《球面管接头零件快换工装设计和应用》
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摘 要： 在使用专用工装加工球面管接头零件的螺纹及密封锥面时,一个零件对应一个专用工装.工装不仅结构复杂,而且相互之间无互换性,造成资源浪费.为球面管接头零件设计一种快换工装,由夹具本体、芯轴和安装样板三部分组成.夹具本体为通用工装,加工时对不同的结构尺寸和定位尺寸采用不同的芯轴,并通过安装样板进行找正.对300余个零件的结构尺寸和定位尺寸进行分组,仅需8个夹具本体即可替代原有的300余个专用工装.快换工装拆卸方便、定位准确,在保证产品质量的同时大大提高了加工效率.
关键词： 球面管接头;通用工装;快换工装;互换性;夹具本体;芯轴
中图分类号：TH162;TG751文献标识码：A文章编号：2095-8412 （2020） 06-035-05
工业技术创新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.netDOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.06.006
引言
管接头零件是使管路之间相接或使管路与液压元件相接的零件,是在流体通路中方便管路装拆的连接件的总称[1].管接头零件是最基础的液压辅件之一,在航空动力系统中得到了重视.在航空动力系统中,航空液压管接头连接了管路与泵、阀、缸等液压组件,组成了飞机液压系统,对确保油、水、气在航空动力系统中的可靠循环起到了至关重要的作用[2].
管接头零件规格品种繁多,结构复杂.较传艳等设计的弯管接头工装[3]、魏林设计的Y型接头工装[4]、王泽亮等[5]设计的锥面工装、吴丽宏[6]设计的内螺纹工装,都是针对不同结构的管接头设计的专用工装.然而,目前面向球面管接头（图1）零件结构实施工装设计的研究较少,这是因为对于该类管接头的裝夹加工,必须针对不同结构及尺寸设计不同专用工装,难以实现互换性,且大量工装存在,造成了人力、物力、财力的大量浪费.
本文首先对传统工装模式及其存在的问题进行分析;然后为球面管接头零件设计一种通用快换工装;最后给出加工实例,验证工装设计的可行性.
1.传统工装模式及其存在的问题
1、1 传统工装结构及加工方法
在车削螺纹及密封锥面时,传统工装结构如图2所示,主要由装夹体（1）、连接体（2）、支板（3）、定位轴（4）、压板（5）、压块（6）构成.加工时,将装夹体柄部装夹在机床主轴上,找正支板外圆后将零件安装在定位轴上.用安装样板（图3）装正零件,压板通过压块压紧零件后,将安装样板拆除,进而对零件进行加工.
1、2 传统加工存在的问题
目前采用的工装通常为专用工装,存在以下问题：
（1）结构复杂,不易加工;
（2）工装与加工零件一一对应,难以实现互换性,造成大量专用工装的存在,给保存、定期检修造成了人力、财力、物力的大量浪费;
（3）对于新品零件,工装设计及制造周期长,严重影响着零件产品的按期交付.
2.快换工装结构设计
对球面管接头零件进行分组,综合考虑每组零件的螺纹及密封锥面车削工序,在加工组内不同型号零件时,只需更换或调整夹具的某些部件.
快换工装主要由夹具本体、芯轴和安装样板三部分组成.对于同一组的各加工对象而言,夹具本体部分是完全相同的,而芯轴和安装样板是不同的,需要更换或调整某些定位或导向元件,以适应组内不同零件的加工要求.因此,在设计时综合考虑组内各零件的形状和尺寸,合理设计通用的基础件,正确选择和确定定位基准、定位元件、夹紧方式等[7].
2、1 影响因素分析
球面管接头零件结构如图4所示.根据零件形状及尺寸差异,对工装设计产生影响的有定位尺寸及结构尺寸.选择定位基准时要依据“基准重合”原则和“基准统一”原则[8],充分考虑工件的加工精度和装夹.
定位尺寸通过与工装定位元素的相应定位工作面实施接触、配对或对准来保证定位的正确性[9-11].结构尺寸是使零件装夹时不会产生干涉或影响尺寸.对于球面管接头零件的装夹,主要参数有：
D零和H定位是定位尺寸.只要实现定位尺寸影响因素的快换,便能实现同组别内的工装快换.其中,
D零—保证与定位芯轴安装一致性的变量;
H定位—保证车削时零件中心与工装中心、车床主轴中心重合的变量.
H零和L零是结构尺寸,是影响工装整体规格的因素.其中,
H零—确定快换工装夹具本体的规格的变量;
L零—避免非加工面与工装产生干涉的变量.
2、2 各结构详细设计
2、2.1 夹具本体
夹具本体如图5所示,该部分为球面管接头零件加工时的通用工装,采用45A材料,热处理硬度HRC35～40,Φ外圆为找正带,倒角C1用于防止与芯轴干涉,端面槽用于在零件定向时安装样板,尺寸L夹使装夹时满足定位孔中心到非加工面的各个尺寸之间不干涉.
2、2.2 芯轴
芯轴为工装的关键部分,示意图如图6所示.芯轴需要反复安装与拆卸,要求硬度高、耐磨损,所以选用T8A碳素工具钢,热处理硬度HRC55～60.芯轴与夹具本体及零件相邻处清根,保证安装时不干涉.
芯轴与夹具本体、零件相关尺寸选择原则如下：
（1）d等于D,即芯轴d与夹具本体尺寸名义值D相同;
（2）H芯等于H本-H定位,保证零件中心与夹具中心重合;
（3）K芯<K本,保证安装样板不干涉;
（4）D销孔与夹具本体中配做,尺寸及公差相同;
（5）配钻时保证芯轴与夹具本体槽的端面平行;
（6）芯轴d零与零件尺寸名义值D零相同.
在以上原则中,H本、D销孔、D、d、K本、K芯为定值.
2、2.3 安装样板
安装样板作为找正工具,在零件紧固前通过V型原理对零件找正,然后进行紧固.紧固后将安装样板取下,对零件进行加工.
2、3 工装的使用
工装示意图如图7所示.在加工球面管接头零件（5）的锥面及螺纹时,将夹具本体（1）装夹外圆置于机床软爪上,找正Φ外圆（找正带）跳动不大于0.01 mm,然后将芯轴（6）安装在夹具本体上,通过销轴（7）固定,从而起到定向作用.销轴上端面低于芯轴上端面,销轴下端面低于夹具本体下端面,以防止装夹干涉.用螺母（3）从下端面将芯轴固定在夹具本体上.将零件安装在芯轴上,夹具本体中端面槽配合安装样板来确定零件的装夹定向,从而确保安装样板对零件的定向.然后,在零件上端垫铜垫片（4）,以防压伤零件,用螺母从上端面固定零件.零件安装定位后,拆除安装样板.最后配做配重（2）,根据零件架构及材料比重差异,配重可选用铝、铜、钢、钛合金等不同材料,以保证平衡.至此,装夹定位完成,可以对零件进行加工.
对于不同零件,加工检验合格后,对芯轴和配重进行配对编号,从而便于同类零件后续加工时直接使用.
3.加工实例
以中国航发西安动力控制科技有限公司（以下简称“我公司”）加工的球面管接头为例,对300余个零件的结构尺寸H零和定位尺寸L零进行分组,如表1所示.
由于H零和L零尺寸区间差异大,所以加工时单一夹具本体无法满足现场加工的需要.所以针对尺寸差异,我公司将夹具本体分为8组,每次加工时根据表1中尺寸选择不同夹具本体,用于加工对应组别零件.同一夹具本体针对不同零件制作专用芯轴,同一组别芯轴尺寸d相同,d零与H芯不同.
由于零件与先前的专用工装一一对应,所以目前有300余套专用工装.经过分组与现场加工验证,现有的8个夹具本体能够替代先前的300余套专用工装.只需更换芯轴,便能满足现场加工的需要.
4.结束语
本文为球面管接头零件设计了快换工装,通过对芯轴的更换,实现了球面管接头零件的快换加工,其拆卸方便、定位准确克服了以往工装装夹不方便、难以互换的缺陷.
目前我公司已对多批零件进行了加工验证,经过对产品的加工质量检验,完全符合要求,且大大提高了加工效率.
参考文献
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作者简介：
王发光（1985—）,通信作者,男,硕士,工程师.主要研究方向：机械制造.
E-mail： fgwang0216@163.com
（收稿日期：2020-08-12）
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管接头引用文献:
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