數控銑削法蘭叉氣動夾具的應用研究

徐姝 陳毅強 孫賢宇 郭靜

摘? 要：用氣動自動控制技術實現生產過程自動化，是工業自動化的一種重要技術手段，是一種低成本自動化技術。對其機械加工技術和電氣技術的融合使用，有力的提高工作效率，保證產品質量。氣動夾具在法蘭叉銑削加工過程中可以迅速緊固工件，使機床、刀具、工件處于正確的位置，可保證各個加工環節的準確性，避免人為因素的裝夾變形和誤差，降低了工作量，提升加工效率。

關鍵詞：法蘭叉;銑刀;氣動夾具;數控銑床

前言：

在法蘭叉銑削加工過程中，經常會遇到一些刀具使用過程中的磨損和振動問題，零件裝夾出現夾緊力不夠、表面粗糙度難以保證以及加工方法的正確與否等技術問題。若是處理的不好，將會影響法蘭叉銑削加工的質量。因此，在法蘭叉銑削加工過程中，加強對其特殊結構的調整，將氣動夾具作為重點應用的一項工具，通過良好的定位、加緊力，保證法蘭叉銑削加工的穩定性和加工質量，提升加工效率，從而為行業發展提供重要的支持。

1.刀具磨損和振動的原因分析

1.1我國機械加工刀具的簡介

科技創新趕超強國 “提高效率，降低成本”是全世界制造業競爭的核心，發達國家長期保持經濟強勢主要依靠科技創新。他們投入巨資在刀具新材料、新涂層、新技術、新工藝以及工具專用數字化制造技術等方面進行了大量的研發，開發出一代又一代的高效刀具，牢牢占據了國際刀具的高端市場。我國開發的葉根槽銑刀、硬質合金涂層多刀刃銑刀、圣誕樹銑刀、八角形銑刀、硬質合金模塊式刀、波刃型立銑刀、非標槽刀，以及適應高速切削刀具用的HSK刀柄、雙頭端面刀柄等都頗具“殺傷力”。

1.2法蘭叉銑削時影響加工的因素

所謂的銑削就是采用旋轉的硬質合金涂層多刃刀具對待加工的法蘭叉頭端面進行定向加工，是一種較為常見和高效的機械部件加工方法。在加工過程中可以是銑刀移動工件靜止或是銑刀靜止工件移動，以后種情況為例，銑刀在做圓周運動（主運動）在法蘭叉頭端面上產生齒形的同時，法蘭叉裝夾在氣動夾具上做縱向勻速移動（給進運動），使得法蘭叉齒形的間距保持一致，由于刀具在銑削時接觸面大，刀具磨損快，易產生振動，從而難以保證銑削質量，防止出現齒條表面粗糙度和齒形分布不均的問題。

1.3運用數控銑床和硬質合金涂層刀具是保證質量的途徑之一

銑削用的機床有數控臥式銑床和數控立式銑床兩種，隨著數控技術的高速發展與應用，極大的提升了法蘭叉齒形銑削的精度和效率，提升了企業的運行效率，并創造了巨大的經濟效益。進而提升法蘭叉頭端面齒形銑削精度。同時硬質合金涂層多刃刀具的通用性較好，一把刀具可加工與刀具相同齒條和齒形的任意直徑的外齒條及比刀體直徑大的齒形。減少加工中硬質合金涂層多刃刀具的損耗。硬質合金涂層多刃刀具，有六個刀刃，在銑削加工時主要是解決 6 個刀刃銑刀的旋轉、沿齒向方向以及齒深方向（相對齒向方向有一傾斜角度）的進給。

2.氣動夾具的應用提高了夾緊力保證了表面粗糙度

2.1氣動自動控制技術是實現生產過程自動化重要手段

氣動自動控制技術是利用壓縮空氣作為傳遞動力或信號的工作介質，配合氣動控制系統的主要有氣動元件，機械部分、液壓系統、電氣元件、電子（包含PLC控制器和微電腦）等部分或全部綜合構成的控制回路，使氣動元件按生產工藝要求的工作狀況，自動按設定的順序或條件動作的一種自動化技術。用氣動自動控制技術實現生產過程自動化，是工業自動化的一種重要技術手段，也是一種低成本自動化技術。

2.2活塞式氣缸原理

活塞式氣缸的工作原理是在氣缸內作往復運動的活塞向右移動時，氣缸內活塞左腔的壓力低于大氣壓力Pa，吸氣閥開啟，外界空氣吸入缸內，這個過程稱為壓縮過程當缸內壓力高于輸出空氣管道內壓力P后，排氣閥打開。壓縮空氣送至輸氣管內，這個過程稱為排氣過程?；钊耐鶑瓦\動是由電動機帶動的曲柄滑塊機構形成的。曲柄的旋轉運動轉換為滑動——活塞的往復運動。當壓縮比增大時，輸出壓力提高，增加壓縮氣體排氣量。有效推動法蘭叉夾具使其旋轉一定角度，已達到鎖緊和定位的作用。

2.3氣動夾具技術的三個優勢

氣動夾具技術的應用極大的改善了在數控銑削加工工藝中存在的主要技術問題，改善了施工工藝，并使得銑削質量得到了明顯提升。氣動夾具技術主要有以下幾個方面的優勢：首先，法蘭叉頭端面銑削中，硬質合金涂層多刀刃周期性的參與到工件的間斷切削當中，大大降低了銑刀的磨損程度，提高了銑刀的使用壽命，同時銑刀的周期性切削有利于提高法蘭叉的加工精度和齒條底部的平整度，有助于延長工件的機械性能;其次，每個刀刃在切削過程中的切削厚度是連續變化的，避免了一次性切削所帶來的誤差問題，通過連續不斷地銑削可以幫助技術人員隨時掌控銑削質量;最后，每個刀刃的給進量是一個定值，即銑刀每轉過一個刀齒的時間內工件的位移量是固定的，從而保證了相鄰刀刃之間的距離誤差保持在一個很小的范圍內，從而使得銑削質量大大增加。

2.4萬向軸法蘭叉頭法蘭端面齒形規格

國家標準對萬向軸法蘭叉頭端面齒形結構做了規定（見表1），由表1可知：不同規格的法蘭直徑，其端面齒數均為 6 的倍數，即可在互成 60°角的方向上同時進行6個刀刃加工。

3.法蘭叉氣動夾具技術分析

3.1技術分析

在法蘭叉銑削加工過程中，氣動夾具具有重要作用。在氣動夾具加工過程中，主要是迅速緊固工件，使數控銑床、刀具、工件保持正確相對位置的工藝裝置，是機械加工不可缺少的部件。同時，數控銑床加工法蘭叉頭法蘭端面齒時，為了保證所加工的齒形能達到圖紙規定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度和表面粗糙度等，加工前使用氣動夾具，必須要對機械部分、壓夜部分、電子元件等結構進行一定的了解和掌握，以保證整個加工過程處于安全、穩定的狀態。

3.2優勢分析

法蘭叉銑削加工過程中，氣動夾具不僅結構簡單，而且安裝和調整便捷，在機床加工中得到了有效應用。

（1）氣動夾具的結構相對簡單，可以實現準確快速定位。同時，在加工過程中，可以有效實現恒壓夾緊，避免人為因素的裝夾變形和誤差，從而有效保證法蘭叉銑削加工的質量。

（2）在法蘭叉銑削加工過程中，氣動夾具主要是利用氣動氣缸裝夾的形式，結構簡單，重量輕便。同時，后期安裝和維護都提供了相對便利的條件。加工中主要利用空氣作為主要介質，排氣處理簡單，不僅不會影響周圍環境，而且不會影響工件質量，成本也相對較低，且氣動元件可靠性高、使用壽命長、輸出力和工作速度調節容易，大大提升了工作效率。

（3）在法蘭叉銑削加工過程中，氣動夾具的滾輪滑塊可以防止氣缸連接桿旋轉，從而確保定位精度，保證加工的質量。

（4）加工中主要利用卡盤原理，有效提升穩定性能，使定位裝置可靠準確，從而確保法蘭叉的重復定位精度，以避免加工中產生不必要的誤差。

3.3法蘭叉銑削加工氣動夾具的應用

在法蘭叉銑削加工過程中，一定要對氣動夾具的應用形式有著清晰了解。要求每次裝夾時的位置度、壓緊力通過操作人員的熟練度來控制，以此保證加工生產的質量和效率。

3.3.1定位元件中的應用

定位元件是法蘭叉銑削加工中非常重要的一個部分，主要由1個滑動桿和左右兩固定座、左右兩個限位鍵槽和鍵組成。同時，氣動夾具在法蘭叉銑削加工過程中共存在兩個優勢，從而在一定程度上實現法蘭叉在旋轉角度時沒有偏差。另外，加工過程中會存在一定程度上的限制，原因是銑刀是多刀刃切削，在遇到法蘭叉切削時，以保證定位的準確性，從而為后續精加工的展開提供保證。但是，加工過程中，應當將夾具座組合件和氣缸支架組合件進行全面組合，形成一個夾具底板。這其中主要包括固定座、定位薄型氣缸、夾具底板、內六角圓柱頭螺釘、六角薄螺母、氣缸、圓型底座、移動定位銷、圓柱螺旋壓縮彈簧、軸用彈性擋圈、內螺紋圓柱銷、固定定位菱形銷等，以保證加工的準確性，避免法蘭叉質量發生問題，提升加工效率。

3.3.2夾緊裝置的應用

氣動夾具在法蘭叉銑削加工過程中有一定的工作流程：清掃基準面墊板、固定定位鍵槽、將法蘭叉放入夾具等。具體的應用方式可以分為以下幾個方面。

（1）在法蘭叉銑削加工過程中，法蘭叉底面應當緊緊貼合在基準面上，并且沿基準面將法蘭叉定位孔推入固定定位菱型銷，以對薄型氣缸進行準確定位。同時，應當移動定位孔，與薄型氣缸、進氣經壓板杠桿、推動法蘭叉壓塊等處于夾緊狀態，從而在一定程度上保證加工的質量。

（2）加工過程中，應當將定位氣缸氣體進行一定轉換，并將移動定位鍵槽與鍵緊密配合。同時，要使刀具進入工件進行銑削加工，保證法蘭叉銑削加工的準確性。

（3）加工結束后，應當將其工件松開取出夾具體，最終完成該工件銑銷加工的整個過程。同時，要對工件質量進行全面檢查，避免工件出現質量問題。

（4）硬質合金涂層多刃刀具沿齒深方向的進給，采用油壓缸CLKA-50G高動力札實型杠桿液壓油缸的活塞桿推動斜形滑塊沿法蘭叉邊緣壓緊，根據不同規格法蘭叉頭法蘭端面齒的全齒高，調整硬質合金涂層多刃銑刀的吃刀量，以完成粗加工和精加工兩次成型的銑削加工。

3.4 法蘭叉頭法蘭端面齒形的加工方法（見圖 3） 。

（1）啟動液壓泵，電磁鐵1ZT失電，調整溢流閥使系統達到一定的壓力 ;

（2）切換換向閥，電磁鐵使各液壓馬達、各液壓油缸換向，適當調整節流閥并使各液壓馬達轉速、各液壓油缸運行速度基本一致，然后使各液壓油缸、各液壓馬達都回到起始位置 ;

（3）數控銑床按照編制好的程序調整刀具的高度、X軸、Y軸的位置，運行法蘭叉夾具中部的定位凸止口與法蘭叉頭法蘭端面中部的定位凹止口配合并使硬質合金涂層多刃銑刀按程序進入安全位置 ;

（4）換向閥調整夾具體，電磁鐵通電，油壓缸的活塞桿推動斜形滑塊沿法蘭叉邊緣壓緊，法蘭叉頭的初始加工定位并鎖緊，啟動數控銑床機油潤滑及冷卻系統，粗加工切削加工開始;

（5）當硬質合金涂層多刃銑刀沿齒向行程終了后，X軸、Y軸快速移動到安全位置，換向閥、電磁鐵工作，銑刀完成齒全高切削后返回到初始位置;

（6）氣動裝置松開回轉盤，將其旋轉 360 /Z （齒數）角度后并鎖緊，換向閥、電磁鐵通電，精加工銑齒切削加工開始，直至加工完畢。

4.結束語

通過以上的綜合論述，得出以下幾個結論：

（1）硬質合金涂層多刃銑刀具有良好的通用性，周期性的參與到法蘭叉頭法蘭端面齒形的間斷切削當中，大大降低了銑刀的磨損程度，提高了銑刀的使用壽命。隨著機械加工工藝技術的改進和發展，硬質合金涂層銑刀在機械加工中的應用范圍越來越廣泛，并在很大程度上解決了傳統的銑削工藝的弊端，極大的提升了機械加工的精度、效率和質量，為企業創造了巨大的經濟效益的同時也提升了機械設備的整體性能和使用壽命，成為當前機械加工領域中的重要因數之一。

（2）用氣動自動控制技術實現生產過程自動化，是工業自動化的一種重要技術手段，是一種低成本自動化技術。用以對其機械加工技術和電氣技術的融合使用，有力的提高工作效率，保證產品質量。氣動夾具在法蘭叉銑削加工過程中可以迅速緊固工件，使機床、刀具、工件處于正確的位置，且其結構相對簡單，降低了加工成本，可保證定位、夾緊等加工環節的準確性、穩定性，減少了振動，提高了表面粗糙度。

（3）氣動夾具在法蘭叉銑削加工過程中共存在兩個優勢，從而在一定程度上實現法蘭叉在旋轉角度時沒有偏差。另外，加工過程中會存在一定程度上的限制，原因銑刀是多刀刃切削，在和法蘭叉頭法蘭端面切削時，以保證定位的準確性，從而為后續精加工時提供保證。

（4）從定位元件、夾緊裝置、機械部件等方面及萬向軸法蘭叉頭法蘭端面齒的加工方法，具有結構簡單、制造容易、操作方便、加工快捷等特點。這對不具備端面齒專用加工設備的企業來說，具有較大的實用和推廣價值。

科學合理地運用機電一體化理論知識和實踐經驗，不斷總結并歸納，向生產個性化戰略轉移。

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作者簡介：

徐姝，1975年11月，女，漢族，江蘇鎮江，大專學歷，技師，研究方向：木工機械加工。