门五金件孔槽数控加工的夹具设计方法研究

　　夹具最早出现在18世纪后期，随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用，使现代机床夹具向标准化、精密化、高效化、柔性化的方向发展，并对机床夹具提出了更新的要求。现代机床夹具的主要特征表现为：(1)定位准确、夹紧可靠并能实现快速装夹；(2)能装夹具有相似特征的工件；(3)能适应精密加工工件的装夹；(4)能适应柔性化生产；(5)配备液压站等为动力源的高效夹紧装置；(6)提高夹具的标准化程度。

　　门五金件孔槽加工是木门生产加工、装配的一个重要环节，也是木门生产机械化、自动化的一个难点。传统的门五金件孔槽加工装夹方法采用人工手动或机动进给的夹紧方式，每加工完一个孔槽就要重新定位夹紧，造成严重的累积误差，加工精度和加工效率低。在我国还没有一次装夹能够完成门五金件孔槽数控加工的集多工序、多工位一次加工于一体的门五金件孔槽数控加工设备。近年来，德国、意大利、日本等国家先后开发出数控门铰链槽和门锁孔、锁槽的加工专机。这些机床实现了木门铰链槽和锁槽、锁孔的加工高速化、高精度化、集成化、柔性化和智能化。但是，单件设备价格高达百万元，铰链槽和锁槽、锁孔必须分两道工序，在两台机器上分别加工或在同一台机器上分两次装夹加工。为了适应门五金件孔槽加工对夹具的要求，实现门五金件孔槽在一台设备上一次装夹完成全部自动加工，提出一种新的门五金件孔槽数控加工夹具设计方法。

1 门五金件孔槽数控加工原理

　　门五金件孔槽主要有合页槽、门锁孔槽(有门闩槽、片槽、异型槽、门锁孔)、门把手孔等孔槽，闩槽与片槽有一个共同对称中心线分布在木门的一侧，合页槽分布在另一侧，木门正面的锁孔分布在闩槽与片槽一侧。门锁孔槽形状的仿真模型，如图1所示。

图1 门五金件孔槽形状的仿真模型

　　门五金件孑L槽采用数控加工时，机床工作台走向为戈轴方向，水平垂直工作台走向为Y方向，在立柱上有一垂直方向垂直于工作台面的刀具机构，进给方向为z轴方向。合页槽刀具机构垂直方向垂直于工作台面的进给方向为形方向。由于门五金件孔槽数控加工机床要实现木门锁具孔槽、合页槽在木门两边同时进行数控加工，至少要有6个数控轴，实现两个位置同时进行三维加工。为了减少机床轴数，简化机床主机结构，降低编程难度，提高机床工业化推广的性价比，采用门锁孔槽Y轴与合页槽y轴共用，实现一轴双控。通过离合装置智能控制实现两个位置的数控加工进给。合页槽、锁槽、锁孔3个刀具机构通过数控装置控制同时完成合页槽、锁槽、锁孔及异型槽的开制。门五金件孔槽数控加工机床如图2所示。

图2 门五金件孔槽数控加工机床

2 门五金件孔槽数控加工机床夹具设计分析

　　门五金件孔槽数控加工机床的夹具设计在满足定位和夹紧功能的前提下，为了实现定位准确、夹紧可靠并能实现快速装夹，门定位以后必须采用一定的机构把门固定在定位基准上夹紧，使门在加工过程中，不会由于切削力、自身重力、离心力或惯性力等力的作用而发生位移或产生震动，以保证定位准确、夹紧可靠；快速装夹的目的是为了缩短门五金件孔槽数控加工过程中的非增值时间，提高机床利用率。借鉴欧美发达国家的经验，可采用机械式快速夹紧装置，如汽缸、旋转油缸、夹钳等夹紧机构进行快速装夹的全自动化控制的尝试。

　　门夹紧机构的设计是否合理，对于保证产品的加工质量和提高生产效率有着很大的影响。因此，门夹紧机构设计时需要满足以下要求：

　　(1)夹紧时，保证门的定位精度、门五金件孔槽的位置精度，且精度稳定；

　　(2)夹紧力大小合理，夹紧准确、可靠；

　　(3)夹紧力的大小能够调节，被夹紧的门的变形小；

　　(4)夹紧装置结构简单，经济性好，制造容易，有足够的强度和刚度；

(5)夹紧装置设计符合工效学原理(人机工程学原理)，力求实现高效、舒适、健康、安全。