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銑床夾具畢業設計_一款銑床液壓夾具的設計

添加時間:2020/05/29 來源:廣州市工貿技師學院 作者:伍平平 周可愛
本文以汽車空調系統中冷凝器中的壓板零件為例,研究其裝夾方案和數控加工工藝,設計一款專用液壓夾具,不僅解決批量生產問題,提高加工精度和生產效率,同時此款夾具還可用于類似其它型材零件的加工,適用性和推廣性強。
以下為本篇論文正文:

摘要

  批量生產的型材零件若直接在數控銑床上裝夾加工會極大地影響加工精度及加工效率。本文以汽車空調系統中冷凝器中的壓板零件為例,研究其裝夾方案和數控加工工藝,設計一款專用液壓夾具,不僅解決批量生產問題,提高加工精度和生產效率,同時此款夾具還可用于類似其它型材零件的加工,適用性和推廣性強。

  關鍵詞:數控銑床; 型材; 快速加工; 液壓; 夾具設計;

Abstract

  the machining accuracy and efficiency will be greatly affected if the profile parts produced in batch are directly clamped on the CNC milling machine. Taking the pressing plate parts in the condenser of the automobile air conditioning system as an example, this paper studies its clamping scheme and numerical control processing technology, designs a special hydraulic clamp, which not only solves the problem of mass production, improves the processing accuracy and production efficiency, but also can be used for processing similar to other profile parts, with strong applicability and popularization.

  Keywords: CNC milling machine; profile; rapid machining; hydraulic; fixture design;

夾具設計

  目錄

  1 引言------------------------------------------------------------------------------------------------1

  2 問題的出現與分析-------------------------------------------------------------------------------2

  3 夾具的設計---------------------------------------------------------------------------------------3

  3.1 夾具的結構-------------------------------------------------------------------------------------4

  3.2 工件的定位-------------------------------------------------------------------------------------5

  3.3 工件的夾緊------------------------------------------------------------------------------------6

  4 加工操作流程------------------------------------------------------------------------------------7

  5 結果分析-------------------------------------------------------------------------------------------8

  6 總結反思--------------------------------------------------------------------------------------------9

  文內圖表
  圖1 壓板零件二維圖紙
  圖2 壓板零件三維立體圖
  圖3 夾具三維模型
  圖4 夾具夾緊狀態圖
  圖5 夾具實物圖
  圖6 加工后的壓板零件實物圖

  參考文獻----------------------------------------------------------------------------------------------10

  1 引言

  為提高產品的加工精度,合適的工裝夾具在加工過程中是非常重要的,加工任何零件都需要用工裝夾具在機床上進行定位裝夾,在實際的加工中,根據零件特點采用合理的工裝夾具能夠確保零件加工精度、提高生產效率、降低成本、減輕工人勞動強度、縮短產品生產周期和擴大機床的工藝范圍[1].本文需要加工的零件來自于校企合作單位一家做汽車配件的公司,這個零件是使用在汽車空調系統中冷凝器上的接咀壓板,它是與空調管路連接的,這種壓板主要使用在日系車的冷凝器上,需要批量生產。在分析零件結構及技術要求后,若直接采用現有的數控設備加工,裝夾會不穩定,加工強度大,生產效率低,很難滿足企業的要求,為此很有必要設計一款專用夾具,能有效地減少工件的裝夾和對刀時間,提高生產效率和加工精度,并且由于是大批量生產,使用此夾具經濟價值更加明顯。

  2 問題的出現與分析

  企業提供的壓板零件二維加工圖紙如圖1所示,壓板零件三維立體圖如圖2所示。

 

  圖1 壓板零件二維圖紙  

  圖2 壓板零件三維立體圖  

  零件材質為鋁型材3003,型材毛坯為三米長的長料,使用全自動下料機進行型材下料,選取使用材料YLA-02型材,下料長度為23mm.該零件是通過點焊的方式焊接在冷凝管上,上下兩個面都需要進行加工,主體特征是上表面直徑為?10.15深度為12的孔跟M6的螺紋孔,下表面是臺階,并且有直徑為?20的圓弧面跟斜面,圓弧面需要與?20的冷凝管進行焊接,加工精度要求較高。因此需要裝夾兩次,如果按照常規裝夾方式,使用數控銑床的普通夾具加工則每個工件都需要進行兩次裝夾和對刀,生產時間長,而且由于工件的外形是不規則的輪廓,裝夾很難穩定,工件質量難以保證,加工的經濟效益降低[2].綜合考慮到以上這些因素及生產批量較大的要求,綜合分析工件圖紙,根據零件毛坯的特征設計一套在三軸數控銑床上使用的專用夾具,以解決這一生產難題。

  毛坯來料為23mm長的YLA-02型材,通過出口壓板零件圖的分析以及與企業的溝通,學校需按照圖紙的要求對型材的上下兩個面進行加工,并且要求粗糙度能達到圖紙上標的精度要求。由于零件的加工面是上下兩個面,如果采用銑床上通用的夾具(如機用臺虎鉗)會出現以下問題:

 。1)上下兩個面都需要加工需要裝夾兩次;

 。2)工件反面重新裝夾后必須要重新對刀、校正,找準加工位置;

 。3)加工效率低,一次只能加工一件,無法同時加工多件。

  基于以上問題,如果采用通用夾具加工此零件時,單件加工都需要進行兩次裝夾、對刀找正加工位置等操作,導致裝夾不穩定,工件質量無法保證,加工時間增加,經濟效益不高,不能如期完成加工任務。因此,為保證加工質量,提高加工效率,降低人工強度,滿足批量生產需求,對這批型材零件的加工裝夾夾具應滿足如下要求:

 。1)工件裝夾要滿足裝夾容易、快速和有效,并且裝夾穩定的要求;

 。2)工件反向裝夾后無需重新對刀,縮短生產時間;

 。3)滿足批量生產要求。

  因此,針對此型材零件的特點及加工要求,設計了一套液壓夾緊專用加工夾具,通過該夾具可將YLA-02型材加工成壓板零件,將YLA-02型材加工成其它零件均可進行加工,在保證加工質量的同時該夾具具有很好的適用性和延展性。

  3 夾具的設計

  依據機床夾具設計必須滿足的基本要求:一是保證工件加工的各項技術要求,滿足圖紙設計要求;二是具有較低的制造成本和較高的生產效率;三是盡量選用標準化零部件;四是夾具操作方便安全、省力,裝夾穩定;五是具有良好的結構工藝性,便于加工制造等[3],依據以上夾具設計的要求,綜合分析零件結構以及加工要求,設計了夾具的結構。

  3.1 夾具的結構

  依據分析毛坯來料形狀可知毛坯外形的高度即為零件的高度,毛坯外形由材料廠家根據企業的要求開模拉的,長度為3米長,企業再通過全自動下料機切割成28毫米長的單個毛坯件,需要在數控銑床上加工的則是零件的上下兩個面,根據毛坯形狀以及加工要求,夾具三維結構模型如圖3所示。

  圖3 夾具三維模型  

  夾具底座尺寸為540×300×110毫米,底座材料為Q235鐵板,底座通過四個通孔與機床用螺栓進行固定,本套夾具的底座是通用性的,成型方式通過線切割加工,底座的通液孔和安裝孔在加工中心加工完成,當改變夾具主體形狀時,此套夾具底座也可通用。夾具上面的主體部分零件都是通過線切割完成,當需要加工其它型材零件時,只需要更改活動部分零件的形狀尺寸即可,夾緊部分的結構可以通過,夾具主體部件上的安裝孔也在加工中心完成,加工完成后再經過熱處理提高強度和韌性,夾具主體尺寸為430×220×44毫米,單排尺寸為430×85×44毫米,兩排之間距離為50毫米,每排4個工位,本套夾具一次裝夾可加工8個零件,夾具材料為45號鋼。通過進油管進油促使油缸中的活塞帶動燕尾形零件向下運動,推動左右滑塊向兩側移動,進而夾緊工件,如圖4所示為夾緊后的狀態,通過出油管出油推動燕尾形零件向上運動,燕尾形零件左右兩個滑塊壓力降低,進而可卸下工件,夾具右側的進油管跟出油管連接到數控機床上,通過油缸控制閥控制進油跟出油。夾具實物圖5所示。

  圖4 夾具夾緊狀態圖  

  圖5 夾具實物圖  

  3.2 工件的定位

  為確保零件的加工精度要求,在加工零件的過程中必須使工件在夾具中具有準確的位置,這一位置依靠夾具的定位元件來實現。顧名思義,夾具的定位元件是用來確定工件在夾具中的準確位置,保證被加工工件的定位基面與夾具定位元件直接接觸或相配合。為了防止加工過程中對工件加工精度產生較大影響,需要使用夾具對各個工件進行固定與定位,保障工件加工階段不會產生較大位移,提升提升加工精確性和加工定位精度。在定位過程中工件常見的定位方式有六自由度定位法,其原理是每個工件在空間中都具備上下、左右、前后等六個自由度,對工件六個自由度進行合理控制可以保障工件在空間范圍中這六個方面能有效移動,加工階段不會產生較大偏移。本套夾具中工件的定位依靠定位元件與工件直接接觸實現,當進油管進油時油壓帶動燕尾行零件向下運動,推動燕尾形零件左右兩邊的滑塊分別向兩側運動,進而使工件與夾具輪廓完整貼合,實現零件的定位與固定。

  3.3 工件的夾緊

  為保證把工件壓緊在定位元件上并使其在加工的過程中保持準確的定位位置,必須通過一定的機構在工件定位后對工件產生夾緊力,使其不會因為切削時產生的切削力和工件的重力等的作用而振動或者位置發生變化,以保證其加工精度和安全操作,這種產生夾緊力的機構稱為夾緊裝置。夾緊機構是使工件在外力作用下仍能保持其正確定位位置的機構,銑床的夾具夾緊裝置設計一般要滿足如下基本要求:一是夾緊裝置設計必須保證在裝夾過程中加工的零件不產生較大的變形及其外部有損傷;二是夾緊設計不能破壞定位元件上工件的位置;三是夾緊的力度要適宜,不能過大或者過;四是夾緊機構應當有較好的穩定性和耐用性,組成夾緊機構的各部件材料應有較強剛度和強度;五是夾緊機構應具有較強的可操作性,應滿足方便、安全、省力和操作簡便的要求。本套夾緊采用的夾緊方式為液壓夾緊,液壓夾具相對于普通通用夾具裝夾效率更高,更適合現代數控機床的加工,結構簡單,操作方便,不需要借助人為的力量也能進行夾緊式樣的工作,易于自動化控制,可以適合不同的零件生產,適用面更廣。由于工件毛坯整體尺寸不大,質量較輕,本套夾具中通過進油管跟出油管兩根油管實現進油與出油功能,通過油缸控制閥控制進油與出油,當毛坯料放好后,啟動進油管進油,促使燕尾形零件向下運動,推動左右兩側的滑塊分別向左右兩邊滑動,此時夾具是夾緊工件的狀態,當加工完后出油管排油,推動燕尾形零件向上運動,此時夾具是松懈的狀態。

  4 加工操作流程

  加工時,夾具的操作流程如下:

 。1)使用全自動下料機進行型材下料,選取使用材料YLA-02型材,下料長度23毫米;

 。2)將夾具通過螺栓固定裝夾在機床上,再裝夾型材毛坯;

 。3)裝夾刀具并進行找正對刀;

 。4)使用直徑為?8毫米的鉆頭加工?8的通孔;

 。5)成型刀粗加工?10.15的內孔,孔深12毫米;

 。6)成型刀精加工?10.15的內孔;

 。7)使用直徑為?5毫米的鉆頭鉆?5的孔;

 。8)倒角刀加工0.5×45度的倒角;

 。9)M6絲錐攻牙;

 。10)正面加工完成后,進氣松開夾具,拆卸工件,再反面裝夾工件;

 。11)平面刀銑平面臺階;

 。12)球頭刀銑圓弧與斜角;

 。13)倒角刀倒0.5×45度倒角;

 。14)拆卸工件;

 。15)使用全自動超聲波清洗機對工件進行清洗與烘干;

 。16)打包入庫。

  5 結果分析

  采用本套夾具進行加工,盡管還需要對工件的上下兩個進行兩次裝夾,但是由于夾具位置固定,在對上表面進行加工時需要進行一次對刀和找正,加工下表面時直接裝夾后就加工無需再進行對刀和找正,大大縮短了加工裝夾校正時間,并且克服了裝夾不穩定的難題,保證了加工質量,并且一次可同時加工八件工件,日產量可達到600件左右,有效提高了經濟效益,如期完成了加工任務,加工完成后的汽車空調冷凝器中的出口壓板零件實物如圖6所示。同時本套夾具還可用于加工使用此型材的零件,夾具的適用性和推廣性強。

  圖6 加工后的壓板零件實物圖 

  6 總結反思

  本套夾具是一款以液壓方式驅動的夾具,結構簡單,操作容易,使用靈活方便,具有較強的適用性和推廣性,夾具底座可通用,只需要更換上面的夾具體輪廓結構即可靈活變成加工類似型材的零件,裝夾方便穩定,加工效率高。但由于經過長時間工作后夾具中的液體不可避免會發生漏損現象,且油液具有微小的可壓縮性以及管路會不可避免地產生彈性變形,油液在管路中流動會產生壓力損失,因此不適合遠距離傳動。

  參考文獻
  [1]劉帆。工裝夾具在生產加工中的作用[J].農家參謀,2019(22):311.
  [2]吳秋燕,倪子田。三軸數控銑床快速加工雙面零件的夾具設計[J].模具制造,2016(1)16.
  [3]吳拓。機床夾具設計[M].北京:機械工業出版社,2009:59-100.

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