面對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，汽車零部件生產(chǎn)是以大批大量生產(chǎn)方式進(jìn)行。汽車輪輞工件是汽車車輪的主要部件，為了保證輪輞件數(shù)控加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，企業(yè)廣泛采用現(xiàn)代數(shù)控加工工藝方案解決批量生產(chǎn)問(wèn)題。而在工件數(shù)控加工中，裝夾問(wèn)題是困擾企業(yè)的關(guān)鍵因素。為了提高工件數(shù)控加工柔性化，必須采用具備柔性化的裝置，一方面是充分利用數(shù)控加工中心機(jī)床，另一方面需設(shè)計(jì)滿足快速裝夾的夾具裝置，合理的夾具設(shè)計(jì)可充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的潛能，提高加工效率。在分析企業(yè)現(xiàn)有制造資源能力的基礎(chǔ)上，分析輪輞工件數(shù)控加工工藝，并設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單實(shí)用的數(shù)控加工中心氣動(dòng)夾具裝置。

1 輪輞數(shù)控加工工藝分析

　　1.1 輪輞零件圖紙工藝分析

　　某汽車輪輞工件結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，該零件其余未注表面粗糙度為 3. 2 μm，未注圓角為 Ｒ2，兩個(gè)對(duì)稱M12 螺釘孔之間的尺寸為 ( 248 ± 0. 15) mm，零件材料為 40Cr，毛坯為鍛造件。輪輞件為典型的回轉(zhuǎn)體零件，該件是以 146. 8 孔中心線為基準(zhǔn)，工件有 6處相對(duì)于該中心線有 0. 025 mm 的同軸度要求，工件內(nèi)孔 146. 8 及其 15°的錐孔表面粗糙度為 0. 8 μm。為了合理地制定輪輞數(shù)控加工工藝方案，依照數(shù)控機(jī)床笛卡爾坐標(biāo)系建立工件坐標(biāo)系 { X，Y，Z} ，如圖2 所示。根據(jù)工件加工面特征建立特征面單位法矢量的方法，通過(guò)輪輞工件加工面單位法矢量方法可將輪輞工件劃分為兩大加工部分，即確定工件具有兩個(gè)加工方位 ( 工位) 。

圖 1 輪輞零件半剖示意圖

圖 2 輪輞工件坐標(biāo)系

　　規(guī)定一: 加工面單位法矢量相同者則為同一個(gè)加工方位 ( 工位) 。

　　工位一: 該工位上加工面單位法矢量方向都為“－ Z”，分 別 為 146. 8 內(nèi) 孔 及 其 15° 的 錐 孔 面、314 臺(tái)階孔面、329. 94 至 415. 8 的環(huán)形臺(tái)階面。

　　工位二: 該工位上加工面單位法矢量方向?yàn)?amp;ldquo;+ Z”，分別為 146. 8 至 180 的環(huán)形端面及其輪廓面與其上 6 個(gè)花鍵槽、180 外圓柱面、180 至 340的環(huán)形底槽及 M12 螺紋孔面和 45°的錐臺(tái)階面等、379. 11 上 5°外圓錐面及至 415. 8 的外圓表面。

　　規(guī)定二: 根據(jù)工序集中原則，工件同向單位法矢量的加工面 ( 即同一個(gè)工位) 盡可能在數(shù)控機(jī)床上一次裝夾完成加工。

　　規(guī)定三: 同一個(gè)加工面上有多個(gè)公差精度 ( 如尺寸精度、表面粗糙度或形狀或位置精度) 要求時(shí)，要以該加工面最高精度為目標(biāo)制定工藝路線。

　　1.2 輪輞工件數(shù)控加工工藝制定

　　通過(guò)以上零件圖紙工藝分析及相關(guān)規(guī)定，同時(shí)結(jié)合工藝安排時(shí)采用的先粗后精、基面先行等原則及孔、平面、外圓面等加工工藝路線，制定以下數(shù)控加工工藝，見(jiàn)表 1 所示。

表 1 輪輞工件數(shù)控加工工藝方案

　　通過(guò)加工面單位法矢量分析零件圖紙，其數(shù)控加工工藝具有兩個(gè)工位應(yīng)以兩道工序完成加工，而實(shí)際上輪輞工件是按照三道工序完成加工，如表 1 所示。在表 1 中，工序Ⅱ和工序Ⅲ中的加工面單位法矢量相同，但在數(shù)控車床上裝夾時(shí)所采用的專用心軸夾具提供夾緊力的夾緊裝置必然干涉工序Ⅲ中的相關(guān)加工面，如 146. 8 至 180 處端面及花鍵槽等加工面。為此，在工位二中采取兩道工序 ( 即劃分為工序Ⅱ和工序Ⅲ) 完成所有加工面的加工，機(jī)床設(shè)備由數(shù)控車床更換為三軸立式加工中心，從而充分利用企業(yè)的制造資源。

2 加工中心夾具設(shè)計(jì)

　　2.1 輪輞工件定位問(wèn)題

　　針對(duì)表 1 中工序Ⅲ的內(nèi)容，為了保證 180 端面及其上的 6 個(gè)均勻花鍵槽以及 2 個(gè)對(duì)稱 M12 螺釘孔之間的尺寸 ( 248 ± 0. 15) mm，以 146. 8 內(nèi)孔及329. 94 至 415. 8 的環(huán)形臺(tái)階端面為定位基準(zhǔn)，如圖 3 所示。以 146. 8 內(nèi)孔定位限制工件 2 個(gè)自由度，定位元件為圓柱銷，圓柱銷與 146. 8 內(nèi)孔面配合，配合性質(zhì)為 H7/r6; 以 329. 94 至 415. 8 的環(huán)形臺(tái)階端面定位限制工件 3 個(gè)自由度，定位元件為環(huán)形定位板; 其中圓柱銷與環(huán)形定位板之間的配合垂直度應(yīng)控制在 0. 008 mm 內(nèi)。平面定位的定位誤差主要由工件平面度誤差造成，329. 94 至 415. 8 的環(huán)形臺(tái)階端面的平面度誤差可控制在 1 μm 范圍內(nèi)，可忽略;為此工件定位誤差主要由圓柱銷與 146. 8 內(nèi)孔面配合造成，由于工件是水平安裝在加工中心夾具上，故圓柱銷與 146. 8 內(nèi)孔面接觸是任意邊接觸，其定位誤差為:根據(jù)工件定位誤差應(yīng)該小于 1/3 ～ 1/5 工件公差所允許的范圍，根據(jù)式 ( 1) 中所求的定位誤差，可知兩個(gè)對(duì)稱 M12 螺釘孔之間的尺寸為 ( 248 ±0. 15) mm 的公差為 0. 3 ＞ 3 × 0. 090，故該工件定位方案可行。

圖 3 工序Ⅲ簡(jiǎn)圖

　　2.2 氣動(dòng)控制夾緊方案

　　現(xiàn)代數(shù)控夾具要求綠色化，氣動(dòng)控制夾緊的夾具裝置是綠色夾具的代表。該加工中心夾具是采用 4 個(gè)對(duì)稱分布的氣缸對(duì)工件進(jìn)行夾緊，工件安裝好后，通過(guò)手動(dòng)控制閥控制 4 個(gè)氣缸同時(shí)進(jìn)行夾緊。該夾具氣動(dòng)控制系統(tǒng)如圖 4 所示。

圖 4 加工中心夾具氣動(dòng)控制系統(tǒng)圖

　　2.3 加工中心夾具結(jié)構(gòu)

　　輪輞工件工序Ⅲ的加工中心夾具結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 5 所示，采用 4 個(gè)氣缸對(duì)稱分布，為了保證氣動(dòng)夾緊力充足，該夾具裝置采用杠桿增力方式; 由于工件的夾緊面是上道工序完成的精加工表面，為了避免工件表面被夾傷，在夾緊頭部安裝了軟質(zhì)材料，如軟質(zhì)銅皮或橡膠墊等。為了使夾具結(jié)構(gòu)緊湊，夾具體底面采用十字槽形式 ( 圖 6) ，便于安裝支撐底板，并在支撐底板上安裝相應(yīng)的氣動(dòng)氣缸。由此可見(jiàn): 該夾具裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便可靠。

圖 5 加工中心夾具裝置

圖 6 夾具體底板結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

　　結(jié)合輪輞工件數(shù)控加工批量生產(chǎn)中裝夾問(wèn)題，基于數(shù)控加工中心工序集中原則，通過(guò)特征加工面單位法矢量方法分析輪輞工件數(shù)控加工工藝，制定出合理可行的數(shù)控加工工藝方案; 針對(duì)數(shù)控加工中心機(jī)床的應(yīng)用特點(diǎn)，分析輪輞工件定位問(wèn)題，采用氣動(dòng)控制夾緊方案，并通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)杠桿方式增加夾緊力，確保工件夾緊可靠，并在夾緊頭部安裝軟質(zhì)材料避免夾傷工件表面。文中所設(shè)計(jì)的輪輞工件數(shù)控加工工藝及其加工中心夾具方案可行，為類似工件批量生產(chǎn)的數(shù)控加工及其夾具設(shè)計(jì)提供技術(shù)和理論借鑒。