摘要:针对旋转架结构刚性差、加工过程中由于装夹变形和热变形引起的内孔精度超差问题,设计了专用装夹工装。应用表明,使用该工装能有效消除加工薄壁孔时工件抖动及装夹变形,保证加工精度要求,而且该装置结构紧凑,安装使用方便,极大提高了加工效率。
液压马达张紧装置是刮板输送设备调节链条长度,使刮板链处于最佳张紧运行状态的重要部件。旋转架作为马达张紧装置的主要零件,其加工质量对液压马达张紧装置的使用性能有很大影响。目前旋转架加工主要用垫块支垫、压板压紧顶面的方式加工,该方式在对工件的薄壁孔进行加工时,会有振动和装夹变形现象产生,致使工件的形状和尺寸公差产生较大的误差,直接影响旋转架的装配精度及马达张紧装置的使用性能。
1、旋转架结构及精度要求
旋转架为组焊式结构,如图1所示,其由3个零件焊接而成,3个零件材质均为Q345,工件焊后整体加工。其主要精度要求:Φ240H7圆柱度要求0.03mm,表面粗糙度要求Ra3.2,与基ΦB面垂直度要求0.03mm;Φ240mm孔与Φ90mm孔的中心距公差要求±0.03mm,以及Φ90H7的公差要求。
2、旋转架工艺性分析
由于旋转架是张紧装置使用过程中的关键零件,其尺寸精度、形位公差和表面粗糙度均要求较高,但由于其加工孔壁厚较薄,结构刚性较差,加工过程中受切削力、切削热以及夹紧力因素的影响,比较容易产生装夹变形超差和热变形超差的质量问题,造成工件报废,影响生产进度。
该旋转架两端面均已加工完毕,只有Φ240H7、Φ90H7和110mm×70mm槽需要加工,根据对零件的结构和工艺性分析,该工件加工难点是保证Φ240H7、Φ90H7的形位公差,同时保证两孔之间的位置度及中心距公差要求,重点是解决工艺系统的弹性变形、热变形以及工件本身力学性能引起的误差问题。针对工件薄壁异形特征,为了能很好地保证孔的圆度和位置度要求,减少装夹变形和加工中的热变形问题,选择卧式加工中心完成该工件的加工,并设计专用装夹工装,以保障加工过程稳定性,同时实现一次装夹即可完成全部特征加工的目的。
3、工装结构设计
为了提高工件系统刚性,工装设计通过减少薄壁位置直接压紧点,增加辅助支撑点和调整压点位置,以提高工件刚性。具体措施为采用直角平面定位,圆弧面多点辅助支撑的方式,消除加工薄壁孔时工件抖动问题,提高旋转架加工稳定性。
工装结构主要分为主架体、辅助支撑和固定压紧三部分,如图2所示。
(1)主架体为工件支撑主体,底部设有与加工设备联接的联接孔,其上设有与工件配合的凹槽,凹槽与工件垂直平面接触,作为工件定位基准。
(2)辅助支撑结构分为底部支撑和侧面支撑两部分,底部支撑由支撑组件和旋转盘组成,侧面支撑通过移动滑块实现,支撑组件和移动滑块均设置在主架体上,工作时与工件的圆弧面配合,实现辅助支撑工件的作用。
底部支撑的支撑组件由支撑座、固定销、联接销组成,结构如图3所示。联接销与旋转盘之间为螺纹联接,主架体上设有移动滑槽,支撑组件与旋转盘联接后置于滑槽中。通过转动旋转盘可以实现支撑组件上下移动,以实现工装对不同大小零件的适用性。
侧面支撑的移动滑块与主架体之间为滑动联接,以适应不同规格的旋转架。当滑块相对于主架体的位置调节后,可以通过锁紧螺栓对移动滑块的位置进行固定。
(3)固定压紧部分主要由压板、紧定螺钉、螺杆组成,紧定螺钉用以实现工件的定位夹紧,压板和螺杆配合螺母实现对工件的固定。另外为进一步减轻旋转架顶部Φ90mm孔的加工颤动,使切削平稳,在压板上方增设二次压紧装置,以减轻加工孔时的振动,保证镗孔精度要求。
4、使用方法
首先将主架体固定在工作台上,将工件放置于主架体上用于定位工件的凹槽中,通过调节螺钉,使工件与主架体的凹槽定位侧壁贴合,实现工件相对于主架体的定位;定位后,调节旋转盘,使支撑件与工件的外圆弧面配合顶紧,滑动移动滑块,使其与工件的外圆弧面配合靠紧,并拧紧锁紧螺栓,通过支撑件和滑块起到对工件支撑的作用;最后用压板对工件进行压紧固定,视旋转架侧板零件强度情况,增加二次压紧;压紧固定完成后便可进行加工。
5、结语
经批量加工验证,通过该工装加工的旋转架均满足图纸设计要求,有效提升了该零件批量加工质量稳定性。该装置通过圆弧面多点辅助支撑实现旋转架体的定位和夹紧,消除加工薄壁孔时工件抖动及装夹变形,能有效保证工件加工质量,而且该装置结构紧凑,安装使用方便,极大提高加工效率。
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文章来源:靳宇晖.旋转架加工专用装夹工装设计及应用[J].煤矿机械,2021,42(08):111-112.
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期刊名称:制造技术与机床
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