球面管接头零件快换工装设计与应用

王发光 范海波 张开 杨引锋

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.net    DOI： 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=D，即芯轴d与夹具本体尺寸名义值D相同;

（2）H芯=H本-H定位，保证零件中心与夹具中心重合;

（3）K芯

（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

[1] 秦慧斌， 芦晓慧， 李琳， 等. 通类管接头零件的UDF快速建模技术研究[J]. 煤矿机械， 2015（9）： 311-313.

[2] 欧阳小平， 方旭， 朱莹， 等. 航空液压管接头综述[J]. 中国机械工程， 2015， 26（16）： 2262-2271.

[3] 较传艳， 吴敬. 弯管接头车床加工螺纹夹具设计[J]. 机床与液压， 2017， 45（14）： 178-180.

[4] 魏林. Y型接頭加工夹具改进设计研究[J]. 学术交流， 2014（9）： 59-60.

[5] 王泽亮， 赵爽， 王洋， 等. 某型飞机管接头锥面修理装夹困难的解决措施[J]. 成组技术与生产现代化， 2019， 36（2）： 35-37.

[6] 吴丽宏. 弯管接头的内螺纹加工[J]. 科技展望， 2016（36）： 57.

[7] 张智森. 面向管接头类零件的成组工装设计[J]. 设计与分析， 2014（6）： 109-110.

[8] 陈智勇， 黄仲庸. 玉米铣刀专用夹具的设计[J]. 组合机床与自动化加工技术， 2019（2）： 97-99.

[9] 卢秉恒. 机械制造技术基础[M]. 北京： 机械工业出版社， 2005.

[10] 殷国富， 徐雷. 机床夹具设计手册[M]. 北京： 机械工业出版社， 2004.

[11] 成大先. 机械设计手册： 第5版第2卷[M]. 北京： 机械工业出版社， 2010.

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）