岑達(dá)勝

(東風(fēng)本田發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，廣東廣州 510700)

0 引言

隨著產(chǎn)品多樣化的發(fā)展和加工技術(shù)的進(jìn)步，多品種共線的柔性化生產(chǎn)漸成主流，對(duì)機(jī)床夾具的使用性能和結(jié)構(gòu)提出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、強(qiáng)度高、通用性好和柔性高等新要求[1-2]。為進(jìn)一步提高夾具的自動(dòng)化程度，并且更好地實(shí)現(xiàn)多品種柔性化生產(chǎn)，公司新導(dǎo)入的臥式加工中心上采用新式的十回路的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，為伺服驅(qū)動(dòng)的高精度B軸工作臺(tái)。轉(zhuǎn)臺(tái)中心集成了旋轉(zhuǎn)分配器，能為夾具提供九路油壓或氣壓回路，另加一路冷卻液回路，比過(guò)往使用的旋轉(zhuǎn)臺(tái)多出4個(gè)回路，為夾具的自動(dòng)功能提供了很大的擴(kuò)展空間。原有的六回路自動(dòng)夾具設(shè)計(jì)不再適用，必須針對(duì)新式的十回路旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)全新的夾具。本文作者根據(jù)十回路旋轉(zhuǎn)臺(tái)和自動(dòng)夾具的要求，闡述、分析并設(shè)計(jì)一套多品種共用的加工中心柔性自動(dòng)夾具。

1 夾具功能設(shè)計(jì)

1.1 夾具樣式與定位

夾具所加工工件為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋，主要加工內(nèi)容為精銑缸蓋底面和其他孔系。根據(jù)臥式機(jī)床和工藝內(nèi)容，采用立式夾具設(shè)計(jì)，工件通過(guò)夾具立面上的一面兩銷(xiāo)定位，缸蓋底面朝外，排氣面朝上。通過(guò)工作臺(tái)的±90°旋轉(zhuǎn)，可加工缸蓋前后兩端面的孔系。

1.2 夾具功能設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，該工序生產(chǎn)品種多達(dá)8個(gè)。通過(guò)分析各品種工件的外形特征和加工工藝，并且考慮以后新品種的擴(kuò)展需求，確定采用模塊化組合夾具的形式，具有快速更換、高精度、基準(zhǔn)統(tǒng)一等優(yōu)點(diǎn)[3]。夾具為雙面夾具設(shè)計(jì)，即一個(gè)夾具本體的正反兩面各組合安裝一個(gè)快換板，通過(guò)更換快換板來(lái)實(shí)現(xiàn)更多品種的裝夾

和加工。每個(gè)快換板均采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)工藝要求裝夾多個(gè)不同品種的工件，板上包含定位塊、定位銷(xiāo)、卡爪、油缸和著座氣密檢測(cè)塊等零件，由機(jī)床提供的液壓回路來(lái)自動(dòng)控制夾緊和松開(kāi)。

1.3 控制回路的分配

工序采用機(jī)器人自動(dòng)上下料，所以?shī)A具必須具備全自動(dòng)的控制功能，由加工中心控制，并與機(jī)器人互聯(lián)。利用旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)提供的9+1回路，設(shè)定了控制功能(表1)。

表1 回路控制功能表

2 夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 夾具主體的設(shè)計(jì)

夾具主體底面與旋轉(zhuǎn)臺(tái)頂面貼合，通過(guò)兩個(gè)定位銷(xiāo)來(lái)定位?？刂苹芈方?jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)從夾具本體正下方進(jìn)入夾具。根據(jù)各回路的位置分布，選取靠前后兩立面的各3個(gè)回路來(lái)為快換板分別提供夾緊、松開(kāi)油路和工件氣密檢測(cè)回路?？鞊Q板三回路與夾具本體回路的連接由下方的3個(gè)微型快速接頭實(shí)現(xiàn)?？焖俳宇^在正反兩面的位置和安裝規(guī)格完全一樣，保證了模塊化和通用性設(shè)計(jì)。

快換板與夾具本體的結(jié)合采用單作用隨行夾緊器。該隨行夾緊器由碟形彈簧提供夾緊力，由液壓力松開(kāi)，并提供快換板的氣密檢測(cè)回路，具有高精度、高夾緊力、高效率等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)快換板由一套4個(gè)隨行夾緊器夾緊，總的夾緊力為16 kN，由圓錐和開(kāi)邊圓錐面定位，重復(fù)定位精度高達(dá)0.003 mm。通過(guò)液壓力松開(kāi)，可能實(shí)現(xiàn)快換板的快速更換并保持高精度?？鞊Q板兼有隨行夾具的屬性，實(shí)現(xiàn)工件的高效夾持和換型自動(dòng)化，節(jié)省切換時(shí)間,提高機(jī)床的有效使用率,提高生產(chǎn)效率,降低加工成本[4]。

從主體回路中選取對(duì)稱的兩個(gè)回路分別控制兩側(cè)各4個(gè)隨行夾緊器的松開(kāi)。由于回路數(shù)的限制，文中采用一個(gè)氣壓回路來(lái)同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)快換板的夾緊狀態(tài)。

在機(jī)器人自動(dòng)上下料的自動(dòng)夾具應(yīng)用中，鋁屑?xì)埩粼诙ㄎ粔K表面而影響裝夾精度的情況時(shí)有發(fā)生。文中設(shè)計(jì)中，利用中心冷卻液回路，設(shè)計(jì)夾具頂噴淋，提供定位塊和定位銷(xiāo)的定點(diǎn)沖洗，有助于工件的精確裝夾，提高加工品質(zhì)。

具體的功能元件布局如圖1所示。

圖1 主體功能元件布局

2.2 快換板的設(shè)計(jì)

快換板的作用是為特定品種的工件提供定位基準(zhǔn)和夾緊功能，其快速更換的特性，可以縮短工裝夾具更換調(diào)整時(shí)間，提高生產(chǎn)線開(kāi)動(dòng)率[5]。文中設(shè)計(jì)的快換板除了高精度、多品種共用、高夾緊力要求外，還必須符合輕量化、模塊化等要求。

通過(guò)分析工件的外形特征和加工工藝，每個(gè)品種均設(shè)計(jì)6個(gè)均勻分布的定位塊，其中兩個(gè)同時(shí)作為工件著座氣密檢測(cè)塊，3個(gè)夾緊點(diǎn)。夾緊動(dòng)作由液壓油缸帶動(dòng)卡爪來(lái)執(zhí)行。夾緊油缸采用標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)夾緊油缸，缸徑36 mm，在3.5 MPa的額定壓力下，3個(gè)油缸共產(chǎn)生4 kN的壓緊力(卡爪臂長(zhǎng)約100 mm)，保證工件在加工過(guò)程中足夠牢固。

每個(gè)快換板均有夾緊、松開(kāi)兩個(gè)油路和氣密檢測(cè)回路。3個(gè)回路從下方的快速接頭引出，分布在獨(dú)立的平面上，通過(guò)中間的分支，到達(dá)對(duì)應(yīng)位置的出口。全部采用暗管設(shè)計(jì)，無(wú)須任何外接管路，大大地減少了快換板的厚度和質(zhì)量，同時(shí)最大限度地降低了管路泄漏。三層暗管的方法使夾緊油缸的位置更靈活、更容易地實(shí)現(xiàn)模塊化，大大提高了不同品種快換板的設(shè)計(jì)效率。

具體功能元件布局如圖2所示。

圖2 快換板功能元件布局

2.3 夾具精度分析

文中設(shè)計(jì)中工件定位采用的一面兩銷(xiāo)定位方式，是工件以一個(gè)平面和兩個(gè)與平面垂直的孔作為定位基準(zhǔn)的組合定位方式，應(yīng)用于批量生產(chǎn)的箱體類(lèi)替零件[6]。而機(jī)床夾具及零部件國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2205和GB/T2204規(guī)定了各種常見(jiàn)規(guī)格定位銷(xiāo)的尺寸與公差[7]。文中圓銷(xiāo)和菱銷(xiāo)與兩定位孔的配合分別為H7/g6和H7/f7。通過(guò)計(jì)算，兩銷(xiāo)裝配后的中心間距公差控制在0.02 mm以內(nèi)，可得工件的基準(zhǔn)位移誤差0.035 mm，符合加工工藝精度要求[8]。其他重要的裝配精度要求見(jiàn)表2。

表2 夾具靜態(tài)精度檢測(cè)表 mm

2.4 夾具的裝配

夾具按照以下步驟裝配：

(1)在夾具本體兩面安裝快速接頭、隨行夾緊器(動(dòng)作部)、導(dǎo)向銷(xiāo)和管路堵塞；

(2)在快換板上安裝快速接頭、隨行夾緊器(環(huán)部)和管路堵塞；

(3)在快換板上安裝油缸、卡爪、定位塊和定位銷(xiāo)；

(4)通過(guò)檢測(cè)液壓把隨行夾緊器松開(kāi)，將裝配好的快換板安裝到本體上；

(5)安裝頂噴淋及其管路附件；

(6)安裝本體定位銷(xiāo)。

裝配后效果如圖3所示。

圖3 裝配效果圖

3 夾具的使用

文中夾具的使用方法與過(guò)往的自動(dòng)夾具一樣，由機(jī)器人上料，加工中心輸出夾緊液壓力，夾具執(zhí)行夾緊動(dòng)作并反饋夾緊到位信息，機(jī)器人離開(kāi)后進(jìn)行自動(dòng)加工。加工后由機(jī)器人下料，完成整個(gè)流程，從而實(shí)現(xiàn)工序的全自動(dòng)化。

頂噴淋通過(guò)加工程序來(lái)控制開(kāi)關(guān)時(shí)間?？鞊Q板的松開(kāi)和夾緊均通過(guò)加工中心的M指令來(lái)執(zhí)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中夾具在保持高精度、全自動(dòng)化、柔性化的基礎(chǔ)上，充分利用十回路旋轉(zhuǎn)臺(tái)所提供的回路，增加了自動(dòng)頂噴淋功能，減少裝夾過(guò)程中異物影響，提高了工件裝夾的精度；利用隨行夾緊器增加了快換板快速更換功能，減少品種切換時(shí)間的同時(shí)保持高重復(fù)精度，提升生產(chǎn)線開(kāi)動(dòng)率；全自動(dòng)控制的功能，滿足機(jī)器人自動(dòng)裝卸工件的要求。