錢海燕

（南通開放大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇南通 226006）

1 加工現(xiàn)狀

1.1 零件結(jié)構(gòu)及工藝現(xiàn)狀

企業(yè)批量加工生產(chǎn)汽車上的幾種不同規(guī)格的動(dòng)力螺母，其中之一的零件圖如圖1所示。這幾種螺母的形狀類似，但齒條的模數(shù)規(guī)格不同，尺寸也有所不同，它們加工的工藝流程基本相同。

圖示零件的材料為20CrMnTi，鉆孔工序的主要加工內(nèi)容有：

工步1，鉆導(dǎo)管卡螺紋底孔2-Φ5.1 mm，鉆通；

工步2，鉆導(dǎo)管孔 mm，深13 mm；

工步3，鉆導(dǎo)管孔 mm，深22 mm（在原位置上降低進(jìn)給量鉆孔，防止孔偏）；

工步4，攻螺紋2-M6-6H，深7 mm；

工步5，導(dǎo)管孔擴(kuò)孔 mm，深13±0.1 mm；

工步6，導(dǎo)管孔孔口倒角2-4.9 mm×45°及導(dǎo)管卡底孔倒角1 mm×45°；

工步7，去各處尖角、毛刺。

在鉆導(dǎo)管孔工序中，為了保證導(dǎo)管孔的位置度要求，需要設(shè)計(jì)專用夾具以保證其加工精度。夾具以螺母零件外表面上齒條的齒定位，在外圓面上手動(dòng)夾緊。每一個(gè)規(guī)格的螺母，均設(shè)計(jì)有一套專用的鉆導(dǎo)管孔夾具。加工時(shí)零件的規(guī)格改變，就要更換相應(yīng)的夾具。

1.2 加工存在的問題

1.2.1 夾具頻繁更換。由于不同規(guī)格的螺母零件上齒條的模數(shù)規(guī)格較多，生產(chǎn)時(shí)加工所需夾具較多，夾具結(jié)構(gòu)類似但更換頻繁，夾具在機(jī)床上的定位找正比較繁瑣，調(diào)整夾具占用時(shí)間較長(zhǎng)。因用于定位的齒是兩外側(cè)的齒，中間齒不用于定位，不同規(guī)格螺母的兩定位齒間距又不同，在更換夾具時(shí)操作工人容易弄錯(cuò)，造成失誤導(dǎo)致零件報(bào)廢。

1.2.2 夾緊裝置不可靠。夾具原設(shè)計(jì)為手動(dòng)夾緊，夾緊力大小不易控制，存在工件夾不緊的現(xiàn)象，影響加工精度甚至造成零件報(bào)廢，生產(chǎn)效率不高。

2 夾具改進(jìn)方案

2.1 裝夾方案

在不改變?cè)卸ㄎ环桨傅幕A(chǔ)上，以齒條的一側(cè)齒定位，另一側(cè)齒浮動(dòng)定位，兩定位齒的間距可以微調(diào)。這樣就實(shí)現(xiàn)了各種規(guī)格螺母零件的通用加工，把專用夾具改成為通用可調(diào)夾具，解決了夾具數(shù)量多、更換時(shí)容易出錯(cuò)的問題。

針對(duì)原有的手動(dòng)夾緊裝置，存在時(shí)有操作工人夾不緊工件的現(xiàn)象，分析原因主要是夾緊力的大小不易控制。改進(jìn)夾緊方案，利用液壓缸的液壓力壓緊工件，通過控制液壓回路的壓力和速度，就可以調(diào)節(jié)夾緊力的大小，并且可以控制夾緊力在工件加工過程中保持不變。

圖1 螺母零件圖

2.2 夾具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

夾具總體結(jié)構(gòu)見圖3，夾具由M050專用液壓油缸、油缸支撐座總成、壓緊頭、底板、調(diào)整墊板、定位板總成、定位支撐座總成等組成，通過螺紋連接。

加工過程中鉆導(dǎo)管孔時(shí)，把螺母零件裝到夾具上，螺母的齒條貼合定位柱實(shí)現(xiàn)零件的定位。液壓缸鎖住后，由安裝在液壓缸頭上的壓緊頭壓緊螺母零件的外圓，實(shí)現(xiàn)夾具的夾緊。不同規(guī)格的螺母零件，只需要更換夾具上相應(yīng)的定位板總成和定位墊板，而不必更換整套夾具再重新定位到機(jī)床上，大大縮短了夾具的調(diào)整時(shí)間。

2.3 可調(diào)定位裝置

定位板總成由定位柱、墊塊、定位板組成，通過螺紋連接，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。定位板總成可以調(diào)整更換，設(shè)計(jì)制造了不同規(guī)格的數(shù)套，以適配不同規(guī)格的螺母零件加工之用。定位板總成安裝到定位支撐座總成上，由內(nèi)六角螺釘緊固。

定位支撐座總成由定位支撐座底板、定位支撐座立板、定位支撐座加強(qiáng)筋組成，通過焊接牢固連接。具體結(jié)構(gòu)見圖5。

2.4 夾緊裝置

圖2 定位夾緊方案

圖3 夾具總體結(jié)構(gòu)圖

圖4 定位裝置

圖5 定位支撐座總成

M050液壓油缸需要改進(jìn)頭部結(jié)構(gòu)，在液壓缸頭上連接一個(gè)壓緊頭，液壓缸安裝在油缸支撐座上，由壓緊頭通過液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)螺母零件的夾緊和松開。調(diào)節(jié)液壓回路的壓力和速度，可得到大小合適而且恒定不變的夾緊力，很好解決了批量加工時(shí)工件夾不緊的問題。

油缸支撐座總成結(jié)構(gòu)如圖6所示，由油缸支撐座底板、油缸支撐座立板、油缸支撐座加強(qiáng)筋組成，通過焊接牢固連接。

圖6 油缸支撐座總成

油缸支撐座總成、調(diào)整墊板、定位支撐座總成、圓柱銷安裝在底板上，由內(nèi)六角螺釘緊固，最終組成夾具的夾緊裝置，如圖3所示。調(diào)整墊板根據(jù)螺母零件的各個(gè)規(guī)格，制作多件與之相適配。

3 加工效果

使用改進(jìn)后的可調(diào)夾具進(jìn)行生產(chǎn)，首先減少了夾具的數(shù)量。加工不同規(guī)格螺母零件時(shí)，只需要更換相應(yīng)的定位板總成和調(diào)整墊板，降低了生產(chǎn)成本，也簡(jiǎn)化了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的夾具管理工作；其次，減少了操作人員更換和調(diào)整夾具的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，加工精度也同時(shí)得到了提高。由于采用了液壓夾緊方式，工件的夾緊更可靠了，不再存在工人操作夾不緊的現(xiàn)象，加工質(zhì)量比以往更穩(wěn)定。

4 創(chuàng)新與總結(jié)

本次專用夾具的改進(jìn)設(shè)計(jì)，根據(jù)螺母零件的齒條模數(shù)和不同尺寸，更換了定位板總成和定位墊板，更換加工零件時(shí)無需更換整套夾具，成功將原有的專用夾具改進(jìn)成為通用可調(diào)夾具，多規(guī)格加工通用范圍較大，適用于多品種、小批量生產(chǎn)中。同時(shí)，減少了生產(chǎn)所需夾具的數(shù)量，減少了更換調(diào)整夾具的設(shè)計(jì)，有效降低了生產(chǎn)成本。

另外，將手動(dòng)夾緊部分改成液壓夾緊，這是本夾具設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)，也是企業(yè)在自動(dòng)化加工方面所做的有益嘗試，不僅有效減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且顯著提高了零件的加工精度，保證了生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定，被加工零件的尺寸精度一致性較好。

此夾具的成功改進(jìn)，為今后現(xiàn)代化生產(chǎn)中的夾具設(shè)計(jì)與應(yīng)用，提供了很好的思路和應(yīng)用空間，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)夾具與液壓、氣動(dòng)、電氣等的聯(lián)動(dòng)控制，可提供高效、可靠的夾緊，既節(jié)省了工裝成本，同時(shí)又顯著提高了生產(chǎn)效率，解決了因操作者人為因素造成用力過度致工件變形或夾不緊工件而報(bào)廢的問題。隨著現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，通用可調(diào)、液壓輔助定位與夾緊的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。