為數(shù)控龍門(mén)銑床自制具有旋轉(zhuǎn)功能的夾具完成4軸加工

數(shù)控龍門(mén)銑床是近幾年陸續(xù)登上一些老工業(yè)基地的設(shè)備，為不少加工場(chǎng)景做出了貢獻(xiàn)。但是，它也被限制在三維空間內(nèi)進(jìn)行各種加工，對(duì)于四軸及五軸的加工也是無(wú)能為力的。不過(guò)通過(guò)自制具有簡(jiǎn)單而精確旋轉(zhuǎn)功能的先進(jìn)夾具，可以完成4軸的加工技術(shù)，完善和充實(shí)該機(jī)床之不足。

一、技術(shù)分析

如圖1的數(shù)控龍門(mén)銑床加工支架，該件除上下面具有定位銷孔外，在Z方向還有兩斜面，并在斜面內(nèi)各自有各坐標(biāo)孔。

圖1

該支架采用Q235—A焊接件，是用于汽車裝配線上重要部位的零部件。支架上下面均有坐標(biāo)定位孔，關(guān)鍵加工部位是兩側(cè)斜面的相交點(diǎn)（436.5±0.02）mm，及該相交點(diǎn)至各斜面的坐標(biāo)孔。

二、工藝編制

1.鏜：刀校中間連接筋一側(cè)面，平面度≤0.05mm。

2.鏜：粗銑上下面，凹臺(tái)面加工至成品，其余各面各留1～1.5mm。

3.龍門(mén)銑：粗銑兩斜面，坐標(biāo)孔面各留1～1.5mm（用專用夾具）。

4.龍門(mén)銑：精銑上下面，鉆鉸各坐標(biāo)孔，其余各孔點(diǎn)窩。

5.龍門(mén)銑：精銑兩斜面，鉆鉸各坐標(biāo)孔，其余各孔點(diǎn)窩（用專用夾具）。

6.搖臂鉆：各螺紋孔。

為了保證加工件的幾何公差，所有的坐標(biāo)孔面均應(yīng)分粗精加工。并且，該件在粗加工后應(yīng)放置一段時(shí)間，至少不小于24h，待工件消除切削應(yīng)力后再進(jìn)行各部位的精加工。

三、工裝設(shè)計(jì)原則

該工件兩側(cè)斜面的加工，必須采用高精度的角度調(diào)整功能，就是四軸旋轉(zhuǎn)功能。而龍門(mén)銑床不具備加工斜面功能，只能設(shè)計(jì)專用的角度旋轉(zhuǎn)夾具，當(dāng)工件精加工時(shí)，一次性將兩側(cè)斜面加工成品，該夾具應(yīng)具備以下功能和特點(diǎn)：

①該夾具是典型的一面兩銷定位方法，即以底面和兩坐標(biāo)孔定位。坐標(biāo)孔應(yīng)選擇兩距離較遠(yuǎn)位置。還必須具備一次性裝夾的功能，即夾具需具備左右翻轉(zhuǎn)±30？功能，且翻轉(zhuǎn)角度的誤差必須≤±0.05？。

②夾具底座需安裝在龍門(mén)加工中心工作臺(tái)上，并必須用平鍵和工作臺(tái)定位，該工作臺(tái)定位槽寬度24H7，而夾具定位鍵寬度公差采用基孔制h7即可。

圖2 1.中心旋轉(zhuǎn)軸 2.中心莫氏套3.工作臺(tái)4.底座 5.兩側(cè)旋轉(zhuǎn)軸

③該夾具翻轉(zhuǎn)裝置采用焊接件即可，分別焊接在底座和工作臺(tái)上下面，其位置應(yīng)合理配置。夾具角度旋轉(zhuǎn)應(yīng)采用精度較高的分度頭。且各關(guān)鍵件的加工精度，不得小于8級(jí)公差精度。

根據(jù)以上分析，該夾具應(yīng)根據(jù)角度工件的形狀特點(diǎn)，既要具備較高精度，又要考慮其通用性；既要具備安裝中大型工件的能力，又要考慮制作方便可行的經(jīng)濟(jì)效益。

四、關(guān)鍵件的設(shè)計(jì)情況

1.底座

底座是該夾具的基礎(chǔ)件（見(jiàn)圖3），它必須具備以下條件：

①外形360mm×600mm即可，該大小既要適用于本次工件的加工范圍，又要具備一定的通用性和廣泛的使用性能，屬于中型加工件的專用夾具。

②該件底面的幾何公差確定在平面度0.02mm，為工作臺(tái)安裝后的平面精度提供條件。

圖3

③該孔左右各一個(gè)，除保證與底面的尺寸公差外，還必須對(duì)稱中心0.02mm。

④該底座底面定位鍵槽寬24H7，與機(jī)床本身工作臺(tái)配套使用。

⑤該定位槽應(yīng)與旋轉(zhuǎn)孔中心對(duì)稱0.02mm，以防止使用時(shí)旋轉(zhuǎn)中心偏移。

⑥該底座的4個(gè)定位槽是固定各種角度定位柱的基面，應(yīng)與底面統(tǒng)一尺寸（16±0.01）mm。

2.工作臺(tái)

工作臺(tái)是和底座鏈接在一起的關(guān)鍵件（見(jiàn)圖4），它除了擔(dān)負(fù)裝夾各種加工件的任務(wù)外，很重要的是負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)各種角度，這就要求具備以下技術(shù)要求：

①外形360mm×600mm，與底座配套使用。工作臺(tái)平面的幾何公差確定在平面度0.02mm，為工件精加工時(shí)提供合理的裝夾精度。

②該件的中間旋轉(zhuǎn)定位孔φ40H7前后各一個(gè)，是與底座旋轉(zhuǎn)孔配套使用的，前孔需安裝模式4號(hào)錐套，后孔則擔(dān)負(fù)著固定安裝旋轉(zhuǎn)軸的功能。前后孔對(duì)工作臺(tái)上平面尺寸精度（71±0.01）mm。

圖4

③該件兩側(cè)各有4個(gè)φ30H7通過(guò)孔，在定位孔上安裝高精度的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上安裝同一高度的旋轉(zhuǎn)定位柱，當(dāng)角度確定后，用兩側(cè)隨角度配套使用的角度定位柱，檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度的正確與否，同時(shí)起到固定工作臺(tái)和穩(wěn)定工件的作用。

④為防止各套在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中松動(dòng)，在中間旋轉(zhuǎn)套的側(cè)面鉆有螺釘孔，待套安裝后，用沉頭螺釘壓緊。

3.中心莫式套

該件是安裝在工作臺(tái)中間的前旋轉(zhuǎn)孔上，它除了擔(dān)負(fù)著底座和工作臺(tái)上下聯(lián)接的作用外，更重要的是擔(dān)負(fù)著聯(lián)接分度頭安裝使用的作用，所以它必須具備以下功能：

圖5

①材料采用45鋼，精加工前需熱處理硬度48HRC，并且表面發(fā)藍(lán)處理。莫氏孔需涂色檢查，接觸精度≥85%。

②φ40h7外圓與莫氏孔的同心度要求≤0.01mm，表面粗糙度值Ra=0.8mm。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)，在套的端面劃兩個(gè)固定窩，安裝時(shí)用螺釘將其固定。

4.雙莫氏連接軸

雙莫氏連接軸是該夾具的附件，它是緊緊聯(lián)接夾具和分度頭的關(guān)鍵工件，承擔(dān)著聯(lián)接夾具和分度頭承前啟后的作用，它既要傳遞分度頭到夾具的轉(zhuǎn)矩，又要保證左右旋轉(zhuǎn)角度的精度。所以，該連接軸的精度需達(dá)到以下要求：

圖6

①材料采用40Cr，粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，精加工前進(jìn)行表面熱處理硬度48HRC。前后莫氏錐外圓需涂色檢查，接觸精度≥85%，同心度≤0.01mm。

③前后孔需采用60？中心孔，表面粗糙度值Ra=1.6mm，并帶有120？保護(hù)窩。中間連接軸需和兩端錐外圓同時(shí)磨出，待分度頭和夾具聯(lián)接后，用卡盤(pán)輕輕夾緊，即可增加兩個(gè)聯(lián)接件的穩(wěn)定性。

五、被加工件安裝過(guò)程

根據(jù)工藝安排，精加工時(shí)，龍門(mén)銑床擔(dān)負(fù)工序4：精銑上下面，鉆鉸各坐標(biāo)孔，其余各孔點(diǎn)窩；工序5：精銑兩斜面，鉆鉸各坐標(biāo)孔，其余各孔點(diǎn)窩（用專用夾具）。

工序4在這里不做論述，只介紹一下加工兩斜面及斜面上坐標(biāo)孔的內(nèi)容。

夾具安裝前，按規(guī)定位置，在工作臺(tái)上鉆出裝夾工件的螺釘孔M16-6H共9個(gè)。夾具安裝分三步：

①安裝前，須將各接觸面清洗干凈。

②按定位鍵確定的位置，將夾具安裝在龍門(mén)銑床的合理位置。

③分度頭安裝。首先將連接軸安裝在分度頭的主軸孔內(nèi)；然后用螺桿拉緊；其次，將分度頭輕輕推進(jìn)夾具的中間莫氏4號(hào)孔內(nèi)，在用螺桿拉緊；最后，用卡盤(pán)扳子將連接桿輕輕夾緊，再用扳子將分度頭緊固在龍門(mén)銑工作臺(tái)上。

此時(shí)夾具和分度頭安裝完畢，其狀態(tài)如圖7所示。

圖7

找正工作臺(tái)平面，用分度頭調(diào)整左右角度，將分度頭盤(pán)左側(cè)螺釘松開(kāi)，將定位銷插在分度盤(pán)內(nèi)，旋轉(zhuǎn)時(shí)，只需旋轉(zhuǎn)插上定位銷的分度盤(pán)即可，待用百分表找平后，再將左側(cè)螺釘緊固。

圖8 工件安裝前，銷柱、壓板及各螺釘擺放位置

該夾具是一面兩銷定位。首先，要在工作臺(tái)上鉆出定位孔，兩定位孔要按著圖樣要求在工件中心偏離1.1mm處，用探針確定夾具旋轉(zhuǎn)中心位置，即檢測(cè)連接軸外圓，當(dāng)中心確定后，機(jī)床主軸移動(dòng)至相應(yīng)位置。

工件的夾壓螺釘孔，是在把該夾具安裝于龍門(mén)銑床之前完成的。安裝銷子后，以銷孔定位，將工件安裝在工作臺(tái)上，用螺釘和壓板將工件夾緊。按圖8所示要求，用分度頭左右旋轉(zhuǎn)夾具角度－19.5°、22°。

圖9

角度確定后，須在該夾具兩側(cè)安裝左右定位柱，以穩(wěn)定夾具，并在機(jī)床工作臺(tái)上自找合適位置，將該夾具壓緊。

在以上工作完成后，實(shí)施加工時(shí)，關(guān)鍵加工部位是在Y方向加工左右兩側(cè)面時(shí)，需要用探針將旋轉(zhuǎn)中心零點(diǎn)確定，加工時(shí)，每面各留1～1.5mm用探針檢測(cè)其實(shí)際尺寸，按要求尺寸移動(dòng)Y方向坐標(biāo)。然后再反復(fù)精加工各斜面成品，兩斜面成品的相交點(diǎn)與夾具旋轉(zhuǎn)點(diǎn)距離是保證精度的重點(diǎn)。

責(zé)任編輯：gt