汽車固定盤的四軸加工中心夾具設計

一往冇前

汽車零部件因其種類多、結構復雜、制造難度大、批量生產任務重等因素，因此決定了零部件在制造過程中對工裝夾具的高要求。固定盤是汽車傳動系統最重要的零部件之一，其加工精度將直接影響傳動系統的品質與性能。

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根據工裝設備中液壓夾具裝夾方便、自動化程度高的優勢，下文介紹了一種汽車固定盤零部件制造四軸液壓夾具，不僅實現了模塊化生產，而且大大降低了生產成本。

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一、汽車固定盤的工藝分析

圖1為汽車固定盤的實體圖，該產品的加工特點是大批量、加工精度要求高、交貨周期短。通過對該產品的加工工藝分析，確定該產品的加工工藝流程：數控車粗加工毛坯→ 數控車精加工外形(保證零件尺寸精度)→數控銑床加工端面孔→數控銑加工端面圓弧槽。

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從產品的加工流程可知數控車床加工部分可以實現產品的批量生產，但是數控銑床加工部分如果沒有專用的裝夾設備是很難實現零件的批量生產，同時難以保證產品批量生產時次品率最低。

圖1 固定盤實體

經過綜合研究產品的加工工藝過程、加工技術要求、生產成本以及生產效率，要保證大批量生產必須設計具有批量生產的液壓夾具，同時該零件在加工時需要數控加工中心旋轉角度加工端面圓弧槽提高加工效率，因此選擇四軸加工中心銑削。

二、四軸加工中心夾具結構及其工作過程

加工該零件的夾具為三點定位夾緊方式的四軸液壓夾具，四軸液壓夾具是應用液壓夾具原理實現零件的定位裝夾。圖2為四軸液壓夾具結構圖，它主要是由四軸分度轉盤、液壓站、夾具體組成。該四軸液壓夾具的工作過程主要是液壓站通過液壓油產生壓力推動夾具上的單作用液壓缸實現零件的定位裝夾。

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圖2 四軸液壓夾具設計圖

1.進油口 2.圓溝槽 3.鎖緊螺釘 4.夾具體 5.排屑孔 6.油缸活塞 7.油缸彈簧 8.油缸

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如圖3所示，夾具體和液壓缸裝配好后,將夾具兩端，通過法蘭裝夾到四軸分度盤上。液壓油通過夾具體進油孔輸入，油液進入5個液壓缸，在液壓油推力作用下，活塞桿向下壓縮彈簧，彈簧被壓縮后夾具體上下表面在液壓缸和活塞、螺釘作用下被夾緊。當液壓油失去壓力后，彈簧逐漸恢復彈性，工件在夾具體上松開。

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圖3 四軸液壓夾具產品

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夾具設計細節點評：該夾具在設計過程中綜合考慮了加工環境和工作要求，其中有幾個細節對夾具在工作中起到了重要的作用。

第一，夾具體上表面圓形溝槽。此溝槽的作用是降低夾具體上表面夾緊部位的應力集中，使得上表面在動作時更易被液壓缸壓縮夾緊。

第二，工件在定位面上設計成凸圓懸空三點定位的支撐方式，不僅可以起到定位的作用，而且可以有效降低工件振動。

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第三，工件定位部位的通孔。此處通孔的作用是方便排出鐵屑。

第四，工件裝夾部位的半圓槽，它的作用是當刀具在加工工件表面的圓槽時避免與夾具發生干涉, 有效的起到了避空的作用。

三、四軸液壓夾具的主要參數設計
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液壓夾具雖然與氣動夾具具有相似的優點,但是液壓夾具的工作壓力大且穩定,因此液壓夾具常用于大批量、重切削的自動化生產。液壓夾具的設計過程主要是根據實際用途需要,首先結合工況要求確定液壓夾具的類型,然后根據相關技術要求確定液壓夾具的相關參數,如液壓缸缸徑、液壓缸夾具的夾緊力、液壓缸的外負載等。該研究設計的四軸液壓夾具采用的是單缸單作用液壓缸(圖2、圖3 所示),液壓夾具在設計時其中負載受力是關鍵因素,然后確定其缸徑等其他參數。液壓缸在工作時所受外負載力F 包括三種類型:一是工作負載,二是慣性負載,三是摩擦阻力負載。因此液壓缸外負載為:

F = Fw + Fa + Ff

式中: Fw 為工作負載,對于金屬切削機床來說,即為機床加工時的切削合力; Fa 為運動部件速度變化時的慣性負載; Ff 為導軌摩擦阻力負載,啟動時為靜摩擦阻力,啟動后為動摩擦阻力,對于平導軌Ff 可由Ff =f(G + FRn ) 求得,G 為運動部件重力(此處按1000N); FRn 為垂直于導軌的工作負載(此處為切削軸向力); f為導軌摩擦系數,分別取動摩擦、靜摩擦系數為0. 1、0.2。

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Δt = 0. 01 ~ 0. 5s 為加減速時間,一般Δt = 0.01 ~0. 5s ; Δv 為Δt 時間內的速度變化量。

Ff = f(G + FRn ) = 2730 N;F = Fw + Fa + Ff =28848N。根據實際需要和查表綜合估算液壓缸的工作壓力P =10MP。

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液壓缸的總負載力和工作壓力存在以下關系:

因此可以計算出液壓缸的內徑D,即:

根據查表和實際需要,此處D = 50 mm 即可滿足要求。因為該夾具為快進快退,所以其活塞桿直徑應根據以下公式計算,即:

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因此可以計算出液壓缸活塞的直徑d,即: d =35mm,根據查表和實際需要此處d =12mm.即可滿足要求。綜合國家標準查得液壓缸內徑及活塞桿的直徑分別取值D =50mm, d =12mm。

總 結
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這套四軸液壓夾具不僅很好地解決了批量生產問題，而且降低了制造成本和提高了生產效率，符合生產實際要求。同時設計原理簡單、典型，值得推廣應用于批量生產的同類產品。