关于摇臂外形加工三合一夹具的设计

张永亮++魏茹++赵猛

摘 要：摇臂外形加工三合一夹具的设计，结构为：在长方形底座上设置有滑道，螺栓竖直设置在底座上，其底部设置在滑道内，能够在滑道内移动，螺栓上的上部设置有压板，在压板设置有与螺栓配合使用的螺帽，在底座上成一横排排列设置有菱形销、圆柱头调节支撑体Ⅰ，圆柱销和圆柱头调节支撑体Ⅱ，其排列方向与滑道的方向相平行，其横排位置设置在压板的下方，本论文通过上述结构，提供了一种结构简单、操作方便、工作效率高、加工误差小的摇臂外形加工三合一夹具的设计，解决了现有技术中存在的由于需要三种拼装工具产生的生产效率低，三次装夹零件时容易产生超差的技术问题。

关键词：三合一；圆柱销；摇臂；滑道

中图分类号：TG751 文献标识码：A

1.背景技术

目前，摇臂的材料为高强度结构钢，材料加工难度大，不易切削，其材料广泛用于航空航天领域。同时，该零件外形复杂，尺寸精度高，形位公差多，加工困难，加工工序多，且定位困难，需要大量的工装夹具。现在，对于加工零件外形是采用的3种拼装夹具，在对摇臂进行上表面、下表面和外侧面加工时，分别采用3种不同的夹具进行装夹固定。使用此种工装夹具和装夹方法，拼装的夹具具有不稳定性，且需要3次拼装，次数较多，拼装周期较长，准备时间较长，生产进度慢。由于零件进行3次定位安装，产品容易造成超差，从而影响工件的加工质量和加工效率。

2.分析问题

经过具体地分析，摇臂外形加工有以下难点：

（1）摇臂的材料为高强度结构钢，材料难加工。筋条和腹板为不规则尺寸，最薄处为5mm，筋条和腹板的尺寸偏差为0.3。

（2）采用的是拼装夹具加工，拼装夹具有组合夹具的优点，适合柔性加工的要求，但拼装夹具本身具有不稳定性、刚性差等缺点，零件质量较差，不适合高强度钢的批生产加工。

（3）零件需要3次拼装夹具。拼装次数较多，需要投入多余的人力和物力，同时制约着生产，生产进度慢。

3.制定方案

3.1 为了解决上述技术问题，设计了一套摇臂外形加工三合一夹具（图1）。其特征在于：在长方形底座1上设置有滑道2，螺栓3竖直设置在底座1上，其底部设置在滑道2内，能够在滑道2内移动，螺栓3的上部设置有压板4，在压板4上设置有与螺栓3配合使用的螺帽9，在底座1上成一横排排列设置有菱形销5，圆柱头调节支撑体Ⅰ6、圆柱销7和圆柱头调节支撑体Ⅱ8，其排列方向与滑道2的方向相平行，其横排位置设置在压板4的下方。该夹具结构简单，避免了拼装夹具的缺点，提供了一种结构简单，操作方便，工作效率高、加工误差小的摇臂外形加工三合一夹具及使用方法，大大节约了生产成本，滿足零件的加工。

3.2 采用数控加工技术，利用数控机床设备进行加工。考虑到该零件的结构特点，以及零件毛料形状的尺寸，选择数控机床进行加工，可以选择普通的立式数控铣床，立式数控机床的优点如下：（1）大量减少工装数量，加工形状复杂的零件不需要复杂的工装，上述工装适合于数控机床对该零件的加工；（2）数控加工零件的质量稳定，加工精度高，特别适合航空零件的加工；（3）批量生产效率较高，减少生产准备和其他多余的时间，选择最佳切削方案；（4）该零件形状复杂多变，数控加工通过程序的编制，消除了人隐患，加工质量稳定。

3.3 加工工艺的优化。工艺流程既要方便快捷，又要制定合理，选择零件的圆柱形通孔以及毛坯面的下表面作为加工基准，定位可靠，基准统一，能实现一套夹具完成所有外侧表面、上表面、下表面的加工。既能满足加工时装夹稳定，又能满足在加工所有表面时稳定可靠。经过技术参数的分析，制定优化的加工工艺规程如下：

（1）钳工：去所有毛坯面模压边；

（2）车工：加工零件摇臂10的中间的圆柱形通孔；

（3）数控铣：加工零件摇臂10的所有外侧面；

（4）数控铣：加工零件的上表面；

（5）数控铣：零件翻面，进行零件另一侧表面的加工；

（6）钳工：去毛刺。

3.4 刀具的选择。加工高强度钢时，要求铣刀的材料具有较高的耐磨性，并能在较高的温度下保持其切削性能。该零件就是高强度钢，加工类零件常用的材料是：高速钢和硬质合金。由于高速钢只能在590℃以下保持其切削性能，590℃以上极易产生崩刃现象，造成零件的超差或者表面质量的降低，因此不宜适用于高速切削。硬质合金比高速钢的优点有耐热性和耐磨性，因此硬质合金材料的刀具更适合不锈钢的切削加工。所以，加工该摇臂采用硬质合金刀具。经过选择，采用钨钴合金的刀具，关于刀具的材料，首选是YG532、YG813等铣刀，加工性能较好。采用的规格是25R4刀头铣下刀孔，同时用25R4刀进行铣外形及上下表面等工序。

4.实施步骤

（1）使用圆柱销7固定待加工零件摇臂10的中间的圆柱形通孔，使用菱形销5固定待加工摇臂10的通孔。

（2）调整滑道中多个螺栓3的位置，从而掉正压板4相对于待加工摇臂10的位置，通过调整各个螺栓3上的螺母9，从而调整压板4的高低，使多个压板4分别压在待加工摇臂10的两端和中间，对其进行紧压。

（3）旋转圆柱头调节支撑体Ⅰ6和圆柱头调节支撑体Ⅱ8，调整圆柱头调节支撑体Ⅰ6和圆柱头调节支撑体Ⅱ8的高度，配合压板4，对待加工摇臂10进行加紧固定。

（4）对待加工摇臂10暴露在压板4外侧的外侧面进行切削加工。

（5）移开待加工摇臂10的一个压板4，对待加工摇臂10移开压板4部分的上表面进行切削加工，再将移开的压板4重新固定在待加工摇臂10上，移开另一个压板4，对待加工摇臂10移开压板4重新固定在待加工摇臂10上，移开另一压板4，对待加工摇臂10移开压板4部分的上表面进行切削加工。如此循环，直到完成待加工摇臂10整个上表面的加工。

（6）调整螺母9，将所有的压板4从待加工摇臂10上移开，将待加工摇臂10卸下之后翻转180°。

（7）重复步骤1至5，完成待加工摇臂10整体的切削加工。方案结束，加工完成。

结论

本文解决了现有技术中存在的由于需要3种拼装夹具产生的生产效率低、3次装夹零件加工时容易产生超差的技术问题。本夹具的设计提供了一种结构简单，操作方便，工作效率高、加工误差小的摇臂外形加工三合一夹具及使用方法，大大节约了生产成本，满足零件的加工，为类似零件的加工提供依据。

参考文献

[1]电机工程手册编辑委员会.机械工程手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]北京航空材料研究院.变形钛合金零件使用说明书[Z].

[3]赵志修.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1985.