薄壁件的加工和夾緊這個業(yè)界難題該如何解決?
薄壁件的加工和夾緊一直是業(yè)界的困難之一,現(xiàn)場加工方法很多,但適合于大批量生產(chǎn)的方法未幾。我們采用了一種浮動三爪夾具,不需要過大的夾緊力就可實(shí)現(xiàn)薄壁件加工的定位和夾緊,大大改善了加工效果。
眾所周知,薄壁件夾緊外圓進(jìn)行車削加工時,在夾緊力的作用下,零件易產(chǎn)生變形,從而影響加工精度,工件尺寸公差不易保證。
如加工的一種出口件8T-4556的加工為例,其外圓直徑412mm,壁厚為25mm,屬薄壁件,且毛坯為鑄造方式生產(chǎn),存在外形不規(guī)則的特點(diǎn),工藝要求在以外圓為夾緊定位基準(zhǔn)的條件下,車削端面和內(nèi)孔,內(nèi)孔尺寸公差帶只有0.08mm。試制該零件時,我們曾采用傳統(tǒng)的軟三爪夾緊外圓的方式,夾緊時工件易變形,影響加工精度,同時,由于毛坯外圓不規(guī)則,夾緊定位不穩(wěn)定,為了減少變形,需減小夾緊力,但這樣可能會出現(xiàn)夾不緊的情況。
對此,我們突破傳統(tǒng)的通過加大裝夾接觸面積(加開縫套筒)的方式,采用了一種六點(diǎn)定位夾緊的浮動三爪(如圖1),在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。
圖1浮動三爪夾緊
一、浮動三爪夾具的組成及工作原理
我們采用的浮動三爪夾具包括三爪本體、連接塊、夾緊釘及特殊鑲套。三爪本體通過鑲套連接在連接塊上,連接塊像普通三爪一樣與車床卡盤連接,六個夾緊釘成對分別固定在三爪本體上,以鑲套為支點(diǎn),連同三爪本體隨毛坯外圓的高低起伏,有微量的浮動(浮動量有嚴(yán)格要求,不可隨意給定),起到浮動夾緊作用。夾緊釘帶錐的尖部隨著夾緊力的作用扎進(jìn)毛坯表面一定深度,不需要過大的夾緊力,就可以實(shí)現(xiàn)薄壁件加工的定位和夾緊,防止工件變形。
如圖2a所示,因毛坯為鑄造工藝制造,毛坯上多處(B')存在表面凹陷,普通三爪夾緊時易造成工件變形過大或夾不緊。采用六點(diǎn)定位夾緊的浮動三爪即可克服此缺點(diǎn)。在卡盤向中心移動過程中,當(dāng)夾緊釘沒有與工件B'點(diǎn)接觸時,三爪本體會以鑲套為圓心,零件會給夾緊釘一個作用力F,使三爪本體產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)角,即夾緊釘尖點(diǎn)A移動到A1點(diǎn),夾緊釘尖點(diǎn)B移動到B1點(diǎn),如圖2b所示,隨著三爪本體夾緊動作繼續(xù),使兩個定位釘同時與工件表面接觸,如圖2c所示,這樣三爪本體的浮動量克服了工件表面缺陷。同理,其他兩個卡爪也如此運(yùn)動,六個夾緊釘尖點(diǎn)終極都與毛坯外圓同時接觸,保證了工件的定位夾緊。
圖2浮動夾緊原理
二、應(yīng)用效果
從力學(xué)上分析,傳統(tǒng)的三爪接觸面為三爪與毛坯的接觸面積,設(shè)為S1,而六點(diǎn)定位夾緊的浮動三爪夾具與毛坯外圓的接觸面為兩個點(diǎn),設(shè)為S2,那么兩種方式夾緊時零件表面受到的壓強(qiáng)分別為P1=F1/S1和P2=F2/S2,因S2遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于S1,故保證同樣的壓強(qiáng)下,F(xiàn)1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F2。
薄壁件加工中,夾緊壓力應(yīng)越小越好,六點(diǎn)定位夾緊的浮動三爪夾具將受力面縮小到兩個點(diǎn),S2非常小,這時夾緊釘與工件接觸處壓強(qiáng)較大,使夾緊釘輕易嵌進(jìn)工件表面一定深度,夾緊不僅僅依靠摩擦力作用,從而大大增加了夾緊的穩(wěn)定性,在夾緊力較小的情況下,實(shí)現(xiàn)了工件的夾緊定位。
在使用傳統(tǒng)三爪加工8T-4556時,工件精度很難保證,分歧格品率較高。最近這一年多,通過使用六點(diǎn)定位夾緊的浮動三爪夾具,其加工效果明顯改善,不但滿足了內(nèi)孔的工藝尺寸要求,而且內(nèi)孔的圓柱度也非常好。
三、浮動三爪夾具的主要特點(diǎn)
適合夾持截面圓度相對較差的工件,比如鍛造件和鑄造件毛坯,既可以外夾,也可以內(nèi)撐。
該夾具的卡爪夾持時,因卡爪的角度變化特點(diǎn),會產(chǎn)生后拉力,使工件卡爪通過自身角度的變化產(chǎn)生的后拉動作,可以能夠緊固夾持單邊斜度最大為10°的鍛造或鑄造件。 同時卡爪自身具有圓周向5°的偏擺功能,實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié),增大卡爪與工件的接觸面。
當(dāng)工件以中心定位,卡爪輔助夾緊時,該夾具同樣可以滿足夾持要求,避免產(chǎn)生普通卡盤所帶來的過定位的問題。
卡爪可以做成子母爪結(jié)構(gòu),通過更換子爪和定位塊,可以滿足規(guī)格相近的產(chǎn)品夾持,同時根據(jù)子母爪之間的精度配合?梢詫(shí)現(xiàn)快速更換。
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