杜江升，陳君寶

（湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖北十堰442002）

細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件的柔性?shī)A具設(shè)計(jì)

杜江升，陳君寶

（湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖北十堰442002）

對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件的工藝進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了在立式加工中心上加工細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件的柔性?shī)A具。通過(guò)本夾具可以批量安裝細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件，以實(shí)現(xiàn)銑、鉆、擴(kuò)、鉸、鏜等工藝過(guò)程。應(yīng)用表明本設(shè)計(jì)可以降低成本、提高效率、提升質(zhì)量。

細(xì)長(zhǎng)軸；批量加工；柔性?shī)A具

1　細(xì)長(zhǎng)軸加工工藝方案

細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件是常見(jiàn)機(jī)械零件，在外圓加工后，其上有平面、曲面、直孔、錐孔、銷(xiāo)孔等需要加工。撥叉軸類(lèi)零件如圖1所示，材料為35#冷拔鋼，前期工藝為“切斷→無(wú)心磨（加工外圓）→C1倒角”，其中C1倒角為本夾具的定位基準(zhǔn)，需加工平面、曲面、錐孔等，加工工藝為銑平面、銑曲面、鉆底孔、鉸錐孔。設(shè)備選用立式加工中心，刀具選用整體硬質(zhì)合金刀具，夾具采用柔性?shī)A具，數(shù)控加工程序控制加工過(guò)程。

工藝方案主要有2種：1）采用工序分散原則，每序設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具，在通用設(shè)備上進(jìn)行加工，綜合成本高、效率低［1-2］；2）采用工序集中原則，在車(chē)銑復(fù)合加工中心上進(jìn)行加工，投入成本高，同時(shí)細(xì)長(zhǎng)軸質(zhì)量不好保證，綜合效率低，綜合成本高。通過(guò)圖1所示零件的工藝分析，設(shè)計(jì)了在立式加工中心上批量加工的柔性?shī)A具，夾具上配置2個(gè)伺服電機(jī)、直線(xiàn)導(dǎo)軌及滾珠絲桿等。通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪齒條轉(zhuǎn)位系統(tǒng)、液壓自定心定位夾緊機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助支承機(jī)構(gòu)，本夾具可批量安裝8～20件直徑為10～30mm、長(zhǎng)度為100～800mm的細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件，實(shí)現(xiàn)銑、鉆、擴(kuò)、鉸、鏜等工藝過(guò)程。

圖1　撥叉軸類(lèi)零件

2　總裝配圖

細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件在立式加工中心上批量加工的柔性?shī)A具總裝配圖如圖2所示。

1）立式加工中心立式加工中心機(jī)床精度符合工藝要求，價(jià)格比較低，數(shù)控系統(tǒng)改造比較容易。

2）批量加工夾具是安裝在立式加工中心上，其主軸換刀時(shí)間比較長(zhǎng)，所以通過(guò)批量安裝減少換刀時(shí)間。

3）液壓自定心定位夾緊機(jī)構(gòu)為提高自動(dòng)化程度及定位精度，采用液壓自定心定位夾緊機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)不同直徑零件的自定心定位夾緊。

4）齒輪齒條機(jī)構(gòu)圖2中的右視圖去掉了電機(jī)、隔套等零件，主要是表達(dá)齒輪齒條傳動(dòng)。零件的轉(zhuǎn)位通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪、通過(guò)齒條傳遞到10個(gè)從動(dòng)齒輪，再通過(guò)液壓自定心定位夾緊機(jī)構(gòu)中的從動(dòng)齒輪普通平鍵驅(qū)動(dòng)壓自定心定位夾緊機(jī)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)，這樣實(shí)現(xiàn)10個(gè)零件的同步旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)范圍是［-180°，180°］，主要考慮液壓軟管的狀態(tài)。由于齒輪傳動(dòng)有沖擊及震動(dòng)，需提高齒輪精度或改為同步齒形帶傳動(dòng)。

5）伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助支承機(jī)構(gòu)針對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件，長(zhǎng)徑比大，在鉆孔時(shí)，徑向力比較大，如加工圖1中A-A剖面中的孔，此時(shí)零件彎曲變形，影響加工質(zhì)量，所以采用浮動(dòng)V形進(jìn)行輔助支承。

6）裝夾不同長(zhǎng)度的零件通過(guò)移動(dòng)在直線(xiàn)導(dǎo)軌上的右支架，可裝夾不同長(zhǎng)度的細(xì)長(zhǎng)軸，右支架調(diào)整到位后，其位置可水平任意調(diào)整。通過(guò)右支架固定螺釘固定右支架的位置。

圖2　細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件在立式加工中心上批量加工的柔性?shī)A具總裝配圖

2.1液壓自定心定位夾緊機(jī)構(gòu)

液壓自定心定位夾緊機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3。結(jié)合圖1，坐標(biāo)系定義水平為X軸，垂直向上為Z軸。彈簧卡頭內(nèi)孔限制，內(nèi)孔臺(tái)階面限制，右浮動(dòng)定位套筒限制，共限制零件的5個(gè)自由度，符合定位要求。此時(shí)，左滑動(dòng)軸承與右滑動(dòng)軸承保持同心Ф0.02 mm以?xún)?nèi)，彈簧卡頭的設(shè)計(jì)、制造也至關(guān)重要［3］。零件右端C1倒角與右浮動(dòng)定位套筒接觸，壓縮彈簧到足夠距離，把零件左端放入彈簧卡頭中，液壓缸收縮，帶動(dòng)彈簧卡頭左移到位，右浮動(dòng)定位套筒在彈簧力的作用下伸出，保持與零件的接觸。零件實(shí)現(xiàn)自定心定位及夾緊。通過(guò)更換彈簧卡頭與旋轉(zhuǎn)套，可定位夾緊不同直徑的細(xì)長(zhǎng)軸。彈簧的彈力大小也可通過(guò)調(diào)整右支架的位置來(lái)調(diào)整。

圖3　液壓自定心定位夾緊機(jī)構(gòu)

2.2伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助支承機(jī)構(gòu)

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助支承機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖4。浮動(dòng)支撐支架內(nèi)部有液壓管路及氣路，與液壓輔助支承缸相通。通過(guò)滾珠絲桿及電機(jī)移動(dòng)在直線(xiàn)導(dǎo)軌上的輔助支承機(jī)構(gòu)（圖2），隨加工位置的變化而移動(dòng)，提高了加工零件的抗彎剛度，減少了變形提高加工質(zhì)量。如圖5所示，加工區(qū)域1時(shí)，輔助支承機(jī)構(gòu)在區(qū)域1位置；加工區(qū)域2時(shí)，輔助支承缸帶動(dòng)V型塊下移15 mm，通過(guò)滾珠絲桿帶動(dòng)平衡到區(qū)域2位置，然后上移動(dòng)15 mm，與零件接觸，實(shí)現(xiàn)新位置的輔助支承。通過(guò)更換浮動(dòng)V型塊可適應(yīng)不同直徑的零件或調(diào)整輔助支承缸的高度。

圖4　伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助支承機(jī)構(gòu)

圖5　輔助支承隨加工位置變化而變化

2.3電氣、液壓、冷卻、潤(rùn)滑、防護(hù)罩

柔性?shī)A具能否成功，除機(jī)械結(jié)構(gòu)外，其它部件也很重要。

1）伺服電機(jī)的控制該柔性?shī)A具選用2個(gè)伺服電機(jī)，需與數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)在一起。在編制數(shù)據(jù)加工程序時(shí)，這2個(gè)伺服軸不參與聯(lián)動(dòng)，但數(shù)控加工程序需對(duì)其進(jìn)行控制。

2）液壓缸、液壓輔助支承缸控制液壓缸用于夾緊與松開(kāi)零件，在數(shù)控加工程序的頭和尾進(jìn)行控制，但液壓輔助支承缸的升降隨加工區(qū)域、刀具的不同而不同，在編制數(shù)控加工程序時(shí)需謹(jǐn)慎處理。

3）切削液的使用為避免鐵屑粘結(jié)在浮動(dòng)V型上，其內(nèi)有冷卻液孔，可通冷卻液，冷卻液噴出，把落在浮動(dòng)V型塊上的切屑沖走。

4）潤(rùn)滑轉(zhuǎn)動(dòng)部位采用滑動(dòng)軸承和止推軸承，定時(shí)定量進(jìn)行潤(rùn)滑，減少摩擦，提高使用壽命。

5）防護(hù)罩為防止鐵屑落在直線(xiàn)導(dǎo)軌、滾珠絲桿上，在左支架、浮動(dòng)支承支架和右支支架之間有防護(hù)罩。

3　結(jié)論

通過(guò)應(yīng)用驗(yàn)證，該柔性?shī)A具提高了加工質(zhì)量，通過(guò)可移動(dòng)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助支承機(jī)構(gòu)，提高了被加工部位的剛度（抗彎剛度）；該夾具批量裝夾，減少了立式加工中心的換刀時(shí)間，減少了機(jī)加工時(shí)間，提高了加工效率；該柔性?shī)A具可針對(duì)不同品種的系列細(xì)長(zhǎng)軸零件，減少了夾具、機(jī)床和人工投入，綜合成本降低。

［1］王寶玲.細(xì)長(zhǎng)軸上徑向孔的加工分析［J］.工具技術(shù)，2015，49（3）：66-67.

［2］杜新宇.變速箱撥叉軸圓弧槽銑夾具的設(shè)計(jì)及制造［J］.機(jī)床與液壓，2015（7）：37-39.

［3］聶榮臻，蔡舒旻.基于變速箱撥叉零件加工的彈簧夾套改進(jìn)［J］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2015（9）：35-36.

Design of Flexible Fixture for Slender Shaft Parts

Du Jiangsheng，Chen Junbao
（School of Mechanical Engineering，Hubei University of Automotive Technology，Shiyan 442002，China）

The process of the slender shaft parts was analyzed，the flexible fixture for machining slender shaft parts in the vertical machining center was designed.The slender shaft parts can be installed in bulk by the fixture to achieve the milling，drilling，reaming，reaming，boring process，etc.The applica?tion shows the flexible fixture designed can reduce the cost，improve the efficiency and quality.

slender shaft；batch processing；flexible fixture

TG75

A

1008-5483（2016）02-0040-03

10.3969/j.issn.1008-5483.2016.02.010

2016-03-30

湖北省教育廳項(xiàng)目（D20151803）

杜江升（1992-），男，山西呂梁人，從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化方面的研究。E-mail：1971726673@qq.com

陳君寶（1975-），男，黑龍江依蘭人，副教授，從事機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)研究。E-mail：2242948988@qq.com