師超紅，楊明霞，李森源

（運(yùn)城職業(yè)技術(shù)大學(xué)，山西運(yùn)城 044000）

0 引言

山西運(yùn)城有著多家企業(yè)專門(mén)生產(chǎn)用于智慧礦山綜采工作面液壓支架的控制操縱閥等相關(guān)產(chǎn)品。由于這些企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品以多品種、中小批量生產(chǎn)為主，生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的產(chǎn)品品種較多，且不斷更新?lián)Q代。因此，產(chǎn)品的加工精度和生產(chǎn)效率得不到保障。在液壓閥體加工時(shí)，液壓操縱閥、液控單向閥、平面截止閥等較多品種的閥體結(jié)構(gòu)和形狀基本相同；通過(guò)加工工藝分析，各種閥的閥體在車削主閥孔、鉆削大面上的孔兩道主要工序時(shí)，工藝相似。北京理工大學(xué)也對(duì)成組夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)做出了相關(guān)研究，基于產(chǎn)品零件族設(shè)計(jì)可重構(gòu)、重用的通用成組夾具（多功能通用基礎(chǔ)件、可調(diào)／可換定位、夾緊元件等），其柔性可以服務(wù)于零件族中的全部零件，提高了夾具的利用率，降低成本、縮短夾具準(zhǔn)備周期［1］；王國(guó)棟等［2］對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)品對(duì)定位元件存在的磨損對(duì)夾具使用壽命的影響，并以撥叉鉆孔成組夾具為例，對(duì)成組夾具的定位夾緊系統(tǒng)進(jìn)行分析；李森源等［3］介紹了在加工液壓閥體主閥孔時(shí)，為了縮短生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備周期，提高加工效率，設(shè)計(jì)制造了成組車床夾具。

綜上所述，為了保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，提高加工效率，本文為某企業(yè)專門(mén)設(shè)計(jì)應(yīng)用了2 套成組夾具，極大地提高了加工精度和生產(chǎn)效率，且驗(yàn)證了所提出的方法具有較高的實(shí)用性，在實(shí)際生產(chǎn)加工過(guò)程中取得了較為滿意的效果。

1 成組夾具功能

成組夾具是按照成組技術(shù)原理，通過(guò)對(duì)形狀和結(jié)構(gòu)基本相同的一組零件的切削加工工藝分析后，針對(duì)一組相似零件的一道或幾道工序而設(shè)計(jì)的專用夾具［4］。該夾具的功能及特性：（1）夾具體、夾緊機(jī)構(gòu)不變，要滿足一組零件的某工序加工時(shí)，只需更換個(gè)別定位或?qū)蛟纯蛇m應(yīng)［5］；（2）與普通專用夾具比較，大大縮短了夾具設(shè)計(jì)制造的生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間；（3）對(duì)于多品種、中小批量生產(chǎn)，保證產(chǎn)品加工質(zhì)量及生產(chǎn)進(jìn)度適應(yīng)性強(qiáng)；（4）節(jié)約成本，提高生產(chǎn)加工效率。成組夾具能使產(chǎn)品多品種、中小批量的生產(chǎn)達(dá)到較大批量生產(chǎn)的效果。因此，在產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代、持續(xù)中小批量輪番生產(chǎn)的今天，有著較好的適應(yīng)性和可行性。

2 零件的加工工藝分析

成組夾具加工的零件組都應(yīng)符合成組工藝的三相似原則，即工藝相似（加工工序與定位基準(zhǔn)相似）；工藝特征相似（加工表面與定位基準(zhǔn)的位置關(guān)系相似）；尺寸相似（組內(nèi)零件均在同一尺寸范圍內(nèi)）［6］。

該企業(yè)被加工零件是一組液壓操縱閥、液控單向閥、平面截止閥等液壓閥閥體。液壓閥閥體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖1 所示。閥體大都采用45 鋼鍛造而成。幾種閥體外形尺寸差異不大，長(zhǎng)L＝110～140 mm；寬B＝90～120 mm；高H＝50～60 mm，都屬于長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。幾種閥體的外形結(jié)構(gòu)基本相似，外形是長(zhǎng)方體。中間都有一個(gè)或兩個(gè)主閥孔D，這一組閥體的主閥孔直徑一般是25～30 mm，尺寸精度、形狀位置精度、表面粗糙度要求較高。在大面上都有4 個(gè)螺栓過(guò)孔4－d1、2 個(gè)通液孔2－d2，位置精度要求較高，尺寸精度、表面粗糙度要求經(jīng)濟(jì)精度。

圖1 液壓閥閥體結(jié)構(gòu)

依據(jù)工藝要求，首先加工底平面，底平面為密封面，其平面度、表面粗糙度要求較高。加工底平面首先采用銑削或車削加工；然后以底平面及側(cè)面為定位基準(zhǔn)平面；其次在普通車床上進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鏜、鉸主閥孔的加工，根據(jù)幾種閥體的工藝要求這一工序，設(shè)計(jì)制作一套成組車床夾具進(jìn)行這組液壓閥體主閥孔的車削加工；最后在立式鉆床上進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鍃孔加工。針對(duì)這一組液壓閥體4 個(gè)螺栓過(guò)孔4－d1、2 個(gè)通液孔2－d2，設(shè)計(jì)制作的一套成組鉆床夾具可以展開(kāi)鉆削加工。

3 成組夾具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一個(gè)優(yōu)良的成組夾具應(yīng)滿足以下基本要求：

（1）必須穩(wěn)定地保證所加工的同組零件的質(zhì)量；

（2）迅速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地安裝成組工藝文件規(guī)定的每一種零件；

（3）精確、牢固地安裝在所用機(jī)床上，要確保裝卸方便和準(zhǔn)確；

（4）有足夠的剛度、精度和較長(zhǎng)的使用壽命（基礎(chǔ)部分的壽命常為5～10年）［7］；

（5）操作方便、安全可靠；

（6）結(jié)構(gòu)緊湊、合理，且有良好的工藝?yán)^承性［8］。

3.1 成組車床夾具的設(shè)計(jì)及調(diào)試使用

成組車床夾具結(jié)構(gòu)如圖2 所示。工件在夾具中正確定位的實(shí)現(xiàn)應(yīng)具備兩個(gè)基本條件：工件上正確定位基準(zhǔn)的選擇與選擇合適的定位元件。［9］

圖2 車削主閥孔成組夾具總裝圖

（1）定位元件設(shè)計(jì)

依據(jù)零件加工工藝要求，依據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，采用三面六點(diǎn)完全定位。設(shè)計(jì)主定位板6（不同厚度的一組）、側(cè)定位釘16（2 個(gè)可調(diào)整側(cè)定位釘）、定位銷8，實(shí)現(xiàn)工藝定位的要求。

（2）夾緊裝置設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)2 個(gè)側(cè)壓緊螺釘7（手動(dòng)可調(diào)）；設(shè)計(jì)浮動(dòng)壓塊及螺釘主夾緊裝置13、14；主夾緊裝置用手動(dòng)、氣壓、液壓、電動(dòng)均可滿足要求。

（3）夾具體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)法蘭盤(pán)1（與車床主軸的過(guò)度盤(pán)用螺釘連接）；設(shè)計(jì)彎板2、側(cè)板9、上板10（與法蘭盤(pán)用螺釘連接后形成了主要支撐體）；設(shè)計(jì)平衡塊12（與法蘭盤(pán)連接），能很好地進(jìn)行平衡。

（4）夾具組裝及調(diào)試使用

夾具組裝：主定位板設(shè)計(jì)成一組，厚度是有變化的，根據(jù)各種閥的厚度要求不同，在裝配前進(jìn)行選擇并進(jìn)行平面銑削及磨削而成，以保證各種閥體到主閥孔的中心距H的要求；將法蘭盤(pán)1 與車床主軸的過(guò)度盤(pán)用螺釘連接；依據(jù)夾具結(jié)構(gòu)圖將各零部件按照技術(shù)要求裝至法蘭盤(pán)。

夾具調(diào)試使用：依據(jù)夾具總圖及技術(shù)要求進(jìn)行調(diào)試，將彎板的2 個(gè)緊固螺釘松開(kāi)，利用螺釘與過(guò)孔間的間隙裝上一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊，采用打表法或劃線找正法來(lái)進(jìn)行調(diào)整，保證閥體到主閥孔的中心距H± ΔH的要求；調(diào)整平衡塊，然后將閥體裝上進(jìn)行試切，試切合格后將夾具從車床上拆下配作2 個(gè)圓柱銷（如圖2 件4），將法蘭盤(pán)與彎板等其它各零件于一體后，方可使用。

（5）夾具的特點(diǎn)

夾具結(jié)構(gòu)緊湊，具有定位可靠、制造簡(jiǎn)單、減少夾具的設(shè)計(jì)制造成本、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期等優(yōu)點(diǎn)，能保證產(chǎn)品質(zhì)量，有較好的經(jīng)濟(jì)效益；夾具具有較好的通用性、適應(yīng)性、繼承性，基本上能滿足同組零件中的任何一種閥體主閥孔的加工；安全可靠；夾具體運(yùn)用了框式結(jié)構(gòu)，在使用過(guò)程中萬(wàn)一出現(xiàn)夾緊裝置松動(dòng)等情況，工件也會(huì)因?yàn)槭褂每蚴浇Y(jié)構(gòu)的原因而不會(huì)輕易地摔出去，從而保證操作者的安全。

3.2 成組鉆床夾具的設(shè)計(jì)及調(diào)試使用

成組鉆床夾具結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

（1）定位元件設(shè)計(jì)

依據(jù)零件加工工藝要求，依據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，采用了三面六點(diǎn)完全定位。設(shè)計(jì)主定位板2、側(cè)定位條5、圓柱定位銷3，嚴(yán)格做到與車床夾具統(tǒng)一基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)工藝定位的要求。

（2）夾緊裝置設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)壓板、螺桿、支撐釘?shù)攘慵M成的夾緊裝置。裝置的壓緊螺栓、支撐釘螺釘?shù)拈L(zhǎng)短可依據(jù)不同的閥體厚度來(lái)調(diào)整，加緊裝置可以采用手動(dòng)、氣壓、液壓、電動(dòng)等方法［10］。

（3）鉆模板及夾具體設(shè)計(jì)

鉆模板：鉆模板用來(lái)安裝鉆套，如圖3 中件7所示。與夾具體接觸面的厚度E設(shè)計(jì)制作成一組，以適應(yīng)不同閥體厚度的要求［11］。組裝鉆套的大面厚度設(shè)計(jì)成15 mm。鉆模板毛坯一般選用球墨鑄鐵。

圖3 鉆閥體大面孔成組夾具總裝圖

夾具體：夾具體是用來(lái)支撐安裝所有零部件的本體，一般采用灰鑄鐵。由于閥體所鉆的孔都不大，一般可在立式鉆床加工，更換不同的孔鉆削時(shí)，夾具需要移動(dòng)，無(wú)需考慮夾具的固定，只需在設(shè)計(jì)時(shí)考慮有較大的質(zhì)量即可。

（4）夾具組裝及調(diào)試使用

夾具組裝：根據(jù)各種閥體的厚度要求不同，選擇鉆模板在裝配前平面銑削及磨削而成，以保證各種閥體到主閥孔的中心距B的要求［12］；依據(jù)夾具結(jié)構(gòu)圖，將各零部件按照技術(shù)要求裝至夾具體［13］。

夾具調(diào)試使用：依據(jù)夾具總圖及技術(shù)要求進(jìn)行調(diào)試，將裝配好的夾具在坐標(biāo)鏜床，以側(cè)定位條及定位銷找正，鉆鏜鉆模板上的各鉆套底孔，保證尺寸A± ΔA、C± ΔC及圖紙相關(guān)尺寸要求［14］；然后將閥體裝上進(jìn)行試切，試切合格后，配作2 個(gè)圓柱銷（圖3 中件15）后，便可使用。

（5）夾具的特點(diǎn)

夾具調(diào)整方便，更換迅速，結(jié)構(gòu)緊湊合理易于操作，減少夾具的設(shè)計(jì)制造成本，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，能保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率，有較好的經(jīng)濟(jì)效益［15］；夾具具有較好的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性，基本上能滿足同組零件中液壓閥體4 個(gè)螺栓過(guò)孔4－d1、2 個(gè)通液孔2－d2的鉆削加工；安裝方便，定位迅速，裝夾穩(wěn)定，更換快速。

4 結(jié)束語(yǔ)

成組夾具是實(shí)施成組加工的一種重要手段和物質(zhì)基礎(chǔ)。由于其具有投資少、見(jiàn)效快、技術(shù)成熟、易于推廣、維穩(wěn)性高等優(yōu)越性，所以在國(guó)內(nèi)外得到日益廣泛的應(yīng)用，而且取得了明顯的技術(shù)提升和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的效果。

采用成組夾具促進(jìn)了多品種、中小批量等生產(chǎn)過(guò)程中的夾具設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷提升，使得該技術(shù)更加成熟，技術(shù)領(lǐng)域也取得了更多具有標(biāo)志性的突破。夾具的機(jī)械化程度以及夾具零部件制造的專業(yè)化程度也隨之提高。工序效率、零件的加工質(zhì)量和夾具的利用率也有顯著提高，而且增加了機(jī)床使用范圍以及企業(yè)在該領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。也使生產(chǎn)計(jì)劃安排能夠有序且更加合理地展開(kāi)，使夾具的設(shè)計(jì)制造更加具有科學(xué)性。同時(shí)，采用成組夾具后，可以節(jié)省大量的金屬材料，并減少夾具設(shè)計(jì)制造的工作量和對(duì)新產(chǎn)品的投資，減少大量的人力及財(cái)力成本。

近幾年來(lái)，企業(yè)在新產(chǎn)品的試制、中小批量生產(chǎn)以及配套維修市場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，在液壓閥體主閥孔的車削加工和大面上孔的鉆削加工時(shí)，兩道主要工序都采用了成組夾具。經(jīng)過(guò)多次的實(shí)踐應(yīng)用，縮短了生產(chǎn)技術(shù)的準(zhǔn)備周期，減少了成組夾具的制造成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，又很好地保證了產(chǎn)品的信譽(yù)度，給企業(yè)帶來(lái)了較好的效益。因此，成組夾具技術(shù)具有一定的先進(jìn)性和實(shí)用性，提高作業(yè)效率，建議企業(yè)在多品種、中小批量生產(chǎn)過(guò)程中參考使用。