋轉(zhuǎn)和在旋轉(zhuǎn)過程中伸縮的動(dòng)作進(jìn)行夾持和松開。

所述氣缸壓板的夾持面設(shè)置有橡膠墊片。橡膠墊片的厚度為5mm，直徑為10mm。安裝的橡膠墊片可以有效避免氣缸壓板與工件直接接觸造成工件表面的磨損，橡膠也能起到防滑的作用。

主氣源向氣缸輸出6至7kg的壓縮空氣。可持續(xù)提供足夠而穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。并且，氣缸壓板的旋轉(zhuǎn)角度為90°?？捎蓺飧變?nèi)安裝的活動(dòng)銷來決定旋轉(zhuǎn)角度，讓氣缸壓板在初始位置的時(shí)候能夠位于夾具模板之內(nèi)并不干擾到工件的放置。[3]

采用氣動(dòng)夾緊夾緊方式操作簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速，使輔助時(shí)間大為減少，同時(shí)原始夾緊力可以連續(xù)作用，夾緊可靠，確保電主軸固定座內(nèi)孔與夾具模板之間的平行度達(dá)到工藝要求。[4]

3? 夾具的工作原理

加工時(shí)，將主軸固定座放置在夾具模板有定位銷的一端后，推動(dòng)電磁閥，使壓縮空氣進(jìn)入氣缸，氣缸帶動(dòng)氣缸壓板轉(zhuǎn)動(dòng)90°固定住工件，工件呈90°豎直朝上并與機(jī)床刀桿平行，刀桿下降對(duì)電主軸固定座的內(nèi)孔進(jìn)行銑加工;氣缸壓板轉(zhuǎn)動(dòng)由氣管接入氣缸的接口決定是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn);氣缸壓板在角度旋轉(zhuǎn)的同時(shí)高度也在逐漸降低，直到固定好工件;角度旋轉(zhuǎn)避免了夾具對(duì)工件裝夾時(shí)造成的不便，高度旋轉(zhuǎn)降低，避免氣缸壓板垂直下壓誤傷工件或受力不均使工件不平穩(wěn);主氣源向氣缸輸出6至7kgf/cm2的壓縮空氣可使氣缸壓板牢牢固定住主軸固定座，充分保證了在精鏜內(nèi)孔時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)不會(huì)影響工藝精度要求;而氣缸壓板末端的橡膠墊片一方面避免氣缸壓板與工件直接接觸造成工件磨損，另一方面橡膠也能起到防滑、它的彈性能使壓力更均勻的作用。

4? 夾具的優(yōu)越性

①快速提高工件加工時(shí)裝夾效率，比先前鎖螺牙的裝夾方式節(jié)省了至少5倍的時(shí)間。

②有效解決普通夾具壓緊力過大會(huì)壓傷工件、壓緊力不均勻過小導(dǎo)致振動(dòng)影響加工精度的問題，通過驗(yàn)證，本夾具能夠很好的控制加工夾座內(nèi)孔精度要求≤0.02mm，與底面平行度≤0.01mm，圓跳動(dòng)精度≤0.02mm，較好的達(dá)到設(shè)計(jì)需求。

③操作方便，通用性高，可裝夾不同型號(hào)類似的工件。

5? 結(jié)語(yǔ)[2]

本夾具的設(shè)計(jì)遵循簡(jiǎn)單化、制作方便、拆裝容易、便于品種更換的設(shè)計(jì)原則，效率高、又能保證零件在加工過程中不會(huì)產(chǎn)生跑位、彎曲變形，不壓傷、質(zhì)量得到保證。同時(shí)，此夾具的設(shè)計(jì)和原理可作為眾多易變形零件的參考，也希望得到更多工程師們的指點(diǎn)，達(dá)到共同進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]李佳.數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]李存霞.姬瑞海.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[3]宋寶玉.簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[4]李超.氣動(dòng)夾具的使用經(jīng)驗(yàn)介紹.遼寧[M]：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2005.