液壓夾具在裝載機(jī)前車架機(jī)械加工的設(shè)計(jì)

韋賢宗，李慧瓊，蒙 韜

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

裝載機(jī)前車架是連接后車架、前車橋和工作裝置的機(jī)構(gòu)，是裝載機(jī)的重要承載部件。其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，先由左/右翼箱、支座、上/下鉸接及前中梁拼焊，再通過機(jī)械加工而成。前車架的機(jī)械加工主要包括鏜鉸接和鏜翼箱，而目前因?yàn)樗玫臋C(jī)械加工夾具均為簡易式機(jī)械夾緊夾具，需人工操作、錘敲調(diào)校來保證相關(guān)尺寸，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大。加之，機(jī)械式夾緊力度不均勻，調(diào)校時(shí)間長，夾具剛性較差，進(jìn)行鏜孔、刮面及銑面時(shí)存在振動(dòng)，加工表面粗糙，產(chǎn)品質(zhì)量欠佳，不能一次可以完全加工，采取鏜鉸接與鏜翼箱分序加工。因此在加工時(shí)先鏜鉸接，再以加工好的鉸接孔作為基準(zhǔn)定位鏜翼箱。

隨著智能化技術(shù)不斷發(fā)展，各類少人化及自動(dòng)化等先進(jìn)技術(shù)在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件得到了廣泛的應(yīng)用。就目前裝載機(jī)前車架鏜鉸接及鏜翼箱分序加工、不能實(shí)現(xiàn)全工序加工的現(xiàn)狀，并根據(jù)公司戰(zhàn)略目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能制造的指導(dǎo)思想進(jìn)行液壓夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用，將液壓技術(shù)引入機(jī)械加工工序。液壓夾緊力穩(wěn)定可靠，通過穿銷軸夾緊后自動(dòng)定位，實(shí)現(xiàn)前車架快速定位裝夾，提高調(diào)校效率，實(shí)現(xiàn)了完全靠液壓夾具來保證前車架定位的準(zhǔn)確性且剛性穩(wěn)定可靠，滿足鏜鉸接及鏜翼箱工序合二為一加工，達(dá)到前車架全工序機(jī)械加工的效果。

1 現(xiàn)狀及存在問題

前車架焊接后，分別在單面加工中心及雙面加工中心的兩道工序完成對主要銷孔、平面的加工。以某機(jī)型前車架為例，兩道工序的加工情況如下：

（1）在單面加工中心鏜鉸接。該工序主要加工上下鉸接孔及內(nèi)外側(cè)平面、橋搭子平面及螺栓孔。該工序使用設(shè)備為單面加工中心，配置簡易式機(jī)械夾具，如圖1 所示。由于機(jī)械式簡易夾具無完整的定位機(jī)構(gòu)，先使用卷尺測量，再靠人工使用撬棍鐵錘敲擊調(diào)整位置，重復(fù)定位精度不足，調(diào)校時(shí)間過長，最后使用扳手?jǐn)Q緊螺栓，員工操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，整個(gè)調(diào)校裝夾需4 min，如圖2。由于夾緊點(diǎn)較少，且為機(jī)械式壓緊，夾緊力小，夾具剛性差，另，使用較低的切削參數(shù)加工，導(dǎo)致加工效率鉸低。

圖1 鏜鉸接夾具圖

圖2 鏜鉸接調(diào)校圖

（2）在雙面加工中心鏜翼箱。該工序主要加工前車架兩側(cè)翼箱孔、前中梁處孔及諸孔內(nèi)側(cè)平面。該工序使用設(shè)備為雙面加工中心，配置簡易式機(jī)械夾具，如圖3。與鏜鉸接工序類似，該工序同樣使用無完整定位的簡易工裝，重復(fù)定位精度不足，全靠人為操作調(diào)校夾緊，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，整個(gè)調(diào)校裝夾需5 min，如圖4。由于夾緊點(diǎn)不足，且為機(jī)械式壓緊，夾緊力不夠，夾具剛性差，加工過程產(chǎn)生一定振動(dòng)，加工質(zhì)量仍有較大的提升空間。

圖3 鏜翼箱夾具圖

圖4 鏜翼箱調(diào)校圖

2 改進(jìn)方案

針對目前鏜鉸接和鏜翼箱機(jī)械加工的現(xiàn)狀，考慮設(shè)計(jì)液壓夾具，在保證鏜鉸接及鏜翼箱加工剛性的同時(shí)，并滿足少調(diào)校甚至無調(diào)校以實(shí)現(xiàn)快速定位裝夾加工。由于全工序加工內(nèi)容包含原鏜鉸接和鏜翼箱，加工面在前車架的四個(gè)面都有涉及，加工設(shè)備的工作臺(tái)需可以360°旋轉(zhuǎn)，前車架在加工過程中要旋轉(zhuǎn)，液壓夾具的液壓油管應(yīng)避免旋轉(zhuǎn)纏繞，而通過保壓裝置可以維持液壓夾具系統(tǒng)壓力，保證夾緊力度，只需在定位裝夾過程中需要將夾具與液壓站通過管路連接，實(shí)現(xiàn)在加工過程中夾具斷開與液壓站的連接。如圖5～圖8，技術(shù)方案主要包含以下內(nèi)容：

圖5 前車架裝夾示意圖

圖6 前車架裝夾示意圖

圖7 液壓夾具設(shè)計(jì)方案圖

圖8 液壓夾具液壓原理圖

（1）夾具設(shè)計(jì)符合工作臺(tái)尺寸，且圓周回轉(zhuǎn)不超過回轉(zhuǎn)直徑。

（2）夾具總重量≤5000 kg，工裝底板厚度不小于50 mm。

（3）夾具定位準(zhǔn)確合理，保證前車架鏜鉸接與鏜翼箱工序所有內(nèi)容加工。

（4）裝夾節(jié)拍：≤5 min/件。

（5）夾具夾緊方式采用保壓式，且數(shù)量足夠，力度及剛性足夠，保證工件在作業(yè)過程中穩(wěn)定、無震動(dòng)。

（6）前車架放置后，以下鉸接孔及左右翼箱孔進(jìn)行穿銷定位，銷軸退出，加工該孔時(shí)讓出加工空間。

3 應(yīng)用效果

液壓夾具設(shè)計(jì)制作完成后，即用夾具進(jìn)行鏜鉸接和鏜翼箱全工序加工試驗(yàn)，以驗(yàn)證夾具剛性、夾緊可靠性及裝夾節(jié)拍。

此液壓夾具底板厚度為53 mm，整體重量約為5000 kg，滿足工作臺(tái)及加工沖擊載荷要求（工作臺(tái)承重10000 kg）。使用22 個(gè)油缸進(jìn)行側(cè)定位、V 型定位及液壓馬達(dá)、底面輔助支撐、上壓緊及側(cè)夾緊的動(dòng)作控制，并利用蓄能器進(jìn)行保壓式液壓夾緊，液壓站上的液壓管在裝夾后即可斷開與夾具的連接，并保證壓力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠且滿足加工時(shí)需360°旋轉(zhuǎn)的條件，液壓系統(tǒng)最高壓力可達(dá)25 MPa，目前夾緊使用9 MPa壓力，剛性滿足。通過對左/右翼箱φ85 mm 孔及下鉸接φ100 mm 孔進(jìn)行穿銷定位，轉(zhuǎn)動(dòng)松緊手柄控制閥，即可實(shí)現(xiàn)快速可靠定位及裝夾。

圖9～圖11 是使用液壓全工序夾具加工前車架驗(yàn)證液壓夾具效果的過程。

圖9 液壓夾具

圖10 定位穿銷

圖11 銑面加工

經(jīng)過數(shù)臺(tái)加工試驗(yàn)，整個(gè)調(diào)校裝夾時(shí)間為3.5 min，而使用的原簡易式機(jī)械夾具鏜鉸接調(diào)校裝夾時(shí)間為4 min，鏜翼箱調(diào)校裝夾時(shí)間為5 min，整個(gè)過程合計(jì)9 min，由此可見，在使用液壓夾具加工后，調(diào)校時(shí)間縮短了61.1%，裝夾過程也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，且操作簡單方便，省時(shí)省力。用φ250 mm 銑刀盤進(jìn)行橋榙板銑面，加工過程平穩(wěn)，工件無異響及震動(dòng)，加工面表面光潔，加工效果遠(yuǎn)超出使用原簡易機(jī)械式夾具加工的情形，液壓工裝剛性及裝夾節(jié)拍均已得到驗(yàn)證，達(dá)到預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)全工序加工。

前車架全工序機(jī)械加工的液壓夾具與鏜鉸接及鏜翼箱分序加工的簡易式機(jī)械夾具作對比，見表1。

表1 液壓夾具與簡易式機(jī)械夾具技術(shù)特點(diǎn)對比

4 結(jié)束語

隨著各類智能化技術(shù)不斷進(jìn)步，液壓技術(shù)在工程機(jī)械也得到了廣泛的應(yīng)用，在夾具設(shè)計(jì)方面運(yùn)用液壓技術(shù)更易實(shí)現(xiàn)少人化或自動(dòng)化操作。對于前車架這類大型結(jié)構(gòu)件的機(jī)械加工，夾具結(jié)構(gòu)裝夾的穩(wěn)定性與剛體的可靠性對產(chǎn)品的加工質(zhì)量有著重大影響，普通簡易式機(jī)械夾緊夾具存在著工件調(diào)校時(shí)間長、夾緊力度不足、剛性差及加工效率偏低等問題，難以保證產(chǎn)品的加工要求及效率，而運(yùn)用液壓夾具可實(shí)現(xiàn)工件的快速可靠定位裝夾、降低操作強(qiáng)度和剛性穩(wěn)固等優(yōu)點(diǎn)。在條件許可的情況下，液壓夾具可有效解決使用普通簡易式機(jī)械夾緊夾具機(jī)械加工存在的諸多問題，應(yīng)優(yōu)先考慮。