數控龍門銑床是近幾年陸續登上一些老工業基地的設備，為不少加工場景做出了貢獻。但是，它也被限制在三維空間內進行各種加工，對于四軸及五軸的加工也是無能為力的。不過通過自制具有簡單而精確旋轉功能的先進夾具，可以完成4軸的加工技術，完善和充實該機床之不足。

一、技術分析

如圖1的數控龍門銑床加工支架，該件除上下面具有定位銷孔外，在Z方向還有兩斜面，并在斜面內各自有各坐標孔。

圖1

該支架采用Q235—A焊接件，是用于汽車裝配線上重要部位的零部件。支架上下面均有坐標定位孔，關鍵加工部位是兩側斜面的相交點（436.5±0.02）mm，及該相交點至各斜面的坐標孔。

二、工藝編制

1.鏜：刀校中間連接筋一側面，平面度≤0.05mm。

2.鏜：粗銑上下面，凹臺面加工至成品，其余各面各留1～1.5mm。

3.龍門銑：粗銑兩斜面，坐標孔面各留1～1.5mm（用專用夾具）。

4.龍門銑：精銑上下面，鉆鉸各坐標孔，其余各孔點窩。

5.龍門銑：精銑兩斜面，鉆鉸各坐標孔，其余各孔點窩（用專用夾具）。

6.搖臂鉆：各螺紋孔。

為了保證加工件的幾何公差，所有的坐標孔面均應分粗精加工。并且，該件在粗加工后應放置一段時間，至少不小于24h，待工件消除切削應力后再進行各部位的精加工。

三、工裝設計原則

該工件兩側斜面的加工，必須采用高精度的角度調整功能，就是四軸旋轉功能。而龍門銑床不具備加工斜面功能，只能設計專用的角度旋轉夾具，當工件精加工時，一次性將兩側斜面加工成品，該夾具應具備以下功能和特點：

①該夾具是典型的一面兩銷定位方法，即以底面和兩坐標孔定位。坐標孔應選擇兩距離較遠位置。還必須具備一次性裝夾的功能，即夾具需具備左右翻轉±30？功能，且翻轉角度的誤差必須≤±0.05？。

②夾具底座需安裝在龍門加工中心工作臺上，并必須用平鍵和工作臺定位，該工作臺定位槽寬度24H7，而夾具定位鍵寬度公差采用基孔制h7即可。

圖2 1.中心旋轉軸 2.中心莫氏套3.工作臺4.底座 5.兩側旋轉軸

③該夾具翻轉裝置采用焊接件即可，分別焊接在底座和工作臺上下面，其位置應合理配置。夾具角度旋轉應采用精度較高的分度頭。且各關鍵件的加工精度，不得小于8級公差精度。

根據以上分析，該夾具應根據角度工件的形狀特點，既要具備較高精度，又要考慮其通用性；既要具備安裝中大型工件的能力，又要考慮制作方便可行的經濟效益。

四、關鍵件的設計情況

1.底座

底座是該夾具的基礎件（見圖3），它必須具備以下條件：

①外形360mm×600mm即可，該大小既要適用于本次工件的加工范圍，又要具備一定的通用性和廣泛的使用性能，屬于中型加工件的專用夾具。

②該件底面的幾何公差確定在平面度0.02mm，為工作臺安裝后的平面精度提供條件。

圖3

③該孔左右各一個，除保證與底面的尺寸公差外，還必須對稱中心0.02mm。

④該底座底面定位鍵槽寬24H7，與機床本身工作臺配套使用。

⑤該定位槽應與旋轉孔中心對稱0.02mm，以防止使用時旋轉中心偏移。

⑥該底座的4個定位槽是固定各種角度定位柱的基面，應與底面統一尺寸（16±0.01）mm。

2.工作臺

工作臺是和底座鏈接在一起的關鍵件（見圖4），它除了擔負裝夾各種加工件的任務外，很重要的是負責旋轉各種角度，這就要求具備以下技術要求：

①外形360mm×600mm，與底座配套使用。工作臺平面的幾何公差確定在平面度0.02mm，為工件精加工時提供合理的裝夾精度。

②該件的中間旋轉定位孔φ40H7前后各一個，是與底座旋轉孔配套使用的，前孔需安裝模式4號錐套，后孔則擔負著固定安裝旋轉軸的功能。前后孔對工作臺上平面尺寸精度（71±0.01）mm。

圖4

③該件兩側各有4個φ30H7通過孔，在定位孔上安裝高精度的轉軸，轉軸上安裝同一高度的旋轉定位柱，當角度確定后，用兩側隨角度配套使用的角度定位柱，檢測旋轉角度的正確與否，同時起到固定工作臺和穩定工件的作用。

④為防止各套在旋轉過程中松動，在中間旋轉套的側面鉆有螺釘孔，待套安裝后，用沉頭螺釘壓緊。

3.中心莫式套

該件是安裝在工作臺中間的前旋轉孔上，它除了擔負著底座和工作臺上下聯接的作用外，更重要的是擔負著聯接分度頭安裝使用的作用，所以它必須具備以下功能：

圖5

①材料采用45鋼，精加工前需熱處理硬度48HRC，并且表面發藍處理。莫氏孔需涂色檢查，接觸精度≥85%。

②φ40h7外圓與莫氏孔的同心度要求≤0.01mm，表面粗糙度值Ra=0.8mm。為防止轉動，在套的端面劃兩個固定窩，安裝時用螺釘將其固定。

4.雙莫氏連接軸

雙莫氏連接軸是該夾具的附件，它是緊緊聯接夾具和分度頭的關鍵工件，承擔著聯接夾具和分度頭承前啟后的作用，它既要傳遞分度頭到夾具的轉矩，又要保證左右旋轉角度的精度。所以，該連接軸的精度需達到以下要求：

圖6

①材料采用40Cr，粗加工后進行調質處理，精加工前進行表面熱處理硬度48HRC。前后莫氏錐外圓需涂色檢查，接觸精度≥85%，同心度≤0.01mm。

③前后孔需采用60？中心孔，表面粗糙度值Ra=1.6mm，并帶有120？保護窩。中間連接軸需和兩端錐外圓同時磨出，待分度頭和夾具聯接后，用卡盤輕輕夾緊，即可增加兩個聯接件的穩定性。

五、被加工件安裝過程

根據工藝安排，精加工時，龍門銑床擔負工序4：精銑上下面，鉆鉸各坐標孔，其余各孔點窩；工序5：精銑兩斜面，鉆鉸各坐標孔，其余各孔點窩（用專用夾具）。

工序4在這里不做論述，只介紹一下加工兩斜面及斜面上坐標孔的內容。

夾具安裝前，按規定位置，在工作臺上鉆出裝夾工件的螺釘孔M16-6H共9個。夾具安裝分三步：

①安裝前，須將各接觸面清洗干凈。

②按定位鍵確定的位置，將夾具安裝在龍門銑床的合理位置。

③分度頭安裝。首先將連接軸安裝在分度頭的主軸孔內；然后用螺桿拉緊；其次，將分度頭輕輕推進夾具的中間莫氏4號孔內，在用螺桿拉緊；最后，用卡盤扳子將連接桿輕輕夾緊，再用扳子將分度頭緊固在龍門銑工作臺上。

此時夾具和分度頭安裝完畢，其狀態如圖7所示。

圖7

找正工作臺平面，用分度頭調整左右角度，將分度頭盤左側螺釘松開，將定位銷插在分度盤內，旋轉時，只需旋轉插上定位銷的分度盤即可，待用百分表找平后，再將左側螺釘緊固。

圖8 工件安裝前，銷柱、壓板及各螺釘擺放位置

該夾具是一面兩銷定位。首先，要在工作臺上鉆出定位孔，兩定位孔要按著圖樣要求在工件中心偏離1.1mm處，用探針確定夾具旋轉中心位置，即檢測連接軸外圓，當中心確定后，機床主軸移動至相應位置。

工件的夾壓螺釘孔，是在把該夾具安裝于龍門銑床之前完成的。安裝銷子后，以銷孔定位，將工件安裝在工作臺上，用螺釘和壓板將工件夾緊。按圖8所示要求，用分度頭左右旋轉夾具角度－19.5°、22°。

圖9

角度確定后，須在該夾具兩側安裝左右定位柱，以穩定夾具，并在機床工作臺上自找合適位置，將該夾具壓緊。

在以上工作完成后，實施加工時，關鍵加工部位是在Y方向加工左右兩側面時，需要用探針將旋轉中心零點確定，加工時，每面各留1～1.5mm用探針檢測其實際尺寸，按要求尺寸移動Y方向坐標。然后再反復精加工各斜面成品，兩斜面成品的相交點與夾具旋轉點距離是保證精度的重點。
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