數(shù)控車床同時加工多個零件的工裝設計

林鎮(zhèn)水，張彩珠

韶關(guān)市技師學院 廣東韶關(guān) 512023

1 序言

在校企合作過程中，我校實習工廠接到企業(yè)要求加工的一批零件（見圖1）訂單。要求在工件的兩翼，加工出兩個圓弧表面，兩圓弧表面相對于工件軸心線旋轉(zhuǎn)180°，完全相同，圓弧R80mm的公差為0.057mm。工件材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，月產(chǎn)量為3000件。

圖1 零件

最初制定的工藝路線：粗、精車削各外圓、臺階倒角及內(nèi)孔、內(nèi)錐→用鉆模鉆出兩個φ11mm通孔→線切割加工內(nèi)鍵槽→線切割加工R3mm圓弧及兩直角面→數(shù)控銑床加工R80mm圓弧。

在數(shù)控銑床上加工R80mm圓弧，原來設計的簡易工裝采用錐度為1∶5的錐形心軸和菱形銷定位。工件只能單個加工，雖然加工精度可以滿足設計要求，但加工效率低，加工成本高，且不能充分發(fā)揮數(shù)控銑床的高效優(yōu)勢。

加工一批零件后，我們決定對加工方案進行重新設計，尋求在數(shù)控車床上加工R80mm圓弧的可行性，以車代銑，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，最大限度地擴展機床的使用范圍。

2 工件的加工工藝與專用夾具設計

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點重新進行了工藝分析。R80mm圓弧是規(guī)則圓弧，只要能找到圓心并和車床的旋轉(zhuǎn)中心重合，就可以用車床加工。與銑削相比，生產(chǎn)效率會有大幅度提高，于是我們設計了在經(jīng)濟型數(shù)控車床上使用且能同時裝夾多個零件的夾具，如圖2所示。

2.1 應用新工裝后工件的加工工藝

1）在數(shù)控車床上粗、精車削各外圓臺階倒角及內(nèi)孔、內(nèi)錐孔。

圖2 夾具

2）在鉆床上用鉆模定位鉆出平面上的兩個φ11H8通孔（為了定位需要適當提高孔的加工精度）。

3）內(nèi)錐面上的鍵槽采用線切割加工。首先，切割內(nèi)錐面零件前，試切一個相同高度的凸模零件，記錄當前ZSDID0值；其次測量試件的實際角度與實際尺寸，并計算修正值；最后再切割錐度件，得到的測量尺寸與角度值都比較精確，達到設計要求。

4）數(shù)控線切割加工R3mm圓弧及兩直角面。

5）在數(shù)控車床上用新設計的專用夾具，以1∶5內(nèi)錐孔為定位基準（由于定位基準進行了轉(zhuǎn)換，所以在前面工序加工中要保證錐孔與設計基準的同軸度），加工R80mm圓弧面。此時，實際上已把R80mm圓弧面的加工轉(zhuǎn)變?yōu)檐囅鳓?60mm的孔。

2.2 夾具的結(jié)構(gòu)及工作原理

夾具主要包括夾具體、錐形心軸、菱形銷及壓緊元件[1]。安裝后讓工件R80mm圓弧面分布在以車床主軸回轉(zhuǎn)中心為圓心、以80mm為半徑的圓周上，如圖3、圖4所示。

圖3 工件裝夾

圖4 工件裝夾布局

在夾具體直徑為160mm的圓周上，根據(jù)工件的尺寸盡量多地安裝定位心軸和菱形銷，力爭做到工件既不相互干涉，又能充分利用空間。工件上已鉆削出的φ11H8孔中的任意一個用作防轉(zhuǎn)動定位，這樣多個工件即可同時加工。

3 工件在夾具中的定位分析

工件安裝在夾具體上，錐形心軸限制了工件的5個自由度，菱形銷限制了1個轉(zhuǎn)動自由度，相當于一面兩銷定位。工件的6個自由度被完全限制，屬于完全定位，定位安全可靠[1，2]，如圖5所示。

圖5 工件定位

4 夾具主要元件

1）夾具體 如圖6所示，夾具體與機床連接的法蘭尺寸要根據(jù)機床主軸端尺寸配制。安裝定位心軸的6個孔的圓周尺寸和安裝6個菱形銷的孔的位置，要根據(jù)加工圓弧的半徑尺寸和位置要求精確計算后確定[1，2]。

圖6 夾具體

2）錐形心軸 如圖7所示。

3）菱形銷 如圖8所示，菱形銷與工件定位孔采用小間隙配合，既要保證安裝方便，又要限制工件有盡量小的轉(zhuǎn)動量。菱形銷與夾具體的裝配采用φ10H7/n6的過盈配合，保證菱形銷牢固地固定在夾具體上。需要注意的是，菱形銷在夾具體上安裝時，菱形銷的窄面應垂直于菱形銷中心和工件錐形孔中心連線。

圖7 錐形心軸

圖8 菱形銷

5 夾具的使用方法

將夾具安裝到機床主軸上并用百分表檢驗其安裝的正確性。

工件在完成相關(guān)工序之后，將工件安裝到夾具體上，用螺母壓緊，然后即可對R80mm圓弧面進行車削加工[3，4]。工藝為：①粗車削工件φ160mm孔，留1mm精加工余量。②精車削工件φ160mm孔至公差要求。

加工完成后，卸下工件，將工件旋轉(zhuǎn)180°重新安裝，即可加工工件另一面的R80mm圓弧面。

由于一次同時安裝多件加工，減少了刀具空行程，提高了有效切削時間，加工效率明顯提高。在數(shù)控銑床上使用高速鋼刀具加工，在數(shù)控車床上使用硬質(zhì)合金刀具加工，由于硬質(zhì)合金刀具的切削參數(shù)比高速鋼刀具的切削參數(shù)高出很多，所以使用此夾具既提高了切削效率，又降低了刀具成本，綜合經(jīng)濟效益顯著提升。

6 結(jié)束語

在機械零件設計中，經(jīng)常采用圓弧表面，而圓弧表面的加工工藝是多種多樣的，要根據(jù)圓弧曲率、材質(zhì)和技術(shù)要求，采取不同的加工工藝。因為加工工藝的不同必然會產(chǎn)生不同的加工效果，所以工藝人員在編制加工工藝時，要對多種工藝方案進行充分論證。傳統(tǒng)的工藝肯定是可行的，但隨著科技的進步，新設備、新刀具材料的大量涌現(xiàn)，工藝設計人員也要與時俱進，突破傳統(tǒng)工藝，采納最優(yōu)方案，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。通過本文實踐證明，使用經(jīng)濟性數(shù)控車床，配上合理的工藝裝備，實現(xiàn)以車代銑、多件同時加工是完全可能的。

本夾具結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，并具有一定的通用性，對于特殊零件上的圓弧要素加工，具有一定的借鑒意義。