加工中心上的新型夾緊裝置
——反撐式組合裝置的設計研究

張宗芳，左峰，居飛飛，郭華鋒，李瑞，趙江

（北方自動控制技術研究所，山西 晉中 030600）

1 前言

平口虎鉗的結構與特點：隨著機械制造業(yè)的高速發(fā)展，平口虎鉗由于其省力、高效、操作簡便的優(yōu)點在金屬切削加工設備中獲得廣泛的應用。在生產(chǎn)實踐過程中，平口虎鉗與三軸加工中心相配合，對平板類結構零件加工具有明顯的優(yōu)勢，這是因為平板類結構零件需要加工的特征集中在平板零件的兩個大平面，平口虎鉗一般只需裝夾兩次即可完成零件的全部加工過程，如圖1所示。

圖1 平板類結構零件

但是，對于圖2這種箱體類型的零件，其具有明顯區(qū)別于平板類零件的特點：（1）六個外表面均有需要加工的特征。（2）內(nèi)部中空。采用平口虎鉗裝夾時，其位于鉗口下方的部位不能進行加工，必須重新?lián)Q面裝夾進行加工。同時，由于六個外表面都有需要進行切削的特征，使得加工過程中至少需要裝夾10次。其結果造成裝夾次數(shù)過多、需投入多臺設備、多名操作工人，且產(chǎn)品周轉次數(shù)多，單件加工周期長，最終導致加工效率低，企業(yè)產(chǎn)能下降。

圖2 箱體類零件

為避免傳統(tǒng)動力卡盤存在的共性問題，設計了一種新型高效、成本低廉的用于數(shù)控機床的新型夾緊裝置——卡盤動力組合裝置，這一裝置的研制達到了在數(shù)控機床上使夾緊機構高效、機床成本降低的目的。

2 工作原理

用扳手轉動絲桿，通過絲杠螺母帶動活動鉗身移動，形成對工件的夾緊與松開，如圖3所示。活動鉗身的直線運動是由螺旋運動轉變的；工作表面是螺旋副、導軌副及間隙配合的軸和孔的摩擦副。

圖3 反撐式組置工作原理

與常用平口虎鉗對工件的夾緊與防松不同的區(qū)別是：（1）反撐裝置的夾緊力作用在箱體類零件的內(nèi)側壁，從而將零件的外側的四個面全部完整的露在虎鉗口上。（2）反撐裝置是利用右旋螺紋的逆向運動，即右旋螺紋順時針旋轉工件夾緊，對于反撐工裝則是逆時針旋轉工件從內(nèi)部被撐緊。

機用虎鉗特點：設計結構簡練緊湊，夾緊力度強，易于操作使用。固定內(nèi)撐件及活內(nèi)撐件一般采用機械強度較高的金屬材料，使加持力保持更大；固定內(nèi)撐件及活內(nèi)撐件的鎖緊面（圖4）采用45°網(wǎng)格或者螺旋面等特征面，最大限度增強與工件接觸面的摩擦系數(shù)，不致因受切削力、重力或伴生離心力、慣性力、熱應力等作用產(chǎn)生移動或振動。

圖4 鎖緊面特征

3 使用方法和步驟

反撐裝置的安裝：將固定內(nèi)撐件固定在死鉗口上，將活內(nèi)撐件固定在活鉗口上，反撐裝置安裝完成。

使用方法和步驟：用扳手順時針旋轉絲杠螺母，使得活鉗口靠近死鉗口，將箱體類零件放置在反撐裝置上，略微調(diào)整箱體位置，使得箱體內(nèi)腔三個相鄰面分別靠近反撐裝置上的X、Y、Z方向的定位基準（定位方法）；逆時針旋轉絲杠螺母，直到箱體零件充分受力、并緊固。檢查定位基準是否與箱體緊密接觸，檢查箱體是否與反撐裝置牢固鎖緊，如有松動或者定位不準，可重新調(diào)整直到定位準確、鎖緊牢固。然后進行切削加工。加工中心完全停止后，順時針轉動絲杠螺母，反撐裝置松開，小心取下工件，切削加工完成。

定位方法：對于箱體類零件而言，一般采用三平面定位方式合理限制六個自由度。根據(jù)工藝基準選取重要表面及面積足夠大，較平坦的不加工表面作為第一基準面，一般為箱體零件的底面，采用三個支釘支撐，作為Z向定位基準；第二基準面由反撐鎖緊面找正，鎖緊限制，作為Y向的定位基準；第三基準面由一個支釘限制其自由度，作為X向的定位基準。此定位方案的優(yōu)點是定位精度高，尺寸一致性好，且穩(wěn)定、可靠，操作簡便、快捷，見圖5。

圖5 反撐裝置定位方法

反撐裝置鎖緊位置的選擇：作用力點應選擇工件剛性最好的部位，因為其物理強度最大，鎖緊不易引起工件變形，也可避免加工過程中產(chǎn)生共振現(xiàn)象。一般選擇箱體類零件內(nèi)腔有加強筋的部位或者選擇相鄰兩側壁的連接部位，如圖6所示。

圖6 反撐裝置鎖緊位置選擇

這種新型反撐鎖緊裝置無須改變原有機床平口虎鉗的結構，使得虎鉗保持原有的手動夾緊、松開的功能。僅對平口虎鉗做必要的改進。既可用于箱體類零件的切削加工，尤其適用于臥式加工中心及旋轉四軸或五軸立式加工中心。一次裝夾可完成箱體類零件60%～90%的加工內(nèi)容，實現(xiàn)了一次裝夾完成所有加工工序的大部分內(nèi)容。由于其制作加工成本低廉、定位準確、使用操作簡便、快捷，因此，反撐鎖緊裝置廣泛地應用在試制部機械加工車間的自動化改造中。反撐裝置在工人使用后，效果良好，受到充分的肯定。

4 結語

反撐式組合裝置最大優(yōu)點是大幅度縮短了換產(chǎn)時間。相對于以前的裝夾加工方式，省略了多次設備停機換面裝夾的時間、停機換數(shù)控程序的時間、停機換加工機床的時間，通過裝夾工裝的創(chuàng)新，最大限度節(jié)省了內(nèi)部轉換時間。降低了企業(yè)生產(chǎn)能力的損失，縮短了產(chǎn)品的交付周期，為試制部的擴能增產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。