多工位噴嘴加工氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

李蘇榮，儲(chǔ)曉猛

(江蘇大學(xué) 基礎(chǔ)工程訓(xùn)練中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

0 引 言

圖1是某企業(yè)委托我處加工的一批噴嘴零件，為某一噴射系統(tǒng)中的重要組成零件，其加工質(zhì)量嚴(yán)重影響著整個(gè)噴射系統(tǒng)的工況質(zhì)量。原先該零件采用普通車床、銑床及鉆床進(jìn)行加工，此工藝方案輔助時(shí)間占了生產(chǎn)時(shí)間的一半左右，加工效率極低，勞動(dòng)強(qiáng)度大?；趯?duì)零件結(jié)構(gòu)及尺寸精度的分析，結(jié)合對(duì)方大批量生產(chǎn)的加工要求，分析并設(shè)計(jì)了一套基于數(shù)控加工工序集中要求的工藝方案和用于第三道銑平面及鉆小孔加工工序的多工位氣動(dòng)夾具[1-3]，從而有效提高噴嘴的生產(chǎn)效率和加工精度，應(yīng)用效果良好。

圖1 零件實(shí)體圖

1 噴嘴加工工藝過程分析

噴嘴零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2。為充分發(fā)揮數(shù)控加工的特點(diǎn)，基于工序集中這一數(shù)控加工工藝的原則，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備情況和工件加工特征，該噴嘴零件設(shè)計(jì)了4道工序，分別是第一道工序?yàn)檐嚩嗣?、外圓及臺(tái)階、鉆鉸φ3.3小孔；第二道工序?yàn)榈纛^車另一端面、外圓、鉆鉸φ8.5孔及鏜φ13孔；第三道工序?yàn)殂娖矫婕?-鉆鉸φ2.5小孔；第四道工序?yàn)殂@3-φ3.5孔。由于采用工序相對(duì)集中的加工方案，每個(gè)工序包含了多個(gè)工步，一次裝夾解決噴嘴上多個(gè)加工特征的加工問題，從而有效保證噴嘴的形狀及位置，減少了裝卸等輔助加工時(shí)間，加工質(zhì)量及效率大幅提高。

圖2 噴嘴零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 鉆銑專用氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)分析

2.1 專用氣動(dòng)夾具組成

該專用氣動(dòng)夾具用于解決第三道工序加工問題，其結(jié)構(gòu)組成如圖3所示，其主要由底板、固定座、定位芯軸、氣缸連接桿螺釘、銷軸、壓板、氣缸、支承桿等零件組成。

圖3 鉆銑專用氣動(dòng)夾具總裝圖1.底板 2.固定座 3.定位芯軸 4.氣缸連接桿 5.銷軸 6.壓板 7.氣缸 8.支承桿 9，10.螺釘 11.開口銷 12.管接頭

2.2 各組成件的設(shè)計(jì)及其功能

(1) 定位裝置設(shè)計(jì)分析

該夾具的定位為定位芯軸3。在銑削平面及鉆、鉸3-φ2.5小孔(第三道工序)時(shí)，利用第二道工序車削加工出來的大端面及φ13孔作為定位基準(zhǔn)?；谝蠊ぜㄐ木认鄬?duì)不高，且需要裝卸，采用間隙配合，芯軸按φ13f7(-0.016/-0.034)的公差制造。定位芯軸的φ13外圓部分限制工件二個(gè)自由度，大臺(tái)階端面限制了工件三個(gè)自由度，一共限制了五個(gè)自由度[4]，可滿足加工技術(shù)要求。其中，需注意各定位元件的制造精度，以保證定位精度和可靠性。

(2) 夾緊裝置設(shè)計(jì)分析

夾緊裝置主要由動(dòng)力源(薄型氣缸7，數(shù)量6只)、夾緊元件(壓板6)和中間傳力機(jī)構(gòu)(氣缸連接桿4及銷軸5)組成。為了更好地減少輔助安裝時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，選用氣動(dòng)夾緊，將噴嘴零件安裝到夾具的定位部件某一工位上之后，該工位對(duì)應(yīng)的氣缸活塞拉動(dòng)壓板向后移動(dòng)，從而夾緊工件；該工件加工完成后，氣缸活塞推動(dòng)壓板向前移動(dòng)，松開工件。氣缸的控制采用手動(dòng)閥，安裝固定在氣缸旁邊，方便操作。

① 夾緊力的確定

切削力的大小確定主要考慮噴嘴自身材質(zhì)(40Mn)及銑削加工(鉆鉸孔的切削力遠(yuǎn)小于銑削力)時(shí)的切削力，根據(jù)銑削加工實(shí)際選擇的切削用量，利用NOVEX切削計(jì)算軟件，計(jì)算得出的理論切削力Fc為410 N左右，如圖4所示。在此切削力的基礎(chǔ)上乘以安全因素K[5](取值2.5)，得出所需安全夾緊力FC′=FJ×K= 410 N×2.5 = 1 025 N。

② 氣缸的選擇

根據(jù)夾緊裝置結(jié)構(gòu)可知，氣缸使用時(shí)是利用氣缸的拉力作為其夾緊力。根據(jù)氣缸理論輸出力表，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步確定選擇薄型氣缸(型號(hào)為SDA40×45，氣缸直徑為40 mm，行程為45 mm)作為其夾緊動(dòng)力源。根據(jù)氣缸輸出力(氣缸拉力)公式：

F=P×(D2-d2)×π/4×η[6]

式中：F為理論氣缸輸出力(N)；P為空氣壓力(MPa)，取值0.7 MPa；D為氣缸直徑(mm)，查表取40 mm；d為氣缸輸出軸直徑(mm),查表取16 mm；η為氣缸的力傳遞效率，取值0.85。

圖4 NOVEX切削計(jì)算軟件計(jì)算切削力

經(jīng)計(jì)算，其單個(gè)氣缸拉力F=600 N，則兩個(gè)氣缸的夾緊力為1 200 N，滿足加工要求的安全夾緊力(1 200 N>1 025 N))。

(3) 夾具體設(shè)計(jì)分析

夾具體即為底板1和固定座2。夾緊裝置和定位元件均固定安裝在固定座上，固定座又通過螺釘10安裝在底板即夾具體上。夾具安裝時(shí)需要保證夾具體自身精度和定位裝置在夾具體上的相對(duì)位置精度，另外夾具體在機(jī)床上的安裝精度也是影響加工精度的重要因素，在夾具制造、安裝及調(diào)試找正時(shí)需加以考慮。

3 結(jié) 語

該夾具設(shè)計(jì)定位準(zhǔn)確合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝便捷，一次裝夾5個(gè)工件，氣動(dòng)松開夾緊，能夠充分保證加工質(zhì)量，配合基于工序集中的加工方案，有效地提高了生產(chǎn)效率和降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，體現(xiàn)了數(shù)控加工中心的特點(diǎn)，發(fā)揮了數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)，也為解決類似工件加工問題提供一定的借鑒。

[1] 梁偉杰.多工位閥芯加工氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017(3)：51-52.

[2] 儲(chǔ)曉猛.泵蓋加工工藝分析及鉆銑專用氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2017(6)：137-138.

[3] 尹昭輝.齒輪泵密封槽銑削加工四工位氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2012 (11)：103-105.

[4] 王茂元.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[5] 劉俊成.機(jī)床夾具在設(shè)計(jì)過程中夾緊力的計(jì)算[J].工具技術(shù)，2007(6)：89-90.

[6] 徐 灝.新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)(下冊(cè))[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.