CNC加工中心钻攻异型散热器的夹具设计


1   问题的提出
数控加工夹具是数控CNC机械制造加工过程中用来 固定加工对象,使之占有正确的位置,以满足加工工艺条件、迅速、方便、安全地安装工件的装置。夹具通常由定位元件、夹紧装置 、对刀引导元件、分度装置、连接元件及夹具体等组成[1]。
图1所示零件是应用于系列矿用防爆电器产品上的铝合金材料的散热器,需要在三角异型结构的散热器的轴向两个平面上对多个螺纹孔钻孔、攻丝。其加工工序虽然简单,适合大批量生产,但散热器长宽比比值大,轴向尺寸长,形位公差和零件加工后的互换性等方面要求较高。另外,在三角体底面上分布多条很薄的扇热翅非常不利于工件的夹紧和定位。
如使用传统的钻模在台式钻床上加工此工件,由于钻孔和攻丝两工序分别加工,工件需反复多次安装,重复定位精度低,钻孔精度和尺寸不易控制,攻丝时丝锥常折断,造成工件废品率增高,加工效率低,质量不能满足产品工艺技术要求。
为解决加工图1所示工件的上述难题,设计应用在数控加工中心机床上的专用夹具。其设计理念是:1)在数控加工中心上零件成组加工可大幅度提高生产效率,工序相对集中可提高工件的加工精度,满足工件互换性要求, 夹具设计时要在一次定位装夹中可同时加工完成多个工件,减少工件安装次数;2)必须保证工件定位准确,符合工件工艺技术要求,以确保工件加工质量;3)要求夹紧装置安全、可靠,且操作方便。
2    设计内容
2.1    工件的定位选择
图1所示工件为铝合金材质的挤压件,其截面呈三角形体结构,三角体的底面上分布数个条形扇热翅3,下部是顶角为108°的三角形状的实体基座,形成两个基面A平面和B平面,两个基面A平面和B平面上需分别布设数十个垂直于平面的几何尺寸相同的M5螺纹孔4。由于A平面和B平面不在一个平面上,且零件两端端面与工件中心的垂直度要求较高。工件要求各螺纹孔4垂直中心轴线需与两平面A、B互相垂直,且水平轴线与平面A、B的中心轴线重合。
螺纹孔4的功能是固定需与散热器连接的其他零部件,并保证此部件与散热器轴线平行,不得歪斜并确保平面贴合。因此加工此工件上的M5螺纹孔4时其装夹、选择定位基准较困难。
另外此工件的轴向尺寸长,铝合金材质强度和刚度较低,装夹方式选择不当就会造成工件变形和形位公差 超差,导致废品率增加。由于图1所示零件生产批量大,立式数控加工中心具有加工精度高和生产效率高的特点, 大批量生产成本低,选择该类机床是加工的首选。
加工中心是一种功能较全的数控加工机床,设计应用在加工中心上的夹具时,除考虑工件在夹具中的定位外,还要考虑夹具在机床上的各个方向的定位参考基准和便于工件编程零点的确定。
工件在夹具中的定位实质是限制它在夹具中空间位置的6个方向的自由度(称之为六点定位原理),使工件在夹具上正确定位,便于对工件的夹紧,保证工件加工质量要求[1]。
图1所示零件中,因加工位置是在A平面和B平面上垂直加工数个相同几何尺寸的螺纹孔4,按照定位原则,选择零件的扇热翅3的底平面作为工件的定位基准面。A平面和B平面与扇热翅3的底平面并不在一个水平面内,呈互为36°的夹角。如加工螺纹孔4,就必须使A、B两平面倾转一个角度(即36°)使之与机床工作台面(扇热翅3底平面)平行即可。

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应用在数控加工中心上加工异型散热器工件设计的专用夹具具有以下显著特点:1) 夹具应用在数控机床上采用了工件成组加工和工序集中的方式,提高了工件加工质量,从根本上满足了工件的互换性要求,特别适合大批量工件的生产。夹具设计合理、结构紧凑、定位准确,有效解决了异型散热器工件装夹难题。2)工件安装操作简单、方便、高效,夹紧装置设计牢固、安全可靠,满足了工件加工工艺要求。3)夹具设计方便于制造加工,五面体定位结构合理、定位准确,一次装夹可同时加工多个工件, 降低了工件安装定位误差,减少了工件装夹的次数,节省了加工辅助准备时间,实现了工序集中,降低了加工成本,大幅度提高了生产效率。

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