程滿麗， 張國政

（1.蕪湖市灣沚區(qū)市場監(jiān)督管理局市場監(jiān)管稽查大隊， 安徽 蕪湖 241006；2.安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院， 安徽 蕪湖 241002）

引言

組合夾具是根據(jù)夾具裝置基本功能要求所設(shè)計制造的系列化標(biāo)準(zhǔn)性元件。組合夾具具有精密的精度和良好的耐磨性，可分為孔系和槽系兩大類，可以根據(jù)工件加工工序要求對裝夾進(jìn)行要求，選擇適當(dāng)?shù)脑M合成所需夾具，待該工件不再生產(chǎn)加工后，組合夾具的所有元件可以拆卸，以供后期繼續(xù)使用，因此，其具有長期使用的功能，且適用于多變產(chǎn)品零件及定制化的生產(chǎn)裝夾，是現(xiàn)代數(shù)控加工的重要裝置?，F(xiàn)代數(shù)控夾具設(shè)計及應(yīng)用為現(xiàn)代數(shù)控加工提供合理裝夾方案，確保工件能在一次裝夾中實現(xiàn)多工序、多工位加工，縮短工件加工周期，提高生產(chǎn)率[1]。組合夾具具備此項功能，且組合夾具具有較高的柔性、精度高及降低裝夾成本的優(yōu)點，在現(xiàn)代柔性制造生產(chǎn)過程中逐漸取代了傳統(tǒng)專用夾具[2]。當(dāng)前，計算機輔助夾具設(shè)計技術(shù)的發(fā)展也促成了組合夾具系統(tǒng)的建立，現(xiàn)通過計算機輔助手段便可替代人工經(jīng)驗式拼裝技術(shù)，從而實現(xiàn)組合夾具元件的快速正確選擇與拼裝[3]。本文結(jié)合藍(lán)新特孔系組合夾具的特點，針對企業(yè)某汽車制動分泵缸體件數(shù)控車鏜加工的裝夾問題，采用UG 軟件虛擬裝配，進(jìn)而設(shè)計了一套數(shù)控車鏜組合夾具，解決了企業(yè)實際生產(chǎn)過程中的諸多問題。

1 分泵缸體件的數(shù)控車鏜工藝

某汽車制動分泵缸體件如圖1 所示，該件內(nèi)孔精度高，其表面粗糙度為0.4 μm，尺寸精度達(dá)到IT6 級，具有圓柱度0.02 mm 的形狀精度要求；該件兩端面及槽處表面粗糙度要求均為6.3 μm，尺寸精度要求在IT9—IT10 級，沒有形狀位置精度要求；改件材料為HT200，毛坯鑄造過程中留有中心預(yù)制孔。為此，該件中心內(nèi)孔的加工工藝路線為：粗鏜→半精鏜→精鏜→珩（研）磨；其兩端面及其兩槽處的加工工藝路線為：粗車→半精車（精車）。該件中心內(nèi)孔鏜削加工與其端面及槽的車削加工可以在一次裝夾過程中完成，按照工藝規(guī)則中“基面先行”原則，該件鏜削后的中心內(nèi)孔及其車削的端面作為后道工序的精基準(zhǔn)。分泵缸體件第一道數(shù)控車鏜工序如表1 所示，在每個工步中，通過改變所使用的刀具切削用量參數(shù)來實現(xiàn)工件表面的粗、半精和精加工，這樣可以減少使用刀具數(shù)量及換刀次數(shù)，進(jìn)而降低輔助時間，提高工件生產(chǎn)效率。

圖1 某汽車制動分泵缸體件

表1 某汽車制動分泵缸體件第一道數(shù)控車鏜工序

2 車鏜組合夾具設(shè)計

2.1 車鏜工序裝夾分析

在第一道數(shù)控車鏜工序中，所采用的組合夾具可實現(xiàn)工件的一次裝夾，該件裝夾的定位與夾緊過程如圖2 所示。在第一道工序中最重要的是選擇粗基準(zhǔn)，根據(jù)工藝規(guī)則中粗基準(zhǔn)選取的基本原則，在未加工表面與加工表面之間應(yīng)盡量選擇未加工的表面為粗基準(zhǔn)，因此確定選擇分泵缸體件的外圓柱表面為其主要定位粗基準(zhǔn)，且可限制工件的4 個自由度，采用的主要定位元件為V 型定位塊；其另一個未加工端面限制工件1 個自由度（圖2 中端面定位符號處未標(biāo)明1 表示缺省值），采用的主要定位元件為支承板或支承塊等元件。由此可見，該件車鏜工序采用不完全定位方式來實現(xiàn)其定位。工件的夾緊力作用點和方向必須正朝著主要定位基準(zhǔn)面，采用的是手動機械夾緊方式。夾緊力的大小可以通過三維有限元分析方法進(jìn)行判斷[4]，在此不再贅述。圖2 中標(biāo)注虛線框處是第一道工序數(shù)控車鏜工序所要加工的中心內(nèi)孔及其端面處，具體工序內(nèi)容如表1 中所述。

圖2 第一道數(shù)控車鏜工序裝夾示意圖

2.2 車鏜組合夾具虛擬裝配

由于組合夾具元件是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化元件，在孔系組合夾具中，基礎(chǔ)板及其他相關(guān)元件上有鉸制光孔及螺紋孔，這些孔與孔之間位置也是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，在利用這些孔對夾具各功能元件進(jìn)行裝配之前，必須做好計算和規(guī)劃，以便能快速正確選出功能元件，繼而進(jìn)行拼裝設(shè)計成組合夾具。為了提高組合夾具拼裝設(shè)計效率，可利用建好的組合夾具元件庫，通過UG 等軟件調(diào)取庫中相應(yīng)元件，在UG 軟件平臺中進(jìn)行虛擬裝配，進(jìn)而驗證其拼裝正確性，以實現(xiàn)快速驗證，并指導(dǎo)實際組合夾具裝置的設(shè)計與裝配，這就是組合夾具虛擬裝配的主要作用。

如圖3 所示為車鏜組合夾具UG 快速拼裝圖，圓盤形基礎(chǔ)板1 是夾具體；工件外圓柱表面的定位裝置由L 型V 型塊9、立方支承塊8、固定支承板5、螺紋孔端蓋6、螺母7 等組成，其中螺母7 的作用是對調(diào)節(jié)絲桿17 進(jìn)行鎖緊，調(diào)節(jié)絲桿17 可以調(diào)節(jié)滑塊18，還可以安裝2 個圓柱銷16，2 個圓柱銷16 同時連接立方支承塊8，通過立方支承塊8 可調(diào)整L型V 型塊9 的位置，從而確保L 型V 型塊9 對工件外圓柱面的定位，其內(nèi)孔中心線與圓盤形基礎(chǔ)板1確保同軸后，用螺母7 對調(diào)節(jié)絲桿17 進(jìn)行鎖緊，相關(guān)調(diào)節(jié)機構(gòu)的元件如圖4 所示。工件端面定位的裝置由兩個對稱分布的支承板4 組成，并分別由相應(yīng)的固定支承板3、定位鍵及相關(guān)緊固螺釘?shù)冉M成；夾緊裝置由壓塊10、螺桿及螺紋孔支座11、調(diào)節(jié)螺母12、立方支承塊13 及相關(guān)緊固螺釘?shù)仍M成。為了保證組合夾具在數(shù)控車床上旋轉(zhuǎn)時處于平衡狀態(tài)，還需要在圓盤形基礎(chǔ)板1 上增加平衡塊14，并通過緊固螺釘予以安裝。平衡塊的重量及其安裝的位置可通過靜平衡方程進(jìn)行計算，在實際回轉(zhuǎn)過程中，通過機床空擋時旋轉(zhuǎn)組合夾具進(jìn)行微調(diào)校驗，若組合夾具在機床空擋時旋轉(zhuǎn)，并可以在任意位置停止轉(zhuǎn)動，則平衡塊位置調(diào)整完畢，此時可以在數(shù)控車床上完成車鏜加工工序。車鏜組合夾具UG 最終虛擬裝配圖如圖5 所示。

圖3 車鏜組合夾具UG 快速拼裝圖

圖4 調(diào)節(jié)機構(gòu)UG 快速拼裝圖

圖5 車鏜組合夾具UG 快速裝夾工件裝配圖

2.3 車鏜組合夾具

根據(jù)以上裝夾分析及UG 虛擬裝配驗證，可大大提高實際組合夾具拼裝設(shè)計效率，按照UG 虛擬裝配所需要的夾具功能元件進(jìn)行實際裝配，分泵制動體車鏜組合夾具裝置如下頁圖6 所示。該裝置替代了傳統(tǒng)專用夾具，提高了組合夾具設(shè)計使用效率，為現(xiàn)代數(shù)控加工提供了可借鑒的裝夾設(shè)計方案。

圖6 車鏜組合夾具

3 結(jié)論

組合夾具是現(xiàn)代數(shù)控夾具設(shè)計的典型裝置，有助于解決復(fù)雜多變的異形產(chǎn)品零件定制批量生產(chǎn)時出現(xiàn)的工件裝夾問題，減少了專用夾具設(shè)計和使用，還可配合數(shù)控機床的柔性化需求，充分發(fā)揮其加工能力，提高工件數(shù)控加工的生產(chǎn)效率。組合夾具重構(gòu)性強，擁有大量標(biāo)準(zhǔn)化、系列化功能元件庫，可以通過UG 等軟件平臺調(diào)取元件庫進(jìn)行虛擬裝配，進(jìn)而實現(xiàn)快速拼裝設(shè)計及校驗。此次設(shè)計的組合夾具利用孔系組合夾具元件UG 虛擬裝配拼裝設(shè)計，縮減了實際拼裝過程中反復(fù)校驗流程，實現(xiàn)了快速裝配，提升了組合夾具的設(shè)計和使用能力，為企業(yè)實際生產(chǎn)提供了可借鑒的設(shè)計方案。