难点攻克：差速器壳体内球面如何加工？

本文为夹具侠整理，转载请注明出处薄壁零件加工及如何减少变形.pdf 薄壁板类零件的加工与夹具设计.pdf 浅谈薄壁零件加工的夹具设计与装夹.pdf 薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门，因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。本次直播将从薄壁件加工变形原因、夹具的选择、夹具的设计三个方面与大家分享。一、薄壁件加工变形原因对薄壁空心件进行车削加工时容易出现的一个问题是工件受卡盘夹持力的影响而发生变形，如环或外壳等工件必须接受牢固的夹持，即便在切削力的作用下也不会松动。很强的夹持力将不可避免地造成工件变形，变形量的大小取决于工件的形状和壁厚；同时，材质也起到很重要的作用。铸铁、黄铜、青铜和铝合金部件由于其弹性模数较小，因此要比钢件更加脆弱，特别是在对配合件进行车削时，夹持变形会造成所给定的公差范围超限，并导致废品产生。提问问题：对于车削过程中薄壁零件装夹变形，大家一般是有哪些方法来解决的？用户：端面夹紧用户：套芯用户：做夹套用户：内撑加外夹紧 1.1如何减少工件形变针对于工件内部应力，对苛刻表面的试车削、松弛和精车削，或在加工之前对原料工件进行自由退火，将有助于提高工件的质量。针对于夹持变形，最简单的办法就是考虑降低夹持压力。对此，必须注意卡盘在此状况下是否还有足够的夹持力，因为磨光工序通常需要较高的切削速度和转速。如果夹持力的降低没有带来令人满意的结果，则可以建议对所使用的卡盘进行分析。讨论用户：车轴类的，方法大家都知。扁平板类的，面积够，用真空。轴类薄壁回转类，装夹方法是很成熟的，没必要讨论，不了解的可以买本书参考。我的个人经验是：理论指导实践。年轻时，做不好东西，我会问老师傅，但最多是跑书店和图书馆。找到一本好书，什么都会了，如《日本经典技能系列丛书》。用户：薄壁零件个人认为要从夹具、刀具、程序三方面优化，不能按常规思路去设计夹具，使用刀具上要动脑筋将切削力和热降到最低，程序优化到极致。二、夹具的选择 2.1卡盘的选择 2.1.1硬质阶梯式卡盘如灰口铸铁的外壳件等原料工件，往往采用硬质标准阶梯状卡盘进行夹持（图1）。其夹持面的卡齿在较长时间的使用之后，会自然磨损而逐渐变钝，夹持和紧固效果减弱，工件在加工过程中打滑或从卡盘脱出的危险性由此逐步增加。图1 带有硬质卡钳的强力卡盘新型硬质阶梯式卡盘由于其夹持效果好，所需的夹持力可以较低，因此工件的变形程度较小。带有锥角齿的爪形卡盘（图2）可以提供更高的安全性，这种卡盘可以抓住工件的表面，在与铺路砖一齿的阶梯卡盘具有同等夹持力的情况下，可以实现双倍的切削力，同时所需投入的费用也低，有助于提高加工质量和加工安全性。图2 爪形卡盘（a）和扇形卡盘（b） 2.1.2摆爪式卡盘在夹持敏感的原料工件使用摆爪式卡盘（图3），摆动桥把夹持力分配到双倍数量的夹持点上，每个夹持点都只承受一半的力，工件上各夹持点之间的弯曲弹性范围得以缩小。如果夹持点的分布达到最佳的程度（均匀地分布在圆周上），则工件的变形大约可以减小到原变形量的10%，而无需降低卡盘的夹持力。图3 摆爪式卡盘 2.1.3硬质强力卡盘在已经车削完毕的工件直径上夹持的状况下，可以使用应用范围更加广泛的硬质卡盘（图4）。旋入的夹持直径在整个圆周上支撑工件，即使在较大的夹持力下工件也不会发生变形。这种卡盘可以由不同的厂商提供，属于特殊造型，可依据工件图纸进行最佳的设计和制造。图4 带有大尺度卡钳的硬质强力卡盘 2.1.4杠杆平衡卡盘针对大批量相同或类似工件的加工，可以采用特殊的夹持器械。尤其对于薄壁的环，使用带有6或12个直径为400~4000mm卡盘的机械传动式杠杆平衡卡盘，可以获得很好的效果（图5）。在各个卡盘之间形成一种夹持量和夹持力的均衡状态，因此，即使工件的圆周存在误差，工件也可以安全且无变形地被夹持住。此外，夹具还可以通过手动和自动被切换到一种纯中心夹持方式。图5 快速可调卡钳型六卡钳杠杆平衡卡盘讨论用户：能解释一下以上卡盘的原理吗？怎么保持均衡用户：类似于浮动卡盘，周全辅助支撑中心下压。中心压可以用碟簧辅助支撑用弹簧，同时力要可调。用户：车床不好搞的零件，换个思路用加工中心做就变简单了。用户：不要浮动式，离心。用软爪，芯轴，端面压。简单，方便，牢靠，成本低。图6 浮动卡盘原理结构 2.2液胀式夹具对于薄壁件加工来说，最好的夹具还是液胀式的夹具，举个例子。图7是外抱式静压膨胀夹具的结构示意图。在夹具主体与夹紧孔薄内壁之间有一个环形封闭油腔。当拧紧胀紧螺钉时，油腔内油压升高，使夹紧孔薄内壁承受均匀外压，向中心均匀收缩而抱紧被夹持工件的外圆柱面;当松开胀紧螺钉时，油腔内油压回落，夹紧孔薄内壁在弹性回复力的作用下回复到原始直径而松开被夹持工件图7 外抱式静压膨胀夹具的结构示意图外抱式静压膨胀夹具应用：在机床上常用卡盘夹持工件外圆，例如在车床、磨床上用卡盘夹持工件。但是当工件是薄壁件或者要求夹持精度≤10μm时，卡盘就难以满足要求，此时静压膨胀夹具就可以显示出它的优越性。图8是一种用于车床的外抱式静压膨胀夹具，夹具直接与车床主轴连接，被夹持工件是一种薄壁轴套，轴套上的二个外圆柱面是一次装夹加工出来的。图8 用于车床的外抱式静压膨胀夹具 2.3柔性夹具对于薄壁零件加工，柔性工装夹具也有所应用。根据薄壁回转体类零件特征设计液压柔性工装系统，形成轴向夹紧位置可调，夹紧与浮动支撑结合，多点自动定心的柔性夹紧技术，可以满足不同直径和不同长度的回转体类零件夹紧需求。舱体、端框等结构件属于典型薄壁回转体类零件，这类结构件的数控铣削加工柔性工装可用于零件周向孔、槽、口框、型腔的铣削、钻削与镗削加工，而长度方向和直径方向的夹持范围均可在一定范围内调整，工装系统夹紧力范围也可调，从而适应多品种相似结构产品的装夹需求，其外圆车削夹具、内腔与端面车削夹具均具备软爪卡盘装夹功能，以适应薄壁结构的小变形装夹需求。根据薄壁回转体类零件特征设计液压柔性工装系统，形成轴向夹紧位置可调，夹紧与浮动支撑结合，多点自动定心的柔性夹紧技术，从而满足不同直径和不同长度的回转体类零件夹紧需求，柔性夹具示意图如图9所示。图9 薄壁回转体类零件数控铣削加工柔性工装示意图多类型号的舱体、端框等薄壁回转体类结构件均可采用图9所示的同一套夹具装夹，柔性夹具的轴向行程径向行程均可以调整，轴向夹紧位置可以随舱体外形加工的位置而改变，解决加工干涉问题。通过液压站控制系统压力和夹紧力大小，采用有限元仿真分析不同夹紧力条件下，零件装夹变形情况，从而确定最优夹紧力。夹具底部采用360度转台，能够实现舱体等回转体类结构件不同位置的旋转和加工。讨论用户：薄壁回转零件夹持，绝不是多点，是面，是面。关键是端面与轴线的垂直。不理解的朋友去车床上做几个件，用表打个跳动就可以理解。三、薄壁零件的夹具设计 3.1常用工装方法 3.1.1压板装夹压板装夹是用螺栓和压板将工件装夹在工作台面上，这种装夹方式使用较广泛，但比较麻烦且效率不高。 3.1.2测力虎钳装夹测力虎钳是一种能调节和控制夹紧力的虎钳，装夹方便。一般小型壳体(200 mm×200 mm×50mm)可以将工件直接装夹在虎钳的钳口上加工。装夹的关键是校准虎钳，选择工件上合适的位置夹紧，并调节和控制好夹紧力，防止零件夹紧变形或因夹紧力过小而夹不住零件。 3.1.3组合夹具组合夹具是一种高度标准化、系列化、通用化的先进夹具。利用组合夹具元件和合件经过几小时的组装就能成为满足零件加工所需的成套夹具。组合夹具灵活多变，适应性强，同时夹具可以装、拆，元件可以循环使用直至磨损报废。它是目前国内外机械制造中应用最多的夹具。 3.1.4真空吸附装夹通过真空管抽真空以及橡皮密封圈的密封作用，使夹具的密闭空腔产生真空，依靠大气压力将工件压紧。尽管压差所产生的夹紧力较小，但分布均匀，吸附面积大，故适用于夹紧非导磁薄片工件或刚性差的大型薄壳工件。 3.1.5磁力吸附加工件底面缝槽应采用磁力吸附的方式，因为工件与夹具无法密封而不能使用真空吸附装夹。磁力吸附装夹如图2所示。采用磁力吸附应在关闭真窄泵前进行，在不需开槽的表面布置磁块，磁块应使用橡皮套包住，以避压伤已加工的表面。磁块分布密度应结合工件的大小，均匀排布。 3.2设计要点图10 图11 图12 尾巴直播进行的过程中，用户分享了这样一个夹具设计示意图，希望和大家进行技术交流，你怎么看？本文链接http://www.cwjoin.com/Thread/detail/562.html转载请附链接并注明出处若涉及版权问题，请及时与我们取得联系

本文为夹具侠整理，转载请注明出处油缸活塞密封环加工用车削夹具.pdf 某摇臂零件的快换回转夹具设计.pdf 在装配夹具设计中防错技术的运用.pdf 今天我们主要说的是汽车夹具设计理念，最主要针对的汽车零部件机加工中的一些设计。开场前先来看一些夹具方案。图1 图2 图3 这些案例里组成全是液压的油缸，自动化夹具。常用的油缸有转角缸、支撑缸、杠杆缸等。常见的加工工件有铸件和锻件，从毛坯的制造工艺上来说，铸件一般余量比较少，比较轻薄。锻件的余量一般比较大，对机床的要求比较高，切削力很大。对于夹具，夹具分为定位和夹紧，定位即是工装，保持工件“定”住，包含在夹具里面。机加工中产生力的作用，使用油缸或其他装置可以使产品固定在一个位置，避免发生缸体移动。所以零件的毛坯余量，油缸的选型，对系统设计都特别重要。案例中油缸使用得十分广泛，因为这是一个很常用的标准件。图4 液压工装案例油缸选型方面，我个人用的最多是薄型油缸。可以发挥的余地比较大，没有其他油缸的压板、附件、连接这些组件，可以自己发挥设计能力。薄型缸的油路很好设计，可以朝各个方向随便去转，不受压板的影响。而且价格便宜，油程也是最全的，有20、30、40，甚至50、60的都有。图5 薄型油缸用户：同规格的薄型缸的力比杠杆的小回答：薄型缸的力比杠杆的小是对的，尽量采用扩力机构，将夹紧力尽量做到最大。因为机加工之间的话刀具之间产生力作用，要保证产品的稳定性需要给与一个很大的力，这样的话从产品的加工效率和质量上都会有明显的提升。用户：老师选择油缸大小是按哪个方法来选择的回答：选型根据机床的刚性及切削力的大小，机床功能上这几个主要指标进行油缸选型。我们产品大多是锻铝，锻后的余量特别大，为了提升工作效率，在机床的最大承受范围内选用最大的进给，保持夹紧力，油缸满足不了，就要采用扩力机构。取切削力余量的话有一个公式和经验值。原则上取最大，最大即是机床所能承受的刚性、刀具、夹具所能承受的最大范围。这里指的夹紧力最大指的是在刚性能够支撑的条件下可以取最大夹紧力。如果产品容易变形的话需要另当别论，可以选择辅助支撑或者小油缸。切削力的计算只是对前期有一个大致范围的估算，可以计算切削力根据钻削、铣削算出机床电机功率、主轴功率有多大。油缸选择的范围很多，满足需求就可以，但是尽量采用扩力机构。如果油缸力大的话可以通过其他方式来控制，就怕力不够，所以取大一点还是有好处的。油缸也有几个致命的缺陷，靠液压油来驱动的，不像普通的机械结构，它没有自锁。所以可以设计一些自锁机构，通过油缸密封圈来驱动，这样的话在加工过程中它就不会动。油缸本身活塞之间就是弹性连接，通过O型环、密封圈等来实现，这样的话纵切削的时候是会动的。图6 液压油缸密封圈至于品牌的选择，我们国内外的都有使用过，像我们加工重切削锻件，主要的问题就是力不够，不得不采用扩力机构或者自锁机构。比如我设计过一个薄型缸，在这之前使用过转角缸、杠杆缸都不太理想，尤其是转角缸，压紧之后加工中产品会发生移动。所以最后采用薄型缸，自行利用杠杆原理设计自锁机构和扩力机构，实现很大的夹紧力。关于油缸的使用总结一下，油缸的选型主要用作夹紧工件，保持足够的夹紧力使工件不动是第一要务。二、快换系统的应用工装与机床结合，工件换装就是必须的。如何快速的将工装换装到机床上去，准确无误的实现定位？这就是我们今天要讲的第二个部分，快换线。其实就是一个零点定位系统，将工件放到上面实现定位与夹紧。图7 快换球锁装配系统目前能看到的已经在使用的装置结构如图所示，用球锁销，锥面或者钢珠实现夹紧定位，我自己也尝试使用过，实际的使用效果不是很理想。使用的过程中需要注意些问题，贯彻快换的理念，解决好问题的话能很好的利用。用户：我们都是自己做的，主要用于夹紧，定位还是用销钉用的多回答：自己加工的话精度和工艺要求很高，做好的话很好用。现在汽车行业订单量减少，交货周期变短，大部分的公司都在考虑提高产能和效率，所以这是一个主要的趋势。之前我们换装时间大概需要三十分钟，现在是在五分钟左右，所以零点定位系统对于提高产能是一个很好的方式。图8 零点快换系统用户：我们公司一直在推广在CNC加工中心上使用快换夹具，也曾经做到在机台上挖四个坑，然后买四个定位销，但使用起来效果不是很好，重复定位后精度不是很高，所以一直在寻找有没有其他的快换模式。回答：这是一个很普遍的现象，精度没有保证，中心距这些也不明确，这样即使做的很好也会有使用的问题。（视频1：车床磨床离线安装系统https://v.qq.com/x/page/k0549wxtx3s.html）（视频2：单个定位器https://v.qq.com/x/page/h05490wfh4w.html）像视频上的案例，可以放在三轴机床上，放在板上定位夹紧，卧式加工中心轴上可以使用，立式加工中心需要回转一定角度，使用起来很危险。我们使用的是在立式加工中心四轴机床的快换线。传统的定位方式就是定位销，一个定位定住，然后拉直，靠螺栓、承孔固定住。快换线的一个重要理念就是消除螺丝，把螺丝消除掉的同时还能解决问题，省去更换螺丝的时间，这就是我的个人理解。用户：我现在就是，左右各做一个φ10mm定位销，两点定一线，然后四角各一个M16螺丝锁紧的，就多了一个松紧螺丝的时间，定位靠两个定位销足够了。图9 对于快速换装产品的使用，可以根据公司的产品类型决定。现在大家都不愿意做库存，按单生产，这样的话不管是快换线，快换模式，快换的组装线，都还有很大的潜力去挖掘。希望大家把快换的理念引入到夹具中去。用户：我设计的一款快换线上面的，两边都是圆孔，铰链的，一个缸带两个压头，一压二。图10 回答：这里两组的油缸是装在下面，上面做铰链架，省了一个油缸，也是扩力机构。图11 用户：航空零件的快换系统应该怎么做？回答：航空或者汽车零件，使用机床加工的话都需要与机床进行配合。所以还是机床上的快换系统的应用，这是一个道理。三、工装的防错这个部分的话，比较传统简单的是加一些硬的限位进行防错。之前的案例里，如果发生零件装反或者装不到位的现象，会产生刀具干涉，对机床工作造成影响，为了避免这样的情况发生，我们一般使用一种方法叫——气密性检测，比硬限位的传统方法要好。当没有贴到位或者贴的缝隙太大时，通过气密性的大小去检测并报警，当你要循环启动加工的时候，它就不会执行。图12 带气密性检测的液压工装气密性的话油缸旋转里面带一个气头接到感应器上面，夹具在需要进行防错或者很关注的点上做一些气密孔，检测产品有没有放到位，这是一个很好的方法。希望大家后期制作夹具的时候应用这个气密性检测装置。现在有个比较热点的视觉系统，可以有效的防错，它利用类似人眼的功能，识别工件是否拿取正确、放置正确等，还可以进行3D测量。结语夹具可靠的定位，产品的装卸，与机床的连接，包括控制精度，防错，冷却等等都是夹具设计中必不可少的需要关注的点，决定着一个夹具的好坏。这次我与大家就夹具的一些比较新的理念进行了讨论和经验分享。课程中我发现大家对于夹具的定位，六点定位原理的应用，机床跟刀具、夹具、工艺之间的关系等几个点比较关注，下次有机会的话再和大家一起开课探讨一下。最后要说的是，夹具做到最后就是六个点：3+2+1，机床做到最后的话就是两个字：变形，如果能把变形问题解决，你就是这个行业的大神。本文链接http://www.cwjoin.com/Thread/detail/588.html转载请附链接并注明出处若涉及版权问题，请及时与我们取得联系

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