前 言

汽車零部件因其種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大、批量生產(chǎn)任務(wù)重等因素，因此決定了零部件在制造過程中對工裝夾具的高要求。固定盤是汽車傳動系統(tǒng)最重要的零部件之一，其加工精度將直接影響傳動系統(tǒng)的品質(zhì)與性能。

根據(jù)工裝設(shè)備中液壓夾具裝夾方便、自動化程度高的優(yōu)勢，下文介紹了一種汽車固定盤零部件制造四軸液壓夾具，不僅實(shí)現(xiàn)了模塊化生產(chǎn)，而且大大降低了生產(chǎn)成本。

一、汽車固定盤的工藝分析

圖1為汽車固定盤的實(shí)體圖，該產(chǎn)品的加工特點(diǎn)是大批量、加工精度要求高、交貨周期短。通過對該產(chǎn)品的加工工藝分析，確定該產(chǎn)品的加工工藝流程：數(shù)控車粗加工毛坯→ 數(shù)控車精加工外形（保證零件尺寸精度）→數(shù)控銑床加工端面孔→數(shù)控銑加工端面圓弧槽。

從產(chǎn)品的加工流程可知數(shù)控車床加工部分可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，但是數(shù)控銑床加工部分如果沒有專用的裝夾設(shè)備是很難實(shí)現(xiàn)零件的批量生產(chǎn)，同時難以保證產(chǎn)品批量生產(chǎn)時次品率最低。

圖1 固定盤實(shí)體

經(jīng)過綜合研究產(chǎn)品的加工工藝過程、加工技術(shù)要求、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)效率，要保證大批量生產(chǎn)必須設(shè)計具有批量生產(chǎn)的液壓夾具，同時該零件在加工時需要數(shù)控加工中心旋轉(zhuǎn)角度加工端面圓弧槽提高加工效率，因此選擇四軸加工中心銑削。

二、四軸加工中心夾具結(jié)構(gòu)及其工作過程

加工該零件的夾具為三點(diǎn)定位夾緊方式的四軸液壓夾具，四軸液壓夾具是應(yīng)用液壓夾具原理實(shí)現(xiàn)零件的定位裝夾。圖2為四軸液壓夾具結(jié)構(gòu)圖，它主要是由四軸分度轉(zhuǎn)盤、液壓站、夾具體組成。該四軸液壓夾具的工作過程主要是液壓站通過液壓油產(chǎn)生壓力推動夾具上的單作用液壓缸實(shí)現(xiàn)零件的定位裝夾。

圖2 四軸液壓夾具設(shè)計圖

1．進(jìn)油口 2．圓溝槽 3．鎖緊螺釘 4．夾具體 5．排屑孔 6．油缸活塞 7．油缸彈簧 8．油缸

如圖3所示，夾具體和液壓缸裝配好后，將夾具兩端，通過法蘭裝夾到四軸分度盤上。液壓油通過夾具體進(jìn)油孔輸入，油液進(jìn)入5個液壓缸，在液壓油推力作用下，活塞桿向下壓縮彈簧，彈簧被壓縮后夾具體上下表面在液壓缸和活塞、螺釘作用下被夾緊。當(dāng)液壓油失去壓力后，彈簧逐漸恢復(fù)彈性，工件在夾具體上松開。

圖3 四軸液壓夾具產(chǎn)品

夾具設(shè)計細(xì)節(jié)點(diǎn)評：該夾具在設(shè)計過程中綜合考慮了加工環(huán)境和工作要求，其中有幾個細(xì)節(jié)對夾具在工作中起到了重要的作用。

第一，夾具體上表面圓形溝槽。此溝槽的作用是降低夾具體上表面夾緊部位的應(yīng)力集中，使得上表面在動作時更易被液壓缸壓縮夾緊。

第二，工件在定位面上設(shè)計成凸圓懸空三點(diǎn)定位的支撐方式，不僅可以起到定位的作用，而且可以有效降低工件振動。

第三，工件定位部位的通孔。此處通孔的作用是方便排出鐵屑。

第四，工件裝夾部位的半圓槽，它的作用是當(dāng)?shù)毒咴诩庸すぜ砻娴膱A槽時避免與夾具發(fā)生干涉， 有效的起到了避空的作用。

三、四軸液壓夾具的主要參數(shù)設(shè)計

液壓夾具雖然與氣動夾具具有相似的優(yōu)點(diǎn)，但是液壓夾具的工作壓力大且穩(wěn)定，因此液壓夾具常用于大批量、重切削的自動化生產(chǎn)。液壓夾具的設(shè)計過程主要是根據(jù)實(shí)際用途需要，首先結(jié)合工況要求確定液壓夾具的類型，然后根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求確定液壓夾具的相關(guān)參數(shù)，如液壓缸缸徑、液壓缸夾具的夾緊力、液壓缸的外負(fù)載等。該研究設(shè)計的四軸液壓夾具采用的是單缸單作用液壓缸（圖2、圖3 所示），液壓夾具在設(shè)計時其中負(fù)載受力是關(guān)鍵因素，然后確定其缸徑等其他參數(shù)。液壓缸在工作時所受外負(fù)載力F 包括三種類型：一是工作負(fù)載，二是慣性負(fù)載，三是摩擦阻力負(fù)載。因此液壓缸外負(fù)載為：

F ＝ Fw ＋ Fa ＋ Ff

式中： Fw 為工作負(fù)載，對于金屬切削機(jī)床來說，即為機(jī)床加工時的切削合力； Fa 為運(yùn)動部件速度變化時的慣性負(fù)載； Ff 為導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平導(dǎo)軌Ff 可由Ff ＝f（G ＋ FRn ） 求得，G 為運(yùn)動部件重力（此處按1000N）； FRn 為垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載（此處為切削軸向力）； f為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，分別取動摩擦、靜摩擦系數(shù)為0． 1、0．2。

Δt ＝ 0． 01 ～ 0． 5s 為加減速時間，一般Δt ＝ 0．01 ～0． 5s ； Δv 為Δt 時間內(nèi)的速度變化量。

Ff ＝ f（G ＋ FRn ） ＝ 2730 N；F ＝ Fw ＋ Fa ＋ Ff ＝28848N。根據(jù)實(shí)際需要和查表綜合估算液壓缸的工作壓力P ＝10MP。

液壓缸的總負(fù)載力和工作壓力存在以下關(guān)系：

因此可以計算出液壓缸的內(nèi)徑D，即：

根據(jù)查表和實(shí)際需要，此處D ＝ 50 mm 即可滿足要求。因?yàn)樵搳A具為快進(jìn)快退，所以其活塞桿直徑應(yīng)根據(jù)以下公式計算，即：

因此可以計算出液壓缸活塞的直徑d，即： d ＝35mm，根據(jù)查表和實(shí)際需要此處d ＝12mm．即可滿足要求。綜合國家標(biāo)準(zhǔn)查得液壓缸內(nèi)徑及活塞桿的直徑分別取值D ＝50mm， d ＝12mm。

總 結(jié)

這套四軸液壓夾具不僅很好地解決了批量生產(chǎn)問題，而且降低了制造成本和提高了生產(chǎn)效率，符合生產(chǎn)實(shí)際要求。同時設(shè)計原理簡單、典型，值得推廣應(yīng)用于批量生產(chǎn)的同類產(chǎn)品。