柔性生產線的CNC專用夾具方案是實現(xiàn)高效加工的基礎。下面我們從共線生產的多品種發(fā)動機缸體缸蓋夾具的關鍵結構設計著手，探討夾具布局方案對生產線效率及質量提升的關鍵設計。

Part.1 粗加工高效夾具設計

粗加工序完成后續(xù)工序定位基準加工；主要加工面去余量，同時預留合理的余量給精加工以保證加工面最終尺寸及平面度、表面粗糙度等要求。在多產品粗基準相同的工藝條件下，關鍵考慮加工干涉、切削效率和加工質量穩(wěn)定性。產品粗基準不同時，需通過夾具的創(chuàng)新設計實現(xiàn)兼容性。

1. 氣缸體夾緊方案

如圖1所示，粗加工主要為缸體、燃燒室面等特征加工。工件落座后，夾具主要通過油缸推出壓桿壓緊缸體毛坯的排沙工藝孔，將零件精確壓緊在基準方向上，但因鑄造余量、拔模斜度及切削沖擊載荷導致壓緊桿頻繁斷裂，嚴重影響生產效率。

圖1 粗加工輔助夾緊設計

但此方向另一定位點的夾緊頭從未發(fā)生過斷裂問題，通過重新合理設計壓頭結構，如圖2所示，將此向所有輔助夾緊方案設計為同一結構，有效解決了壓頭因沖擊導致斷裂的問題。

圖2 粗加工Z向輔助夾緊新設計

2.雙夾具方案適應共線生產

氣缸蓋的粗定位基準差異較大，為實現(xiàn)不同產品共線生產提出三種方案：

1） 外包實現(xiàn)粗加工序特征；

2） 新增一臺CNC；

3） 在同一臺加工中心上加工。

圖3 缸蓋雙夾具設計實現(xiàn)精基準的加工

通過換型定位裝置或設置雙夾具方案，經評估大批量生產方式下優(yōu)選雙夾具方案。如圖3所示，大小缸體的缸蓋零件定位設計差異較大：雙夾具設計Ⅰ設計為小缸體加工；Ⅱ為大缸體加工位置，成功實現(xiàn)成本控制和質量保證。

Part.2 基于“一面兩銷”的精加工夾具設計

缸體、缸蓋為典型的箱體類零件加工，在加工基準上采用“一面兩銷”的定位方案來實現(xiàn)6個平面及孔系的精加工。

1.采用A/B軸夾具

基于B軸傳動方式，原缸體生產線全部采用B軸夾具方案，如圖4所示，部分加工特征如曲軸位置傳感器孔，主軸承蓋結合面等特征加工必須將零件翻轉直立后才能完成加工。

圖4 缸體全部B軸夾具設計方案

經過行業(yè)考察及氣缸蓋A軸實際應用，1.5L以下小排量鑄鐵缸體的加工負荷通過A軸加工完全可以達到工藝要求。如圖6所示，采用 B 軸、A軸串聯(lián)布置方式可以方便地實現(xiàn)零件的定位面一直朝下，無需再整體翻轉立起，不僅節(jié)省了員工的操作時間，降低了工作負荷，而且避免了翻轉過程中切削液飛濺導致工作環(huán)境的污染。

圖5 采用A/B軸串聯(lián)工藝布局結構

2.優(yōu)化鋁合金夾具夾緊點設計

采用杠桿式增力夾緊機構設計應用于鋁合金缸蓋的加工，既避免缸蓋的形變，又滿足加工受力的要求，如圖6所示，大部分工位采用類似結構設計，滿足生產線長期耐久運行的考驗。因夾緊點距離差異較大，無法實現(xiàn)兼容夾緊工序，通過設計快換的夾頭結構，實現(xiàn)不同零件的兼容。

圖6 夾具結構采用杠桿式增力機構及快換壓頭

3.到位擋停結構精確設計

基于低成本設計要求，CNC設計為半自動上料。為確保員工將零件推拉到位，機床夾具的感應裝置設計尤為重要。

圖7 工件到位擋停機構設計

因此設計如圖7所示，工件推到位后實現(xiàn)連接機構內部氣路接通而產生通道內壓力變化直到設定值，實現(xiàn)零件到位監(jiān)控。通過將該信號寫入設備的互鎖邏輯，零件未到位時，則機床不加工以防止零件掉入加工倉。

4.定位銷氣檢結構設計

基于“一面兩銷”的設計結構，如圖8所示，“一面”通過3個 或4個定位點；“兩銷”即圓銷和菱形銷定位組件。

圖8 定位銷設計結構，斷銷通過氣壓檢測實現(xiàn)自動報警

設計均采用了氣壓監(jiān)測通道，當受力過大導致斷銷時機床將自動停機并報警，防止刀具碰撞事故發(fā)生。

5.定位點結構設計

如圖9所示，夾具各定位點均采用了氣密監(jiān)測及切削液沖洗裝置：在定位過程中沖洗防止定位面粘鐵屑導致的加工異常；加工過程中氣密檢測全程監(jiān)控零件是否移位。

圖9 定位面設計結構

Part.3 關鍵特征加工夾具設計

機加工全部采用CNC加工，主要考慮生產柔性及未來新產品導入等因素，但在關鍵特征加工的長期能力無法達到工藝要求，比如曲軸孔精鏜位置度。

1.特殊工位夾具設計

缸體曲軸孔采用專機特性的線鏜刀工藝加工方式，既兼顧CNC的柔性，又保證專機加工的穩(wěn)定性，其關鍵核心為在刀具遠端增加一軸承支撐，防止刀具重力因素及加工材料軟硬導致位置變異。但線鏜刀對進刀的中心要求非?？量?，基于銷孔配合的定位方案存在一定間隙的影響。

為消除間隙，如圖10所示，在零件 側面增加一推動液壓缸，工件落座定位后通過推桿將零件推向一側，消除 潛在間隙影響確保對中度。通過在CNC上使用專機線鏜刀方案，成功將曲 軸孔前后端中心差異從0.025mm改進到0.01mm以內。

圖10 關鍵工序采用液壓杠消除定位間隙設計

2.關鍵工位工裝在線測量裝置

在線測頭用于箱體類零件關鍵特征的加工，主動干預過程實現(xiàn)加工能力提升。如缸體止推面、缸體缸蓋燃燒室面等重要特征加工探測，為保證加工尺寸能力，通過測頭測量實現(xiàn)刀具磨損進行補償。為避免測頭粘鐵屑、鋁屑、測頭本體波動等影響，通過在夾具上安裝一標準尺寸的參考件，定期對測量系統(tǒng)進行標定、監(jiān)控，確保加工尺寸的準確性。

箱體類零件專用夾具在缸體、缸蓋生產線已成功開發(fā)應用。除了部分夾緊及導向組件需手動換型外，定位器件均無需換型，可實現(xiàn)3大類系列產品的共線生產?；谝幻鎯射N的精加工A/B軸混合使用，有效縮短了生產輔助時間，提升了人機工程的應用，特別是專機概念應用到CNC夾具的設計，有效提升了關鍵特征長期加工能力。
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