管接頭零件轉(zhuǎn)位加工技術(shù)研究及夾具設(shè)計(jì)

李志豪 溫 良 王 強(qiáng) 周 慶 王永洪

(成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，四川 成都 610091)

管接頭是航空液壓、燃油、環(huán)控等多個(gè)系統(tǒng)的主要管路連接件，在液壓、氣壓、油路等管路中，起到改變管路方向，傳遞液壓油、燃油等介質(zhì)，對(duì)液壓燃油、空氣等介質(zhì)起到分流、合流、限流等作用。因工作區(qū)域廣泛，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，如圖1所示，按管嘴數(shù)量可分為兩通、三通、四通和五通管接頭，按結(jié)構(gòu)形式可分為無偏心管接頭、偏心結(jié)構(gòu)管接頭。

管接頭零件因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多為鍛造毛坯加工，導(dǎo)致其定位基準(zhǔn)差，且加工部位不在同一方向?qū)е卵b夾次數(shù)多。傳統(tǒng)的加工方法為普通車床加組合夾具或簡(jiǎn)易夾具的形式，如圖2所示，每加工一側(cè)管嘴結(jié)構(gòu)，均需要一套組合夾具[1]，因夾具種類多、體積大導(dǎo)致裝卸不方便，且普通車床轉(zhuǎn)速低導(dǎo)致零件表面不夠光滑。后續(xù)已通過改變卡爪結(jié)構(gòu)，優(yōu)化為數(shù)控車床加自制簡(jiǎn)易夾具的形式，如圖3所示，零件加工表面質(zhì)量問題得以大幅改善。但隨著飛機(jī)產(chǎn)量的大幅提升，生產(chǎn)周期的縮短，以數(shù)控車床加自制簡(jiǎn)易夾具逐次加工單一管嘴的方法已不能滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需要，急需一種更為高效的加工技術(shù)來解決因裝夾次數(shù)多導(dǎo)致加工效率低、零件互換性差的問題。本文基于分度卡盤的應(yīng)用對(duì)管接頭零件在數(shù)控車床上的快速裝夾、自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了管接頭零件在數(shù)控車床上的高效高質(zhì)量加工。

1 管接頭自動(dòng)轉(zhuǎn)位加工技術(shù)分析

通過圖1可以看出，管接頭零件的加工部位基本為管嘴及內(nèi)孔，其外部中心處扳手臺(tái)及相鄰管徑為非加工區(qū)域，可用于零件定位裝夾[2]；采用二爪或四爪卡盤，通過夾具對(duì)非加工管徑進(jìn)行裝夾定位加工，加工完一側(cè)管嘴后，改變夾具在卡盤上的裝夾角度，實(shí)現(xiàn)其余管嘴的加工，夾具裝夾及零件加工次數(shù)仍取決于管嘴的數(shù)量，零件整體加工效率不高。

分度卡盤是一種改變零件裝夾角度很實(shí)用的結(jié)構(gòu)，通過對(duì)零件加工步驟及分度卡盤的分析，設(shè)計(jì)出了一套數(shù)控車床自轉(zhuǎn)位加工的機(jī)構(gòu)，如圖4所示；將分度卡盤通過不銹鋼導(dǎo)油管、內(nèi)六角螺釘?shù)扰c機(jī)床主軸連接，卡盤壓爪通過自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具固定零件，機(jī)床主軸中心線與管嘴一軸線重合[3]，夾具旋轉(zhuǎn)軸線即為管嘴軸線所在平面上各軸線交點(diǎn)的垂線，如圖5所示。通過集成改裝，卡盤壓爪借助尾座的M指令來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位功能，例如轉(zhuǎn)位90°的指令為：

G0 Z___(退刀)

G0 X___(退刀)

M85(夾爪轉(zhuǎn)位45°,機(jī)床PLC設(shè)定延時(shí)2 s后再轉(zhuǎn)45°)

G0 Z___ X___(進(jìn)刀)

加工時(shí)，將被加工零件放置于自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具中間，自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具在機(jī)床液壓系統(tǒng)控制下自動(dòng)向機(jī)床主軸中心線方向收緊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊、快速定位功能。完成一側(cè)管嘴的加工內(nèi)容后，夾緊活塞在機(jī)床液壓系統(tǒng)控制下，沿著夾具旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)夾緊底座、夾口及自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具旋轉(zhuǎn)，被加工零件隨著自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具一同旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)被加工零件自動(dòng)轉(zhuǎn)位功能，隨即可進(jìn)行另一側(cè)管嘴的加工。自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具旋轉(zhuǎn)過程中，夾具與零件之間的位置關(guān)系未發(fā)生變化，因此無需再次對(duì)刀、測(cè)量等操作，重復(fù)定位精度由機(jī)床底座自身決定，加工質(zhì)量穩(wěn)定。通過此技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)管接頭零件一次裝夾，自動(dòng)轉(zhuǎn)位加工多側(cè)管嘴，大幅提高零件加工效率，減小因多次裝夾誤差導(dǎo)致的管嘴軸線偏差。

2 自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1 無偏心管接頭自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具

為實(shí)現(xiàn)管接頭零件在數(shù)控車床上的自動(dòng)轉(zhuǎn)位加工，轉(zhuǎn)位夾具必須具有自動(dòng)定位、夾緊及轉(zhuǎn)位功能[4]。針對(duì)無偏心結(jié)構(gòu)的管接頭零件，以如圖6所示的異型管接頭為例，進(jìn)行零件工藝流程分析及轉(zhuǎn)位夾具設(shè)計(jì)。

該零件共有1#～5#五個(gè)管嘴，按傳統(tǒng)加工方式需要進(jìn)行5次裝夾定位加工；通過管接頭自動(dòng)轉(zhuǎn)位加工技術(shù)分析，我們得知通過尋找零件的轉(zhuǎn)位旋轉(zhuǎn)中心A1、A2，并設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具Ⅰ、Ⅱ，如圖7所示，使零件裝夾在自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具上時(shí)，夾具旋轉(zhuǎn)軸線穿過零件轉(zhuǎn)位旋轉(zhuǎn)中心，即可實(shí)現(xiàn)一次裝夾，相應(yīng)管嘴轉(zhuǎn)位連續(xù)加工[5]。

上述異型管接頭零件優(yōu)化后的數(shù)控加工方式如表1所示，兩次裝夾即可實(shí)現(xiàn)5個(gè)管嘴的加工，累計(jì)完成一個(gè)零件的加工只需近25 min，大幅減少了操作人員更換定位夾具、對(duì)刀的工作量，相比傳統(tǒng)加工模式，總體加工時(shí)間縮短了3倍；5次裝夾定位變成2次，有效解決了因鍛造毛坯不易裝夾，多次裝夾導(dǎo)致管嘴軸線存在偏差、零件互換性差的問題。

2.2 偏心結(jié)構(gòu)管接頭自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具

具有偏心結(jié)構(gòu)的典型零件為轉(zhuǎn)動(dòng)接頭，如圖9所示；轉(zhuǎn)動(dòng)接頭是航空飛機(jī)液壓系統(tǒng)中重要的管路連接件，是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)起落架收放功能的重要部件之一，其零件主體軸線與一管嘴軸線存在偏心距S，且不同部位的該類零件偏心距存在一定差異，針對(duì)此類零件的自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在夾具偏心距的調(diào)節(jié)。

通過設(shè)計(jì)一套偏心距可調(diào)的轉(zhuǎn)位夾具，如圖10所示，包括基體、定向螺栓、T型滑塊、調(diào)節(jié)底座、固定螺釘和定位銷；轉(zhuǎn)動(dòng)接頭零件通過此夾具在分度卡盤上的裝夾方式如圖11所示；零件工藝凸臺(tái)上的定位面與管嘴一軸線平行，定向螺栓利用此定位面，實(shí)現(xiàn)零件在夾具上的快速定向，裝夾后管嘴軸線與主軸的中心線滿足重合度的要求[7]。夾具與加工零件具有相同的偏心距S，夾具轉(zhuǎn)位旋轉(zhuǎn)軸線通過兩管嘴軸線交點(diǎn)，在裝夾加工完管嘴1#后，夾具自動(dòng)轉(zhuǎn)位90°，直接進(jìn)行管嘴2#的加工。

針對(duì)具有不同偏心距的零件，根據(jù)調(diào)節(jié)底座與基體上的刻度線，通過T型滑槽結(jié)構(gòu)滑動(dòng)對(duì)夾具偏心距進(jìn)行調(diào)節(jié)；基體和調(diào)節(jié)底座上均開有4個(gè)常用偏心距快速定位孔，通過插入定位銷，對(duì)調(diào)節(jié)底座進(jìn)行快速定位，擰緊固定螺釘后，拔出定位銷，即可實(shí)現(xiàn)常用偏心距的快速調(diào)節(jié)。

此偏心距可調(diào)轉(zhuǎn)位夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了單一偏心零件多管嘴的一次裝夾定位，自動(dòng)轉(zhuǎn)位加工多個(gè)管嘴，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)偏心距不同的轉(zhuǎn)動(dòng)接頭零件共用一套夾具；減少夾具數(shù)量，降低夾具訂制費(fèi)用的同時(shí)，提高了管接頭零件的加工效率，減少了零件裝夾次數(shù)，避免了反復(fù)裝夾公差累計(jì)導(dǎo)致零件超差。

表1 管接頭自動(dòng)轉(zhuǎn)位加工步驟

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)管接頭零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合數(shù)控車床上分度卡盤的應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)研發(fā)出了兩套結(jié)構(gòu)新穎、運(yùn)行可靠自動(dòng)轉(zhuǎn)位加工機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了無偏心管接頭和具有偏心結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)接頭的高效裝夾定位與加工，徹底解決了管接頭零件因種類多、數(shù)量大及鍛造毛坯不易裝夾定位造成的生產(chǎn)加工瓶頸問題，拓展了數(shù)控車床應(yīng)用范圍的同時(shí)，為企業(yè)柔性生產(chǎn)的構(gòu)造打下了良好的基礎(chǔ)，也對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件加工起到一定的借鑒作用。

實(shí)踐證明：自動(dòng)轉(zhuǎn)位夾具具有快速設(shè)計(jì)制造、通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)；轉(zhuǎn)位加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了管接頭零件自動(dòng)轉(zhuǎn)位連續(xù)加工，保證加工質(zhì)量，提高效率，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度[8]。