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摘要：异径四通管零件形状奇特，结构相对复杂，且难于装夹，不好对刀，甚至还有薄壁结构，其十字轴线的几何公差要求相对较高。本文主要论述了该零件在数控铣床上的装夹与加工问题。
关键词：异径四通管;薄壁零件;夹具设计;数控加工
中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2020）20-0078-02
0 引言
本零件是一个异径四通管，鉴于当前设备条件限制，只能使用数控车床或数控铣床加工，而如果用數控车加工，至少需要装夹两次分别加工各个孔径，加工期间当镗刀过长则导致刚性变差，影响加工精度，然后还要到数控铣床上装夹定位加工24*14的方形孔。综合以上原因考虑，研究设计一夹具在数控铣床上完成本零件的加工。
1 零件结构及技术要求
该零件尺寸及公差要求如图1
所示。
2 夹具设计
根据对以上问题的分析，在现有加工设备为数控铣床的情况下，为了能快速装夹、快速对刀，满足加工精度要求，设计了如图2一套专用夹具。
这套夹具主要由02夹紧圆盘、03基准圆盘、04底板、05定位锁紧销等主要部分组成。各部分组件介绍：
2.1 02基准圆盘（结构及部分尺寸如图3所示）
该零件主要由以下几部分组成：①中间两块10厚及一块15厚的凸块主要用于支承工件，支承点位于工件壁厚为5mm的面上从而不易产生变形，凸块上面加工的三个圆柱面用于定位异径四通管道零件的两条轴线，由此确定工件的中心点，并且设计与该圆盘轴线重合;②图3中3个？准15的圆柱主要用来导向定位03夹紧圆盘，该圆柱末端加工有？准10*5定位孔、M8*12螺纹孔;③图3中4个？准15H7孔为角度定位孔，4个孔的相对位置精度要求较高，每一个孔负责定位异径四通管两轴线中的一个工位，孔前端带有锥度面，配合05定位锁紧销进行定位、锁紧。
2.2 03夹紧圆盘
03夹紧圆盘与02基准圆盘基本相似，并配合02基准圆盘进行夹紧工件。02基准圆盘上？准15的圆柱长为94.5mm，而03夹紧圆盘上？准15的圆柱长为5mm，两圆盘之间的设计距离为100mm，当装夹上工件后，两者？准15的圆柱之间存在间隙，使得用M8螺栓锁紧时能产生一定的预紧力夹紧工件。
2.3 04底板
04底板主要负责支承03基准圆盘、02夹紧圆盘组件，通过两端的安装槽可用螺栓直接固定在机床工作台上。底板两底面具有一定平面度要求，安装好后必须与机床工作台平行，四侧面与底面垂直，在对刀时可做为对刀基准，找正工件中心点。
？准15H7孔为角度定位锁紧孔，后端加工有M12螺牙，通过05定位锁紧销可将02基准圆盘定位并固定。
在夹紧侧的凸台上安装快速夹CH-102-B，可快速夹紧或松开两圆盘，限制其在Y、Z方向的运动。
2.4 05定位夹紧销（结构及部分尺寸如图4所示）
该销由于在使用中，需要反复定位锁紧，所以要求定位销轴应具有较好的耐磨性，本零件采用20#钢表面渗碳淬火处理，硬度要求达到HRC55～60，图4中？准15g6部分为导向定位部分，精度要求较高。
3 装夹及加工过程
装夹：本零件为铝件，毛坯通过精密铸造得到，精密铸造是相对于传统的铸造工艺而言的一种铸造方法，它能获得相对准确地形状和较高的铸造精度。在进行装夹前先把04底板用螺栓固定在工作台上，打表，较正X、Y方向;把毛坯件先放在02基准圆盘的支承凸块上，然后03夹紧圆盘通过？准15的圆柱定位并用M8螺栓锁紧，此时两圆盘已能紧紧固定住工件毛坯;把固定好的两圆盘放到04底板的支架位上，调整角度，使得02基准圆盘上的？准15H7定位孔对准04底板上对应的孔位;用05定位锁紧销拧紧;把快速夹CH-102-B推到压紧位置。
对刀：04底板大小为200*170，X、Y方向对刀分别取两者中线位置为0，Z方向从底板上表面向上偏50mm设为0。
工艺过程：加工？准64至5mm深、？准60mm孔至18mm深、加工方形孔24mm*14mm;松开快速夹，拧开05定位锁紧销，旋转90°至另一工位，然后再次拧紧05定位锁紧销，把快速夹推到压紧位，加工这一工位上的尺寸;以此顺序加工四个方向上的内外孔尺寸到达图纸要求。
对薄壁部分的处理：影响薄壁件加工精度的因素主要有两方面：
①工件壁薄，由工件、刀具和夹具组成的切削系统刚性较差，装夹工件时，在夹紧力的作用下极易产生变形。切削加工过程中易产生切削振动，在切削力，特别是径向切削力即背向力的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
对此，在夹具设计时，我把夹紧位设计在大管径？准60的中间壁厚为5mm部分，减少由于夹紧力作用而产生的变形;在切削加工过程中，选择以切向切入和切向切出的方式从中间向两侧进刀，采用高转速，Z方向进给量选择为径向切削用量的1/10左右，以防止和减少薄壁部位的变形。
②由于工件壁薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。
在本零件加工中，因为加工部位简单，加工时间短，采用冷却液进行冷却后，切削热引起的变形已经被忽略。
4 效率提升
本夹具在装夹此零件的拆装上，每次都要拧紧或拧松三颗M8螺栓，此时机床完全处于停止状态，很浪费时间。在大批量生产上，时间就是金钱。解决办法：①采用气动或电动电批拧螺栓，这样可以加快拆装速度，并且螺栓产生的预紧力可调、能保持一致;②多准备几套02基准圆盘和03夹紧圆盘，当机床在加工时可在旁装夹下一个工件或者拆卸上一个工件，以减少机床等待时间，从而提高生产效率。
5 结束语
在现有加工设备的情况下，对异径四通管零件进行分析研究，设计了一套在数控铣床上加工的夹具，避免了高精设备的投入，节省了成本。完成加工后的零件在三座标测量仪上检测，完全能符合产品设计要求。
参考文献：
[1]王光斗.机床夹具设计手册[M].上海科学技术出版社，2000.
[2]吴拓.机床夹具设计[M].机械工业出版社，2009.
[3]汤爱君.薄壁结构件铣削加工变形理论及其应用[M].国防工业出版社，2014.
关键词：异径四通管;薄壁零件;夹具设计;数控加工
中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2020）20-0078-02
0 引言
本零件是一个异径四通管，鉴于当前设备条件限制，只能使用数控车床或数控铣床加工，而如果用數控车加工，至少需要装夹两次分别加工各个孔径，加工期间当镗刀过长则导致刚性变差，影响加工精度，然后还要到数控铣床上装夹定位加工24*14的方形孔。综合以上原因考虑，研究设计一夹具在数控铣床上完成本零件的加工。
1 零件结构及技术要求
该零件尺寸及公差要求如图1
所示。
2 夹具设计
根据对以上问题的分析，在现有加工设备为数控铣床的情况下，为了能快速装夹、快速对刀，满足加工精度要求，设计了如图2一套专用夹具。
这套夹具主要由02夹紧圆盘、03基准圆盘、04底板、05定位锁紧销等主要部分组成。各部分组件介绍：
2.1 02基准圆盘（结构及部分尺寸如图3所示）
该零件主要由以下几部分组成：①中间两块10厚及一块15厚的凸块主要用于支承工件，支承点位于工件壁厚为5mm的面上从而不易产生变形，凸块上面加工的三个圆柱面用于定位异径四通管道零件的两条轴线，由此确定工件的中心点，并且设计与该圆盘轴线重合;②图3中3个？准15的圆柱主要用来导向定位03夹紧圆盘，该圆柱末端加工有？准10*5定位孔、M8*12螺纹孔;③图3中4个？准15H7孔为角度定位孔，4个孔的相对位置精度要求较高，每一个孔负责定位异径四通管两轴线中的一个工位，孔前端带有锥度面，配合05定位锁紧销进行定位、锁紧。
2.2 03夹紧圆盘
03夹紧圆盘与02基准圆盘基本相似，并配合02基准圆盘进行夹紧工件。02基准圆盘上？准15的圆柱长为94.5mm，而03夹紧圆盘上？准15的圆柱长为5mm，两圆盘之间的设计距离为100mm，当装夹上工件后，两者？准15的圆柱之间存在间隙，使得用M8螺栓锁紧时能产生一定的预紧力夹紧工件。
2.3 04底板
04底板主要负责支承03基准圆盘、02夹紧圆盘组件，通过两端的安装槽可用螺栓直接固定在机床工作台上。底板两底面具有一定平面度要求，安装好后必须与机床工作台平行，四侧面与底面垂直，在对刀时可做为对刀基准，找正工件中心点。
？准15H7孔为角度定位锁紧孔，后端加工有M12螺牙，通过05定位锁紧销可将02基准圆盘定位并固定。
在夹紧侧的凸台上安装快速夹CH-102-B，可快速夹紧或松开两圆盘，限制其在Y、Z方向的运动。
2.4 05定位夹紧销（结构及部分尺寸如图4所示）
该销由于在使用中，需要反复定位锁紧，所以要求定位销轴应具有较好的耐磨性，本零件采用20#钢表面渗碳淬火处理，硬度要求达到HRC55～60，图4中？准15g6部分为导向定位部分，精度要求较高。
3 装夹及加工过程
装夹：本零件为铝件，毛坯通过精密铸造得到，精密铸造是相对于传统的铸造工艺而言的一种铸造方法，它能获得相对准确地形状和较高的铸造精度。在进行装夹前先把04底板用螺栓固定在工作台上，打表，较正X、Y方向;把毛坯件先放在02基准圆盘的支承凸块上，然后03夹紧圆盘通过？准15的圆柱定位并用M8螺栓锁紧，此时两圆盘已能紧紧固定住工件毛坯;把固定好的两圆盘放到04底板的支架位上，调整角度，使得02基准圆盘上的？准15H7定位孔对准04底板上对应的孔位;用05定位锁紧销拧紧;把快速夹CH-102-B推到压紧位置。
对刀：04底板大小为200*170，X、Y方向对刀分别取两者中线位置为0，Z方向从底板上表面向上偏50mm设为0。
工艺过程：加工？准64至5mm深、？准60mm孔至18mm深、加工方形孔24mm*14mm;松开快速夹，拧开05定位锁紧销，旋转90°至另一工位，然后再次拧紧05定位锁紧销，把快速夹推到压紧位，加工这一工位上的尺寸;以此顺序加工四个方向上的内外孔尺寸到达图纸要求。
对薄壁部分的处理：影响薄壁件加工精度的因素主要有两方面：
①工件壁薄，由工件、刀具和夹具组成的切削系统刚性较差，装夹工件时，在夹紧力的作用下极易产生变形。切削加工过程中易产生切削振动，在切削力，特别是径向切削力即背向力的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
对此，在夹具设计时，我把夹紧位设计在大管径？准60的中间壁厚为5mm部分，减少由于夹紧力作用而产生的变形;在切削加工过程中，选择以切向切入和切向切出的方式从中间向两侧进刀，采用高转速，Z方向进给量选择为径向切削用量的1/10左右，以防止和减少薄壁部位的变形。
②由于工件壁薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。
在本零件加工中，因为加工部位简单，加工时间短，采用冷却液进行冷却后，切削热引起的变形已经被忽略。
4 效率提升
本夹具在装夹此零件的拆装上，每次都要拧紧或拧松三颗M8螺栓，此时机床完全处于停止状态，很浪费时间。在大批量生产上，时间就是金钱。解决办法：①采用气动或电动电批拧螺栓，这样可以加快拆装速度，并且螺栓产生的预紧力可调、能保持一致;②多准备几套02基准圆盘和03夹紧圆盘，当机床在加工时可在旁装夹下一个工件或者拆卸上一个工件，以减少机床等待时间，从而提高生产效率。
5 结束语
在现有加工设备的情况下，对异径四通管零件进行分析研究，设计了一套在数控铣床上加工的夹具，避免了高精设备的投入，节省了成本。完成加工后的零件在三座标测量仪上检测，完全能符合产品设计要求。
参考文献：
[1]王光斗.机床夹具设计手册[M].上海科学技术出版社，2000.
[2]吴拓.机床夹具设计[M].机械工业出版社，2009.
[3]汤爱君.薄壁结构件铣削加工变形理论及其应用[M].国防工业出版社，2014.