陆洁锋
（肇庆市技师学院）

　　摘　要： 对于滑块元件的钻孔、攻丝，传统的加工方式是在先在普通立式钻床上完成钻孔工序，再使用攻丝机以手动加工完成，但该加工方法加工效率低、精度差，不适合大批量生产。高效率、高精度的CNC数控加工已经是当前机械加工行业的趋势，针对传统加工工艺的缺点，本文介绍了采用加工中心配合气动夹具进行钻孔、攻丝的加工工艺，以及该夹具的设计。

　　关键词： 加工中心；气动夹具；钻孔攻丝

　　0　 引言
　　铝合金材料具有耐腐蚀、高强度、材料变形少等优点，如今已经广泛用于建筑、机械等行业，例如目前机械设备使用的丝杆螺母固定座、导轨滑块等元件，都普遍使用铝合金。要生产导轨滑块类零件，往往需要钻孔、攻丝的工序，这类零件的孔位定位精度、尺寸精度等都是要考虑的工艺问题；针对产品数量大、精度要求高的钻孔零件，定位装夹精度和加工速度是保证零件精度和加工效率的关键因素；本文以导轨滑块产品为例，阐述了在加工中心使用气动夹具完成钻孔、攻丝加工的工艺。
　　如图1所示，此产品是某机床设备的导轨组件之一，材料为标准6063T5铝合金材质，生产数量为5000件。

　　如图2所示，该产品是机床丝杆螺母固定座导轨的滑块，圆柱导轨与滑块组合成直线滑动模组，中间的大孔安装滚珠轴承与导轨作直线滑动，滑块则与其他零件例如工作台装配以作固定。本工序前零件的外形与中间大孔已经在上一工序加工完成，本工序为零件表面上四个螺纹孔与侧面螺纹孔的加工。

 

　　1　 工艺分析
　　该产品属于大批量生产，零件的定位精度高，孔的尺寸精度高，并且对加工速度、加工效率有要求。对于几个孔的钻孔与攻丝，传统加工方式为先用普通钻床完成钻孔工序，再用攻丝机攻丝。
　　1.1 传统加工方案分析
　　传统加工如图3所示，根据零件尺寸要求，加工一个辅助钻孔的夹具配合钻套定位以避免加工时钻头走偏，两侧面为螺纹孔，钻套与零件装配后用螺丝锁紧，虎钳装夹。

　　经过实际加工验证，该加工方法有以下缺点：①加工时间长、效率低、劳动强度大，不适合大批量生产；②多种类机床加工，重复装夹容易造成装夹、定位误差；③手工钻孔Z轴的进给速度不均匀容易造成尺寸精度误差。
　　1.2 采用加工中心加工
　　实践验证，传统的加工方式满足不了该产品的加工要求，必须进行工艺改革；经分析研究后采用加工中心配合气动夹具的加工工艺为Z佳方案。CNC数控加工已经是目前机械加工行业的趋势，特别是加工中心具有加工自动化高、加工工序集中、加工效率高等众多优势。
　　2 夹具的选用
　　普通加工中心标配的夹具为普通平口虎钳，而本次零件加工定位精度、加工精度都比较高，满足不了装夹要求，因此需要设计一套新型夹具来装夹。气动夹具已经是目前机械生产的趋势和主流，其优势在于操作方便，稳定性好、反应速度快，生产中能缩短加工辅助时间，提高生产率。改进后的工艺投入生产后具有加工效率高、精度高、定位误差小、安全性好等优点。下面详细介绍该气动夹具的设计以及生产过程。
　　2.1 夹具的结构
　　夹具的结构和装配如图4、5、6所示，由锁紧螺丝、旋紧圆头螺丝、侧推板、上压板、下压式气缸、矩形垫块、双轴推杆式气缸、L形垫板和底板组成。

　　2.2 切削力计算
　　本工序加工中Z大的切削力为攻丝切削力，计算切削力需要先计算扭矩，扭矩计算公式为：
　　M_D=0.25·P²·k_s·d₁/1000
　　上式中，
　　A——切屑截面积，A=0.25·P²（mm²）；
　　d₁——丝锥大径（mm）；
　　k_s——材料比切力（N/mm²）。
　　本次加工的螺孔M6-7H，螺距为1，查阅《机械制造工艺学基础》可知，铝合金：k_s=700N/mm²，则攻丝扭矩为：M_D=0.25·P²·k_s·d¹/1000=0.25·1²·700·6/1000≈1.1Nm=1100Nmm
　　扭矩M_D=力F×力臂L
　　本工序使用加工中心攻丝，无须另外使用扳手等辅助攻丝工具，所以力臂取1/2丝锥大径，计算切削力：
　　F=M_D/L=1100Nmm/3mm≈366N
　　当然，机械加工的切削力跟加工设备的功率大小、所用刀具的种类等因素有关，在此以计算数值为参考。夹具气缸的装夹力须大于2倍切削力，即大于740N为宜。
　　2.3 气缸的选用
　　①下压式气缸选择SRC50-90型气压下压缸（双边压板型），如图7所示。这种气缸为目前机械加工中普遍使用的下压式气缸，排气状态下会自动回程，上方的压板可以根据采购者的要求定制尺寸，松开状态下能转动一定的角度。规格：气缸内径50、轴径16、可旋转角度90°、下压行程17、气压压力范围1-7kPa、理论Z大夹持力980N。因此气缸符合本次加工要求。

 　　②侧边推力气缸选择TN系列双轴双推杆式气缸，如图7所示。规格：外部尺寸68×54×20、推杆轴径10、气压压力范围1-10kPa、推杆Z大行程为30、理论Z大推力为960N。因此气缸符合本次加工要求。

　　2.4 工作过程
　　①将夹具安装到加工中心工作台，通过百分表调节好各个方向的水平和垂直后固定在工作台；②如图8、9所示，当所有气缸处于排气状态时，下压气缸和侧方推力气缸受内部弹簧力（或磁吸）的作用处于松开状态，工人按位置逐个放置工件，完成后打开气压锁紧工件；③在加工中心上编制钻孔和攻丝程序后进行加工，加工完成后关闭气压完成加工得到产品。
　　加工侧方M60-7H的螺纹孔同理，只需要将工件竖起来放置即可，如图10所示。

　　2.5 夹具设计分析
　　①加工使用的加工中心型号为VMC850型，工作台行程800×500×550，整套夹具装配后的规格为640×400×85，尺寸符行程范围。②所用气缸气压范围在1-10kPa之间，VMC850加工中心使用的气压至少在0.6MPa以上，因此气压足够气缸工作。③工件装夹后上方和侧方有气缸压紧，L形垫板每一个放料位置的侧面都铣削了定位凹槽，因此工件完全定位。
　　综上所述本套夹具设计符合生产加工要求。
　　2.6 采用该夹具加工的优点
　　经过生产验证，采用该夹具加工有以下优势：首先，加工效率高，比普通机床生产效率高出50倍以上，降低了工人的劳动强度，实现了大批量生产。其次，工件装夹定位精度高、孔位精度高，加工稳定性高。再次，气动夹具配合加工中心生产，安全性高，工人的人身安全更能得到保障。Z后，使用了多工序集中的加工中心代替了多台不同型号、不同种类的的机床生产，节省了车间生产资源，减少了工作量和工人数量，获得更高经济效益。
　　3　结束语
　　由于采用了加工中心配合气动夹具加工导轨滑块，使产品的加工效率和加工质量都有了极大的提高，从根本上解决了传统加工中存在的各种问题。该套夹具投入到生产后降低了加工成本，获得了良好的经济效益。
　　本人因水平和能力有限，文中难免有错漏不足之处，恳请专家、教授及同行批评指正。
　　参考文献：
　　[1]黄春福.机床夹具设计手册[M].上海科学技术出版社，2000年7月.
　　[2]傅水根.机械制造工艺学基础[M].清华大学出版社，2011年3月.
　　[3]沈向东.气压传动[M].机械工业出版社，2009年2月.

来源：《价值工程》2017年15期