一種方形薄板外圓及內(nèi)孔加工的工裝夾具

◇安徽天航機(jī)電有限公司 吳 敏 高茂洋 張 昊 常星星

在方形薄板外圓及內(nèi)孔加工的過(guò)程中，包括用于內(nèi)孔加工的所有壓緊裝置，將待加工的薄板整體收集，通過(guò)兩種不同的裝夾方式進(jìn)行加工，包括將待加工方形薄板壓制在一起放在T型夾塊的端面上，繞圓周方向制4個(gè)均勻分布的螺紋孔，使其壓力均勻分散，通過(guò)圓柱夾塊將待加工的方形薄板壓住，采用內(nèi)六方螺釘擰入的方式將兩者配合連接，使其中間待加工的方形薄板緊緊固定，為保證內(nèi)孔加工的高精度與高效率，將孔加工后的方形薄板壓制在一起穿入放在內(nèi)孔裝夾件上，通過(guò)外六方螺帽將其擰入固定，通過(guò)車(chē)床的三爪卡盤(pán)將其固定，保證外形加工的高穩(wěn)定性與高效性。

在方形薄板外圓及內(nèi)孔加工的過(guò)程中，包括用于內(nèi)孔加工的所有壓緊裝置，將待加工的薄板整體收集，通過(guò)兩種不同的裝夾方式進(jìn)行加工，包括將待加工方形薄板壓制在一起放在T型夾塊的端面上，繞圓周方向制4個(gè)均勻分布的螺紋孔，使其壓力均勻分散，通過(guò)圓柱夾塊將待加工的方形薄板壓住，采用內(nèi)六方螺釘擰入的方式將兩者配合連接，使其中間待加工的方形薄板緊緊固定，為保證內(nèi)孔加工的高精度與高效率，將孔加工后的方形薄板壓制在一起穿入放在內(nèi)孔裝夾件上，通過(guò)外六方螺帽將其擰入固定，通過(guò)車(chē)床的三爪卡盤(pán)將其固定，保證外形加工的高穩(wěn)定性與高效性。

方形薄板外圓及內(nèi)孔加工零件作為墊片或者保護(hù)圈，被廣泛使用于航空航天、深海制造等機(jī)械配合使用中，加工件的材質(zhì)大多可以分為氟塑料或金屬類(lèi)等[1-4]，它主要用于固定螺栓與螺紋孔或者是在裝配時(shí)達(dá)到密封的作用。由于零件本身厚度較小，當(dāng)材質(zhì)為金屬類(lèi)時(shí)，采用開(kāi)口胎方式加工效率低下，一般采用電焊或者膠水等固定劑將薄板類(lèi)的四周角固定，然后用電火花線切割技術(shù)進(jìn)行制孔與割外形，可以大大提高加工效率同時(shí)避免由于零件厚度較薄導(dǎo)致四周變形。而當(dāng)加工件材質(zhì)為非金屬氟塑料類(lèi)等，由于線切割通過(guò)放電特性進(jìn)行材料的去除，氟塑料本身不具有導(dǎo)電性，采用線切割方式不宜進(jìn)行，而對(duì)于車(chē)床首先是加工件壁厚太薄，三爪卡盤(pán)無(wú)法進(jìn)行裝固定，采用常見(jiàn)的開(kāi)口胎進(jìn)行裝夾[5-8]。由于其裝夾力不容易控制，因此出現(xiàn)加工難度大，準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，效率低下的特點(diǎn)。本文為了解決上述問(wèn)題，提出了一種方形薄板外圓及內(nèi)孔加工的工裝夾具。首先是薄板的內(nèi)孔加工工裝，包括T型夾塊，采用易加工的鋁合金材質(zhì)，零件兩端的尖邊制光滑圓角，防止人為的擦傷，在圓柱上端制4處均勻的螺紋孔，環(huán)孔距中心的距離要大于待加工零件的尺寸要求，正是由于工裝夾具的穩(wěn)定性、一致性，從而保證了加工生產(chǎn)效率。

1 零件結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)工件材料的供應(yīng)狀態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)，選擇正確的材料型號(hào)，通過(guò)毛坯尺寸用鉗工工種進(jìn)行下料，為防止下料的物體四周出現(xiàn)尖邊，對(duì)操作人員存在風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)方形毛坯用刮邊刀對(duì)毛刺進(jìn)行去除，如圖1為航空航天常用的方形毛坯。圖2為加工成形的薄壁件，通常加工的材料為鋁合金或者氟塑料等材質(zhì)，由于此類(lèi)零件的厚度較薄，一般為1～3mm，用三爪卡盤(pán)裝夾單個(gè)零部件易出現(xiàn)尺寸變形，難以保證圖樣尺寸要求。

圖1 方形毛坯

圖2 成品件

2 圓孔加工工裝研究

通過(guò)圖2成品件對(duì)產(chǎn)品的工藝進(jìn)行分析，有兩種加工方式，一種是先加工孔再加工外形，另外一種是先加工外形再加工內(nèi)孔，通常機(jī)床操作和分析發(fā)現(xiàn)，第二種方式中加工基準(zhǔn)不便找正，因此可先進(jìn)行孔加工，然后再進(jìn)行外圓加工，在孔加工過(guò)程中，先制作T型夾塊，用于承載車(chē)方形薄片內(nèi)孔所需的支撐平臺(tái)，制造T型夾塊中選擇機(jī)床易切削的材料鋁合金2A12，在加工的接觸面約為方形毛坯橫截面1.2倍，在加工T型塊上表面時(shí)，保證表面質(zhì)量，將收集的待加工件整齊的疊放在一起，固定在T型夾塊的上表面。對(duì)于T型夾塊上面的待加工薄板。為實(shí)現(xiàn)更好的配合效果，達(dá)到產(chǎn)品固定作用，在T型夾塊上表面制4處均勻分布的螺紋孔與圓柱夾塊進(jìn)行配合，因此在圓柱夾塊上也同樣制4處均勻的螺紋孔，其孔的大小與T型夾塊一致，兩者通過(guò)螺釘配合使用。在制備螺釘過(guò)程中，采用強(qiáng)度較高的不銹鋼材質(zhì)，防止過(guò)多的拆卸與轉(zhuǎn)配導(dǎo)致螺紋變形，在配合中螺紋桿的長(zhǎng)度需超過(guò)T型夾塊的下端4～5mm，這樣可以增強(qiáng)配合過(guò)程中四處螺釘?shù)墓潭ā榉乐菇饘偌J邊對(duì)操作人員有人身傷害，所有的外邊均需進(jìn)行圓角處理或者通過(guò)鉗工進(jìn)行倒鈍，通過(guò)內(nèi)六方扳手緩慢的將螺釘擰入T型夾塊與圓柱夾塊之間，其零部件配合組裝方式如圖3所示。

圖3 零部件配合組裝圖

3 外圓孔加工工裝研究

采用三爪卡盤(pán)對(duì)T型夾塊圓柱體部分進(jìn)行裝夾，然后用車(chē)床進(jìn)行車(chē)制內(nèi)孔，達(dá)圖樣尺寸要求，當(dāng)方形薄板內(nèi)孔加工完成后，對(duì)每一件的內(nèi)孔進(jìn)行邊緣去毛刺，在設(shè)計(jì)外圓加工工裝時(shí)，首先是通過(guò)加工完成后的內(nèi)孔，作一個(gè)內(nèi)孔裝夾件用于規(guī)定內(nèi)孔，同樣采用質(zhì)輕、易加工的鋁合金2A12材質(zhì)，為方便加工件內(nèi)孔與工裝上軸的連續(xù)工作，采用間隙配合方式。在設(shè)計(jì)整個(gè)內(nèi)孔裝夾件中，為防止加工件在車(chē)外圓過(guò)程中，刀具與工件撞刀，留有一定的退刀距離，因此在配合的圓柱軸與三爪卡盤(pán)夾持圓柱之間留有一部分軸肩，軸肩距三爪卡盤(pán)夾住的圓柱形端面處預(yù)留一部分距離，通常保持5mm的長(zhǎng)度。

同時(shí)內(nèi)孔裝夾件的上端需要制螺紋，即為與加工件內(nèi)孔配合的圓柱軸的上端處，設(shè)計(jì)直徑比內(nèi)孔小的軸，為保證工件的強(qiáng)度性能等要求，上端直徑比孔小3～5mm，螺紋桿長(zhǎng)度與孔配合的軸端面處截止，將內(nèi)孔加工完成后的薄板樣件有序的疊放在一起，與軸進(jìn)行配合。

為保證所加工的薄壁板與軸端面牢靠固定，同時(shí)方便整個(gè)裝配方式的裝夾與拆卸，在設(shè)計(jì)所使用的六方螺釘時(shí)，采用質(zhì)輕且易加工的鋁合金2A12材質(zhì)，整個(gè)工件采用通孔的形式，孔的大小比螺紋軸小1mm左右，六方螺釘?shù)撞坎捎脠A柱體方式，圓柱體的內(nèi)部有螺紋，保證螺紋的大小裝夾件上的最小直徑軸上的螺紋一致，兩者配合使用，同時(shí)圓柱體的直徑根據(jù)加工件的外圓直徑進(jìn)行選擇，根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，圓柱體的直徑比加工件外圓直徑小2mm，不僅可以避免刀具在加工過(guò)程中與圓柱體進(jìn)行碰撞，同時(shí)較大面積與加工件接觸，在軸向擰入增加力時(shí)，減小工件局部受力，保證加工件尺寸的穩(wěn)定性，提高了加工的質(zhì)量。通過(guò)六方扳手與螺母配合使用，大大減輕了裝配與拆卸的繁瑣過(guò)程，減小操作時(shí)間，提高了加工的效率。

為防止加工的金屬件端面出現(xiàn)的銳邊對(duì)操作人員產(chǎn)生擦傷，對(duì)外圓加工工裝中的所有零件的端面進(jìn)行R1倒圓或者采用鉗工進(jìn)行手工去毛刺，圖4為外圓加工的工裝組合圖。

圖4 外圓加工工裝圖

4 結(jié)束語(yǔ)

在方形薄板外圓及內(nèi)孔的加工過(guò)程中，當(dāng)加工的材料為氟塑料或者非金屬材質(zhì)時(shí)，由于電火花線切割放電特性，通常無(wú)法進(jìn)行割制，根據(jù)加工件的外形及內(nèi)孔尺寸，需要采用特殊的工裝設(shè)計(jì)，將加工件通過(guò)外圓工裝與內(nèi)孔工裝進(jìn)行拆分加工，使得此類(lèi)的薄壁件加工難度降低，同時(shí)也提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率，該工裝可以適合此類(lèi)不同材料的加工，根據(jù)工藝的不同也可以單獨(dú)使用，即單工序制孔或者是車(chē)外圓，工裝具有典型性，為航空航天上的薄壁件加工提供有用的參考價(jià)值。