基于汽车固定盘零部件制造的四轴夹具设计的探析

摘 要：固定盘作为汽车中最为主要的零件之一，在对于其进行加工的时候，需要保证其质量与性能，在传统的加工工艺中，固定盘的加工难度大，夹装效果不好，并且还不能适应大批量生产的需求。本文对于汽车固定盘的加工进行了分析，并提出了四轴专用夹具的制造模式，改善了固定盘制造的难度，并且制造产品符合相关规定要求，质量可以满足汽车的使用需求。

关键词：汽车固定盘；零部件制造；四轴夹具设计

在汽车行业迅速发展的今天，汽车中需要的零部件变得越来越多，并且零件的结构往往很复杂，在进行制造的时候，难度较大，并且批量生产的需求高，但是实现很难。在汽车零件的加工中，对于夹具的需求越来越高，传统的加工方式并不能满足对于汽车零件的加工需求，不仅阻碍了汽车行业的发展，也对于我国的经济进步造成了一定的影响。在进行汽车零部件加工的时候，夹具具有重要的作用，气压和液压控制的汽车固定盘零部件制造四轴专用夹具的出现，改善了零件加工的难度，并且对于实现零件的自动化大规模生产具有重要意义。

1 汽车零部件加工工艺分析

在汽车零件加工的过程中，一般企业在进行零部件加工需求提出的时候，都是大批量的需求，并且对于零件加工的指标具有规定，所以在工厂进行零部件加工的时候，需要对于零件的加工工艺进行分析，确保产品的施工流程顺利，在进行施工的时候，主要应用的技术有数控机床、数控精加工等技术，在加工的时候，如果没有专业的零件夹具，就很难实现零件的批量生产，所以也就很难达到客户的需求，不仅降低了零件加工企业的竞争力，也会给企业造成很大的损失。

在进行零件加工的过程中，主要要对于加工工艺、加工技术以及生产过程的流程以及成本进行分析，确保批量生产的经济性，同时保证零件质量符合客户需求。在进行加工的时候应用四轴气动液压夹具，可以有效地实现对于零件的固定，并且在进行加工的回收，四轴气动液压夹具的两部分，分别工作，可以实现对于零件的固定与装拆，在使用四轴气动液压夹具进行装夹的时候，夹具设计较为简单，并且成本很低，管理上更加方便，可以有效地帮助零件实现自动化的加工。

2 气动液压夹具的控制系统以及其工作过程

2.1 机械手气动夹具结构及其工作过程

机械手气动夹具的结构图如图1所示：

在夹具中，主要由气缸、机械手以及夹具体三部分组成，在使用的过程中，机械手以及夹具体都是为了给气缸传递能量而存在的。机械手动夹具的具体工作过程如下。

通过气缸将压力传递给机械臂，机械臂在受到气缸的推力和拉力后使得机械臂做垂直向上和水平向右的动作。当机械臂处于水平状态后，在气缸的作用下使得机械手水平向右移动。在气缸的作用下使得机械手指板夹紧工件，当工件夹紧后通过气缸使得机械手向前推进，直到机械手指板夹紧的工件被四轴夹具顺利夹持。然后通过气缸推动机械手指板工件在四轴夹具上夹持牢固。机械手气动夹具的这一完整的工作过程主要都是在气缸的压力推动下完成的，因此该夹具的核心主要是气缸的选用与确定。

2.2 四轴加工中心夹具结构及其工作过程

主要是由四轴分度转盘、液压站、夹具体组成。该四轴液压夹具的工作过程主要是液压站通过液压油产生压力推动夹具上的单作用液压缸实现零件的定位装夹。夹具体和液压缸装配好后，将夹具两端通过法兰装夹到四轴分度盘上。液压油通过夹具体进油孔输入，油液进入个液压缸，在液压油推力作用下，活塞杆向下压缩弹簧，弹簧被压缩后夹具体上下表面在液压缸和活塞、螺钉作用下被夹紧。当液压油失去压力后，弹簧逐渐恢复弹性，工件在夹具体上松开。

3 四轴气动液压夹具的参数确定

3.1 机械手气动夹具主要参数设计

气动夹具因为装夹快捷、方便、可靠，因此常用于大批量生产。气动夹具的设计主要是气缸的选用与计算。气缸的缸径大小决定了气缸输出力的大小，单缸双作用气缸夹具原理径大小的确定可以通过标准查阅。在设计时可以预选缸径计算夹紧力，然后通过优化机构的设计或改变气缸缸径来满足所需要的夹紧力。该机械手设计的气动夹具采用的是单缸双作用气缸，根据杠杆平衡原理：

P.A=F.B

式中：P为单缸双作用气缸推力（kgf）；F为夹紧力（kgf）；A为气缸力臂（mm）；B为夹紧力臂（mm）。

因为此处机械手气动夹具的工作要求是只需要装卸零件，所以需要的夹紧力不需要太大，只要能保证工件装卸自如即可，因此根据实际需要和经验分析，机械手气动夹具的夹紧力F≥50kgf即可满足要求。

3.2 四轴液压夹具的主要参数设计

液压夹具虽然与气动夹具具有相似的优点，但是液压夹具的工作压力大且稳定，因此液压夹具常用于大批量、重切削的自动化生产。液压夹具的设计过程主要是根据实际用途需要，首先结合工况要求确定液压夹具的类型，然后根据相关技术要求确定液压夹具的相关参数，如液压缸缸径、液压缸夹具的夹紧力、液压缸的外负载等。

该研究设计的四轴液压夹具采用的是单缸单作用液压缸，液压夹具在设计时其中负载受力是关键因素，然后确定其缸径等其他参数。液压缸在工作时所受外负载力F包括三种类型：一是工作负载，二是惯性负载，三是摩擦阻力负载。因此液压缸外负载为：

F=Fw+Fa+Ff

式中：Fw为工作负载，对于金属切削机床来说，即为机床加工时的切削合力；Fa为运动部件速度变化时的惯性负载；Ff为导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨Ff可由Ff=f（G+FRn）求得，G为运动部件重力（此处按1000N）；FRn为垂直于导轨的工作负载（此处为切削轴向力）；f为导轨摩擦系数，分别取动摩擦、静摩擦系数为0.1、0.2。

因此可以计算出液压缸活塞的直径d，即：d≈35mm，根据查表和实际需要此处d=12mm即可满足要求。

综合国家标准查得液压缸内径及活塞杆的直径分别取值D=50mm，d=12mm。

4 结论

随着汽车行业的发展，人们对于汽车中零配件的质量需求也越来越高，在汽车地工装夹具设备制造中，需要按照汽车固定盘的加工工艺特点进行分析，并且在进行设计的时候，要尽可能的实现自动化的生产，只要解决了汽车固定盘四轴气动液压夹具的批量生产问题，就可以很好地减少制作的成本，并且更加符合汽车行业的需求，可以减轻设计的压力，并且更加适应市场推广的需求。

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作者简介：徐伟东，身份证号码：230183198707165016。