炉头的数控加工夹具设计

吴健 邵宏宇

摘要：本文通过对暖通零件炉头的数控加工的工艺分析、并对其V形槽、斜面孔加工装夹工具进行设计，生产出符合客户要求的零件，对于同类型的零件加工在实际生产具有一定的指导意义。

关键词：数控；炉头；装夹

1 引言

本文就供暖系统配件炉头在数控机床的工装夹具与加工工艺问题进行探讨。该零件是为美国某有限公司生产的外贸加工产品。炉头毛坯为压铸零件，材料采用Al-Si系合金材料，难点是在与轴线成60°的斜平面的六孔和外圆柱面凸起处V形槽、平面、成角度钻孔加工。

对于斜面孔加工需要专业万能分度头或五轴加工中心加工。目前，我校生产设备主要是数控车床、数控铣床、四轴加工中心。加工设备难以满足要求，在现有设备加工，必须设计出专用夹具进行加工生产。鉴于此，必须探索出适合现有加工设备，并可简单、快捷、费用低的加工工艺方法。

2 零件图样工艺分析

零件图如图1所示，该工件材料是铝合金A360，材料中含硅量9.0-10.0%，属于亚共晶铝合金，其合金具有良好的铸造性能与被切削性能[1]。工件由内圆柱面、外斜面、端面、V形槽（2个）、圆柱侧面螺纹孔（3个）、端面螺纹孔（1个）、均匀分布六个圆柱斜孔等轮廓组成。加工数量为600件，属于中小批量生产，先按照加工工艺加工10件，送检合格后，安排批量生产。零件的内、外轮廓、V形槽、斜孔都由直线和圆弧组成，几何元素之间的关系清楚完整。尺寸标注基准（对称轴线、端面）较统一，有利于数控编程加工[1]。

该零件的内圆、V形槽、内孔等部位的形状、位置尺寸公差为0.1mm或0.2mm，加工精度易保证；难点主要集中在炉头外侧斜面均匀分布六个斜孔加工，其次是圆柱外侧V形槽及螺纹孔加工，这两道工序必须设计专用夹具装夹零件，才能保证生产要求。该专用夹具的设计是整个零件各工序加工中的难点。

3 加工装夹方案

（1）V形槽处加工装夹方案

此道工序是在北京机电院BV100四轴立式加工中心加工完成。设计的夹具装置在加工中心第四轴三爪卡盘上，夹具如图2所示。使用时，将零件放到夹具心轴上，用压头压紧即可使用。炉头夹具心轴与压头两个定位元件实现了对零件的X、Y、Z的平移和X、Y的旋转，Z的旋转自由度依靠炉头夹具定位件2压在零件V形槽侧面进行限制，实现了炉头零件的完全定位。为防止压头6把炉头顶面压紧损坏，可采用聚四氟乙烯（塑料王）进行生产加工。夹具在第四轴装夹下，可实现成3个成60°夹角孔的加工。

（2）斜面孔加工夹具

零件上的斜孔或斜面加工首先要分析斜孔的空间位置和交点尺寸，选择加工坐标系，以便旋转定位。本次设计斜面阶梯孔加工夹具如图3所示，夹具主要由1.固定底板 2.角度侧板 3拉手. 4.分度轮 5.角度固定块 6.分度心轴7.角度定位块 8.角度定位板等组成。另外，还包括有防尘圈、铜套、角度定位架等零件[2-4]。

使用时先将角度侧板2安装在固定底板1。角度侧板有两块组成，与固定底板成30±0.05角度，保证零件斜面孔轴线方向与Z轴平行。分度心轴6连接到角度固定块5上，其上连接有角度定位块8。零件安装到心轴上，以炉头底面和φ47.09作为定位基准。心轴φ85平面限制了工件Z轴平移和X、Y轴旋转共三个不定度，φ47.09圆弧面限制了X、Y轴旋转和X、Y方向平移。角度定位板8、角度固定块7以斜面配合，当夹紧时斜面作用在V形槽处平面处，限制了Z轴平移和Z轴旋转。这两个定位装置结合，实现了炉头的完全定位。

分度轮4由六个成60°均匀分布的凹槽组成，利用平键与心轴6连接。心轴6与角度固定板5以轴承连接，便于心轴转动，降低了工作强度。当零件安装到心轴上加工完一个孔后，把拉手3拔开，可以用手转动零件，当转动到60°时，在弹簧的作用力下，拉手卡在分度轮的槽内，装夹完毕，开始加工另外一个相邻孔，循环使用，直到加工结束。此装置实现了在炉头外圆斜面上均匀加工六个斜孔的功能。如为了提高精度，可设计出斜面加工夹具与分度头相结合的夹具，或者改造成精密分度装置。但由于此次小批量生产炉头要求精度不高，采用了较为简单的分度机构进行分度加工。

4结论

本文首先对暖通设备零件炉头零件图进行了分析，接着根据零件加工的内容和难点，设计出符合现状的零件装夹工具和加工工艺。其中炉头外圆柱斜面的斜孔加工和V形槽加工是这个零件加工的难点，文中对这两道工序所用的专用夹具进行了设计。装夹工具采用设计简单、成本较低的手工夹紧装置。根据图纸要求，按时、有效地生产出符合客户要求的零件。创造了良好的经济效益。

参考文献：

[1]刘永利.数控加工工艺[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]吴拓.现代机床夹具设计及实例[M].北京：化学工业出版社，2015.

[3]雒运强.使用铣削操作技巧450例[M].北京：化学工业出版社，2012.

[4]任小萍.典型零件斜面的铣削加工技巧[J].新技术新工艺，2014（11）

作者简介：

吴健，男，河北邯郸人，讲师，主要研究方向：模具設计与制造、材料加工技术。