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    面板類零件加工CNC新型真空夾具設計

    放大字體  縮小字體 發布日期:2020-06-20 17:55:20    瀏覽次數:6    評論:0
    導讀

    面板類零件因其質量較輕、強度高和造型美觀等優勢,被廣泛應用于各行各業。但是其屬于典型加工困難的一類零件,主要原因是其厚度較薄,厚度一般為2~3 mm左右。在切削力的作用下,面板類零件各處受力不均勻而導致變形,進而影響加工精度及表面質量。對于我公司而言,FC-2A面板零件是我公司重要的組件產品。該產品所需面板零

    面板類零件因其質量較輕、強度高和造型美觀等優勢,被廣泛應用于各行各業。但是其屬于典型加工困難的一類零件,主要原因是其厚度較薄,厚度一般為2~3 mm左右。在切削力的作用下,面板類零件各處受力不均勻而導致變形,進而影響加工精度及表面質量。對于我公司而言,FC-2A面板零件是我公司重要的組件產品。該產品所需面板零件為機械加工制成,由于我公司不具備加工該面板零件的能力,只能依靠外協加工,并且交貨周期長,經常因為該零件的斷貨,延遲了產品的交付進度。為此,研制一種新型的加工面板夾具勢在必行。本文通過對面板類零件夾具結構進行研究,提供了最佳解決方案。

    1 零件結構分析

    FC-2A面板零件外形尺寸為410 mm×250 mm×2.5 mm, 屬 于 薄板零件。不易用通用夾具裝夾,且加工后變形量大。

    2 夾具結構方案的確定

    (1)夾緊方式種類分析。

    圖1 真空泵產生真空的工作原理

    FC-2A面板零件究竟采用什么樣的夾緊方式尤為重要,對加工精度有很大的影響究竟尤其重要。夾具加緊方式種類較多,有以下方案。

    1)斜楔夾緊。工件裝入夾具中后,用錘子擊打斜楔的大頭,楔緊的斜面使工件夾緊,保證工件不會因切削力的作用和振動退出。夾緊機構結構簡單、增力比大、自鎖性能好,但操作費力。實際生產中應用不多,多數情況下將斜楔與其他機構聯合起來使用。

    2)螺旋夾緊。采用螺旋直接夾緊或采用螺旋與其他元件組合實現夾緊的機構稱為螺旋夾緊機構。結構簡單緊湊、通用性和自鎖性好、增力比大、夾緊力和夾緊行程大。夾緊、松開動作慢,在高效夾具中應用較少。

    3)電磁夾緊。利用電磁的吸力吸緊元件,電磁是否能吸附鋁合金材料是一個問題。

    4)真空夾緊。工件與夾具體形成密封腔,密封腔產生真空度,在大氣壓力的作用下壓緊工件。吸附面積大、零件變形小、操作快捷、省力。夾緊裝置結構性好,結構應簡單、緊湊,便于制造和維修工件。夾緊力的大小適當保證了工件在加工過程中位置穩定、振動小,使工件不產生過大的夾緊變形。

    (2)夾緊方式結構的確定。

    通過以上方案的分析,并結合FC-2A面板結構特性,著重對螺旋加緊、電磁加緊和真空加緊進行深入分析研究。

    1)螺旋夾緊方式分析。螺旋夾緊結構可分為虎鉗式夾緊結構和壓板式壓緊結構。其中螺旋虎鉗式夾緊結構具有制作簡單、操作方便、自鎖性好、夾緊力大的優點,但是運用螺旋夾緊虎鉗式夾緊結構加工的零件平面度達不到設計要求,會造成面板零件報廢;壓板式壓緊結構制作簡單,但是操作繁瑣,夾緊力小,效率低,運用螺旋壓板式夾緊結構加工面板零件時間長,零件尺寸達不到設計要求。

    2)電磁夾緊方式分析。電磁吸盤多為磨床使用夾具,面板零件屬于鋁合金材料,鋁合金導磁性非常差,電磁吸盤無法吸附鋁合金材料。

    3)真空夾緊方式分析。真空夾緊具有吸附面積大,變形量小,可以達到設計要求的平面度公差,操作方便。但是該夾緊方式無現成資料借鑒,有一定的制作難度,對夾具體密封性能要求高,屬于新型夾具。

    通過對不同夾緊方式進行試驗對比分析后,真空夾緊方式能夠較好地保證面板零件的加工質量。因此,我們選擇真空夾緊的方式對面板零件進行加緊加工。

    圖2 真空發生器的工作原理

    3真空夾具吸附力驗算

    對大氣壓產生的壓力是否能滿足切削力進行計算驗算。為保證零件能被吸緊,在銑削加工過程中不會移動,必須使零件所受到的吸附力遠大于切削力。

    (1)面板零件所需切削力計算。

    切削三要素包括切削速度(v),進給量(f),背吃刀量(ap),根據以下公式可計算出所需切削力:

    式中:F為切削力,Fc為單位切削力,ac為切寬,ap為銑削深度,af為每齒進給量,z為齒數,d為銑刀直徑。

    選擇加工參數求解切削力:用φ50mm面銑刀銑平面,根據經驗值選擇:主軸轉速n=2000 r/min,每齒進給量af=0.1 mm/r,銑削深度為ap=1.5 mm,切寬ac=40 mm,齒數z=5。查表鋁合金材料單位切削力Fc=982 N/mm2,將上述數據帶入(1)~(4)式后可得 :Fz=Fc×ac×ap×af×z/πd=187.6 N;F1=1.2×Fz=225.12 N;F2=0.3×Fz=56.28 N。面板零件所需要的切削力為:F=(F2 1+F22)1/2=232 N。

    (2)真空夾具吸附力計算。

    真空吸盤吸附零件后,被吸附面積處會形成真空,產生負壓,靠大氣壓壓住零件。理論上零件被吸附形成真空后,將會受到1個標準大氣壓的作用,但實際上因設備不可能形成絕對真空度,真空吸盤會存在一定的漏氣、氣源不穩定及當地云貴高原大氣壓并不是1個標準大氣壓等因素,零件表面受到的大氣壓將小于1個標準大氣壓。通過咨詢制造真空發生設備的廠家,零件表面可產生650 mmHg以上的大氣壓力。因此,真空吸盤可以產生的壓強 為:65/76×1.01×105 Pa,對零件產生的吸附力為:F吸附力=S×65/76×1.01×105(N/m2)=8.64×104×S(N)。

    零件被吸附后能承受切削力而不產生移動,主要靠摩擦力來維持。查機械加工工藝手冊,取面板零件與夾具體之間的摩擦系數∮ =0.05,實際吸附力為 :F實際吸附力=8.64×104×S×0.05=387.504 N。式中:面板零件吸附面積S=390×230=0.0897(m2)。 由 以 上分析可知,F實際吸附力=387.504>F切削力=232 N,故真空加緊方案可行。

    4真空夾緊方案具體分析

    (1)真空動力來源選擇分析。真空動力來源一般分為兩種:真空泵和真空發生器。其中真空泵產生真空的工作原理如圖1所示。真空泵自行產生真空,具有真空度穩定的優點,但是其價格昂貴,制作組裝麻煩,不易維修??紤]到該設備安裝配件多、車間不易放置、操作性不強,不打算采用。

    真空發生器工作原理如圖2所示,利用噴管高速噴射壓縮空氣,在噴管出口形成射流,并產生卷吸流動。在卷吸作用下,噴管出口周圍的空氣不斷地被抽吸走,吸附腔內的壓力會降至大氣壓以下,形成一定的真空度。此方法具有真空度高、產生真空快、運動部件少、振動小、安裝方便、維修簡單、控制方便等優點,但需要有穩定的氣源??紤]到工作性能可以滿足生產需求,價格更具有優勢性,占地面積小,車間容易放置,可采用該種設備作為真空動力來源。

    (2)夾具體材料選擇分析。

    1)不銹鋼材料分析。

    選擇1Cr18Ni9Ti不銹鋼,并進行分析;不銹鋼1Cr18Ni9Ti價格46元/Kg;夾具體毛坯材料:長×寬×高=520 mm×520 mm×165 mm, 不 銹鋼質量為350.2kg,價格為16100元。

    優點:能從根本上解決問題;不生銹,外部光滑。

    缺點:屬于難加工材料,制作難度大,需加工中心和磨床技術員協助,材料費昂貴。

    圖3 真空夾具加工效果圖

    表1 真空夾具體結構方案分析

    分析結論:造價高、制作難度大。

    2)鋁合金材料分析。

    選擇2A12T4鋁合金材料,并進行分析;2A12T4鋁合金價格35元/kg;夾具體毛坯材料:長×寬×高=520 mm×520 mm×165 mm, 鋁 合金質量為57.5 kg,價格為2012元。

    優點:能從根本上解決問題;不生銹,外部光滑;屬于易切削材料,銑削性能好。

    缺點:硬度低,使用過程中容易碰傷;不能用磨床加工,夾具體表面平面度不易保證。

    分析結論:價格合理、夾具體表面平面度不易加工。

    3)45#鋼材料分析。

    選擇45#材料,并進行分析;45#價格25元/k g;夾具體毛坯材料:長×寬×高=520 mm×520 mm×165 mm,45#質量為320 kg,價格為8000元。

    優點:能從根本上解決問題;熱處理后不生銹,外部光滑;屬于易切削材料,銑削性能好。

    缺點:硬度低,使用過程中容易碰傷;需加工中心和磨床技術員協助,需增加熱處理工序。

    分析結論:價格合理、可以滿足夾具體使用需求。

    通過對真空夾具體的不同材料進行對比分析后,45#鋼在價格、加工以及使用性能上更具有優勢。

    (3)真空夾具體結構方案分析(表1):其結構方案為上表面為格子狀和懸空狀兩種,通過對真空夾具體兩種結構進行對比分析,上表面為格子狀的夾具體更為適合我們在實際生產中的需求,為此確定夾具體結構為上表面格子狀。

    (4)方案實施。真空夾緊夾具安裝、調試完成以后,對面板零件進行了試加工。如圖3所示,單件加工時間為62 min。加工完成后的面板零件幾何尺寸和形位公差均滿足設計圖紙要求。將《真空吸附夾具操作規程》列入公司標準化,標準號為:Q/Lkg.Z(06)01-2012。在該規程中,明確了夾具的設計、真空發生器的選擇、使用過程操作要求及注意事項等。

    5結束語

    通過對FC-2A面板零件結構分析,在此基礎上確定了夾具的結構方案為真空夾具。為此我們展開了真空夾具的結構深入分析,并在車間現場的實際加工過程中進行驗證,同時將《真空吸附夾具操作規程》列入公司標準化,這對該類面板類零件的及時交付具有重要意義。


     
    關鍵詞: CNC加工 真空夾具
    (文/小編)
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