氣缸連接盤(pán)銑削用夾具的設(shè)計(jì)

■北京精雕精密機(jī)械制造有限公司 （102308） 高利飛

氣缸連接盤(pán)是主軸內(nèi)部主要受力件之一，在自動(dòng)松拉刀的主軸松刀時(shí)，氣缸用于松刀的力全部由氣缸連接盤(pán)來(lái)承受，完成松刀的動(dòng)作，所以此工件一般采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼，即45鋼或42CrMo，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后進(jìn)行加工。雖然經(jīng)過(guò)上述處理后，切削加工性能優(yōu)良，但因主軸內(nèi)部需要放置較多的傳感器，避空位置較多，形狀復(fù)雜，切削量大，導(dǎo)致現(xiàn)有的加工效率較低。

本文從各種自動(dòng)換刀的主軸中選擇一種典型的工件JD120氣缸連接盤(pán)（見(jiàn)圖1），重點(diǎn)介紹氣缸連接盤(pán)的銑削用夾具的設(shè)計(jì)。材料為45號(hào)鋼，正火處理，主要去除量來(lái)自對(duì)3個(gè)避空槽的加工。

圖1 JD120氣缸連接盤(pán)

圖2 JD120氣缸連接盤(pán)的加工尺寸

1.工件圖樣分析及加工工藝的確定

JD120氣缸連接盤(pán)的加工尺寸如圖2所示，加工難度不大，主要精度尺寸是φ50mm的尺寸與上、下面的垂直度，公差等級(jí)全部為IT7，數(shù)控車(chē)床可保證；但槽的加工主要靠銑削加工去除材料，雖然工件是規(guī)則形狀，可用通用的三爪自定心卡盤(pán)或單動(dòng)卡盤(pán)夾緊、在三軸機(jī)床或四軸機(jī)床加工，但是在大批量加工時(shí)，因上、下工件時(shí)所用時(shí)間與加工時(shí)切削的所用時(shí)間較長(zhǎng)，故效率較為低下。

原采用三軸的精雕機(jī)與三爪自定心卡盤(pán)夾緊進(jìn)行加工，加工兩件所需時(shí)間達(dá)42min。為提高其效率，減少上、下工件的準(zhǔn)備時(shí)間及加工時(shí)間，現(xiàn)采用可交換工作臺(tái)的臥式加工中心，并設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的銑削用夾具。

2.夾具的結(jié)構(gòu)形式及夾緊方式設(shè)計(jì)

φ110mm的底面是有精度要求的面，加工槽的位置位于上端，可以此面為基準(zhǔn)定位，因使用可交換工作臺(tái)，在方箱上同時(shí)裝兩個(gè)夾具，一共可夾緊8個(gè)工件，一個(gè)工作臺(tái)在加工的同時(shí)，另一個(gè)工作臺(tái)可裝卸工件，使加工時(shí)間與裝夾時(shí)間即加工準(zhǔn)備時(shí)間重合，再者使用液壓夾緊并控制力矩，保證每次裝夾的夾緊力相同，采用此措施既可降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度又能提高加工的一致性，夾具裝上工件的三維造型圖如圖3所示，夾具的正面圖如圖4所示，夾具的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

工件在夾緊時(shí)只需用力矩扳手?jǐn)Q緊最上面的鎖緊螺釘，帶動(dòng)小活塞向下移動(dòng)，封閉在管路中的液體推動(dòng)活塞向右移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)8個(gè)壓板向右移動(dòng)，夾緊工件，當(dāng)松開(kāi)鎖緊螺釘時(shí)，復(fù)位彈簧將推動(dòng)活塞向左移動(dòng)，即可松開(kāi)工件。無(wú)油襯套可保證活塞的運(yùn)動(dòng)順暢，并延長(zhǎng)夾具的壽命，使用同軸密封圈可極大地降低活塞運(yùn)行的摩擦阻力，保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。底板上的液壓管路圖如圖6所示，保證8個(gè)活塞可同時(shí)動(dòng)作。

裝夾工件時(shí)，將可更換工作臺(tái)調(diào)入裝工件區(qū)，工人可面向夾具裝夾工件，松開(kāi)鎖緊螺釘，所有的壓板在彈力作用下抬起，經(jīng)車(chē)削完成的工件如圖7所示，工件沿導(dǎo)向槽裝入，半圓弧定位。裝夾完畢后，等待加工的指令調(diào)入加工區(qū)，與主軸的位置關(guān)系如圖8所示，加工完一面，工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)180°加工另一面。

圖3 夾具三維造型

圖4 夾具正面

圖5 夾具詳細(xì)結(jié)構(gòu)1.無(wú)軸襯套 2.同軸密封圈 3.鎖緊螺母4.壓板 5.防塵密封圈 6.工件7.鎖緊螺釘 8.夾具底板 9.小活塞10.密封圈 11.無(wú)油襯套 12.O形密封圈13.同軸密封圈 14.油缸體15.夾緊活塞 16.復(fù)位彈簧

圖6 液壓管路

圖7 裝夾工件過(guò)程

圖8 加工區(qū)域示意

3.切削力分析及夾緊力的驗(yàn)算

（1）切削力的分析。銑刀的切削力實(shí)際與工件成一定的角度，為保證安全，在本例中取90°，即所有力全部轉(zhuǎn)化成扭矩，本例中的銑刀采用兩面刃銑刀，近似銑削力的計(jì)算：中F為銑削切削力；ap為銑削深度，指銑刀刀齒切入切出工件過(guò)程中，接觸弧在垂直走刀方向平面中測(cè)得的投影長(zhǎng)度，本例取ap＝22mm；fz為每齒進(jìn)給量，fz＝0.06mm；D為刀具直徑，D＝22mm；B為銑削寬度，B＝10mm；Z為銑刀齒數(shù)，Z＝2。將上述各參數(shù)代入銑削力的計(jì)算式得：F＝2 452×220.8×0.060.7×22－1.1×100.85×2＝1 918.47N。

（2）夾緊力的驗(yàn)算。實(shí)際所需夾緊力的計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，一般只能作粗略的估算，因此本例中取最不利工件夾緊方向做驗(yàn)算。

工件以底面為定位，其夾緊示意如圖9所示，本例中每個(gè)工件有3個(gè)壓板壓緊，每個(gè)壓板同時(shí)壓兩個(gè)工件，所以總的壓緊力為3/2W，因此壓板所需壓緊力為：3/2W×μ×L2＝K×F×L1，即W＝2KFL1/（3μL2）。其中W為夾緊力；K為安全系數(shù)，取2.0；μ為摩擦系數(shù)，光滑面之間取0.1～0.2，本例取0.15，將上述參數(shù)代入夾緊力公式得：W＝2×2.0×1 918.47×0.037/（3×0.15×0.050）＝12 619.26N。

圖9 夾緊示意

根據(jù)螺母扭緊力矩的計(jì)算公式：T＝KFd，取T＝4N·m，人手不費(fèi)勁即可擰緊，圖5中鎖緊螺釘為M12，取小徑d＝10.5mm，K取0.2。代入公式可得小活塞上的推力F1＝4/（0.2×0.010 5）＝1 904N。

根據(jù)液體內(nèi)部壓強(qiáng)處處相等的原理，可得夾緊活塞的推力為F2，即：F2＝F1·S2/S1。其中小活塞的直徑D1＝10mm，夾緊活塞的直徑D2＝40mm，代入式中可得：F2＝1 904×402/102＝30 464N。

復(fù)位彈簧的剛度為30N/mm，初始?jí)嚎s3mm，一個(gè)夾緊活塞后面有3個(gè)彈簧，總計(jì)彈力F3＝30×3×3＝270N，則W′＝F2－F3＝30 464－270＝30 194N大于所需的夾緊力12 619.26N，故此壓緊力完全可滿(mǎn)足工件的壓緊要求。

4.結(jié)語(yǔ)

該夾具利用了液壓增力的原理，用手動(dòng)較小的力可產(chǎn)生較大的壓緊力，再者將加工準(zhǔn)備時(shí)間與加工時(shí)間重合，提高了設(shè)備的利用率，將原來(lái)的單件加工時(shí)間42/2＝21min，減少為75/8＝9.375min，在此過(guò)程中工人還可做到一人雙機(jī)或3機(jī)，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，該夾具的設(shè)計(jì)完全滿(mǎn)足使用要求。