基于數控加工工藝分析及夾具設計

白諭幸

摘 要：文章以機械加工企業中某產品中的一連接器為例，分析其零件加工工藝、合理安排加工工序。由于零件特殊性需要專用夾具裝夾，實現柔性化生產，從而取得最優加工路線同時保證零件加工精度，提高加工質量和效率。

關鍵詞：加工工藝；夾具；精度；效率

數控技術在機械加工行業中得到了快速的發展，但數控機床的加工能力和生產效率由機床的柔性程度高低所決定，但高柔性機床的價格卻是普通機床好幾百倍。一些工序復雜的零件在普通數控機床上加工往往出現需要多次裝夾，其零件的加工精度無法保證的情況。

針對一些多工序加工需要采用多次裝夾加工的零件，為達到在普通數控機床加工也能取得高的加工精度和效率，實現柔性化生產。提出用夾具的柔性化替代機械零件多工序加工依賴于數控機床的高柔性，從而解決目前企業實際生產問題[1]。

本文主要通過零件加工工藝設計的過程，論述如何進行零件加工工藝優化和設計專用氣動夾具來保證零件的加工質量和效率。

1 零件分析

如圖l所示，零件主要由曲面、圓弧槽、孔和薄壁組成的三維零件。該零件在數控加工時需在采用多次裝夾，主要加工部位分別是零件正面圓弧挖槽加工、反面曲面加工、零件四周的加工。

由于零件輪廓形狀復雜、加工工序較多，零件加工精度要求比較高，重要部位尺寸都控制在正負0.02 mm的范圍內，在零件圖中存在一些尺寸公差不是對稱公差，在編程時由于不是對稱公差在加工過程中很能保證零件的尺寸精度，在加工過程中時出現了加工誤差時不能直接通過改變刀具補償量來修改，給零件加工和編程帶來較大的麻煩。因此，畫圖過程中需要進行尺寸換算，統一采用對稱公差，方便數控加工達到零件所需的精度要求。

2 零件加工要點、難點

零件的毛坯為Ф165 mmX45 mm圓塊，材料是45號鋼。由于該零件正面由薄壁組成，同時反面有4個孔可以為正面的加工提供定位，從裝夾工藝考慮先加工反面，然后再加工正面。

（1）反面加工的主內容是加工外輪廓、內曲面的加工。由于零件的反面外輪廓加工和4個孔加工是為了正面加工和側面加工時提供定位和裝夾，因此表面質量和精度加工要求比較高。

（2）正面加工主要是凹槽和薄壁加工，在薄壁粗加工過程時，通常采用較大的背吃刀量和進給量提高零件加工效率。但這種加工模式會產生較大的切削力對零件產生擠壓，將對四周的薄壁產生較大的變形量。為了保證四周薄壁不變形，需要采用多種加工措施才保證零件薄壁處質量和精度。

①采用兩種粗加工模式，在對左右兩邊挖槽粗加工時，四周薄壁處保留2 mm較大的切削余量，由于保留的余量較大，在粗加工時候產生切削力和擠壓力不會影響到零件的變形，同時具有較高加工效率。

②挖槽粗加工之后采用輪廓粗加工模式，對四周薄壁進行內輪廓外形銑削粗加工，由于輪廓加工時刀具切入時的沖擊力比較大也會讓零件在切入點產生較大的變形量。為了避免切入時在進刀處產生沖擊減少變形，刀具需要采用圓弧切向進刀、退刀，這樣進刀方式能較大程度減少薄壁受力變形同時過度加工順暢同時保證加工精度。

（3）零件的側面加工是普通銑床上加工的一個難點，根據傳統的加工方法是采用通過多次定位裝夾加工。工序分散加工主要特點是效率低同時加工精度難以保證。為了解決實際生產中的難題，設計專用夾具，通過采用夾具的柔性化實現機床的柔性化加工[2]。

3 零件加工工藝

通過對零件加工工藝分析，結合零件加工的精度和表面粗糙度，分別對加工的內容、所使用的刀具、主軸轉速、進給速度、背吃刀量等進行正確合理的選擇，如表1-3所示。

4 夾具設計

4.1 夾具的總體設計

夾具是指機械制造過程中用來固定加工工件，讓其擁有正確的固定位置，用于加工或檢測的裝置，通常由定位元件、夾緊裝置、對刀引導元件、分度裝置、連接元件以及夾具體等組成[3]。

根據零件加工特點，側面的加工的定位基準為Ф90圓柱底面和兩定位孔組合定位。該夾具結構如圖2所示。

4.2 零件定位分析

零件底平面作為主要的定位基準，采用典型的一面兩孔的定位方式對零件進行完全定位，通過底面與定位板接觸限制零件其中3個自由度（即兩個轉動和一個移動自由度），底面上的兩個孔分別采一個短銷和削邊銷進行限制其余3個自由度。保證四周輪廓加工的穩定性，在零件的軸線方向增加作用力Fl，如圖3所示。

4.3 夾具的工作原理

夾具體l與機床工作相連接，六工位分度盤安裝在夾具當中，定位底板用于固定零件并將其固定在六工位分度盤中，氣缸的與開口壓板連接用于零件拉緊和松開。零件加工時，將工作安裝定位底板當中，氣缸拉緊開口壓板壓緊工件，啟動數控機床加工零件。當加工完一個工位時，機床主軸移動到六工位分度盤開關接觸器中，讓六工位分度盤得到信號，自動轉到下—工位，連續加工工件。

5 結語

本文主要通過對零件的裝夾和加工工藝設計進行了研究。在確定零件的加工工藝、刀具選用和零件裝夾這方面做出了選擇，同時為解決實際生產方面提供了方法。

[參考文獻]

[1]趙長旭.數控加工工藝[M]西安：西安電子科技大學出版社，2006.

[2]陳紅霞.機械制造工藝學[M].北京：北京大學出版社，2010.

[3]許玲萍.數控加工工藝決策與切削參數規范化的研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2006.