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数控铣床加工特殊零件的夹具分析
Nov 23, 2021  来源:江苏省徐州技师学院  作者:孙奇


     摘要:我国工业领域的发展,使各种特殊零件被大量应用于各种机械设备中,这些特殊零件能否得到精确的加工,将直接关乎整个机械设备的运行性能。数控铣床作为加工特殊零件的关键工具,在对特殊零件进行加工时更要合理地使用夹具,因此,需对夹具的设计及制造问题进行深入研究,了解夹具的基础构造,掌握其不足之处并进行优化,对于特殊零件加工具有巨大助益。本文就此展开论述,仅供参考。

     关键词:数控铣床;零件加工;特殊零件;夹具

    数控铣床在零件加工方面要比普通铣床有优势,能够利用数控程序来对零部件实时精密化、自动化的加工。在应用数控铣床进行实际加工时,往往需要将其作为加工特殊零件的重要设备,并且在用数控铣床来加工特殊零件过程中,还要应用到相应的夹具,以确保特殊零件在经过加工以后,精度能够达到使用标准,且有助于提高数控铣床对特殊零件的加工效率[1-4]。本文对数控铣床在加工特殊零件过程中采用的夹具进行分析,其目的在于缩短特殊零件的装夹时间与定位时间,以确保特殊零件的加工效率得到有效提升。
  
     1、数控铣床加工特殊零件过程中改造夹具的重要性
  
     本文以某吊耳零件作为实例,在对该吊耳零件进行加工时,需要采用数控铣床来完成。该吊耳零件的厚度为40mm,加工公差为 1.6mm,吊耳零件的两大面需要进行直倒角加工,直倒角为 45°,且沿尺寸轴向宽度为 2mm,在吊耳零件中,其两孔直径均为 64mm,外孔至大圆轮廓的距离为 100mm,而内孔至小圆轮廓的距离则为 60mm,外孔与内孔的最近边缘距离为 116mm,整个吊耳零件的长度可达到276mm。在对该吊耳零件进行加工以后,其两大面均已加工完毕,而对外孔与内孔则采取镗销加工,并对外圆弧保留加工余量控制在 2mm至 3mm,在应用数控铣床进行加工时,需要对吊耳零件的倒角及圆弧进行加工,其中圆弧边的加工可进行一次装夹。对于倒角加工来说,则需采取正、反两次装夹方可完成。在对吊耳零件的外圆弧进行加工过程中,所采用的铣刀直径为 40mm,且需要对其实施全厚度加工,这是因为采取全厚度加工能够使加工效率提高,而且不需要进行分层。
  
     在应用数控铣床进行吊耳零件加工时,其具体加工流程如下:1)对工件进行找正;2)对其外圆弧进行加工;3)对倒角进行加工;4)将工件翻转后用夹具进行装夹,并对反面倒角进行加工。需要注意的是,在进行倒角加工时,必须要确保其正反面倒角能够均匀一致。 


     这种加工方法可以实现对吊耳零件的有效加工,不过其弊端却也比较明显,主要体现在夹具方面,并容易引发以下加工问题。

     1)考虑到类似于吊耳零件的特殊零件往往需要进行大批量的生产,因此必须要保证数控铣床能够利用夹具来对工件进行快速找正,但夹件在定位工件时只能根据工件的中心孔来完成装夹,对两孔中心连线找平时则要耗费很多时间和精力,对工件进行批量生产更是无从谈起。
  
     2)即使对吊耳零件这种特殊零件进行了找正,在利用数控铣床加工吊耳零件时也易产生各种问题,对于外圆弧加工来说还能够顺利完成,但在加工两边倒角时便会存在很多困难,即使对吊耳零件的正面倒角进行了高标准的加工,在后续加工吊耳零件反面倒角时也易出现反面圆弧无法全部切到。
  
    3)对于吊耳零件来说,往往需要定期加工,加工数量也比较多,但由于该零件的加工难度较大,并且需要耗时耗力,造成加工企业往往很难满足该类特殊零件的加工需求,从而延误了生产周期。所以,在对特殊零件进行加工时,为了确保企业能够利用数控铣床来实现对特殊零件的顺利加工,就必须要对加工过程中采用的夹具进行改进与优化设计,以使工件能够在数控铣床中进行快速、便捷、准确的定位装夹,从而使特殊零件的倒角及圆弧加工精度得到可靠保证。并且,在设计夹具过程中,必须要确保夹具有着较为简单的构造,人们可以方便地制造夹具,且夹具还要具备一定的通用性,能够在特殊零件加工过程中得到长期使用。
  
    2、特殊零件加工过程中的夹具设计
  
    2.1 基础构造
  
    企业在应用数控铣床加工一些比较特殊的零件过程中,其关键在于对特殊零件进行找正,而找正则需保证其定位装夹的准确性与快速性。根据本文中提到的吊耳零件,其两孔装夹需要采取一销一柱方法,在应用上述装夹方法过程中,可不用缩小定位销的原始直径,不过却需要扩大连心线的间隙距离,这样便会在一定程度上起到缩小定位销原始直径的作用,从而使中心距误差得到有效补偿。在对上述影响因素进行全面、综合考虑以后,需要通过特殊夹具来完成定位装夹与零件加工,以此确保特殊零件的加工精度达标。在对特殊零件进行定位装夹时,装夹后的特殊零件中包括垫板、定位销、开口压板、T 型块与螺母,其中垫板能够有效支撑特殊零件,以此保证特殊零件在加工过程中保持稳定,而且在加工外圆弧过程中,还能给走刀预留出充足的空间。对于吊耳零件的两孔加工工作,则需利用数控铣床来完成,以使两孔孔距达到设计标准。对于定位销来说,其关键作用体现在定位零件方面,同时,为了使特殊零件的装卸更加方便,还需要应用到开口压板,夹具则通过 T形板来对特殊零件进行固定。
  
    在通过夹具来对特殊零件进行定位装夹时,具体加工方法如下:1)先对定位销进行固定,再对垫板进行安装,并对特殊零件的中心轴线进行找正;2)将特殊零件的找平信息录入到数控铣床系统中,在平台中装上特殊零件,利用开口压板来压紧特殊零件;3)利用数控铣床来对特殊零件的外圆弧进行加工,待圆弧加工完毕后进行倒角加工;4)将特殊零件进行翻转,然后重新装夹和倒角加工。

    2.2 夹具使用
  
    在应用上文中提到的夹具来对特殊零件进行定位装夹以后,并通过数控铣床来进行加工,仍有以下不足:1)对刀和找正的难度较大;2)加工人员在应用数控铣床来对特殊零件进行加工时,应对螺栓、T形块、螺母及开口压板进行压紧,其紧固程度是否达到标准难以保证,如果实际紧固程度不足,会造成特殊零件在加工过程中的原有位置发生变动,而这势必会导致数控铣床在加工特殊零件的反面倒角时出现一边无、一边有的问题;3)当夹具出现松动时,要对特殊零件进行重新找正,这样反而会耗费更多时间,同时也会对特殊零件的加工效率及精度造成不利影响。如果上述不足存在,需要对夹具的基本构造予以相应改进与优化,使其能够以百分表为依据来进行找正,以使找正流程得到相应简化。并且,若要确保夹具具备更大的刚度、降低定位过程中产生的误差,还需要对夹具零件进行合成,同时针对特殊零件装夹稳固性问题要改变原有的受力点。
  
     2.3 夹具改造及使用效果
  
     对于数控铣床夹具改造设计而言,由上述内容可知,在进行数控铣床夹具改造过程中,需要有计划、有步骤地来进行夹具设计,将不同设计步骤转化成不同的几项,并确保各个设计程序能够独立、分开的完成,确保每名设计人员都能发挥其长处,通过彼此之间的密切交流,采取求同存异的设计理念,以使不同设计人员的想法得以整合起来,并落实责任制度,由专业人员来进行错误改正,这样才能使夹具在改造后具备更高的精准度。同时,对于不同部件的零件需要予以特别对待,在以往的夹具设计中,需要吸取夹具设计的经验与教训,转变以往的单一化生产方式。许多特殊零件都有着不同的加工要求,需要尽可能减少换刀次数,由于某些特殊零件的刚度较差,因此需要采取相应的技术手段来保证加工精度,而这要对专用的夹具进行设计,可通过一次对多个零件进行装夹,以达到降低换刀次数的目的,也可采取多个装夹的夹具来保证加工精度,在此过程中需要利用计算机辅助技术来对夹具进行三维立体图像设计,模拟析夹具金属变形和受力状况,并对夹具应用过程中可能出现的起皱、破裂等问题进行预测,方可使夹具的设计变得更加精密、合理。
  
     根据以上设计改造思路,在对夹具进行改造过程中,具体流程如下:首先在夹具底部安装大面积垫板,以确保垫板、定位销能够形成一个完整的整体,定位元件则采用边销和圆柱,以使平台中的特殊零件在定位过程中得以牢固支撑。数控铣床对特殊零件加工时,以中心点为依据可提高加工精度。夹具中心线需要和大面积垫板相互平行,即使产生平行误差,也应控制误差值在 0.017mm以内,由此使得找正流程得到有效简化。
  
    对于夹具圆柱和大面积垫板来说,两者之间的垂直度应保持良好,垂直误差需要小于 0.018mm,在应用上述方法来优化夹具的原有基本构造以后,加工人员在使用数控铣床来加工特殊零件时,具体的流程步骤便精简为以下:首先是找正夹具直边,然后通过数控铣床进行加工,待特殊零件的外圆弧得以被加工完毕后,再对其倒角进行数控加工,当倒角也加工完毕时,便可将装夹于工作台中的特殊零件进行卸下,然后翻转到特殊零件的另一面,以便于进行二次装夹与二次倒角加工。经改造以后,实际加工结果表明,夹具基本构造的优化,使得找正次数得以有效降低,具体降低幅度可达到 54% 左右,而且夹具刚性也得到了有效改善,不需要再进行分层加工,特殊零件在加工完毕后,其倒角均匀一致,零件外观美观性更好。更为重要的是,通过夹具改造,还使得原有的装夹与定位步骤得到了有效简化,进而使企业能够实现对特殊零件的大批量加工生产。

    3、结语
  
    综上所述,加工人员在利用数控铣床来对特殊零件进行加工时,夹具在其中起到非常重要的作用,因此有必要对现在夹具进行深入研究与改造。通过不断完善特殊零件的加工技术,以使数控铣床在加工特殊零件时取得更高的生产加工效率,进而使现代工业的发展逐渐具备更加深厚的技术基础与底蕴。
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