吳敏,莊東海
(1.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江寧波315800;2.寧波海天精工機械有限公司,浙江寧波315800)
在現(xiàn)代生產(chǎn)中,機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備,它直接影響著加工的精度、勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等。機床夾具分為通用夾具和專用夾具,通用夾具適應(yīng)范圍大,已成為機床附件,但生產(chǎn)率較低,適用單件小批量生產(chǎn)中。專用夾具是針對某一工件某一工序的加工要求專門設(shè)計和制造的夾具。其特點是針對性極強,沒有通用性。常用于批量較大的生產(chǎn)中,可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。
文中以嵌條壓板為例分析零件的工藝過程,并為某一工序設(shè)計專用夾具。
圖1為嵌條壓板的二維零件圖。
圖1 二維零件圖
嵌條壓板是龍門式數(shù)控加工中心的主要壓緊件之一,它在機床中主要起壓緊固定嵌條的作用,來調(diào)節(jié)嵌條在滑鞍導(dǎo)軌的位置,所以它需要有足夠的強度。又因為它直接和嵌條接觸,所以對接觸的表面粗糙度要求非常高。因此,嵌條壓板的加工精度將直接影響機床的運動性能,而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。反映嵌條壓板精度的參數(shù)主要有3個:(1)嵌條壓板與嵌條接觸面的斜度1∶100;(2)接觸面的表面粗糙度;(3)嵌條壓板的厚度。
圖2為零件的三維零件圖。
圖2 三維零件圖
從圖1可以看出,工件需要加工的面較多,加工部位多,需要多次進行裝夾。分別為:
平面的加工:(1)1∶100斜面及底面,1∶100表面粗糙度為Ra1.6μm,其中斜面距右面尺寸24.95 mm,距左面尺寸20 mm。底面的表面粗糙度為3.2 μm。(2)前后兩裝配面的尺寸要求為75±0.02 mm,表面粗糙度為Ra1.6μm。(3)工件左右各面,表面粗糙度為 Ra6.3μm。
孔的加工:(1)11×φ22孔深度45 mm,表面粗糙度Ra6.3μm。(2)11×φ33沉孔深度25 mm,表面粗糙度 Ra6.3μm。 (3)2×φ10錐銷孔深度30 mm,表面粗糙度Ra6.3μm。(4)2×φ14沉孔深度40 mm,表面粗糙度Ra6.3μm。
螺紋加工:(1)2×M12,螺紋深度30 mm。(2)3×M8,螺紋深度20 mm。(3)4×M8,螺紋深度16 mm。
制定工藝路線的出發(fā)點,應(yīng)當(dāng)使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為中大批量生產(chǎn)的情況下??梢钥紤]采用專用夾具,并盡量使工序集中以提高生產(chǎn)率。除此之外,還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效益,以便降低生產(chǎn)成本。
(1)選擇粗基準(zhǔn)
選擇粗基準(zhǔn)時,主要考慮保證各加工面有足夠的余量,使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求,并特別注意要盡快獲得精基面。此時以工件的底面為粗基準(zhǔn)來銑削工件后面,再以銑好的面為粗基準(zhǔn)來銑四周各面。
(2)選擇精基準(zhǔn)
選擇精基準(zhǔn)時,應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合原則,基準(zhǔn)統(tǒng)一原則,自為基準(zhǔn)原則,互為基準(zhǔn)原則,便于裝夾原則。該工件以底面為精基準(zhǔn)。
工序順序的安排遵循:
(1)基準(zhǔn)先行:為后續(xù)加工提供精基準(zhǔn)。
(2)先主后次:即以主要表面的加工方案為框架,適當(dāng)穿插次要表面的加工。
(3)先粗后精:有利于保證加工精度。
(4)先面后孔:用平面定位加工孔,有利于安裝穩(wěn)定。
綜上所述,具體的加工工藝見表1。
表1 機械加工工藝過程卡片
通過對零件的形狀和加工工藝的分析,文中以工序7、8銑削面為例,介紹夾具的設(shè)計過程。
由嵌條壓板零件圖可知,工件材料為HT250,由于年產(chǎn)量5萬件,是中批生產(chǎn),工件的加工精度要求又不高,所以設(shè)計的夾具結(jié)構(gòu)不宜太復(fù)雜。應(yīng)在保證質(zhì)量和適當(dāng)提高生產(chǎn)率的基礎(chǔ)上,盡可能地簡化夾具的結(jié)構(gòu),降低夾具設(shè)計與制造的成本,提高經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的加工方法,每次裝夾一個零件,生產(chǎn)效率較低,為了提高生產(chǎn)效率,設(shè)計一個一次能裝夾多個零件的專用夾具。
為了保證前后端面的平行度要求,根據(jù)工件加工要求,加工時需要限制工件的6個自由度,該夾具采用一面兩銷定位,以銑削好寬70 mm的底面及地面上2×φ10的孔為定位面和定位孔,限制零件的6個自由度。圖3為定位裝置三維圖。
圖3 定位裝置
3.2.1 夾緊機構(gòu)
在設(shè)計夾緊裝置時應(yīng)注意以下幾點:
(1)設(shè)計銑削夾具上夾緊裝置時,除了要考慮一般夾具設(shè)計應(yīng)滿足的要求外,還需要注意銑削加工的特點。銑削加工時,切削力比較大,并且刀齒的工作是不連續(xù)切削,易引起沖擊和振動,所以夾緊力要求較大,以保證工件的夾緊可靠,因此銑床夾具要有足夠的強度和剛度。
(2)選擇夾緊力的方向和作用點,夾緊力的方向,應(yīng)指向定位支承面,使定位可靠。
(3)夾緊裝置型式的選擇。為了使工件能快速套上或脫卸定位銷,可選用二個移動壓板,此結(jié)構(gòu)夾緊可靠,操作方便。
(4)為保持零件安裝方位與機床坐標(biāo)系及編程坐標(biāo)系方向的一致性,夾具應(yīng)能保證在機床上實現(xiàn)定向安裝,還要求能協(xié)調(diào)零件定位面與機床之間保持一定的坐標(biāo)尺寸聯(lián)系。
(5)為保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外,夾具要做得盡可能開敞,因此夾緊機構(gòu)元件與加工面之間應(yīng)保持一定的安全距離,同時要求夾緊機構(gòu)元件能低則低,以防止夾具與銑床主軸套筒或刀套、刃具在加工過程中發(fā)生碰撞。
由于產(chǎn)品是中批量生產(chǎn),因此夾具的夾緊機構(gòu)也同樣不宜太復(fù)雜,自動化程度也不能太高,該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu),采用M20六角頭螺母壓緊,寬40 mm的平行壓板。
3.2.2 切削力及夾緊力的計算
由于本工序最主要切削力是加工φ22點孔,所以對夾具的定位穩(wěn)定性進行計算,及對夾緊力和鉆削力進行計算。
鉆孔時的切削力計算:
根據(jù)參考文獻 [2]中表2.4,擴孔時的切削力為:
夾緊力的計算,根據(jù)參考文獻 [3](表1-2-25)得:
用扳手的六角螺母的夾緊力:M=20,P=2.5 mm,L=240 mm,作用力:F=100 N,夾緊力W0=7 950 N。
在加工過程中,由于工藝的不同,工件材質(zhì)和加工余量的不同以及刀具鈍化等因素的影響,欲準(zhǔn)確地確定所需夾緊力是很困難的。因此,為了夾緊可靠,必須將計算所得的切削力乘以安全系數(shù)作為實際所需的夾緊力。
式中:K1為基本安全系數(shù);
K2為加工狀態(tài)系數(shù);
K3為刀具鈍化系數(shù);
K4為切削特點系數(shù)。
根據(jù)參考文獻選取
鉆削力F'小于夾緊力,所以該夾緊裝置可靠。
圖4為夾具的總裝配圖。
圖4 夾具總裝圖
通過對嵌條壓板零件的合理分析,介紹了零件的機械加工工藝設(shè)計方法,并針對第七、八道工序設(shè)計了專用夾具,本夾具區(qū)別于傳統(tǒng)夾具每次加工只裝夾單件零件的生產(chǎn),該夾具一次可裝夾6件零件,大大提高了勞動生產(chǎn)率,同時也為同類零件的加工提供參考。
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