彎管類零件柔性工裝設計與應用

丁朝臣，丁　寧

(1.中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009；2.中航光電科技股份有限公司，河南 洛陽 471009)

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彎管類零件柔性工裝設計與應用

丁朝臣1，丁寧2

(1.中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009；2.中航光電科技股份有限公司，河南 洛陽 471009)

摘要：彎管類零件是機械加工中常見的一類零件，其加工工藝尤其是裝夾定位難的問題一直沒有得到有效解決。傳統彎管類零件的裝夾方式各有優勢與不足，雖然不斷改進，但是始終未能脫離采用專用偏心工裝的處理方式，造成工裝制造成本高、周期長和可重復利用率低等問題。針對彎管類零件的產品結構、加工工藝和數控車床功能，采用特制柔性工裝，將數控車床原有的液壓三爪自定心卡盤改進為柔性四爪單動卡盤結構，解決了彎管類零件裝夾定位難、制造偏心胎浪費時間與成本高的問題，為彎管類零件的生產加工提供了有效可靠的新途徑。

關鍵詞：彎管類零件；柔性工裝；工藝創新

隨著機械加工工藝的不斷革新，產品加工精度與生產效率需要不斷提升。從2004年至今，在工藝裝備設計中常見的彎管類零件的加工工藝經歷了多次創新改革，由最初的四爪單動卡盤找正發展到漲口心軸裝夾，由偏心開口胎正裝轉變為偏心開口胎反裝。隨著裝夾方式不斷改進，實際加工效果有所提升；但是，改進過程中始終沒有離開工裝的使用。而在實際工程實踐中工裝的設計及制作周期較長，既造成資源浪費，又影響生產。偏心胎的制造生產大大制約了彎管類零件的加工生產進度，當頻繁使用偏心胎工裝時，工裝開口彈性變小，造成無法正常取卸零件，需要重新更換工裝。生產現場一般都預先備用大量偏心胎以供彎管類零件的加工使用(見圖1)。

圖1　生產現場預備大量偏心胎

1彎管類零件傳統裝夾方式

1.1四爪單動卡盤找正

采用四爪單動卡盤找正方式裝夾定位(見圖2)，雖然設備簡單，但每次裝夾零件時都需要重新對刀找正，費時費力；另外，在加工零件時，由于存在偏心，背吃刀量與轉速不可過大，生產效率較低。

圖2　四爪單動卡盤找正

1.2開口胎與漲口心軸

采用開口胎(見圖3)與漲口心軸(見圖4)配合的裝夾方式加工，能夠通過開口胎裝夾零件外圓，車內孔；利用漲口心軸撐內孔，車外圓。

圖3　開口胎

圖4　漲口心軸

采用開口胎與漲口心軸配合的裝夾方式，工序增加，必然要延長加工時間。制造工裝浪費時間(制造周期約為4 h)，成本較高。加工范圍也受限于開口胎與漲口心軸的尺寸，當伸出端較短時，無法利用開口胎裝夾外圓；當彎管內孔<10 mm時，無法利用漲口心軸撐內孔。

1.3偏心開口胎正裝

采用偏心開口胎正裝(見圖5)進行裝夾定位，制造工裝浪費時間(制造周期約為4 h)，成本較高；另外，工裝質量不穩定，精度不易保證，直接影響后續彎管零件的加工質量。

圖5　偏心開口胎正裝

從裝夾效果來講，采用偏心開口胎正裝進行裝夾定位，零件裝夾面積有限，若零件伸出部位過長或端部需要滾花，則會由于前端受力大造成零件偏斜，無法達到精度要求。

1.4偏心開口胎反裝

采用偏心開口胎反裝(見圖6)的裝夾方式，雖可避免由于前端受力大，出現零件伸出過長部位偏斜或端部需要滾花的問題，但也存在一定不足：1)制造工裝浪費時間，成本較高；2)工裝質量不穩定，精度不易保證，直接影響后續彎管零件的加工質量。

圖6　偏心開口胎反裝

2新型工裝結構設計

通過查閱大量文獻資料和調研可知，如果僅憑機械裝備而不添加附加結構，彎管類零件的有效裝夾定位問題只有通過裝備液壓四爪單動卡盤才能解決，這樣生產成本必然大大提高。

通過總結現有裝夾方式的特點和不足，改革傳統彎管類零件的裝夾方式，打破工裝生產的限制，分析并研發新型工裝，在保證加工生產質量的前提下可大幅提升生產效率，節約生產成本。

通過對機床結構的深入研究，并結合多年生產加工實際經驗，開發制造了針對彎管類零件的新型工裝(見圖7和圖8)。

圖7　新型工裝(未裝件)　　圖8　新型工裝(已裝件)

2.1工作原理及結構設計

針對彎管類零件的新型工裝的工作原理如下：卡盤上有3個拉緊螺釘，利用其中一個拉緊螺釘安裝定位板，作為零件一個端面定位面；根據不同零件，定位板可上下調節；為了考慮平衡問題，在此工裝對面位置加置平衡塊，配重均衡后可保證轉速達到3 000 r/min以上時仍可安全生產。平衡塊及定位板結構位置如圖9所示。

圖9　平衡塊及定位板結構位置

2.2卡爪夾緊面

考慮到彎管類零件的結構特點，將用于夾緊零件的卡爪夾緊面轉變制造為圓弧面并配防滑槽，可使夾緊更可靠穩固。改進前、后的卡爪夾緊面對比圖如圖10所示，圖10中上半部分為改進后新型工裝采用的圓弧面配防滑槽結構，下半部分為改進前的無圓弧與防滑槽結構。

圖10　改進前、后的卡爪夾緊面對比圖

2.3頂尖找正

利用頂尖與卡盤配合找正零件中心(見圖11)

圖11　利用頂尖與卡盤配合找正零件中心

2.4帶平衡塊的卡爪結構改進

帶有平衡塊的卡爪不一定能夾緊零件，應對帶有平衡塊的卡爪進行結構改進(見圖12)。改進后結構變為上下分體兩部分：一部分是和機床相連的部分，齒間距為1.5 mm；另一部分做成齒間距為1.3 mm。這樣就可以實現微調，牢固地夾緊零件。改進后的結構設計圖如圖13所示。

圖12　帶平衡塊的卡爪結構改進前、后對比

圖13　改進后的結構設計圖

通過生產實踐表明，采用本文設計的針對彎管類零件的新型工裝進行裝夾，能夠使找正零件的時間縮短為約30 s，加工產品質量穩定，并可大幅提升生產效率，節約生產成本。研發至今已加工近萬種零件，減少了相應偏心胎制作300余個，達到了預期效果。

3結語

通過針對彎管類零件工裝的創新設計，采用平衡塊與定位板相結合的獨特結構設計，將數控機床原有的液壓三爪自定心卡盤改進為四爪單動卡盤結構，解決了彎管類零件裝夾定位難、制造偏心胎浪費時間與成本高的問題。本文設計的針對彎管類零件的新型工裝結構及其設計方法，為解決彎管類零件的上述問題提供了革新性的有效途徑，在同類零件的生產加工領域具有參考意義及推廣價值。

責任編輯鄭練

Flexible Tooling Design and Application of Hend Tube Parts

DING Chaochen1, DING Ning2

(1.China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China; 2.China Aviation Optical-electrical Technology Co., Ltd., Luoyang 471009, China)

Abstract：Bend tube parts are common in machining, but the processing craft especially for the fixation problem has not been well solved. With continuous improvement, traditional fixation methods for the bend tube parts have the advantage and disadvantage respectively, but still in use of eccentric tooling, which causes high cost, long period, and low rate of reuse. In consideration of the structure of the bend tube parts, processing craft and the function of numerical control lathe, a flexible tooling is come up, that the 3-claw self-centering chuck is modified to the flexible four-claw single-motion chuck. The modification solves the problems of difficulty in bend tube parts fixation and high cost, which also provides a new way for the bend tube parts processing.

Key words:bend tube parts, flexible tooling, process innovation

收稿日期：2015-07-28

作者簡介：丁朝臣(1989-)，女，碩士，主要從事機械結構設計、工藝設計等方面的研究。

中圖分類號：TG 751

文獻標志碼:B