傳統(tǒng)小型回轉(zhuǎn)類薄壁零件的加工，常采用三爪自定心卡盤直接夾緊或通過(guò)襯套夾緊，這種裝夾方式已滿足不了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。而使用多工位的模塊化氣動(dòng)夾具可以降低生產(chǎn)成本及勞動(dòng)強(qiáng)度。

1）典型零件結(jié)構(gòu)

典型零件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　薄壁類小型回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件典型零件結(jié)構(gòu)

2）裝夾方式

以往在加工中心上加工回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件類零件時(shí)，常用裝夾方式為三爪自定心卡盤（見(jiàn)圖２）。

圖2 三爪自定心卡盤

直接夾緊或采用三爪自定心卡盤通過(guò)襯套夾緊 零件時(shí)，由于是三點(diǎn)夾緊，夾緊力不均勻，容易造成零件變形（見(jiàn)圖３）。

圖3 三點(diǎn)夾緊變形示意圖

通過(guò)分析此類產(chǎn)品的特點(diǎn)，將零件夾持方式進(jìn)行成組化分類，并將夾具夾持部件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，采用氣動(dòng)方式，在生產(chǎn)過(guò)程中只需快速更換相應(yīng)的模塊即可。

1）夾具結(jié)構(gòu)及工作原理

夾具結(jié)構(gòu)如圖4所示。夾具體與底座連接，氣缸固定在底座上，氣缸活塞桿與托板采用螺栓聯(lián)接，托板與滑塊之間通過(guò)２個(gè)連桿連接，使滑塊在夾具體內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。彈簧夾頭固定在夾具體上，通過(guò)手動(dòng)球閥控制進(jìn)泄氣推動(dòng)滑塊與彈簧夾頭錐面配合從而實(shí)現(xiàn)零件的夾緊與松開(kāi)。

圖4 夾具結(jié)構(gòu)

2）夾具的模塊化特性分析與設(shè)計(jì)

薄壁類小型回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件雖然種類多，但加工時(shí)一般都是以回轉(zhuǎn)部位的外圓為基準(zhǔn)定位加工的。因此，此類零件的夾緊可以采用通用型夾具。彈簧夾頭（圖5）夾緊精度較高，零件受力均勻，不易產(chǎn)生變形，適用于小型回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件的裝夾。

圖5 彈簧夾頭

利用自身的螺紋部分直接聯(lián)接在夾具體上，在更換彈簧夾頭時(shí)不需拆卸其他部件；裝夾零件時(shí)可根據(jù)零件外圓直徑大小，選用相應(yīng)彈簧夾頭；在彈簧夾頭內(nèi)部安裝軸向定位裝置可以有效避免零件軸向浮動(dòng)；夾具夾持力大小可通過(guò)改變氣源壓力或更換氣缸型號(hào)進(jìn)行調(diào)整。

3）夾持力分析

彈簧夾頭受力分析圖如圖６所示。氣動(dòng)夾具夾緊過(guò)程中，滑塊向上運(yùn)動(dòng)，其內(nèi)錐面與彈簧卡頭外錐 面接觸，給彈簧卡頭施加一個(gè)向上的推力。

圖6 彈簧夾頭受力情況

當(dāng)被夾緊工件無(wú)軸向定位時(shí)，彈簧卡頭夾緊工件時(shí)所需作用在彈簧卡頭上的軸向力的簡(jiǎn)化計(jì)算公式為：

θ：夾頭半錐角 μ2 ：夾頭與工件的摩擦因數(shù)

摩擦力f3的計(jì)算公式為：

μ1：夾頭與外夾套的摩擦因數(shù)

作用在彈簧夾頭上的軸向力即為氣缸工作時(shí)活塞提供的推力，則F0的計(jì)算公式為：

ｐ：輸入氣缸的氣體壓強(qiáng) ｄ：氣缸活塞直徑

通過(guò)計(jì)算，可以計(jì)算出氣缸的直徑，從而確定氣缸的選型。

以某薄壁小型回轉(zhuǎn)類零件為例，驗(yàn)證模塊化氣 動(dòng)夾具的應(yīng)用效果。加工內(nèi)容為加工零件外形及2個(gè)小孔，需要夾持Φ11外圓，由于零件加持部位壁厚為1mm，需要避免由于夾持力過(guò)大導(dǎo)致內(nèi)孔變形問(wèn)題。該零件以往是由三爪自定心卡盤夾持Φ11外圓進(jìn)行加工，加工過(guò)程中夾緊力大小完全依靠個(gè)人手感，經(jīng)常出現(xiàn)由于加緊力過(guò)小導(dǎo)致加工過(guò)程零件夾持不穩(wěn)產(chǎn)生振刀紋，或加緊力過(guò)大導(dǎo)致內(nèi)孔變形報(bào)廢等問(wèn)題（見(jiàn)圖7）。

圖7 三爪自定心卡盤夾具加工零件

為改善零件的夾持狀態(tài)，選用模塊化氣動(dòng)夾具進(jìn)行裝夾。通過(guò)受力分析計(jì)算選擇合適的氣缸型號(hào)，應(yīng)用該模塊化氣動(dòng)夾具（見(jiàn)圖8）后，加工表面有了明顯的改善（見(jiàn)圖9）。

圖8 模塊化氣動(dòng)夾具

圖9 模塊化氣動(dòng)夾具加工零件

原裝夾方式由于重復(fù)定位精度差，每件零件夾緊后均需校正坐標(biāo)系，單件校正時(shí)間約2min。應(yīng)用模塊化氣動(dòng)夾具后，無(wú)需校正坐標(biāo)系，單件裝夾 時(shí)間 t≤5s，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，且加工過(guò)程裝夾穩(wěn)定，重復(fù)定位精度高，零件合格率達(dá)到100%，提高了加工效率。由于此類零件的批量大，綜合效率提升非常可觀。

以上設(shè)計(jì)應(yīng)用的模塊化氣動(dòng)夾具通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐后，可以根據(jù)批量的大小，評(píng)估經(jīng)濟(jì)成本后，拓展模塊化夾具的應(yīng)用范圍，將模塊化氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)為多工位模塊化氣動(dòng)夾具（見(jiàn)圖10），進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。

圖10 多工位模塊化氣動(dòng)夾具

模塊化快換夾具也將是多品種、小批量制造企業(yè)夾具的發(fā)展趨勢(shì)。不僅節(jié)省了成本，而且滿足了企業(yè)精益生產(chǎn)、敏捷制造的要求，綜合效率提升非常可觀。