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數控加工中心一次多件液壓自動夾具設計

2018-10-19 來源：長安大學（xué）工程機械學院作者（zhě）：陳忠偉，楊宇強，嶽偉平

摘要: 介紹一種用於（yú）汽車油管孔加工的多工件同時裝夾的數控加工中心液壓（yā）夾具。采（cǎi）用過定位解決了細長油管剛性差不便於裝夾的問題，設計了夾具的機（jī）械結構和液壓（yā）回路。一次多（duō）件同時裝夾（jiá），高（gāo）度自動的液壓驅動，使得它是一種高效率自動夾具。

關鍵詞: 加工中心夾具; 一次裝（zhuāng）夾多件; 液壓回（huí）路

數控加工中心機床是集銑、鑽、鉸、攻絲、鏜等於一體的柔性化機床，是（shì）組成現（xiàn）代柔性製造係統的基本單元; 大（dà）批量零件采用數控（kòng）加工已（yǐ）成為現代製造業的主要模式，設計製造一體多件和多工位夾具，則是發揮其柔性的重要研究方向。

如圖 1 所示，某汽（qì）車上（shàng）的分配油管是一種大批量生產的零件，其（qí）中油管上（shàng）的多個不同（tóng）尺寸的徑向孔（kǒng）加工通常在一台（tái）帶有 B軸的（de）數控加工中心上一次性完成。為充分利（lì）用加工中心的柔性性能、提高生產效率，需設計製造一體多件的液壓自動夾具。

圖 1 油管（guǎn）零件圖

1 、機床（chuáng）和工件加工方式

該零件采（cǎi）用一種具有臥式第四（sì）軸（zhóu）及對應尾座的立式數控加工中心加工。為便於敘述（shù）按圖 1 定（dìng）義正麵孔（kǒng）和反麵孔。第一步，鑽、鉸正麵（miàn） 8. 58 mm 孔，然後（hòu）加工其內外倒角; 第二（èr）步，第四軸（zhóu）旋轉 30°，同第一步加工 5. 1 mm 孔; 第三步，工件隨第四軸轉動180°，同第一步加工（gōng）反麵孔。

2 、定位夾緊方案（àn）

基於上述加（jiā）工方式以及零件尺寸基準，該零件應采（cǎi）用 V 形塊支撐外（wài）圓並配合 V 形塊（kuài）壓緊，再加上油管一端麵靠在夾具軸向（xiàng）定位基準麵上另一端被夾緊裝置夾（jiá）緊的（de）方式裝夾。油管兩端麵上的 C0. 5 內倒角是精車（chē）得到的，可（kě）作為兩個頂（dǐng）尖孔使用。

由於（yú）倒（dǎo）角尺寸很小，若（ruò）使用（yòng）頂尖定在其上，兩者可視為是（shì）線接觸的，所以又可稱（chēng）此倒角為線接觸中心孔。有研究表明: 線接觸中心孔使剛性軸的定位及加工精度較用標準中（zhōng）心孔提高兩個數量級。

因此可采用兩頂尖（jiān）頂在管子兩端內倒角上進行軸向定位。上述（shù）方案中，V 形塊和兩頂尖重複限製了管子的（de）自由度，即形成了過定位。通常這是不允許的，但由於這種油管長徑比達 15，屬於細長零件，剛性較差，加工過程中易變形，因此考慮增加支承，在使用兩頂尖的基礎上增加 V 形塊支撐，形成過定位。合理地利用過定位可改善工件受力狀況（kuàng）、增加係統剛度、改善定位精度、提高加工質量。

3 、夾具總體設計與動作實施

設計專用夾具首先應保證工件的加工精度，其次在可能的情況下（xià）應盡量提高生產率。為此將這種夾（jiá）具設計（jì）為一次裝夾 8 根油管的一體多件夾具。該夾具主要由夾具基座、8 缸（gāng）並聯的液壓頂尖、固定（dìng）頂尖、V 形支（zhī）撐塊、8 頭分別壓緊 V 形槽旋轉壓塊、旋轉油缸以及液壓控製回路組成，結構如（rú）圖 2 所示。為提高（gāo）自動化程度，配合機（jī）床自動上下料係統，設計夾具的結構時為上下料機械手留出了（le）足夠的完成抓取動作的空間（jiān）。

圖 2 夾具總裝示意圖

夾具定（dìng）位與（yǔ）夾緊動作實施（shī）如下: 初始時，液壓頂尖處在最（zuì）左（zuǒ）邊，旋轉壓塊處在長邊與 B 軸軸線平行（háng）的最高位（wèi）置，此（cǐ）時上（shàng）料裝置可方（fāng）便地（dì）將（jiāng） 8 根管子放到夾具（jù）上; 上料後，液壓頂尖頭在活塞推動下推動管子右（yòu）移並最終頂緊在右端固定頂尖（jiān）上; 隨後（hòu），旋（xuán）轉油缸活塞帶動旋轉壓塊先旋轉再夾（jiá）緊將管子夾緊在 V 形槽上; 右側使用如（rú）圖 3 所示（shì） 8 個（gè）兩腔分別（bié）並聯的油缸主要是考慮（lǜ）到管子長度公差帶寬達 0. 4 mm，若（ruò）采用8 個頂（dǐng）尖剛性連接（jiē）在一個（gè）零件上，可能出現較（jiào）短的管（guǎn）子不能（néng）被準確定位的情況。

考慮到管子外（wài）徑公差及直（zhí）線度公差較大，本（běn）應在一個零件上加工出 8 條 V 形槽的旋轉壓塊做成了如圖 2 中局（jú）部視圖（tú） I 所示的 20、21、22 三種零件構成的 8 頭（tóu）分別壓緊 V 形旋轉壓塊。

該旋轉壓塊下壓時外徑為（wéi）正公差的管子或（huò）者向上凸（tū）起（qǐ）的先被壓緊（jǐn），隨後較細或者向下彎曲的管子也被壓緊，當然碟形彈簧的壓縮行（háng）程滿（mǎn）足夾緊最細管子的要求。集（jí）成液壓頂尖采用如圖 3 中局部視圖 I 所示的結構使（shǐ）得頂尖活塞不受彎（wān）矩載荷。

圖 3 集成液壓頂尖（jiān）

4 、液壓控製回路

要求左端頂緊油缸（gāng）和中間旋轉油缸完成夾緊動作後，都能夠使活塞保（bǎo）持在夾緊位置一段時間。液壓（yā）鎖緊回路可使執行元件（jiàn）停留在行程範圍內（nèi）的任意位置並（bìng）能防止在外力作用下的漂移或躥（cuān）動，因此采用一種鎖緊回路。采用錐閥的液控單向閥可保證閉鎖時不會（huì）滲漏，這正好可以作為此設計中的鎖緊元件。圖 4 即是液壓原理圖（tú）。為便於描述，這裏將 8 個並聯頂緊油缸在圖上表達為 1 個。

圖 4 液壓原理圖

5 、結束（shù）語

通過使用並（bìng）聯液壓缸以及分別壓（yā）緊的柔性旋轉壓緊裝置，合（hé）理地解決了公差帶寬（kuān）較大的多個零件同時準確定位與夾緊的問題，設計出了（le）一種高效率的自（zì）動夾具。此夾具在工廠實際使用（yòng）中已（yǐ）經取（qǔ）得良好效果。經過簡單改造，該夾具也可以發展成適用於其他較小尺寸的軸類零件的銑削夾具（jù）。

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