為了滿足汽車制造生產(chǎn)線上加工“后輪轂及制動(dòng)鼓總成”等非規(guī)則、難加工零件的需要，在CK815E數(shù)控單柱立式車床上增設(shè)一套液壓夾具，使該機(jī)床裝夾工件快速、生產(chǎn)效率高、定心基準(zhǔn)可靠，以適應(yīng)同類型不同規(guī)格典型工件變化范圍大的特點(diǎn)。該機(jī)床可聯(lián)入汽車生產(chǎn)線，滿足生產(chǎn)線“大批量、高效率、快節(jié)拍”的零件加工需要。
1 裝夾工藝分析
“后輪轂及制動(dòng)鼓總成”最大直徑440mm、最大內(nèi)孔直徑370mm、最大工件高度340mm。工件呈高腳酒杯形，以上、下內(nèi)錐孔為基準(zhǔn)，所加工內(nèi)孔要與該基準(zhǔn)保持同軸度Ø0.06mm，內(nèi)孔圓柱度0.087mm，上、下內(nèi)錐孔平均直徑110mm。根據(jù)外形尺寸可知，該工件可在CK815E數(shù)控單柱立式車床上加工。如果仍采用原機(jī)床工作臺(tái)卡爪外卡工件的夾緊定心方式，有下述缺點(diǎn)難以克服：①由于夾緊工件的工藝基準(zhǔn)與加工孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)分開(kāi)，加工內(nèi)孔與基準(zhǔn)孔的同軸度要求Ø0.06mm難以保證。②夾持薄壁件易產(chǎn)生變形，加工孔圓柱度0.087mm難以保證。③裝夾找正輔助時(shí)間長(zhǎng)，不能滿足汽車生產(chǎn)線“高效率、快節(jié)拍”的需要。因此需在該機(jī)床工作臺(tái)基礎(chǔ)上增設(shè)一套液壓卡緊裝置，該夾具需滿足下述要求：①保證加工孔與基準(zhǔn)孔的同軸度要求及自身的圓柱度要求。②夾緊安全、可靠，即夾緊力足夠大。③滿足3種不同規(guī)格典型工件夾緊需要。④拆卸、安裝、找正工件輔助時(shí)間短。⑤維修、更換易損件密封環(huán)方便。
2 夾具結(jié)構(gòu)
在對(duì)典型工件冷加工工藝特點(diǎn)反復(fù)分析、研究的基礎(chǔ)上，夾具采用工件大端開(kāi)口向上，垂直刀架自上而下的切削加工方式，配油裝置安裝在工作臺(tái)主軸上部，夾緊油缸安裝在工作臺(tái)上部，工件座落在夾緊油缸上部的整體布局方式。該夾具布局方式有如下特點(diǎn)：①滿足了典型工件加工內(nèi)孔精度的要求。上錐套9、下錐套10的錐面角度按典型工件內(nèi)孔實(shí)際錐度配磨，保證接觸率達(dá)到80%以上，夾具與工作臺(tái)之間的定心止口高精度配合，工作臺(tái)中心孔裝配自車。通過(guò)上述措施使得工件加工內(nèi)孔中心，工件上下內(nèi)錐基準(zhǔn)孔中心，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心保持一致，保證了工件加工內(nèi)孔與基準(zhǔn)孔之間的同軸度要求及工件內(nèi)孔的圓柱度要求。②夾緊安全可靠。由于夾緊油缸布置在工作臺(tái)上部，充分利用了工作臺(tái)中心孔的空間，可以選擇到理想的夾緊油缸直徑以滿足夾緊力的需要。上、下錐套9、10部分開(kāi)有槽口，當(dāng)壓緊時(shí)斜面能較緊密地壓合在工件的斜面上，增加摩擦力。③可以滿足3種不同規(guī)格典型工件的夾緊需要。該夾具共設(shè)計(jì)了3套上、下錐套9和10，可方便地更換以滿足夾緊不同工件的需要。④拆卸、安裝、找正工件的輔助時(shí)間短。工件夾緊時(shí)在液壓閥控制下，油缸上端通有壓力油，活塞拉桿6拉緊上錐套9把工件牢固地固定在定心套11上；工件放松時(shí)，油缸下端來(lái)油，活塞拉桿向上運(yùn)動(dòng)，將上錐套9同時(shí)頂出，拆下上錐套9上面的馬蹄形插板8，拔出上錐套9，此時(shí)可拆卸工件。由于該夾具采用了自動(dòng)定心內(nèi)夾工件的夾緊方式，縮短了安裝、找正工件的輔助時(shí)間。⑤維修機(jī)床方便。由于該夾具布置在工作臺(tái)下部，可方便地更換易損件密封環(huán)。另外，配油裝置與油缸體間距小，配油軸懸臂短，回轉(zhuǎn)時(shí)徑向跳動(dòng)小，相對(duì)延長(zhǎng)了密封環(huán)的使用壽命。⑥機(jī)床主軸即為配油裝置的配油體，提高了主軸剛度，使管路聯(lián)結(jié)更加簡(jiǎn)單，油缸上端蓋即為定心套，油缸體通過(guò)定心止口直接把合在工作臺(tái)上。通過(guò)上述巧妙的設(shè)計(jì)，提高了該夾具的定心精度，滿足了零件的加工精度要求。
3 設(shè)計(jì)計(jì)算
1. 切削力和切削扭矩的計(jì)算
a. 切削力Pz
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Pz= CPz·tXPz·SYPz·KµPz (N) |
(1) |
b. 式中t——切削深度，mm。t=1.5mm
c. s——進(jìn)給量，mm/r。s=0.8mm/r
d. 典型工件為鑄鐵件，采用硬質(zhì)合金刀具車削內(nèi)孔，查取各項(xiàng)系數(shù)為:CPz=902，XPz=1，YPz=0.75，KµPz=1，代入式(1)得Pz=1145N。
e. 最大切削扭矩M切
f. 式中D工件——工件內(nèi)孔最大加工直徑，D工件=0.37m
g. 代入式(2)得M切=211.8N·m。
2. 活塞桿拉力F拉和油缸直徑D油缸的計(jì)算
a. 摩擦扭矩M摩
b. 式中S——安全系數(shù)，S=1.3
c. 代入式(3)得M摩=275.34N·m。
d. 錐面摩擦力F摩
e. 式中D錐——錐面平均直徑，D錐=0.11m
f. 代入式(4)得F摩=2503N。
g. 活塞桿拉力F拉
h. 式中a——錐面角度，a=30°µ——摩擦系數(shù)，µ=0.15
i. 代入式(5)得F拉=33373N。
j. 油缸直徑D油缸
k. 式中d桿——活塞桿直徑，經(jīng)計(jì)算取d桿=0.04m
l. P——壓力油壓力，P=3.5×106N/m2
m. 代入式(6)得D油缸=0.1172m。設(shè)計(jì)中取油缸直徑D油缸=0.12m。在D油缸=0.12m時(shí)，M摩=284N·m。M摩>M切。
該夾具與原機(jī)床一起裝配、試切工件成功，順利出廠，現(xiàn)已聯(lián)結(jié)在汽車生產(chǎn)線上，正式投入生產(chǎn)使用，得到用戶一致好評(píng)。
