轮辋数控加工工艺分析及其加工中心夹具设计

2 加工中心夹具设计

　　2.1 轮辋工件定位问题

　　针对表 1 中工序Ⅲ的内容，为了保证 180 端面及其上的 6 个均匀花键槽以及 2 个对称 M12 螺钉孔之间的尺寸 ( 248 ± 0. 15) mm，以 146. 8 内孔及329. 94 至 415. 8 的环形台阶端面为定位基准，如图 3 所示。以 146. 8 内孔定位限制工件 2 个自由度，定位元件为圆柱销，圆柱销与 146. 8 内孔面配合，配合性质为 H7/r6; 以 329. 94 至 415. 8 的环形台阶端面定位限制工件 3 个自由度，定位元件为环形定位板; 其中圆柱销与环形定位板之间的配合垂直度应控制在 0. 008 mm 内。平面定位的定位误差主要由工件平面度误差造成，329. 94 至 415. 8 的环形台阶端面的平面度误差可控制在 1 μm 范围内，可忽略;为此工件定位误差主要由圆柱销与 146. 8 内孔面配合造成，由于工件是水平安装在加工中心夹具上，故圆柱销与 146. 8 内孔面接触是任意边接触，其定位误差为:根据工件定位误差应该小于 1/3 ～ 1/5 工件公差所允许的范围，根据式 ( 1) 中所求的定位误差，可知两个对称 M12 螺钉孔之间的尺寸为 ( 248 ±0. 15) mm 的公差为 0. 3 ＞ 3 × 0. 090，故该工件定位方案可行。

图 3 工序Ⅲ简图

　　2.2 气动控制夹紧方案

　　现代数控夹具要求绿色化，气动控制夹紧的夹具装置是绿色夹具的代表。该加工中心夹具是采用 4 个对称分布的气缸对工件进行夹紧，工件安装好后，通过手动控制阀控制 4 个气缸同时进行夹紧。该夹具气动控制系统如图 4 所示。

图 4 加工中心夹具气动控制系统图

　　2.3 加工中心夹具结构

　　轮辋工件工序Ⅲ的加工中心夹具结构见图 5 所示，采用 4 个气缸对称分布，为了保证气动夹紧力充足，该夹具装置采用杠杆增力方式; 由于工件的夹紧面是上道工序完成的精加工表面，为了避免工件表面被夹伤，在夹紧头部安装了软质材料，如软质铜皮或橡胶垫等。为了使夹具结构紧凑，夹具体底面采用十字槽形式 ( 图 6) ，便于安装支撑底板，并在支撑底板上安装相应的气动气缸。由此可见: 该夹具装置结构紧凑，操作方便可靠。

图 5 加工中心夹具装置

图 6 夹具体底板结构示意图

3 结束语

　　结合轮辋工件数控加工批量生产中装夹问题，基于数控加工中心工序集中原则，通过特征加工面单位法矢量方法分析轮辋工件数控加工工艺，制定出合理可行的数控加工工艺方案; 针对数控加工中心机床的应用特点，分析轮辋工件定位问题，采用气动控制夹紧方案，并通过气缸驱动杠杆方式增加夹紧力，确保工件夹紧可靠，并在夹紧头部安装软质材料避免夹伤工件表面。文中所设计的轮辋工件数控加工工艺及其加工中心夹具方案可行，为类似工件批量生产的数控加工及其夹具设计提供技术和理论借鉴。