汽車固定盤的四軸加工中心夾具設(shè)計

一往冇前

汽車零部件因其種類多、結(jié)構(gòu)復雜、制造難度大、批量生產(chǎn)任務(wù)重等因素，因此決定了零部件在制造過程中對工裝夾具的高要求。固定盤是汽車傳動系統(tǒng)最重要的零部件之一，其加工精度將直接影響傳動系統(tǒng)的品質(zhì)與性能。

根據(jù)工裝設(shè)備中液壓夾具裝夾方便、自動化程度高的優(yōu)勢，下文介紹了一種汽車固定盤零部件制造四軸液壓夾具，不僅實現(xiàn)了模塊化生產(chǎn)，而且大大降低了生產(chǎn)成本。

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一、汽車固定盤的工藝分析

圖1為汽車固定盤的實體圖，該產(chǎn)品的加工特點是大批量、加工精度要求高、交貨周期短。通過對該產(chǎn)品的加工工藝分析，確定該產(chǎn)品的加工工藝流程：數(shù)控車粗加工毛坯→ 數(shù)控車精加工外形(保證零件尺寸精度)→數(shù)控銑床加工端面孔→數(shù)控銑加工端面圓弧槽。

從產(chǎn)品的加工流程可知數(shù)控車床加工部分可以實現(xiàn)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，但是數(shù)控銑床加工部分如果沒有專用的裝夾設(shè)備是很難實現(xiàn)零件的批量生產(chǎn)，同時難以保證產(chǎn)品批量生產(chǎn)時次品率最低。

圖1 固定盤實體

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經(jīng)過綜合研究產(chǎn)品的加工工藝過程、加工技術(shù)要求、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)效率，要保證大批量生產(chǎn)必須設(shè)計具有批量生產(chǎn)的液壓夾具，同時該零件在加工時需要數(shù)控加工中心旋轉(zhuǎn)角度加工端面圓弧槽提高加工效率，因此選擇四軸加工中心銑削。

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二、四軸加工中心夾具結(jié)構(gòu)及其工作過程

加工該零件的夾具為三點定位夾緊方式的四軸液壓夾具，四軸液壓夾具是應(yīng)用液壓夾具原理實現(xiàn)零件的定位裝夾。圖2為四軸液壓夾具結(jié)構(gòu)圖，它主要是由四軸分度轉(zhuǎn)盤、液壓站、夾具體組成。該四軸液壓夾具的工作過程主要是液壓站通過液壓油產(chǎn)生壓力推動夾具上的單作用液壓缸實現(xiàn)零件的定位裝夾。

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圖2 四軸液壓夾具設(shè)計圖

1.進油口 2.圓溝槽 3.鎖緊螺釘 4.夾具體 5.排屑孔 6.油缸活塞 7.油缸彈簧 8.油缸

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如圖3所示，夾具體和液壓缸裝配好后,將夾具兩端，通過法蘭裝夾到四軸分度盤上。液壓油通過夾具體進油孔輸入，油液進入5個液壓缸，在液壓油推力作用下，活塞桿向下壓縮彈簧，彈簧被壓縮后夾具體上下表面在液壓缸和活塞、螺釘作用下被夾緊。當液壓油失去壓力后，彈簧逐漸恢復彈性，工件在夾具體上松開。

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圖3 四軸液壓夾具產(chǎn)品

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夾具設(shè)計細節(jié)點評：該夾具在設(shè)計過程中綜合考慮了加工環(huán)境和工作要求，其中有幾個細節(jié)對夾具在工作中起到了重要的作用。

第一，夾具體上表面圓形溝槽。此溝槽的作用是降低夾具體上表面夾緊部位的應(yīng)力集中，使得上表面在動作時更易被液壓缸壓縮夾緊。

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第二，工件在定位面上設(shè)計成凸圓懸空三點定位的支撐方式，不僅可以起到定位的作用，而且可以有效降低工件振動。

第三，工件定位部位的通孔。此處通孔的作用是方便排出鐵屑。

第四，工件裝夾部位的半圓槽，它的作用是當?shù)毒咴诩庸すぜ砻娴膱A槽時避免與夾具發(fā)生干涉, 有效的起到了避空的作用。

三、四軸液壓夾具的主要參數(shù)設(shè)計

液壓夾具雖然與氣動夾具具有相似的優(yōu)點,但是液壓夾具的工作壓力大且穩(wěn)定,因此液壓夾具常用于大批量、重切削的自動化生產(chǎn)。液壓夾具的設(shè)計過程主要是根據(jù)實際用途需要,首先結(jié)合工況要求確定液壓夾具的類型,然后根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求確定液壓夾具的相關(guān)參數(shù),如液壓缸缸徑、液壓缸夾具的夾緊力、液壓缸的外負載等。該研究設(shè)計的四軸液壓夾具采用的是單缸單作用液壓缸(圖2、圖3 所示),液壓夾具在設(shè)計時其中負載受力是關(guān)鍵因素,然后確定其缸徑等其他參數(shù)。液壓缸在工作時所受外負載力F 包括三種類型:一是工作負載,二是慣性負載,三是摩擦阻力負載。因此液壓缸外負載為:

F = Fw + Fa + Ff

式中: Fw 為工作負載,對于金屬切削機床來說,即為機床加工時的切削合力; Fa 為運動部件速度變化時的慣性負載; Ff 為導軌摩擦阻力負載,啟動時為靜摩擦阻力,啟動后為動摩擦阻力,對于平導軌Ff 可由Ff =f(G + FRn ) 求得,G 為運動部件重力(此處按1000N); FRn 為垂直于導軌的工作負載(此處為切削軸向力); f為導軌摩擦系數(shù),分別取動摩擦、靜摩擦系數(shù)為0. 1、0.2。

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Δt = 0. 01 ~ 0. 5s 為加減速時間,一般Δt = 0.01 ~0. 5s ; Δv 為Δt 時間內(nèi)的速度變化量。

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Ff = f(G + FRn ) = 2730 N;F = Fw + Fa + Ff =28848N。根據(jù)實際需要和查表綜合估算液壓缸的工作壓力P =10MP。

液壓缸的總負載力和工作壓力存在以下關(guān)系:

因此可以計算出液壓缸的內(nèi)徑D,即:

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根據(jù)查表和實際需要,此處D = 50 mm 即可滿足要求。因為該夾具為快進快退,所以其活塞桿直徑應(yīng)根據(jù)以下公式計算,即:

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因此可以計算出液壓缸活塞的直徑d,即: d =35mm,根據(jù)查表和實際需要此處d =12mm.即可滿足要求。綜合國家標準查得液壓缸內(nèi)徑及活塞桿的直徑分別取值D =50mm, d =12mm。

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總 結(jié)

這套四軸液壓夾具不僅很好地解決了批量生產(chǎn)問題，而且降低了制造成本和提高了生產(chǎn)效率，符合生產(chǎn)實際要求。同時設(shè)計原理簡單、典型，值得推廣應(yīng)用于批量生產(chǎn)的同類產(chǎn)品。