為了滿足汽車制造生產線上加工“后輪轂及制動鼓總成”等非規(guī)則、難加工零件的需要，在CK815E數控單柱立式車床上增設一套液壓夾具，使該機床裝夾工件快速、生產效率高、定心基準可靠，以適應同類型不同規(guī)格典型工件變化范圍大的特點。該機床可聯(lián)入汽車生產線，滿足生產線“大批量、高效率、快節(jié)拍”的零件加工需要。
1 裝夾工藝分析
“后輪轂及制動鼓總成”最大直徑440mm、最大內孔直徑370mm、最大工件高度340mm。工件呈高腳酒杯形，以上、下內錐孔為基準，所加工內孔要與該基準保持同軸度Ø0.06mm，內孔圓柱度0.087mm，上、下內錐孔平均直徑110mm。根據外形尺寸可知，該工件可在CK815E數控單柱立式車床上加工。如果仍采用原機床工作臺卡爪外卡工件的夾緊定心方式，有下述缺點難以克服：①由于夾緊工件的工藝基準與加工孔的設計基準分開，加工內孔與基準孔的同軸度要求Ø0.06mm難以保證。②夾持薄壁件易產生變形，加工孔圓柱度0.087mm難以保證。③裝夾找正輔助時間長，不能滿足汽車生產線“高效率、快節(jié)拍”的需要。因此需在該機床工作臺基礎上增設一套液壓卡緊裝置，該夾具需滿足下述要求：①保證加工孔與基準孔的同軸度要求及自身的圓柱度要求。②夾緊安全、可靠，即夾緊力足夠大。③滿足3種不同規(guī)格典型工件夾緊需要。④拆卸、安裝、找正工件輔助時間短。⑤維修、更換易損件密封環(huán)方便。
2 夾具結構
在對典型工件冷加工工藝特點反復分析、研究的基礎上，夾具采用工件大端開口向上，垂直刀架自上而下的切削加工方式，配油裝置安裝在工作臺主軸上部，夾緊油缸安裝在工作臺上部，工件座落在夾緊油缸上部的整體布局方式。該夾具布局方式有如下特點：①滿足了典型工件加工內孔精度的要求。上錐套9、下錐套10的錐面角度按典型工件內孔實際錐度配磨，保證接觸率達到80%以上，夾具與工作臺之間的定心止口高精度配合，工作臺中心孔裝配自車。通過上述措施使得工件加工內孔中心，工件上下內錐基準孔中心，工作臺回轉中心保持一致，保證了工件加工內孔與基準孔之間的同軸度要求及工件內孔的圓柱度要求。②夾緊安全可靠。由于夾緊油缸布置在工作臺上部，充分利用了工作臺中心孔的空間，可以選擇到理想的夾緊油缸直徑以滿足夾緊力的需要。上、下錐套9、10部分開有槽口，當壓緊時斜面能較緊密地壓合在工件的斜面上，增加摩擦力。③可以滿足3種不同規(guī)格典型工件的夾緊需要。該夾具共設計了3套上、下錐套9和10，可方便地更換以滿足夾緊不同工件的需要。④拆卸、安裝、找正工件的輔助時間短。工件夾緊時在液壓閥控制下，油缸上端通有壓力油，活塞拉桿6拉緊上錐套9把工件牢固地固定在定心套11上；工件放松時，油缸下端來油，活塞拉桿向上運動，將上錐套9同時頂出，拆下上錐套9上面的馬蹄形插板8，拔出上錐套9，此時可拆卸工件。由于該夾具采用了自動定心內夾工件的夾緊方式，縮短了安裝、找正工件的輔助時間。⑤維修機床方便。由于該夾具布置在工作臺下部，可方便地更換易損件密封環(huán)。另外，配油裝置與油缸體間距小，配油軸懸臂短，回轉時徑向跳動小，相對延長了密封環(huán)的使用壽命。⑥機床主軸即為配油裝置的配油體，提高了主軸剛度，使管路聯(lián)結更加簡單，油缸上端蓋即為定心套，油缸體通過定心止口直接把合在工作臺上。通過上述巧妙的設計，提高了該夾具的定心精度，滿足了零件的加工精度要求。
3 設計計算
1. 切削力和切削扭矩的計算
a. 切削力Pz
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Pz= CPz·tXPz·SYPz·KµPz (N) |
(1) |
b. 式中t——切削深度，mm。t=1.5mm
c. s——進給量，mm/r。s=0.8mm/r
d. 典型工件為鑄鐵件，采用硬質合金刀具車削內孔，查取各項系數為:CPz=902，XPz=1，YPz=0.75，KµPz=1，代入式(1)得Pz=1145N。
e. 最大切削扭矩M切
f. 式中D工件——工件內孔最大加工直徑，D工件=0.37m
g. 代入式(2)得M切=211.8N·m。
2. 活塞桿拉力F拉和油缸直徑D油缸的計算
a. 摩擦扭矩M摩
b. 式中S——安全系數，S=1.3
c. 代入式(3)得M摩=275.34N·m。
d. 錐面摩擦力F摩
e. 式中D錐——錐面平均直徑，D錐=0.11m
f. 代入式(4)得F摩=2503N。
g. 活塞桿拉力F拉
h. 式中a——錐面角度，a=30°µ——摩擦系數，µ=0.15
i. 代入式(5)得F拉=33373N。
j. 油缸直徑D油缸
k. 式中d桿——活塞桿直徑，經計算取d桿=0.04m
l. P——壓力油壓力，P=3.5×106N/m2
m. 代入式(6)得D油缸=0.1172m。設計中取油缸直徑D油缸=0.12m。在D油缸=0.12m時，M摩=284N·m。M摩>M切。
該夾具與原機床一起裝配、試切工件成功，順利出廠，現已聯(lián)結在汽車生產線上，正式投入生產使用，得到用戶一致好評。
