成组夹具技术在小批量铣加工生产中的应用
由于研究所以研制工作为主的生产特点,大多数产品的机加工生产任务具有小批量、短周期、高精度的特点。如何保证工件的加工精度,提高加工效率,兼顾产品质量和生产进度的要求,是研究所机加生产的核心任务。同时由于我所零件的结构特点,铣加工工序占有重要的部分,对于零件的生产质量和进度有着极大的影响,因而对铣加工夹具的设计提出了很高的要求。
成组夹具是指针对一组(或几组)相似零件的一个(或几个)工序而设计制造的夹具。成组夹具的应用可以扩大机床的使用范围,提高生产效率和零件的加工质量,也能够降低工人的劳动强度,缩短生产准备周期,提高劳动生产率。
针对我所的零件加工特点,有部分的结构零件较为适合应用成组技术设计夹具,现举几例。希望通过总结成组夹具的设计经验,在这方面做出一些探讨,与同行们互相切磋、交流。
1. 梁结构零件的工装设计
我所某小批量产品上有一组两个梁结构零件(见图1) ,为连接产品内核及外围组合的关键零件。因涉及安装对接尺寸,精度要求较高。其外形包括斜角及多处带角度凸台(角度一致),以及在此角度方向和两侧方向的螺纹联接孔,导致铣加工工序繁琐,而且各工步之间缺乏统一的定位基准,铣加工的劳动强度很大,难度较高。其特点为两个零件外形成镜像尺寸对称,但三处安装孔孔距尺寸不同,这为成组夹具的应用创造了条件。
图1 梁结构示意图
针对梁结构零件结构尺寸特点,设计了一套成组工装,主要包括以下几个零件(见图2)。此工装的工作原理如下:
图2 梁零件铣削加工工装示意图
1，底块 2，定位销钉 3，基座（可换） 4，梁零件
5，基座心轴 6，压紧螺钉 7，装夹心轴
底块为工装的基准,要求各面的垂直度小于0.02 mm, 以保证各面翻转加工时定位精度不受影响;其斜角的尺寸与梁零件一致,公差取梁零件斜角尺寸公差精度的2倍,考虑定位误差,能够保证加工角度尺寸符合要求。
基座零件为夹具的核心,通过基座心轴、定位销钉和紧固螺钉联接在底块上,基座心轴可以实现在底块上对称中心的180°旋转,并通过定位销钉保证位置精度。通过改变三处安装孔的孔距位置,分别对应两种梁结构零件。
梁零件通过三处安装孔,配制装夹心轴与基座零件连成一体,螺钉紧固。铣加工时采用虎钳横向夹持底块,铣零件一侧外形斜角及安装台,钻安装螺孔底孔;随后松开螺钉及定位销钉,将基座零件旋转180°,加工另一侧。至于安装台端面螺孔,可以在下一工步中,纵向夹持底块零件,实现定位加工。
使用该工装,将梁零件的铣加工工序简化到了两个工步即可完成,实现了两种零件的互换加工,大大降低了劳动强度,提高生产效率近4倍。而且由于定位方式简单可靠,精度较高,因此,很好地保证了零件的加工质量,在该产品的生产中起到了关键的作用。
2.小块薄片零件的工装设计
某产品高频组合中有几种尺寸相同的小块薄片零件,见图3。零件材料为玻璃钢、铝箔、铜箔等,各不相同。加工难度在于外形及豁口尺寸精度一致性要求较高,同时零件尺寸较小,由于材料加工特点不图3小块薄片零件示意图同,需要通过成组工装来保证不同零件材料均有较高的加工效率。
图3 小块薄片零件示意图
加工此类零件的工装如下,见图4。
该工装的原理是通过安装在滑块上的可换顶头夹持一叠薄片零件坯料,可以根据不同材料的加工特点确定不同的叠层厚度。在铣床上,以虎钳夹持两端滑块,随后根据厚度尺寸选用底座零件,利用压板和紧固螺钉使之成为一体,以底座零件底面为基准装夹,就可以使用立铣刀加工零件两边及豁口尺寸,随后侧转90°,以底座零件侧面为基准,同样立铣刀加工零件另两边尺寸,从而保证零件尺寸要求。顶头零件前端与薄片零件一同加工至尺寸,既可以防止加工时伤及滑块零件,也为加工豁口尺寸提供了测量基准。
图4 铣小块薄片零件工装示意图
1，底座（可换） 2，顶头 3，盖板 4，紧固螺钉 5，滑块
3.插针零件的工装设计
插针零件是我所生产某产品的发射及接收天线组合中的关键零件之一,结构见图5(虚线为本道铣工工序坯料外形)。材料为铍青铜,尺寸较小,难于加工。而且该零件的关键之处在于0.7mm的窄台要求与0.7mm的圆台对称,其尺寸精度直接关系到电气参数的好坏。随着各种天线的不同电器参数的要求,0.7mm的尺寸有一系列的选择,构成了成组夹具的设计条件。
图5 插针零件示意图
所设计的工装,见图6。
图6 插针零件工装示意图
1，下基座 2，下压块（可换） 3，上压块（可换） 4，上基座
5，压紧螺钉 6，压条 7，锁轴
工装使用时,根据不同插针零件尺寸选用不同上下压块,上压块以插针零件0.7mm圆台为定位基准,钻铰配合孔,保证与外形尺寸对称,反面钻沉孔通至孔0.7mm,便于取下零件。上下压块均设计与零件宽度尺寸2.1mm相容的凹台,基本限定坯料外形。随后放入上下底座之间,以螺钉压紧,加工0.7mm窄台。加工完成后,稍松螺钉(不需卸下),下基座在重力作用下松开,即可取出压块,卸下零件。
这套铣插针零件工装的关键之处在于设计成组的上下压块,以工装的精度保证零件窄台对称度的要求,大大降低了零件加工的难度及劳动强度;上下压块设计有与插针零件尺寸一致的窄台,保证了窄台加工过程中的稳定性。同时上下基座作为通用基体,可适用于多种小型零件的加工,也体现了相当的经济性。
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