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數(shù)控銑床加工特殊零件的夾具分析

2021-11-23 來源：江蘇省徐州技師學(xué)院作者：孫奇

摘要：我國工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，使各種特殊零件被大量應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，這些特殊零件能否得到精確的加工，將直接關(guān)乎整個(gè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行性能。數(shù)控銑床作為加工特殊零件的關(guān)鍵工具，在對特殊零件進(jìn)行加工時(shí)更要合理地使用夾具，因此，需對夾具的設(shè)計(jì)及制造問題進(jìn)行深入研究，了解夾具的基礎(chǔ)構(gòu)造，掌握其不足之處并進(jìn)行優(yōu)化，對于特殊零件加工具有巨大助益。本文就此展開論述，僅供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；零件加工；特殊零件；夾具

數(shù)控銑床在零件加工方面要比普通銑床有優(yōu)勢，能夠利用數(shù)控程序來對零部件實(shí)時(shí)精密化、自動化的加工。在應(yīng)用數(shù)控銑床進(jìn)行實(shí)際加工時(shí)，往往需要將其作為加工特殊零件的重要設(shè)備，并且在用數(shù)控銑床來加工特殊零件過程中，還要應(yīng)用到相應(yīng)的夾具，以確保特殊零件在經(jīng)過加工以后，精度能夠達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，且有助于提高數(shù)控銑床對特殊零件的加工效率[1-4]。本文對數(shù)控銑床在加工特殊零件過程中采用的夾具進(jìn)行分析，其目的在于縮短特殊零件的裝夾時(shí)間與定位時(shí)間，以確保特殊零件的加工效率得到有效提升。

1、數(shù)控銑床加工特殊零件過程中改造夾具的重要性

本文以某吊耳零件作為實(shí)例，在對該吊耳零件進(jìn)行加工時(shí)，需要采用數(shù)控銑床來完成。該吊耳零件的厚度為40mm，加工公差為 1.6mm，吊耳零件的兩大面需要進(jìn)行直倒角加工，直倒角為 45°，且沿尺寸軸向?qū)挾葹?2mm，在吊耳零件中，其兩孔直徑均為 64mm，外孔至大圓輪廓的距離為 100mm，而內(nèi)孔至小圓輪廓的距離則為 60mm，外孔與內(nèi)孔的最近邊緣距離為 116mm，整個(gè)吊耳零件的長度可達(dá)到276mm。在對該吊耳零件進(jìn)行加工以后，其兩大面均已加工完畢，而對外孔與內(nèi)孔則采取鏜銷加工，并對外圓弧保留加工余量控制在 2mm至 3mm，在應(yīng)用數(shù)控銑床進(jìn)行加工時(shí)，需要對吊耳零件的倒角及圓弧進(jìn)行加工，其中圓弧邊的加工可進(jìn)行一次裝夾。對于倒角加工來說，則需采取正、反兩次裝夾方可完成。在對吊耳零件的外圓弧進(jìn)行加工過程中，所采用的銑刀直徑為 40mm，且需要對其實(shí)施全厚度加工，這是因?yàn)椴扇∪穸燃庸つ軌蚴辜庸ば侍岣撸也恍枰M(jìn)行分層。

在應(yīng)用數(shù)控銑床進(jìn)行吊耳零件加工時(shí)，其具體加工流程如下：1）對工件進(jìn)行找正；2）對其外圓弧進(jìn)行加工；3）對倒角進(jìn)行加工；4）將工件翻轉(zhuǎn)后用夾具進(jìn)行裝夾，并對反面倒角進(jìn)行加工。需要注意的是，在進(jìn)行倒角加工時(shí)，必須要確保其正反面倒角能夠均勻一致?！?/span>

這種加工方法可以實(shí)現(xiàn)對吊耳零件的有效加工，不過其弊端卻也比較明顯，主要體現(xiàn)在夾具方面，并容易引發(fā)以下加工問題。

1）考慮到類似于吊耳零件的特殊零件往往需要進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，因此必須要保證數(shù)控銑床能夠利用夾具來對工件進(jìn)行快速找正，但夾件在定位工件時(shí)只能根據(jù)工件的中心孔來完成裝夾，對兩孔中心連線找平時(shí)則要耗費(fèi)很多時(shí)間和精力，對工件進(jìn)行批量生產(chǎn)更是無從談起。

2）即使對吊耳零件這種特殊零件進(jìn)行了找正，在利用數(shù)控銑床加工吊耳零件時(shí)也易產(chǎn)生各種問題，對于外圓弧加工來說還能夠順利完成，但在加工兩邊倒角時(shí)便會存在很多困難，即使對吊耳零件的正面倒角進(jìn)行了高標(biāo)準(zhǔn)的加工，在后續(xù)加工吊耳零件反面倒角時(shí)也易出現(xiàn)反面圓弧無法全部切到。

3）對于吊耳零件來說，往往需要定期加工，加工數(shù)量也比較多，但由于該零件的加工難度較大，并且需要耗時(shí)耗力，造成加工企業(yè)往往很難滿足該類特殊零件的加工需求，從而延誤了生產(chǎn)周期。所以，在對特殊零件進(jìn)行加工時(shí)，為了確保企業(yè)能夠利用數(shù)控銑床來實(shí)現(xiàn)對特殊零件的順利加工，就必須要對加工過程中采用的夾具進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使工件能夠在數(shù)控銑床中進(jìn)行快速、便捷、準(zhǔn)確的定位裝夾，從而使特殊零件的倒角及圓弧加工精度得到可靠保證。并且，在設(shè)計(jì)夾具過程中，必須要確保夾具有著較為簡單的構(gòu)造，人們可以方便地制造夾具，且夾具還要具備一定的通用性，能夠在特殊零件加工過程中得到長期使用。

2、特殊零件加工過程中的夾具設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)構(gòu)造

企業(yè)在應(yīng)用數(shù)控銑床加工一些比較特殊的零件過程中，其關(guān)鍵在于對特殊零件進(jìn)行找正，而找正則需保證其定位裝夾的準(zhǔn)確性與快速性。根據(jù)本文中提到的吊耳零件，其兩孔裝夾需要采取一銷一柱方法，在應(yīng)用上述裝夾方法過程中，可不用縮小定位銷的原始直徑，不過卻需要擴(kuò)大連心線的間隙距離，這樣便會在一定程度上起到縮小定位銷原始直徑的作用，從而使中心距誤差得到有效補(bǔ)償。在對上述影響因素進(jìn)行全面、綜合考慮以后，需要通過特殊夾具來完成定位裝夾與零件加工，以此確保特殊零件的加工精度達(dá)標(biāo)。在對特殊零件進(jìn)行定位裝夾時(shí)，裝夾后的特殊零件中包括墊板、定位銷、開口壓板、T 型塊與螺母，其中墊板能夠有效支撐特殊零件，以此保證特殊零件在加工過程中保持穩(wěn)定，而且在加工外圓弧過程中，還能給走刀預(yù)留出充足的空間。對于吊耳零件的兩孔加工工作，則需利用數(shù)控銑床來完成，以使兩孔孔距達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對于定位銷來說，其關(guān)鍵作用體現(xiàn)在定位零件方面，同時(shí)，為了使特殊零件的裝卸更加方便，還需要應(yīng)用到開口壓板，夾具則通過 T形板來對特殊零件進(jìn)行固定。

在通過夾具來對特殊零件進(jìn)行定位裝夾時(shí)，具體加工方法如下：1）先對定位銷進(jìn)行固定，再對墊板進(jìn)行安裝，并對特殊零件的中心軸線進(jìn)行找正；2）將特殊零件的找平信息錄入到數(shù)控銑床系統(tǒng)中，在平臺中裝上特殊零件，利用開口壓板來壓緊特殊零件；3）利用數(shù)控銑床來對特殊零件的外圓弧進(jìn)行加工，待圓弧加工完畢后進(jìn)行倒角加工；4）將特殊零件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，然后重新裝夾和倒角加工。

2.2 夾具使用

在應(yīng)用上文中提到的夾具來對特殊零件進(jìn)行定位裝夾以后，并通過數(shù)控銑床來進(jìn)行加工，仍有以下不足：1）對刀和找正的難度較大；2）加工人員在應(yīng)用數(shù)控銑床來對特殊零件進(jìn)行加工時(shí)，應(yīng)對螺栓、T形塊、螺母及開口壓板進(jìn)行壓緊，其緊固程度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)難以保證，如果實(shí)際緊固程度不足，會造成特殊零件在加工過程中的原有位置發(fā)生變動，而這勢必會導(dǎo)致數(shù)控銑床在加工特殊零件的反面倒角時(shí)出現(xiàn)一邊無、一邊有的問題；3）當(dāng)夾具出現(xiàn)松動時(shí)，要對特殊零件進(jìn)行重新找正，這樣反而會耗費(fèi)更多時(shí)間，同時(shí)也會對特殊零件的加工效率及精度造成不利影響。如果上述不足存在，需要對夾具的基本構(gòu)造予以相應(yīng)改進(jìn)與優(yōu)化，使其能夠以百分表為依據(jù)來進(jìn)行找正，以使找正流程得到相應(yīng)簡化。并且，若要確保夾具具備更大的剛度、降低定位過程中產(chǎn)生的誤差，還需要對夾具零件進(jìn)行合成，同時(shí)針對特殊零件裝夾穩(wěn)固性問題要改變原有的受力點(diǎn)。

2.3 夾具改造及使用效果

對于數(shù)控銑床夾具改造設(shè)計(jì)而言，由上述內(nèi)容可知，在進(jìn)行數(shù)控銑床夾具改造過程中，需要有計(jì)劃、有步驟地來進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)，將不同設(shè)計(jì)步驟轉(zhuǎn)化成不同的幾項(xiàng)，并確保各個(gè)設(shè)計(jì)程序能夠獨(dú)立、分開的完成，確保每名設(shè)計(jì)人員都能發(fā)揮其長處，通過彼此之間的密切交流，采取求同存異的設(shè)計(jì)理念，以使不同設(shè)計(jì)人員的想法得以整合起來，并落實(shí)責(zé)任制度，由專業(yè)人員來進(jìn)行錯(cuò)誤改正，這樣才能使夾具在改造后具備更高的精準(zhǔn)度。同時(shí)，對于不同部件的零件需要予以特別對待，在以往的夾具設(shè)計(jì)中，需要吸取夾具設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，轉(zhuǎn)變以往的單一化生產(chǎn)方式。許多特殊零件都有著不同的加工要求，需要盡可能減少換刀次數(shù)，由于某些特殊零件的剛度較差，因此需要采取相應(yīng)的技術(shù)手段來保證加工精度，而這要對專用的夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)，可通過一次對多個(gè)零件進(jìn)行裝夾，以達(dá)到降低換刀次數(shù)的目的，也可采取多個(gè)裝夾的夾具來保證加工精度，在此過程中需要利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來對夾具進(jìn)行三維立體圖像設(shè)計(jì)，模擬析夾具金屬變形和受力狀況，并對夾具應(yīng)用過程中可能出現(xiàn)的起皺、破裂等問題進(jìn)行預(yù)測，方可使夾具的設(shè)計(jì)變得更加精密、合理。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)改造思路，在對夾具進(jìn)行改造過程中，具體流程如下：首先在夾具底部安裝大面積墊板，以確保墊板、定位銷能夠形成一個(gè)完整的整體，定位元件則采用邊銷和圓柱，以使平臺中的特殊零件在定位過程中得以牢固支撐。數(shù)控銑床對特殊零件加工時(shí)，以中心點(diǎn)為依據(jù)可提高加工精度。夾具中心線需要和大面積墊板相互平行，即使產(chǎn)生平行誤差，也應(yīng)控制誤差值在 0.017mm以內(nèi)，由此使得找正流程得到有效簡化。

對于夾具圓柱和大面積墊板來說，兩者之間的垂直度應(yīng)保持良好，垂直誤差需要小于 0.018mm，在應(yīng)用上述方法來優(yōu)化夾具的原有基本構(gòu)造以后，加工人員在使用數(shù)控銑床來加工特殊零件時(shí)，具體的流程步驟便精簡為以下：首先是找正夾具直邊，然后通過數(shù)控銑床進(jìn)行加工，待特殊零件的外圓弧得以被加工完畢后，再對其倒角進(jìn)行數(shù)控加工，當(dāng)?shù)菇且布庸ね戤厱r(shí)，便可將裝夾于工作臺中的特殊零件進(jìn)行卸下，然后翻轉(zhuǎn)到特殊零件的另一面，以便于進(jìn)行二次裝夾與二次倒角加工。經(jīng)改造以后，實(shí)際加工結(jié)果表明，夾具基本構(gòu)造的優(yōu)化，使得找正次數(shù)得以有效降低，具體降低幅度可達(dá)到 54% 左右，而且夾具剛性也得到了有效改善，不需要再進(jìn)行分層加工，特殊零件在加工完畢后，其倒角均勻一致，零件外觀美觀性更好。更為重要的是，通過夾具改造，還使得原有的裝夾與定位步驟得到了有效簡化，進(jìn)而使企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對特殊零件的大批量加工生產(chǎn)。

3、結(jié)語

綜上所述，加工人員在利用數(shù)控銑床來對特殊零件進(jìn)行加工時(shí)，夾具在其中起到非常重要的作用，因此有必要對現(xiàn)在夾具進(jìn)行深入研究與改造。通過不斷完善特殊零件的加工技術(shù)，以使數(shù)控銑床在加工特殊零件時(shí)取得更高的生產(chǎn)加工效率，進(jìn)而使現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展逐漸具備更加深厚的技術(shù)基礎(chǔ)與底蘊(yùn)。

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