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發動機缸體粗加工數控加工中心的夾具分為上料夾具和工裝夾具2大類,按照加工工藝要求,粗加工需完成粗銑缸體各端面3 mm、缸孔2.5 mm和精鉸定位銷孔,加工余量大,工件受切削作用力大。而工件在工裝夾具上均以毛坯粗基準面為定位基準,各夾緊點也均為毛坯面,這些都對工件的工裝夾具提出更高的要求。
加工中心的各類夾具中,粗加工工裝夾具最復雜,各夾緊元件受力狀況最惡劣。圖1為缸體一期粗加工OP30數控加工中心的工裝夾具結構。
缸體粗加工數控加工中心由德國的MAG公司設計,主要用于粗銑缸蓋、油底殼、機油泵前端蓋以及變速箱的安裝面,粗鏜缸孔和鉆鉸半精、精加工定位銷孔。當工件由上料夾具翻轉至工裝夾具上后,Z方向由夾具Z向夾爪和Z向夾緊桿將工件的Z向粗基準面瓦、盡貼合至夾具Z向定位面;7方向由夾具主夾緊桿將工件的F向粗基準面^、認貼合至夾具F向定位面;Z方向由夾具Z向夾爪將工件的z向粗基準面F貼合至夾具Z向定位面;最后r/z輔助夾緊桿壓緊工件提高整個缸體的剛度,如圖2和圖3所示。
在Z方向,通過作用在毛坯水堵孔的夾緊桿將工件粗基準面瓦壓緊到工裝夾具左Z向定位面,當用鉸刀加工缸孔時,工件受Z方向較大的進給力K作用,如圖4所示。該力傳遞到夾具上由Z向夾緊桿、Z向夾爪、各主夾緊桿和F/Z輔助夾緊桿承受。
傳統設計的Z向夾緊桿由2個部分組成:夾緊頭和連接桿。給液壓缸提供4.5 MPa液壓油時,液壓缸活塞向上運動。在垂直于活塞內腔與連接桿球頭接觸的斜面上,連接桿受斜面法向壓力八作用繞球鉸鏈旋轉,使夾緊頭壓緊缸體水堵孔,此時夾緊頭受缸體反作用力F/作用,如圖5所示。
由于夾緊頭與連接桿采用螺紋連接,夾緊頭螺
桿根部和連接桿安裝夾緊頭沉孔直角處存在應力集中。當采用大進給量鏜削缸孔時,連接桿在直角處受脈動循環應力的作用發生裂紋萌生、擴展以及斷裂,如圖6所示。在生產過程中,夾緊桿的斷裂會導致加工中心悶車、斷刀、工件頻繁夾緊不合格和因缸孔震紋而報廢,嚴重影響整線的生產和缸體的加工質量,是缸體生產線的瓶頸工位。因此需要對夾緊桿結構進行優化,提高設備運行的穩定性以及生產效率,提高缸體的加工質量。
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結束語:
通過以上分析,在對夾具夾緊構件的設計中,不僅需要考慮靜強度是否滿足工件的強度和壽命的要求,還需進行抗疲勞計算。利用UGNastran等分析軟件進行疲勞分析,在虛擬技術的基礎上對工件進行基于疲勞壽命的優化設計,大幅度減少設備的維護成本、設備停機時間和工件因加工質量不合格的報廢率,提高經濟效益,為類似設備使用過程中頻繁變形、斷裂失效的原因分析、結構優化和疲勞壽命評估提供參考。
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