装载机摆动支架车加工专用夹具的设计

2022-03-29张南媚

科技创新与应用 2022年7期

张南媚

（安徽文达信息工程学院机械与汽车工程学院，安徽合肥 230000）

装载机摆动支架是用来支撑和固定装载机铲斗的一个重要零部件，一般通过螺杆与铲斗底部固定连接，摆动支架中间的圆塔与轴承座连接以传递转矩。

现在市面上存在多种不同型号的装载机，且需求量不断增加，因此对摆动支架的要求也越来越高。以往装夹摆动支架的专用夹具，每一种夹具只能装夹一种规格的摆动支架，加工效率低，通用性差，加工工件尺寸固定化，不适合大批量生产，远远达不到市场需求。现根据实际工件尺寸以及加工要求，设计一款新型的专用夹具，通过定位元件的多种组合，实现一种可加工多种相近规格工件的专用夹具，以满足市场需求。

1 摆动支架分析

1.1 摆动支架的结构

某种型号装载机摆动支架（摆动支架分为前摆动支架和后摆动支架，整体外形一样，但尺寸规格有所不同）由支撑板、左右圆塔、肋板以及垫块组成。支撑板和垫块采用的材料是Q345（低合金高强钢），左右圆塔和肋板采用的材料是Q235A（碳素结构钢）。摆动支架各部件之间采用焊接成型，具有结构刚度大、整体性能好等优点。此次所加工的是支撑板与两个圆塔焊接成型的工件，结构如图1所示。

图1 装载机摆动支架支撑板和圆塔工程图

1.2 摆动支架的工艺分析

此工件是装载机摆动支架的一部分，是支撑板和两个圆塔通过焊接工艺焊接成型的工件。在加工过程中，要保证工件的尺寸误差和几何公差，必须要有合理的加工工艺路线。表1为摆动支架的加工工序。

表1 摆动支架加工工序

设计此夹具的目的是完成工序5与工序6的内孔及端面加工，夹具以支撑板平面为定位基准面。根据加工要求，设计加工过程为：装夹定位→车右圆塔内孔及端面→反面装夹定位（加定位芯轴）→车左圆塔内孔及端面[1-3]。

2 夹具的设计

2.1 夹具的结构设计

针对已有的装载机摆动支架专用夹具，生产效率不高，通用性不强等问题，现在设计一款新的专用夹具。如图2所示，可以看到夹具体1固定在三爪卡盘座上（夹具体相当于三爪卡盘，与三爪卡盘座用螺杆连接），起到整体支撑作用，与各零部件采用螺栓连接；并且定位支撑块7、9、10用来装夹工件，位置可根据工件的实际尺寸在一定范围内活动，装夹与拆卸方便；平面定位垫块5可定位工件50 mm的厚度方向基准；压板3的作用是为了夹紧工件，使工件受力均匀，限制其一定方向的滑动；压板顶杆2和压缩弹簧4是给压板一个支撑作用；定位芯轴6的作用是为了保证夹具在二次装夹时，工件的定位精度；可换定位块8的作用是为了防止工件与定位支撑块之间的磨损，造成工件的尺寸存在误差，减小不必要的损失。专用夹具的零部件材料都选择45号钢，具有较高的强度和较好的切削加工性，生产加工时能承受多种力度的作用[4-5]。

图2 装载机摆动支架专用夹具的结构

2.2 夹具的定位和装夹

定位基准的选择是影响工件加工质量的重要因素。选择定位基准时要保证工件的加工精度和装夹方便，依据基准重合原则和基准统一原则，且工序不同，选择的基准不同，此夹具可以完成两道加工工序。

第一道加工工序，以支撑板的底面作为定位基准面，4块压板靠压板顶杆给予支撑，用螺杆夹紧固定，端面刀车右圆塔端面，内孔车刀车阶梯孔Φ202.8 mm、Φ214 mm以及沟槽Φ207.8 mm，如图3（a）所示；第二道加工工序，以支撑板的顶面作为定位基准面，因第一次装夹时加工的尺寸精度较高，当加工第二道工序，需在右圆塔内孔加Φ260 mm的定位芯轴（与夹具体配车间隙为0.01～0.02），保证定位精度，减小误差，端面刀车左圆塔端面，内孔车刀车阶梯孔Φ202.8 mm、Φ214 mm以及沟槽Φ192 mm，并铣左圆塔端面以达到尺寸和精度要求，如图3（b）所示。

图3 专用夹具装夹示意图

在机械加工过程中，为保证工件定位时所确定的正确加工位置，防止工件在切削力、惯性力、离心力及重力等作用下发生位移和振动，一般机床夹具都应有一个夹紧装置以将工件夹紧。为了防止长期使用的磨损和定位偏差，定位支撑块部位设计有可换定位块，随时更换并对定位进行校正，减少了加工误差，延长了夹具的使用寿命，并在一定程度上保证工件的加工精度[6-7]。

2.3 夹具的设计特点

根据夹具的结构和实际加工的过程，我们可以得知此夹具存在以下优点：

（1）第一道与第二道工序同用一个夹具体，减少了加工误差，保证了加工精度。（2）根据定位支撑块的可活动性，其通用性强，可使用于多种规格零件的前后摆工序加工。（3）各部件通过螺杆连接，方便装拆，定位简单。（4）球头螺杆用来调节夹紧力，起到定位和保证加工尺寸稳定的作用。

当摆动支架长度方向的尺寸从规格为710 mm变为550 mm时，只需要将夹具上的定位支撑块7、9移动到正确位置即可；当摆动支架圆塔的内孔直径变化时，只需要装夹不同规格的定位芯轴即可（共有4种规格的定位芯轴）。根据支撑板长度方向的尺寸和圆塔内孔直径，组成6种不同规格的摆动支架；而此专用夹具只需要移动压板3，定位支撑块7、9、10，更换定位芯轴，就可以同时满足6种不同规格的摆动支架的装夹加工[8]。