加工中心銑削多個零件的夾具設計

李海東

（江蘇大學，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引 言

數(shù)控加工具有柔性好、尺寸穩(wěn)定、精度高、生產效率高的特點，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件。在實際生產中為了避免因操作人員技能差異而導致產品質量的波動，更好地發(fā)揮數(shù)控機床精度高、加工尺寸穩(wěn)定的特點，建議盡量使用專用夾具生產來保證加工質量。如果工件安裝、找正的時間占整個機床加工時間的比率小，而且普通工裝便可以滿足加工精度，則可不采用專用夾具；但是當零件的形狀、加工精度的要求通用夾具無法滿足時，即便每月訂單只有幾個到十幾個，一般也要制作專用夾具來進行生產加工。

數(shù)控機床加工在不同工序生產的切換過程中，會造成機床停機等待。為此設計出制作周期短、裝夾交換省時、柔性化的夾具，一套夾具能服務多個加工工序，這樣就能充分發(fā)揮數(shù)控機床的特點并產生良好的經濟效益。

數(shù)控機床的夾具設計時要充分考慮產品加工時夾具的多工序組合化，夾具體零件加工還要盡量簡單、快速，使一套夾具能對應多工序、多零件的加工。由于夾具的制作往往是單件生產，所以設計時要兼顧零件材料的購買方便，盡可能采用種類單一的材料，多采用45#鋼、40Cr、Q235 等材料；熱處理工藝也盡量單一化（淬火、調質），便于集中生產，從而來縮短制作周期。夾具上用于安裝的螺紋孔規(guī)格控制在3 種以下，減少加工中鉆頭絲錐的更換。

1 零件的加工工藝分析

圖1 為“動觸頭基座”毛坯立體圖，圖2 為“動觸頭基座”成品立體圖。零件看起來簡單，但加工時有以下難點：（1）安裝定位困難；（2）工序較多。如果不制作專用夾具，既不能保證其精度，工作效率又低。為此我們設計了一種可同時銑削多個零件的專用組合夾具。在加工過程中，通過夾具對零件進行安裝定位，后續(xù)需要分別對其外輪廓、2 個有臺階的側面及2 個有臺階的端面進行銑削加工。使用該夾具，提高工件定位、安裝的可靠性，避免了因安裝不牢固而出現(xiàn)松動。

圖1 “動觸頭基座”毛坯立體圖

圖2 “動觸頭基座”成品立體圖

2 銑削組合夾具的設計

本銑削組合夾具所要夾持的工件如圖1 所示，該工件呈“U”型，“U”型一端比另一端長。加工工序為：銑“U”型長端的兩個側面為第一道工序、銑輪廓及“U”型長端的前端面為第二道工序、銑“U”型短端的兩側臺階、上表面臺階及前端面為第3 道工序。本例中將3 道工序所要夾持的夾具設計于同一平臺上。

如圖3 所示，該組合夾具由夾具A、夾具B 和夾具C3 組構成，對應上述3 道工序的安裝，且每組夾具均有6 個工位，實現(xiàn)多件安裝。3 組夾具由內而外依次裝于底板上；底板、兩側的側墊板和下底板組成內部中空的基座；下底板寬度大于底板的寬度。任意一組中的夾具A 與夾具B、夾具B 與夾具C 之間的間距≥12 mm。

圖3 組合夾具示意圖

2.1 夾具A 結構及原理

夾具A 如圖4 所示，包含支架、叉形頂桿組件、后靠板和第一氣缸。支架內設有固定圖1 工件的滑槽，滑槽中設有壓塊；壓塊、滑槽與圖1 工件相配套。

叉形頂桿組件由叉形頂桿、叉形頂桿支架板構成，叉形頂桿支架板兩側與中心位置均開設有臺階孔；叉形頂桿設有兩組，每組叉形頂桿穿過叉形頂桿支架板兩側的臺階孔并通過緊固件與叉形頂桿支架板連接。

第一氣缸通過緊固件與后靠板固定連接，第一氣缸中的芯軸穿過叉形頂桿支架板中心位置的臺階孔并通過緊固件與叉形頂桿支架板相連，緊固件為內六角螺絲。第一氣缸推動叉形頂桿組件帶動壓塊夾緊加工工件。

圖4 夾具A

2.2 夾具B 結構及原理

如圖5 所示，夾具B 包含同形壓板、底板、下支撐板、定位塊、第一叉形拉桿組件和第二氣缸。

定位塊裝于底板上，定位塊與同形壓板同軸設置；定位塊前端呈圓弧狀，加工工件“U”型開口的大小與定位塊相匹配，加工時，加工工件中間帶圓弧的輪廓抵住定位塊的圓弧端。

圖5 夾具B

第一叉形拉桿組件由叉形拉桿和叉形拉桿支架板構成，叉形拉桿、叉形拉桿支架板之間通過內六角螺絲相固定；叉形拉桿支架板兩側與中心位置均開設有臺階孔；第一叉形拉桿組件穿過所述定位塊與同形壓板相連。叉形拉桿設有兩組，每組叉形拉桿穿過叉形拉桿支架板兩側的臺階孔并通過緊固件與叉形拉桿支架板連接。

兩側的側墊板之間安裝有用于固定第一叉形拉桿組件、第二叉形拉桿組件的下支撐板。

第二氣缸通過緊固件與下支撐板固定連接，第二氣缸中的芯軸穿過叉形拉桿支架板中心位置的臺階孔并通過緊固件與叉形拉桿支架板相連。第二氣缸推動第一叉形拉桿組件帶動同形壓板夾緊加工工件。

2.3 夾具C 結構及原理

如圖6 所示，夾具C 包含圓形壓板、底板、第二叉形拉桿組件、定位圓柱銷、側靠板和第三氣缸。

圖6 夾具C

圓頭壓板前端呈圓弧狀，底部開有用于裝配加工工件的凹槽，圓頭壓板前端、側端對應裝有用定位圓柱銷、側靠板；加工時，加工工件中間帶圓弧的輪廓抵住圓頭壓板的圓弧端，同時加工工件一端嵌入所述凹槽中，并通過定位圓柱銷、側靠板進行定位安裝。

第二叉形拉桿組件由叉形拉桿和叉形拉桿支架板構成，叉形拉桿、叉形拉桿支架板之間通過內六角螺絲相固定；叉形拉桿支架板兩側與中心位置均開設有臺階孔；第二叉形拉桿組件與同形壓板螺紋連接。叉形拉桿設有兩組，每組叉形拉桿穿過叉形拉桿支架板兩側的臺階孔并通過緊固件與叉形拉桿支架板連接。

定位圓柱銷和定位塊為整塊料統(tǒng)一在加工中心上銑出來的，以保證形狀尺寸和相對位置；叉形拉桿設置為長方體結構，用以保證同形壓板和圓頭壓板的位置不發(fā)生扭轉。

第三氣缸通過緊固件與下支撐板固定連接，第三氣缸中的芯軸穿過叉形拉桿支架板中心位置的臺階孔并通過緊固件與叉形拉桿支架板相連。第三氣缸推動第二叉形拉桿組件帶動圓頭壓板夾緊加工工件。

3 銑削組合夾具的應用

在第一道工序中，將圖1 毛坯放入滑槽中，此時開啟機床，第一氣缸帶動壓塊壓緊加工工件，安裝牢固，避免因松動而影響加工的精確性，然后對加工工件進行兩個側面以及尾部端面的加工，第一道工序完成后，停下機床，將從第一道工序中取下的加工工件向左側轉90°（逆時針轉90°），用加工工件內不需要加工的中間帶圓弧的輪廓，頂在第二道工序的定位塊圓弧輪廓上，加工工件下底面與底板上表面貼合，打開第二氣缸，使叉形拉桿向下移動，放下同形壓板，使同形壓板的下表面壓住加工工件的上表面，然后對加工工件進行輪廓的加工，整個過程定位準確，安裝便捷，在進行第二道工序的同時，可以在第一道工序中重新放置一個圖1 的毛坯，兩道工序可同時進行。

第三道工序用于對加工工件進行兩個側面臺階、上端面臺階的加工；此時將第二道工序中取下的加工工件再向左側轉過90°（逆時針轉90°），并放置于圓頭壓板上，用加工工件的中間帶圓弧的輪廓頂在圓頭壓板前端的圓弧上，此時打開第三氣缸，叉形拉桿向下移動，放下圓頭壓板，當加工工件的底面距離底板上表面還有2～3 mm 時，停下第三氣缸，使加工工件的前端頂住定位圓柱銷，使加工工件的一側靠住側靠板，再次打第三氣缸，使叉形拉桿繼續(xù)向下移動，并使圓頭壓板繼續(xù)向下壓，直到壓緊加工工件，然后對加工工件進行兩個側面臺階、上端面臺階的加工，整個過程定位準確，安裝便捷。

上述三道工序都加工完一輪之后，取下第三道工序的夾具C 上的成品零件，把第二道工序的工位夾具B 上的半成品工件放置在第三道工序的夾具體上，第一道工序的工位夾具A 上的半成品工件放置在第二道工序的夾具B 上，在第一道工序的夾具A上重新放置一個加工工件，繼續(xù)加工。上述3 道工序的加工，全部用Ф10 mm 硬質合金立銑刀加工，整個加工過程實現(xiàn)了依次循環(huán)的生產加工。

4 結 語

本組合工裝夾具，將三道工序組合在一起，相比一道工序一道工序的加工，減少了大量的中間環(huán)節(jié)，縮短了生產周期，節(jié)省了1/3 的加工時間，減輕工人勞動強度，提高了生產效益。