數控鉆攻固定環(huán)孔專機與夾具的設計探討

鄭利明+蘭海周

摘 要：數控機床中，數控鉆工固定環(huán)孔機床屬于專機項目，目的是為了加工車橋兩端固定環(huán)孔更加便捷。由于環(huán)孔加工工序復雜，加工費時費力且難度大，因此在批量生產時，需要對數控鉆攻固定環(huán)孔機床與夾具專門設計。本文以車橋為例，對數控鉆攻固定環(huán)孔專機及夾具進行設計。

關鍵詞：數控鉆攻固定環(huán)孔；專機；夾具；設計

隨著機械制造技術的發(fā)展，人們對結構精密、復雜的產品需求量越來越大。為滿足不規(guī)則零部件生產需求，適應加工對象多變的特點，需要加大對數控技術的研究力度。在金屬切削機床中，數控鉆攻固定環(huán)孔機床結構復雜。與傳統(tǒng)加工方法對比，柔性高端數控金屬切削機床融合了液壓、電子及機械等先進技術，加工方法更加多樣。在轎車、重卡及商務車輛的前后橋加工中，可同時進行鉆孔、鏜孔、攻絲、銑削等加工，在大批量生產中，提高了生產效率與加工質量。本文主要針對數控鉆攻固定環(huán)孔專機整體及夾具進行設計研究。

1 數控鉆攻固定環(huán)孔專機設計

1.1 結構設計

利用相關軟件對數控專機零部件進行三維建模與仿真，然后進行二維繪圖、投圖、零件加工、精度檢驗及試件加工等。該專機床身由雙刀庫、雙主軸箱、雙主軸組成，剛度較高，優(yōu)勢在于能夠使兩個床身在裝配及加工時的難度降低。該專機的技術核心是專用夾具工作臺、緊急速度及液壓控制模塊。對兩軸間加工范圍可同步變化，同步鉆攻。

1.2 精度指標

在精度指標方面，該數控鉆攻固定環(huán)孔專機包含定位、切削等精度。在對機床數值精度進行實際檢驗時，滿足機床位置精度驗收標準、數控龍門銑床技術條件及金屬切削機床的技術條件等標準。對上述各指標綜合考慮，從技術、資金、人員、設備等方面入手，考慮用戶需求，對本機精度指標及技術參數進行擬定，作為用戶對機床選擇的依據。主要參數如表1所示：

1.3 控制系統(tǒng)設計

數控鉆攻固定環(huán)孔專機整體上可分為機械、數控及道具選擇幾部分。對于機械控制系統(tǒng)而言，包含主軸、床身、進給、潤滑、氣動及冷卻幾個系統(tǒng)。主軸系統(tǒng)融合了高速刀具、直接電機等技術，實現了試件的高速加工，所以在主軸的選擇上要保證高可靠性。進給系統(tǒng)由交流伺服電機驅動，通過滾珠絲杠與波紋管彈性聯(lián)軸器直接連接，對工作臺進行拖動，使其產生移動，包含自動控制方式與手動控制方式。床身系統(tǒng)包含床身底座、主軸箱、鞍座、滾珠絲杠、夾具工作臺面及彈性聯(lián)軸節(jié)等部件；啟動系統(tǒng)的工作介質為空氣，排氣過程簡單，沒有成本介質，對環(huán)境污染小，使用方面。冷卻系統(tǒng)裝置加多，包含自然冷卻、液體冷卻及風冷等，該專機系統(tǒng)采用液體冷卻，可循環(huán)使用冷卻液，實現降低成本的目的。數控系統(tǒng)主要包含以下組成部分：兩套FANUC Oi-MD數控系統(tǒng)、兩套進給電機、兩套額定功率7.5KW主軸電機、兩套刀庫、其它輔助電機、操作面板、彩色LCD顯示器、電控箱密封等，系統(tǒng)主要具備的功能有監(jiān)控功能、零件公共坐標系編程功能、子程序調用及編輯功能、中英文顯示功能、報警功能等。

2 數控鉆攻固定環(huán)孔專機夾具設計

隨著機床的發(fā)展，在夾具設計中，結構、形式更加復雜，對精度的要求也越來越高。本專機夾具總裝圖如圖1所示，包含多個組成部分。

2.1 夾具組成設計及功能

夾具組成如圖1所示，夾具主要由夾具座、升降架及漲緊琵琶孔夾具、自動定心夾具幾部分組成。各部分功能如下：在實際工作過程中，在上下料小車上放置車橋，琵琶孔向下放置。下車此時位于上下料小車導軌，將小車推至夾具中心，然后上下料小車升降油缸下降，至自動定心夾具處夾緊，在橋殼大平面撫平后對零件利用漲緊琵琶孔夾具漲緊，然后自動定心夾具松開零件，上下料小車升降油缸上升，將上下料小車手動拉至上下料小車導軌上，對完成的工件卸下。由于產品的規(guī)格、長度等不盡相同，如果法蘭盤位置不適合，可調整調整螺桿、松開限位螺桿，使兩端的自動定心夾具在夾具導軌上滑動，并在合適的位置停留后固緊。

2.2 機床夾具的特點

利用固定環(huán)外徑對橋殼兩端進行定位壓緊，夾具徑向定位精度不超過0.025mm，夾具為自定心夾緊結構，可調整夾具方向、長度。采用漲芯夾具結構作為橋殼中心琵琶孔定位夾具，對夾具的通用性要進行考慮。該機床上要配置與后橋殼工件加工所需的定位、工裝、夾緊裝置。如果鉆具剛性較弱，可使用鉆模板輔助鉆孔。機床配備上料架，在上料架移動小車后放置橋殼，人工將小推至夾具上方，在油缸下落帶動小車時，橋殼進入夾具夾緊位置。在控制橋殼角相位時，夾具對橋殼壓夾緊后，橋殼大平面撫平后，對零件利用漲心裝置漲緊，兩端自定心夾具高壓夾緊。對夾具采用液壓方式控制，采用油溫冷卻系統(tǒng)對油溫進行控制。機床與夾具安裝方便快捷，容易操作。

2.3 夾具結構說明

數控鉆攻固定環(huán)孔專機結構的優(yōu)勢在于，床身剛性比較強，雙主機共用床身，外形簡單，在毛坯鑄造方面，難度大大降低，兩個床身在裝配與加工中的難度也極大的降低。本夾具針對車橋加工設計，主要用于在雙臥式加工中心進行車橋兩側法蘭盤螺紋孔口倒角、底孔及攻絲工序的夾緊與定位。因此定位、夾緊、液壓站是重要的構成系統(tǒng)，直接對工價加工產生影響，定位夾緊如圖2所示：

在夾具組成部分中，定位系統(tǒng)非常關鍵，由自定心與漲芯兩套夾具組成。自定心夾具布置在兩端，中心布置漲芯夾具。漲芯夾具漲塊在油缸帶動下，在滑塊上下移動的時候進行左右移動，實現夾緊后橋殼止口的目的，對工件的軸向尺寸定位也能保證。通過前后兩個夾緊油缸，對自定心夾具鉗口前后移動進行帶動，實現夾緊的目的。通過工件墊與漲芯夾具漲塊的組合，對漲芯夾具在更換產品時進行調整；通過對法蘭盤距離橋殼止口的距離進行軸向調整，實現自定心夾具在產品更換時的調整。兩套夾具的操作都比較簡單，省時省力。

3 結語

本文通過對數控鉆工固定環(huán)孔專機及夾具進行設計研究，在軟件三維建?；A上對專機總體及夾具進行設計，通過研究得到以下結論：首先，與同類機床相比，本專機設計具有加工精度高、工作效率高等優(yōu)勢，可對車橋兩端同時實現鉆攻；其次，機床結構布局比較先進，結構相對簡單，并且可提升加工效率；電主軸的采用，使主軸轉速達到6000rpm，實現了快速切削的目的；最后，為滿足實際使用需求，對機床進行測試，測試結果與設計要求相符。數控鉆工固定環(huán)孔專機項目屬于新的研發(fā)項目，其中也存在一些不完善的地方，如刀庫無法自主研發(fā)、產品工序集約化以及產品外觀造型還有待進一步完善等，這些不足之處還需要在以后的研究中不斷進行改進。

參考文獻

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