基于气动夹具的立式加工中心工艺范围拓展.docxVIP

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基于气动夹具的立式加工中心工艺范围拓展

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摘要：航空产品出于对孔类特征相互之间位置精度的要求，往往需要对相关工序进行集中化处理。这使得很多轴线彼此垂直的孔类特征需要在一道工序中完成加工，传统的立式加工中心受限于其工艺范围，无法完成此类工序，使用五轴加工中心又在很大程度上造成加工资源的浪费。鉴于此，本文提出了一种基于零点定位技术的气动夹具的设计方案，利用气动系统使得该夹具能够带动零件在延圆周均布的四个分度点上完成精确的分度运动，从而代替了五轴设备中卧轴在此类工序中的作用，并基于六点定位原理，制定了夹具的定位夹紧方案，并最终实现了立式加工中心工艺范围的拓展。

关键词：气动夹具立式加工中心工艺范围

1.引言

目前，航空产品正朝着高精度、高可靠性的方向发展，这对航空产品的加工工艺提出了更高的要求，对加工工序进行集中化处理是提高零件加工质量的手段之一。夹具是机械生产中不可缺少的工艺装备，须适应加工工序集中化对夹具提出的新要求。

为了保证零件上孔类特征相互之间位置关系的准确性，很多轴线彼此垂直的孔类特征往往需要在一道工序内完成加工。传统的孔类特征往往采用立式加工中心完成加工，而工序集中后，由于立式加工中心只有立式主轴，致使其工艺范围受限，无法在一次装夹中对轴线彼此垂直的孔进行加工。这一问题的传统解决方法为利用五轴加工中心完成加工，但五轴加工中心属于较为稀缺的加工资源，且该类工序中实则并不需要五轴设备的多轴联动功能，因此需要寻找其它途径解决上述问题。

2.夹具设计方案的可行性分析及结构的确定

通过对该类工况和立式加工中心的结构功能进行分析可知，立式加工中心之所以无法完成该类工序，主要是因为立式加工中心只有立轴，无法一次加工轴线彼此垂直的孔类特征，而利用五轴加工中心实则只利用了其卧轴进行简单的钻镗加工，而并不需要五轴加工中心的各运动之间彼此联动行程复杂的方程轨迹。因此，只要夹具能够实现带动该类零件精确完成90°分度旋转的功能，就可以在立式加工中心完成一个面孔的加工后，将零件分度旋转90°，使得零件垂直面进入可被立式加工中心立轴加工的工位，从而实现立式加工中心工艺范围的拓展。

3.分度旋转结构的确定

能够实现精确分度旋转的气动产品比较容易获得，此类产品大致分为气动夹头、拉杆和基准片三个部分。气动夹头可以在沿圆周均布的四个分度点上完成精确的分度运动，基准片为该系统提供的外部连接接口，一方面能够在气动夹头上实现精确定位，另一方面可以通过转接板来间接实现气动夹头与被加工零件间的动力传递。

参考类似产品的设计理念，确定了该夹具分度旋转结构的总体设计方案。转接板将通过螺纹连接固定在基准片上，被加工零件通过螺纹连接固定在转接板上。在加工孔时，立式加工中心可先对一个面进行加工，加工完成后，由气动部分的气动夹头带动基准片进而带动转接板和被加工零件完成90°的分度旋转，从而使得零件垂直面进入加工工位，此时，立式加工中心可对垂直面进行加工，从而实现了在一次装夹中，完成对轴线相互垂直的孔系特征进行加工的目的。

4.定位夹紧结构的确定

根据零件的加工工艺要求及零件实际几何结构，选择零件待加工孔的底孔作为定位特征，可以达到较好的定位效果[7]，但这样的定位方案在加工过程中极有可能使得定位元件与机床刀具运动发生干涉。分析了待加工零件在加工过程中所承受切削力的状况，确定了通过设计专用定位插销进行定位，并通过螺钉施加夹紧力，而后撤走定位元件再进行加工的定位夹紧方案。

而后，设计底板、连接件、紧固件等夹具零件的结构，使得上述系统能够稳固的连接在立式加工中心上，通过以上设计，达到了拓展立式加工中心工艺范围的目的。

5.结论

基于立式加工中心无法在一次装夹中加工轴线彼此垂直的孔类特征而生产实践又有此类需求的现状，在对零件加工需求和立式加工中心加工特点进行充分分析的基础上，提出了一种气动夹具的设计方案，利用气动夹具的分度运动来弥补立式加工中心的工艺局限性，达到了拓展立式加工中心工艺范围的效果。通过生产实践的检验，证明了该夹具设计方案基本能够达到预期的设计效果。

参考文献

1.蔡瑾，段国林，李翠玉，等.夹具设计技术发展综述[J].河北工业大学学报，2002，31（5）：35-40.

2.张国政，杨海卉，刘顺.基于工序集中要求的加工中心夹具设计研究[J].重庆科技学院学报：自然科学版，2012，14（3）：128-132.

3.赵放，肖飞，刘枫.工装夹具及回转工作台在加工中心上的应用[J].科技创新导报，2012（29）：98-98.

4.雷钧，罗敏，吴清生，等.数控立式加工中心夹具控制系统设计[J].机床与液压，2016，44（14）.

5.张国政，韩江，陆爱明.基于数控加工工序集中要求的程控