橋殼中段臥式雙面數(shù)控鏜床專機(jī)夾具設(shè)計(jì)*

辛百靈 陳桂芳

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000)

橋殼中段臥式雙面數(shù)控鏜床專機(jī)是用于加工橋殼中段兩端外圓、端面、內(nèi)孔的專用機(jī)床，其能否在智能化生產(chǎn)線上使用取決于夾具設(shè)計(jì)是否能夠適應(yīng)多品種的柔性快速切換。筆者通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)床夾具，實(shí)現(xiàn)了這一工藝要求。橋殼中段是汽車驅(qū)動系統(tǒng)的重要零件，屬薄壁異型零件，其兩端頭在通用機(jī)床上加工困難、效率低下，大多生產(chǎn)廠家采用了雙面鏜專機(jī)加工。眾所周知，同種車型有規(guī)格不同系列，橋殼中段的結(jié)構(gòu)就有了不同品種，一臺專用機(jī)床要滿足多個(gè)品種的加工，且品種切換無需人工干預(yù)，這就對夾具設(shè)計(jì)提出了更高的工藝要求。為滿足市場需求，針對載重汽車系列橋殼中段臥式雙面鏜床專機(jī)，設(shè)計(jì)了一套專用夾具，該夾具由兩套液壓自定心夾具、一套內(nèi)脹分中扶平夾具和數(shù)控電動缸調(diào)整裝置組成，很好地解決了橋殼中段的定位、夾緊和快速品種切換。

1 橋殼中段兩端加工工藝分析

1.1 橋殼中段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

橋殼中段是由不同厚度的鋼板經(jīng)沖壓、焊接而成，屬薄壁異形件。在一臺臥式雙面數(shù)控鏜床專機(jī)兩端多刀同時(shí)加工，切削負(fù)荷較大。夾具設(shè)計(jì)不僅要有合理的定位夾緊方式，還要考慮夾持剛性和防止夾壓變形，更重要的是要滿足不同品種自動切換。為此設(shè)計(jì)一種滿足該工藝要求的專用鏜床工裝夾具[1]。

1.2 被加工零件情況

裝夾零件名稱：后橋殼中段。

零件基本狀態(tài)：琵琶孔及面已粗加工，端頭加工余量≤ 3 mm。

定位基準(zhǔn):橋殼兩端外圓、琵琶孔及琵琶面。

工件材料：Q460C、16Mn、16MnL。

加工內(nèi)容：平端面、倒坡口、鏜內(nèi)孔和車外圓。橋殼中段加工工序圖如圖1所示。

加工節(jié)拍：1件/3 min。

加工方式：每端采用兩把車刀，數(shù)控系統(tǒng)控制徑向和軸向走刀。橋殼中段加工示意圖如圖2所示。

加工設(shè)備：橋殼中段臥式雙面數(shù)控鏜床專機(jī)。

1.3 夾具裝夾工藝分析

(1)機(jī)床對夾具工藝要求：橋殼兩端外圓為毛坯，直徑尺寸不一致，不同品種直徑范圍在150～170 mm，要保證每次裝夾中心不變，為此采用液壓自定心夾具；橋殼中間琵琶孔直徑為自由尺寸，不同品種直徑范圍在391～456 mm，要保證內(nèi)脹分中的兩爪行程足夠大，為此采用大行程內(nèi)脹分中機(jī)構(gòu)；橋殼中間琵琶面到裝夾中心距離范圍在90～98.5 mm,要保證琵琶面處于水平狀態(tài)，為此采用彈性浮動扶平機(jī)構(gòu)；橋殼不同品種總長范圍在1 200～1 500 mm，要保證兩端自定心夾具沿橋殼軸向能夠自動調(diào)整，為此采用數(shù)控電動缸調(diào)整機(jī)構(gòu)。整套夾具要保證自動化要求共需要液壓自定心夾具左右各一套、中間液壓內(nèi)脹分中扶平夾具一套、數(shù)控電動缸調(diào)整機(jī)構(gòu)左右各一套。

(2)定位基準(zhǔn)：兩端液壓自定心夾具定中心高，中間內(nèi)脹分中扶平夾具定軸向和角向。

(3)夾緊方式：兩端液壓自動定位夾緊、中間液壓自動分中、彈性扶平琵琶面，兩端定位V型塊和中心脹爪同時(shí)抵抗切削載荷。

(4)加工方式：干式粗加工。

(5)工件切換：調(diào)用不同品種程序，自動調(diào)整各夾具位置，適應(yīng)多品種，實(shí)現(xiàn)快速切換。

(6)夾具實(shí)現(xiàn)自動化調(diào)整，無需工人手工操作,縮短了輔助時(shí)間，滿足節(jié)拍要求[2]。

(7)充分考慮整體夾具剛性，防止切削振動，保證加工精度。

(8)充分考慮裝卸工件、操作使用的方便性。

(9)充分考慮夾具結(jié)構(gòu)的工藝性，保證加工穩(wěn)定性，方便維修、方便更換定位元件等易損零件[3]。

2 工裝夾具設(shè)計(jì)

2.1 工裝夾具整體方案[4]

通過以上分析，設(shè)計(jì)夾具總體方案如圖3所示。

該夾具是依據(jù)橋殼兩端同時(shí)加工的工藝要求而設(shè)計(jì)的[5]，是與臥式雙面鏜數(shù)控專機(jī)配套使用的專用工裝夾具,整套夾具由3部分組成。兩端自定心夾具2和5用于定位夾緊橋殼外圓，直徑變化在規(guī)定范圍內(nèi)無需更換V型塊定位墊；中間內(nèi)脹分中扶平夾具3用于分中規(guī)定范圍直徑的琵琶孔和扶平規(guī)定范圍中心高的琵琶面；兩端數(shù)控電動缸調(diào)整滑臺1和6用于調(diào)整橋殼總長在規(guī)定范圍的自定心夾具的正確定位夾緊位置。其工作原理為：用吊具將橋殼琵琶面朝下放置在中間彈性扶平面上，并隨同橋殼一起落在兩端自定心夾具的預(yù)放V型上，內(nèi)脹分中脹爪在液壓馬達(dá)驅(qū)動下脹緊琵琶孔，兩端自定心夾具自動夾緊橋殼兩端外圓，實(shí)現(xiàn)橋殼的定位夾緊。

2.2 液壓自定心夾具設(shè)計(jì)

液壓自定心夾具結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。液壓自定心夾具工作原理：在液壓缸活塞桿驅(qū)動下，通過齒輪齒條傳動，實(shí)現(xiàn)左右V型塊相向運(yùn)動，直至接觸到橋殼外圓。具體動作如下：油缸活塞7驅(qū)動齒條6使右V型塊3向中心移動，同時(shí)齒條6通過齒輪5換向驅(qū)動齒條8向相反方向移動，安裝在齒條8上的左V型塊1與V型塊3同步向中心移動，實(shí)現(xiàn)對工件橋殼外圓的自動定心。該自定心夾具左右各一套，分別夾持橋殼兩頭外圓，確定工件的中心高。因是V型自定心結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)外圓直徑150～170 mm，無需更換任何部件[6]。

2.3 內(nèi)脹分中扶平夾具

內(nèi)脹分中扶平夾具結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。內(nèi)脹分中扶平夾具工作原理：以液壓馬達(dá)為動力，通過齒輪傳動帶動正反絲杠旋轉(zhuǎn)，正反絲杠上的螺母帶動內(nèi)脹爪相向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對琵琶孔分中定位；一平面在彈簧力作用下沿導(dǎo)向桿垂直上下移動始終接觸琵琶面，實(shí)現(xiàn)扶平琵琶面角向定位。具體動作：液壓馬達(dá)11通過齒輪副8傳動驅(qū)動正反絲桿1旋轉(zhuǎn)，由正反絲桿螺母4和5帶動左右脹爪滑板2和7相向移動，安裝在脹爪滑板上的兩分中脹爪3和6同時(shí)相向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對琵琶孔分中。該結(jié)構(gòu)脹爪行程較大，能夠滿足不同琵琶孔直徑分中。扶平板10在彈簧9作用下沿導(dǎo)向桿12垂直移動扶平橋殼琵琶面，實(shí)現(xiàn)對工件的角向定位。

2.4 數(shù)控電動缸調(diào)整裝置

數(shù)控電動缸調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。數(shù)控電動缸調(diào)整機(jī)構(gòu)工作原理：伺服電機(jī)通過滾柱絲杠副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱痈淄茥U的直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)滑板數(shù)控化自動調(diào)整。自定心夾具安裝在該滑板上，當(dāng)橋殼長短變化時(shí)，自動調(diào)整自定心夾具的軸向位置。左調(diào)整滑板1是由電動缸4驅(qū)動，右調(diào)整滑板3由電動缸5驅(qū)動。調(diào)整滑板1、3安裝在同一導(dǎo)軌體2上，共用一副燕尾導(dǎo)軌，保證了調(diào)整后的位置精度。

3 結(jié)語

本專用鏜床夾具，是為臥式雙面鏜數(shù)控專機(jī)配套使用，按照主機(jī)工藝要求，該設(shè)備是在自動化生產(chǎn)線上使用，上下料由機(jī)器人完成，切換品種通過掃碼槍識別，數(shù)控系統(tǒng)自動調(diào)取執(zhí)行此品種程序，夾具各部位按程序調(diào)整正確位置，實(shí)現(xiàn)自動化加工。該夾具經(jīng)安裝調(diào)試完全達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，目前已交付用戶使用，反饋良好。該夾具克服了傳統(tǒng)專機(jī)加工品種單一的缺陷，為自動化生產(chǎn)線專機(jī)夾具設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持，具有較大的工程參考價(jià)值。