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，勞動強(qiáng)度大”已成為過去。

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為了適應(yīng)市場多樣性的需求，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)備都無法滿足。而三軸加工中心只具有對工件的頂面進(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麻煩，且產(chǎn)品合格率不高。

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加工圓孔座板斜孔的案例

有約2000個舊圓孔座板，因設(shè)計改造，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)計一個專用夾具。

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圖1 圓孔座板零件圖

這里主要推薦一款應(yīng)用四軸加工圓孔座板的新型夾具。

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圓孔座板的斜孔加工工藝制定
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一、圓孔座板的斜孔加工工藝分析

（1）待加工孔中心軸與對稱孔中心軸成60°±0.1°，而且孔中心軸線經(jīng)過準(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

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、鉸兩個工序。由于需要加工孔的中心軸線不在同一個平面，完成一側(cè)的孔加工后需要轉(zhuǎn)動60°再加工另一側(cè)的孔，需要夾具有可轉(zhuǎn)動的功能。

圓孔座板的斜孔加工夾具設(shè)計
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一、夾具的設(shè)計原理

（1）設(shè)計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，帶動產(chǎn)品也轉(zhuǎn)動一定的角度，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，此夾具要滿足加工工件、夾具和機(jī)床的第四軸旋轉(zhuǎn)中心必須同心這個條件。

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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方向的移動和轉(zhuǎn)動以及X軸的移動五個自由度。

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

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

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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。

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圖4 夾緊機(jī)構(gòu)

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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，在加工的過程中會發(fā)生震動，影響產(chǎn)品加工部位的位置精度。為了避免發(fā)生震動這種情況的出現(xiàn)，可以在夾具的左側(cè)增加頂針來提高夾具的剛性，夾具采用一夾一頂?shù)姆绞窖b夾。

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圖5 剛性分析圖

（2）夾具在定位產(chǎn)品時，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，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)計尺寸為（30±0.05）mm，這個夾具可以滿足產(chǎn)品的加工需求。

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圖6 誤差分析圖

五、夾具設(shè)計優(yōu)化

產(chǎn)品在本夾具裝夾需要加工的部位是通孔，為了避免孔加工時對芯棒產(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)品五個自由度（沿X、Y、Z軸的移動和繞Y、Z軸的轉(zhuǎn)動），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

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

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

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圖9 產(chǎn)品夾緊效果圖

這套設(shè)計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，使用此套夾具進(jìn)行零件生產(chǎn)，可以對加工工藝進(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)品時不需把夾緊機(jī)構(gòu)全拆下來，只需擰松螺絲把開口墊片取下就可以對工件進(jìn)行裝拆，也降低了生產(chǎn)操作者的勞動強(qiáng)度和上手難度。

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沒毛病