摘" 要：本文簡要介紹了杰克平縫二期機殼后窗口面粗精銑及鉆鉸定位銷孔柔性線，主要對生產線OP10雙面夾具的設計難點和解決措施作出闡述。

關鍵詞：雙面夾具；多品種；變形；浮動

中圖分類號：TS913" " " 文獻標志碼：A" " " "文章編號：1005-2550（2023）01-0081-06

Design of Machining Center Double-sided Fixture for EQRX83 JACK Casing Flat Seam Project Phase II

SHI Fu-jun

（ MTP Dongfeng Machine Tool Plant CO.LTD， Shiyan 442000， China）

Abstract： This article briefly introduces the rough fine milling of the rear window surface of the Jack flat seam project and the flexible line of the drilling hinge positioning pin hole of the second phase of the Jack flat seam project II.It mainly elaborates the design difficulties and solutions of OP10 double-sided fixture in the production line.

Key Words： Double-Sided Fixture; Multi-Variety; Deformation; Fluctuation

石富軍

畢業(yè)于重慶三峽學院，機械設計制造及其自動化專業(yè)，工學學士學位，現就職于東風設備制造有限公司，主要從事機床設計工作，曾獲得實用新型專利三項。

1" " 前言

2017年我公司承接了杰克縫紉機有限公司的機殼加工線的設計、制造、安裝和調試工作。本線通過四種工件（A4、A6、A6X、A7）。上料高度1350mm（距車間地平面），柔性線生產率2分/件，OP10生產線加工設備共有4臺DH400II加工中心組成。買方在技術協議中要求OP10序夾具設計通過多品種，經過多輪技術評審，確定OP10序夾具為雙面夾具，并預留新品機殼加工。平縫二期項目中A4品種是平縫一期項目中的老產品，A4產品在市場上深受顧客喜愛，故在平縫二期項目中OP10序A4品種也得兼顧。

其中OP10序主要加工內容包括機殼后窗口面的粗精銑以及鉆鉸定位銷孔，夾具安裝在DH400II加工中心A軸轉臺上。

2" " 夾具設計難點

2.1" "多品種問題

夾具需要通過四種工件（A4、A6、A6X、A7），其中A4是平縫一期的產品。A4品種單獨在雙面夾具中的一面，其他三個品種在另外一面。

三種工件的相同點：定位方式相同，在三種品種中的600面找到共同的位置設置三個定位塊，加兩個輔助支撐，見圖1。

三種工件的不同點：三種品種的主壓緊點雖然都是壓在400面上，但是壓點不同。而且OP10序大多數的加工內容都在400面上。見圖2。

2.2" "A4品種定位點問題

A4品種，在600面設置三個定位點，但是只有一個定位點是平面，其余兩個定位點是斜面，這導致有可能定位塊的定位面是斜角度的，我們傳統(tǒng)定位塊定位面是平的。

2.3" "雙面夾具中兩塊底板的連接精度問題

雙面夾具中A4底板安裝在A6底板上，技術協議要求OP10序要預留新品種加工，那么A4底板以后是要拆卸的，那么兩塊底板的重復定位精度不高的話，直接導致后期零件的加工精度。

2.4" "油路分布問題

雙面夾具中包含有輔助支撐，夾緊油缸，推靠，有無料氣檢，沖水等一些列自動化的動作，導致油路繁多，要考慮到成本問題，夾具配備的一轉臺一尾座的形式，轉臺出油，尾座沒有油道。

3" " 夾具方案

夾具采用雙面形式，上面設計為三個品種A6，A6X，A7的定位系統(tǒng)，600面采用三點定位加兩個輔助支撐，100面設置死檔，200面設置兩個長行程推靠（為了適應多品種），300面也設定死檔，在500面設定推靠。400面設置三個主夾緊。夾具采用的是桁架上下料，各個元件得布置不得與桁架機械手發(fā)生干涉。A4品種的定位方式與其他三種品種的方式一致。

結構形式為A軸雙面夾具，夾具中心與轉臺尾座回轉中心重合，各個元件安裝在底板上，A4品種底板安裝在A6品種底板上，A6底板安裝在兩塊T型板上，T型板分別安裝在轉臺和尾座上，見圖3。

4" " 解決措施

4.1" "“用于機加工的多點定位裝置”的開發(fā)，解決多品種壓緊點不一致問題

在雙面夾具的A面，加工三個不同品種時，主夾緊點a（斜面）各不一樣，那么這個夾緊點就只能是通過換型來解決。由于是桁架機械手上下料，考慮到壓臂夾緊松開時要與桁架機械手不能發(fā)生干涉，連桿式夾緊器就不在考慮范圍之內，那么就會用到旋轉式夾緊器，旋轉式夾緊器的活塞桿與壓臂連接的地方是個錐孔，壓臂頻繁的拆卸會使油缸損壞，故要解決這一系列問題，我開發(fā)“用于機加工的多點定位壓臂裝置”。此專利已授權，見圖4：

4.2" "解決A4品種點位點問題

A4品種的600面其中有兩個定位點是斜面，在定位問題上帶來很大的困難，經過反復數據驗證以及多輪評審，決定把兩個斜面的定位塊的定位面根據產品的數模也做成斜的，這樣定位塊個產品有更好的吻合性。見圖5。

4.3" "解決雙面夾具兩塊底板的精度保證問題

雙面夾具中A4底板安裝在A6底板上，技術協議要求OP10序要預留新品種加工，那么A4底板以后是要拆卸的，那么兩塊底板的重復定位精度不高的話，直接導致零件的加工精度。采用常見的圓銷定位的問題，銷子與孔之間設置有間隙，重復定位精度變差，如果要改良重復定位精度則要把間隙做小，但拆裝就會困難。經查閱資料發(fā)現Pascal有一種帕爾手動定位器可以解決這一問題，具體原理本文不再詳述，主要是解決重復定位精度的，重復定位精度在3μm以內，吸收間距誤差±0.02mm。見圖6：

5" " 夾具受力分析

5.1" "加工內容

加工400面窗口面、400面凸臺、400面孔系、200面窗口面、100面孔系。

5.2" "切削參數

見圖7。

5.3" "夾具夾緊力計算

夾緊力的計算是夾具設計中不可缺少的部分，也是比較重要的部分，夾緊力選擇的合適與否對整個夾具的設計的成敗啟著至關重要的作用。夾具的夾緊力主要是克服工件在加工過程中的切削力，因此我們只要能夠計算出工件在加工過程中的切削力就可以大致給定夾緊力，從而選擇合適的夾緊缸。由于零件在本工序加工所受最大的切削力來自于銑200面的拼裝面。根據圖7參數可計算出夾具的最大切削力，如圖8所示：

因此可以計算出鉆孔的最大切削力為：F= 4527N， 根據上面算出的夾緊力大小，根據各個位置空間大小選出合適的油缸大?。?/p>

a點所選油缸內徑52mm，型號為BTU10-L，油壓取3.5MP，LH壓臂長104mm，此時可計算出夾具的主夾緊力如下：

F1=P/（0.706+0.00228*LH）

=3.5/（0.706+0.00228*104）

=3.71KN

b點所選油缸內徑56mm，型號為CLU16-R，油壓取3.5MP，LH壓臂長105mm，此時可計算出夾具的主夾緊力如下：

F2=67.61XP/（LH-30.5）

=67.61X3.5/（105-30.5）

=3.18KN

C點所選油缸內徑56mm，型號為CLU16-R，油壓取3.5MP，LH壓臂長96.5mm，此時可計算出夾具的主夾緊力如下：

F3=67.61XP/（LH-30.5）

=67.61X3.5/（96.5-30.5）

=3.59KN

5.4" "刀具切削力校核

刀具軸向力的校核。刀具軸向力是機殼在加工的過程中刀具對機殼產生的拉力，使得機殼接近刀具軸向。查閱資料鋼對鑄鐵HT150的摩擦系數取0.2，夾具克服拼裝面的摩擦力大?。?/p>

F=（3.71+3.18+3.59）X1000X0.2=2096Ngt; 1267N，作用力方向在定位塊的定位面上，因此夾具滿足拼裝面加工的軸向力要求。其他幾個品種同理。

刀具徑向力的校核。刀具徑向力是在機殼在加工的過程中刀具對機殼產生的側拉力，使得側拉力的方向與刀具的進給方向一致。夾具克服拼裝面的摩擦力大小2096Ngt;1720N，作用在定位塊的定位面上，因此夾具滿足拼裝面加工的徑向力要求。其他幾個品種同理。

刀具主切削力校核。刀具的主切削力是機殼在加工的過程中刀具對機殼產生的扭矩，使得機殼環(huán)繞刀具中心旋轉。

重力加速度g=9.8m/s2，" Φ125面銑刀粗銑拼裝面產生的扭矩為：

M=PzXD/20=4527/9.8X125/20=2887KG*cm=283N*M以其中一個定位塊為支點，夾具所能提供的扭矩為：384*3.71+6.5*3.18=1445.31N*M

以另外一個定位塊為支點，夾具所能提供的扭矩為：390.5*3.18+399*3.59=2674.2N*M，兩者之間取最小值1445.31gt;283N*M，夾具滿足拼裝面主切削力要求。其他幾個品種同理。

5.5" "零件有限元分析

機殼的夾緊變形和應力校核，機殼在加工400面窗口面的加工精度平面度為0.05mm，查詢資料，機殼材料HT150的抗拉強度為≥150Mpa，對機殼A6X零件有限元分析，見圖9，夾緊后機殼的最大變形0.035lt;0.05，最大應力82.2lt;150Mpa，夾具夾緊力符合機殼A6X變形及應力要求。同理對其他三個產品有限元分析，也符合要求。

6" " "夾具檢查

經過三維建模計算得出，夾具加機殼總質量410Kg，轉臺尾座的最大載重500Kg，符合標準，夾具加機殼對于轉臺尾座中心線的轉動慣量5.2Kgm2，轉臺尾座的最大允許轉動慣量8Kgm2，符合標準。

檢查夾具各個油缸部件，動作順序以及打開程度，各個油缸壓臂打開與其他部件無干涉，動作正常。

檢查氣路，水路，油路的管接頭及螺堵，沒有泄露現象。

7" " 夾具具體設計的幾點經驗總結與體會

7.1" "專利以及夾具結構形式在今后項目中的應用

今后順應時代的發(fā)展，產品不會單一，常規(guī)的夾具中都要兼容多個品種。“用于機加工的多點定位壓臂裝置”專利在后期的項目杰克繃縫和杰克繃縫擴能中得到很好的應用。為后續(xù)項目提供有力參考。柔性加工線OP10雙面夾具在今后多品種產品的加工中必定會成為主流，為今后的柔性加工線毛坯定位領域提供有力參考。

7.2" "夾具主管對夾具設計相關技術的了解

雙面夾具不同于普通的夾具，考慮的因素比較多，主管要對夾具周邊，以及工件姿態(tài)，工件的定位方式，工件的上料方式，都要很熟悉，才能對夾具的設計要求有個整體性的把握。

7.3" "夾具設計前期交流的重要性

夾具設計前期和線主管的交流及其重要，項目中還得與甲方溝通設備占地情況及與夾具相關的連接方式等，這些都可以幫助自己更好的了解本夾具加工的工藝情況以及精度要求，避免走彎路，減少時間成本的浪費。

7.4" "項目體會

在我們面對新的領域的時候要大膽的假設，小心的求證；做項目時要注重跨領域的結合，從不同的角度去思考問題；在保證質量的情況下，節(jié)約成本就是創(chuàng)造效益；設計的時候注重人機的結合，方便客戶的使用以及保養(yǎng)。

8" " "結束語

本夾具在設計的過程中，得到了技術中心領導和主管及諸多同志的關心、指導和幫助，在此，謹向各位前輩、同事表示衷心的感謝。由于本人水平有限，其中部分見解可能會有不妥之處，懇請各位專家批評指證。

參考文獻：

[1]徐灝，機械設計手冊[M].機械工業(yè)出版社，1995.12.

[2]龔定安，趙孝昶，高化.機床夾具設計手冊[M]. 西安交通大學出版社，1991.7.

[3]濮良貴， 紀名剛.機械設計[M].高等教育出版社，1995.9.

[4]王光斗，王春福等.機床夾具設計手冊[M].上?？茖W技術出版社出版社，2000.11.

[5]美國可切屑中心.機械加工切削數據手冊[M]. 機械工業(yè)出版社，1989.9.

專家推薦語

蘭" 兵

東風設備制造有限公司

機械設計專業(yè)" 研究員級高級工程師

EQRX83杰克機殼平縫二期加工中心雙面夾具用于杰克平縫機殼自動生產線的OP10工序，該工序采用桁架自動上下料，通過機殼零件有限元分析，三維建模計算夾具加機殼的轉動慣量等可靠保證了夾具的設計。由于是第一道工序毛坯定位，該項目解決了多品種毛坯定位（包括斜面定位）一致問題；采用雙面夾具解決了A4/A6品種快速換型問題，開發(fā)了專利“用于機加工的多點定位裝置” 解決多品種壓緊點不一致問題 ；解決雙面夾具兩塊底板的精度保證問題。該項目的成功交付后，后期的項目杰克繃縫、包縫、平縫項目的類似夾具也采用上述的設計，為后續(xù)項目提供了有力參考，應用效果良好。

該項目在當期處于國內先進水平。