液壓夾具在裝載機前車架機械加工的設計

韋賢宗，李慧瓊，蒙 韜

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

裝載機前車架是連接后車架、前車橋和工作裝置的機構，是裝載機的重要承載部件。其結構較為復雜，先由左/右翼箱、支座、上/下鉸接及前中梁拼焊，再通過機械加工而成。前車架的機械加工主要包括鏜鉸接和鏜翼箱，而目前因為所用的機械加工夾具均為簡易式機械夾緊夾具，需人工操作、錘敲調校來保證相關尺寸，費時費力，員工勞動強度大。加之，機械式夾緊力度不均勻，調校時間長，夾具剛性較差，進行鏜孔、刮面及銑面時存在振動，加工表面粗糙，產品質量欠佳，不能一次可以完全加工，采取鏜鉸接與鏜翼箱分序加工。因此在加工時先鏜鉸接，再以加工好的鉸接孔作為基準定位鏜翼箱。

隨著智能化技術不斷發展，各類少人化及自動化等先進技術在工程機械結構件得到了廣泛的應用。就目前裝載機前車架鏜鉸接及鏜翼箱分序加工、不能實現全工序加工的現狀，并根據公司戰略目標及實現產品智能制造的指導思想進行液壓夾具設計應用，將液壓技術引入機械加工工序。液壓夾緊力穩定可靠，通過穿銷軸夾緊后自動定位，實現前車架快速定位裝夾，提高調校效率，實現了完全靠液壓夾具來保證前車架定位的準確性且剛性穩定可靠，滿足鏜鉸接及鏜翼箱工序合二為一加工，達到前車架全工序機械加工的效果。

1 現狀及存在問題

前車架焊接后，分別在單面加工中心及雙面加工中心的兩道工序完成對主要銷孔、平面的加工。以某機型前車架為例，兩道工序的加工情況如下：

（1）在單面加工中心鏜鉸接。該工序主要加工上下鉸接孔及內外側平面、橋搭子平面及螺栓孔。該工序使用設備為單面加工中心，配置簡易式機械夾具，如圖1 所示。由于機械式簡易夾具無完整的定位機構，先使用卷尺測量，再靠人工使用撬棍鐵錘敲擊調整位置，重復定位精度不足，調校時間過長，最后使用扳手擰緊螺栓，員工操作費時費力，整個調校裝夾需4 min，如圖2。由于夾緊點較少，且為機械式壓緊，夾緊力小，夾具剛性差，另，使用較低的切削參數加工，導致加工效率鉸低。

圖1 鏜鉸接夾具圖

圖2 鏜鉸接調校圖

（2）在雙面加工中心鏜翼箱。該工序主要加工前車架兩側翼箱孔、前中梁處孔及諸孔內側平面。該工序使用設備為雙面加工中心，配置簡易式機械夾具，如圖3。與鏜鉸接工序類似，該工序同樣使用無完整定位的簡易工裝，重復定位精度不足，全靠人為操作調校夾緊，員工勞動強度大，整個調校裝夾需5 min，如圖4。由于夾緊點不足，且為機械式壓緊，夾緊力不夠，夾具剛性差，加工過程產生一定振動，加工質量仍有較大的提升空間。

圖3 鏜翼箱夾具圖

圖4 鏜翼箱調校圖

2 改進方案

針對目前鏜鉸接和鏜翼箱機械加工的現狀，考慮設計液壓夾具，在保證鏜鉸接及鏜翼箱加工剛性的同時，并滿足少調校甚至無調校以實現快速定位裝夾加工。由于全工序加工內容包含原鏜鉸接和鏜翼箱，加工面在前車架的四個面都有涉及，加工設備的工作臺需可以360°旋轉，前車架在加工過程中要旋轉，液壓夾具的液壓油管應避免旋轉纏繞，而通過保壓裝置可以維持液壓夾具系統壓力，保證夾緊力度，只需在定位裝夾過程中需要將夾具與液壓站通過管路連接，實現在加工過程中夾具斷開與液壓站的連接。如圖5～圖8，技術方案主要包含以下內容：

圖5 前車架裝夾示意圖

圖6 前車架裝夾示意圖

圖7 液壓夾具設計方案圖

圖8 液壓夾具液壓原理圖

（1）夾具設計符合工作臺尺寸，且圓周回轉不超過回轉直徑。

（2）夾具總重量≤5000 kg，工裝底板厚度不小于50 mm。

（3）夾具定位準確合理，保證前車架鏜鉸接與鏜翼箱工序所有內容加工。

（4）裝夾節拍：≤5 min/件。

（5）夾具夾緊方式采用保壓式，且數量足夠，力度及剛性足夠，保證工件在作業過程中穩定、無震動。

（6）前車架放置后，以下鉸接孔及左右翼箱孔進行穿銷定位，銷軸退出，加工該孔時讓出加工空間。

3 應用效果

液壓夾具設計制作完成后，即用夾具進行鏜鉸接和鏜翼箱全工序加工試驗，以驗證夾具剛性、夾緊可靠性及裝夾節拍。

此液壓夾具底板厚度為53 mm，整體重量約為5000 kg，滿足工作臺及加工沖擊載荷要求（工作臺承重10000 kg）。使用22 個油缸進行側定位、V 型定位及液壓馬達、底面輔助支撐、上壓緊及側夾緊的動作控制，并利用蓄能器進行保壓式液壓夾緊，液壓站上的液壓管在裝夾后即可斷開與夾具的連接，并保證壓力系統穩定可靠且滿足加工時需360°旋轉的條件，液壓系統最高壓力可達25 MPa，目前夾緊使用9 MPa壓力，剛性滿足。通過對左/右翼箱φ85 mm 孔及下鉸接φ100 mm 孔進行穿銷定位，轉動松緊手柄控制閥，即可實現快速可靠定位及裝夾。

圖9～圖11 是使用液壓全工序夾具加工前車架驗證液壓夾具效果的過程。

圖9 液壓夾具

圖10 定位穿銷

圖11 銑面加工

經過數臺加工試驗，整個調校裝夾時間為3.5 min，而使用的原簡易式機械夾具鏜鉸接調校裝夾時間為4 min，鏜翼箱調校裝夾時間為5 min，整個過程合計9 min，由此可見，在使用液壓夾具加工后，調校時間縮短了61.1%，裝夾過程也降低了勞動強度，且操作簡單方便，省時省力。用φ250 mm 銑刀盤進行橋榙板銑面，加工過程平穩，工件無異響及震動，加工面表面光潔，加工效果遠超出使用原簡易機械式夾具加工的情形，液壓工裝剛性及裝夾節拍均已得到驗證，達到預期效果，實現全工序加工。

前車架全工序機械加工的液壓夾具與鏜鉸接及鏜翼箱分序加工的簡易式機械夾具作對比，見表1。

表1 液壓夾具與簡易式機械夾具技術特點對比

4 結束語

隨著各類智能化技術不斷進步，液壓技術在工程機械也得到了廣泛的應用，在夾具設計方面運用液壓技術更易實現少人化或自動化操作。對于前車架這類大型結構件的機械加工，夾具結構裝夾的穩定性與剛體的可靠性對產品的加工質量有著重大影響，普通簡易式機械夾緊夾具存在著工件調校時間長、夾緊力度不足、剛性差及加工效率偏低等問題，難以保證產品的加工要求及效率，而運用液壓夾具可實現工件的快速可靠定位裝夾、降低操作強度和剛性穩固等優點。在條件許可的情況下，液壓夾具可有效解決使用普通簡易式機械夾緊夾具機械加工存在的諸多問題，應優先考慮。