■ 大連豪森設備制造有限公司 （遼寧 116036） 劉 超

數(shù)控龍門銑床是近幾年陸續(xù)登上我國老工業(yè)基地的新型設備，為我國先進的加工技術做出了不朽的貢獻。但是，它也被限制在三維空間內(nèi)進行各種加工，對于四軸及五軸的加工也是無能為力的。

本文介紹的是用CKUMAMCR-ASCⅡ數(shù)控龍門銑床加工HS-FAS42024012-2111支架（見圖1）。該件除上下面具有定位銷孔外，在Z方向還有兩斜面，并在斜面內(nèi)各自有各坐標孔。

下面論述加工需自制具有簡單而精確旋轉功能的先進夾具，完成四軸的加工技術，以完善和充實該機床之不足。

1. 技術分析

該支架采用Q235—A焊接件，是用于汽車裝配線上重要部位的零部件。

圖 1

支架上下面均有坐標定位孔，上下各定位坐標孔位置公差±0.02mm。上下坐標孔與兩側斜面的位置公差是以兩斜面交點（153.9±0.02）mm 分別向兩側分布。

在側面的各坐標孔，除位置精度在±0.02m m外，其傾斜角度分別為22°±0.05′、19.5°±0.05′，切相交點偏離中心1.1mm，與側面距離為（153.9±0.02）mm。

左側是（142.4±0.02）mm、（2 1 0±0.0 2）m m，而右側是（150.1±0.02）m m、（210±0.02）mm，支架與底面旋轉點距離（436.5±0.02）mm，偏心距離不是1 5 5 m m，而是（153.9±0.02）mm。

該件關鍵加工部位是兩側斜面的相交點（436.5±0.02）mm，以及該相交點至各斜面的坐標孔。

2. 工藝編制

（1）鏜：刀校中間連接筋一側面，平面度≤0.05mm。

（2）鏜：粗銑上下面，凹臺面加工至成品，其余各面各留1.0～1.5mm。

（3）龍門銑：粗銑兩斜面，坐標孔面各留1.0～1.5mm（用專用夾具）。

（4）龍門銑：精銑上下面，鉆鉸各坐標孔，其余各孔點窩。

（5）龍門銑：精銑兩斜面，鉆鉸各坐標孔，其余各孔點窩（用專用夾具）。

（6）搖臂鉆：各螺紋孔。

為了保證加工件的幾何公差，所有的坐標孔面均應分粗精加工。并且，該件在粗加工后應放置一段時間，至少不小于24h，待工件消除切削應力后再進行各部位的精加工。

3. 工裝設計原則

該工件兩側斜面的加工，必須采用高精度的角度調(diào)整功能，就是四軸旋轉功能。而龍門銑床不具備加工斜面功能，只能設計專用的角度旋轉夾具，當工件精加工時，一次性將兩側斜面加工成品，該夾具應具備以下功能和特點：①該夾具是典型的一面兩銷定位方法，即以底面和兩坐標孔定位。坐標孔應選擇兩距離較遠位置，即相距（345±0.01）mm的兩個φ8H7坐標孔。②該夾具還必須具備一次性裝夾的功能，即夾具需具備左右翻轉功能，且翻轉角度的誤差必須≤±0.05°。③該夾具應具備加工各種左右翻轉角度功能，根據(jù)被加工件共同特點，左右翻轉±30o為宜。④該夾具底座需安裝在龍門加工中心工作臺上，并必須用平鍵和工作臺定位，該工作臺定位槽寬度24H7，而夾具定位鍵寬度公差采用基孔制h7即可。⑤該夾具工作臺大小應和底座匹配，為確保夾具強度，其厚度不得小于36mm。⑥該夾具翻轉裝置采用焊接件即可，分別焊接在底座和工作臺上下面，其位置應合理配置。⑦該夾具角度旋轉應采用精度較高的分度頭，即北京機床廠生產(chǎn)的F11125。該分度頭旋轉主軸孔兩端都是莫氏4號定位孔，中心與底面相距125mm。⑧該夾具各關鍵件的加工精度，不得小于8級公差精度。

根據(jù)以上分析，該夾具應根據(jù)角度工件的形狀特點，既要具備較高精度，又要考慮其通用性；既要具備安裝中大型工件的能力，又要考慮制作方便可行的經(jīng)濟效益（見圖2）。

圖 2

4. 關鍵件的設計情況

（1）底座。底座是該夾具的基礎件（見圖3），它必須具備以下條件：①外形360mm×600mm即可，該大小既要適用于本次工件的加工范圍，又要具備一定的通用性和廣泛的使用性能，屬于中型加工件的專用夾具。②該件底面的幾何公差確定在平面度0.02mm，為工作臺安裝后的平面精度提供條件。③該件的旋轉孔定位φ40H7，承受工件質(zhì)量的能力綽綽有余。④該旋轉孔是和F11125分度頭配套使用，其與底面距離（125±0.01）mm。⑤該孔左右各一個，除保證與底面（125±0.01）mm的尺寸公差外，還必須對稱中心0.02mm。⑥該底座底面定位鍵槽寬24H7，與機床本身工作臺配套使用。⑦該定位槽應與旋轉孔中心對稱0.02mm，以防止使用時旋轉中心偏移。⑧該底座的4個定位槽是固定各種角度定位柱的基面，應與底面統(tǒng)一尺寸（16±0.01）mm。

（2）工作臺。工作臺是和底座聯(lián)接在一起的關鍵件（見圖4），它除了擔負裝夾各種加工件的任務外，很重要的是負責旋轉各種角度，這就要求具備以下技術要求：①外形360mm×600mm，與底座配套使用。②該工作臺上平面的幾何公差確定平面度為0.02mm，為工件精加工時提供合理的裝夾精度。③該件的中間旋轉定位孔φ40H7前后各一個，是與底座旋轉孔配套使用的，前孔需安裝模式4號錐套，后孔則擔負著固定安裝旋轉軸的功能。前后孔對工作臺上平面尺寸精度（71±0.01）mm。④該件兩側各有4個φ30H7通過孔，在定位孔上安裝高精度的轉軸，轉軸上安裝同一高度的旋轉定位柱，當角度確定后，用兩側隨角度配套使用的角度定位柱，檢測旋轉角度的正確與否，同時起到固定工作臺和穩(wěn)定工件的作用。⑤為防止各套在旋轉過程中松動，在中間旋轉套的側面鉆有螺釘孔，待套安裝后，用沉頭螺釘壓緊。

圖 3

圖 4

（3）中心莫式套（見圖5）。該件是安裝在工作臺中間的前旋轉孔上，它除了擔負著底座和工作臺上下聯(lián)接的作用外，更重要的是擔負著聯(lián)接分度頭安裝使用的作用，所以它必須具備以下功能：①材料采用45鋼，精加工前需熱處理硬度48HRC，并且表面發(fā)藍處理。②莫氏孔需涂色檢查，接觸精度≥85%。③φ40h7外圓與莫氏孔的同心度要求≤0.01mm，表面粗糙度值Ra=0.8mm。④為防止轉動，在套的端面劃兩個固定窩，安裝時用螺釘將其固定。

（4）雙莫氏連接軸（見圖6）。雙莫氏連接軸是該夾具的附件，它是緊緊聯(lián)接夾具和分度頭的關鍵工件，承擔著聯(lián)接夾具和分度頭承前啟后的作用，它既要傳遞分度頭到夾具的轉矩，又要保證左右旋轉角度的精度。所以，該連接軸的精度需達到以下要求：①材料采用40Cr，粗加工后進行調(diào)質(zhì)處理，精加工前進行表面熱處理硬度48HRC。②前后莫氏錐外圓需涂色檢查，接觸精度≥85%，同心度≤0.01mm。③前后孔需采用60°中心孔，表面粗糙度值Ra=1.6mm，并帶有120°保護窩。④中間連接軸需和兩端錐外圓同時磨出，待分度頭和夾具聯(lián)接后，用卡盤輕輕夾緊，即可增加兩個聯(lián)接件的穩(wěn)定性。

5. 被加工件安裝過程

根據(jù)工藝安排，精加工時，龍門銑床擔負工序4：精銑上下面，鉆鉸各坐標孔，其余各孔點窩；工序5：精銑兩斜面，鉆鉸各坐標孔，其余各孔點窩（用專用夾具）。

工序4在這里不做論述，只介紹一下加工兩斜面及斜面上坐標孔的內(nèi)容。

（1）夾具安裝前，按規(guī)定位置，在工作臺上鉆出裝夾工件的螺釘孔M16-6H共9個。

圖 5

圖 6

夾具安裝分三步：①安裝前，須將各接觸面清洗干凈。②按定位鍵確定的位置，將夾具安裝在龍門銑床的合理位置。③分度頭安裝。首先將連接軸安裝在分度頭的主軸孔內(nèi)；然后用螺桿拉緊；其次，將分度頭輕輕推進夾具的中間莫氏4號孔內(nèi)，在用螺桿拉緊；最后，用卡盤扳子將連接桿輕輕夾緊，再用扳子將分度頭緊固在龍門銑工作臺上。

此時夾具和分度頭安裝完畢，其狀態(tài)如圖7所示。

找正工作臺平面，用分度頭調(diào)整左右角度，將分度頭盤左側螺釘松開，將定位銷插在分度盤內(nèi)，旋轉時，只需旋轉插上定位銷的分度盤即可，待用百分表找平后，再將左側螺釘緊固。根據(jù)圖樣要求，分度盤最好選54孔為好，每孔=10′。22°時，當手柄旋轉2圈后等于18°，剩4°，再轉24孔即可；19.5°時，再轉9孔即可。

該夾具是一面兩銷定位。首先，要在工作臺上鉆出定位孔，兩定位孔要按著圖樣要求在工件中心偏離1.1mm處，用探針確定夾具旋轉中心位置，即檢測連接軸（φ38±0.01）mm外圓，當中心確定后，機床主軸向左側移動（142.4±0.02）mm，向右側移動（150.1±0.02）mm，兩孔在X方向距離（210±0.02）mm，與工作臺側面127.5mm。

工件的夾壓螺釘孔，是在把該夾具安裝于龍門銑床之前完成的，根據(jù)被加工件底面形狀，在6個φ60mm通孔處，鉆出夾緊螺桿6處，均采用M16即可。在右側3個M16螺紋孔處同時鉆出3個M16螺釘孔，安裝3個支撐墊，用M16螺桿即可，在螺栓上下端把上M16螺母，底螺母緊固螺桿，上螺母和壓板配合，起支撐壓板作用。

圖8所示是工件安裝前，銷柱、壓板及各螺釘擺放位置。

（2）安裝銷子后，以銷孔定位，將工件安裝在工作臺上，用螺釘和壓板將工件夾緊。

（3）按圖8所示要求，用分度頭左右旋轉夾具角度－19.5°、22°。

角度確定后，須在該夾具兩側安裝左右定位柱，以穩(wěn)定夾具，并在機床工作臺上自找合適位置，將該夾具壓緊，這里就不詳細說明了（見圖9）。

6. 加工過程

首先，將圖示尺寸按坐標尺寸轉換，在數(shù)控龍門機床上X、Y和Z方向的編程如下：

（1）X方向。設銷孔為零點，用探針檢查，左移42mm，右移429－42=387（mm）。

圖 8

圖 9

（2）Y方向。設夾具旋轉中心為零點，用探針檢查，當左旋－19.5°時，Y=169.4mm，當右旋22°時，Y=190.1mm。該工序不能一次完成，需按最終尺寸反復加工幾次。

（3）Z方向。設工作臺平面為零點。①當左旋－19.5°時，Z1=230.9mm，Z2=250.9mm，Z3=270.9mm，Z4=460.9mm，Z5=480.9mm。②當右旋22°時，Z1=215.3mm，Z2=235.3mm，Z3=260m m，Z4=445.3m m，Z5=465.3mm。其中：Z2、Z4為銷孔，其余為螺孔點窩。

關鍵加工部位是在Y方向加工左右兩側面時，首先用探針將旋轉中心零點確定，加工時，每面各留1～1.5mm用探針檢測其實際尺寸，按圖9所示尺寸移動Y方向坐標。然后，反復精加工各斜面成品。需要重點論述的是，兩斜面成品后，其相交點必須保證與夾具旋轉點距離為（507.4±0.02）mm的尺寸，才能保證工件底面與兩斜面相交點（436.5±0.02）mm的尺寸精度。

7. 結語

數(shù)控龍門銑床是機械加工企業(yè)常有的大型設備，但是，由于不具備四軸功能，就是X旋轉功能，為增加使用范圍，只好靠夾具彌補數(shù)控龍門銑床的不足。

本夾具是根據(jù)大中型零部件加工的范圍，選用360mm×600mm平面，其高度是在考慮安裝分度頭后的情況下，采用196mm。X方向旋轉采用F11125分度頭聯(lián)接的方法，即將分度頭聯(lián)接在該夾具上，靠分度頭手柄左右旋轉，按被加工件的要求選擇合理的角度。

本文詳細論述了夾具關鍵件加工的技術要求，如底座和工作臺，該件的各項精度不得小于8級精度，處理各面與孔的距離要求全部在±0.01mm以內(nèi)外，各孔與孔的距離要求也同樣在±0.01mm以內(nèi)。上下面的幾何公差均在0.02mm以內(nèi)。連接軸是該件旋轉角度功能的關鍵工件，是聯(lián)接分度頭和該夾具的功能轉化的關鍵工件，其精度要求較高，兩端莫氏聯(lián)接又定位的錐面接觸精度必須≥85%以上，方能保證旋轉角度的誤差。

該工件精加工時的各定位基準必須用探針檢查確定，在加工兩斜面空間相交點時，不能一次加工成品，需留一定的精加工余量，經(jīng)反復測量后方能加工成品。斜面的坐標孔應選數(shù)控龍門銑床工作臺底面為基準，防止基準轉化誤差。

本夾具是根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)的產(chǎn)品情況，經(jīng)過認真分析，在角度旋轉方面，利用銑床常用的分度頭，前后采用高精度的莫氏定位法，將分度頭巧妙地安裝在該夾具中，填補了數(shù)控龍門銑床之不足，完成了正負角度旋轉高精度加工這個難點。

[1] 胡家富. 國家職業(yè)資格培訓教材——高級銑工[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2] 國家機械工業(yè)委員會. 機制工藝基礎與夾具[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1988.

[3] 孫健，曾慶福. 機械制造工藝學[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1982.

[4] 薛源順. 國家職業(yè)資格培訓教材——磨工[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.