十回路自動旋轉臺的夾具設計

岑達勝

(東風本田發動機有限公司，廣東廣州 510700)

0 引言

隨著產品多樣化的發展和加工技術的進步，多品種共線的柔性化生產漸成主流，對機床夾具的使用性能和結構提出結構簡單、精度高、強度高、通用性好和柔性高等新要求[1-2]。為進一步提高夾具的自動化程度，并且更好地實現多品種柔性化生產，公司新導入的臥式加工中心上采用新式的十回路的旋轉工作臺，為伺服驅動的高精度B軸工作臺。轉臺中心集成了旋轉分配器，能為夾具提供九路油壓或氣壓回路，另加一路冷卻液回路，比過往使用的旋轉臺多出4個回路，為夾具的自動功能提供了很大的擴展空間。原有的六回路自動夾具設計不再適用，必須針對新式的十回路旋轉工作臺設計全新的夾具。本文作者根據十回路旋轉臺和自動夾具的要求，闡述、分析并設計一套多品種共用的加工中心柔性自動夾具。

1 夾具功能設計

1.1 夾具樣式與定位

夾具所加工工件為汽車發動機缸蓋，主要加工內容為精銑缸蓋底面和其他孔系。根據臥式機床和工藝內容，采用立式夾具設計，工件通過夾具立面上的一面兩銷定位，缸蓋底面朝外，排氣面朝上。通過工作臺的±90°旋轉，可加工缸蓋前后兩端面的孔系。

1.2 夾具功能設計

根據生產工藝的需要，該工序生產品種多達8個。通過分析各品種工件的外形特征和加工工藝，并且考慮以后新品種的擴展需求，確定采用模塊化組合夾具的形式，具有快速更換、高精度、基準統一等優點[3]。夾具為雙面夾具設計，即一個夾具本體的正反兩面各組合安裝一個快換板，通過更換快換板來實現更多品種的裝夾

和加工。每個快換板均采用模塊化設計，可根據工藝要求裝夾多個不同品種的工件，板上包含定位塊、定位銷、卡爪、油缸和著座氣密檢測塊等零件，由機床提供的液壓回路來自動控制夾緊和松開。

1.3 控制回路的分配

工序采用機器人自動上下料，所以夾具必須具備全自動的控制功能，由加工中心控制，并與機器人互聯。利用旋轉工作臺提供的9+1回路，設定了控制功能(表1)。

表1 回路控制功能表

2 夾具的結構設計

2.1 夾具主體的設計

夾具主體底面與旋轉臺頂面貼合，通過兩個定位銷來定位。控制回路經過旋轉工作臺從夾具本體正下方進入夾具。根據各回路的位置分布，選取靠前后兩立面的各3個回路來為快換板分別提供夾緊、松開油路和工件氣密檢測回路。快換板三回路與夾具本體回路的連接由下方的3個微型快速接頭實現。快速接頭在正反兩面的位置和安裝規格完全一樣，保證了模塊化和通用性設計。

快換板與夾具本體的結合采用單作用隨行夾緊器。該隨行夾緊器由碟形彈簧提供夾緊力，由液壓力松開，并提供快換板的氣密檢測回路，具有高精度、高夾緊力、高效率等優點。每個快換板由一套4個隨行夾緊器夾緊，總的夾緊力為16 kN，由圓錐和開邊圓錐面定位，重復定位精度高達0.003 mm。通過液壓力松開，可能實現快換板的快速更換并保持高精度。快換板兼有隨行夾具的屬性，實現工件的高效夾持和換型自動化，節省切換時間,提高機床的有效使用率,提高生產效率,降低加工成本[4]。

從主體回路中選取對稱的兩個回路分別控制兩側各4個隨行夾緊器的松開。由于回路數的限制，文中采用一個氣壓回路來同時檢測兩個快換板的夾緊狀態。

在機器人自動上下料的自動夾具應用中，鋁屑殘留在定位塊表面而影響裝夾精度的情況時有發生。文中設計中，利用中心冷卻液回路，設計夾具頂噴淋，提供定位塊和定位銷的定點沖洗，有助于工件的精確裝夾，提高加工品質。

具體的功能元件布局如圖1所示。

圖1 主體功能元件布局

2.2 快換板的設計

快換板的作用是為特定品種的工件提供定位基準和夾緊功能，其快速更換的特性，可以縮短工裝夾具更換調整時間，提高生產線開動率[5]。文中設計的快換板除了高精度、多品種共用、高夾緊力要求外，還必須符合輕量化、模塊化等要求。

通過分析工件的外形特征和加工工藝，每個品種均設計6個均勻分布的定位塊，其中兩個同時作為工件著座氣密檢測塊，3個夾緊點。夾緊動作由液壓油缸帶動卡爪來執行。夾緊油缸采用標準旋轉夾緊油缸，缸徑36 mm，在3.5 MPa的額定壓力下，3個油缸共產生4 kN的壓緊力(卡爪臂長約100 mm)，保證工件在加工過程中足夠牢固。

每個快換板均有夾緊、松開兩個油路和氣密檢測回路。3個回路從下方的快速接頭引出，分布在獨立的平面上，通過中間的分支，到達對應位置的出口。全部采用暗管設計，無須任何外接管路，大大地減少了快換板的厚度和質量，同時最大限度地降低了管路泄漏。三層暗管的方法使夾緊油缸的位置更靈活、更容易地實現模塊化，大大提高了不同品種快換板的設計效率。

具體功能元件布局如圖2所示。

圖2 快換板功能元件布局

2.3 夾具精度分析

文中設計中工件定位采用的一面兩銷定位方式，是工件以一個平面和兩個與平面垂直的孔作為定位基準的組合定位方式，應用于批量生產的箱體類替零件[6]。而機床夾具及零部件國家標準GB/T2205和GB/T2204規定了各種常見規格定位銷的尺寸與公差[7]。文中圓銷和菱銷與兩定位孔的配合分別為H7/g6和H7/f7。通過計算，兩銷裝配后的中心間距公差控制在0.02 mm以內，可得工件的基準位移誤差0.035 mm，符合加工工藝精度要求[8]。其他重要的裝配精度要求見表2。

表2 夾具靜態精度檢測表 mm

2.4 夾具的裝配

夾具按照以下步驟裝配：

(1)在夾具本體兩面安裝快速接頭、隨行夾緊器(動作部)、導向銷和管路堵塞；

(2)在快換板上安裝快速接頭、隨行夾緊器(環部)和管路堵塞；

(3)在快換板上安裝油缸、卡爪、定位塊和定位銷；

(4)通過檢測液壓把隨行夾緊器松開，將裝配好的快換板安裝到本體上；

(5)安裝頂噴淋及其管路附件；

(6)安裝本體定位銷。

裝配后效果如圖3所示。

圖3 裝配效果圖

3 夾具的使用

文中夾具的使用方法與過往的自動夾具一樣，由機器人上料，加工中心輸出夾緊液壓力，夾具執行夾緊動作并反饋夾緊到位信息，機器人離開后進行自動加工。加工后由機器人下料，完成整個流程，從而實現工序的全自動化。

頂噴淋通過加工程序來控制開關時間。快換板的松開和夾緊均通過加工中心的M指令來執行。

4 結束語

文中夾具在保持高精度、全自動化、柔性化的基礎上，充分利用十回路旋轉臺所提供的回路，增加了自動頂噴淋功能，減少裝夾過程中異物影響，提高了工件裝夾的精度；利用隨行夾緊器增加了快換板快速更換功能，減少品種切換時間的同時保持高重復精度，提升生產線開動率；全自動控制的功能，滿足機器人自動裝卸工件的要求。