高壓油泵單元殼體隨行夾具開發*

魏 偉,張同兵

(寶雞機床集團,陜西 寶雞 721013)

0 引言

隨著智能制造理念的不斷發展，工裝夾具在工藝準備中的重要性日益凸顯。現代工裝夾具的發展方向為柔性、精密、標準、智能。傳統的工裝夾具適用于人工上下料，卻不能滿足自動化的需求。因此，夾具本身具有的自動化程度、柔性以及調整時間的長短極大地影響了整個制造環節的效能。夾具標準化接口作為制造工藝的鏈接紐帶，重要性日益顯現，采用先進的夾持技術和標準化接口可以實現工件的高效可靠夾持，大大節省了裝夾時間，提高了機床的有效使用率，從而提高了生產效率，降低了加工成本。而夾具與自動化的結合又是自動化產線和智能制造的緊迫需求。本文開發的高壓油泵單元殼體隨行夾具是將夾具和自動化生產線運行有機結合的大膽嘗試，為復雜外形零件的多工序、多工種自動化加工探索出一個新的方向。

1 隨行夾具的功能要求

高壓油泵驅動單元的主要功能是提供燃油泵的動力。殼體零件作為高壓油泵驅動單元的核心關鍵零件，其精度和加工質量直接決定了高壓油泵驅動單元的最終水平。

高壓油泵驅動單元殼體是材料為AC4B JIS H5202的鋁合金不規則異型零件，需要分別采用數控車床和立式加工中心進行加工。為了實現自動化生產線的生產方式，提出了機器人的裝夾實現標準化、快速、可靠裝夾的要求。所以開發的隨行夾具必須滿足車床裝夾、立加裝夾、機器人夾持的標準化、通用化要求。

2 高壓油泵驅動單元殼體零件加工工序分析

高壓油泵驅動單元殼體零件為典型的空間孔系零件，各空間孔有嚴格的空間位置要求，其各工序加工示意圖如圖1所示。其中兩垂直孔系既有內孔加工也有外圓加工，同時有很高的粗糙度要求，必須采用2道工序的車床完成加工；其他孔分別通過立加的4道工序完成加工。

圖1 殼體零件各工序加工示意圖

傳統的殼體零件加工也是采用車床和立加兩類機床完成不同工序的加工，其中車床的2道工序加工是采用毛坯外形定位裝夾，以加工車床1加工的孔定位完成另外垂直孔的車床2加工工序，兩工序在加工過程中必須采用專用的夾持工裝裝夾；4道立加加工工序因所有孔系相互間都有嚴格的位置度要求，加工方法是用加工中心在毛坯上加工出定位基準，或者利用前道工序車床加工的孔作為定位基準在立加機床上進行定位裝夾，從而達到所有孔的加工位置度要求。

傳統的工藝方法中零件多次裝夾，基準相互轉換，導致零件加工的效率低、加工精度分散度大;每臺機床均采用了不同的裝夾方式，專用夾持工裝采用人工操作，由于夾緊力的變化導致零件裝夾過程的變形無法精確控制;由于零件的不規則外形，在實現機床自動化裝夾時難度增加,同時，也使實現機器人自動化夾持成為無法解決的難題。

3 隨行夾具原理及結構分析

在殼體零件傳統的6道工序加工中，車床加工過程的工件旋轉和立式加工中心加工過程的刀具旋轉是兩種不同的加工方式，對工件的夾持位置、回轉的平衡性都有不同的要求。要實現各工序加工過程的自動化裝夾，同時使用機器人完成零件的自動上下料，就必須將各機床和機器人的裝夾采用標準化、通用化方式。

在車床加工過程中通常采用配液壓回轉油缸的液壓卡盤來實現快速可靠的自動夾持。零點定位的裝夾方式是目前加工中心設備采用的可互換的、標準化的工裝和零件裝夾方式。機器人常用的零件抓取方式有兩爪和三爪，三爪的方式多用于圓形回轉體零件的自定心夾持，而兩爪夾持則需要零件外觀是有規則的矩形結構。針對機床和機器人的這些裝夾特點，將不規則外形的殼體零件安裝在一個夾具上，此夾具不僅設計有車床夾持的標準化裝夾基準來實現液壓卡盤夾持，同時設計有立加夾持的標準化裝夾基準實現零點定位夾持，也設計了機器人手爪的裝夾基準實現兩爪夾持。夾具與零件隨行在各工序間流通，即采用隨行夾具的方式實現零件自動化多序加工,隨行夾具三維模型如圖2所示。

圖2 隨行夾具三維模型

在自動線運行過程中，機器人兩爪夾持機器人裝夾基準使得隨行夾具帶殼體零件在各工序間自動流轉。在車床工序加工兩垂直孔時，機床液壓卡盤分別夾持車床1和車床2裝夾基準，完成車床工序加工。在立加加工時，各工序機床在不同空間位置的零點定位接口夾持統一的立加裝夾基準，完成立加4個工序孔系的加工。

為使殼體零件能夠可靠地安裝在隨行夾具上，必須根據隨行夾具的要求先加工出定位基準，通過采用典型的一面兩銷定位方式(如圖3所示)使零件和隨行夾具結合成一體，完整地將零件定位基準傳遞到隨行夾具的各裝夾基準上。

圖3 殼體零件的一面兩銷定位方式

在本方案中，通過立式加工中心先加工出定位基準，然后將殼體零件毛坯安裝到隨行夾具上，此隨行夾具將車床加工定位基準、加工中心裝夾定位基準、機器人夾持定位基準統一集中在一起。2道車床工序采用液壓卡盤的夾緊方式(如圖4所示)，4道立加工序采用零點定位的定位夾緊方式(如圖5所示),機器人夾持卡爪采用標準的兩爪夾持方式(如圖6所示)。在加工設備上制作相應的標準化工裝接口，使各裝夾基準與隨行夾具上一一對應，既保證了各工序加工過程中的精確定位，也解決了自動化生產中機器人夾持異型工件定位不準的問題，從而解決了異型零件大批量自動化加工的難題。

圖4 車床加工液壓卡盤的夾緊方式

圖5 立加零點定位裝夾

圖6 機器人夾持

4 結語

通過隨行夾具的應用，將異型殼體零件加工的各工序標準化裝夾基準和機器人的標準化夾持基準設計到一個隨行夾具上，實現了異型零件多工序的自動化加工，提高了裝夾精度和可靠性，使加工零件精度大幅度提高。由于采用了標準化的接口，可在隨行夾具外形不變的情況下使類似殼體零件的混線柔性自動化生產成為可能，為智能制造打下堅實的基礎。