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1、切刀軸銑削夾具設(shè)計
姚東升
【摘要】切刀軸是切膜機的關(guān)鍵零件。該零件精度要求高,加工難度大,需要屢次裝夾,嚴重影響加工效率,為了解決該問題,本人總結(jié)過去的工作經(jīng)驗,經(jīng)反復(fù)研究后,設(shè)計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
中圖分類號:TH162;TG751.3文獻標(biāo)識碼:A文章編號: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
在切膜機中,切刀軸是整個機器的關(guān)鍵零件,對整個機器質(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,并對其嚴格控制。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)驗的根底上,與廠家技術(shù)人員屢次協(xié)商,設(shè)計了與之相適應(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)以某型號切刀軸〔如圖1〕為例介紹如下:
1零件的加工特點
4、
該廠切刀軸零件的機加工過程是:車加工好毛坯及整個切刀軸外形及φ12㎜內(nèi)孔至尺寸,后用立式加工中心完成銑削三個鍵槽,兩個20mm槽及多個螺紋孔及階梯孔、斜孔的加工。這個流程需要裝夾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,輔助時間非常多。
在銑削過程中,加工局局部布在切刀軸的四面,20mm的裝刀槽要求的平行度、對稱度為0.03mm,是整個加工過程中的重點和難點,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的加工方案是在工作臺上安裝好定位塊,每次裝夾都要使用百
5、分表找正,來保證20mm槽的平行度與對稱度,整個加工過程需要屢次裝夾,輔助時間很長,嚴重影響加工精度。為了解決該問題,廠家技術(shù)人員也嘗試做過夾具但效果不理想。后來聯(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,同時加工費用昂貴,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,廠家沒有打算自己購置四軸加工中心,致使該問題一直沒有得到有效的解決。
通過校企合作,本人了解到這個問題,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,認為可以重新設(shè)計一套夾具來解決這個問題,但新夾具的設(shè)計與制造必須考慮以下幾點:
〔1〕要保證行切刀軸在整個加工過程中的軸跳動要滿足加工要求。
6、
〔2〕要適應(yīng)不同型號的切刀軸。
〔3〕要滿足前兩點,假設(shè)每個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,必須通過設(shè)計適宜的夾具來保證。
〔4〕考慮加工效率,兩個φ12mm的45斜孔〔過線孔〕加工精度不高可單獨制作夾具,也可另行安排其他工序單獨加工。
〔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加工的影響??紤]加工零件長短不一,局部零件尺寸規(guī)格過長,所以夾具采用分體式,即整套夾具由三大局部組成。
〔6〕零件右端φ12mm過線孔應(yīng)和整個毛坯軸一同加工出來,同時與毛坯軸的外圓同軸度誤差不大于0.01mm。
7、
〔7〕該零件屬于細長軸類加工,加工過程中零件受力變形嚴重影響零件的加工質(zhì)量,設(shè)計夾具時要充分考慮如何解決這個問題。
2夾具的結(jié)構(gòu)和定位原理
基于上述考慮,我們設(shè)計了一種帶自定心結(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構(gòu)和右側(cè)的頂針機構(gòu)。其中,左側(cè)的夾緊分度機構(gòu)由三爪卡盤,定位芯軸,分度法蘭盤,左底座,左支架,插銷,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構(gòu)由底座和雙向平口鉗組成,右側(cè)的頂針機構(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、分別置于機床工作臺,通過T形槽用螺栓緊固。利用插銷和阿基米德螺線凸輪塊將三爪卡盤定住,再將車工加工好的毛坯夾緊,注意先不要夾緊,利用扳手扳動絲桿,帶動頂尖頂緊,使毛坯左側(cè)端面貼緊定位芯軸后,鎖緊三爪卡盤,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,松開阿基米德螺線凸輪塊和頂針,拔起插銷,轉(zhuǎn)動分度法蘭盤90后,插進插銷,先后緊固阿基米德螺線凸輪塊和頂針,完成二次裝夾,進行第二面加工,以此類推,完成第三面和第四面的裝夾和加工。
整套夾具在整個加工過程中需要不停翻轉(zhuǎn),很容易產(chǎn)生累計誤差,影響產(chǎn)品精度,這就要求夾具要安裝的非常精準(zhǔn),安裝過程采用基準(zhǔn)棒先裝夾在夾具
9、上,通過百分表找正基準(zhǔn)棒,使三局部的夾具處在適宜的高度和位置上。
3設(shè)計制造中的幾個關(guān)鍵問題
〔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,三是作為分度法蘭盤旋轉(zhuǎn)分度的軸??紤]定位芯軸的作用,就要確保位置固定的同時,在轉(zhuǎn)動過程中不能產(chǎn)生軸向或徑向的跳動,定位芯軸的轉(zhuǎn)動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)或受力時容易使定位芯軸差生累積誤差或者傾斜、跳動,影響加工精度。我們采用先轉(zhuǎn)動后
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。松開阿基米德螺線凸輪塊后,定位芯軸可以自由移動和旋轉(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)生的誤差將會很小,進而保證加工質(zhì)量。
〔2〕定位心軸與分度法蘭盤的加工與連接,分度法蘭盤連接著三爪卡盤,定位芯軸的轉(zhuǎn)動帶動分度法蘭盤轉(zhuǎn)動,也就是帶動著三爪卡盤轉(zhuǎn)動,那么,三爪卡盤的軸線與定位芯軸軸線之間的重合度誤差將嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量,即兩個20mm寬的裝刀槽對稱度和平行度無法保障。針對這個問題,我們決定先把分度法蘭盤的毛坯與定位芯軸的毛坯連接好,焊接,時效處理后,再加工分度法蘭盤兩面與定位芯軸整體
11、,將兩個零件當(dāng)成一個零件來加工,這樣可大大降低兩條軸線重合度的誤差。
〔3〕頂尖的移動方式,頂針的主要作用就是支撐和定位,其主要動作就是前后移動,考慮定位作用時就要注意頂針在受力時不能產(chǎn)生任何徑向跳動,否那么零件的對稱度和平行度將無法得到保證。進過討論,我們決定將頂針與右支撐柱利用鎖緊螺釘固定死,這樣頂針在受力時不會因為與配合孔的間隙產(chǎn)生徑向跳動,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,帶動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,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在于左側(cè)三爪卡盤的軸線和右側(cè)頂針的軸線同軸度誤差不大于0.015mm,兩者與機床坐標(biāo)軸的平行度誤差不大于0.015mm。而且三爪卡盤180翻轉(zhuǎn)后也要到達這樣的精度。才能保證20mm槽的加工精度。
〔5〕中間雙向平口鉗夾緊問題,該零件長度比較長,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程中變形的問題,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,增加零件在加工時的剛性。考慮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、平口鉗的夾緊會產(chǎn)生過定位現(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,不影響零件的定位,防止了過定位的發(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自兩個方面: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誤差之和即為:△D=△B+△Y。
為了減少定位誤差給加工帶來加工誤差,本夾具選擇了彈簧插銷定位裝置來作為工件加工的翻轉(zhuǎn)角度限位。因為它是利用“插銷錐頭配合插入裝夾板錐孔〞的方式,來消除翻轉(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于所定中心的位置,能均勻而對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。
4.2夾緊力的分析
在加工過程中,要保證工件不離開定位的正確位置,夾具就必須有足夠的夾緊力來平衡切削力、慣性力、離心力及重力對工件的影響。本夾具的鎖緊裝置利用阿基米德螺線端面凸輪機構(gòu)組成,其特點是具有鎖緊力大;自鎖性能好;并可實現(xiàn)快速夾緊和快速松夾等。
由上式計算結(jié)果可知該結(jié)構(gòu)具有足夠的鎖緊力,完全可到達鎖緊要求。
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,那么該機構(gòu)具有較強的自鎖能力。
4.5夾具的主要優(yōu)點
該夾具具有以下優(yōu)點:
〔1〕定位精確,自定心效果好,且操作簡單,方便裝卸。
〔2〕各個零配件形狀簡單,自己工廠就可以加工,節(jié)省加工本錢。
〔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)只需對首件或前幾件產(chǎn)品校驗,中途按比例抽檢即可,節(jié)省了校正時間,效率明顯提高,比較原來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
本次針對切刀軸零件進行分析,并對該零件設(shè)計出一套應(yīng)用夾具,簡化了裝夾難度,降低勞動強度和操作技術(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。最后說明,該夾具具有一定的通用性,通過調(diào)整右側(cè)頂針機構(gòu)的位置與頂針的大小,還可以裝夾其他型號的切刀軸,擴大了這套夾具的使用范圍。
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