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摘 要：本文结合笔者实际工作经历，通过深入一线调研、系统分析，并由笔者牵头完成研制，将外贸件球阀加工时传统的螺旋装夹方式，提升为在数控铣床上利用气动自动定位、夹紧，此设计大大较低了工人的劳动强度，提高了加工效率和加工质量，是一种极具推广价值的高效气动自动夹具设计方案。
关键字：数控铣削 气动夹具 优质高效 技师学院
（一）本课题背景
1.总体情况概述
2012年以来，XX技师学院深入实施“产教融合、校企合作”办学模式。该校与荷兰百联事国际贸易有限公司签订外贸加工订单，内容为生产高档啤酒桶开关的球阀、阀芯等高精度不锈钢零件，产品订单累计4.1万套，产值约200万元。但长期受其中关键零件球阀加工质量要求高、操作者劳动强度大、废品率高等情况困扰，使该产品一度出现未能按时交货、产品退货率高、校企合作困难等情况。
2.本课题情况介绍
本课题主要为利用数控铣床进行球阀零件上下两侧槽的加工（数控车削部分已经完成，其它圆周处轮廓待本工序完成后在车削中心上进行加工）。球阀零件上下两侧槽传统加工方案如下：
（1）球阀上侧槽加工：以球阀下底面和一个短圆柱销进行定位，并配以螺钉和压板从上至下螺旋手工方式进行夹紧。
（2）球阀下侧槽加工：以球阀下底面和一个短圆柱销进行定位，并以第一步完成的上侧槽一侧为辅助定位。同理配以螺钉和压板从上至下螺旋手工的方式进行夹紧。
整套夹具体通过三处钩头压板与数控铣床的工作台连接（如图2所示）。该夹具虽然简单，但由于工件的定位、夹紧都是通过操作者手工的方式来完成，加工过程费时、费力，不仅效率低下，而且经常出现由于操作者夹紧力控制不当，而使球阀上、下面夹伤造成废品。同时，由于操作者需经常使用扳手、内六角等工具进行松、夹零件，有时会出现工具遗忘在数控铣床内就开始加工的情况，人身和机床事故时有发生。
（二）本课题设计要求
本课题在XX技师学院进行了立项，作为校内技改项目。通过整体夹具方案设计，拟采用气动自动定位、夹紧的方式，要求最终设计完成的夹具：能方便可靠的与数控铣床连接，动作准确可靠、迅速方便，减轻操作者劳动强度，提高可靠性，由机床程序控制刀具对球阀零件进行加工，并保证加工完成后球阀零件的质量要求。
（一）课题设计思路
1.定位方案设计
（1）工序一（球阀上侧槽加工）：一个面限制三个自由度、一个短销限制两个自由度，共限制五个自由度，定位方案属于不完全定位。
（2）工序二（球阀下侧槽加工）：一个面限制三个自由度、一个短销限制两个自由度、一个定位块限制一个自由度，共限制六个自由度，定位方案属于完全定位。
2.夹紧方案的确定
根据本课题工序加工内容，夹紧方式可采用“拉”或“压”等方式固定零件，结合本课题方便、实用的原则，最终确定为用涨力心轴，即向下“拉”住工件的方式。同时，考虑需满足夹紧可靠性的要求，还要进行夹紧力的校核。
3.课题总体设计方案
气动夹具结构简单、轻便、安装维护方便，排气处理简单，不污染环境。可实现集中供气，短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应等。并可实现缓冲，对冲击负载和过负载有较强的适应能力。且在一定条件下，可使气动装置有自我保护能力，输出力以及工作速度的调节容易，综合成本较低等优点，故针对本课题加工特点、切削力特性和加工精度要求，拟采用气动夹具来实现。
（二）课题的实现
1.定位误差的校核
（1）重复定位误差：球阀两侧面的尺寸5±0.05，3.5±0.05，ΔD=0。（重复定位误差为0）
加工尺寸3±0，05的定位误差，ΔD=0。（重复定位误差为0）
（2）对刀误差ΔT：由于是数控铣床，用坐标轴零点找正，所以对刀误差：ΔT=0。
（3）夹具安装误差ΔA：因本夹具没有设置定位键，夹具在数控机床上安装时要在底座长边和宽边上来回打表将误差控制到0.01mm内。故：ΔA=0.04。
（3）夹具误差ΔJ：取ΔJ=0.02。
（4）加工方法误差ΔG：因该误差影响因素较多，又不便于计算，所以根据经验，为留工件公差的1/3，计算可设：△G=δK=0.1/3=0.033
故：
JC=0.011，综合以上分析，本次定位方案是合适的。
2.夹具主要零件材料的选用
（1）弹簧心轴：考虑夹具在使用过程中需要多次张紧，故元件表面需耐磨、防锈，而且还要有一定的弹性，故选65Mn，并采用淬火处理后，工作部分硬度达57～63HRC，底部40～45HRC。
（2）定位块选用45#，热处理：淬火，硬度达45～55HRC。
（3）拉杆材料选用45#，热处理：调质，硬度达40～45HRC。
（4）压板材料用45#，热处理：调质，硬度达250～280HBS。
（5）弹簧夹头选用65Mn，热处理：调质，硬度达250～280HBS。
其他零件考虑为一般功能，大多可选用45#，且能满足夹具的强度和硬度要求。
3.气压回路及控制电路设计
图4 气压回路设计
（1）气压回路设计：压缩空气进入二位五通电磁换向阀，右位接通时气压通过节流阀从气缸左侧进气，右侧出气；左位接通时气压通过节流阀从气缸右侧进气，左侧出气。
（2）控制电路设计：SB1是常闭开关，SB2常开开关。当按下SB2时电流通过直流中间接触器KM1，KM1开关闭合，二位五通电磁换向阀工作气缸无杆端进气，使压板向下运动夹紧工件。当压力到一定值时，压力继电器合上，电流通过接触器KM2，KM2开关合上，小灯泡亮，表示可以加工工件。工件加工好后，断开SB2，直流中间继电器断电，KM1开关断开二位五通换向阀，在弹簧力作用下返回原位，气缸有杆端进气，使压板松开，可卸下工件。
4.夹紧力校核
（1）切削功率：
（2）切削力：
（3）工件所需夹紧力
，考虑4个工件需同时夹紧，故所需总夹紧力：
（4）压板最小直径拉力校核
总夹紧力为：
单个夹紧力为：F1=F/2=3366.08/2=1683.04
综合以上：σmax=FN/A=42.88MPa≤=299MPa，故本课题夹紧力完全满足使用要求。
三、本课题的效果
与XX技师学院传统的螺纹下压式手工夹紧方式相比（方案一），由于先前松、夹都需操作者手工完成，效率很低。采用本课题气动自动夹紧方式后，四件球阀利用涨力心轴同时夹紧，大大减轻了操作者的劳动强度，准确性高、安全可靠，加工效率提高了近十倍。另一方面，本课题采用气动自动夹紧工件，夹持力可靠且可调，加工质量稳定。而且可实现一人同时操作多台数控机床，大大降低了人力资源成本，减少了固定设备投入，经济效益明显提升。
来源：网络转载
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发表于 2016-8-23 14:24:06
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