蘇楚蓮

（廣東省粵東高級技工學(xué)校，廣東汕頭 515041）

0 引言

三通管零件是機(jī)械設(shè)備中重要的連接件，特別在沖床生產(chǎn)專用設(shè)備——機(jī)械手中，其加工質(zhì)量的好壞直接影響整體性能，因此保證其加工質(zhì)量是至關(guān)重要的。在教學(xué)過程中，經(jīng)常會遇到這樣的情況：學(xué)生在數(shù)控車床上裝夾三通管時常因裝夾不當(dāng)而損壞工件，工件加工達(dá)不到要求，造成廢品。因此，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量及加工效率，筆者設(shè)計(jì)了一種安裝在數(shù)控車床上的三通管加工夾具。

1 工藝分析

三通管是指有三個開口的管接頭，形狀各異，并廣泛用于輸送液體、氣體的管網(wǎng)中。常見的三通制作方法有兩種：液壓擠型、熱壓成型。本文中所研究的是人字型三通管，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，材質(zhì)為鑄鋁ZL102，零件外形尺寸較小，壁厚為1 mm，具體技術(shù)要求如下：

（1）小批量生產(chǎn)；

（2）表面粗糙度Ra1.6，不準(zhǔn)用砂布及銼刀等修飾表面；

（3）未注倒角0.5 45；

（4）未注公差尺寸按GB1804-M；

（5）零件加工表面上，不應(yīng)有劃痕、擦傷等損傷零件表面的缺陷；

（6）無氣孔夾砂、無裂紋、無毛刺。

圖1 三通管

1.1 三通管零件工藝分析

（1）工件的材質(zhì)為鑄鋁ZL102，在加工輪廓前必須先加工出定位基準(zhǔn)，才能有利于夾具的裝夾。

（2）零件的外形呈三叉按360°均勻分布，應(yīng)設(shè)計(jì)出在車床上能進(jìn)行自動轉(zhuǎn)換角度裝置，從而避免多次裝夾造成的誤差。

（3）工件壁薄，而且在加工過程中容易變形，尺寸也都是自由公差，因此在裝夾中要保證定位與防止變形。

1.2 實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題

如圖2所示，用于加工此零件的毛坯的外形結(jié)構(gòu)不規(guī)范，外形結(jié)構(gòu)整體為方形，其三個圓弧角已基本成型。但是三通管之間的位置有一定的角度關(guān)系限制，用組合夾具元件也無法拼出其加工所需的夾具結(jié)構(gòu)。

在老式普通夾具中，以V型塊作為墊塊來放置夾緊工件的，若使用此夾具，即便是加工出兩側(cè)夾角都為135°方向的外圓輪廓，也無法直接完成該部分的裝夾[1]，因?yàn)樵谘b夾過程中，夾具空間位置限制了工件的放置方位，而且會夾傷工件，使外壁變形，工件加工的長度受到限制。此工件涉及三個方向的外圓、內(nèi)孔加工，該夾具不能適應(yīng)數(shù)控車床中的自動高速加工。因此，所設(shè)計(jì)的夾具需要能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)需要，實(shí)現(xiàn)自動變換角度，以方便裝夾，減少裝夾次數(shù)，才能滿足該三通管零件的角度關(guān)系限制的加工需求。

圖2 毛坯

1.3 機(jī)械加工工藝步驟

鑄鋁ZL102這種合金的最大特點(diǎn)是較其他鑄鋁合金，其鑄造性能最好，能實(shí)現(xiàn)精密鑄造。

因本零件屬多品種、小批量的生產(chǎn)類型，而且精度要求不高，所以根據(jù)以上的工藝分析，結(jié)合零件毛坯的結(jié)構(gòu)，該零件的機(jī)械加工工藝如下：

（1）銑削：校正位置，銑11*11各面，銑R5、R20、R20各圓??；再在左端兩部分接頭一大平面上劃中心線，并在毛坯下底面正中間鉆一工藝孔，直徑為0.5 mm；

（2）車削：用夾具裝夾工件，車右端接頭各外圓、孔及倒角；通過自動轉(zhuǎn)換角度裝置，變換角度，車削左端兩部分各外圓、孔及倒角（注意裝夾，防止變形）；

（3）鉗工：鉗工修整。

在銑床上工件的斷面全部加工成為正方形。作為下一步加工三個方向的內(nèi)孔和外圓作基準(zhǔn)。

1.4 夾具的設(shè)計(jì)要求[2]

針對上面所存在的加工問題，通過現(xiàn)場生產(chǎn)分析后，設(shè)計(jì)了一套安裝在數(shù)控車床專用夾具，其結(jié)構(gòu)簡單，具有較強(qiáng)的可操作性，能適應(yīng)零件的生產(chǎn)要求。

（1）定位：該夾具中工件以平面定位，主要形式是支承定位。

（2）夾緊機(jī)構(gòu)（夾緊元件）的要求。

1）夾緊力足夠大，并能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，且不破壞工件；

2）有足夠的夾緊行程，即能根據(jù)零件尺寸的變化而調(diào)整；

3）手動夾緊時有自鎖性能；

4）夾具的結(jié)構(gòu)簡單緊湊、動作靈活，制造、維護(hù)方便、安全；

根據(jù)以上工藝分析中的第三步驟“車”，設(shè)計(jì)的夾具的特點(diǎn)是：

①保證工件裝夾平穩(wěn)，易定位；

②保證能加工出高精度的零件，而且零件加工部分的長度不受限制；

③夾具拆卸、安裝的輔助時間較短；

④能自動轉(zhuǎn)換角度以加工三通管的三個方向的外圓、內(nèi)孔，減少反復(fù)裝夾時造成誤差并夾傷工件；

⑤維修、更換易損壞部件方便。

2 三通管夾具設(shè)計(jì)

（1）夾具視圖

夾具視圖如圖3所示。

圖3 夾具視圖

（2）夾具結(jié)構(gòu)圖

如圖4所示，整個夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有四個比較突出特點(diǎn)[3]：

1）花盤1的作用是花盤上有很多布局不規(guī)則的孔，就是為夾持不規(guī)則形狀的工件用的，如果工件形狀更不規(guī)則，就更需要花盤了。不規(guī)則的孔位就是為了工件靠上之后，總能找到固定孔位鎖緊工件。

圖4 夾具結(jié)構(gòu)圖

2）夾緊卡爪2的作用是隨著壓緊螺栓12的擰緊，在螺紋傳動帶動下，與可轉(zhuǎn)動墊塊中的溝槽相嵌，夾緊工件。在夾緊時，三卡爪內(nèi)側(cè)面完成與工件貼緊，達(dá)成限制自由度的目的。加工完畢，隨著壓緊螺栓的松馳，三卡爪從溝槽口與可轉(zhuǎn)動墊塊脫離，可卸下工件。

3）可轉(zhuǎn)動墊塊7的結(jié)構(gòu)如圖5示，其作用是增加工件的加工高度，保證工件與花盤1及主軸的同心，其上有一個工藝釘及三個定位釘。

其中，工藝釘與毛坯上的工藝孔配合，保證工件與可轉(zhuǎn)動墊塊在夾緊卡爪2的作用下，能準(zhǔn)確定位并保證加工過程中的穩(wěn)定性。

圖5 可轉(zhuǎn)動墊塊7

三個定位釘?shù)慕嵌汝P(guān)系分別為135°、135°、90°，與七字型底板座上的定位孔配合，并在固定于七字型底板座中的壓緊彈簧的彈力配合下，實(shí)現(xiàn)工件的裝拆及加工三個方向輪廓尺寸時的角度轉(zhuǎn)換。其中定位釘?shù)淖饔檬窃趯?shí)現(xiàn)自動轉(zhuǎn)角度加工工件其余兩方向的外圓內(nèi)孔的定位。壓緊彈簧的作用是配合壓緊螺栓9實(shí)現(xiàn)的工件的角度轉(zhuǎn)換及工件的裝拆。

4）平衡塊10的主要作用是：使夾具各處受重均勻，提高夾具在旋轉(zhuǎn)中的穩(wěn)定性。

（3）數(shù)控車床上安裝夾具的工作過程

如圖4所示，該帶分度花盤夾具主要靠上蓋板、鎖緊螺栓、螺母、7字型底板座、可轉(zhuǎn)動墊塊、壓緊彈簧、定位孔釘及夾緊卡爪以實(shí)現(xiàn)工件的裝夾及角度的變換。該夾具安裝后，打開數(shù)控車床系統(tǒng)(先設(shè)定材料的類別等)，利用?2.2的單鉆頭進(jìn)行鉆孔，然后點(diǎn)擊確定后進(jìn)入程序編輯進(jìn)行外圓、內(nèi)孔加工。

該夾具的操作過程：

（1）毛坯放置于可轉(zhuǎn)動墊塊上，位置與可轉(zhuǎn)動墊塊下面的定位釘對應(yīng)，使毛坯下表面的工藝孔與可轉(zhuǎn)動墊塊上表面的工藝釘配合。

（2）將可轉(zhuǎn)動墊塊和毛坯放置于7字型底板上，使可轉(zhuǎn)動墊塊下面的定位釘與底板上的定位孔對應(yīng)并嵌合，擰緊上蓋板上的壓緊螺栓，同時，夾緊卡爪在螺紋傳動帶動下，從可轉(zhuǎn)動墊塊上的溝槽口進(jìn)入，并與相應(yīng)溝槽嵌合，使工件固定并夾緊。

（3）擰緊上蓋板兩側(cè)的螺栓，再以花盤上的裝夾部位裝夾于卡盤上，加工當(dāng)前位置（135°）的外圓及內(nèi)孔。保證各精度要求。

（4）加工完畢，松開上面的壓緊螺釘及兩側(cè)的鎖緊螺釘，在壓緊彈簧的彈力作用下，夾緊卡爪帶動毛坯及可轉(zhuǎn)動墊塊，使之上浮，即與三定位孔脫離，用手轉(zhuǎn)動工件，直到螺釘與下一孔位嵌合，按照上面過程（2）、（3）操作加工第二方向的外圓、內(nèi)孔（135°）。依此類推，加工第三方向的外圓、內(nèi)孔（90°）。最終所完成的零件便是三通管的零件。

以上過程即：a、數(shù)控編程；b、夾具裝夾；c、加工。

3 效果

3.1 加工分析

圖6 定位圖

從該夾具的總體結(jié)構(gòu)上來看，由于采用了可轉(zhuǎn)動墊塊及壓緊彈簧，螺栓，定位孔釘后，效率更高。如圖1的零件所示，原來每件零件大約加工15 min完成。設(shè)計(jì)夾具后，每件零件加工時間是8 min，節(jié)約了7 min，且工件表面不會壓傷，工件裝夾更牢固，可實(shí)現(xiàn)自動轉(zhuǎn)位，加工不同方向的外圓、內(nèi)孔，質(zhì)量穩(wěn)定，從而減少了反復(fù)裝夾的次數(shù)，減少了操作者的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

3.2 夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）夾具的中心軸線應(yīng)能保證工件裝到夾具上后與工件上三個方向的中心軸線的交點(diǎn)重合[4]。（如圖6所示）

（2）壓板和鎖緊螺釘應(yīng)能保證夾緊牢固，同時壓板的厚度應(yīng)薄，保證不妨礙走刀路線。

4 結(jié)論

通過實(shí)踐證明，引用數(shù)控車床的專用程序和夾具，提出數(shù)控車床車削新工藝，通過實(shí)例驗(yàn)證了其有效性，對于其它類似不規(guī)則的零件等都能達(dá)到加工目的。該夾具不僅在企業(yè)機(jī)加工有一定的實(shí)用價值，給企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，對類似的三通管工件的加工也具備參考價值。而且能給技工院校機(jī)械生產(chǎn)實(shí)習(xí)提供參考。

［1］烏樂里希·菲舍爾.簡明機(jī)械手冊［M］.長沙：湖南科技出版社，2010.

［2］肖繼德，陳寧平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

［3］李名望.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)實(shí)例教程（第二版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

［4］北京第一通用機(jī)械廠.機(jī)械工人切削手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.