球面管接頭零件快換工裝設計與應用

王發光 范海波 張開 楊引鋒

摘? ?要： 在使用專用工裝加工球面管接頭零件的螺紋及密封錐面時，一個零件對應一個專用工裝。工裝不僅結構復雜，而且相互之間無互換性，造成資源浪費。為球面管接頭零件設計一種快換工裝，由夾具本體、芯軸和安裝樣板三部分組成。夾具本體為通用工裝，加工時對不同的結構尺寸和定位尺寸采用不同的芯軸，并通過安裝樣板進行找正。對300余個零件的結構尺寸和定位尺寸進行分組，僅需8個夾具本體即可替代原有的300余個專用工裝。快換工裝拆卸方便、定位準確，在保證產品質量的同時大大提高了加工效率。

關鍵詞： 球面管接頭;通用工裝;快換工裝;互換性;夾具本體;芯軸

中圖分類號：TH162;TG751? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2095-8412 （2020） 06-035-05

工業技術創新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.06.006

引言

管接頭零件是使管路之間相接或使管路與液壓元件相接的零件，是在流體通路中方便管路裝拆的連接件的總稱[1]。管接頭零件是最基礎的液壓輔件之一，在航空動力系統中得到了重視。在航空動力系統中，航空液壓管接頭連接了管路與泵、閥、缸等液壓組件，組成了飛機液壓系統，對確保油、水、氣在航空動力系統中的可靠循環起到了至關重要的作用[2]。

管接頭零件規格品種繁多，結構復雜。較傳艷等設計的彎管接頭工裝[3]、魏林設計的Y型接頭工裝[4]、王澤亮等[5]設計的錐面工裝、吳麗宏[6]設計的內螺紋工裝，都是針對不同結構的管接頭設計的專用工裝。然而，目前面向球面管接頭（圖1）零件結構實施工裝設計的研究較少，這是因為對于該類管接頭的裝夾加工，必須針對不同結構及尺寸設計不同專用工裝，難以實現互換性，且大量工裝存在，造成了人力、物力、財力的大量浪費。

本文首先對傳統工裝模式及其存在的問題進行分析;然后為球面管接頭零件設計一種通用快換工裝;最后給出加工實例，驗證工裝設計的可行性。

1? 傳統工裝模式及其存在的問題

1.1? 傳統工裝結構及加工方法

在車削螺紋及密封錐面時，傳統工裝結構如圖2所示，主要由裝夾體（1）、連接體（2）、支板（3）、定位軸（4）、壓板（5）、壓塊（6）構成。加工時，將裝夾體柄部裝夾在機床主軸上，找正支板外圓后將零件安裝在定位軸上。用安裝樣板（圖3）裝正零件，壓板通過壓塊壓緊零件后，將安裝樣板拆除，進而對零件進行加工。

1.2? 傳統加工存在的問題

目前采用的工裝通常為專用工裝，存在以下問題：

（1）結構復雜，不易加工;

（2）工裝與加工零件一一對應，難以實現互換性，造成大量專用工裝的存在，給保存、定期檢修造成了人力、財力、物力的大量浪費;

（3）對于新品零件，工裝設計及制造周期長，嚴重影響著零件產品的按期交付。

2? 快換工裝結構設計

對球面管接頭零件進行分組，綜合考慮每組零件的螺紋及密封錐面車削工序，在加工組內不同型號零件時，只需更換或調整夾具的某些部件。

快換工裝主要由夾具本體、芯軸和安裝樣板三部分組成。對于同一組的各加工對象而言，夾具本體部分是完全相同的，而芯軸和安裝樣板是不同的，需要更換或調整某些定位或導向元件，以適應組內不同零件的加工要求。因此，在設計時綜合考慮組內各零件的形狀和尺寸，合理設計通用的基礎件，正確選擇和確定定位基準、定位元件、夾緊方式等[7]。

2.1? 影響因素分析

球面管接頭零件結構如圖4所示。根據零件形狀及尺寸差異，對工裝設計產生影響的有定位尺寸及結構尺寸。選擇定位基準時要依據“基準重合”原則和“基準統一”原則[8]，充分考慮工件的加工精度和裝夾。

定位尺寸通過與工裝定位元素的相應定位工作面實施接觸、配對或對準來保證定位的正確性[9-11]。結構尺寸是使零件裝夾時不會產生干涉或影響尺寸。對于球面管接頭零件的裝夾，主要參數有：

D零和H定位是定位尺寸。只要實現定位尺寸影響因素的快換，便能實現同組別內的工裝快換。其中，

D零—保證與定位芯軸安裝一致性的變量;

H定位—保證車削時零件中心與工裝中心、車床主軸中心重合的變量。

H零和L零是結構尺寸，是影響工裝整體規格的因素。其中，

H零—確定快換工裝夾具本體的規格的變量;

L零—避免非加工面與工裝產生干涉的變量。

2.2? 各結構詳細設計

2.2.1? 夾具本體

夾具本體如圖5所示，該部分為球面管接頭零件加工時的通用工裝，采用45A材料，熱處理硬度HRC35～40，Φ外圓為找正帶，倒角C1用于防止與芯軸干涉，端面槽用于在零件定向時安裝樣板，尺寸L夾使裝夾時滿足定位孔中心到非加工面的各個尺寸之間不干涉。

2.2.2? 芯軸

芯軸為工裝的關鍵部分，示意圖如圖6所示。芯軸需要反復安裝與拆卸，要求硬度高、耐磨損，所以選用T8A碳素工具鋼，熱處理硬度HRC55～60。芯軸與夾具本體及零件相鄰處清根，保證安裝時不干涉。

芯軸與夾具本體、零件相關尺寸選擇原則如下：

（1）d=D，即芯軸d與夾具本體尺寸名義值D相同;

（2）H芯=H本-H定位，保證零件中心與夾具中心重合;

（3）K芯

（4）D銷孔與夾具本體中配做，尺寸及公差相同;

（5）配鉆時保證芯軸與夾具本體槽的端面平行;

（6）芯軸d零與零件尺寸名義值D零相同。

在以上原則中，H本、D銷孔、D、d、K本、K芯為定值。

2.2.3? 安裝樣板

安裝樣板作為找正工具，在零件緊固前通過V型原理對零件找正，然后進行緊固。緊固后將安裝樣板取下，對零件進行加工。

2.3? 工裝的使用

工裝示意圖如圖7所示。在加工球面管接頭零件（5）的錐面及螺紋時，將夾具本體（1）裝夾外圓置于機床軟爪上，找正Φ外圓（找正帶）跳動不大于0.01 mm，然后將芯軸（6）安裝在夾具本體上，通過銷軸（7）固定，從而起到定向作用。銷軸上端面低于芯軸上端面，銷軸下端面低于夾具本體下端面，以防止裝夾干涉。用螺母（3）從下端面將芯軸固定在夾具本體上。將零件安裝在芯軸上，夾具本體中端面槽配合安裝樣板來確定零件的裝夾定向，從而確保安裝樣板對零件的定向。然后，在零件上端墊銅墊片（4），以防壓傷零件，用螺母從上端面固定零件。零件安裝定位后，拆除安裝樣板。最后配做配重（2），根據零件架構及材料比重差異，配重可選用鋁、銅、鋼、鈦合金等不同材料，以保證平衡。至此，裝夾定位完成，可以對零件進行加工。

對于不同零件，加工檢驗合格后，對芯軸和配重進行配對編號，從而便于同類零件后續加工時直接使用。

3? 加工實例

以中國航發西安動力控制科技有限公司（以下簡稱“我公司”）加工的球面管接頭為例，對300余個零件的結構尺寸H零和定位尺寸L零進行分組，如表1所示。

由于H零和L零尺寸區間差異大，所以加工時單一夾具本體無法滿足現場加工的需要。所以針對尺寸差異，我公司將夾具本體分為8組，每次加工時根據表1中尺寸選擇不同夾具本體，用于加工對應組別零件。同一夾具本體針對不同零件制作專用芯軸，同一組別芯軸尺寸d相同，d零與H芯不同。

由于零件與先前的專用工裝一一對應，所以目前有300余套專用工裝。經過分組與現場加工驗證，現有的8個夾具本體能夠替代先前的300余套專用工裝。只需更換芯軸，便能滿足現場加工的需要。

4? 結束語

本文為球面管接頭零件設計了快換工裝，通過對芯軸的更換，實現了球面管接頭零件的快換加工，其拆卸方便、定位準確克服了以往工裝裝夾不方便、難以互換的缺陷。

目前我公司已對多批零件進行了加工驗證，經過對產品的加工質量檢驗，完全符合要求，且大大提高了加工效率。

參考文獻

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[10] 殷國富， 徐雷. 機床夾具設計手冊[M]. 北京： 機械工業出版社， 2004.

[11] 成大先. 機械設計手冊： 第5版第2卷[M]. 北京： 機械工業出版社， 2010.

作者簡介：

王發光（1985—），通信作者，男，碩士，工程師。主要研究方向：機械制造。

E-mail： fgwang0216@163.com

（收稿日期：2020-08-12）