工藝：四軸孔加工案例

一往冇前

在機(jī)械加工中,，使用普通鉆床或數(shù)控鉆銑床加工位置精度要求較高的斜孔很難達(dá)到需求,。隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的飛速發(fā)展,，特別是多軸數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn),，加工斜孔在多軸數(shù)控機(jī)床上得以實(shí)現(xiàn),，如當(dāng)時(shí)三軸加工中心的面世就解決了很多生產(chǎn)上的難題,，“加工難,，精度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大”已成為過(guò)去,。

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為了適應(yīng)市場(chǎng)多樣性的需求,，供應(yīng)商被要求生產(chǎn)不同類型的非標(biāo)產(chǎn)品且量大精度高,，以往的機(jī)床設(shè)備都無(wú)法滿足,。而三軸加工中心只具有對(duì)工件的頂面進(jìn)行切削加工的功能,，若遇形狀較復(fù)雜的加工件要在加工中獲得成型，則要進(jìn)行多次裝夾加工,，如加工圓孔座板斜孔就相對(duì)麻煩,，且產(chǎn)品合格率不高。

加工圓孔座板斜孔的案例

有約2000個(gè)舊圓孔座板,，因設(shè)計(jì)改造,，需要在圓孔外周鉆準(zhǔn)6mm斜孔（圖1）。分析圖紙得知需要加工部位的精度要求和加工數(shù)量,，如果使用鉆銑床加工,，該設(shè)備主軸無(wú)法擺成一定的角度，加工精度也很難達(dá)到產(chǎn)品的需求,。分析之后,，這個(gè)零件更合適在四軸加工中心上加工，加工效率更高,，需要設(shè)計(jì)一個(gè)專用夾具,。

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圖1 圓孔座板零件圖

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這里主要推薦一款應(yīng)用四軸加工圓孔座板的新型夾具。

圓孔座板的斜孔加工工藝制定

一,、圓孔座板的斜孔加工工藝分析

（1）待加工孔中心軸與對(duì)稱孔中心軸成60°±0.1°,，而且孔中心軸線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)20mm通孔的圓心，加工公差只有±0.1° ,。

（2）同一側(cè)孔的中心距為15±0.02mm,，孔的尺寸公差是H7（圖2）。

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圖2 局部加工圖

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二,、加工工藝制定

該工件需要加工的部位為孔加工,，且該孔的尺寸精度和位置精度要求高，所以工藝規(guī)程中分鉆,、鉸兩個(gè)工序,。由于需要加工孔的中心軸線不在同一個(gè)平面，完成一側(cè)的孔加工后需要轉(zhuǎn)動(dòng)60°再加工另一側(cè)的孔,，需要夾具有可轉(zhuǎn)動(dòng)的功能,。

圓孔座板的斜孔加工夾具設(shè)計(jì)

一、夾具的設(shè)計(jì)原理

（1）設(shè)計(jì)一套夾具在四軸加工中心上加工,，使該夾具可以隨著四軸加工中心的第四軸轉(zhuǎn)動(dòng),，帶動(dòng)產(chǎn)品也轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使準(zhǔn)6mm孔鉆頭不用擺角度就可以分別鉆準(zhǔn)6mm孔與另外一邊的準(zhǔn)6mm孔,，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成所有孔的加工,。

（2）為了保證準(zhǔn)6mm孔的位置精度和尺寸精度,，加工工件的旋轉(zhuǎn)中心必須是準(zhǔn)20±0.01mm通孔的圓心。也就是說(shuō),，此夾具要滿足加工工件,、夾具和機(jī)床的第四軸旋轉(zhuǎn)中心必須同心這個(gè)條件。

二,、夾具定位元件的確定

（1）芯棒,。將該產(chǎn)品準(zhǔn)20±0.01mm通孔置于芯棒上，可消除產(chǎn)品Z,、Y方向的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)以及X軸的移動(dòng)五個(gè)自由度,。

（2）水平擋塊。通過(guò)輔助側(cè)板固定在產(chǎn)品底部,，可消除產(chǎn)品繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng),。

夾具定位元件如圖3所示。

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圖3 定位元件

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三,、夾緊方案及夾緊裝置的設(shè)計(jì)

根據(jù)夾緊力應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn),，并使其作用點(diǎn)落在被加工產(chǎn)品剛性較好的部位的原則，可選用快速螺旋壓板機(jī)構(gòu)（圖4）,，使夾緊力作用在產(chǎn)品準(zhǔn)20±0.01 mm通孔的左端面上,。

圖4 夾緊機(jī)構(gòu)

四、夾具剛性分析與誤差分析

（1）夾具的主要元件是芯棒,，是承受大部分切削力的部件,，而芯棒的直徑只有準(zhǔn)20mm，在加工的過(guò)程中會(huì)發(fā)生震動(dòng),，影響產(chǎn)品加工部位的位置精度,。為了避免發(fā)生震動(dòng)這種情況的出現(xiàn)，可以在夾具的左側(cè)增加頂針來(lái)提高夾具的剛性,，夾具采用一夾一頂?shù)姆绞窖b夾,。

圖5 剛性分析圖

（2）夾具在定位產(chǎn)品時(shí)，水平擋板可能與產(chǎn)品之間有間隙,，產(chǎn)品裝夾的角度誤差不影響產(chǎn)品的加工誤差,。當(dāng)產(chǎn)品以準(zhǔn)20mm通孔的圓心為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)0.1°時(shí)，產(chǎn)品底部的間隙是0.07mm,，輔助側(cè)板準(zhǔn)20mm通孔的圓心到底面的設(shè)計(jì)尺寸為（30±0.05）mm,，這個(gè)夾具可以滿足產(chǎn)品的加工需求。

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圖6 誤差分析圖

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五,、夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化

產(chǎn)品在本夾具裝夾需要加工的部位是通孔,，為了避免孔加工時(shí)對(duì)芯棒產(chǎn)生切削力，影響加工精度,，可以在芯軸上增加兩條避空槽,，在加工時(shí)避開芯棒,。

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圖7 避空槽圖

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六、產(chǎn)品的定位與夾緊

（1）產(chǎn)品是采用芯棒夾具進(jìn)行裝夾的,，安裝好夾具校正芯棒的中心軸線與機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸中心軸線同軸后,，從夾具左邊把產(chǎn)品套進(jìn)去，產(chǎn)品∅20的通孔與芯棒∅20的外圓配合,，碰到∅30外圓的左端面停下,，就限制了產(chǎn)品五個(gè)自由度（沿X,、Y,、Z軸的移動(dòng)和繞Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）,，也保證了產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)中心軸線與夾具的旋轉(zhuǎn)中心軸線同軸,。

圖8 產(chǎn)品在芯棒定位圖

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（2）鎖緊底板底部螺絲保證產(chǎn)品的水平位置，同時(shí)也限制了產(chǎn)品繞X軸旋轉(zhuǎn)的自由度,。

（3）應(yīng)用夾緊裝置對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行壓緊,，完成對(duì)產(chǎn)品的裝夾。

圖9 產(chǎn)品夾緊效果圖

這套設(shè)計(jì)出的新型夾具加工精度要求和生產(chǎn)成本較低,，易制作,，在中、小批量的生產(chǎn)中,，生產(chǎn)成本基本上可以忽略不計(jì),，使用此套夾具進(jìn)行零件生產(chǎn)，可以對(duì)加工工藝進(jìn)行優(yōu)化,，零件從二次裝夾減少到一次裝夾,，節(jié)省了裝夾輔助時(shí)間，更好地保證了加工零件的尺寸精度,，提高了加工效率,，因?yàn)榧友b了開口墊片，裝拆產(chǎn)品時(shí)不需把夾緊機(jī)構(gòu)全拆下來(lái),，只需擰松螺絲把開口墊片取下就可以對(duì)工件進(jìn)行裝拆,，也降低了生產(chǎn)操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和上手難度。

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沒毛病