組合夾具在線切割加工中的柔性應(yīng)用

（貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550025）

電火花線切割加工屬于特種加工范疇，一般不用于大批量生產(chǎn)，實(shí)際加工中較多使用的是通用夾具。由于線切割加工的零件是通孔零件，對(duì)工作空間有特殊的要求。在慢走絲切割零件時(shí)，還要考慮由于上噴嘴與工件表面的距離非常接近而造成的干涉問(wèn)題。所以對(duì)線切割?yuàn)A具的選用限制較大，特別是采用懸臂式夾具在加工臨近結(jié)束時(shí)，更容易出現(xiàn)掉頭現(xiàn)象，造成零件的切割面與其上下表面之間的垂直度誤差較大的情況。本研究的目的就是為了在不降低裝夾便利性的前提下，在線切割機(jī)床上采用組合夾具搭建符合使用條件的夾具，并分析該夾具對(duì)加工精度的影響。

1 研究思路

采取組合夾具元件組裝出符合線切割加工使用的夾具，選取需要利用線切割加工方式加工的典型零件，在線切割機(jī)床上切割加工完成后，使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)床對(duì)加工后零件的形位公差進(jìn)行測(cè)量，得到測(cè)量報(bào)告，并根據(jù)報(bào)告對(duì)夾具的定位做出評(píng)價(jià)總結(jié)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

2 典型加工零件的選取

結(jié)合線切割單件小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，在試驗(yàn)中初選有長(zhǎng)方體和圓柱體兩種。考慮到圓形零件在線切割加工中時(shí)，在夾持方面相對(duì)比較困難，采用圓柱體更具有代表性。圓柱體在實(shí)際的加工中多用于軸和孔的配合，對(duì)精度要求比較高，因此，研究圓柱體的垂直度更有實(shí)際意義。因此選用圓柱形工件的加工具有代表性和實(shí)用性。本研究中最終選取的零件材料硬度為HRC62，需要在內(nèi)部加工一個(gè)開(kāi)有輪轂的內(nèi)孔，外輪廓為圓形輪廓，并已經(jīng)加工好預(yù)孔，該零件上下端面已經(jīng)經(jīng)過(guò)精加工，平行度不超過(guò)0.01 mm，如圖1所示。加工要求：輪轂內(nèi)孔的中心軸線與表面的垂直度誤差要求不大于0.03mm.

3 夾具方案的確定

3.1 普通夾板（平口鉗）

普通夾板的夾持方法是用線切割專用萬(wàn)力夾具（平口鉗）夾持上下端面，然后將將平口鉗固定在機(jī)床工作臺(tái)上便可以進(jìn)行加工。雖然這個(gè)方案特別簡(jiǎn)單易行，但是在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)被切割件的去除部分，因自重和高壓噴水的影響，特別是在零件即將結(jié)束切割的時(shí)候，容易使零件產(chǎn)生偏移，造成切割孔與工件表面垂直度誤差。

3.2 組合夾具方案一

如圖2所示，用具有較高加工精度的方形底板1作為夾具的基礎(chǔ)板，使用兩塊方形基礎(chǔ)塊2與兩V型塊3用沉頭螺釘組合在一塊，形成可以在基礎(chǔ)板側(cè)面的滑槽內(nèi)自由滑動(dòng)的兩個(gè)組合塊，為保證滑動(dòng)塊的準(zhǔn)確位置，在槽內(nèi)使用導(dǎo)向定位鍵使其接觸面緊密接觸。兩個(gè)滑塊中的一個(gè)用螺栓螺母固定，使其作為固定端，另外一塊則可沿滑槽移動(dòng)，在順利將滑塊相對(duì)移動(dòng)，利用安裝在V型塊螺紋孔內(nèi)的螺栓將零件夾緊后，再將可移動(dòng)滑塊用T形螺栓固定在滑槽內(nèi)，完成夾緊過(guò)程[1~2]。

圖2組合夾具方案一

3.3 組合夾具方案二

如圖3所示，用一塊精加工過(guò)的側(cè)面開(kāi)槽的方形底板1作為基礎(chǔ)板，將兩塊帶有加強(qiáng)筋的角鐵2用T形螺栓固定在基礎(chǔ)板上，另取三塊帶槽的方形支承3，其中一塊用T形螺栓將V形支承一起安裝在角鐵中間位置，其它兩塊帶槽的方形支承則用長(zhǎng)度適合加工零件尺寸的T形螺栓固定在角鐵兩端，在這兩根長(zhǎng)螺栓的另一端則用螺母將一塊回轉(zhuǎn)壓板5與零件固定在一塊，用于夾緊工件。

圖3組合夾具方案二

4 零件加工

按下開(kāi)機(jī)按鈕，進(jìn)入工作頁(yè)面。首先將夾具用壓板的方式整體固定在機(jī)床工作臺(tái)上，安裝過(guò)程中保證夾具與工作臺(tái)的上表面保持接觸，以保證夾具的安裝精度。然后將工件安裝固定在夾具上。調(diào)整噴嘴使得噴嘴盡可能的接近加工的表面。但是最重要的一點(diǎn)是不能讓噴嘴碰到工件或者夾具，所以在組裝夾具時(shí)候要考慮到噴嘴大小和位置。將銅線通過(guò)張緊裝置的調(diào)節(jié)，穿入上噴嘴、工件預(yù)孔、下噴嘴，利用水流的牽引將銅絲穿過(guò)機(jī)床，完成穿絲工作。根據(jù)工件的輪廓，利用自動(dòng)編程軟件，導(dǎo)入零件數(shù)據(jù)，將機(jī)床的各個(gè)參數(shù)預(yù)先設(shè)定好后，可以自動(dòng)生成用于加工的數(shù)控程序。在加工前，還需要仔細(xì)檢查程序的相關(guān)設(shè)定，保證加工的可靠性。線切割加工的電加工特性使得該機(jī)床具有簡(jiǎn)單方便的按照加工所需條件，自動(dòng)尋找零件的加工起始點(diǎn)的功能。其只需簡(jiǎn)單地根據(jù)示意圖選擇相應(yīng)的幾何形狀就可以讓機(jī)床自動(dòng)尋找相應(yīng)基準(zhǔn)，既保證了精度，也降低了工作強(qiáng)度，大大方便了操作。進(jìn)入加工界面，檢查相關(guān)設(shè)定無(wú)誤后，啟動(dòng)加工，機(jī)床開(kāi)始工作，自動(dòng)完成零件的加工[6]。加工結(jié)果如圖4所示。加工場(chǎng)地如圖5所示。

圖4加工結(jié)果

圖5加工現(xiàn)場(chǎng)

5 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)床測(cè)量零件的形位公差

本次測(cè)量使用的是海克斯康Global Silver橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（機(jī)器型號(hào)）。以下為測(cè)量方法：?jiǎn)?dòng)測(cè)量機(jī)主機(jī)，在機(jī)床系統(tǒng)自檢完畢后給控制系統(tǒng)上電，啟動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)入正常待測(cè)工作狀態(tài)。測(cè)量前工件需要適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行安放在測(cè)量機(jī)床的工作臺(tái)上，為便于測(cè)量相關(guān)的形位特征，因此盡量將需要測(cè)量的特征擺放為開(kāi)放型的。由于本研究中的零件沒(méi)有現(xiàn)成的CAD模型，評(píng)價(jià)中僅需要特征的相對(duì)位置精度，因此測(cè)量重點(diǎn)是如何精確地得到相應(yīng)特征的測(cè)量值。最終采取的測(cè)量策略是手動(dòng)采特征點(diǎn)，最后在將機(jī)床轉(zhuǎn)換為自動(dòng)模式，將所有手動(dòng)所采的特征點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，對(duì)手動(dòng)采點(diǎn)路徑進(jìn)行精確修正。

根據(jù)本研究的目的，需要對(duì)零件上表面相對(duì)于切割的內(nèi)孔安裝圓柱軸線的垂直度進(jìn)行評(píng)價(jià)。將不同夾持方式下加工后的零件分別進(jìn)行測(cè)量，將相應(yīng)的測(cè)量參數(shù)輸入后，選取上述2個(gè)特征，通過(guò)測(cè)頭在已經(jīng)加工出的輪轂的內(nèi)表面的圓柱面和零件的端面采點(diǎn)生成垂直度評(píng)價(jià)指標(biāo)，即可得到本研究所需的測(cè)量結(jié)果[9]。

6 測(cè)量結(jié)果及分析

圖6為采取萬(wàn)力夾具的加工結(jié)果圖。從圖中可以看出，用普通夾具加工時(shí)，盡管每次加工夾緊零件時(shí)候都需要校核平口鉗的上端面與圓柱面的上端面重合，但由于平口鉗在夾持工件時(shí)候，夾持面積不大，無(wú)法保證是兩個(gè)面與圓柱體的端面接觸，在零件自重和高壓噴水的作用下會(huì)發(fā)生偏移，造成切割加工后零件的表面和切割內(nèi)孔的中心軸線的垂直度誤差較大，達(dá)到0.24，超差0.174，所以該夾持方式盡管在加工前用其它手段對(duì)表面和絲架的垂直度進(jìn)行了校正，但仍有較大的加工誤差，只適合加工一些輕型的微小零件，不適合大型和較重的零件。

圖6采取萬(wàn)力夾具的加工結(jié)果

圖7為采用方案一的加工結(jié)果圖。圖7反映了在采取組合夾具方案一的方式加工零件后的檢測(cè)情況。在按照要求把每個(gè)面仔細(xì)裝配在一起，每次加工只要調(diào)節(jié)螺釘改變兩個(gè)v形塊之間的距離（或更換更大的V形塊），就可以?shī)A持不同規(guī)格的圓柱體。圖中所示，圓柱孔和表面的垂直度誤差為0.017，未超差，說(shuō)明該方式較好地控制了加工過(guò)程中的形位誤差，也說(shuō)明采取這種組合夾具的方式不僅調(diào)整方便，而且加工精度也是滿足加工要求的。

圖7采用方案一的加工結(jié)果

圖8為采用方案二的加工結(jié)果圖。圖8中的測(cè)量結(jié)果較圖6中的結(jié)果，誤差稍小一些，但也超差了0.016，這是由于該方案中，夾具的組裝過(guò)程中對(duì)裝配精度的要求要高于方案一，造成了裝配后的組合夾具體的安裝面和工作面的位置精度下降。由此可看出，組合夾具的應(yīng)用中，應(yīng)重視裝配精度以減小由此帶來(lái)的定位誤差[8]。

圖8采用方案二的加工結(jié)果

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)組合夾具代替專用夾具應(yīng)用到線切割機(jī)床上的研究，探索了專用夾具應(yīng)用到線切割上帶來(lái)誤差的原因和解決辦法。通過(guò)本研究，說(shuō)明充分利用組合夾具靈活多變的特點(diǎn)與線切割單件小批量的生產(chǎn)特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，可以提高線切割?yuàn)A具的定位精度，改善便利性和進(jìn)一步減少非切削時(shí)間，具有較好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性[10]。

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