數(shù)控機床加工優(yōu)勢不能充分發(fā)揮？原來是缺個銑用花盤！
通過改進加工方式，利用臥式銑床加工出“銑用花盤”，并設(shè)計制作了“銑用花盤”夾具，從而切實解決了現(xiàn)有硬件條件下的加工難點，生產(chǎn)效率成倍提高、生產(chǎn)成本降低。該工具結(jié)構(gòu)簡單、實用、易于操作且實用性突出。
銑槽設(shè)備在市場上有標準的，也有非標準的，通常所見到的設(shè)備有：銑床、CNC、銑槽機、小型臥銑及龍門銑等。
對于一些中小企業(yè)，設(shè)備不是很齊全，若要加工如圖1所示的零件，可能很難實現(xiàn)。起初圖1中兩個端面槽和直徑150mm的定位孔是在數(shù)控設(shè)備加工中心上完成，需要使用直徑8mm、直徑10mm的硬質(zhì)合金刀具，先粗加工再精加工，切削時間1h左右，加工時間長，刀具費用成本高，設(shè)備損耗大，不能充分發(fā)揮數(shù)控機床半精加工、精加工的優(yōu)勢�，F(xiàn)有臥式車床工件回轉(zhuǎn)直徑超出加工范圍，為此經(jīng)過多次考慮，設(shè)計與制造了銑用花盤夾具。
圖1 方板加工槽
1.銑用花盤設(shè)計
（1）設(shè)計技術(shù)指標
夾具是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。為保證工件某工序的加工要求，必須使工件在機床上相對刀具的切削或成形運動處于準確的相對位置。用夾具加工一批工件時，是通過夾具來實現(xiàn)這一要求的，而要實現(xiàn)這一要求，又必須滿足3個條件：①一批工件在夾具中占有正確的加工位置。②夾具裝夾在機床上的位置準確。③刀具相對夾具的位置準確。
結(jié)合零件的加工特點，因其屬于直徑比較大、長度較短的盤類零件，故本文結(jié)合實際設(shè)計夾具，利用臥式銑床改進加工方式，設(shè)計制作了“銑用花盤”夾具。
（2）工作原理
“銑用花盤”夾具使工件在主軸中旋轉(zhuǎn)，使刀具做進給運動，從而實現(xiàn)車削加工（見圖2）。
圖2 銑用花盤整體外觀圖
“銑用花盤”工作過程如圖3所示。
圖3 銑用花盤結(jié)構(gòu)簡圖
1.壓緊螺栓 2.花盤主體 3.電動機固定板 4.夾緊螺栓 5.定位板 6.螺母
7.銑床聯(lián)接錐套 8.專用刀架 9.車刀
首先把電動機固定板3的毛坯件安裝到花盤主體2上，緊固夾緊螺栓4，然后調(diào)整車刀9，用來車削直徑150mm的圓孔，這是加工的第一個工序。
然后，卸下電動機固定板3的毛坯件，在花盤主體2上安裝定位板5，旋緊壓緊螺栓1，使其正確安裝在花盤主體2上，緊接著把加工好的直徑150mm圓孔的電動機固定板毛坯件通過定位板5，使其安裝在花盤主體2上，然后緊固夾緊螺栓4，調(diào)整車刀9，來車削大的圓槽，此工序效率大幅度提高，而且刀具成本大大降低。
（3）相關(guān)設(shè)計
板料加工時的受力分析：板料在加工過程中，要裝夾在臥式銑床的主軸上，因為臥式銑床主軸在旋轉(zhuǎn)時，板料會出現(xiàn)離心現(xiàn)象，因此在設(shè)計時要考慮板料的離心力，但實際離心力是不存在的，它只存在向心力，所以板料在旋轉(zhuǎn)時要考慮向心力。
圖4 刀具夾具效果圖
板料在切削加工過程中，刀具切入工件必然產(chǎn)生切削力，切削力的大小直接影響刀具、機床和夾具的設(shè)計與使用。切削力除了工件上的切削層和已加工表面產(chǎn)生彈性變形、塑性變形外，所形成的切屑與刀具的前刀面、工件的已加工表面與刀具的后刀面之間還要發(fā)生摩擦，因此在切削加工時必然要克服材料的變形抗力及前后刀面的摩擦阻力。
板料夾具設(shè)計：應(yīng)考慮夾緊力的方向和作用點的確定。夾緊力的方向盡可能垂直于工件主要定位基準面，使其與定位元件接觸面積較大，工件變形小，夾緊可靠。夾緊力的方向還應(yīng)盡可能與切削力方向一致，以減少夾緊力，從而使夾緊機構(gòu)簡單；夾緊力作用點應(yīng)落在定位元件上，或由幾個定位元件構(gòu)成的平面內(nèi)，避免產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)力矩，從而使工件定位穩(wěn)固。
由于加工工件為比較規(guī)則的板材，因此這套夾具直接用一塊方形板材作為工件的支撐，這樣能保證工件旋轉(zhuǎn)時，使其與定位元件接觸面積較大，加工工件變形小且夾緊可靠。
夾緊力大小與夾緊力結(jié)構(gòu)設(shè)計的確定。夾緊力的大小必須適當。過小，工件在加工過程中產(chǎn)生移動，破壞定位；過大，使工件和夾具產(chǎn)生夾緊變形。實際上夾緊力大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。切削力在加工過程中是變化的，因此夾緊力只能估算或者通過試驗法確定。通過試驗，在最不利的加工條件下進行加工，從而確定出加工中所需要的最大夾緊力。
最后確定壓緊螺母的直徑為16mm，在加工時，夾緊力能把工件完全夾緊，達到加工的要求。
在設(shè)計夾緊機構(gòu)時，主要從加工毛坯裝夾、操作安全性及操作效率的高效性來綜合考慮設(shè)計，使設(shè)計的結(jié)構(gòu)更加簡單實用，所以在裝夾平板的兩對角時分別加上壓緊螺母，來起到夾緊的作用。這樣夾緊動作迅速、操縱方便、安全省力、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、制造和維修方便。工件在裝夾過程中，其中有一個螺母起到支撐作用，可以很好地降低加工者的疲勞度，從而保證操作者安全。
刀具夾具設(shè)計：通過對加工工件材料、工件加工工藝分析，考慮降低加工過程中的刀具成本，選擇高速鋼車刀作為工件的加工刀具，由于加工的是圓槽，因此刀具修磨成車端面槽的刀具角度，各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成，此套刀具夾具如圖4所示。裝夾部分直接用螺栓緊固在臥式銑床的導(dǎo)軌上，把刀具的工作部分直接用兩個M10的螺栓緊固在裝夾結(jié)構(gòu)中，通過加工深度，調(diào)整刀具的伸出長度。這套刀具夾具能很好地滿足刀具相對夾具的準確位置，而且刀具安裝簡便、快捷，結(jié)構(gòu)剛性好。
2.銑用花盤的使用
“銑用花盤”投入使用以來，對外加工定量300件，提前20天完成加工任務(wù)，節(jié)省硬合金刀具損耗費用約1500元，節(jié)省其他生產(chǎn)成本約2100元。
3.結(jié)語
“銑用花盤”投入使用，有效節(jié)約了生產(chǎn)時間，有效降低了生產(chǎn)成本，減少了數(shù)控設(shè)備損耗，擴大了銑床工作范圍，提高了設(shè)備利用率，應(yīng)用效果非常顯著（見圖5）。該套夾具獲青島港集團2012年度工具技術(shù)革新成果二等獎。
圖5 銑用花盤使用圖
作者：青島港灣學(xué)院實訓(xùn)中心 （山東 266404） 吳瑞凱 王致剛
文章來源：《金屬加工（冷加工）》2016年第06期
