基于精度要求下的特殊孔機械加工工藝及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計

王麗君

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航空制造工程學(xué)院， 西安 710089)

0 引言

工業(yè)發(fā)展促進了科技進步，部分特殊鉆孔機械要求能夠結(jié)合紡織機搖臂零件加工需求實現(xiàn)設(shè)計。搖臂零件屬于紡織機械中使用較為廣泛的零件裝置，其對于紡織機械運行過程中具有重要的作用。但是在實際使用過程中，在實現(xiàn)加工搖臂零件裝配的時候會出現(xiàn)零件尺寸大小不同、位置精度不精準(zhǔn)等不滿足搖臂零件設(shè)計需求的問題，以此導(dǎo)致加工零件出現(xiàn)多種廢棄零件，從而為企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。本文就是根據(jù)紡織機械搖臂的零件設(shè)計需求，分析其加工工藝。

1 特殊孔機械加工工藝和夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的簡單分析

在搖臂零件加工過程中，夾具利用大平面及加工零件A面接觸，而且對加工零件三自由度進行限制。夾具利用短圓柱銷和鉆160+0.025內(nèi)孔進行配合，對加工零件自由度進行限制。使用支撐釘對其中某個加工零件自由度進行限制，從而能夠有效保證機械零件在加工過程中使用夾具就能夠?qū)崿F(xiàn)所有加工零件的定位，以此對加工零件精度進行有效的保證[1]。

在特殊孔加工工藝中使用夾具，主要是使用偏心輪將兩邊零件進行夾緊，在手柄轉(zhuǎn)動的過程中，偏心輪回帶動壓板繞著中心軸進行回轉(zhuǎn)，之后夾具將加工零件進行夾緊。在保證加工零件夾緊之后，分別對鉆孔實現(xiàn)加工，在加工鉆孔之后將夾具手柄進行松開，之后取出加工零件，然后利用手工方式實現(xiàn)50+0.021孔的加工。在實現(xiàn)加工過程中為了能夠?qū)庸ぜ冗M行有效的保證，要求對加工工件中心孔孔距、精度、尺寸及孔之間的位置進行計算。根據(jù)紡織機械搖臂零件加工的需求，對零件孔實現(xiàn)加工的過程中，要對兩個孔的中心距進行精心的設(shè)計。根據(jù)紡織機械搖臂加工需求，兩個孔的中心距離為0.1 mm。

另外，在實現(xiàn)加工件夾具使用的過程中，還要精準(zhǔn)計算孔洞精度，保證加工零件A面和孔洞垂直度能夠滿足加工需求。利用科學(xué)方法對孔洞中心距尺寸公差進行計算，從而避免在加工裝配過程中出現(xiàn)尺寸誤差。通過夾具定位對加工鉆頭鉆偏的問題進行控制，以此對機械加工零件質(zhì)量及精度進行有效的保證[2]。

2 特殊孔機械加工工藝的詳細(xì)研究

如果根據(jù)傳統(tǒng)特殊孔機械加工工藝加工實現(xiàn)搖臂零件的制造，其鉆孔位置及尺寸都無法滿足機械工作運行的需求。基于此，可以利用毛坯鑄造、孔端面精銑及時效等多種方式檢測零件的工藝，之后加工搖臂零件的孔洞。利用技術(shù)及方法實現(xiàn)加工檢測，對搖臂零件工藝精度進行有效的改善，以此使生產(chǎn)質(zhì)量得到有效的提高。但是在實現(xiàn)搖臂零件特殊孔洞加工過程中，其寬槽并沒有實現(xiàn)打磨處理，還是原本的鑄造毛坯。所以在實現(xiàn)零件鉆孔過程中會導(dǎo)致鉆頭鉆偏的情況，不僅會使空洞精度與實際具有一定的誤差，還會使卷緯機在工作過程中釘帶跑偏，對機械加工生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響。搖臂零件的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 搖臂零件的結(jié)構(gòu)

在紡織機械卷緯機裝置運行過程中使用搖臂零件，要求鉆頭反復(fù)切入、切出工作，才能夠進行特殊孔鉆孔作業(yè)。傳統(tǒng)鉆孔工藝要實現(xiàn)適當(dāng)?shù)耐晟疲拍軌蛟趽u臂零件生產(chǎn)加工中使用，而且還要對搖臂零件的加工工藝特殊性進行全面注意[3]。

部分紡織機械及輕工機械零件加工過程中根據(jù)相應(yīng)步驟實現(xiàn)處理，但是后期在檢測零件精度過程中并不能夠滿足實際零件尺寸及精度需求，從而就會出現(xiàn)大量零件廢品，以此對經(jīng)濟造成了嚴(yán)重的損失。但是，在改善技術(shù)之后，也能夠有效改善零件加工工藝，根據(jù)改進工藝技術(shù)實現(xiàn)零件加工生產(chǎn)及技術(shù)的處理，零件尺寸滿足實際需求，從而能夠有效提高加工的精度[4]。

3 特殊孔工藝夾具的設(shè)計研究

傳統(tǒng)夾具設(shè)計屬于基于經(jīng)驗設(shè)計的方式，其要求具備豐富經(jīng)驗的操作及專業(yè)技術(shù)人員實現(xiàn)，傳統(tǒng)夾具設(shè)計的周期比較長，并且勞動量比較大，而且投入成本比較高，不容易修改，所以傳統(tǒng)夾具就無法滿足現(xiàn)代工業(yè)制造發(fā)展的需求。為了能夠滿足現(xiàn)代生產(chǎn)需求及生方式的不斷改變，對夾具的設(shè)計也提出了較多的需求。在數(shù)控機床不斷使用的過程中，大部分機械制造使用機床專用夾具。夾具傳統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化機械制造的需求，在夾具設(shè)計不斷發(fā)展的過程中，設(shè)計也包括了多種內(nèi)容，比如鉆套高度、定位基準(zhǔn)、夾緊裝置等。通過準(zhǔn)套高度方面分析，根據(jù)已經(jīng)測量的加工孔孔徑大小對鉆套高度進行確定，如果鉆套越高，表示直徑和高度的比就會越大，偏角就會越小，提高鉆孔加工的精度[5]。夾具在設(shè)計過程中需要滿足以下基準(zhǔn)：

其一，工件定位基準(zhǔn)要和設(shè)計基準(zhǔn)相互重合；

其二，合理選擇定位元件；

其三，在定位元件中要滿足六點定位原理需求。

另外，在設(shè)計夾具的過程還要充分考慮夾具，夾緊和定位屬于夾具安裝過程中的重點內(nèi)容，能夠降低不必要的化纖環(huán)節(jié)，實現(xiàn)工件的迅速精準(zhǔn)安裝，降低加工的手續(xù)，使機械加工時間得到縮短，以此使勞動效率的得到進一步的提高，并且還能夠降低在定位安裝過程中出現(xiàn)的誤差機率，提高夾具精度及穩(wěn)定性、可靠性，以此使工件能夠相互的轉(zhuǎn)換，使夾具安裝技術(shù)水平需求得到降低，以此提高夾具和使用機率。

通過反復(fù)的設(shè)計研究表示，根據(jù)此零件特殊性和本工序加工過程中據(jù)有一個孔的時候，鉆頭要求利用切入和切出反復(fù)的特點，以此就對第二次的切入進行了明確，準(zhǔn)頭是通過凹凸不平毛坯面中切入，所以在切入過程中會鉆偏。并且，還要全面考慮鉆頭鉆套和第二次切入面距離相差較大，而且鉆頭直徑小，以此還會導(dǎo)致出現(xiàn)彎曲變形的情況，所以在鉆孔過程中就會出現(xiàn)便宜，降低了位置精度[6]。

針對上述問題，本文就在工藝夾具設(shè)計過程中實現(xiàn)了全面的改進和完善。在13 mm槽的位置添加了一個鉆套，鉆套的安裝位置,如圖2所示。

圖2 鉆套的安裝位置

在對鉆套布置之后，能夠?qū)︺@頭引導(dǎo)精度進行有效的降低，以此能夠使鉆頭鉆偏問題得到有效解決，所以就能夠使加工精度得到進一步的提高。夾具裝配的簡單結(jié)構(gòu),如圖3所示。

4 特殊孔工藝改進夾具定位的原理及操作

根據(jù)上述特殊孔加工過程中使用夾具改進的設(shè)置，在實現(xiàn)搖臂零件加工過程中，夾具要利用大平面及工件A面實現(xiàn)接觸，從而有效限制工件三自由度。并且夾具還要利用短圓柱銷和工件內(nèi)孔進行相互的配合，有限限制工件兩個自由度。另外，夾具還要利用支撐釘作用限制工件一個自由度，從而使工件在進行加工的時候能夠利用夾具實現(xiàn)加工工件全面的二定位，以此有效保證工件加工過程中的精度[7]。

1-手柄;2-偏心輪;3-拉簧;4-轉(zhuǎn)軸;5-心軸;6-壓板;7-鉆套;8-短定位銷;9-夾具體;10-安裝孔;11-定位銷釘;12-支承釘;13-鉆模板螺釘;14-中間增加鉆套

圖3 改進之后夾具裝配的簡單結(jié)構(gòu)

另外，在使用特殊孔工件加工過程中使用夾具，主要是利用偏心輪夾緊，對手柄進行轉(zhuǎn)動的過程中利用偏心輪使壓板能夠回轉(zhuǎn)，并且夾緊工件。在夾緊工件之后對兩個鉆孔實現(xiàn)加工，完成鉆孔之后將夾具手柄進行松開，從而將加工工件進行取出，利用手工實現(xiàn)鉆孔的加工。

在實現(xiàn)工件加工的時候為了能夠提高工件加工過程中的進度，就要實現(xiàn)加工工件兩個孔中心距離的尺寸精度，并且還要計算兩個孔的位置進度。首先，以紡織機械搖臂零件的加工需求，在實現(xiàn)零件鉆孔加工時候精度為0.1 mm，而且兩個孔和加工工件垂直度為0.025 mm。所以，在實現(xiàn)工件加工使用夾具設(shè)計的過程中，要全面考慮定位誤差和導(dǎo)向誤差對工件精度的影響，并且利用以下公式實現(xiàn)加工精度的計算：

[(D+δD)-(d-δd)]+[(D1+δD1)-(d1-δd1)]+

在以上公式中，δK指的是兩個孔之間的中心距尺寸公差，D、D1、d1、d指的是兩個孔的基本尺寸。

另外，在計算兩個孔位置精度的過程中，以零件加工過程中對兩個孔和加工零件的A面垂直度需求，要通過以下公式進行計算：

通過以上公式計算工件的加工精度，能夠有效避免使裝配應(yīng)用過程中誤差的不斷擴大。并且還能夠利用夾具的定位有效控制加工過程中鉆頭出現(xiàn)鉆偏的誤差，以此有效保證加工工件的精度[8]。定位、導(dǎo)向元件尺寸和偏差,如圖4所示。

圖4 定位、導(dǎo)向元件尺寸和偏差

5 總結(jié)

在我國社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的過程中，其科學(xué)技術(shù)也在不斷的進度，我國紡織機械搖臂零件加工需求越來越高。那么本文就針對紡織機械和輕工機械中的張緊搖臂零件，對零件在實際使用過程中的情況及設(shè)計過程中的需求，分析了傳統(tǒng)加工過程中出現(xiàn)問題的因素，并且實現(xiàn)了此種特殊孔加工工藝的夾具。本文所設(shè)計的夾具具有創(chuàng)新性，尤其是中間鉆套結(jié)構(gòu)的設(shè)計。并且通過實踐表示，此種工藝夾具不僅能夠提高加工精度，還能夠使生產(chǎn)率得到進一步的降低，并且將鉆套結(jié)構(gòu)作為技術(shù)基礎(chǔ)，能夠有效避免鉆頭出現(xiàn)跑偏的情況，以此有效推廣到各個機械加工過程中。