数控加工气缸体组件夹具设计

摘 要：文章通过对摩托车气缸体组件零件的工艺设计方面的分析和设计，及加工中心工序的加工所需的夹具进行详细分析论述及设计。该液压夹具操作简便，可同时加工零件三个面，避免多次装夹，提高了加工精度，降低

前言

在机械制造业、金属切削批量生产中，数控加工中心夹具的主要作用是保证加工精度，提高劳动生产率，扩大机床加工范围，保证生产安全，降低对工人的技术要求和减轻工人劳动强度。因此，机械工装夹具的设计制造在机械制造业中起到举足轻重的地位。

文章介绍了气缸体组件加工中心第四轴夹具的设计过程。对零件的结构进行了分析，制定了零件的加工工艺内容。选择了四轴旋转工作台和设备，确定了定位基准与夹紧方案，对零件的加工工艺方案进行了具体的分析。使用了三维软件绘制零件图，夹具设计图，夹具零件图，制作第四轴夹具，并投入生产。

1 气缸体组件工艺分析

气缸体组件为整体式气缸体，其广泛应用于摩托车发动机。气缸体毛坯为铸件，中心为铸铁缸体，外面包裹铸铝结构，中间的气缸加工精度要求高，两端面上的孔数量较多，位置精度要求高，侧面的孔需要进行加工，精度要求较高。主要特点：（1）阀体外形轮廓结构复杂，散热片分布较多；（2）气缸体组件属空腔体薄壁零件，零件刚性较差，因此工装夹具设计必须避免零件夹压后变形，使装夹受力点尽量避免放在零件加工孔上方以及易产生变形的部位。夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所处的正确位置，保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，夹紧可靠牢固，振动小，不超出允许变形，合理布置夹压后，要防止装夹加工过程中发生震颤和干涉，并保证气缸体受力均匀分布。

2 夹具总体设计

2.1 气缸体主要加工方法

根据加工工艺要求，装配工艺设计与加工质量、效率要求，依据基准先行、先面后孔、先粗后精的原则，先加工主要表面，后加工次要表面，制定零件主要表面加工方法

2.2 定位、加紧方案的选择

通过分析CG125气缸体组件结构特征，在加工中心加工前一工序，为了加工气缸体底面，选择气缸体毛坯的中心大孔作为粗基准，把两端面面进行加工，这样加工过的平面可作为加工中心工序的精基准，遵循互为基准、基准统一的原则。

对于夹紧方案分析，为了保证定位基准位置准确，采用已加工的面进行平面定位，均匀分布三个圆头支撑钉，保证接触点位置相对稳定，并且使支撑钉距离尽可能大，以防止加工过程中发生颤动，产生失稳现象。这样就把气缸体Z轴移动自由度和X、Y轴两个方向旋转自由度限制住。同时，利用气缸体中心铸铁缸体的圆柱外形放入夹具垫板圆孔中进行定位，把气缸体X、Y轴两个方向的移动自由度限制。最后，利用弹性六棱锥销与气缸体上已加工的工艺定位孔进行配合，把Z轴的旋转自由度限制。通过上述定位方式，气缸体组件在夹具上有唯一的位置，而且六个自由度被完全限制，满足了夹具设计要求。中心铸铁缸体的定位和弹性六棱锥销的使用，不仅可以保证气缸体组件位置正确，还能防止工人错误的安装工件，起到防误、防呆的作用。

对于夹紧方案分析，气缸体周边满布铝合金扇热片，而且扇热片为不规则形状，受力不均衡，所以上下两端面进行压紧较合理。同时，根据夹具的设计原则，下端面为支撑平面，产品的夹紧受力方向在设置在上端面，下端面圆头支撑钉均匀受力，减少工件的变形。根据机床工作台的大小，确定在一套夹具上同时装夹两个工件，使夹具结构更紧密，在加工过程中节省换刀时间，提高生产效率。通过对工件在加工工程中的受力分析，压紧力须大于刀具对产品的作用力，确定选用使用广泛的液压油缸进行压紧。由于气缸体组件是从夹具的上方插入夹具进行定位，如果采用普通液压油缸中间的压块会影响到工件的装夹，采用液压转角缸更合理，转角缸在松开过程中，中心活塞先上升一小段距离，然后在上升过程中转动90°，避免装夹工件时造成干涉。基于以上分析，确定选用NHS-50X90°液压转角缸加活动压紧块方式对工件进行压紧。

CNC加工中心第四轴就是指的是加工中心数控分度头，数控分度头我们通常称之为第四轴，它的出现大大的提高了加工中心的加工效率，减少了成本，很多形状复杂的产品在加工的时候都需要用到数控分度头，因为它可以完成三轴机床不能一次性加工完成的任务，它通过旋转可以使产品实现多面的加工，大大提高了加工效率，减少了装夹次数。

CNC加工中心添加第四轴的好处：可以使刀具加工的平面更为广泛，并且可以减少工件的反复装夹，提高工件的整体加工精度，利于简化工艺，提高生产效率。缩短生产时间，所以本产品的夹具设计方案用到配第四轴转台的加工中心，三轴即XYZ三个直线移动坐标，第四轴为X轴方向上的一个旋转轴，可以使刀具与工件之间产生角度偏移，即刀轴与工件表面法线成一个角度。一可以扩大加工的范围，二可以使切削条件更佳。

基于以上论述，上文涉及到的三道工序加工方案均选择摆在第四轴转台桥板上，一次装夹两个工件，同时加工三个平面，提高加工效率。该液压夹具设计既保证了加工零件的位置稳定可靠，又避免夹紧过程中产生不允许的零件变形，操作简便，工件更换容易，适合批量生产。

2.3 夹具三维设计

本次设计采用运用三维软件提供的基于特征实体的建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及异型孔向导等操作来实现标准零件的三维模型设计，并按其形状和尺寸分别建立参数化模型库。

夹具装配是夹具产品设计的重要工艺过程。如果装配不当，即使是全部合格的零件，往往也不能形成质量、寿命合格的夹具。第四轴夹具装配的难点，由于第四轴夹具需要在加工中心工作台上实现360°自由旋转，第四轴的旋转中心线相对X轴必须平衡，防止在旋转过程中产生干涉。而且，本次设计的夹具一次同时装夹两个工件，桥板部分较长，需要增加尾座进行固定与支撑，要求第四轴本体的中心孔与尾座的中心孔在相同的轴心线上。基于以上分析，把第四轴本体与尾座安装在夹具底板上，第四轴本体与底板安装利用键槽配合，尾座与底板安装也利用键槽配合，底板上的键槽通过加工中心一次加工完成，保证第四轴本体中心线与尾座中心线重合，满足设计要求。第四轴液压转台配合安装在加工中心上，通过第四轴控制，使回转台主轴刹紧和松开，松开后桥板完成任意角度回转分度或连续分度运动，分度完成后刹紧主轴，实现高精度分度工作。

2.4 夹具制作与投入使用

夹具三维模型不能将所有的设计参数表达清楚，车间制作夹具需要为三维夹具上每一个非标准零件绘制工程图。根据国家或具体行业标准，对零件工程图进行注解，如形位公差、表面粗糙度、基准特征、零件序号等；也可根据具体加工要求，对零件进行注释或标记，将工程图表达清楚。总装配体中，对零件尺寸公差、垂直度、圆轴度及技术要求等做了详细标记。绘制好的工程图下发到车间进行制作，装配完成并投入使用。

3 结束语

随着产品市场的竞争日益激烈，在产品结构不断复杂化、产品质量要求不断提高，生产效率要求不断提高的前提下，一些传统的加工方法，已无法满足生产的需要。在数控技术发展和普及的今天，采用加工中心，并配以第四轴工装夹具进行生产，从根本上改变了传统的加工工艺方法，必将得到更广泛的应用。

参考文献

[1]罗辑.数控加工工艺及刀具（高职高专系列教材）[M].重庆大学出版社.

[2]陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具（第4版）[M].高等教育出版社.

[3]徐灏.机械设计手册（第5卷）[M].机械工业出版社.

作者简介：谭许彬（1984-），男，汉族，广东江门人，大专学历，职称：助理工程师职称，主要研究方向：数控技术应用，身份证号：440782198404132116。