一种气压式快换夹具的制作方法

本发明涉及各类产品中的壳体类零、组件的加工，具体地涉及一种气压式快换夹具。

背景技术：

传统夹具及加工工艺重视单机精度，忽视传递精度；设计、工艺、加工、检验基准不统一；工序转换靠夹具定位，转换中工件离开夹具，一个零件的一道工序配置一套夹具；无柔性，不可“中断加工”。以壳体零件为例。

传统夹具结构及找正方法（见图1）：1A、底板，2A、压板1，3A、压板2，4A、平板，5A、螺钉，6A、螺母1，7A、弹簧1，8A、支承1，9A、垫圈，10A、螺母2，11A、螺栓1，12A、圆柱销，13A、菱形销，14A、螺栓2，15A、弹簧2，16A、支承2，17A、被加工零件；它在机床工作台上的位置可任意，加工零件前必须先将表装到机床的主轴上，移动主轴找正底板1A上的基准“J”面，之后用螺钉通过14mm的2槽将其固定在机床工作台上，再移动主轴找正夹具主定位圆柱销2A，通过表上的读数得到圆柱销2A相对于机床原点“X Y”方向的坐标值，记录下来，并更改零件加工程序中“G54”命令，将其设定为加工“0”点。此过程实测时间为65分钟。而且更换或拆卸一次夹具就必须重复一次上面的工作。

传统夹具对零件的装卸（见图1）：将被加工零件放到夹具上——推动压板1（2A）和压板2（3A）至压紧位置——旋转螺母2(10A )和螺母1(6A)直至压板1(2A)和压板2(3A)将零件夹紧。拆卸被加工零件的过程：旋转螺母2(10A)和螺母1(6A)直至压板1(2A)和压板2(3A)离开被加工零件——拉开压板1(2A)和压板2(3A)——从夹具上取下被加工零件。此过程实测停机时间为2分钟。加工过程中若需将零件送计量室检测，必须将零件从夹具上拆卸下来，零件在检测的时间内，设备只能闲置。零件的同一部位不能在不同的设备间相互转换加工，不同的零件或同一零件的不同部位不能在同一台设备上穿插加工。

快速安装技术就是通过在每台设备上投入部分机床附件（零点定位装置），来提高更换夹具的效率和更换零件的精度，减少辅助时间，最大程度发挥每台设备的潜力，在减少机床投资的情况下取得较好的效果。

快换夹具分为液压式和气压式两种：液压式快换夹具安装成本高，必须靠稳压器稳定液压压力来保证夹具处于被夹紧状态，可靠性不高，一般不选用；气压式快换夹具干燥、易操作，利用机床上吹零件用的气压源加装一个增压泵将气压的压力增至7bar以上即可实现。气压式快换夹具闭气时是夹紧状态，安全、可靠，夹紧力可达48000N左右。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够快速定位、快速安装的气压式快换夹具，利用该夹具加工零件时无需找正，可实现一次装夹进行五面加工；可在一台机床上加工同一零件的不同工序或不同的零件；可一次装夹在不同的设备上进行加工；还可实现在加工的过程中不拆卸零件，将带夹具的零件移到检验设备上进行零件的检测之后又直接回到加工设备上继续加工。当机床在进行生产操作时，新工件可准备就位，只需几十秒钟时间，就可在机床上定位急件，然后，先前中断的生产过程仍可继续，因此，大大缩减了机床停机时间。

本发明的技术方案是：一种气压式快换夹具，其特征在于：由装夹零件的专用夹具、托板、拉钉、基础板组成，托板和专用夹具设计为一体，专用夹具包括传统夹具的底板、压板；拉钉分为定位拉钉、补偿拉钉、纯粹拉钉，底板下至少有一个定位拉钉和一个补偿拉钉；基础板由和拉钉对应个数的MTS卡盘集成在一块定制的底板上而形成，基础板有中心孔，单个MTS卡盘上采用无间隙的棱柱定位，有内圈定位面和外圈定位面，MTS卡盘有拉钉孔，基础板设有气压装置的气道、托架、弹簧、钢珠。

多个MTS卡盘任意组合安装间距标准化，公差为0.01mm，重复定位精度为0.005mm。

专用夹具设有工艺孔或工艺凸台，保证能实现一次装夹多面加工。

基础板通过增加加高板加高，所有垫高后的基础板高度一致，在避开基础板气路孔的位置加装一个防错销，用于卧式加工中心的机床。

不加高的基础板，在避开基础板气路孔的位置加装一个防错销和补加工四个螺钉过孔，用于立式加工中心上的机床。

夹具基体部分采用铝板。

定位部分加装钢件定位环来保证夹具的耐磨性，定位环的外径等于基础板上MTS卡盘的外径，定位环高出夹具底部大平面1mm。

拉钉通过螺套安装在底板上，螺套和底板是过盈螺纹连接；拉钉的相互位置公差为±0.01mm。

在夹具底板上与基础板中心一致的中心位置给出φ10的工艺孔，此孔在夹具加工完时用堵头堵住。

夹具底板长和宽的大小不小于基础板的长和宽，但压紧机构尽量不要悬出去太多。

使用时，给基础板通气，压缩空气由气道进入MTS卡盘并使托架下移压缩弹簧，钢珠缩回，MTS卡盘打开，将装好拉钉和工件的专用夹具上的拉钉装入MTS卡盘；给基础板放气，弹簧回弹使托架上移，钢珠凸出卡住拉钉，使带工件的专用夹具固定在基础板上。

本发明的有益效果：利用气压式快换夹具加工零件时无需找正，可实现一次装夹进行五面加工；可在一台机床上加工同一零件的不同工序或不同的零件；可一次装夹在不同的设备上进行加工；还可实现在加工的过程中不拆卸零件，将带夹具的零件移到检验设备上进行零件的检测之后又直接回到加工设备上继续加工。当机床在进行生产操作时，新工件可准备就位，只需几十秒钟时间，就可在机床上定位急件，然后，先前中断的生产过程仍可继续，因此，该专利大大缩减了机床停机时间,提高了设备使用效率，从而提高了生产效率，较好地保证了生产节点，也减少了机床的投入成本。

附图说明

图1是传统夹具结构示意图，

图2 是气压式快换夹具组成示意图，

图3-1 是气压式快换夹具拉钉压入前示意图，

图3-2是气压式快换夹具拉钉压入后示意图，

图4 是两个拉钉位置示意图，

图5 是四个拉钉位置示意图，

图6 是六个拉钉位置示意图，

图7 是加高后的基础板示意图，

图8 是不加高的基础板示意图，

图9-1 是立式和卧式加工中心用气压式快换夹具示意图，

图9-2是图9-1的俯视图。

图10是图9-2的A－A视图。

图11－1是立式加工中心用气压式快换夹具示意图，

图11－2是图11－1的俯视图，

图11－3是图11－2的A－A视图，

图12－1 是通用基础板14D6321/1092示意图，

图12-2是图12-1的俯视图，

图13-1 是气压式快换夹具14D6321/1091示意图，

图13-2是图13-1 的俯视图，

图13-3 是图13-2 的A-A视图。

图中标记：

1A、底板，2A、压板1，3A、压板2，4A、平板，5A、螺钉，6A、螺母1，7A、弹簧1，8A、支承1，9A、垫圈，10A、螺母2，11A、螺栓1，12A、圆柱销，13A、菱形销，14A、螺栓2，15A、弹簧2，16A、支承2，17A、被加工零件。

1、专用夹具，2、托板，3、拉钉，4、基础板，5、定位拉钉，6、补偿拉钉，7、纯粹拉钉，8、MTS卡盘，9、气道，10、托架，10，11、钢珠，12、加高板，13、螺钉过孔，14、弹簧，15、防错销。

1B、底板，2B、定位环，3B、螺钉，4B、拉钉，5B、螺套，6B、圆柱销。

1C、底板，2C、定位环，3C、螺钉，4C、拉钉，5C、螺套，6C、圆柱销，7C、堵头。

1D、底板，2D、防错销。

1E、底板，2E、压板1，3E、压板2，4E、平板，5E、螺套，6E、环，7E、夹紧拉钉，8E 、螺母1，9E 、支承1，10E、弹簧1，11E、垫片，12E、螺栓1，13E、螺母2，14E、圆柱销，15E、菱形销，16 E、螺栓2，17E、弹簧2，18E、支承2，19E 、螺钉1，20E、螺钉2，21E、补偿拉钉，22E、定位拉钉，23E、销子。

具体实施方式

参见图1-13，一种气压式快换夹具，其特征在于：由装夹零件的专用夹具1、托板2、拉钉3、基础板4组成，托板2和专用夹具1设计为一体，专用夹具1包括传统夹具的底板、压板；拉钉3分为定位拉钉5、补偿拉钉6、纯粹拉钉7，底板下至少有一个定位拉钉5和一个补偿拉钉6；基础板4由和拉钉3对应个数的MTS卡盘8集成在一块定制的底板上而形成，基础板4有中心孔，单个MTS卡盘8上采用无间隙的棱柱定位，有内圈定位面和外圈定位面，MTS卡盘8有拉钉孔，基础板4设有气压装置的气道9、托架10、弹簧14、钢珠11。

使用时，给基础板4通气，压缩空气由气道9进入MTS卡盘8并使托架10下移压缩弹簧14，钢珠11缩回，MTS卡盘8打开，将装好拉钉3和工件的专用夹具1上的拉钉3装入MTS卡盘8。给基础板4放气，弹簧14回弹使托架10上移，钢珠11凸出卡住拉钉3，使带工件的专用夹具1固定在基础板4上。

多个MTS卡盘8任意组合安装间距标准化，公差为0.01mm，重复定位精度为0.005mm。

夹具设计选定适合待加工零件的基础板和拉钉的型号。不同型号基础板的夹紧力大小不一样，与之相配的拉钉型号也不同。

夹具设计应和待加工零件工艺一起给定合理的工艺孔或工艺凸台，保证能实现一次装夹多面加工。

夹具设计时应按工艺规程要求的设备转速和切削深度计算切削力，选定拉钉个数及零件的压紧力，保证加工的安全性。设计时注意定位拉钉和补偿拉钉的位置，如图4-6。

如图7所示，用于卧式加工中心的基础板需要根据机床的行程加高，增加加高板12。考虑基础板的通用性、互换性，所有垫高后的基础板4高度一致，基础板高度差不大于0.01mm，定位面与底面的平行度公差为0.005mm。在避开基础板气路孔的合适位置加装一个防错销15，保证夹具安装方向一致。

如图8所示，用于立式加工中心上的基础板可不加高，只需在避开基础板气路孔的合适位置加装一个防错销15和补加工四个螺钉过孔13。

为了减轻夹具重量，装有拉钉3的托板2和专用夹具1设计为一体，夹具基体部分采用铝板。如图9-10所示，立式和卧式加工中心用夹具底板1B 采用铝板，为防止底板变形，铝板厚度尺寸“H”应根据底板大小来取，至少在25mm以上。定位部分加装钢件定位环2B来保证夹具的耐磨性。定位环2B的外径等于基础板上MTS卡盘的外径（MTS卡盘外径有φ81和φ130两种），安装定位环2B的螺钉3B避开MTS卡盘上的内外两圈定位面。为提高夹具工艺性，定位环2B高出夹具底部大平面1mm。2个、4个或6个定位环面为一平面（基准A面），且平面度公差要求为0.01mm,零件定位的面对其平行度或垂直度公差要求为0.01mm（如图11所示）。拉钉4B通过螺套5B安装在底板1B上，螺套5B和底板1B是过盈螺纹连接，以保证夹具的稳定性。

为保证夹具的互换性和零件的加工精度，拉钉的相互位置公差为±0.01mm。加工零件同一部位的几套夹具高度尺寸应一致，图9-10所示夹具可一次加工三个面的所有孔，其高度尺寸公差直接影响到零件孔中心距尺寸，公差应为±0.005mm。图11所示夹具一次只能加工一个面上的孔，其高度尺寸公差影响的是零件孔的深度尺寸，考虑夹具的经济性，公差应为±0.01mm。

如图9-11所示，夹具设计时应将主定位即圆柱销6B或圆柱销6C的位置与基础板中心的位置关联起来，并将关联尺寸标刻在夹具底板中心位置。在夹具底板1B或底板1C上对应基础板上防错销的位置做让开防错销的盲孔C。

为避免冷却液和铁屑进入MTS卡盘内，影响MTS卡盘的精度。夹具底板上不能有通孔，如图11所示，为方便夹具在加工过程中保证各尺寸精度，在夹具底板上与基础板中心一致的中心位置给出φ10的工艺孔，此孔在夹具加工完时用堵头7C堵住；夹具底板长和宽的大小不小于基础板的长和宽，但压紧机构尽量不要悬出去太多，否则使用时间久了夹具底板容易变形。

为确保夹具的稳定性和安全性，设计夹具时应规定：装配拉钉的力应一致且不小于50N。

实施例：

根据RCB10B-630-02壳体的大小和切削力选择装四个拉钉的基础板（如图5所示），型号为ER-063136，相应的拉钉型号为ER-041461(1套4件)。

机加分厂卧式加工中心数量有限，因此选择在立式加工中心上对RCB10B-630-02壳体进行试验，基础板可不加高，只需加装防错销15和补加工四个螺钉过孔13，据此设计了立式加工中心通用基础板14D6321/1092，如图12所示，此基础板第一次找正安装在机床上之后成为机床的一个附件，不用拆卸。其找正过程：用表粗拉四个平面A、B、C、D中的任意一个——用表打四个MTS卡盘8中任意一个定位锥面——移动120mm（所选基础板的MTS卡盘中心距）——用表打另一个MTS卡盘中定位锥面（看表读数高低一致则为找平）——用四个螺钉通过4-φ13.5螺钉过孔13将基础板压紧在机床工作台上——找基础板中心点的“X Y”坐标并将其设定为机床的加工“0”点。

根据气压式快换夹具的设计原理和RCB10B-630-02工艺规程要求设计了图13所示的气压式快换夹具14D6321/1091（不同的零件或不同的加工面气压式快换夹具外形结构和尺寸不同，但定位和装夹设计原理相同）。

以夹具14D6321/1091为例对气压式快换夹具的使用进行说明：

如图13所示，该快换夹具底板1E中心位置（此中心点与14D 6321/1092的中心点一致）已标刻了用于被加工零件主定位的圆柱销14E与基础板中心位置关联的坐标尺寸“X67 Y8”，只需更改零件加工程序中“G54”命令，将其设定为加工“0”点，夹具不需找正。此操作也只是夹具首次使用时作，之后无论什么时候使用该夹具，只需装上零件后就可进行加工。

气压式快换夹具一个号的夹具应同时制造两套，其中一套夹具装在机床上加工零件的同时，另一套夹具在机外拆卸和预装夹零件，零件加工完，将夹具和零件一起从机床上取下，再将装好零件的夹具装到机床上，加工即可进行，最大限度缩短了机床的停机时间。如图13所示，被加工零件的机外装夹过程为：将被加工零件放到夹具上——推动压板1(2E )和压板1(3E )至压紧位置——旋转两件螺母1(8E )和螺母2(13E )直至压板1(2E )和压板1(3E )将零件夹紧。被加工零件的拆卸过程为：旋转两件螺母1(8E )和螺母2(13E )直至压板1(2E )和压板1(3E )离开被加工零件——拉开压板1(2E )和压板1(3E )——从夹具上取下被加工零件。

气动快换夹具的卸装过程：将气枪对准图14中气嘴吹气，基础板上的MTS卡盘处于打开状态——从基础板上取下带零件的夹具——将在机外装好零件的夹具装到基础板上（四个拉钉对准四个MTS卡盘孔）——将气枪对准气嘴放气，基础板上的MTS卡盘关闭，同时夹紧夹具。此过程实测时间30秒。

加工过程中若需将零件送计量室检测，无须将零件从夹具上拆卸下来，只要将带夹具的零件移到检验设备上进行零件的检测，之后又直接回到加工设备上继续加工。零件在检测的时间内，设备可以加工其他零件或同一零件的其他部位。

气压式快换夹具与传统夹具装夹时间对比

表1 气压式快换夹具与传统夹具装夹时间对比

从表1可以看出气压式快换夹具与传统夹具相比较，气压式快换夹具无需找正，每一次夹具的换装时间只是传统夹具零件装夹时间的25﹪。