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不可思议,一夹具解决所有薄壁加工难题


薄壁件的加工和夹紧一直是业界的困难之一,现场加工方法很多,但适合于大批量生产的方法未几。我们采用了一种浮动三爪夹具,不需要过大的夹紧力就可实现薄壁件加工的定位和夹紧,大大改善了加工效果。

众所周知,薄壁件夹紧外圆进行车削加工时,在夹紧力的作用下,零件易产生变形,从而影响加工精度,工件尺寸公差不易保证。

如加工的一种出口件8T-4556的加工为例,其外圆直径412mm,壁厚为25mm,属薄壁件,且毛坯为铸造方式生产,存在外形不规则的特点,工艺要求在以外圆为夹紧定位基准的条件下,车削端面和内孔,内孔尺寸公差带只有0.08mm。试制该零件时,我们曾采用传统的软三爪夹紧外圆的方式,夹紧时工件易变形,影响加工精度,同时,由于毛坯外圆不规则,夹紧定位不稳定,为了减少变形,需减小夹紧力,但这样可能会出现夹不紧的情况。

对此,我们突破传统的通过加大装夹接触面积(加开缝套筒)的方式,采用了一种六点定位夹紧的浮动三爪(如图1),在实际应用中取得了较好的效果。


图一浮三抓夹紧

浮动三爪夹具的组成及工作原理

我们采用的浮动三爪夹具包括三爪本体、连接块、夹紧钉及特殊镶套。三爪本体通过镶套连接在连接块上,连接块像普通三爪一样与车床卡盘连接,六个夹紧钉成对分别固定在三爪本体上,以镶套为支点,连同三爪本体随毛坯外圆的高低起伏,有微量的浮动(浮动量有严格要求,不可随意给定),起到浮动夹紧作用。夹紧钉带锥的尖部随着夹紧力的作用扎进毛坯表面一定深度,不需要过大的夹紧力,就可以实现薄壁件加工的定位和夹紧,防止工件变形。

如图2a所示,因毛坯为铸造工艺制造,毛坯上多处(B')存在表面凹陷,普通三爪夹紧时易造成工件变形过大或夹不紧。采用六点定位夹紧的浮动三爪即可克服此缺点。在卡盘向中心移动过程中,当夹紧钉没有与工件B'点接触时,三爪本体会以镶套为圆心,零件会给夹紧钉一个作用力F,使三爪本体产生一定的转角,即夹紧钉尖点A移动到A1点,夹紧钉尖点B移动到B1点,如图2b所示,随着三爪本体夹紧动作继续,使两个定位钉同时与工件表面接触,如图2c所示,这样三爪本体的浮动量克服了工件表面缺陷。同理,其他两个卡爪也如此运动,六个夹紧钉尖点终极都与毛坯外圆同时接触,保证了工件的定位夹紧。

图2浮动夹紧原理

应用效果

从力学上分析,传统的三爪接触面为三爪与毛坯的接触面积,设为S1,而六点定位夹紧的浮动三爪夹具与毛坯外圆的接触面为两个点,设为S2,那么两种方式夹紧时零件表面受到的压强分别为P1=F1/S1和P2=F2/S2,因S2远远小于S1,故保证同样的压强下,F1远远大于F2。

薄壁件加工中,夹紧压力应越小越好,六点定位夹紧的浮动三爪夹具将受力面缩小到两个点,S2非常小,这时夹紧钉与工件接触处压强较大,使夹紧钉轻易嵌进工件表面一定深度,夹紧不仅仅依靠摩擦力作用,从而大大增加了夹紧的稳定性,在夹紧力较小的情况下,实现了工件的夹紧定位。

在使用传统三爪加工8T-4556时,工件精度很难保证,分歧格品率较高。最近这一年多,通过使用六点定位夹紧的浮动三爪夹具,其加工效果明显改善,不但满足了内孔的工艺尺寸要求,而且内孔的圆柱度也非常好。

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