韓 宇，張金球，李 磊

（深圳技師學(xué)院，廣東 深圳 518116）

1 銑床用多工位夾具概述

1.1 多工位銑床夾具研究?jī)r(jià)值

銑床加工零件時(shí)，需將工件固定在夾具上。常見的夾具為普通平口鉗；固定時(shí)，需根據(jù)工件的不同尺寸，用若干尺寸不等的墊塊支撐工件，由于墊塊本身存在加工誤差，這樣裝夾好的工件會(huì)引入機(jī)床精度以外的誤差[1-2]。為解決上述問題，文章設(shè)計(jì)了一套可旋轉(zhuǎn)的多工位銑床用夾具，該夾具可以四面旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)一套夾具多工位工作，而且在裝夾的過程中，可以選擇與工件高度和加工深度相適應(yīng)的裝夾工位，不需墊塊支撐，從而可以提高被加工工件的裝夾精度和加工質(zhì)量。

1.2 多工位銑床夾具的裝夾原理

1）工位選擇與轉(zhuǎn)換。所述的銑床多工位夾具，其工作原理為左右夾鉗相互配合實(shí)現(xiàn)工件的支撐和加緊，通過轉(zhuǎn)動(dòng)2 夾鉗實(shí)現(xiàn)4 種不同工位的切換，4 個(gè)工位的L值，所述的L值是指夾具每個(gè)工位的安裝面到夾具工作時(shí)最高點(diǎn)的垂直距離[3]。各不相同，從而可以裝夾高度H值不等的工件。選擇工位的依據(jù)為被加工零部件的幾何尺寸，如圖1 所示。4 個(gè)工位的L值不同，依據(jù)工件的高度H與L值的關(guān)系選擇合適的工位，通常選擇工位時(shí)的H大于L。

圖1 多工位夾具裝夾示意圖

2）夾具鎖緊與松開。夾具在正常使用時(shí)，通過T 型螺栓固定在銑工作臺(tái)上。根據(jù)工件的實(shí)際尺寸選擇合適的工位。工位選擇后，使用開口扳手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾具右側(cè)的扳手位，推動(dòng)右側(cè)夾鉗收緊左右夾鉗的距離，完成工件的裝夾。工件加工完成后，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)扳手位，以松開夾具取出工件[4]。

2 多工位夾具關(guān)鍵零部件幾何特征

左右夾鉗的幾何特征為矩形凸臺(tái)凹槽結(jié)構(gòu)，中心為通孔，用以裝配定位導(dǎo)向軸，實(shí)現(xiàn)繞軸旋轉(zhuǎn)工位轉(zhuǎn)換；左右夾鉗上開有V 型凹槽，用于實(shí)現(xiàn)夾鉗加緊工件時(shí)的定位，定位時(shí)圓柱銷與夾鉗凹槽斜面相切。右夾鉗上有方向偏心凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，與左夾鉗上的方形偏心凹槽結(jié)構(gòu)相配合，以組成4 個(gè)高低不等的工位。

由于左右夾鉗結(jié)構(gòu)相似，文章以右夾鉗為例，進(jìn)行工藝、編程及仿真加工等工藝分析。按照設(shè)計(jì)要求，中心孔在夾具工作時(shí)起導(dǎo)向和定位作用，其精度要求較高，采用基孔制，公差配合等級(jí)H6/K6，中心孔直徑公差為0 ～0.016mm。

3 銑床用多工位夾具關(guān)鍵零部件工藝編制

3.1 右夾鉗結(jié)構(gòu)工藝

根據(jù)三維模型和二維圖紙分析，右夾鉗的毛坯材料為45 號(hào)鋼，尺寸為210mm×190mm×190mm。結(jié)合零部件數(shù)量及結(jié)構(gòu)特征，右夾鉗適合在數(shù)控加工中心上完成加工。加工過程中，需要分兩次裝夾完成加工。

結(jié)合實(shí)訓(xùn)中心設(shè)備類型，選擇德瑪吉DMG50 型五軸立式加工中心為右夾鉗零部件的加工設(shè)備。DMG50 型五軸立式加工中心是德國(guó)DMG 公司生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)型加工中心，可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軸行程可達(dá)500mm×450mm×400mm，承重工件可達(dá)500kg，主軸轉(zhuǎn)速范圍為20r/min ～14 000r/min，運(yùn)動(dòng)軸最大移動(dòng)速度可達(dá)24m/min，重復(fù)定位精度達(dá)8μm，刀庫(kù)容量為16 把。結(jié)合零部件精度要求及結(jié)構(gòu)特征，德瑪吉DMG50型立式加工中心加工性完全能滿足右夾鉗的精度要求。

3.2 右夾鉗工藝工序編制

根據(jù)右夾鉗的結(jié)構(gòu)特征及精度要求，其加工需要分兩次裝夾完成，分別命名為正面加工和反面加工，其中帶V型定位槽的一面為正面。

正面主要工序依次為銑平面、粗銑外形160mm×160mm 凸臺(tái)、精銑160mm×160mm 凸臺(tái)底面和側(cè)面、粗銑Ф102×32mm內(nèi)孔、精銑Ф102×32mm 內(nèi)孔底面和側(cè)面、粗銑Ф50mm 通孔、精銑Ф50mm 通孔、V 型定位槽粗加工、V 型定位槽精加工以及底部清根、正面倒角1mm。所用刀具為Ф3mm ～12mm的立銑刀和球頭刀、45°倒角刀，刀具材質(zhì)為鎢鋼。反面加工主要工序依次為銑平面、粗銑180mm×180mm 凸臺(tái)、精銑180mm×180mm 凸臺(tái)側(cè)邊、粗銑110mm×110mm 偏心凸臺(tái)、精銑110mm×110mm 偏心凸臺(tái)底面和側(cè)邊、粗銑Ф70mm×30mm內(nèi)孔、精銑Ф70mm×30mm 內(nèi)孔底面和側(cè)邊、反面倒角1mm。所用刀具為Ф12mm 的立銑刀和45°倒角刀，刀具材質(zhì)為鎢鋼。具體運(yùn)動(dòng)參數(shù)和切削參數(shù)如表1 所示。

表1 右夾鉗數(shù)控加工正面加工工藝參數(shù)

4 銑床用多工位夾具關(guān)鍵零部件數(shù)字化編程

4.1 UG 數(shù)字化編程軟件概述

UG 軟件是Unigraphics Solutions 公司開發(fā)的CAD 產(chǎn)品，是能提供包括設(shè)計(jì)、分析和數(shù)字化編程等功能的專業(yè)應(yīng)用軟件。該軟件的CAM 模塊包括CAM Base 基礎(chǔ)模塊、Post Processing 后處理模塊、Core & Cavity Milling芯和型腔模塊、Fixes-Axis Milling 固定軸銑模塊、Flow Cut 順銑模塊等基本模塊，構(gòu)成了UG 強(qiáng)大的CAM 功能。

4.2 左夾鉗數(shù)字化編程及后處理

將左夾鉗后綴為.step 格式的文件在UG 軟件中打開，通過參數(shù)設(shè)置，完成每一步工序的數(shù)字化編程。以表1 右夾鉗數(shù)控加工工藝工序清單中的反面加工工序1 偏心凸臺(tái)粗加工工序?yàn)槔?，其?shù)字化編程步驟如下：設(shè)定好毛坯尺寸，確定好毛坯材質(zhì)，選擇型腔銑類型，外形粗加工；設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速參數(shù)3 500r/min，進(jìn)給量F1000，切深參數(shù)0.75mm，側(cè)邊余量0.2mm，底邊余量0.1mm，選擇直徑為Ф12mm 的鎢鋼刀。參數(shù)設(shè)定完成后，即可生成刀路軌跡文件。

后處理指將刀具軌跡文件生成數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的G 代碼程序的過程。UG 軟件后處理功能強(qiáng)大，能生成滿足多種數(shù)控系統(tǒng)加工使用的程序代碼。采用UG 軟件生成刀具路徑文件后，后處理時(shí)，先選擇輸出地址，保存后即可生產(chǎn)NC代碼。

5 銑床用多工位夾具關(guān)鍵零部件加工實(shí)施

5.1 右夾鉗仿真加工

采用UG 軟件生成的NC 代碼，可以在仿真軟件VERICUT中進(jìn)行仿真驗(yàn)證。VERICUT 軟件是美國(guó)CGTECH 公司開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，由NC 程序驗(yàn)證模塊、機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、高級(jí)機(jī)床特征模塊、實(shí)體比較模塊和CAD/CAM 接口等功能模塊組成，可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機(jī)床和多軸機(jī)床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過程，也能優(yōu)化NC 程序，縮短加工時(shí)間、延長(zhǎng)刀具壽命、改進(jìn)表面質(zhì)量，檢查過切、欠切，防止機(jī)床碰撞、超行程等錯(cuò)誤；具有真實(shí)的三維實(shí)體顯示效果，并能保存切削模型供檢驗(yàn)、后續(xù)工序切削加工；具有CAD/CAM 接口，能實(shí)現(xiàn)與UG.CATIA 及MasterCAM 等軟件的嵌套運(yùn)行。

5.2 加工程序優(yōu)化

在VERICUT 軟件中仿真加工后，軟件自動(dòng)生成日志文件。查看日志文件中Error 提示的G 代碼，根據(jù)實(shí)際情況分析并修改。修改后的NC 代碼反復(fù)在VERICUT 軟件中仿真優(yōu)化，直到Error 數(shù)為0。仿真優(yōu)化后的NC 代碼程序即可用于真實(shí)數(shù)控加工中心的加工應(yīng)用。

6 結(jié)束語(yǔ)

夾具是銑床加工工件時(shí)不可或缺的使用機(jī)構(gòu)，文章闡述的多工位銑床夾具具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并對(duì)多工位銑床夾具關(guān)鍵零部件右夾鉗進(jìn)行工藝分析、UG 軟件數(shù)字化編程及后處理、VERICUT 軟件仿真加工及NC 代碼優(yōu)化，完成產(chǎn)品從CAD 到CAM 的整個(gè)工作流程，對(duì)同類機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)有一定的參考意義。