加工工艺 设备 车床组合夹具的实际应用 张国立 ，吴若仟。，王 岩 ，赵巨峰。，白 杨。，吕 颖。 （１．中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳１１００４３；２．北京工业大学北京１００１２４； ３．中国兵器工业新技术推广研究所，北京１０００８９） 摘 要：为了满足科研生产需求，充分利用现有组合夹具资源，在保证零件加工尺寸和质量的前提 下，合理运用组合工装替代大部分专用车床夹具可以大大降低生产成本，缩短生产准备周期，有效解决生 产瓶颈问题；同时，组合夹具元件可以重复使用，符合３－装夹具可持续发展战略。本文简述了水平式、垂 直式和角向定位式３大类车床组合夹具，并以某生产单位组装的车加＿７－棒料类某异形零件一端内球面用 组合夹具为例，简述了组合夹具元件的选取思路。 关键词：组合夹具；工装；车床；发动机 中图分类号：ＴＧ ７５１．１ 文献标志码：Ｂ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｓｓｅｍｂｌｌｙ Ｆｉｘｔｕｒｅ ｉｎ Ｌａｔｈｅ ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏｌｉ ，ＷＵ Ｒｕｏｑｉａｎ ，ＷＡＮＧ Ｙａｎ ，ＺＨＡＯ Ｊｕｆｅｎｇ。，ＢＡＩ Ｙａｎｇ。，Ｉ Ｖ Ｙｉｎｇ。 （１．ＡＶＩＣ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉｍｉｎｇ Ａｅｒｏ ｅｎｇｉｎｅ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌｔｄ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００４３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１２４，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｈｉｎａ Ｎｏｒｔｈ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｅｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ＆ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｍａｋｅ ｆｕｌｌ ｕｓｅ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｌｙ ｆｉｘｔｕｒｅ， ａｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ｏｆ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｕｓｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｌｙ ｆｉｘｔｕｒｅ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｄｅ— ｃｒｅａｓｅ ｃｏｓｔｓ，ｒｅｄｕｃｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃａｎ ｓｏｌｖｅ ｆｒｏｃｋ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｐｉｅｃｅｓ ｏｆ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｆｉｘｔｕｒｅ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｐｅａｔｅｄｌｙ ｕｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｆｒｏｃｋ ａｎｄ ｆｉｘｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ａｓｓｅｍｂｌｌｙ ｆｉｘｔｕｒｅ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｌｅｖｅｌ ｓｔｙｌｅ，ｐｌｕｍｂ ｓｔｙｌｅ ａｎｄ ａｎｇｌｅ ｓｔｙｌｅ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｈｏｗ ｔＯ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｌｙ ｆｉｘｔｕｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌｕｂ—ｓｈａｐｅｄ ｐａｒｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｓｓｅｍｂｌｌｙ ｆｉｘｔｕｒｅ，ｆｒｏｃｋ，ｌａｔｈｅ，ｅｎｇｉｎｅ １ 组合夹具的概念 随着数控设备的发展，柔性化加工设备逐步普 及，多品种、ｓｌ＇，￣ｔＬ量和个性化产品的加工周期——零 件在机床上加工的时间大大缩短。由于没有合适的 通用夹具，专用夹具的制造成为制约整个产品生产 周期的瓶颈，组合夹具是解决这一瓶颈的有效途径 之一。 不但具备生产准备周期短和通用性强的优点，而且 基础件相对集成，需要配备的元件更少，操作更简 单，使用范围更广泛，今后将逐步成为数控设备必不 可少的机床配置附件。组合夹具的主要元件采用优 质低碳合金钢制造，经过渗碳和淬火后，元件的表面 硬度为５８～６４ ＨＲＣ，内部硬度为３５ ＨＲＣ左右，保 证了元件具有足够的强度、韧性、耐磨性和形状尺寸 的稳定性ｌ２］。由于组合夹具结构灵活多变，单个元 件功能多样，并具有完全互换性，故元件能够长期使 组合夹具是在机床夹具元件通用化、标准化和 系列化的基础上发展起来的新型夹具。组合夹具是 能适用于不同机床，不同产品或同一产品不同规格 用。组合夹具元件周而复始循环使用的特点与专用 夹具的使用规律形成明显对比，如图１所示。 型号的机床夹具，其由１套预先制造好的各种不同 形状、不同尺寸规格和不同功能的系列化和标准化 元件组装而成口］。 组合夹具元件具有较好的互换性，较高的精度 匦 －＿（ 卜・圈 ａ）专用夹具 及耐磨性，可根据不同零件的加工要求，选用配套中 的部分元件组装成所需要的夹具。 ｂ 组合夹具 图１ 专用夹具与组合夹具使用规律对比 ２组合夹具的性质 ３组合夹具的特点 组合夹具是适用于数控加工设备的通用夹具， 是在专用夹具的基础上发展起来的一种新型工装， 应用组合夹具具有如下优点。 ９ 《新技术新工艺》加工工艺与设备 新技术新工艺２０１４年 第１期 １）可以缩短设计和制造专用夹具的周期及其 出部分与车刀相碰。 工作量。 ６）在圆盘的径向方向安装上安全罩，起防护作 ２）可以加快新品研制速度，缩短生产准备周 用。 期。 车床组合夹具能保证加工的精度，具体见表 ３）可以适应准时生产的要求，使工装制造逼近 ｉ Ｅ引。 及时制造系统。 表１ 车床组合夹具精度表 ４）可以适应新产品改型以及工艺更改对工装 几何公差名称 保证精度公差值 变化的要求，减少工装的浪费。 两孔间距离／ｍｍ ±ｏ．Ｏ３ ５）可以节约人力和物力，节省制造专用夹具的 孔与基准面平行度／ｍｍ Ｏ．Ｏ２ 材料、资金和设备。 Ｌ与基准面垂直度／ｍｍ Ｏ．Ｏ２ ６）可以提高新产品试制和单件小批量生产的 斜圆形体（内外圆）倾斜度／（ ） ±２ 工艺装备系数。 根据零件的形状、加工要求和加工部位的不同， ７）可以大量替代工装生产中的二类工具。 车床组合夹具的结构形式主要分为以下３大类。 ８）由于组合夹具元件可以循环使用，减少了逐 １）水平式车床组合夹具。如图２所示，此类夹 年积累的专用夹具的数量，使生产现场的工装尽可 具是指工件的定位中心垂直于圆基础盘，工件水平 能接近零库存；因而可使夹具的存放面积减少。 安装在圆基础盘上，工件的加工中心与车床主轴的 ４车床组合夹具的应用 回转中心平行。此类夹具结构简单，组装方便，使用 较多。 车床组合夹具是随车床主轴的旋转运动而工作 的，所以此类组合夹具的安全、平衡、夹紧力大小及元 被加工 件的刚度等问题都很重要。在组装时，元件的紧固程 度应比其他夹具牢靠，对使用元件应充分估计其刚度。 车床组合夹具与其他夹具的主要差别是要求保 证工件加工表面的回转轴线与圆基础盘的中心线重 合，组合夹具上各个定位元件的支承点都以圆基础 盘的中心孑Ｌ为基准进行装配调整。 车床组合夹具与车床主轴的连接方法一般有２ 图２水平式车床组合夹具简图 种：１）用专用的过渡元件把车床主轴与车床组合夹 ２）垂直式车床组合夹具。如图３所示，此类夹 具连接在一起，如通过尾锥与车床主轴的圆锥孔相 具又称弯板式车床组合夹具，需用支承件、定位角 配，用拉杆拉紧，也可以通过过渡盘与车床主轴连接 铁、支承角铁以及带肋角铁等垂直组装在圆基础盘 固定；２）利用车床附件连接，如用车床的单动卡盘 上，形成弯板的形式，工件定位在弯板上。此类夹具 找正或把车床组合夹具固定在花盘上找正等。这２ 在车床夹具中所占比例很大，组装调整也比较简单。 种方法都应使圆基础盘的中心线与车床主轴的回转 中心重合。 在组装车床组合夹具时应注意下述几点。 １）了解所使用机床的各项参数和被加工零件 的最大尺寸，使夹具能装得上，转得开。 ２）组合夹具结构应紧凑，总高度应尽量低，元 件重心尽可能靠近圆盘中心，使回转半径减小，以减 图３垂直式车床组合夹具简图 少离心力。 ３）角向定位式车床组合夹具。如图４所示，此 ３）尽量选用刚度好的元件，夹紧装置一般应固 类夹具的特点是工件一次定位夹紧，加工孔轴时，需 定，并紧固牢靠。 要在圆基础盘上，组装角向定位或分度结构进行分 ４）应考虑配重块的位置，有时为了装卸工件方 度加工。 便，也可将配重块装在花盘背面。 ５）注意车刀的纵向和横向退刀，避免夹具的凸 《新技术新工艺》加工工艺与设备