一種三維激光切割加工快速裝夾夾具設計

謝旺盛

摘要：針對三維激光切割加工的鈑金件，剛性差，定位裝夾效率低，傳統夾具制作耗時，適用性差，零件質量不可控等問題進行分析，并通過設計快速裝夾夾具解決了問題，保證了產品質量。

Abstract： The problems of 3D laser cutting processing sheet metal parts are analyzed， such as， the rigidity is poor， the positioning and clamping efficiency is low， the traditional fixture is time-consuming， the applicability is poor， the quality of the parts is uncontrollable， and so on. The problems are solved by designing the quick clamping fixture to guarantee the product quality.

關鍵詞：激光切割;鈑金件;快速裝夾;夾具;工藝

Key words： laser cutting;sheet metal parts;quick clamping;fixture;process

中圖分類號：TG485? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）29-0183-03

0? 引言

為滿足產品的功能和外觀等要求，鈑金件都具有強度高、重量輕、成本低、可大規模量產性能好等特點，所以在電子電器、通信、汽車工業、醫療器械等領域得到了廣泛應用。隨著鈑金的應用越來越廣泛，鈑金件的設計制作變成了新產品開發過程中很重要的一環。一般情況下，新開發的鈑金件在模具沖壓成型后，外形2D輪廓和孔沒有最終定型前，不會直接開發沖孔切邊工序的模具，如何快速完成樣件輪廓和孔的加工呢？這時候就要應用到激光切割加工技術了。激光切割可大大減少加工時間，降低加工成本，提高工件質量。

1? 鈑金件加工工藝分析

①選擇汽車鈑金零件（以橫梁安裝支架為例，如圖1所示），由于該零件空間曲面較多，定位裝夾比較難，按照現有裝夾工藝，采用石膏粉與膠水按一定比例調勻，抹在零件不需加工的部位，再插入一根支撐桿，模型涼干后，把支撐桿固定在工作臺上就可以調試加工了。這種工藝方法可以有效對鈑金類零件進行固定裝夾，但是在加工過程中，產生的熱量令石膏模蒸發的水汽使得零件的接觸面生銹，如果時間使用模型還會收縮變形導致零件定位不準確，而且大多數是一套石膏模型夾具只對應一種零件，應用范圍較小，裝夾固定校正效率低，夾具制作耗材耗時，很難做到一套夾具只需經過簡單快速修改就能適用于不同零件的固定定位裝夾，且又能大大降低夾具制作成本，同時有效保障激光切割的零件質量可控性。

②通過對該零件進行加工技術分析，加工技術難點主要有：

1）零件空間曲面復雜，而要求加工的3D曲面輪廓與孔的相互位置精度要求很高（0.1mm以內）;

2）壁厚較薄，加工過程中，在切削熱和夾緊力的作用下，容易引起變形，嚴重影響工件的精度;

3）如果采用傳統的石膏模型定位方式，在切削熱的作用下，工件會生銹，嚴重影響表面質量;

4）如何解決工件快速準確定位和減少工件變形，有效保障加工零件的質量，設計出合理有效的夾具是關鍵。

2? 零件加工夾具設計

①鑒于該零件存在的上述難點和不足，經過技術研發了一種新的快速裝夾夾具，有效提高激光三維切割鈑金類零件裝夾固定的校正效率、提高夾具適用性，降低夾具制造成本，保障零件切割質量。

②工藝思路，以零件安裝孔底面為工藝基準實現定位。

③夾具設計步驟（表1）。

④夾具設計說明。

1）快速裝夾夾具分為支撐立柱（如圖7所示）和定位卡板（如圖8所示）兩部分。支撐立柱包括支撐柱底板（如圖4所示）、支撐柱立板和固定卡板（如圖3所示）、支撐柱頂板（如圖5所示），定位卡板包括定位底板、3D型面定位卡板，固定螺釘等。所述支撐柱底板固定槽、卡板槽、固定螺紋孔。所述支撐柱底板設計有能將支撐立柱整體定位在三維激光切割機的工作臺上的多個固定槽，所述支撐柱立板設有卡板槽，所述支撐柱頂板加工有卡板槽和固定螺紋孔，所述固定卡板設有卡板槽，所述3D型面定位卡板設有卡板槽及與鈑金件3D型面對應的輪廓（輪廓通過設計軟件UG使用投影功能，把平行線條投影至定位的3D曲面上，然后拉伸成型），所述定位底板設有固定槽。

2）裝配流程：支撐柱立板通過卡板槽相互穿插定位，四周壓入支撐柱固定板卡扣而固定，然后與支撐柱底板、支撐柱頂板通過焊接連接裝配成所述支撐立柱（如圖7所示）;3D型面定位卡板通過卡板槽相互穿插定位，然后與定位底板通過焊接連接裝配成所述的定位卡板（如圖8所示）;支撐立柱與定位卡板通過卡板槽、固定螺紋孔與固定卡板固定裝配成所述的快速裝夾夾具（如圖9所示），快速裝夾夾具通過固定槽與機床工作臺上的螺紋孔連接固定;定位卡板的異形輪廓通過與零件3D型面貼合實現定位裝夾。

3）設計的快速裝夾夾具的主要功能和優點：

a）夾具取材方便，主要材料為碳鋼板，制作材料也可以使用零件切割下來的的廢棄物來制作。制作簡單（利用激光切割機切割形狀），支撐柱使用數量根據零件大小來決定，夾具每塊鈑金重量大約在1-2公斤，每個立柱重量10-12公斤，1個成年人即可抬起，極方便裝拆。組裝簡單方便快捷（大部分采用卡槽定位的形式，穿插即可），具有很強的機動性，能夠隨時應對零件的相關設變，適用面廣，完全可以滿足大批量生產要求，大大降低了夾具制作成本。

b）夾具裝夾零件效率高，由于定位卡板的輪廓是通過鈑金件的3D型面設計切割成形的，可以實現快速裝夾定位，有效保障了激光切割零件質量的可控性。

c）夾具的適用性高，定位卡板為零件的主定位，支撐柱、固定卡板為輔助定位，夾具能夠適用于大多數激光三維切割零件，并且該夾具能夠根據零件大小的不同合理選擇支撐柱的使用數量，并根據零件型面的不同，只需簡單修改定位卡板與零件型面貼合部分（即異形輪廓）就可以使得夾具能同時固定定位數個相同或不同的零件，大大提高零件固定裝夾與切割效率，降低了工裝夾具成本。

3? 結束語

通過利用該快速裝夾夾具加工的不同零件，經過測量，所有尺寸都符合零件圖紙設計要求，質量可控性均得到有效保障，夾具的整體結構使用壽命不受影響。

參考文獻：

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