易振波
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摘 要:机床夹具设计对工件加工的质量、生产效率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现在制造系统中，夹具都是非常重要的工艺装备。本文论述了传统的1FL6伺服电机端盖加工，在普通机床上是二次转序装夹加工完成的，二次装夹对工件的质量及生产效率都有着直接的影响。因此，结合长期的工作经验，综合归纳了对1FL6伺服电机端盖加工时，避免二次装夹，实现一次在数控机床装夹加工的工艺改进措施。
关键词:电机端盖;工装夹具;刀具;数控加工
1 工装设计
端盖类零件作为伺服电机的主要组成部分，材料以铝合金为主，其加工质量、效率直接影响伺服电机的品质及性能。传统的此类零件制造，主要采用普通车床、铣床及钻床等多种设备进行加工，此工艺方案辅助时间较长，加工效率较低，工人劳动强度较大。目前，针对大批量生产的零件，工艺方案主要采用专用机床＋加工中心的刚柔结合生产线，其具有一定加工产品可变的能力，同时又具有较高的生产效率，成为制造业发展的主流方向。通过对端盖类零件结构及尺寸精度分析，根据企业实际生产加工数量以及加工要求，结合企业实际生产条件，采用刚柔结合的生产线，其中端盖类零件深度孔、螺纹加工属于一道关键工序，采用立式加工中心，提出一次装夹完成多个孔加工的工艺方案，设计一套非标立式气动工艺装备，既保证了生产效率，降低工人疲劳强度，同时提高产品合格率及自动化程度。本套工艺装备适用于加工中心机床，采用气动夹紧方式，工件与工装台阶面进行配合装夹，采用三点可调支撑方式进行平面度的校正，径向定位块确定工件初始角度，其优点定位精度高、装夹方便快捷、角度定位准确，节省该零件的制造成本，从而有效提高端盖类零件的生产效率和加工精度。(1)表面粗糙度:Ｒa3．2;(2)工装材料:40Cr;(3)未注倒角:1×45度;(4)未注尺寸公差:±0．15;(5)热处理:HＲC40～50;(6)数量:一副。
2 刀具设计
技术要求:为了保证切削加工的顺利进行，获得合格的加工表面，制作刀具的切削部分必须具有合理的几何形状，刀具角度是用来确定刀具切削部分几何形状的重要参数。因此，制作刀具前与专业供应商共同沟通讨论方案，最终确定刀具的几何角度。与其他直驱系统相比，具有轴向拓扑有限角度执行机构的直接驱动伺服系统具有运动学建模简单、磁损耗最小、高加速度和最小摩擦等优点，包括具有精密行星齿轮头的伺服系统。然而采用高精度齿轮头的开环控制技术无法保证直驱电机的精度要求，必须实现具有微电子、电力电子、执行器、传感器和微控制器的闭环系统，并克服硬件限制。采用更高精度的旋转编码器、旋转变压器、同步变压器及可变可微变压器可确保角位移测量中的误差。此外，在电机运行过程中，不可避免地存在摩擦干扰，特别是在低速运行下，摩擦的影响尤为显著，有效识别系统中的摩擦，并对摩擦进行补偿，可在一定程度上提高电机系统的控制精度。仿真参数设置完成并确认无误后，生成所有刀路轨迹，通过可视化刀轨进行验证，观察刀具切除材料过程，判断切削过程是否正确、零件是否存在过切或者欠切现象。模拟仿真完成后生成数控加工刀具路径。仿真加工完成后，在３Ｄ动态选项卡中进行仿真结果查看，通过ＵＧ１０．０调用专用的后处理器模块，生成针对特定机床控制器所能接受的ＮＣ代码，生成的代码不需要进行任何修改，可直接导入数控机床，加工出符合图纸要求的零件。
3 工艺装备设计
针对上述问题，考虑为端盖类零件加工设计一套工艺装备。通过对该零件工艺分析可知，零件上的均布孔、槽的加工方位一致，可以采用工序相对集中的加工方案。在普通车床、铣床上加工部分保持不变，将由钻床完成加工内容集中到立式加工中心上来完成。该加工中心具有较高的重复定位精度，且能实现自动分度定位加工，一次装夹解决端盖上多个加工特征的加工。此外，加工中心配备气源，可以采用气动夹具夹紧工件，且夹紧力可调，装夹方便，减少了装卸等辅助加工时间，大大降低工人劳动强度，提高了加工效率和加工精度。该工艺装备最主要的任务就是在一定精度范围内将工件进行定位和夹紧，夹具按通用化特性可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具五大类。本文设计的工艺装备属于一种专用夹具，是针对端盖类的工件的开孔、螺纹等工序的加工要求而专门设计和制造的夹具，具有通用范围大、生产批量大、产品质量稳定等特点。
4 工艺优化后效果
综上所述，通过这次的工艺改进，实现了一次装夹的加工工序，跟踪收集三坐标测量的数据，数据结果显示，端盖的端面和外圆跳动公差都符合图纸要求。取消二次的装夹效益结果:(1)因工件的材质是铝制，转序时降低了对工件表面磕碰的风险，保证了产品质量。(2)缩短转序的时间，既减轻劳动强度，又提高生产效率。将工艺装备放置在加工中心工作台面上，利用百分表检测调整夹具侧基面与机床各轴的平行度。夹具安装完成后，以工件７一侧平面作为主要定位基准面，通过采用三点可调支撑５对工件７平面进行校准，调整工件７平面度。气缸３工作向上推动锥度伸缩轴１０，以伸缩轴１０作为次要定位基准，工件７通过内孔与中空阶梯轴９配合放置在夹具上，采用楔斜机构锥面配合拉紧工件，限制Ｘ、Ｙ轴的移动自由度。利用径向定位支架１２与角度定位板１１作为防转位定位基准，限制Ｚ轴的自由度，径向定位装置通过与工件７原有均布开口槽进行配合，约束工件７在Ｚ轴旋转自由度，保证各个孔的加工位置精度。该工件７为回转体，不仅采用锥度伸缩轴１０对工件７进行夹紧，而且采用锁紧垫片６与花型压板８分别放置在工件７顶面作为夹紧装置，增大接触面积，减少零件的变形。工件被完全定位后，利用立式加工中心完成工件７上各孔加工。加工完成后，气缸３工作向上推动锥度伸缩轴１０，松开工件７取下锁紧垫片６与花型压板８，进行更换工件７。首件工件调整完成后，其余后续工件不需要在进行工作平面的校准，按序装卸工件即可，方便实用，定位精度高，适合此类零部件大批量生产。
结 语：
数控技术被称为不衰竭的技术，它有着极强的生命力，我国目前是制造业大国，但还不是制造业强国。数控技术在我国处于发展阶段，应用还不是十分普及，对于我们涉及数控机床的人员而言，还有很多的路要走。同时，设计合理的工装夹具可实现多件或小批量生产，既减轻了工人的劳动强度，又大大缩短了辅助转序时间，保证产品质量的同时又提高了生产效率。多件装夹工装广泛应用于生产中，经济效益显著。通过对端盖零件的工艺分析，设计了一种端盖类零件上加工内孔、螺纹的工艺装备，采用气动松开、夹紧工件，基于工序集中的原则，所设计的夹具定位准确合理、结构简单、安装方便。使用该夹具对端盖工件进行装夹，保证工件的加工质量，有效地提高了生产效率和降低了劳动强度，体现了数控加工中心的特点，发挥了数控加工的优势，为相同及相似类型产品的工艺装备设计与制造提供了重要的参考及依据，具有很强实际应用价值。
参考文献:
［1］张璐青主编．数控车床操作工．北京:化学工业出版社，2018，11．
［2］张若锋主编．机械制造基础．北京:人民邮电出版社，2016，4．
［３］叶寒，郭映芝，刘华，等．制动器箱体零件液压自动夹具的设计［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１６（５）：１４７－１５０．
［４］储晓猛．泵盖加工工艺分析及钻铣专用气动夹具设计［Ｊ］．机械研究与应用，２０１７（６）：１３７－１３８．
［５］梁伟杰．多工位阀芯加工气动夹具设计［Ｊ］．内燃机与配件，２０１７（３）：５１－５２．