淺談異形圓柱的夾具設(shè)計(jì)與加工

摘要：社會(huì)工業(yè)發(fā)展迅速，新的機(jī)械加工裝備對(duì)促進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展起著重要的作用，數(shù)控機(jī)床是為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的自動(dòng)化加工而產(chǎn)生的。解決了某些加工輪廓形狀特別復(fù)雜及難于控制尺寸，加工精度要求高，數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)過程中提高了生產(chǎn)效率和加工精度。本文根據(jù)下企業(yè)實(shí)踐，淺談對(duì)異形圓柱產(chǎn)品分析、夾具設(shè)計(jì)和加工方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;異形圓柱;夾具設(shè)計(jì);加工方法

中圖分類號(hào)：TH137? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???? 文章編號(hào)：2096-6903（2021）07-0000-00

0 引言

目前，我國生產(chǎn)的中檔普及型數(shù)控機(jī)床的功能、性能和可靠性方面已具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次、產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。國內(nèi)數(shù)控機(jī)床大部分屬于組裝機(jī)，擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利和自己操作系統(tǒng)并且市場(chǎng)化比較常見的精度好擁有好的口碑只有北京精雕品牌。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是自動(dòng)化程序高、適應(yīng)性強(qiáng)、精度高、效率高減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件和有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。用數(shù)控機(jī)床加工零件，能準(zhǔn)確地計(jì)算產(chǎn)品生產(chǎn)的工時(shí)，并有效地簡(jiǎn)化檢驗(yàn)、工夾具和半成品的管理工作，監(jiān)督加工過程并裝卸零件。多軸控制與編程技術(shù)是高技術(shù)領(lǐng)域開發(fā)研究的課題，隨著現(xiàn)代制造技術(shù)領(lǐng)域中許多形狀復(fù)雜、精度要求高的零件不斷涌現(xiàn)，多軸坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)及其加工編程技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍^[1]。該產(chǎn)品選用數(shù)控車床和CNC三菱850四軸加工中心加工完成批量生產(chǎn)，經(jīng)實(shí)踐證明，該工藝是行之有效的，完全達(dá)到了形位公差的精度要求，并提高了生產(chǎn)效率。

1 分析零件的結(jié)構(gòu)

零件圖樣如圖1所示，該產(chǎn)品是深圳市捷高精密機(jī)電有限公司接到的訂單，該零件位置精度要求高，且批量生產(chǎn)（600件），材料為φ70×245的6061鋁圓棒，該零件批量比較大，因此選用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，以提高生產(chǎn)效率。由于該零件的外形不規(guī)則，若采用普通車床加工，不但效率低，在加工過程中無法夾持，同時(shí)伸出加工部分又過長，剛性也不好，在加工過程中難于保證尺寸精度，也容易發(fā)生事故，因此需要解決工件裝夾和定位等問題，才能保證加工出來的產(chǎn)品達(dá)到圖紙要求。在批量生產(chǎn)條件下，需要設(shè)計(jì)專用的夾具來保證其尺寸精度及表面質(zhì)量要求。故選用數(shù)控車床和CNC三菱850四軸加工中心，完成這批產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。

2 設(shè)計(jì)夾具主體結(jié)構(gòu)

評(píng)估工藝排版及各工序2D要求，從設(shè)計(jì)角度考慮工裝夾具設(shè)計(jì)是否符合實(shí)現(xiàn)工藝各工序加工要求：裝夾精準(zhǔn)定位，基準(zhǔn)面，防呆，外觀三傷防護(hù)，產(chǎn)品變形，保證品質(zhì)穩(wěn)定性，方便快捷安全操作性，盡可能縮減不必要的加工裝夾，效率及成本，工序越多三傷越多，成本越高。

在數(shù)控加工時(shí)，無論數(shù)控機(jī)床本身具有多高的精度，如果工件因裝夾不合理而產(chǎn)生變形或歪斜，就會(huì)因此降低零件加工精度。要正確裝夾工件，必須合理地選用數(shù)控夾具，才能保證加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品^[2]。

在數(shù)控機(jī)床加工過程中，往往會(huì)為了追求安全高效，節(jié)約成本，特別是在帶有工裝夾具的數(shù)控機(jī)床上，往往一套工裝夾具要適應(yīng)一個(gè)工件的兩次或更多次的裝夾加工任務(wù)。因此，對(duì)操作者的要求就有所提高，首先，要正確裝夾工件，然后根據(jù)工件的不同裝夾面調(diào)用對(duì)應(yīng)的加工程序，從而達(dá)到加工要求。同一個(gè)尤其是多面工件，需要區(qū)別不同加工面及裝夾后調(diào)用對(duì)應(yīng)的加工程序，需要操作者牢記對(duì)應(yīng)關(guān)系，但實(shí)際上操作者素質(zhì)參差不齊，專業(yè)水平也不等;加之工作負(fù)荷重，難免會(huì)出現(xiàn)裝夾錯(cuò)誤或選錯(cuò)加工程序的情況，這對(duì)機(jī)床和人身安全卻是致命的，不僅會(huì)損壞昂貴的刀具，機(jī)床本身也會(huì)嚴(yán)重受損，甚至降低精度或報(bào)廢等;操作者的人身安全也會(huì)受到極大威脅。針對(duì)該問題，該夾具需設(shè)計(jì)一個(gè)防呆凸臺(tái)，此防呆凸臺(tái)能對(duì)操作者工件裝夾正確與否防呆，也能對(duì)選擇加工程序正確與否防呆，通過該防呆凸臺(tái)能有效地避免因操作者工件裝夾錯(cuò)誤或者選錯(cuò)加工程序而損壞機(jī)床或危害人身安全等。為達(dá)到一致性互換，左圖示俯視方向厚度磨一致，外形慢走絲，該夾具簡(jiǎn)圖如圖2所示。

3 分析工藝流程

從零件圖樣及材料要求得出：（1）該零件為異形圓柱產(chǎn)品;（2）工藝流程定義：原材料→數(shù)控車→CNC四軸加工外形弧面結(jié)構(gòu)→三軸加工端面螺紋孔→三軸加工斜角端面。

根據(jù)以上情況及其批量要求情況，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)專用夾具，保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性，從而提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)效益最大化。綜上所述，加工時(shí)，關(guān)鍵是解決零件的定位和裝夾問題，經(jīng)研究和實(shí)踐確定以下工藝方案。

第1步：數(shù)控車床將整體外形結(jié)構(gòu)及內(nèi)孔加工完成，如圖3所示圓柱為四軸加工工藝裝夾位，圓柱直徑管控 。

第2步：用CNC四軸加工圓柱3個(gè)角度結(jié)構(gòu)，裝夾位見下圖箭頭指示的圓柱面。如圖4所示，大面扁位至軸心距管控：25.43士0.04。

第3步：加工螺紋孔，使用專用夾具大推力氣缸仿形側(cè)推方式裝夾，前擋板加防呆凸臺(tái)，如圖5所示。

第4步，將工件鎖在固定互換塊，用專用夾具裝夾（互換式），產(chǎn)品加工如圖6箭頭所示斜面及圓弧面。

4 刀具的選擇

刀具的選擇應(yīng)根據(jù)以下幾方面考慮，所使用機(jī)床的性能是否滿足加工要求、產(chǎn)品材料選用、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)部位要求不同，刀具強(qiáng)度，選用合適刀具加工及加工切削參數(shù)設(shè)置合理性。保證產(chǎn)品加工品質(zhì)穩(wěn)定前提下遵循加工原則大刀開粗，小刀清角，提高效率。分粗加工，精加工，有特殊要求精度要增加半精加工。盡量減少工藝所使用刀具的數(shù)量，避免加工時(shí)間延長，換刀頻繁會(huì)延長加工時(shí)間^[3]。根據(jù)產(chǎn)品材料和結(jié)構(gòu)主要選用的鎢鋼刀具有如表1所示。

5 結(jié)語

本夾具的設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單方便、拆裝容易、便于品種更換的設(shè)計(jì)原則，快速提高工件加工時(shí)裝夾效率，保證了精度要求，也節(jié)省了時(shí)間，節(jié)約了成本;操作方便，通用性高，且對(duì)操作者和設(shè)備的安全有保障。該工藝經(jīng)試用，行之有效，結(jié)合零件圖紙要求，合理科學(xué)，且有效提高了生產(chǎn)效率，從而提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 方鑫.數(shù)控機(jī)床與編程[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2] 陳洪濤.數(shù)控加工工藝與編程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3] 李存霞.姬瑞海.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

收稿日期：2021-06-13

作者簡(jiǎn)介：陳偉群（1986—），女，廣東河源人，本科，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：數(shù)控加工。

Talking about the Fixture Design and Processing of Special-shaped Cylinder

CHEN Weiqun

（Guangdong Machinery Technician College， ?Guangzhou ?Guangdong ?510450）

Abstract：The social industry is developing rapidly. New machining equipment plays an important role in promoting the development of manufacturing technology. Numerical control machine tools are produced to realize the automated processing of complex parts. It solves that some machining contour shapes are particularly complicated and difficult to control the size， and the machining accuracy is high. The CNC machine tool improves the production efficiency and machining accuracy in the production process. Based on the practice of the next enterprise， this article talks about the analysis of special-shaped cylindrical products， fixture design and processing methods.

Keywords： CNC machine tool; special-shaped cylinder; fixture design; machining method