管接頭零件轉位加工技術研究及夾具設計

李志豪 溫 良 王 強 周 慶 王永洪

(成都飛機工業(集團)有限責任公司，四川 成都 610091)

管接頭是航空液壓、燃油、環控等多個系統的主要管路連接件，在液壓、氣壓、油路等管路中，起到改變管路方向，傳遞液壓油、燃油等介質，對液壓燃油、空氣等介質起到分流、合流、限流等作用。因工作區域廣泛，導致其結構形式多種多樣，如圖1所示，按管嘴數量可分為兩通、三通、四通和五通管接頭，按結構形式可分為無偏心管接頭、偏心結構管接頭。

管接頭零件因結構特點多為鍛造毛坯加工，導致其定位基準差，且加工部位不在同一方向導致裝夾次數多。傳統的加工方法為普通車床加組合夾具或簡易夾具的形式，如圖2所示，每加工一側管嘴結構，均需要一套組合夾具[1]，因夾具種類多、體積大導致裝卸不方便，且普通車床轉速低導致零件表面不夠光滑。后續已通過改變卡爪結構，優化為數控車床加自制簡易夾具的形式，如圖3所示，零件加工表面質量問題得以大幅改善。但隨著飛機產量的大幅提升，生產周期的縮短，以數控車床加自制簡易夾具逐次加工單一管嘴的方法已不能滿足當前的生產需要，急需一種更為高效的加工技術來解決因裝夾次數多導致加工效率低、零件互換性差的問題。本文基于分度卡盤的應用對管接頭零件在數控車床上的快速裝夾、自動轉位夾具進行研究與設計，實現了管接頭零件在數控車床上的高效高質量加工。

1 管接頭自動轉位加工技術分析

通過圖1可以看出，管接頭零件的加工部位基本為管嘴及內孔，其外部中心處扳手臺及相鄰管徑為非加工區域，可用于零件定位裝夾[2]；采用二爪或四爪卡盤，通過夾具對非加工管徑進行裝夾定位加工，加工完一側管嘴后，改變夾具在卡盤上的裝夾角度，實現其余管嘴的加工，夾具裝夾及零件加工次數仍取決于管嘴的數量，零件整體加工效率不高。

分度卡盤是一種改變零件裝夾角度很實用的結構，通過對零件加工步驟及分度卡盤的分析，設計出了一套數控車床自轉位加工的機構，如圖4所示；將分度卡盤通過不銹鋼導油管、內六角螺釘等與機床主軸連接，卡盤壓爪通過自動轉位夾具固定零件，機床主軸中心線與管嘴一軸線重合[3]，夾具旋轉軸線即為管嘴軸線所在平面上各軸線交點的垂線，如圖5所示。通過集成改裝，卡盤壓爪借助尾座的M指令來實現轉位功能，例如轉位90°的指令為：

G0 Z___(退刀)

G0 X___(退刀)

M85(夾爪轉位45°,機床PLC設定延時2 s后再轉45°)

G0 Z___ X___(進刀)

加工時，將被加工零件放置于自動轉位夾具中間，自動轉位夾具在機床液壓系統控制下自動向機床主軸中心線方向收緊，實現自動夾緊、快速定位功能。完成一側管嘴的加工內容后，夾緊活塞在機床液壓系統控制下，沿著夾具旋轉軸線轉動，驅動夾緊底座、夾口及自動轉位夾具旋轉，被加工零件隨著自動轉位夾具一同旋轉，實現被加工零件自動轉位功能，隨即可進行另一側管嘴的加工。自動轉位夾具旋轉過程中，夾具與零件之間的位置關系未發生變化，因此無需再次對刀、測量等操作，重復定位精度由機床底座自身決定，加工質量穩定。通過此技術即可實現管接頭零件一次裝夾，自動轉位加工多側管嘴，大幅提高零件加工效率，減小因多次裝夾誤差導致的管嘴軸線偏差。

2 自動轉位夾具設計應用

2.1 無偏心管接頭自動轉位夾具

為實現管接頭零件在數控車床上的自動轉位加工，轉位夾具必須具有自動定位、夾緊及轉位功能[4]。針對無偏心結構的管接頭零件，以如圖6所示的異型管接頭為例，進行零件工藝流程分析及轉位夾具設計。

該零件共有1#～5#五個管嘴，按傳統加工方式需要進行5次裝夾定位加工；通過管接頭自動轉位加工技術分析，我們得知通過尋找零件的轉位旋轉中心A1、A2，并設計對應的自動轉位夾具Ⅰ、Ⅱ，如圖7所示，使零件裝夾在自動轉位夾具上時，夾具旋轉軸線穿過零件轉位旋轉中心，即可實現一次裝夾，相應管嘴轉位連續加工[5]。

上述異型管接頭零件優化后的數控加工方式如表1所示，兩次裝夾即可實現5個管嘴的加工，累計完成一個零件的加工只需近25 min，大幅減少了操作人員更換定位夾具、對刀的工作量，相比傳統加工模式，總體加工時間縮短了3倍；5次裝夾定位變成2次，有效解決了因鍛造毛坯不易裝夾，多次裝夾導致管嘴軸線存在偏差、零件互換性差的問題。

2.2 偏心結構管接頭自動轉位夾具

具有偏心結構的典型零件為轉動接頭，如圖9所示；轉動接頭是航空飛機液壓系統中重要的管路連接件，是實現飛機起落架收放功能的重要部件之一，其零件主體軸線與一管嘴軸線存在偏心距S，且不同部位的該類零件偏心距存在一定差異，針對此類零件的自動轉位夾具設計，重點在夾具偏心距的調節。

通過設計一套偏心距可調的轉位夾具，如圖10所示，包括基體、定向螺栓、T型滑塊、調節底座、固定螺釘和定位銷；轉動接頭零件通過此夾具在分度卡盤上的裝夾方式如圖11所示；零件工藝凸臺上的定位面與管嘴一軸線平行，定向螺栓利用此定位面，實現零件在夾具上的快速定向，裝夾后管嘴軸線與主軸的中心線滿足重合度的要求[7]。夾具與加工零件具有相同的偏心距S，夾具轉位旋轉軸線通過兩管嘴軸線交點，在裝夾加工完管嘴1#后，夾具自動轉位90°，直接進行管嘴2#的加工。

針對具有不同偏心距的零件，根據調節底座與基體上的刻度線，通過T型滑槽結構滑動對夾具偏心距進行調節；基體和調節底座上均開有4個常用偏心距快速定位孔，通過插入定位銷，對調節底座進行快速定位，擰緊固定螺釘后，拔出定位銷，即可實現常用偏心距的快速調節。

此偏心距可調轉位夾具的設計應用，實現了單一偏心零件多管嘴的一次裝夾定位，自動轉位加工多個管嘴，同時實現了多個偏心距不同的轉動接頭零件共用一套夾具；減少夾具數量，降低夾具訂制費用的同時，提高了管接頭零件的加工效率，減少了零件裝夾次數，避免了反復裝夾公差累計導致零件超差。

表1 管接頭自動轉位加工步驟

3 結語

根據管接頭零件的結構特點，并結合數控車床上分度卡盤的應用情況，設計研發出了兩套結構新穎、運行可靠自動轉位加工機構，實現了無偏心管接頭和具有偏心結構的轉動接頭的高效裝夾定位與加工，徹底解決了管接頭零件因種類多、數量大及鍛造毛坯不易裝夾定位造成的生產加工瓶頸問題，拓展了數控車床應用范圍的同時，為企業柔性生產的構造打下了良好的基礎，也對結構復雜的回轉體零件加工起到一定的借鑒作用。

實踐證明：自動轉位夾具具有快速設計制造、通用性強、結構簡單、使用方便的特點；轉位加工技術實現了管接頭零件自動轉位連續加工，保證加工質量，提高效率，降低了操作者的勞動強度[8]。