轮辋数控加工工艺分析及其加工中心夹具设计

　　面对汽车产业的快速发展，汽车零部件生产是以大批大量生产方式进行。汽车轮辋工件是汽车车轮的主要部件，为了保证轮辋件数控加工质量和提高生产效率，企业广泛采用现代数控加工工艺方案解决批量生产问题。而在工件数控加工中，装夹问题是困扰企业的关键因素。为了提高工件数控加工柔性化，必须采用具备柔性化的装置，一方面是充分利用数控加工中心机床，另一方面需设计满足快速装夹的夹具装置，合理的夹具设计可充分发挥数控机床的潜能，提高加工效率。在分析企业现有制造资源能力的基础上，分析轮辋工件数控加工工艺，并设计一套简单实用的数控加工中心气动夹具装置。

1 轮辋数控加工工艺分析

　　1.1 轮辋零件图纸工艺分析

　　某汽车轮辋工件结构如图 1 所示，该零件其余未注表面粗糙度为 3. 2 μm，未注圆角为 Ｒ2，两个对称M12 螺钉孔之间的尺寸为 ( 248 ± 0. 15) mm，零件材料为 40Cr，毛坯为锻造件。轮辋件为典型的回转体零件，该件是以 146. 8 孔中心线为基准，工件有 6处相对于该中心线有 0. 025 mm 的同轴度要求，工件内孔 146. 8 及其 15°的锥孔表面粗糙度为 0. 8 μm。为了合理地制定轮辋数控加工工艺方案，依照数控机床笛卡尔坐标系建立工件坐标系 { X，Y，Z} ，如图2 所示。根据工件加工面特征建立特征面单位法矢量的方法，通过轮辋工件加工面单位法矢量方法可将轮辋工件划分为两大加工部分，即确定工件具有两个加工方位 ( 工位) 。

图 1 轮辋零件半剖示意图

图 2 轮辋工件坐标系

　　规定一: 加工面单位法矢量相同者则为同一个加工方位 ( 工位) 。

　　工位一: 该工位上加工面单位法矢量方向都为“－ Z”，分 别 为 146. 8 内 孔 及 其 15° 的 锥 孔 面、314 台阶孔面、329. 94 至 415. 8 的环形台阶面。

　　工位二: 该工位上加工面单位法矢量方向为“+ Z”，分别为 146. 8 至 180 的环形端面及其轮廓面与其上 6 个花键槽、180 外圆柱面、180 至 340的环形底槽及 M12 螺纹孔面和 45°的锥台阶面等、379. 11 上 5°外圆锥面及至 415. 8 的外圆表面。

　　规定二: 根据工序集中原则，工件同向单位法矢量的加工面 ( 即同一个工位) 尽可能在数控机床上一次装夹完成加工。

　　规定三: 同一个加工面上有多个公差精度 ( 如尺寸精度、表面粗糙度或形状或位置精度) 要求时，要以该加工面最高精度为目标制定工艺路线。

　　1.2 轮辋工件数控加工工艺制定

　　通过以上零件图纸工艺分析及相关规定，同时结合工艺安排时采用的先粗后精、基面先行等原则及孔、平面、外圆面等加工工艺路线，制定以下数控加工工艺，见表 1 所示。

表 1 轮辋工件数控加工工艺方案

　　通过加工面单位法矢量分析零件图纸，其数控加工工艺具有两个工位应以两道工序完成加工，而实际上轮辋工件是按照三道工序完成加工，如表 1 所示。在表 1 中，工序Ⅱ和工序Ⅲ中的加工面单位法矢量相同，但在数控车床上装夹时所采用的专用心轴夹具提供夹紧力的夹紧装置必然干涉工序Ⅲ中的相关加工面，如 146. 8 至 180 处端面及花键槽等加工面。为此，在工位二中采取两道工序 ( 即划分为工序Ⅱ和工序Ⅲ) 完成所有加工面的加工，机床设备由数控车床更换为三轴立式加工中心，从而充分利用企业的制造资源。