內(nèi)燃機(jī)安裝支架配件的加工

楊灼強(qiáng)

摘要：本文主要是論述多工位、多孔、高精度零件利用四軸時，如何利用專用夾具進(jìn)行裝夾，在保證能夠快速換裝的情況下又能保證其較高的位置精度的方法。

關(guān)鍵詞：多工位;高精度;快速換裝;定向加工

中圖分類號：TD3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0103-03

0 ?引言

廣州某內(nèi)燃機(jī)配件廠需要生產(chǎn)一批內(nèi)燃機(jī)安裝支架配件，因成品涉及多工位，精度高，而公司缺少四軸設(shè)備，批量又比較大，如果使用普通三軸機(jī)床加工，考慮到加工裝夾的次數(shù)多，精度不容易保證，并且加工的效率低。

這個公司和我們學(xué)校有進(jìn)行校企合作，我們學(xué)校有四軸加工設(shè)備，因此將此零件交給我們學(xué)校進(jìn)行加工，如圖1所示的就是其內(nèi)燃機(jī)安裝支架配件的主要部件，其中側(cè)翼兩￠6孔作為安裝支架用，兩孔間同軸度保證在0.02以內(nèi);中部長筒內(nèi)階梯通孔￠14.6mm和￠15mm用于配裝銅套和柱塞，表面粗糙度和精度要求高;長筒端面與長筒￠14.6內(nèi)孔軸線也有較高的垂直度要求，工件5個方向都有和長筒軸線存在精度要求的輪廓要進(jìn)行切削加工。

1 ?產(chǎn)品的加工工藝分析

對內(nèi)燃機(jī)安裝支架配件的零件圖進(jìn)行分析，這個產(chǎn)品由中間￠17長筒及其內(nèi)孔、兩邊9mm厚的側(cè)翼和4個帶孔的小凸臺組成?！?7長筒內(nèi)是尺寸精度都是要求的直徑15和14.6的銅套配合階梯孔。產(chǎn)品總體以中間長筒內(nèi)孔軸線為基準(zhǔn)，零件周邊與長筒內(nèi)孔軸線有位置精度要求的小凸臺較多。由于零件各個方向都分布有小凸臺，從而造成加工方向多，如果在加工時使用反復(fù)的裝夾，容易造成裝夾誤差積累，導(dǎo)致最終的精度要求不符合圖紙要求，所以屬于高精度多方位復(fù)雜支架類零件。

通過對零件圖紙的分析，我們?nèi)绻捎闷胀ㄈS加工需要裝夾最少五次以上，由于換裝次數(shù)多，換裝時間長，導(dǎo)致加工效率比較低，并且零件精度要求在經(jīng)過多次拆裝后難以保證。所以決定使用我校的具有四軸功能的加工中心進(jìn)行一次裝夾完成零件四個方位上的加工。

采用四軸功能的加工中心加工首要考慮的是零件的裝夾問題，四軸的加工中心配有自動對心的三爪卡盤，而最大的工件外形尺寸為118.5mm×58mm×31.5mm，如果采用圓柱形的毛坯，那么需要￠60×120的圓柱棒料，需要切除較多余量。經(jīng)過綜合成本考慮使用125mm×60mm×35mm的鋁合金塊。由于四軸機(jī)床上三爪卡盤是用于裝夾軸類零件，而經(jīng)過圖紙分析此產(chǎn)品的位置要求都是以中間長筒內(nèi)孔軸線為基準(zhǔn)，產(chǎn)品四周側(cè)翼和小凸臺都與長筒內(nèi)孔軸線有位置精度要求，因此夾具設(shè)計的時候要考慮直接利用產(chǎn)品的長筒內(nèi)孔作為裝夾基準(zhǔn)。

2 ?夾具設(shè)計

為了在保證產(chǎn)品各個側(cè)翼、小凸臺各自的尺寸精度及和長筒內(nèi)孔中心軸線的位置精度要求，通過綜合工藝分析，最終設(shè)計出膨脹棒加錐度螺母夾具對零件進(jìn)行裝夾。

2.1 夾具的工作原理

夾具分為主體膨脹棒（圖2）和錐度螺母（圖3）兩部分，膨脹棒右端有帶錐度的內(nèi)孔，孔壁上有6等分開槽;左邊是有個階梯的限位平臺。首先將夾具主體中￠芯棒配入零件的中間孔￠，工件底部與夾具主體的下限位平臺貼合，然后轉(zhuǎn)動圖3錐度螺母右端的內(nèi)六角孔，使得圖3的錐度螺母與芯棒內(nèi)孔螺紋配合旋入，將芯棒撐開，使得芯棒外圓增大脹緊工件的內(nèi)孔，達(dá)到對工件的加緊作用。

2.2 夾具主體的設(shè)計

安裝零件圖的要求，其中間孔的尺寸為￠，所以膨脹棒外圓的配合尺寸為￠（比較精密的配合）。膨脹棒內(nèi)孔采用0.3°的錐度和0.5°外錐螺母配合，使用M10螺紋進(jìn)行連接，為使產(chǎn)品能夠在夾具中的自轉(zhuǎn)方向有限位，所以膨脹棒左面加個階梯的限位平臺用于限制X軸自轉(zhuǎn)和X方向的定位。最后留有￠20mm×24mm的圓柱臺階用于三爪卡盤的夾持。

2.3 夾具的安裝

夾具可直接使用三爪卡盤裝夾膨脹棒左端￠20mm的外圓。（圖4所示）用百分表找正階梯限位平臺的平面跳動，保證跳到再0.02內(nèi)再夾緊三爪卡盤。

2.4 毛坯的安裝

先按圖紙要求在毛坯上銑削出￠和￠的階梯孔（注意孔中心距離毛坯邊界為13.5），然后將毛坯安裝在夾具膨脹棒上使用階梯限位平臺定位，最后使用圖3的外錐螺母撐開膨脹棒，壓緊工件的內(nèi)孔，最終夾緊工件。（如圖6所示）

2.5 定位分析

膨脹棒上￠與毛坯孔￠配合，可以限制毛坯的Y方向、Z方向、Y方向自轉(zhuǎn)、Z方向自轉(zhuǎn)等4個自由度;膨脹棒上階梯限位平臺可以限制X方向、X方向自轉(zhuǎn)兩個自由度，所以通過以上設(shè)計的專用夾具可以限制工件6個自由度。

3 ?零件加工

3.1 毛坯三軸預(yù)加工

進(jìn)行四軸機(jī)床加工前首先需要用三軸機(jī)床對毛坯按照零件圖紙上面的要求銑削出￠和￠的階梯孔，保證孔中心與毛坯邊界距離為13.5（如圖5所示）。

先將毛坯夾在臺虎鉗上（如圖7）然后使用￠12的立銑銑刀將毛坯頂面銑平，然后加工出￠的孔，保證孔的尺寸在14.61～14.63之間;接著加工￠的孔，保證孔的尺寸在15.01～15.03之間。以上加工均使用《Mastercam9.1》軟件編程。

3.2 工件在四軸機(jī)床上的加工

直接使用三爪卡盤裝夾膨脹棒左端￠20mm的外圓。（圖4所示）用百分表找正階梯限位平臺的平面跳動，保證跳到再0.02內(nèi)再夾緊三爪卡盤。然后根據(jù)圖6所示將上面經(jīng)過三軸加工的工件裝在膨脹棒上，并且往左靠緊階梯限位平臺塊。然后借助百分表對毛坯125mm×60mm頂面進(jìn)行平面度的校正，保證平面度在0.04以內(nèi)，然后將第四軸的A軸坐標(biāo)設(shè)定為加工原點。

3.2.1 工件頂面加工

毛坯裝夾校正完成后首先加工零件主視圖方向，使用軟件Mastercam9.1編程，保證兩個M3螺紋孔的位置精度，保證B基準(zhǔn)面與軸心的垂直度要求。如圖8所示。

3.2.2 底面加工

將A軸轉(zhuǎn)動180度對底面進(jìn)行定向加工。如圖9所示。

3.2.3 工件90°側(cè)面加工

底面加工完將A軸轉(zhuǎn)動90度進(jìn)行定向加工，保證￠6孔的同軸度、尺寸精度和表面粗糙度要求。刀路如圖10所示。

3.2.4 零件的270°側(cè)面的加工

90°側(cè)面加工完后將A軸轉(zhuǎn)動180°進(jìn)行定向加工，保證￠3孔的尺寸精度和表面粗糙度要求。刀路如圖11所示。

3.2.5 下個零件的裝夾。

首個工件加工完后松開心軸，不需要將三爪卡盤松開夾具主體膨脹棒，下個零件安裝只需將預(yù)加工階梯孔插入膨脹棒內(nèi)，左邊頂緊階梯限位平臺，最后將圖3的外錐螺母擰緊，至此產(chǎn)品的換裝完成，直接進(jìn)行下個產(chǎn)品的切削加工。

4 ?結(jié)束語

通過實際生產(chǎn)，設(shè)計的膨脹棒加錐度螺母專用夾具和與之相配的四軸定位加工工藝解決了常規(guī)三軸機(jī)床加工時需要反復(fù)裝夾而造成的不斷積累的裝夾誤差，最終會很容易導(dǎo)致產(chǎn)品側(cè)翼、小凸臺與長筒內(nèi)孔軸線位置精度超差;長筒內(nèi)孔軸線與端面的垂直度超差的難題。有效保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

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