數(shù)控銑削法蘭叉氣動(dòng)夾具的應(yīng)用研究

徐姝 陳毅強(qiáng) 孫賢宇 郭靜

摘? 要：用氣動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，是工業(yè)自動(dòng)化的一種重要技術(shù)手段，是一種低成本自動(dòng)化技術(shù)。對(duì)其機(jī)械加工技術(shù)和電氣技術(shù)的融合使用，有力的提高工作效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。氣動(dòng)夾具在法蘭叉銑削加工過程中可以迅速緊固工件，使機(jī)床、刀具、工件處于正確的位置，可保證各個(gè)加工環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性，避免人為因素的裝夾變形和誤差，降低了工作量，提升加工效率。

關(guān)鍵詞：法蘭叉;銑刀;氣動(dòng)夾具;數(shù)控銑床

前言：

在法蘭叉銑削加工過程中，經(jīng)常會(huì)遇到一些刀具使用過程中的磨損和振動(dòng)問題，零件裝夾出現(xiàn)夾緊力不夠、表面粗糙度難以保證以及加工方法的正確與否等技術(shù)問題。若是處理的不好，將會(huì)影響法蘭叉銑削加工的質(zhì)量。因此，在法蘭叉銑削加工過程中，加強(qiáng)對(duì)其特殊結(jié)構(gòu)的調(diào)整，將氣動(dòng)夾具作為重點(diǎn)應(yīng)用的一項(xiàng)工具，通過良好的定位、加緊力，保證法蘭叉銑削加工的穩(wěn)定性和加工質(zhì)量，提升加工效率，從而為行業(yè)發(fā)展提供重要的支持。

1.刀具磨損和振動(dòng)的原因分析

1.1我國(guó)機(jī)械加工刀具的簡(jiǎn)介

科技創(chuàng)新趕超強(qiáng)國(guó) “提高效率，降低成本”是全世界制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的核心，發(fā)達(dá)國(guó)家長(zhǎng)期保持經(jīng)濟(jì)強(qiáng)勢(shì)主要依靠科技創(chuàng)新。他們投入巨資在刀具新材料、新涂層、新技術(shù)、新工藝以及工具專用數(shù)字化制造技術(shù)等方面進(jìn)行了大量的研發(fā)，開發(fā)出一代又一代的高效刀具，牢牢占據(jù)了國(guó)際刀具的高端市場(chǎng)。我國(guó)開發(fā)的葉根槽銑刀、硬質(zhì)合金涂層多刀刃銑刀、圣誕樹銑刀、八角形銑刀、硬質(zhì)合金模塊式刀、波刃型立銑刀、非標(biāo)槽刀，以及適應(yīng)高速切削刀具用的HSK刀柄、雙頭端面刀柄等都頗具“殺傷力”。

1.2法蘭叉銑削時(shí)影響加工的因素

所謂的銑削就是采用旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)合金涂層多刃刀具對(duì)待加工的法蘭叉頭端面進(jìn)行定向加工，是一種較為常見和高效的機(jī)械部件加工方法。在加工過程中可以是銑刀移動(dòng)工件靜止或是銑刀靜止工件移動(dòng)，以后種情況為例，銑刀在做圓周運(yùn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)）在法蘭叉頭端面上產(chǎn)生齒形的同時(shí)，法蘭叉裝夾在氣動(dòng)夾具上做縱向勻速移動(dòng)（給進(jìn)運(yùn)動(dòng)），使得法蘭叉齒形的間距保持一致，由于刀具在銑削時(shí)接觸面大，刀具磨損快，易產(chǎn)生振動(dòng)，從而難以保證銑削質(zhì)量，防止出現(xiàn)齒條表面粗糙度和齒形分布不均的問題。

1.3運(yùn)用數(shù)控銑床和硬質(zhì)合金涂層刀具是保證質(zhì)量的途徑之一

銑削用的機(jī)床有數(shù)控臥式銑床和數(shù)控立式銑床兩種，隨著數(shù)控技術(shù)的高速發(fā)展與應(yīng)用，極大的提升了法蘭叉齒形銑削的精度和效率，提升了企業(yè)的運(yùn)行效率，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)而提升法蘭叉頭端面齒形銑削精度。同時(shí)硬質(zhì)合金涂層多刃刀具的通用性較好，一把刀具可加工與刀具相同齒條和齒形的任意直徑的外齒條及比刀體直徑大的齒形。減少加工中硬質(zhì)合金涂層多刃刀具的損耗。硬質(zhì)合金涂層多刃刀具，有六個(gè)刀刃，在銑削加工時(shí)主要是解決 6 個(gè)刀刃銑刀的旋轉(zhuǎn)、沿齒向方向以及齒深方向（相對(duì)齒向方向有一傾斜角度）的進(jìn)給。

2.氣動(dòng)夾具的應(yīng)用提高了夾緊力保證了表面粗糙度

2.1氣動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化重要手段

氣動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)是利用壓縮空氣作為傳遞動(dòng)力或信號(hào)的工作介質(zhì)，配合氣動(dòng)控制系統(tǒng)的主要有氣動(dòng)元件，機(jī)械部分、液壓系統(tǒng)、電氣元件、電子（包含PLC控制器和微電腦）等部分或全部綜合構(gòu)成的控制回路，使氣動(dòng)元件按生產(chǎn)工藝要求的工作狀況，自動(dòng)按設(shè)定的順序或條件動(dòng)作的一種自動(dòng)化技術(shù)。用氣動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，是工業(yè)自動(dòng)化的一種重要技術(shù)手段，也是一種低成本自動(dòng)化技術(shù)。

2.2活塞式氣缸原理

活塞式氣缸的工作原理是在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞向右移動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)活塞左腔的壓力低于大氣壓力Pa，吸氣閥開啟，外界空氣吸入缸內(nèi)，這個(gè)過程稱為壓縮過程當(dāng)缸內(nèi)壓力高于輸出空氣管道內(nèi)壓力P后，排氣閥打開。壓縮空氣送至輸氣管內(nèi)，這個(gè)過程稱為排氣過程?；钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)形成的。曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑動(dòng)——活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)壓縮比增大時(shí)，輸出壓力提高，增加壓縮氣體排氣量。有效推動(dòng)法蘭叉夾具使其旋轉(zhuǎn)一定角度，已達(dá)到鎖緊和定位的作用。

2.3氣動(dòng)夾具技術(shù)的三個(gè)優(yōu)勢(shì)

氣動(dòng)夾具技術(shù)的應(yīng)用極大的改善了在數(shù)控銑削加工工藝中存在的主要技術(shù)問題，改善了施工工藝，并使得銑削質(zhì)量得到了明顯提升。氣動(dòng)夾具技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：首先，法蘭叉頭端面銑削中，硬質(zhì)合金涂層多刀刃周期性的參與到工件的間斷切削當(dāng)中，大大降低了銑刀的磨損程度，提高了銑刀的使用壽命，同時(shí)銑刀的周期性切削有利于提高法蘭叉的加工精度和齒條底部的平整度，有助于延長(zhǎng)工件的機(jī)械性能;其次，每個(gè)刀刃在切削過程中的切削厚度是連續(xù)變化的，避免了一次性切削所帶來的誤差問題，通過連續(xù)不斷地銑削可以幫助技術(shù)人員隨時(shí)掌控銑削質(zhì)量;最后，每個(gè)刀刃的給進(jìn)量是一個(gè)定值，即銑刀每轉(zhuǎn)過一個(gè)刀齒的時(shí)間內(nèi)工件的位移量是固定的，從而保證了相鄰刀刃之間的距離誤差保持在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，從而使得銑削質(zhì)量大大增加。

2.4萬(wàn)向軸法蘭叉頭法蘭端面齒形規(guī)格

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)萬(wàn)向軸法蘭叉頭端面齒形結(jié)構(gòu)做了規(guī)定（見表1），由表1可知：不同規(guī)格的法蘭直徑，其端面齒數(shù)均為 6 的倍數(shù)，即可在互成 60°角的方向上同時(shí)進(jìn)行6個(gè)刀刃加工。

3.法蘭叉氣動(dòng)夾具技術(shù)分析

3.1技術(shù)分析

在法蘭叉銑削加工過程中，氣動(dòng)夾具具有重要作用。在氣動(dòng)夾具加工過程中，主要是迅速緊固工件，使數(shù)控銑床、刀具、工件保持正確相對(duì)位置的工藝裝置，是機(jī)械加工不可缺少的部件。同時(shí)，數(shù)控銑床加工法蘭叉頭法蘭端面齒時(shí)，為了保證所加工的齒形能達(dá)到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度和表面粗糙度等，加工前使用氣動(dòng)夾具，必須要對(duì)機(jī)械部分、壓夜部分、電子元件等結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的了解和掌握，以保證整個(gè)加工過程處于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.2優(yōu)勢(shì)分析

法蘭叉銑削加工過程中，氣動(dòng)夾具不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且安裝和調(diào)整便捷，在機(jī)床加工中得到了有效應(yīng)用。

（1）氣動(dòng)夾具的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速定位。同時(shí)，在加工過程中，可以有效實(shí)現(xiàn)恒壓夾緊，避免人為因素的裝夾變形和誤差，從而有效保證法蘭叉銑削加工的質(zhì)量。

（2）在法蘭叉銑削加工過程中，氣動(dòng)夾具主要是利用氣動(dòng)氣缸裝夾的形式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕便。同時(shí)，后期安裝和維護(hù)都提供了相對(duì)便利的條件。加工中主要利用空氣作為主要介質(zhì)，排氣處理簡(jiǎn)單，不僅不會(huì)影響周圍環(huán)境，而且不會(huì)影響工件質(zhì)量，成本也相對(duì)較低，且氣動(dòng)元件可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、輸出力和工作速度調(diào)節(jié)容易，大大提升了工作效率。

（3）在法蘭叉銑削加工過程中，氣動(dòng)夾具的滾輪滑塊可以防止氣缸連接桿旋轉(zhuǎn)，從而確保定位精度，保證加工的質(zhì)量。

（4）加工中主要利用卡盤原理，有效提升穩(wěn)定性能，使定位裝置可靠準(zhǔn)確，從而確保法蘭叉的重復(fù)定位精度，以避免加工中產(chǎn)生不必要的誤差。

3.3法蘭叉銑削加工氣動(dòng)夾具的應(yīng)用

在法蘭叉銑削加工過程中，一定要對(duì)氣動(dòng)夾具的應(yīng)用形式有著清晰了解。要求每次裝夾時(shí)的位置度、壓緊力通過操作人員的熟練度來控制，以此保證加工生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

3.3.1定位元件中的應(yīng)用

定位元件是法蘭叉銑削加工中非常重要的一個(gè)部分，主要由1個(gè)滑動(dòng)桿和左右兩固定座、左右兩個(gè)限位鍵槽和鍵組成。同時(shí)，氣動(dòng)夾具在法蘭叉銑削加工過程中共存在兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)法蘭叉在旋轉(zhuǎn)角度時(shí)沒有偏差。另外，加工過程中會(huì)存在一定程度上的限制，原因是銑刀是多刀刃切削，在遇到法蘭叉切削時(shí)，以保證定位的準(zhǔn)確性，從而為后續(xù)精加工的展開提供保證。但是，加工過程中，應(yīng)當(dāng)將夾具座組合件和氣缸支架組合件進(jìn)行全面組合，形成一個(gè)夾具底板。這其中主要包括固定座、定位薄型氣缸、夾具底板、內(nèi)六角圓柱頭螺釘、六角薄螺母、氣缸、圓型底座、移動(dòng)定位銷、圓柱螺旋壓縮彈簧、軸用彈性擋圈、內(nèi)螺紋圓柱銷、固定定位菱形銷等，以保證加工的準(zhǔn)確性，避免法蘭叉質(zhì)量發(fā)生問題，提升加工效率。

3.3.2夾緊裝置的應(yīng)用

氣動(dòng)夾具在法蘭叉銑削加工過程中有一定的工作流程：清掃基準(zhǔn)面墊板、固定定位鍵槽、將法蘭叉放入夾具等。具體的應(yīng)用方式可以分為以下幾個(gè)方面。

（1）在法蘭叉銑削加工過程中，法蘭叉底面應(yīng)當(dāng)緊緊貼合在基準(zhǔn)面上，并且沿基準(zhǔn)面將法蘭叉定位孔推入固定定位菱型銷，以對(duì)薄型氣缸進(jìn)行準(zhǔn)確定位。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)移動(dòng)定位孔，與薄型氣缸、進(jìn)氣經(jīng)壓板杠桿、推動(dòng)法蘭叉壓塊等處于夾緊狀態(tài)，從而在一定程度上保證加工的質(zhì)量。

（2）加工過程中，應(yīng)當(dāng)將定位氣缸氣體進(jìn)行一定轉(zhuǎn)換，并將移動(dòng)定位鍵槽與鍵緊密配合。同時(shí)，要使刀具進(jìn)入工件進(jìn)行銑削加工，保證法蘭叉銑削加工的準(zhǔn)確性。

（3）加工結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)將其工件松開取出夾具體，最終完成該工件銑銷加工的整個(gè)過程。同時(shí)，要對(duì)工件質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，避免工件出現(xiàn)質(zhì)量問題。

（4）硬質(zhì)合金涂層多刃刀具沿齒深方向的進(jìn)給，采用油壓缸CLKA-50G高動(dòng)力札實(shí)型杠桿液壓油缸的活塞桿推動(dòng)斜形滑塊沿法蘭叉邊緣壓緊，根據(jù)不同規(guī)格法蘭叉頭法蘭端面齒的全齒高，調(diào)整硬質(zhì)合金涂層多刃銑刀的吃刀量，以完成粗加工和精加工兩次成型的銑削加工。

3.4 法蘭叉頭法蘭端面齒形的加工方法（見圖 3） 。

（1）啟動(dòng)液壓泵，電磁鐵1ZT失電，調(diào)整溢流閥使系統(tǒng)達(dá)到一定的壓力 ;

（2）切換換向閥，電磁鐵使各液壓馬達(dá)、各液壓油缸換向，適當(dāng)調(diào)整節(jié)流閥并使各液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速、各液壓油缸運(yùn)行速度基本一致，然后使各液壓油缸、各液壓馬達(dá)都回到起始位置 ;

（3）數(shù)控銑床按照編制好的程序調(diào)整刀具的高度、X軸、Y軸的位置，運(yùn)行法蘭叉夾具中部的定位凸止口與法蘭叉頭法蘭端面中部的定位凹止口配合并使硬質(zhì)合金涂層多刃銑刀按程序進(jìn)入安全位置 ;

（4）換向閥調(diào)整夾具體，電磁鐵通電，油壓缸的活塞桿推動(dòng)斜形滑塊沿法蘭叉邊緣壓緊，法蘭叉頭的初始加工定位并鎖緊，啟動(dòng)數(shù)控銑床機(jī)油潤(rùn)滑及冷卻系統(tǒng)，粗加工切削加工開始;

（5）當(dāng)硬質(zhì)合金涂層多刃銑刀沿齒向行程終了后，X軸、Y軸快速移動(dòng)到安全位置，換向閥、電磁鐵工作，銑刀完成齒全高切削后返回到初始位置;

（6）氣動(dòng)裝置松開回轉(zhuǎn)盤，將其旋轉(zhuǎn) 360 /Z （齒數(shù)）角度后并鎖緊，換向閥、電磁鐵通電，精加工銑齒切削加工開始，直至加工完畢。

4.結(jié)束語(yǔ)

通過以上的綜合論述，得出以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）硬質(zhì)合金涂層多刃銑刀具有良好的通用性，周期性的參與到法蘭叉頭法蘭端面齒形的間斷切削當(dāng)中，大大降低了銑刀的磨損程度，提高了銑刀的使用壽命。隨著機(jī)械加工工藝技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展，硬質(zhì)合金涂層銑刀在機(jī)械加工中的應(yīng)用范圍越來越廣泛，并在很大程度上解決了傳統(tǒng)的銑削工藝的弊端，極大的提升了機(jī)械加工的精度、效率和質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也提升了機(jī)械設(shè)備的整體性能和使用壽命，成為當(dāng)前機(jī)械加工領(lǐng)域中的重要因數(shù)之一。

（2）用氣動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，是工業(yè)自動(dòng)化的一種重要技術(shù)手段，是一種低成本自動(dòng)化技術(shù)。用以對(duì)其機(jī)械加工技術(shù)和電氣技術(shù)的融合使用，有力的提高工作效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。氣動(dòng)夾具在法蘭叉銑削加工過程中可以迅速緊固工件，使機(jī)床、刀具、工件處于正確的位置，且其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，降低了加工成本，可保證定位、夾緊等加工環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，減少了振動(dòng)，提高了表面粗糙度。

（3）氣動(dòng)夾具在法蘭叉銑削加工過程中共存在兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)法蘭叉在旋轉(zhuǎn)角度時(shí)沒有偏差。另外，加工過程中會(huì)存在一定程度上的限制，原因銑刀是多刀刃切削，在和法蘭叉頭法蘭端面切削時(shí)，以保證定位的準(zhǔn)確性，從而為后續(xù)精加工時(shí)提供保證。

（4）從定位元件、夾緊裝置、機(jī)械部件等方面及萬(wàn)向軸法蘭叉頭法蘭端面齒的加工方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、操作方便、加工快捷等特點(diǎn)。這對(duì)不具備端面齒專用加工設(shè)備的企業(yè)來說，具有較大的實(shí)用和推廣價(jià)值。

科學(xué)合理地運(yùn)用機(jī)電一體化理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不斷總結(jié)并歸納，向生產(chǎn)個(gè)性化戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移。

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作者簡(jiǎn)介：

徐姝，1975年11月，女，漢族，江蘇鎮(zhèn)江，大專學(xué)歷，技師，研究方向：木工機(jī)械加工。