成組夾具在液壓閥體加工過程中的設計與應用

師超紅，楊明霞，李森源

（運城職業技術大學，山西運城 044000）

0 引言

山西運城有著多家企業專門生產用于智慧礦山綜采工作面液壓支架的控制操縱閥等相關產品。由于這些企業生產的產品以多品種、中小批量生產為主，生產過程中涉及到的產品品種較多，且不斷更新換代。因此，產品的加工精度和生產效率得不到保障。在液壓閥體加工時，液壓操縱閥、液控單向閥、平面截止閥等較多品種的閥體結構和形狀基本相同；通過加工工藝分析，各種閥的閥體在車削主閥孔、鉆削大面上的孔兩道主要工序時，工藝相似。北京理工大學也對成組夾具結構設計技術做出了相關研究，基于產品零件族設計可重構、重用的通用成組夾具（多功能通用基礎件、可調／可換定位、夾緊元件等），其柔性可以服務于零件族中的全部零件，提高了夾具的利用率，降低成本、縮短夾具準備周期［1］；王國棟等［2］對實際生產中產品對定位元件存在的磨損對夾具使用壽命的影響，并以撥叉鉆孔成組夾具為例，對成組夾具的定位夾緊系統進行分析；李森源等［3］介紹了在加工液壓閥體主閥孔時，為了縮短生產技術準備周期，提高加工效率，設計制造了成組車床夾具。

綜上所述，為了保證產品加工質量，縮短生產準備周期，提高加工效率，本文為某企業專門設計應用了2 套成組夾具，極大地提高了加工精度和生產效率，且驗證了所提出的方法具有較高的實用性，在實際生產加工過程中取得了較為滿意的效果。

1 成組夾具功能

成組夾具是按照成組技術原理，通過對形狀和結構基本相同的一組零件的切削加工工藝分析后，針對一組相似零件的一道或幾道工序而設計的專用夾具［4］。該夾具的功能及特性：（1）夾具體、夾緊機構不變，要滿足一組零件的某工序加工時，只需更換個別定位或導向元件即可適應［5］；（2）與普通專用夾具比較，大大縮短了夾具設計制造的生產技術準備時間；（3）對于多品種、中小批量生產，保證產品加工質量及生產進度適應性強；（4）節約成本，提高生產加工效率。成組夾具能使產品多品種、中小批量的生產達到較大批量生產的效果。因此，在產品不斷更新換代、持續中小批量輪番生產的今天，有著較好的適應性和可行性。

2 零件的加工工藝分析

成組夾具加工的零件組都應符合成組工藝的三相似原則，即工藝相似（加工工序與定位基準相似）；工藝特征相似（加工表面與定位基準的位置關系相似）；尺寸相似（組內零件均在同一尺寸范圍內）［6］。

該企業被加工零件是一組液壓操縱閥、液控單向閥、平面截止閥等液壓閥閥體。液壓閥閥體的結構簡圖，如圖1 所示。閥體大都采用45 鋼鍛造而成。幾種閥體外形尺寸差異不大，長L＝110～140 mm；寬B＝90～120 mm；高H＝50～60 mm，都屬于長方體結構。幾種閥體的外形結構基本相似，外形是長方體。中間都有一個或兩個主閥孔D，這一組閥體的主閥孔直徑一般是25～30 mm，尺寸精度、形狀位置精度、表面粗糙度要求較高。在大面上都有4 個螺栓過孔4－d1、2 個通液孔2－d2，位置精度要求較高，尺寸精度、表面粗糙度要求經濟精度。

圖1 液壓閥閥體結構

依據工藝要求，首先加工底平面，底平面為密封面，其平面度、表面粗糙度要求較高。加工底平面首先采用銑削或車削加工；然后以底平面及側面為定位基準平面；其次在普通車床上進行鉆、擴、鏜、鉸主閥孔的加工，根據幾種閥體的工藝要求這一工序，設計制作一套成組車床夾具進行這組液壓閥體主閥孔的車削加工；最后在立式鉆床上進行鉆、擴、鍃孔加工。針對這一組液壓閥體4 個螺栓過孔4－d1、2 個通液孔2－d2，設計制作的一套成組鉆床夾具可以展開鉆削加工。

3 成組夾具的設計與應用

一個優良的成組夾具應滿足以下基本要求：

（1）必須穩定地保證所加工的同組零件的質量；

（2）迅速、準確、穩定地安裝成組工藝文件規定的每一種零件；

（3）精確、牢固地安裝在所用機床上，要確保裝卸方便和準確；

（4）有足夠的剛度、精度和較長的使用壽命（基礎部分的壽命常為5～10年）［7］；

（5）操作方便、安全可靠；

（6）結構緊湊、合理，且有良好的工藝繼承性［8］。

3.1 成組車床夾具的設計及調試使用

成組車床夾具結構如圖2 所示。工件在夾具中正確定位的實現應具備兩個基本條件：工件上正確定位基準的選擇與選擇合適的定位元件。［9］

圖2 車削主閥孔成組夾具總裝圖

（1）定位元件設計

依據零件加工工藝要求，依據基準統一的原則，采用三面六點完全定位。設計主定位板6（不同厚度的一組）、側定位釘16（2 個可調整側定位釘）、定位銷8，實現工藝定位的要求。

（2）夾緊裝置設計

設計2 個側壓緊螺釘7（手動可調）；設計浮動壓塊及螺釘主夾緊裝置13、14；主夾緊裝置用手動、氣壓、液壓、電動均可滿足要求。

（3）夾具體設計

設計法蘭盤1（與車床主軸的過度盤用螺釘連接）；設計彎板2、側板9、上板10（與法蘭盤用螺釘連接后形成了主要支撐體）；設計平衡塊12（與法蘭盤連接），能很好地進行平衡。

（4）夾具組裝及調試使用

夾具組裝：主定位板設計成一組，厚度是有變化的，根據各種閥的厚度要求不同，在裝配前進行選擇并進行平面銑削及磨削而成，以保證各種閥體到主閥孔的中心距H的要求；將法蘭盤1 與車床主軸的過度盤用螺釘連接；依據夾具結構圖將各零部件按照技術要求裝至法蘭盤。

夾具調試使用：依據夾具總圖及技術要求進行調試，將彎板的2 個緊固螺釘松開，利用螺釘與過孔間的間隙裝上一個標準塊，采用打表法或劃線找正法來進行調整，保證閥體到主閥孔的中心距H± ΔH的要求；調整平衡塊，然后將閥體裝上進行試切，試切合格后將夾具從車床上拆下配作2 個圓柱銷（如圖2 件4），將法蘭盤與彎板等其它各零件于一體后，方可使用。

（5）夾具的特點

夾具結構緊湊，具有定位可靠、制造簡單、減少夾具的設計制造成本、縮短生產準備周期等優點，能保證產品質量，有較好的經濟效益；夾具具有較好的通用性、適應性、繼承性，基本上能滿足同組零件中的任何一種閥體主閥孔的加工；安全可靠；夾具體運用了框式結構，在使用過程中萬一出現夾緊裝置松動等情況，工件也會因為使用框式結構的原因而不會輕易地摔出去，從而保證操作者的安全。

3.2 成組鉆床夾具的設計及調試使用

成組鉆床夾具結構如圖3 所示。

（1）定位元件設計

依據零件加工工藝要求，依據基準統一原則，采用了三面六點完全定位。設計主定位板2、側定位條5、圓柱定位銷3，嚴格做到與車床夾具統一基準，實現工藝定位的要求。

（2）夾緊裝置設計

設計壓板、螺桿、支撐釘等零件組成的夾緊裝置。裝置的壓緊螺栓、支撐釘螺釘的長短可依據不同的閥體厚度來調整，加緊裝置可以采用手動、氣壓、液壓、電動等方法［10］。

（3）鉆模板及夾具體設計

鉆模板：鉆模板用來安裝鉆套，如圖3 中件7所示。與夾具體接觸面的厚度E設計制作成一組，以適應不同閥體厚度的要求［11］。組裝鉆套的大面厚度設計成15 mm。鉆模板毛坯一般選用球墨鑄鐵。

圖3 鉆閥體大面孔成組夾具總裝圖

夾具體：夾具體是用來支撐安裝所有零部件的本體，一般采用灰鑄鐵。由于閥體所鉆的孔都不大，一般可在立式鉆床加工，更換不同的孔鉆削時，夾具需要移動，無需考慮夾具的固定，只需在設計時考慮有較大的質量即可。

（4）夾具組裝及調試使用

夾具組裝：根據各種閥體的厚度要求不同，選擇鉆模板在裝配前平面銑削及磨削而成，以保證各種閥體到主閥孔的中心距B的要求［12］；依據夾具結構圖，將各零部件按照技術要求裝至夾具體［13］。

夾具調試使用：依據夾具總圖及技術要求進行調試，將裝配好的夾具在坐標鏜床，以側定位條及定位銷找正，鉆鏜鉆模板上的各鉆套底孔，保證尺寸A± ΔA、C± ΔC及圖紙相關尺寸要求［14］；然后將閥體裝上進行試切，試切合格后，配作2 個圓柱銷（圖3 中件15）后，便可使用。

（5）夾具的特點

夾具調整方便，更換迅速，結構緊湊合理易于操作，減少夾具的設計制造成本，縮短生產準備周期，能保證產品質量，提高工作效率，有較好的經濟效益［15］；夾具具有較好的實用性、經濟性、可靠性，基本上能滿足同組零件中液壓閥體4 個螺栓過孔4－d1、2 個通液孔2－d2的鉆削加工；安裝方便，定位迅速，裝夾穩定，更換快速。

4 結束語

成組夾具是實施成組加工的一種重要手段和物質基礎。由于其具有投資少、見效快、技術成熟、易于推廣、維穩性高等優越性，所以在國內外得到日益廣泛的應用，而且取得了明顯的技術提升和促進經濟發展的效果。

采用成組夾具促進了多品種、中小批量等生產過程中的夾具設計技術的不斷提升，使得該技術更加成熟，技術領域也取得了更多具有標志性的突破。夾具的機械化程度以及夾具零部件制造的專業化程度也隨之提高。工序效率、零件的加工質量和夾具的利用率也有顯著提高，而且增加了機床使用范圍以及企業在該領域的核心競爭力。也使生產計劃安排能夠有序且更加合理地展開，使夾具的設計制造更加具有科學性。同時，采用成組夾具后，可以節省大量的金屬材料，并減少夾具設計制造的工作量和對新產品的投資，減少大量的人力及財力成本。

近幾年來，企業在新產品的試制、中小批量生產以及配套維修市場的生產實踐過程中，在液壓閥體主閥孔的車削加工和大面上孔的鉆削加工時，兩道主要工序都采用了成組夾具。經過多次的實踐應用，縮短了生產技術的準備周期，減少了成組夾具的制造成本，保證產品質量的同時，又很好地保證了產品的信譽度，給企業帶來了較好的效益。因此，成組夾具技術具有一定的先進性和實用性，提高作業效率，建議企業在多品種、中小批量生產過程中參考使用。