汽車(chē)卡鉗體數(shù)控車(chē)銑加工工藝及夾具設(shè)計(jì)

□ 胡成龍 □ 胡春林

1．武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 武漢 430205

2．湖北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 武漢 430068

1 卡鉗體零件結(jié)構(gòu)分析及加工工藝設(shè)計(jì)

卡鉗體零件如圖1所示，是汽車(chē)ABS防抱死系統(tǒng)中的一個(gè)制動(dòng)缸體。零件采用鑄造毛坯，材料為球墨鑄鐵，主體結(jié)構(gòu)為異形非回轉(zhuǎn)體，內(nèi)部有高精度的缸孔部分、缸體外側(cè)有呈一定角度布置的進(jìn)油孔和排氣孔、兩側(cè)支耳銷(xiāo)孔等需要加工。由于零件呈異形結(jié)構(gòu)，孔位布置在不同角度方位，因此每道工序都會(huì)用到裝夾定位的工裝夾具，且缸孔成型槽孔、非標(biāo)尺寸精密銷(xiāo)孔等需要采用專用刀具加工。

▲圖1 汽車(chē)卡鉗體零件圖樣

總體而言，該零件需要進(jìn)行缸孔車(chē)削、支耳銷(xiāo)孔銑削、進(jìn)油孔和排氣孔加工等。工序安排時(shí)，應(yīng)先用普通銑刀和專用刀具進(jìn)行大圓弧基準(zhǔn)面的臥式銑削，接著以此面為基準(zhǔn)，利用車(chē)削中心或全功能數(shù)控車(chē)床的定向功能，讓各刀具從固定方位避讓進(jìn)入后再車(chē)削缸孔；然后在立式加工中心上先后進(jìn)行兩支耳銷(xiāo)孔的銑面、鉆鉸孔加工；最后再分別實(shí)施進(jìn)油孔和排氣孔的銑、鉆、鉸及攻絲等兩道工序的加工。其總體工藝安排見(jiàn)表1。

在車(chē)、銑工序組合方面，缸孔車(chē)削可采用組合刀具、成型刀具實(shí)現(xiàn)工步組合的高效加工；進(jìn)油孔與排氣孔加工若安排在臥式四軸轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床上，可一次裝夾先后完成。在車(chē)削中心行程許可的條件下，從原理上可以進(jìn)行缸孔車(chē)削和2支耳銷(xiāo)孔的銑、鉆、鉸孔組合加工，但這將在夾具避讓設(shè)計(jì)及刀具長(zhǎng)度等方面存在一定的難度，且不容易保證銷(xiāo)孔精度，從經(jīng)濟(jì)角度考慮可行性較差。

2 汽車(chē)卡鉗體零件加工的夾具設(shè)計(jì)

2．1 卡鉗體缸孔車(chē)削加工用夾具

圖2所示為卡鉗體缸孔車(chē)削加工設(shè)計(jì)的夾具，可在車(chē)削中心或全功能數(shù)控車(chē)床上代替三爪卡盤(pán)使用。由于鑄件毛坯裝夾時(shí)定位支承元件偏置在夾具體的一側(cè)，對(duì)向的另一側(cè)必須進(jìn)行配重平衡的設(shè)計(jì)。按照表1的工藝設(shè)計(jì)，毛坯以上一道工序所加工的R130．5、 寬 65mm 的基準(zhǔn)大圓弧面定位，由液壓動(dòng)力源帶動(dòng)拉鉤，再通過(guò)杠桿帶動(dòng)浮動(dòng)壓爪，對(duì)卡鉗體的懸臂護(hù)翼實(shí)施夾緊；定位支承元件懸臂焊接固定在夾具體上，內(nèi)側(cè)留足放置缸體毛坯的空間，刀具入口處開(kāi)設(shè)U型讓位槽以方便刀具進(jìn)入，側(cè)面設(shè)計(jì)有限位擋塊，以限制毛坯沿大圓弧面周向擺轉(zhuǎn)的自由度，保證毛坯懸臂護(hù)翼前端的U型鉤翅與定位支承元件的U槽對(duì)正，以便于刀具的定向進(jìn)入；夾具體與浮動(dòng)壓爪同側(cè)處設(shè)置可局部調(diào)整的配重平衡塊；為適應(yīng)懸臂護(hù)翼毛坯表面的鑄造誤差，壓爪設(shè)計(jì)成可一定角度方位擺轉(zhuǎn)的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。工作時(shí)，按壓液壓卡盤(pán)夾緊開(kāi)關(guān)，拉鉤即可帶動(dòng)壓爪夾緊毛坯，加工完成后，松開(kāi)液壓卡片開(kāi)關(guān)，壓爪自動(dòng)抬起即可取卸工件，操作簡(jiǎn)單快捷，適合大批量生產(chǎn)的零件定位裝夾要求。

表1 卡鉗體零件車(chē)銑加工工藝過(guò)程卡

▲圖3 卡鉗體支耳銷(xiāo)孔銑削夾具

▲圖4 卡鉗體排氣孔鉆銑加工夾具

▲圖5 卡鉗體進(jìn)油孔鉆銑加工夾具

2.2 其它工序加工夾具

圖3所示為卡鉗體支耳銷(xiāo)孔銑削加工設(shè)計(jì)的夾具。工件放置在定位芯柱組合體上，以芯柱和階臺(tái)對(duì)上一工序加工的缸孔口定位，分別限制X、Y、Z的移動(dòng)自由度和X、Y的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，以組合體前側(cè)兩平面對(duì)卡鉗體的懸臂護(hù)翼定位，限制Z的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，芯柱下方應(yīng)為卡鉗體懸臂護(hù)翼的勾翅預(yù)留避讓空間。整個(gè)夾具體以對(duì)懸臂護(hù)翼定位的兩側(cè)平面與X方向平行打表后預(yù)先固定在工作臺(tái)面上，工作時(shí)，放上工件，擺轉(zhuǎn)壓板壓住缸底坯面后再用鎖緊螺母夾緊，取卸工件時(shí)只需松開(kāi)鎖緊螺母后將壓板擺開(kāi)即可。壓板下方放置彈簧，使壓板松開(kāi)后不會(huì)跌落，可提高夾壓操作的效率。

圖4所示為卡鉗體排氣孔鉆銑加工設(shè)計(jì)的夾具。工件水平放置在定位芯柱上，以芯柱、階臺(tái)為基準(zhǔn)對(duì)缸孔定位，同時(shí)以定位銷(xiāo)對(duì)支耳銷(xiāo)孔定位，限制其轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。由于工件呈臥式放置，夾緊力作用在水平方向，因此該夾具采用絲杠螺母副鎖緊，工作時(shí)，按定位要求放好工件，旋動(dòng)鎖緊把手，壓塊在絲杠螺母副作用下前行，壓住缸底坯面后再加力鎖緊，取卸工件時(shí)只需松開(kāi)鎖緊把手，使壓塊離開(kāi)即可。

圖5所示為卡鉗體進(jìn)油孔鉆銑加工設(shè)計(jì)的夾具。工件水平按一定角度方位放置在定位芯柱上，以芯柱、階臺(tái)對(duì)缸孔定位，同時(shí)由定位柱銷(xiāo)對(duì)已加工出的支耳銷(xiāo)孔實(shí)施角度方位的定位，以限制工件的6個(gè)自由度，主基準(zhǔn)和前幾道工序一樣，還是缸孔臺(tái)階，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。工件呈臥式放置，夾緊力作用仍在水平方向。該夾具采用壓板螺釘夾緊方式，工作時(shí)，按定位要求放好工件，擺轉(zhuǎn)壓板使其前端壓住缸底坯面，尾端墊放在支承柱上，旋動(dòng)鎖緊螺母鎖緊，取卸工件時(shí)只需松開(kāi)鎖緊螺母，使壓板脫離即可。

3 缸孔車(chē)削加工工序及定制刀具的使用

缸孔加工時(shí)，由于鑄造毛坯外形結(jié)構(gòu)的原因，車(chē)鏜刀具不能直接伸入，需定向后讓刀具從固定方位避讓進(jìn)入后再回轉(zhuǎn)切削，因此需要采用具有定向功能的全功能數(shù)控車(chē)、車(chē)削中心或加工中心，且缸孔內(nèi)帶倒角的槽形需采用定制成型刀具組合加工或分解加工完成。

卡鉗體零件缸孔的結(jié)構(gòu)及具體尺寸如圖6所示，根據(jù)其結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)，同時(shí)考慮到大批量生產(chǎn)對(duì)效率的要求，可采用6把定制刀具，以粗車(chē)缸孔→口部擴(kuò)孔→車(chē)防塵槽→精鏜缸孔→預(yù)切成型槽→精切成型槽的工序安排實(shí)施缸孔的粗精車(chē)加工。

（1）粗車(chē)缸孔。采用定制的雙刃鏜孔刀具粗車(chē)（鏜）缸孔，刀桿粗，刀具剛性好，切削效率高。車(chē)孔尺寸直接由兩刀片外刃間距保證，試切對(duì)刀時(shí)使刀桿對(duì)稱中心與主軸回轉(zhuǎn)中心重合即可，粗車(chē)缸孔直徑到 φ66．4，Z向缸孔深度加工到 45．3，以確保足夠的精車(chē)深度。工序尺寸和進(jìn)給路線如圖7（a）所示。

（2）擴(kuò)缸孔口部帶倒角。采用定制的組合刀具，當(dāng)擴(kuò)孔深度到位時(shí)，口部0．5x45°也剛好加工到位。 控制尺寸：φ76．7+0．30由雙刀片外刃間距保證，試切對(duì)刀時(shí)使刀桿對(duì)稱中心與主軸回轉(zhuǎn)中心重合即可；Z深7-00．15由程序保證。工序尺寸和進(jìn)給路線如圖7（b）所示。

▲圖6 卡鉗體零件缸孔的結(jié)構(gòu)與尺寸

▲圖7 缸孔粗車(chē)及孔口加工

▲圖8 切各槽及缸孔精車(chē)

（3）車(chē)防塵槽。采用定制的成型刀片，切槽到位時(shí)也將兩側(cè) 0．2 和 0．5 的倒角做出。 控制尺寸：φ80．8+00．3，Z深7-00．15由程序保證，以試切到位為 X0；槽寬 4．5-00．15由 刀片寬度保證。工序尺寸和進(jìn)給路線如圖8（a）所示。

（4）精車(chē)缸孔。采用定制刀桿、標(biāo)準(zhǔn)刀片。控制尺寸：φ66．7++00．．0052,Z 深 45+00．2由程序保證，以試切到位為X0。為避免斷續(xù)切削的沖擊損傷刀具，精車(chē)安排在成形槽切削之前進(jìn)行，整個(gè)缸孔的精車(chē)為連續(xù)走刀，同時(shí)精車(chē)缸孔Z深度應(yīng)稍小于粗車(chē)深度，可有效保護(hù)精車(chē)刀具。工序尺寸和進(jìn)給路線如圖8（b）所示。

（5）預(yù)切成形槽。采用定制尖形刀片，刀尖角60°。可加工成形槽內(nèi)60°油槽，預(yù)切成形槽，右側(cè)30°倒角和對(duì)左側(cè)0．5×45°的角作預(yù)切。工序尺寸和進(jìn)給路線如圖 8（c）所示。

（6）精切成形槽。采用定制成形刀片，精切成形槽帶左側(cè) 45°倒角。 φ72．68、φ71．68、4．19±0．05 的槽形尺寸由刀片保證，徑向位置X和軸向位置Z由程序保證。工序尺寸和進(jìn)給路線如圖8（d）所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

卡鉗體零件由于其鑄件為異形結(jié)構(gòu)，批量加工需要通過(guò)設(shè)計(jì)專用夾具進(jìn)行定位和夾緊，也正是因批量加工的性質(zhì)使其夾具設(shè)計(jì)更有意義。同時(shí)，從缸孔車(chē)削加工來(lái)看，需要采用專用刀具和帶有主軸定向功能的數(shù)控車(chē)床或加工中心才能實(shí)現(xiàn)高效率加工。

［1］ 朱作君，邵明華，隋喜娥，等．氣缸體缸孔精鏜刀架及鏜刀的改進(jìn) ［J］．金屬加工（冷加工），2011（8）:35-36．

［2］ 蘇小平，鞏建鳴，左萬(wàn)里．基于三維設(shè)計(jì)的汽車(chē)浮式制動(dòng)鉗體車(chē)夾具的研制［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2009（3）:154-156．

［3］ 賀春，胡春林．汽車(chē)卡鉗體缸孔的數(shù)控車(chē)削加工工藝探析［J］．湖南農(nóng)機(jī)（學(xué)術(shù)版），2012（5）:85-86．