立式双面数控键槽铣专用机床夹具设计

辛百灵 陈桂芳

(三门峡职业技术学院，河南，三门峡 472000)

0 引言

立式双面数控键槽铣专用机床是用于加工后桥总成两端轴头轴颈上不同形状键槽。因后桥总成形状复杂，长度较长，在普通铣床上加工困难，在立式加工中心上加工效率低，成本高，故而许多厂家采用专用机床两端同时加工的工艺方法。为解决专机单一性弊端，创新设计了一种可适应多品种后桥总成两端同时加工的夹具，实现了专机的柔性化生产。该夹具由两套V型液压定心夹具、一套内胀分中扶平夹具组成，很好地解决了后桥总成的定位、夹紧和快速品种切换。

1 桥两端加工工艺分析

1.1 桥壳中段的结构特点

后桥总成是由桥壳中段与轴头、挂件、附件焊接而成，体积庞大，形状复杂，属薄壁细长型。定位基准是两端已加工的轴颈、中间大法兰平面及内孔。工艺要求在立式双面键槽铣专用机床上实现两端轴头键槽同时加工。夹具设计要有合理的定位夹紧方式，满足品种快速切换需要。为此设计一种满足该工艺要求的铣键槽专用机床夹具[1]。

1.2 被加工零件情况

加工设备：立式双面数控键槽铣专用机床，机床结构示意总图如图1所示。

1.左加工键槽单元;2.床身;3.夹具;4.右加工键槽单元

加工零件名称：后桥总成。

零件基本状态：大法兰孔及面已精加工，端头键槽处轴颈已精加工。

定位基准:桥壳两端外圆、琵琶孔、琵琶面。

工件材料：Q460C、16Mn、16MnL。

加工内容：两端轴颈键槽。后桥总成加工工序图如图2所示。

图2 后桥总成加工工序图

加工节拍：件/1.5分钟。

加工方式：每端采用一把键槽铣刀，数控系统控制径向和轴向走刀。后桥总成加工示意图如图3所示。

图3 后桥总成加工示意图

1.3 夹具装夹工艺分析

(1)机床对夹具工艺要求：后桥总成两端轴头定位轴颈已精加工，定位方式采用固定朝天V型块，这种定位方式随不同品种定位轴颈不同而中心高也不同，因此键槽铣刀对不同轴颈铣槽位置不同，铣刀的径向进给由数控系统控制，不同品种编制不同程序；不同品种后桥长短不同，键槽轴向位置自然也就不同，要求两端V型定心夹具沿轴向可调整；中间夹具要具备上下浮动适应工件中心高变化，前后浮动避免与两端V型确定的中心干涉，内胀中心孔实现轴向定位，扶平块扶平大法兰面实现角向定位。整套夹具由两端的液压V型定心夹具和中间液压内胀分中扶平夹具组成。

(2)定位基准：两端V型定心定中心高，中间内胀分中法兰内孔定轴向、扶平法兰面定角向。

(3)夹紧方式：两端液压油缸杠杆式压板压紧工件外圆，中间液压自动分中胀紧法兰内孔。

(4)加工方式：湿式加工。

(5)工件切换：调用不同品种程序，调整两端夹具位置，适应多品种，实现快速切换[2]；

(7)考虑整体夹具刚性，防止切削振动，保证加工精度；

(8)考虑装卸工件、操作使用的方便性；

(9)充分考虑夹具结构的工艺性，保证加工稳定性，方便维修、方便更换定位元件等易损零件[3]。

2 工装夹具设计

2.1 工装夹具整体方案[4]

通过以上分析，设计夹具总体方案如图4所示。

1.左端V型定心夹具; 2.后桥总成(工件); 3.液压内胀分中扶平夹具; 4.夹具底座; 5.定心夹具调整装置;6.右端V型定心夹具

该夹具是依据桥壳两端同时加工的工艺要求而设计的[5]，是与立式双面数控键槽铣专用机床配套使用的专用工装夹具。整套夹具由两部分组成。两端V型定心夹具1和6用于定位夹紧后桥总成外圆轴颈，工件2品种不同定位轴颈不同致使中心高变化无需更换V型定位块，而通过加工程序键槽铣刀加工位置相应变化实现正常加工；工件2品种不同长度变化致使定位轴颈位置变化通过调整装置5拉动端夹具体沿导向键在夹具底座4上移动实现正确定位；中间内胀分中扶平夹具3用于分中规定范围直径的法兰孔和扶平规定范围中心高的法兰平面，既达到轴向和角向定位又可抵抗轴向切削力。其工作原理为：用吊具将后桥总成法兰面朝下放置在中间弹性扶平面上，在后桥重力作用下一起下落至两端V型定心夹具上，内胀分中胀爪在液压油缸驱动下同时胀紧法兰内孔，两端杠杆式压板自动压紧桥壳两端外圆轴颈，实现桥壳的定位夹紧。

2.2 两端V型定心夹具设计

两端V型定心夹具工作原理：采用朝天V型(在V型块工作面上安装经淬火的支承垫)定位，杠杆式液压压紧结构压紧工件定位轴颈，该夹具在后桥总成两端定位轴颈处各设置一套，实现对后桥总成中心高定位。具体动作如下：工件3定位轴颈安放在V型块2上，压板4在油缸5的作用下压紧工件3。因是V型定心结构，可适应一定范围直径的外圆，无需更换任何零件[6]。两端V型定心夹具结构图如图5所示。

1.定心夹具体; 2.定位V型块; 3.后桥总成(工件); 4.杠杆式压板; 5.夹紧油缸; 6.调整装置

2.3 内胀分中扶平夹具[7]

内胀分中扶平夹具工作原理：以内胀油缸7活塞杆为驱动力，通过内胀体9带动左右内胀滑块8移动，从而带动可更换且固定的左右胀爪11沿径向向外运动，实现对工件法兰内孔分中定位。为使胀爪11松开时能够复位，设置了弹簧复位机构，保证内胀滑块8和内胀体斜面始终接触。该斜面具备自锁性能，即可定位又可抵抗轴向切削力；两扶平块12支承面与工件法兰面在弹簧10作用下沿导向体4和导向销5垂直上下移动且始终法兰面接触，既实现对法兰面的角向定位又不影响两端V型同轴定位，其上下浮动量由限位销14限定。工件两轴头已在数控车床上精加工，具有很好的同轴度，为避免内胀法兰内孔影响同轴定位，采用了内胀扶平夹具前后浮动，具体由浮动滚动导轨3和两套前后复位弹簧13实现。具体动作：内胀油缸7活塞下移-内胀滑块8和内胀卡爪11同时向外移动胀紧法兰内孔-同时夹具上下、前后浮动-两端V型夹具夹紧工件。内胀分中扶平夹具结构图如图6所示

1.夹具体; 2.前后浮动体; 3.前后浮动导轨; 4.上下浮动导向体; 5.上下浮动角向定位导向销;6.上下浮动平板; 7.内胀油缸; 8.内胀滑块; 9.内胀体;10.上下浮动弹簧;11.内胀卡爪; 12.扶平块;13.前后复位弹簧;14.上下浮动量限位销

3 结论

本专用铣床夹具，是为立式双面数控键槽铣专用机床配套使用，按照主机工艺要求，该设备是在生产流水线上使用，不同品种执行不同加工程序，不同法兰孔直径选用不同内胀卡爪，不同长度调整端夹具位置，操作简单方便可靠。两端同时加工，生产效率提高两倍。该夹具随同主机安装调试，完全达到了设计工艺要求，经用户大批量使用，反馈良好。