無障礙模塊化快速組合夾具在某飛機支柱加工中的設計應用

白亞玲，胡阿林，楊懷忠

（中航飛機起落架有限責任公司，陜西 漢中 723200）

0 引言

某飛機起落架的支柱毛坯鍛件，供應廠家不同，提供毛坯件的尺寸有差異；同一廠家不同批次提供的毛坯件尺寸差異也很大，長度方向尺寸為2120+（10～20）mm，寬度尺寸為340+（20～60）mm，這種尺寸差異給支柱上、下腔的加工帶來很大難度。原有支柱上、下腔的加工，需要一個大底板來連接、支撐支柱毛坯件及其它元件保持夾具總裝精度。大底板設計尺寸為2300 mm×650 mm×50 mm，該尺寸的底板加工難度大，吊裝困難，很容易變形；在支柱毛坯件的大端有一支座和定位銷，然后在機床上根據(jù)支座中心高度試加墊塊，調整支柱中心高；中心高確定后，找到毛坯寬度方向的對稱中心，然后在毛坯上表面搭壓板夾緊毛坯件，銑削到壓板位置時，拆掉影響銑刀運動軌跡的壓板，再重新找位置安裝壓板；銑削下腔時用同樣的方法。整個加工過程找正、裝夾繁瑣，銑削中毛坯件在大銑削力下容易偏移，直接影響起落架質量。

對本文介紹的夾具進行無障礙模塊化，可以柔性組合、調整，滿足所有規(guī)格支柱毛坯快速定位、夾緊、加工，可安裝在多個型號的立式加工中心上。銑削上、下腔因高度差需要更換支座，支座采用球鎖定位可以實現(xiàn)在3 min內快速更換[1]；采用側面固定夾具，實現(xiàn)刀具連續(xù)切削不用停機更換壓板，完全解決現(xiàn)場存在的問題，將工作效率提高70%。

1 無障礙加工的設計理念

零件在夾具中定位后，為使加工過程中零件的工序基準相對于機床和刀具保持正確的加工位置，防止零件在切削力、重力、慣性力等的作用下發(fā)生位移或振動，保證加工質量和安全生產(chǎn)，要采用夾緊裝置將零件夾緊壓牢。這種夾緊壓牢裝置的結構、位置設計是實現(xiàn)零件無障礙加工的重要組成部分和設計難點，對生產(chǎn)效率和工人的勞動強度有一定的影響。

夾緊壓牢裝置設計基本要求：1）夾緊力方向要利于被加工零件的正確定位且能取得好效果；2）整個夾緊裝置有足夠的剛度，能確保加工時零件定位穩(wěn)定可靠、不發(fā)生振動[2]；3）精加工夾緊時采取適當?shù)谋Ｗo措施，不損傷零件表面，不能讓零件發(fā)生不可逆的變形；4）夾緊裝置結構的復雜程度、使用效率應與生產(chǎn)規(guī)模和工序節(jié)拍相適應，并有良好的結構工藝性。

1.1 實現(xiàn)零件無障礙加工的設計理念

實現(xiàn)零件無障礙加工的設計理念除滿足以上設計基本要求外，最重要的是讓開刀具運動軌跡，實現(xiàn)切削路徑全開放，改變原來壓板干涉停機換工位程序為連續(xù)切削程序，達到準備快速、機床高效利用的目的。由此，引進側面固定夾具組件概念，組件的齒面夾頭可在一定范圍內位移、旋轉，更有助于零件的定位和增加夾緊系統(tǒng)的剛度[3]。側面固定夾具組件可依據(jù)零件加工需要而移動到最佳位置。本文介紹的側面固定夾具組件有3種調節(jié)方式，單面移動范圍為0～45 mm。

1.2 側面固定夾具簡圖及選用

如圖1所示，側面固定夾具組件由本體1、墊圈2、螺釘3、防偏移內六角緊頂螺釘4、夾臂5、圓柱銷6、齒面夾頭7、螺釘8、頂緊螺釘9組成。

圖1 側面固定夾具組件

本體1底面設計有兩U形槽，每個U形槽中心距15 mm，本體1可在15 mm范圍內移動并由螺釘3固定在夾具的安裝支座上。圖2所示齒面夾頭7，用螺釘8固定在夾臂5上，有3種規(guī)格可選擇更換；在頂緊螺釘9作用下，夾臂5帶動齒面夾頭7繞圓柱銷6旋轉，可旋轉移動0～10.2 mm，可隨加工零件的外形調整。防偏移內六角緊頂螺釘4，擰到與螺釘3螺桿接觸，可防止夾緊時本體1向后滑動。

圖2 齒面夾頭與夾臂

圖3 本體1簡圖

圖4 夾具二維簡圖

圖5 夾具三維簡圖

表1 側面固定夾具選用標準 mm

依據(jù)工件加工需要，還可選用尖型側面固定夾具、寬口側面固定夾具、帶支撐側面固定夾具[3]。

2 無障礙模塊化快速組合夾具的整體設計

傳統(tǒng)的夾具設計有一個大底板，在機床上更換工件、安裝夾具，占用很長的數(shù)控機床工作時間，數(shù)控機床很難發(fā)揮高效加工的特點[4-5]。本文的無障礙模塊化快速組合夾具設計5個可沿機床工作臺移動并在T型鍵槽定位的支架模塊，隨加工需要而快速柔性組合，滿足所有規(guī)格毛坯件的加工。支柱翻面加工，中心高不同，需要更換支座，在夾具支架上用球鎖快速定位，達到±0.015 mm的重復定位精度[1]，完成不同工位支座的快速更換。

2.1 夾具整體設計

夾具由圖4所示的29個零部件組成。

左支架1個，中支架3個，右支架1個。左支架12用于安裝半圓座8，半圓座8和半圓壓板2環(huán)抱定位軸1，對支柱毛坯進行定位。3個中支架15上表面固定安裝支座29共6個，圖7所示安裝支座29上表面設計有間距20 mm的2個側面固定夾具組件19安裝螺紋孔，側面固定夾具組件19整體安裝距離可調節(jié)20 mm。高支座21用球鎖軸24連接固定在右支架23上表面，定位軸20安放在高支座21上面。多個不同高度的千斤頂28安放在各個支架上表面。定位插銷13將各個支架和機床工作臺T形槽連接。夾具如圖6所示安裝，更換為低支座22后可以加工支柱另一面。各個支架、安裝支座、側面固定夾具組件等都可以單獨使用，也可以安裝在其它需要場合使用。

圖6 夾具翻面加工二維簡圖（更換為低支座）

圖7 安裝支座29 三維簡圖

2.2 夾具快換設計

夾具的快換用球鎖系統(tǒng)的定位夾緊來實現(xiàn)[1，4]。圖8所示高支座21底板上設計有2個安裝一級定位套的孔，還設計有2個與圖9球鎖軸間隙配合超過0.76 mm的夾緊通孔[1]，低支座22同理設計。適當?shù)拈g隙可以保證這些孔不會對定位造成干涉，這兩個球鎖系統(tǒng)僅用于鎖定。球鎖系統(tǒng)±0.015 mm的重復定位精度無需在安裝、更換高支座21、低支座22時找正，更換支座時間很短。

圖8 高支座21 三維簡圖

右支架23上平面設計有8個安裝正面接受套孔，用于安裝正面接受套26，球鎖軸24穿過定位套、夾緊通孔，與正面接受套26錐面接觸后擰緊。球鎖系統(tǒng)的定位和鎖緊一步完成，最多旋兩圈半就完成鎖緊，每個球鎖軸最大可提供90 kN的鎖緊力[1]。而一個18 mm長的M12帶肩螺栓需旋轉十幾圈才能鎖緊。

2.3 夾具自適應千斤頂設計

夾具設計有圖10所示高、中、低3種規(guī)格可調千斤頂，滿足所有高度的支撐需要，可以隨意移動到所需位置。千斤頂頭部采用今尾工夾具標準件的螺栓型鋼球組件，可以隨毛坯件形狀自適應。千斤頂?shù)鬃?種高度可選，鋼球組件有3種長度可更換。自適應千斤頂?shù)氖褂茫淖兞藗鹘y(tǒng)可調支撐不能移動位置只能調整高度的缺陷，有效地防止被加工零件材質不均、余量不勻引起的銑削力的波動對加工質量的影響。

圖10 千斤頂三維簡圖

2.4 夾具結構特點

1）夾具改變傳統(tǒng)銑削裝置的大底板，設計5個可沿機床工作臺移動并在T形鍵槽定位的支架模塊，隨加工需要而快速柔性組合[6]，滿足所有規(guī)格毛坯件的加工。降低夾具制造難度，擴大機床加工范圍，各個支架還可以單獨使用在其它零件的加工中。

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2）夾具能用于不同廠家或同一廠家提供的不同批次的各種尺寸大件毛坯加工。長度方向加工適用于所有毛坯，寬度方向有3種可調節(jié)方式，毛坯單邊寬度差在0～45 mm范圍內都可安裝加工。

3）夾具加工毛坯上、下腔時，因翻面定位孔中心高差76.66 mm，需更換支座21、22，支座的定位采用Jergens公司的球鎖快速定位系統(tǒng)，將更換支座時間控制在3 min內，能達到±0.015 mm的重復定位精度。

4）夾具能安裝在機床工作臺T形槽間距為100、150、160 mm的立式加工中心工作臺，以滿足生產(chǎn)調度的需要。立式加工中心T形槽間距有100、150、160 mm三種。夾具5個支架底板開設U形槽，經(jīng)計算將U形槽間距設計為350 mm、寬度為50 mm、深度為50 mm，可同時兼顧夾具在3種規(guī)格T形槽間距機床的工作臺上安裝使用。

3種機床工作臺T形槽寬度分別為18、22、24 mm，本夾具的支架與機床工作臺的定位方式，改變傳統(tǒng)定位鍵在機床T形槽中滑動的方式，設計定位插銷13，支架安放在機床工作臺上，然后再將定位插銷13插入到機床工作臺中心的T型槽中，保證各個支架和支柱毛坯對機床取得正確位置。定位插銷13設計成臺階銷，需要安裝在T形槽寬度為22 mm或18 mm的機床上時，上端φ24 mm、下端φ22 mm或φ18 mm就能滿足該裝置安裝在其它機床上使用。

5）夾具采用側面固定夾具組件19和環(huán)抱定位軸1的夾緊方式，完全讓開加工支柱毛坯型腔時刀具的運動軌跡，不用重復裝夾毛坯零件，實現(xiàn)了連續(xù)切削。

6個側面固定夾具組件19，牢固安裝在圖7所示安裝支座29上。在圖1所示頂緊螺釘9作用下，齒面夾頭7繞圓柱銷6旋轉移動10.2 mm，有一個向下、向毛坯中心的力量，著力點超過毛坯件分模面5～20 mm，將被加工毛坯牢靠夾緊，不用在被加工零件上表面搭壓板。每個側面固定夾具組件19夾緊力達46 000 N，容許夾緊轉矩130 N·m。

2.5 夾具工作原理

1）將左支架12、中支架15、右支架23及安裝在各個支架上的其它元件如圖5所示安放在機床工作臺上，定位插銷13穿過各個支架上的襯套14，同時將定位插銷13插入機床工作臺中心的T形鍵槽中，左支架12、中支架15、右支架23相對于機床工作臺寬度方向已對中。

2）將定位銷1、定位銷20以支柱毛坯的粗定位孔φ106H9、φ60H8為基準，分別安放在半圓座8和高支座21上。

3）沿機床工作臺T形槽長度方向調整左支架12、中支架15、右支架23到滿足加工需要的位置，在圖5所示U形槽位置安裝T形螺栓和壓板（機床自帶），將5個支架牢靠固定在機床工作臺上。

4）在圖5所示的每個支架上表面安放高度合適的千斤頂28，并調整到保證支柱毛坯中心高的高度后支撐在支柱毛坯下表面，圖10所示的鋼球組件可隨毛坯件形狀自行調整，再由鎖緊螺母鎖定高度。支柱毛坯高度方向位置確定。

5）檢測支柱毛坯寬度中心與夾具寬度方向的對中性，對中性在±0.05 mm內時，擰緊半圓座8和高支座21上的壓緊螺釘9（共4個），由鎖緊螺母10（共4個）鎖定支柱毛坯寬度方向；支柱毛坯件高度、寬度方向位置已保證。

6）將半圓壓板2用帶肩螺母5和活節(jié)螺栓6抱緊定位軸1并鎖定；旋轉側面固定夾具組件19（共6個）的頂緊螺釘9（如圖1），使夾臂5繞圓柱銷6旋轉，帶動齒面夾頭7與支柱毛坯側面接觸并壓緊，此時毛坯件在夾具中已完全定位。

7）旋轉壓緊螺釘17與側面固定夾具組件19本體接觸，由鎖緊螺母18鎖定，加工中側面固定夾具組件19不會移位，此時可進行支柱上腔的無障礙銑削。

8）加工完毛坯件上腔后，支柱毛坯如圖6所示安裝加工下腔。將高支座21更換成低支座22，反向旋轉圖9所示球鎖軸24的螺栓軸，小球松開正面接受套26的錐面，球鎖軸24從右支架23中的正面接受套26中脫出，3 min內將高支座21換成低支座22 ，完成支柱下腔加工。

3 結語

本文介紹的無障礙模塊化快速組合夾具，既有專用夾具的特點，也有組合夾具的優(yōu)點[6]。該夾具采用了快速換型及側面壓緊技術，同時優(yōu)化了夾具的找正方式，裝夾簡便、定位準確，結構剛性與穩(wěn)定性滿足支柱不規(guī)則毛坯的加工要求，能實現(xiàn)支柱加工面無障礙及快速翻面加工，將支柱零件的加工效率提高了70%。該夾具在提高公司數(shù)控加工技術水平的同時為工藝裝備快速換裝技術的推廣提供技術基礎積累。