切刀軸銑削夾具設(shè)計(jì)

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1、切刀軸銑削夾具設(shè)計(jì) 姚東升 【摘要】切刀軸是切膜機(jī)的關(guān)鍵零件。該零件精度要求高，加工難度大，需要屢次裝夾，嚴(yán)重影響加工效率，為了解決該問(wèn)題，本人總結(jié)過(guò)去的工作經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)反復(fù)研究后，設(shè)計(jì)出一套用于該零件銑削加工用的帶自定心結(jié)構(gòu)的可翻轉(zhuǎn)組合式夾具，提高了工效，保障了產(chǎn)品質(zhì)量。 【關(guān)鍵詞】切刀軸；翻轉(zhuǎn)；自定心結(jié)構(gòu)；組合；夾具 中圖分類(lèi)號(hào)：TH162；TG751.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2457〔2021〕03-0230-003 Designofcutteraxismillingfixture YAODong-sheng 〔ShantouAdvancedTechnicalSch

2、ool，Shantou515041，China〕 【Abstract】Thecuttershaftisthekeypartoftheslittermachine.Inordertosolvethisproblem，Isummarizethepastworkexperience.Afterrepeatedresearch，Idesignedasetofbeltforthemillingofthepart.Self-centeringstructureofthereversiblemodularfixture，improvedworkefficiency，protecttheproductqua

3、lity. 【Keywords】Cutteraxis；Flip；Self-centeringstructure；Combination；Fixture 在切膜機(jī)中，切刀軸是整個(gè)機(jī)器的關(guān)鍵零件，對(duì)整個(gè)機(jī)器質(zhì)量起著非常重要的作用。因此，在生產(chǎn)加工中，將切刀軸的銑削加工工序列為關(guān)鍵工序，并對(duì)其嚴(yán)格控制。由于該零件的加工精度要求高，并且需屢次裝夾校正，產(chǎn)品合格率及生產(chǎn)效率都非常低，嚴(yán)重制約著廠家的生產(chǎn)效率。為了提高生產(chǎn)率，本人在摸索、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的根底上，與廠家技術(shù)人員屢次協(xié)商，設(shè)計(jì)了與之相適應(yīng)的帶自定心結(jié)構(gòu)的可翻轉(zhuǎn)的組合式切刀軸銑削夾具?，F(xiàn)以某型號(hào)切刀軸〔如圖1〕為例介紹如下： 1零件的加工特點(diǎn)

4、 該廠切刀軸零件的機(jī)加工過(guò)程是：車(chē)加工好毛坯及整個(gè)切刀軸外形及φ12㎜內(nèi)孔至尺寸，后用立式加工中心完成銑削三個(gè)鍵槽，兩個(gè)20mm槽及多個(gè)螺紋孔及階梯孔、斜孔的加工。這個(gè)流程需要裝夾7次，除了斜孔加工精度要求不高，可在普通鉆床上完成外，加工中心上面加工的四面有三次需要使用百分表校正，輔助時(shí)間非常多。 在銑削過(guò)程中，加工局局部布在切刀軸的四面，20mm的裝刀槽要求的平行度、對(duì)稱度為0.03mm，是整個(gè)加工過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是產(chǎn)生廢品的主要原因。 為保證產(chǎn)品尺寸及形位精度的要求，確定定位基準(zhǔn)及如何定位尤其重要。在此前，本人了解到廠家加工原來(lái)的加工方案是在工作臺(tái)上安裝好定位塊，每次裝夾都要使用百

5、分表找正，來(lái)保證20mm槽的平行度與對(duì)稱度，整個(gè)加工過(guò)程需要屢次裝夾，輔助時(shí)間很長(zhǎng)，嚴(yán)重影響加工精度。為了解決該問(wèn)題，廠家技術(shù)人員也嘗試做過(guò)夾具但效果不理想。后來(lái)聯(lián)系其他廠家，使用四軸加工中心加工，但由于技術(shù)原因，質(zhì)量不穩(wěn)定，同時(shí)加工費(fèi)用昂貴，使得該廠不得不放棄外加工這一選擇。由于該零件批量并不大，廠家沒(méi)有打算自己購(gòu)置四軸加工中心，致使該問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效的解決。 通過(guò)校企合作，本人了解到這個(gè)問(wèn)題，在與技術(shù)人員深入交流后，了解了產(chǎn)品加工的順序和要求，認(rèn)為可以重新設(shè)計(jì)一套夾具來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但新夾具的設(shè)計(jì)與制造必須考慮以下幾點(diǎn)： 〔1〕要保證行切刀軸在整個(gè)加工過(guò)程中的軸跳動(dòng)要滿足加工要求。

6、 〔2〕要適應(yīng)不同型號(hào)的切刀軸。 〔3〕要滿足前兩點(diǎn)，假設(shè)每個(gè)工件仍靠人工校正并每次調(diào)整程序上的坐標(biāo)值，這不利于發(fā)揮立式加工中心的高效率，必須通過(guò)設(shè)計(jì)適宜的夾具來(lái)保證。 〔4〕考慮加工效率，兩個(gè)φ12mm的45斜孔〔過(guò)線孔〕加工精度不高可單獨(dú)制作夾具，也可另行安排其他工序單獨(dú)加工。 〔5〕可參考四軸加工中心的加工方式，采用一頂一夾的裝夾方式，但要注意有效消除夾頂裝置形位誤差對(duì)加工的影響?？紤]加工零件長(zhǎng)短不一，局部零件尺寸規(guī)格過(guò)長(zhǎng)，所以?shī)A具采用分體式，即整套夾具由三大局部組成。 〔6〕零件右端φ12mm過(guò)線孔應(yīng)和整個(gè)毛坯軸一同加工出來(lái)，同時(shí)與毛坯軸的外圓同軸度誤差不大于0.01mm。

7、 〔7〕該零件屬于細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)加工，加工過(guò)程中零件受力變形嚴(yán)重影響零件的加工質(zhì)量，設(shè)計(jì)夾具時(shí)要充分考慮如何解決這個(gè)問(wèn)題。 2夾具的結(jié)構(gòu)和定位原理 基于上述考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種帶自定心結(jié)構(gòu)的可翻轉(zhuǎn)組合式的加工夾具，如〔圖2〕所示。該夾具主要三局部組成，分別是左側(cè)的夾緊分度裝置，中間的雙向平口鉗夾緊機(jī)構(gòu)和右側(cè)的頂針機(jī)構(gòu)。其中，左側(cè)的夾緊分度機(jī)構(gòu)由三爪卡盤(pán)，定位芯軸，分度法蘭盤(pán)，左底座，左支架，插銷(xiāo)，阿基米德螺線凸輪塊和鎖緊螺母等組成。中間的雙向平口鉗夾緊機(jī)構(gòu)由底座和雙向平口鉗組成，右側(cè)的頂針機(jī)構(gòu)由頂針，右支柱，鎖緊螺釘，右底座，絲桿，螺母，燕尾導(dǎo)軌座，壓板，鑲條，軸承等組成。 將夾具的三局部夾具

8、分別置于機(jī)床工作臺(tái)，通過(guò)T形槽用螺栓緊固。利用插銷(xiāo)和阿基米德螺線凸輪塊將三爪卡盤(pán)定住，再將車(chē)工加工好的毛坯夾緊，注意先不要夾緊，利用扳手扳動(dòng)絲桿，帶動(dòng)頂尖頂緊，使毛坯左側(cè)端面貼緊定位芯軸后，鎖緊三爪卡盤(pán)，最后使用雙向平口鉗夾緊工件，完成第一次裝夾。待工件第一面〔有鍵槽的一面〕加工好后，松開(kāi)阿基米德螺線凸輪塊和頂針，拔起插銷(xiāo)，轉(zhuǎn)動(dòng)分度法蘭盤(pán)90后，插進(jìn)插銷(xiāo)，先后緊固阿基米德螺線凸輪塊和頂針，完成二次裝夾，進(jìn)行第二面加工，以此類(lèi)推，完成第三面和第四面的裝夾和加工。 整套夾具在整個(gè)加工過(guò)程中需要不停翻轉(zhuǎn)，很容易產(chǎn)生累計(jì)誤差，影響產(chǎn)品精度，這就要求夾具要安裝的非常精準(zhǔn)，安裝過(guò)程采用基準(zhǔn)棒先裝夾在夾具

9、上，通過(guò)百分表找正基準(zhǔn)棒，使三局部的夾具處在適宜的高度和位置上。 3設(shè)計(jì)制造中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 〔1〕定位芯軸與左支撐板的連接方式，定位芯軸在本套夾具中非常重要，它的主要作用一是給工件在X軸方向做定位面，二是連接左支撐板和分度法蘭盤(pán)，三是作為分度法蘭盤(pán)旋轉(zhuǎn)分度的軸?？紤]定位芯軸的作用，就要確保位置固定的同時(shí)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不能產(chǎn)生軸向或徑向的跳動(dòng)，定位芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是與左支撐板之間發(fā)生，所以定位芯軸與左支撐板的連接方式就要注意。 經(jīng)過(guò)與技術(shù)人員協(xié)商，我們決定不按照一般軸的安裝方式，即利用軸承將軸的位置固定，這樣在翻轉(zhuǎn)或受力時(shí)容易使定位芯軸差生累積誤差或者傾斜、跳動(dòng)，影響加工精度。我們采用先轉(zhuǎn)動(dòng)后

10、定位軸的方式，利用定位芯軸的錐面與左支撐板的錐面配合定位。松開(kāi)阿基米德螺線凸輪塊后，定位芯軸可以自由移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，但緊固阿基米德螺線凸輪塊后，定位芯軸的位置就固定了，而且每次旋轉(zhuǎn)后的定位基準(zhǔn)未變，所產(chǎn)生的誤差將會(huì)很小，進(jìn)而保證加工質(zhì)量。 〔2〕定位心軸與分度法蘭盤(pán)的加工與連接，分度法蘭盤(pán)連接著三爪卡盤(pán)，定位芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)分度法蘭盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是帶動(dòng)著三爪卡盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，那么，三爪卡盤(pán)的軸線與定位芯軸軸線之間的重合度誤差將嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，即兩個(gè)20mm寬的裝刀槽對(duì)稱度和平行度無(wú)法保障。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們決定先把分度法蘭盤(pán)的毛坯與定位芯軸的毛坯連接好，焊接，時(shí)效處理后，再加工分度法蘭盤(pán)兩面與定位芯軸整體

11、，將兩個(gè)零件當(dāng)成一個(gè)零件來(lái)加工，這樣可大大降低兩條軸線重合度的誤差。 〔3〕頂尖的移動(dòng)方式，頂針的主要作用就是支撐和定位，其主要?jiǎng)幼骶褪乔昂笠苿?dòng)，考慮定位作用時(shí)就要注意頂針在受力時(shí)不能產(chǎn)生任何徑向跳動(dòng)，否那么零件的對(duì)稱度和平行度將無(wú)法得到保證。進(jìn)過(guò)討論，我們決定將頂針與右支撐柱利用鎖緊螺釘固定死，這樣頂針在受力時(shí)不會(huì)因?yàn)榕c配合孔的間隙產(chǎn)生徑向跳動(dòng)，影響產(chǎn)品加工。右支撐柱與燕尾滑板連接在一起，利用燕尾槽結(jié)構(gòu)和絲桿螺母結(jié)構(gòu)前后移動(dòng)，帶動(dòng)頂針完成支撐和定位的功能。 〔4〕夾具的調(diào)整，本套夾具是組合式可翻轉(zhuǎn)的，零配件較多，任何一個(gè)零件的尺寸誤差都可能使整套夾具失去作用，而在保證零配件尺寸的同時(shí)，由

12、于整套夾具由三大局部組成，安裝調(diào)整至關(guān)重要。本套夾具安裝的重點(diǎn)在于左側(cè)三爪卡盤(pán)的軸線和右側(cè)頂針的軸線同軸度誤差不大于0.015mm，兩者與機(jī)床坐標(biāo)軸的平行度誤差不大于0.015mm。而且三爪卡盤(pán)180翻轉(zhuǎn)后也要到達(dá)這樣的精度。才能保證20mm槽的加工精度。 〔5〕中間雙向平口鉗夾緊問(wèn)題，該零件長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，加工中很容易產(chǎn)生變形，而夾具本身是屬于旋轉(zhuǎn)分度結(jié)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)后因零件變形所產(chǎn)生的誤差將使零件精度超差，產(chǎn)生廢品，為了解決零件在加工過(guò)程中變形的問(wèn)題，就必須增加零件的剛性，為此我們考慮在零件中間使用雙向平口鉗夾緊，增加零件在加工時(shí)的剛性?？紤]零件被夾具左右兩局部一夾一頂?shù)难b夾方式已經(jīng)完成定位，雙向

13、平口鉗的夾緊會(huì)產(chǎn)生過(guò)定位現(xiàn)象，同樣影響零件質(zhì)量，我們使用鋁料制作雙向平口鉗的鉗口，這樣在保證增加零件剛性的同時(shí)，不影響零件的定位，防止了過(guò)定位的發(fā)生。 4夾具定位誤差分析及夾緊力分析 4.1定位誤差分析 造成定位誤差的原因來(lái)自兩個(gè)方面：一是定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差△B；二是定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差△Y。因此定位誤差便這兩項(xiàng)誤差之和即為：△D=△B+△Y。 為了減少定位誤差給加工帶來(lái)加工誤差，本夾具選擇了彈簧插銷(xiāo)定位裝置來(lái)作為工件加工的翻轉(zhuǎn)角度限位。因?yàn)樗抢谩安邃N(xiāo)錐頭配合插入裝夾板錐孔〞的方式，來(lái)消除翻轉(zhuǎn)后，翻轉(zhuǎn)角度定位不準(zhǔn)造成的不利影響

14、。使這些誤差或偏差相對(duì)于所定中心的位置，能均勻而對(duì)稱地分配在裝夾板的定位基準(zhǔn)面上。只要夾具元件制造保證精度，那么上述的△B和△Y幾乎可以忽略不計(jì)。 4.2夾緊力的分析 在加工過(guò)程中，要保證工件不離開(kāi)定位的正確位置，夾具就必須有足夠的夾緊力來(lái)平衡切削力、慣性力、離心力及重力對(duì)工件的影響。本夾具的鎖緊裝置利用阿基米德螺線端面凸輪機(jī)構(gòu)組成，其特點(diǎn)是具有鎖緊力大；自鎖性能好；并可實(shí)現(xiàn)快速夾緊和快速松夾等。 由上式計(jì)算結(jié)果可知該結(jié)構(gòu)具有足夠的鎖緊力，完全可到達(dá)鎖緊要求。 4.4夾具自鎖能力的校核 本夾具采用阿基米德螺線凸輪機(jī)構(gòu)其導(dǎo)程為20mm，凸輪圓柱直徑為80mm。因此螺線升角為： 根據(jù)4

15、5#鋼的靜摩擦系數(shù)，其摩擦角，根據(jù)自鎖條件，那么該機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)的自鎖能力。 4.5夾具的主要優(yōu)點(diǎn) 該夾具具有以下優(yōu)點(diǎn)： 〔1〕定位精確，自定心效果好，且操作簡(jiǎn)單，方便裝卸。 〔2〕各個(gè)零配件形狀簡(jiǎn)單，自己工廠就可以加工，節(jié)省加工本錢(qián)。 〔3〕產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著改善，尺寸精度及形位公差得到了保證。 〔4〕減少了每件產(chǎn)品用百分表精校的麻煩，現(xiàn)只需對(duì)首件或前幾件產(chǎn)品校驗(yàn)，中途按比例抽檢即可，節(jié)省了校正時(shí)間，效率明顯提高，比較原來(lái)的加工方式效率提高接近5倍，合格率也大幅提高。 5結(jié)語(yǔ) 本次針對(duì)切刀軸零件進(jìn)行分析，并對(duì)該零件設(shè)計(jì)出一套應(yīng)用夾具，簡(jiǎn)化了裝夾難度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和操作技術(shù)要求，從而提高了加工質(zhì)量和工作效率，而且裝夾定位原理比較簡(jiǎn)單適用于員工技術(shù)水平不等的班組加工生產(chǎn)，獲得廠家的肯定。最后說(shuō)明，該夾具具有一定的通用性，通過(guò)調(diào)整右側(cè)頂針機(jī)構(gòu)的位置與頂針的大小，還可以裝夾其他型號(hào)的切刀軸，擴(kuò)大了這套夾具的使用范圍。 【參考文獻(xiàn)】 【1】馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)〔第2版〕[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021. 【2】侯放.機(jī)床夾具[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2021. 【3】王健石.機(jī)床夾具和輔具速查手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021.