加工中心夹具的设计

广东顺德震德塑料机械厂(528300)　赵立刚

摘　要　作者介绍了加工中心夹具一面二孔定位的特点及其误差分析,并根据加工中心夹具的设计要点提出采用焊接式夹具比较优越的观点。

主题词　加工中心　夹具设计

以柔性制造系统和加工中心为主要手段的机械制造企业,合理的配置夹具是保证加工中心良好运作的重要条件。我们在实践中对加工中心夹具的应用有如下体会提供给大家,以供参考。

一、定位原理与误差分析

加工中心机床所用夹具原理多源于一面二销定位原理。由于加工中心采用工序集中加工方式,一次定位完成全部或大部分加工内容,且多数加工方式采用上机前为毛坯,出机时为成品的加工概念。因而,其定位方式一般为一面二孔或二孔以上多孔定位方式。

1.定位特点:

(1)尽量采用零件图纸要求的加工面和加工孔为工艺定位面和定位孔;

(2)如果零件图纸所要求的加工面没有适合作工艺定位的基准面和定位孔,则往往要在不影响零件使用功能的前提下,加工出定们位基准面和定位夹紧用工艺孔;

(3)传统的一面二销定位方式在此就不赘述了。实践中,我们多采用一面多孔的定位兼夹紧方式。定位元件(螺钉或双头螺柱)兼具定位和夹紧二种功能,定位孔兼具定位和压紧元件通过两种功能。

当工件的两定位销孔与其它各加工面有精确的位置要求时,则必需采取传统的一面二销定位方式,其余情况下,是采用传统的一面二销定位,然后再用

1200k W,生产能力1500-2000t h。

重型刮板输送机:电压3300V,总装机功率2×525k W,输送能力2000-2500t h,采用整体铸槽,中部槽过煤量600万吨。

液压支架:采用电液控制操纵系统,移架速度达8-10s 架,乳化液泵流量400l m in,最大系统压力31.5M Pa。

大运量胶带输送机:电压3300V,装机功率1100-1500k W,带宽1.2-1.4M,输送量2000-2500t h。

4.综采放顶煤技术装备的完善和改进

重点研究改进综放液压支架结构和配套设备,提高综放开采回采率和实现综放安全生产。

(二)煤巷、半煤岩巷综掘成套设备

在巩固、完善AM50、S100、ELB75等主力机型的配套性、可靠性的基础上,重点开发200k W以上功率的重型掘进机,进行关键元部件、综合除尘和内喷雾技术攻关。目标:形成适应煤、半煤岩巷掘进机的轻、中、重型系列综掘成套技术与装备。中型(EBH132)、重型(EBJ160)达到月成巷400—600米,使用一年不大修。

(三)煤矿安全技术装备

积极研制煤矿防治重大瓦斯、煤尘事故的可靠技术装备。重点开发:正压氧气呼吸器,大型制氮机。完善提高甲烷、一氧化碳和烟雾传感器的稳定性和可靠性。研制地方小煤矿实用的安全检测仪器,全面改善煤矿安全状况。

(四)煤炭洗选成成套设备

到2000年全国原煤入选比重将提高到30%。要研制先进、高效洗选成套设备,开发干法和省水型选煤设备。加速带式压滤机、加压过滤机的规模生产。积极研制开发矿井充填技术装备。

四、“九五”发展的主要措施(略)

(收稿日期:1996—07—10)

夹紧元件夹紧工作,还是采用一面多孔定位兼夹紧的方式主要是视被加工件余量的多少而定,对于加工件是毛坯的情况以采用定位兼夹紧方式为宜。对于被加工件经过粗加工而只需精加工的工件以采用传统的一面二销定位方式为宜。

2.误差分析

采用两圆柱形定位(夹紧)元件作为两孔定位时,转角误差?Η:

图1

在加工中心夹具设计时,一般两定位孔的直径是相等的,两圆柱形定位(夹紧)元件的直径也是相等的(见图1),则定位转角误差公式:

?Η=tg-1(?d+?D+?K+?J

) (1)

式中?d——定位元件的公差值

?D——定位孔的公差值

?K——两定位孔中心距偏差(公差之半)

?J——两定位销中心距偏差(公差之半)

L——中心距公称尺寸

设被加工面最大长度尺寸为X L,则转角误差引起的被加工面沿余量方向的位移误差:

?Z=X L?tgΗ=X L(?d+?D+?K+?J

)　(2)即引起被加工面余量层厚薄的变化量为?Z。

若余量层厚度大于?Z,则采用定位兼夹紧方式,即定位元件与夹紧元件合二为一;若余量层厚度不大于?Z,则采用二销精确定位方式,夹紧另外考虑。

对于加工中心,采用毛坯直接上机加工出成品方式,一般毛坯余量层的厚度远大于?Z,故采用定位兼夹紧方式为宜。实践中,我们常采用的定位元件与定位孔之间的间隙选取范围在0.2—1之间,这样大的定位间隙使定位装夹工件十分快捷,同时能确保余量层厚度大于?Z。

选择定位面时应注意,所选取的定位面为一使工件重心稳定的平面,同时便于对其它各部位实施工序集中的多面加工。定位孔为螺孔或光孔,应视具体情况而定。如定位孔只是为工艺需要而加工出的孔以螺孔为宜。

二、加工中心夹具设计要点

加工中心夹具多沿用一面二销及其所派生的定位原理。因此:

1.夹具在机床工作台放置的定位面与夹具安装工件的定位面之间的相互位置精度,首先要根据工件定位面与其它要加工部位之间相互位置精度来确定;

2.加工中心的夹具,采用使工件底平面定位,这样夹具和工件的敞开性最好,便于多面加工和实现工序的高度集中,从而确定各加工面的相互位置精度。所以加工中心夹具设计的基本要求就是:无论工件是箱体类,还是板类,或是异形、复杂形面工件,夹具的设计也须考虑要尽可能满足多面集中加工的需要,这也是加工中心夹具有别于普通机床夹具的一个显著特征。

用底面定位时,夹紧力自上而下,夹紧机构设计简单而紧凑。实际上,多数情况下,加工中心夹具的夹紧机构只是由内六角螺钉,双头螺柱和螺母及一些压板等最简单的夹紧元件所构成。

3.二销或多销定位精度也要视工件定位孔与其它要加工部位之间相互位置精度来确定。多数情况下,由于工件主要部位的加工精度是靠加工中心一次定位集中加工来保证,所选取的定位要素往往不是关键加工要素,或者仅仅是为确保一定的定位安装而人为加工出的定位用工艺面和工艺孔。因此,根据我们的体会,数控加工中心的夹具制造精度一般并不高于传统的分散工序加工的普通机床夹具的精度要求。尤其是在卧式或五面加工中心完成的加工件,进行多面加工,往往可以选择一个相对较粗的基准定位,通过加工中心的集中加工来确保各加工部位的准确精度;

4.在加工中心中,由于是在预先规定的坐标系中实现工件与刀具的相对移动,工件在夹具中应完全定位,而夹具在机床上要有精确的定位。根据我们的实践经验,在夹具定位底面中心镗出一精确的孔,使之通过一圆销与工作台上的中心圆孔定位同心,而工作台的中心圆孔也就是机床B轴的回转中心。如此,夹具中心也就处于B轴的回转中心上。然后,找正夹具上的一个基准侧面,使之完全平行于X轴

方向。这样,夹具相对于机床就具备了十分精确可靠的合理位置,为实现工件的集中加工创造了十分有利的条件。

需要注意的一点:用户在购买加工中心时,注意工作台上有否与B轴重合的定心孔,如果没有,购机时可向机床厂家提出此项要求,以方便今后的工艺设计。

如上所述,工件与夹具的连结,夹具与机床的连结十分快捷、方便,有效地减少了加工辅助时间和准备时间。

5.由于加工中心对工件的加工多是一次定位装夹,进行多面的粗、精集中工序和铣、镗、钻、攻丝等多工步的集中加工,工件和夹具的受力情况相当复杂,同时要保证加工出高精度的质量,夹具具有良好的刚度是至关重要的;

6.由于加工中心为集中加工连续切削的方式,所以夹具设计应充分考虑到夹具本身给排屑带来一定的方便,便于冷却液冲刷带走切屑及热量。同时,更换工件时便于清除切屑。

加工中心夹具的设计要点,在焊接结构夹具中有充分的体现。

三、加工中心宜采用焊接式夹具

采用加工中心进行多品种成批生产方式的企业,加工中心采用焊接式整体结构夹具为宜。我们把焊接式夹具与传统的装配式夹具和组合夹具进行对比,发现装配式夹具不足之处是设计制造周期长,成本高。组合夹具尽管具有灵活拼装的特点,但对于产品在三一五年周期内相对稳定生产的企业,夹具不可能总是经常进行反复的拆装组合,同时组合夹具的一次性投资费用大,而且针对每种不同工件,组合夹具由于本身元器件尺寸、结构等因素制约不可能搭制出比专用夹具方案更为理想的夹具。

我们通过对比使用的实践,得出在加工中心中采用焊接式结构夹具为最佳的结论。

焊接式夹具具有如下优点:

1.设计、制造周期短,成本低。夹具主体的制成是先将割好的钢板组焊在一起,然后进行去应力处理,再对需要加工的部位加工完成(一般用加工中心加工为宜),最后至多再利用平面磨床磨出要求较高的平面。按需配置合适的定位销和夹紧元件即完成一套夹具的制造。实际上,由于焊接式夹具的敞开性好,我们所设计的夹具往往是一套夹具可分别用于二种或二种以上工件的装夹定位,即一套夹具可分别用来加工几种工件。

2.焊接式夹具的刚性好。由于焊接式夹具作为整体焊接结构,因而刚性好于传统的装配式夹具和组合夹具。同时,由于结构刚性好,故往往为夹具的敞开式设计和工艺设计创造了有利条件;

3.维修方便。夹具的磨损或损坏往往是出现在定位面上,因而只需在平面磨床上磨平即可。

同时,一旦出现旧产品淘汰,新产品上马的情况,原有的夹具并不一定报费,往往可以重新利用,主要途径有三点:

(1)在原有夹具的基础上重新补充加工改制;

(2)在原有夹具上覆盖焊接定位板并补充加工改制;

(3)用气割的方法割掉原来的工件定位板重新焊接一块定位板,构成一个新的夹具。

通常,夹具与机床工作台相连的底板是无需改动的。

下面是二种焊接式夹具的简图:

图3

四、设计中需要注意的几个问题:

1.在保证加工中心安全的情况下,所设计的夹具应尽量少占用加工中心有效行程的覆盖空间;

工程机械液压系统清洁度的探讨

厦门工程机械厂　刘亥生

机械部工程机械实验厂　林就发

摘　要　分析了影响工程机械液压系统清洁度的各种因素、整机及元件和附件的清洁度检测,提出了提高液压系统及元附件清洁度的方法,并建议用喷丸法代替酸洗法清洁附件。

主题词　液压系统　清洁度　检测　清洗

九十年代初,我们对某集团公司进行了调查,发现三包期间内,液压系统(包括元件、附件)的故障率高达整机故障率50%以上。一些企业的统计资料表明,整机的故障有60%以上来自外购件,而外购件中60%以上的故障是出自于六种零、部件,即发动机、泵、阀、缸、变速箱、高强度螺栓。这六种零、部件中液压系统就占了一半。减少液压系统中的元件、附件的故障就能大大提高工程机械的质量,降低三包期间企业的成本。很多专家也同意这样一个观点:液压系统的故障原因有80%是源于油液的污染。如何提高液压系统清洁度,是目前企业决策者和企业质量部门、技术部门必须面对的课题。

一、清洁度及其标准

1.我们认为,清洁度可以定义为液压系统中的固体污染程度。参照国内有关标准可作出以下规定:

(1)产品出厂时液压油颗粒污染等级不得超过19 16(相当于美国宇航标准NA S1638的11级);

(2)产品使用过程中液压油颗粒污染等级不得超过20 16(相当于美国宇航标准NA S1638的12级);

(3)加入整机油箱的液压油颗粒污染等级不得超过18 15(相当于美国宇航NA S1638的10级)。

2.对液压系统元件的规定

(1)齿轮泵:颗粒污染等级不超过19 16。

(2)柱塞泵:颗粒污染等级不超过18 15。

(3)阀　类:颗粒污染等级不超过18 15。

(4)液压缸:颗粒污染等级不超过19 16。

3.对液压附件的规定

(1)油箱:颗粒污染等级不超过18 15。

(2)管(包括软、硬管)用接头:颗粒污染等级不超过18 15。

对于液压元件,上述的规定相当于合格品或一等品。对于优等品,其清洁度还得提高一个等级。

上述分数的物理意义是:分子代表大于5Λm的颗粒数代码,分母代表大于15Λm的颗粒数代码。在100m l液压油中的固体污染物颗粒范围分为0～30个代码。例如代码18的固体污染物颗粒数范围为130×103～250×103。

二、影响清洁度的因素及整机检测

工程机械液压系统包括:液压泵、液压马达、油缸、各种液压阀、高压软管、金属硬管、接头、油箱等元件和附件。某些工程机械还包括转向系统的元件

2.考虑加工中心X、Y、Z轴的行程范围,并根据加工中心所使用的刀具大小及其切削轨迹范围,使夹具不致产生与刀具及加工中心主轴头相干涉的情况;

3.要考虑主轴头沿X、Y、Z轴(尤其是Y、Z轴)切削移动至最靠近工作台情况下,不至产生主轴头与工作台的干涉;

4.对卧式加工中心夹具,在选择B轴定夹具中心的情况下,所设计夹具的高度应考虑到在找正夹具一侧面使之平行于X轴时、找正夹具上工件定位面,以确定定位面与工作台台面之间沿Y轴方向的精确高度时,应避免轴头与工作台发生干涉的情况出现。

(收稿:1996—03—05)