三通管數控加工夾具的設計

蘇楚蓮

（廣東省粵東高級技工學校，廣東汕頭 515041）

0 引言

三通管零件是機械設備中重要的連接件，特別在沖床生產專用設備——機械手中，其加工質量的好壞直接影響整體性能，因此保證其加工質量是至關重要的。在教學過程中，經常會遇到這樣的情況：學生在數控車床上裝夾三通管時常因裝夾不當而損壞工件，工件加工達不到要求，造成廢品。因此，為了提高產品質量及加工效率，筆者設計了一種安裝在數控車床上的三通管加工夾具。

1 工藝分析

三通管是指有三個開口的管接頭，形狀各異，并廣泛用于輸送液體、氣體的管網中。常見的三通制作方法有兩種：液壓擠型、熱壓成型。本文中所研究的是人字型三通管，其結構如圖1所示，材質為鑄鋁ZL102，零件外形尺寸較小，壁厚為1 mm，具體技術要求如下：

（1）小批量生產；

（2）表面粗糙度Ra1.6，不準用砂布及銼刀等修飾表面；

（3）未注倒角0.5 45；

（4）未注公差尺寸按GB1804-M；

（5）零件加工表面上，不應有劃痕、擦傷等損傷零件表面的缺陷；

（6）無氣孔夾砂、無裂紋、無毛刺。

圖1 三通管

1.1 三通管零件工藝分析

（1）工件的材質為鑄鋁ZL102，在加工輪廓前必須先加工出定位基準，才能有利于夾具的裝夾。

（2）零件的外形呈三叉按360°均勻分布，應設計出在車床上能進行自動轉換角度裝置，從而避免多次裝夾造成的誤差。

（3）工件壁薄，而且在加工過程中容易變形，尺寸也都是自由公差，因此在裝夾中要保證定位與防止變形。

1.2 實際生產中存在的問題

如圖2所示，用于加工此零件的毛坯的外形結構不規范，外形結構整體為方形，其三個圓弧角已基本成型。但是三通管之間的位置有一定的角度關系限制，用組合夾具元件也無法拼出其加工所需的夾具結構。

在老式普通夾具中，以V型塊作為墊塊來放置夾緊工件的，若使用此夾具，即便是加工出兩側夾角都為135°方向的外圓輪廓，也無法直接完成該部分的裝夾[1]，因為在裝夾過程中，夾具空間位置限制了工件的放置方位，而且會夾傷工件，使外壁變形，工件加工的長度受到限制。此工件涉及三個方向的外圓、內孔加工，該夾具不能適應數控車床中的自動高速加工。因此，所設計的夾具需要能適應現代生產需要，實現自動變換角度，以方便裝夾，減少裝夾次數，才能滿足該三通管零件的角度關系限制的加工需求。

圖2 毛坯

1.3 機械加工工藝步驟

鑄鋁ZL102這種合金的最大特點是較其他鑄鋁合金，其鑄造性能最好，能實現精密鑄造。

因本零件屬多品種、小批量的生產類型，而且精度要求不高，所以根據以上的工藝分析，結合零件毛坯的結構，該零件的機械加工工藝如下：

（1）銑削：校正位置，銑11*11各面，銑R5、R20、R20各圓弧；再在左端兩部分接頭一大平面上劃中心線，并在毛坯下底面正中間鉆一工藝孔，直徑為0.5 mm；

（2）車削：用夾具裝夾工件，車右端接頭各外圓、孔及倒角；通過自動轉換角度裝置，變換角度，車削左端兩部分各外圓、孔及倒角（注意裝夾，防止變形）；

（3）鉗工：鉗工修整。

在銑床上工件的斷面全部加工成為正方形。作為下一步加工三個方向的內孔和外圓作基準。

1.4 夾具的設計要求[2]

針對上面所存在的加工問題，通過現場生產分析后，設計了一套安裝在數控車床專用夾具，其結構簡單，具有較強的可操作性，能適應零件的生產要求。

（1）定位：該夾具中工件以平面定位，主要形式是支承定位。

（2）夾緊機構（夾緊元件）的要求。

1）夾緊力足夠大，并能在一定范圍內調節，且不破壞工件；

2）有足夠的夾緊行程，即能根據零件尺寸的變化而調整；

3）手動夾緊時有自鎖性能；

4）夾具的結構簡單緊湊、動作靈活，制造、維護方便、安全；

根據以上工藝分析中的第三步驟“車”，設計的夾具的特點是：

①保證工件裝夾平穩，易定位；

②保證能加工出高精度的零件，而且零件加工部分的長度不受限制；

③夾具拆卸、安裝的輔助時間較短；

④能自動轉換角度以加工三通管的三個方向的外圓、內孔，減少反復裝夾時造成誤差并夾傷工件；

⑤維修、更換易損壞部件方便。

2 三通管夾具設計

（1）夾具視圖

夾具視圖如圖3所示。

圖3 夾具視圖

（2）夾具結構圖

如圖4所示，整個夾具的結構設計上有四個比較突出特點[3]：

1）花盤1的作用是花盤上有很多布局不規則的孔，就是為夾持不規則形狀的工件用的，如果工件形狀更不規則，就更需要花盤了。不規則的孔位就是為了工件靠上之后，總能找到固定孔位鎖緊工件。

圖4 夾具結構圖

2）夾緊卡爪2的作用是隨著壓緊螺栓12的擰緊，在螺紋傳動帶動下，與可轉動墊塊中的溝槽相嵌，夾緊工件。在夾緊時，三卡爪內側面完成與工件貼緊，達成限制自由度的目的。加工完畢，隨著壓緊螺栓的松馳，三卡爪從溝槽口與可轉動墊塊脫離，可卸下工件。

3）可轉動墊塊7的結構如圖5示，其作用是增加工件的加工高度，保證工件與花盤1及主軸的同心，其上有一個工藝釘及三個定位釘。

其中，工藝釘與毛坯上的工藝孔配合，保證工件與可轉動墊塊在夾緊卡爪2的作用下，能準確定位并保證加工過程中的穩定性。

圖5 可轉動墊塊7

三個定位釘的角度關系分別為135°、135°、90°，與七字型底板座上的定位孔配合，并在固定于七字型底板座中的壓緊彈簧的彈力配合下，實現工件的裝拆及加工三個方向輪廓尺寸時的角度轉換。其中定位釘的作用是在實現自動轉角度加工工件其余兩方向的外圓內孔的定位。壓緊彈簧的作用是配合壓緊螺栓9實現的工件的角度轉換及工件的裝拆。

4）平衡塊10的主要作用是：使夾具各處受重均勻，提高夾具在旋轉中的穩定性。

（3）數控車床上安裝夾具的工作過程

如圖4所示，該帶分度花盤夾具主要靠上蓋板、鎖緊螺栓、螺母、7字型底板座、可轉動墊塊、壓緊彈簧、定位孔釘及夾緊卡爪以實現工件的裝夾及角度的變換。該夾具安裝后，打開數控車床系統(先設定材料的類別等)，利用?2.2的單鉆頭進行鉆孔，然后點擊確定后進入程序編輯進行外圓、內孔加工。

該夾具的操作過程：

（1）毛坯放置于可轉動墊塊上，位置與可轉動墊塊下面的定位釘對應，使毛坯下表面的工藝孔與可轉動墊塊上表面的工藝釘配合。

（2）將可轉動墊塊和毛坯放置于7字型底板上，使可轉動墊塊下面的定位釘與底板上的定位孔對應并嵌合，擰緊上蓋板上的壓緊螺栓，同時，夾緊卡爪在螺紋傳動帶動下，從可轉動墊塊上的溝槽口進入，并與相應溝槽嵌合，使工件固定并夾緊。

（3）擰緊上蓋板兩側的螺栓，再以花盤上的裝夾部位裝夾于卡盤上，加工當前位置（135°）的外圓及內孔。保證各精度要求。

（4）加工完畢，松開上面的壓緊螺釘及兩側的鎖緊螺釘，在壓緊彈簧的彈力作用下，夾緊卡爪帶動毛坯及可轉動墊塊，使之上浮，即與三定位孔脫離，用手轉動工件，直到螺釘與下一孔位嵌合，按照上面過程（2）、（3）操作加工第二方向的外圓、內孔（135°）。依此類推，加工第三方向的外圓、內孔（90°）。最終所完成的零件便是三通管的零件。

以上過程即：a、數控編程；b、夾具裝夾；c、加工。

3 效果

3.1 加工分析

圖6 定位圖

從該夾具的總體結構上來看，由于采用了可轉動墊塊及壓緊彈簧，螺栓，定位孔釘后，效率更高。如圖1的零件所示，原來每件零件大約加工15 min完成。設計夾具后，每件零件加工時間是8 min，節約了7 min，且工件表面不會壓傷，工件裝夾更牢固，可實現自動轉位，加工不同方向的外圓、內孔，質量穩定，從而減少了反復裝夾的次數，減少了操作者的勞動強度，提高了生產效率。

3.2 夾具設計要點

（1）夾具的中心軸線應能保證工件裝到夾具上后與工件上三個方向的中心軸線的交點重合[4]。（如圖6所示）

（2）壓板和鎖緊螺釘應能保證夾緊牢固，同時壓板的厚度應薄，保證不妨礙走刀路線。

4 結論

通過實踐證明，引用數控車床的專用程序和夾具，提出數控車床車削新工藝，通過實例驗證了其有效性，對于其它類似不規則的零件等都能達到加工目的。該夾具不僅在企業機加工有一定的實用價值，給企業帶來較好的經濟效益和社會效益，對類似的三通管工件的加工也具備參考價值。而且能給技工院校機械生產實習提供參考。

［1］烏樂里希·菲舍爾.簡明機械手冊［M］.長沙：湖南科技出版社，2010.

［2］肖繼德，陳寧平.機床夾具設計［M］.北京：機械工業出版社，2016.

［3］李名望.機床夾具設計實例教程（第二版）［M］.北京：化學工業出版社，2014.

［4］北京第一通用機械廠.機械工人切削手冊［M］.北京：機械工業出版社，2005.