柔性生產線的CNC專用夾具方案是實現(xiàn)高效加工的基礎。下面我們從共線生產的多品種發(fā)動機缸體缸蓋夾具的關鍵結構設計著手,探討夾具布局方案對生產線效率及質量提升的關鍵設計医寿。

Part.1 粗加工高效夾具設計

粗加工序完成后續(xù)工序定位基準加工顿痪；主要加工面去余量，同時預留合理的余量給精加工以保證加工面最終尺寸及平面度痛阻、表面粗糙度等要求普碎。在多產品粗基準相同的工藝條件下，關鍵考慮加工干涉拿翠、切削效率和加工質量穩(wěn)定性陡顶。產品粗基準不同時，需通過夾具的創(chuàng)新設計實現(xiàn)兼容性允合。

1. 氣缸體夾緊方案

如圖1所示段鲜，粗加工主要為缸體、燃燒室面等特征加工泌盒。工件落座后潦寂，夾具主要通過油缸推出壓桿壓緊缸體毛坯的排沙工藝孔，將零件精確壓緊在基準方向上筛密，但因鑄造余量捡路、拔模斜度及切削沖擊載荷導致壓緊桿頻繁斷裂，嚴重影響生產效率鸭乱。

圖1 粗加工輔助夾緊設計

但此方向另一定位點的夾緊頭從未發(fā)生過斷裂問題悍蔫，通過重新合理設計壓頭結構，如圖2所示橱奶，將此向所有輔助夾緊方案設計為同一結構盯桦，有效解決了壓頭因沖擊導致斷裂的問題。

圖2 粗加工Z向輔助夾緊新設計

2.雙夾具方案適應共線生產

氣缸蓋的粗定位基準差異較大渤刃，為實現(xiàn)不同產品共線生產提出三種方案:

1) 外包實現(xiàn)粗加工序特征拥峦；

2) 新增一臺CNC贴膘；

3) 在同一臺加工中心上加工。

圖3 缸蓋雙夾具設計實現(xiàn)精基準的加工

通過換型定位裝置或設置雙夾具方案略号，經評估大批量生產方式下優(yōu)選雙夾具方案刑峡。如圖3所示，大小缸體的缸蓋零件定位設計差異較大：雙夾具設計Ⅰ設計為小缸體加工玄柠；Ⅱ為大缸體加工位置氛琢，成功實現(xiàn)成本控制和質量保證。

Part.2 基于“一面兩銷”的精加工夾具設計

缸體随闪、缸蓋為典型的箱體類零件加工阳似，在加工基準上采用“一面兩銷”的定位方案來實現(xiàn)6個平面及孔系的精加工。

1.采用A/B軸夾具

基于B軸傳動方式铐伴，原缸體生產線全部采用B軸夾具方案撮奏，如圖4所示，部分加工特征如曲軸位置傳感器孔当宴，主軸承蓋結合面等特征加工必須將零件翻轉直立后才能完成加工珠校。

圖4 缸體全部B軸夾具設計方案

經過行業(yè)考察及氣缸蓋A軸實際應用，1.5L以下小排量鑄鐵缸體的加工負荷通過A軸加工完全可以達到工藝要求栓授。如圖6所示络蟋，采用 B 軸、A軸串聯(lián)布置方式可以方便地實現(xiàn)零件的定位面一直朝下死发，無需再整體翻轉立起络跷，不僅節(jié)省了員工的操作時間，降低了工作負荷谴眶，而且避免了翻轉過程中切削液飛濺導致工作環(huán)境的污染俺阻。

圖5 采用A/B軸串聯(lián)工藝布局結構

2.優(yōu)化鋁合金夾具夾緊點設計

采用杠桿式增力夾緊機構設計應用于鋁合金缸蓋的加工，既避免缸蓋的形變宰蘸，又滿足加工受力的要求督靶，如圖6所示，大部分工位采用類似結構設計捂臣，滿足生產線長期耐久運行的考驗铃挠。因夾緊點距離差異較大，無法實現(xiàn)兼容夾緊工序堡掏，通過設計快換的夾頭結構应结，實現(xiàn)不同零件的兼容。

圖6 夾具結構采用杠桿式增力機構及快換壓頭

3.到位擋停結構精確設計

基于低成本設計要求布疼，CNC設計為半自動上料摊趾。為確保員工將零件推拉到位，機床夾具的感應裝置設計尤為重要游两。

圖7 工件到位擋停機構設計

因此設計如圖7所示砾层，工件推到位后實現(xiàn)連接機構內部氣路接通而產生通道內壓力變化直到設定值，實現(xiàn)零件到位監(jiān)控贱案。通過將該信號寫入設備的互鎖邏輯肛炮，零件未到位時，則機床不加工以防止零件掉入加工倉宝踪。

4.定位銷氣檢結構設計

基于“一面兩銷”的設計結構侨糟，如圖8所示，“一面”通過3個 或4個定位點瘩燥；“兩銷”即圓銷和菱形銷定位組件秕重。

圖8 定位銷設計結構，斷銷通過氣壓檢測實現(xiàn)自動報警

設計均采用了氣壓監(jiān)測通道露揽，當受力過大導致斷銷時機床將自動停機并報警专运，防止刀具碰撞事故發(fā)生。

5.定位點結構設計

如圖9所示屏部，夾具各定位點均采用了氣密監(jiān)測及切削液沖洗裝置：在定位過程中沖洗防止定位面粘鐵屑導致的加工異常壮畏；加工過程中氣密檢測全程監(jiān)控零件是否移位。

圖9 定位面設計結構

Part.3 關鍵特征加工夾具設計

機加工全部采用CNC加工藐捉，主要考慮生產柔性及未來新產品導入等因素铭歪，但在關鍵特征加工的長期能力無法達到工藝要求，比如曲軸孔精鏜位置度氛玛。

1.特殊工位夾具設計

缸體曲軸孔采用專機特性的線鏜刀工藝加工方式搀薛，既兼顧CNC的柔性，又保證專機加工的穩(wěn)定性蹂勺，其關鍵核心為在刀具遠端增加一軸承支撐徊极，防止刀具重力因素及加工材料軟硬導致位置變異。但線鏜刀對進刀的中心要求非尘冢苛刻狡秋，基于銷孔配合的定位方案存在一定間隙的影響。

為消除間隙雏节，如圖10所示胜嗓，在零件 側面增加一推動液壓缸，工件落座定位后通過推桿將零件推向一側钩乍，消除 潛在間隙影響確保對中度辞州。通過在CNC上使用專機線鏜刀方案，成功將曲 軸孔前后端中心差異從0.025mm改進到0.01mm以內寥粹。

圖10 關鍵工序采用液壓杠消除定位間隙設計

2.關鍵工位工裝在線測量裝置

在線測頭用于箱體類零件關鍵特征的加工变过，主動干預過程實現(xiàn)加工能力提升。如缸體止推面涝涤、缸體缸蓋燃燒室面等重要特征加工探測媚狰，為保證加工尺寸能力岛杀，通過測頭測量實現(xiàn)刀具磨損進行補償。為避免測頭粘鐵屑崭孤、鋁屑类嗤、測頭本體波動等影響，通過在夾具上安裝一標準尺寸的參考件辨宠，定期對測量系統(tǒng)進行標定遗锣、監(jiān)控，確保加工尺寸的準確性湾蝙。

箱體類零件專用夾具在缸體宝猩、缸蓋生產線已成功開發(fā)應用。除了部分夾緊及導向組件需手動換型外惰绘，定位器件均無需換型孙远，可實現(xiàn)3大類系列產品的共線生產〕撸基于一面兩銷的精加工A/B軸混合使用遮英，有效縮短了生產輔助時間，提升了人機工程的應用音共，特別是專機概念應用到CNC夾具的設計厅瘩，有效提升了關鍵特征長期加工能力。

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