爐頭的數控加工夾具設計

吳健 邵宏宇

摘要：本文通過對暖通零件爐頭的數控加工的工藝分析、并對其V形槽、斜面孔加工裝夾工具進行設計，生產出符合客戶要求的零件，對于同類型的零件加工在實際生產具有一定的指導意義。

關鍵詞：數控；爐頭；裝夾

1 引言

本文就供暖系統配件爐頭在數控機床的工裝夾具與加工工藝問題進行探討。該零件是為美國某有限公司生產的外貿加工產品。爐頭毛坯為壓鑄零件，材料采用Al-Si系合金材料，難點是在與軸線成60°的斜平面的六孔和外圓柱面凸起處V形槽、平面、成角度鉆孔加工。

對于斜面孔加工需要專業萬能分度頭或五軸加工中心加工。目前，我校生產設備主要是數控車床、數控銑床、四軸加工中心。加工設備難以滿足要求，在現有設備加工，必須設計出專用夾具進行加工生產。鑒于此，必須探索出適合現有加工設備，并可簡單、快捷、費用低的加工工藝方法。

2 零件圖樣工藝分析

零件圖如圖1所示，該工件材料是鋁合金A360，材料中含硅量9.0-10.0%，屬于亞共晶鋁合金，其合金具有良好的鑄造性能與被切削性能[1]。工件由內圓柱面、外斜面、端面、V形槽（2個）、圓柱側面螺紋孔（3個）、端面螺紋孔（1個）、均勻分布六個圓柱斜孔等輪廓組成。加工數量為600件，屬于中小批量生產，先按照加工工藝加工10件，送檢合格后，安排批量生產。零件的內、外輪廓、V形槽、斜孔都由直線和圓弧組成，幾何元素之間的關系清楚完整。尺寸標注基準（對稱軸線、端面）較統一，有利于數控編程加工[1]。

該零件的內圓、V形槽、內孔等部位的形狀、位置尺寸公差為0.1mm或0.2mm，加工精度易保證；難點主要集中在爐頭外側斜面均勻分布六個斜孔加工，其次是圓柱外側V形槽及螺紋孔加工，這兩道工序必須設計專用夾具裝夾零件，才能保證生產要求。該專用夾具的設計是整個零件各工序加工中的難點。

3 加工裝夾方案

（1）V形槽處加工裝夾方案

此道工序是在北京機電院BV100四軸立式加工中心加工完成。設計的夾具裝置在加工中心第四軸三爪卡盤上，夾具如圖2所示。使用時，將零件放到夾具心軸上，用壓頭壓緊即可使用。爐頭夾具心軸與壓頭兩個定位元件實現了對零件的X、Y、Z的平移和X、Y的旋轉，Z的旋轉自由度依靠爐頭夾具定位件2壓在零件V形槽側面進行限制，實現了爐頭零件的完全定位。為防止壓頭6把爐頭頂面壓緊損壞，可采用聚四氟乙烯（塑料王）進行生產加工。夾具在第四軸裝夾下，可實現成3個成60°夾角孔的加工。

（2）斜面孔加工夾具

零件上的斜孔或斜面加工首先要分析斜孔的空間位置和交點尺寸，選擇加工坐標系，以便旋轉定位。本次設計斜面階梯孔加工夾具如圖3所示，夾具主要由1.固定底板 2.角度側板 3拉手. 4.分度輪 5.角度固定塊 6.分度心軸7.角度定位塊 8.角度定位板等組成。另外，還包括有防塵圈、銅套、角度定位架等零件[2-4]。

使用時先將角度側板2安裝在固定底板1。角度側板有兩塊組成，與固定底板成30±0.05角度，保證零件斜面孔軸線方向與Z軸平行。分度心軸6連接到角度固定塊5上，其上連接有角度定位塊8。零件安裝到心軸上，以爐頭底面和φ47.09作為定位基準。心軸φ85平面限制了工件Z軸平移和X、Y軸旋轉共三個不定度，φ47.09圓弧面限制了X、Y軸旋轉和X、Y方向平移。角度定位板8、角度固定塊7以斜面配合，當夾緊時斜面作用在V形槽處平面處，限制了Z軸平移和Z軸旋轉。這兩個定位裝置結合，實現了爐頭的完全定位。

分度輪4由六個成60°均勻分布的凹槽組成，利用平鍵與心軸6連接。心軸6與角度固定板5以軸承連接，便于心軸轉動，降低了工作強度。當零件安裝到心軸上加工完一個孔后，把拉手3拔開，可以用手轉動零件，當轉動到60°時，在彈簧的作用力下，拉手卡在分度輪的槽內，裝夾完畢，開始加工另外一個相鄰孔，循環使用，直到加工結束。此裝置實現了在爐頭外圓斜面上均勻加工六個斜孔的功能。如為了提高精度，可設計出斜面加工夾具與分度頭相結合的夾具，或者改造成精密分度裝置。但由于此次小批量生產爐頭要求精度不高，采用了較為簡單的分度機構進行分度加工。

4結論

本文首先對暖通設備零件爐頭零件圖進行了分析，接著根據零件加工的內容和難點，設計出符合現狀的零件裝夾工具和加工工藝。其中爐頭外圓柱斜面的斜孔加工和V形槽加工是這個零件加工的難點，文中對這兩道工序所用的專用夾具進行了設計。裝夾工具采用設計簡單、成本較低的手工夾緊裝置。根據圖紙要求，按時、有效地生產出符合客戶要求的零件。創造了良好的經濟效益。

參考文獻：

[1]劉永利.數控加工工藝[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2]吳拓.現代機床夾具設計及實例[M].北京：化學工業出版社，2015.

[3]雒運強.使用銑削操作技巧450例[M].北京：化學工業出版社，2012.

[4]任小萍.典型零件斜面的銑削加工技巧[J].新技術新工藝，2014（11）

作者簡介：

吳健，男，河北邯鄲人，講師，主要研究方向：模具設計與制造、材料加工技術。