楊灼強

摘要：本文主要是論述多工位、多孔、高精度零件利用四軸時，如何利用專用夾具進行裝夾，在保證能夠快速換裝的情況下又能保證其較高的位置精度的方法。

關鍵詞：多工位;高精度;快速換裝;定向加工

中圖分類號：TD3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0103-03

0 ?引言

廣州某內燃機配件廠需要生產一批內燃機安裝支架配件，因成品涉及多工位，精度高，而公司缺少四軸設備，批量又比較大，如果使用普通三軸機床加工，考慮到加工裝夾的次數多，精度不容易保證，并且加工的效率低。

這個公司和我們學校有進行校企合作，我們學校有四軸加工設備，因此將此零件交給我們學校進行加工，如圖1所示的就是其內燃機安裝支架配件的主要部件，其中側翼兩￠6孔作為安裝支架用，兩孔間同軸度保證在0.02以內;中部長筒內階梯通孔￠14.6mm和￠15mm用于配裝銅套和柱塞，表面粗糙度和精度要求高;長筒端面與長筒￠14.6內孔軸線也有較高的垂直度要求，工件5個方向都有和長筒軸線存在精度要求的輪廓要進行切削加工。

1 ?產品的加工工藝分析

對內燃機安裝支架配件的零件圖進行分析，這個產品由中間￠17長筒及其內孔、兩邊9mm厚的側翼和4個帶孔的小凸臺組成?！?7長筒內是尺寸精度都是要求的直徑15和14.6的銅套配合階梯孔。產品總體以中間長筒內孔軸線為基準，零件周邊與長筒內孔軸線有位置精度要求的小凸臺較多。由于零件各個方向都分布有小凸臺，從而造成加工方向多，如果在加工時使用反復的裝夾，容易造成裝夾誤差積累，導致最終的精度要求不符合圖紙要求，所以屬于高精度多方位復雜支架類零件。

通過對零件圖紙的分析，我們如果采用普通三軸加工需要裝夾最少五次以上，由于換裝次數多，換裝時間長，導致加工效率比較低，并且零件精度要求在經過多次拆裝后難以保證。所以決定使用我校的具有四軸功能的加工中心進行一次裝夾完成零件四個方位上的加工。

采用四軸功能的加工中心加工首要考慮的是零件的裝夾問題，四軸的加工中心配有自動對心的三爪卡盤，而最大的工件外形尺寸為118.5mm×58mm×31.5mm，如果采用圓柱形的毛坯，那么需要￠60×120的圓柱棒料，需要切除較多余量。經過綜合成本考慮使用125mm×60mm×35mm的鋁合金塊。由于四軸機床上三爪卡盤是用于裝夾軸類零件，而經過圖紙分析此產品的位置要求都是以中間長筒內孔軸線為基準，產品四周側翼和小凸臺都與長筒內孔軸線有位置精度要求，因此夾具設計的時候要考慮直接利用產品的長筒內孔作為裝夾基準。

2 ?夾具設計

為了在保證產品各個側翼、小凸臺各自的尺寸精度及和長筒內孔中心軸線的位置精度要求，通過綜合工藝分析，最終設計出膨脹棒加錐度螺母夾具對零件進行裝夾。

2.1 夾具的工作原理

夾具分為主體膨脹棒（圖2）和錐度螺母（圖3）兩部分，膨脹棒右端有帶錐度的內孔，孔壁上有6等分開槽;左邊是有個階梯的限位平臺。首先將夾具主體中￠芯棒配入零件的中間孔￠，工件底部與夾具主體的下限位平臺貼合，然后轉動圖3錐度螺母右端的內六角孔，使得圖3的錐度螺母與芯棒內孔螺紋配合旋入，將芯棒撐開，使得芯棒外圓增大脹緊工件的內孔，達到對工件的加緊作用。

2.2 夾具主體的設計

安裝零件圖的要求，其中間孔的尺寸為￠，所以膨脹棒外圓的配合尺寸為￠（比較精密的配合）。膨脹棒內孔采用0.3°的錐度和0.5°外錐螺母配合，使用M10螺紋進行連接，為使產品能夠在夾具中的自轉方向有限位，所以膨脹棒左面加個階梯的限位平臺用于限制X軸自轉和X方向的定位。最后留有￠20mm×24mm的圓柱臺階用于三爪卡盤的夾持。

2.3 夾具的安裝

夾具可直接使用三爪卡盤裝夾膨脹棒左端￠20mm的外圓。（圖4所示）用百分表找正階梯限位平臺的平面跳動，保證跳到再0.02內再夾緊三爪卡盤。

2.4 毛坯的安裝

先按圖紙要求在毛坯上銑削出￠和￠的階梯孔（注意孔中心距離毛坯邊界為13.5），然后將毛坯安裝在夾具膨脹棒上使用階梯限位平臺定位，最后使用圖3的外錐螺母撐開膨脹棒，壓緊工件的內孔，最終夾緊工件。（如圖6所示）

2.5 定位分析

膨脹棒上￠與毛坯孔￠配合，可以限制毛坯的Y方向、Z方向、Y方向自轉、Z方向自轉等4個自由度;膨脹棒上階梯限位平臺可以限制X方向、X方向自轉兩個自由度，所以通過以上設計的專用夾具可以限制工件6個自由度。

3 ?零件加工

3.1 毛坯三軸預加工

進行四軸機床加工前首先需要用三軸機床對毛坯按照零件圖紙上面的要求銑削出￠和￠的階梯孔，保證孔中心與毛坯邊界距離為13.5（如圖5所示）。

先將毛坯夾在臺虎鉗上（如圖7）然后使用￠12的立銑銑刀將毛坯頂面銑平，然后加工出￠的孔，保證孔的尺寸在14.61～14.63之間;接著加工￠的孔，保證孔的尺寸在15.01～15.03之間。以上加工均使用《Mastercam9.1》軟件編程。

3.2 工件在四軸機床上的加工

直接使用三爪卡盤裝夾膨脹棒左端￠20mm的外圓。（圖4所示）用百分表找正階梯限位平臺的平面跳動，保證跳到再0.02內再夾緊三爪卡盤。然后根據圖6所示將上面經過三軸加工的工件裝在膨脹棒上，并且往左靠緊階梯限位平臺塊。然后借助百分表對毛坯125mm×60mm頂面進行平面度的校正，保證平面度在0.04以內，然后將第四軸的A軸坐標設定為加工原點。

3.2.1 工件頂面加工

毛坯裝夾校正完成后首先加工零件主視圖方向，使用軟件Mastercam9.1編程，保證兩個M3螺紋孔的位置精度，保證B基準面與軸心的垂直度要求。如圖8所示。

3.2.2 底面加工

將A軸轉動180度對底面進行定向加工。如圖9所示。

3.2.3 工件90°側面加工

底面加工完將A軸轉動90度進行定向加工，保證￠6孔的同軸度、尺寸精度和表面粗糙度要求。刀路如圖10所示。

3.2.4 零件的270°側面的加工

90°側面加工完后將A軸轉動180°進行定向加工，保證￠3孔的尺寸精度和表面粗糙度要求。刀路如圖11所示。

3.2.5 下個零件的裝夾。

首個工件加工完后松開心軸，不需要將三爪卡盤松開夾具主體膨脹棒，下個零件安裝只需將預加工階梯孔插入膨脹棒內，左邊頂緊階梯限位平臺，最后將圖3的外錐螺母擰緊，至此產品的換裝完成，直接進行下個產品的切削加工。

4 ?結束語

通過實際生產，設計的膨脹棒加錐度螺母專用夾具和與之相配的四軸定位加工工藝解決了常規(guī)三軸機床加工時需要反復裝夾而造成的不斷積累的裝夾誤差，最終會很容易導致產品側翼、小凸臺與長筒內孔軸線位置精度超差;長筒內孔軸線與端面的垂直度超差的難題。有效保證產品的質量，提高了產品的生產效率。

參考文獻：

[1]沈建峰主編.CAD/CAM基礎與實訓Mastercam[M].中國勞動社會保障出版社，2008.

[2]王希波主編.機械基礎[M].中國勞動社會保障出版，2018.

[3]徐國權主編.數控加工工藝編程與操作[M].中國勞動社會保障出版社，2008.