EQRX83杰克機(jī)殼平縫二期加工中心雙面夾具設(shè)計(jì)

摘" 要：本文簡(jiǎn)要介紹了杰克平縫二期機(jī)殼后窗口面粗精銑及鉆鉸定位銷(xiāo)孔柔性線，主要對(duì)生產(chǎn)線OP10雙面夾具的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和解決措施作出闡述。

關(guān)鍵詞：雙面夾具；多品種；變形；浮動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TS913" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " "文章編號(hào)：1005-2550（2023）01-0081-06

Design of Machining Center Double-sided Fixture for EQRX83 JACK Casing Flat Seam Project Phase II

SHI Fu-jun

（ MTP Dongfeng Machine Tool Plant CO.LTD， Shiyan 442000， China）

Abstract： This article briefly introduces the rough fine milling of the rear window surface of the Jack flat seam project and the flexible line of the drilling hinge positioning pin hole of the second phase of the Jack flat seam project II.It mainly elaborates the design difficulties and solutions of OP10 double-sided fixture in the production line.

Key Words： Double-Sided Fixture; Multi-Variety; Deformation; Fluctuation

石富軍

畢業(yè)于重慶三峽學(xué)院，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于東風(fēng)設(shè)備制造有限公司，主要從事機(jī)床設(shè)計(jì)工作，曾獲得實(shí)用新型專(zhuān)利三項(xiàng)。

1" " 前言

2017年我公司承接了杰克縫紉機(jī)有限公司的機(jī)殼加工線的設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試工作。本線通過(guò)四種工件（A4、A6、A6X、A7）。上料高度1350mm（距車(chē)間地平面），柔性線生產(chǎn)率2分/件，OP10生產(chǎn)線加工設(shè)備共有4臺(tái)DH400II加工中心組成。買(mǎi)方在技術(shù)協(xié)議中要求OP10序夾具設(shè)計(jì)通過(guò)多品種，經(jīng)過(guò)多輪技術(shù)評(píng)審，確定OP10序夾具為雙面夾具，并預(yù)留新品機(jī)殼加工。平縫二期項(xiàng)目中A4品種是平縫一期項(xiàng)目中的老產(chǎn)品，A4產(chǎn)品在市場(chǎng)上深受顧客喜愛(ài)，故在平縫二期項(xiàng)目中OP10序A4品種也得兼顧。

其中OP10序主要加工內(nèi)容包括機(jī)殼后窗口面的粗精銑以及鉆鉸定位銷(xiāo)孔，夾具安裝在DH400II加工中心A軸轉(zhuǎn)臺(tái)上。

2" " 夾具設(shè)計(jì)難點(diǎn)

2.1" "多品種問(wèn)題

夾具需要通過(guò)四種工件（A4、A6、A6X、A7），其中A4是平縫一期的產(chǎn)品。A4品種單獨(dú)在雙面夾具中的一面，其他三個(gè)品種在另外一面。

三種工件的相同點(diǎn)：定位方式相同，在三種品種中的600面找到共同的位置設(shè)置三個(gè)定位塊，加兩個(gè)輔助支撐，見(jiàn)圖1。

三種工件的不同點(diǎn)：三種品種的主壓緊點(diǎn)雖然都是壓在400面上，但是壓點(diǎn)不同。而且OP10序大多數(shù)的加工內(nèi)容都在400面上。見(jiàn)圖2。

2.2" "A4品種定位點(diǎn)問(wèn)題

A4品種，在600面設(shè)置三個(gè)定位點(diǎn)，但是只有一個(gè)定位點(diǎn)是平面，其余兩個(gè)定位點(diǎn)是斜面，這導(dǎo)致有可能定位塊的定位面是斜角度的，我們傳統(tǒng)定位塊定位面是平的。

2.3" "雙面夾具中兩塊底板的連接精度問(wèn)題

雙面夾具中A4底板安裝在A6底板上，技術(shù)協(xié)議要求OP10序要預(yù)留新品種加工，那么A4底板以后是要拆卸的，那么兩塊底板的重復(fù)定位精度不高的話，直接導(dǎo)致后期零件的加工精度。

2.4" "油路分布問(wèn)題

雙面夾具中包含有輔助支撐，夾緊油缸，推靠，有無(wú)料氣檢，沖水等一些列自動(dòng)化的動(dòng)作，導(dǎo)致油路繁多，要考慮到成本問(wèn)題，夾具配備的一轉(zhuǎn)臺(tái)一尾座的形式，轉(zhuǎn)臺(tái)出油，尾座沒(méi)有油道。

3" " 夾具方案

夾具采用雙面形式，上面設(shè)計(jì)為三個(gè)品種A6，A6X，A7的定位系統(tǒng)，600面采用三點(diǎn)定位加兩個(gè)輔助支撐，100面設(shè)置死檔，200面設(shè)置兩個(gè)長(zhǎng)行程推靠（為了適應(yīng)多品種），300面也設(shè)定死檔，在500面設(shè)定推靠。400面設(shè)置三個(gè)主夾緊。夾具采用的是桁架上下料，各個(gè)元件得布置不得與桁架機(jī)械手發(fā)生干涉。A4品種的定位方式與其他三種品種的方式一致。

結(jié)構(gòu)形式為A軸雙面夾具，夾具中心與轉(zhuǎn)臺(tái)尾座回轉(zhuǎn)中心重合，各個(gè)元件安裝在底板上，A4品種底板安裝在A6品種底板上，A6底板安裝在兩塊T型板上，T型板分別安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)和尾座上，見(jiàn)圖3。

4" " 解決措施

4.1" "“用于機(jī)加工的多點(diǎn)定位裝置”的開(kāi)發(fā)，解決多品種壓緊點(diǎn)不一致問(wèn)題

在雙面夾具的A面，加工三個(gè)不同品種時(shí)，主夾緊點(diǎn)a（斜面）各不一樣，那么這個(gè)夾緊點(diǎn)就只能是通過(guò)換型來(lái)解決。由于是桁架機(jī)械手上下料，考慮到壓臂夾緊松開(kāi)時(shí)要與桁架機(jī)械手不能發(fā)生干涉，連桿式夾緊器就不在考慮范圍之內(nèi)，那么就會(huì)用到旋轉(zhuǎn)式夾緊器，旋轉(zhuǎn)式夾緊器的活塞桿與壓臂連接的地方是個(gè)錐孔，壓臂頻繁的拆卸會(huì)使油缸損壞，故要解決這一系列問(wèn)題，我開(kāi)發(fā)“用于機(jī)加工的多點(diǎn)定位壓臂裝置”。此專(zhuān)利已授權(quán)，見(jiàn)圖4：

4.2" "解決A4品種點(diǎn)位點(diǎn)問(wèn)題

A4品種的600面其中有兩個(gè)定位點(diǎn)是斜面，在定位問(wèn)題上帶來(lái)很大的困難，經(jīng)過(guò)反復(fù)數(shù)據(jù)驗(yàn)證以及多輪評(píng)審，決定把兩個(gè)斜面的定位塊的定位面根據(jù)產(chǎn)品的數(shù)模也做成斜的，這樣定位塊個(gè)產(chǎn)品有更好的吻合性。見(jiàn)圖5。

4.3" "解決雙面夾具兩塊底板的精度保證問(wèn)題

雙面夾具中A4底板安裝在A6底板上，技術(shù)協(xié)議要求OP10序要預(yù)留新品種加工，那么A4底板以后是要拆卸的，那么兩塊底板的重復(fù)定位精度不高的話，直接導(dǎo)致零件的加工精度。采用常見(jiàn)的圓銷(xiāo)定位的問(wèn)題，銷(xiāo)子與孔之間設(shè)置有間隙，重復(fù)定位精度變差，如果要改良重復(fù)定位精度則要把間隙做小，但拆裝就會(huì)困難。經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)Pascal有一種帕爾手動(dòng)定位器可以解決這一問(wèn)題，具體原理本文不再詳述，主要是解決重復(fù)定位精度的，重復(fù)定位精度在3μm以?xún)?nèi)，吸收間距誤差±0.02mm。見(jiàn)圖6：

5" " 夾具受力分析

5.1" "加工內(nèi)容

加工400面窗口面、400面凸臺(tái)、400面孔系、200面窗口面、100面孔系。

5.2" "切削參數(shù)

見(jiàn)圖7。

5.3" "夾具夾緊力計(jì)算

夾緊力的計(jì)算是夾具設(shè)計(jì)中不可缺少的部分，也是比較重要的部分，夾緊力選擇的合適與否對(duì)整個(gè)夾具的設(shè)計(jì)的成敗啟著至關(guān)重要的作用。夾具的夾緊力主要是克服工件在加工過(guò)程中的切削力，因此我們只要能夠計(jì)算出工件在加工過(guò)程中的切削力就可以大致給定夾緊力，從而選擇合適的夾緊缸。由于零件在本工序加工所受最大的切削力來(lái)自于銑200面的拼裝面。根據(jù)圖7參數(shù)可計(jì)算出夾具的最大切削力，如圖8所示：

因此可以計(jì)算出鉆孔的最大切削力為：F= 4527N， 根據(jù)上面算出的夾緊力大小，根據(jù)各個(gè)位置空間大小選出合適的油缸大??；

a點(diǎn)所選油缸內(nèi)徑52mm，型號(hào)為BTU10-L，油壓取3.5MP，LH壓臂長(zhǎng)104mm，此時(shí)可計(jì)算出夾具的主夾緊力如下：

F1=P/（0.706+0.00228*LH）

=3.5/（0.706+0.00228*104）

=3.71KN

b點(diǎn)所選油缸內(nèi)徑56mm，型號(hào)為CLU16-R，油壓取3.5MP，LH壓臂長(zhǎng)105mm，此時(shí)可計(jì)算出夾具的主夾緊力如下：

F2=67.61XP/（LH-30.5）

=67.61X3.5/（105-30.5）

=3.18KN

C點(diǎn)所選油缸內(nèi)徑56mm，型號(hào)為CLU16-R，油壓取3.5MP，LH壓臂長(zhǎng)96.5mm，此時(shí)可計(jì)算出夾具的主夾緊力如下：

F3=67.61XP/（LH-30.5）

=67.61X3.5/（96.5-30.5）

=3.59KN

5.4" "刀具切削力校核

刀具軸向力的校核。刀具軸向力是機(jī)殼在加工的過(guò)程中刀具對(duì)機(jī)殼產(chǎn)生的拉力，使得機(jī)殼接近刀具軸向。查閱資料鋼對(duì)鑄鐵HT150的摩擦系數(shù)取0.2，夾具克服拼裝面的摩擦力大?。?/p>

F=（3.71+3.18+3.59）X1000X0.2=2096Ngt; 1267N，作用力方向在定位塊的定位面上，因此夾具滿足拼裝面加工的軸向力要求。其他幾個(gè)品種同理。

刀具徑向力的校核。刀具徑向力是在機(jī)殼在加工的過(guò)程中刀具對(duì)機(jī)殼產(chǎn)生的側(cè)拉力，使得側(cè)拉力的方向與刀具的進(jìn)給方向一致。夾具克服拼裝面的摩擦力大小2096Ngt;1720N，作用在定位塊的定位面上，因此夾具滿足拼裝面加工的徑向力要求。其他幾個(gè)品種同理。

刀具主切削力校核。刀具的主切削力是機(jī)殼在加工的過(guò)程中刀具對(duì)機(jī)殼產(chǎn)生的扭矩，使得機(jī)殼環(huán)繞刀具中心旋轉(zhuǎn)。

重力加速度g=9.8m/s2，" Φ125面銑刀粗銑拼裝面產(chǎn)生的扭矩為：

M=PzXD/20=4527/9.8X125/20=2887KG*cm=283N*M以其中一個(gè)定位塊為支點(diǎn)，夾具所能提供的扭矩為：384*3.71+6.5*3.18=1445.31N*M

以另外一個(gè)定位塊為支點(diǎn)，夾具所能提供的扭矩為：390.5*3.18+399*3.59=2674.2N*M，兩者之間取最小值1445.31gt;283N*M，夾具滿足拼裝面主切削力要求。其他幾個(gè)品種同理。

5.5" "零件有限元分析

機(jī)殼的夾緊變形和應(yīng)力校核，機(jī)殼在加工400面窗口面的加工精度平面度為0.05mm，查詢(xún)資料，機(jī)殼材料HT150的抗拉強(qiáng)度為≥150Mpa，對(duì)機(jī)殼A6X零件有限元分析，見(jiàn)圖9，夾緊后機(jī)殼的最大變形0.035lt;0.05，最大應(yīng)力82.2lt;150Mpa，夾具夾緊力符合機(jī)殼A6X變形及應(yīng)力要求。同理對(duì)其他三個(gè)產(chǎn)品有限元分析，也符合要求。

6" " "夾具檢查

經(jīng)過(guò)三維建模計(jì)算得出，夾具加機(jī)殼總質(zhì)量410Kg，轉(zhuǎn)臺(tái)尾座的最大載重500Kg，符合標(biāo)準(zhǔn)，夾具加機(jī)殼對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)尾座中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量5.2Kgm2，轉(zhuǎn)臺(tái)尾座的最大允許轉(zhuǎn)動(dòng)慣量8Kgm2，符合標(biāo)準(zhǔn)。

檢查夾具各個(gè)油缸部件，動(dòng)作順序以及打開(kāi)程度，各個(gè)油缸壓臂打開(kāi)與其他部件無(wú)干涉，動(dòng)作正常。

檢查氣路，水路，油路的管接頭及螺堵，沒(méi)有泄露現(xiàn)象。

7" " 夾具具體設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)

7.1" "專(zhuān)利以及夾具結(jié)構(gòu)形式在今后項(xiàng)目中的應(yīng)用

今后順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，產(chǎn)品不會(huì)單一，常規(guī)的夾具中都要兼容多個(gè)品種?！坝糜跈C(jī)加工的多點(diǎn)定位壓臂裝置”專(zhuān)利在后期的項(xiàng)目杰克繃縫和杰克繃縫擴(kuò)能中得到很好的應(yīng)用。為后續(xù)項(xiàng)目提供有力參考。柔性加工線OP10雙面夾具在今后多品種產(chǎn)品的加工中必定會(huì)成為主流，為今后的柔性加工線毛坯定位領(lǐng)域提供有力參考。

7.2" "夾具主管對(duì)夾具設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)的了解

雙面夾具不同于普通的夾具，考慮的因素比較多，主管要對(duì)夾具周邊，以及工件姿態(tài)，工件的定位方式，工件的上料方式，都要很熟悉，才能對(duì)夾具的設(shè)計(jì)要求有個(gè)整體性的把握。

7.3" "夾具設(shè)計(jì)前期交流的重要性

夾具設(shè)計(jì)前期和線主管的交流及其重要，項(xiàng)目中還得與甲方溝通設(shè)備占地情況及與夾具相關(guān)的連接方式等，這些都可以幫助自己更好的了解本夾具加工的工藝情況以及精度要求，避免走彎路，減少時(shí)間成本的浪費(fèi)。

7.4" "項(xiàng)目體會(huì)

在我們面對(duì)新的領(lǐng)域的時(shí)候要大膽的假設(shè)，小心的求證；做項(xiàng)目時(shí)要注重跨領(lǐng)域的結(jié)合，從不同的角度去思考問(wèn)題；在保證質(zhì)量的情況下，節(jié)約成本就是創(chuàng)造效益；設(shè)計(jì)的時(shí)候注重人機(jī)的結(jié)合，方便客戶的使用以及保養(yǎng)。

8" " "結(jié)束語(yǔ)

本夾具在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，得到了技術(shù)中心領(lǐng)導(dǎo)和主管及諸多同志的關(guān)心、指導(dǎo)和幫助，在此，謹(jǐn)向各位前輩、同事表示衷心的感謝。由于本人水平有限，其中部分見(jiàn)解可能會(huì)有不妥之處，懇請(qǐng)各位專(zhuān)家批評(píng)指證。

參考文獻(xiàn)：

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專(zhuān)家推薦語(yǔ)

蘭" 兵

東風(fēng)設(shè)備制造有限公司

機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)" 研究員級(jí)高級(jí)工程師

EQRX83杰克機(jī)殼平縫二期加工中心雙面夾具用于杰克平縫機(jī)殼自動(dòng)生產(chǎn)線的OP10工序，該工序采用桁架自動(dòng)上下料，通過(guò)機(jī)殼零件有限元分析，三維建模計(jì)算夾具加機(jī)殼的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等可靠保證了夾具的設(shè)計(jì)。由于是第一道工序毛坯定位，該項(xiàng)目解決了多品種毛坯定位（包括斜面定位）一致問(wèn)題；采用雙面夾具解決了A4/A6品種快速換型問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了專(zhuān)利“用于機(jī)加工的多點(diǎn)定位裝置” 解決多品種壓緊點(diǎn)不一致問(wèn)題 ；解決雙面夾具兩塊底板的精度保證問(wèn)題。該項(xiàng)目的成功交付后，后期的項(xiàng)目杰克繃縫、包縫、平縫項(xiàng)目的類(lèi)似夾具也采用上述的設(shè)計(jì)，為后續(xù)項(xiàng)目提供了有力參考，應(yīng)用效果良好。

該項(xiàng)目在當(dāng)期處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。