面對汽車產業的快速發展，汽車零部件生產是以大批大量生產方式進行。汽車輪輞工件是汽車車輪的主要部件，為了保證輪輞件數控加工質量和提高生產效率，企業廣泛采用現代數控加工工藝方案解決批量生產問題。而在工件數控加工中，裝夾問題是困擾企業的關鍵因素。為了提高工件數控加工柔性化，必須采用具備柔性化的裝置，一方面是充分利用數控加工中心機床，另一方面需設計滿足快速裝夾的夾具裝置，合理的夾具設計可充分發揮數控機床的潛能，提高加工效率。在分析企業現有制造資源能力的基礎上，分析輪輞工件數控加工工藝，并設計一套簡單實用的數控加工中心氣動夾具裝置。

1 輪輞數控加工工藝分析

　　1.1 輪輞零件圖紙工藝分析

　　某汽車輪輞工件結構如圖 1 所示，該零件其余未注表面粗糙度為 3. 2 μm，未注圓角為 Ｒ2，兩個對稱M12 螺釘孔之間的尺寸為 ( 248 ± 0. 15) mm，零件材料為 40Cr，毛坯為鍛造件。輪輞件為典型的回轉體零件，該件是以 146. 8 孔中心線為基準，工件有 6處相對于該中心線有 0. 025 mm 的同軸度要求，工件內孔 146. 8 及其 15°的錐孔表面粗糙度為 0. 8 μm。為了合理地制定輪輞數控加工工藝方案，依照數控機床笛卡爾坐標系建立工件坐標系 { X，Y，Z} ，如圖2 所示。根據工件加工面特征建立特征面單位法矢量的方法，通過輪輞工件加工面單位法矢量方法可將輪輞工件劃分為兩大加工部分，即確定工件具有兩個加工方位 ( 工位) 。

圖 1 輪輞零件半剖示意圖

圖 2 輪輞工件坐標系

　　規定一: 加工面單位法矢量相同者則為同一個加工方位 ( 工位) 。

　　工位一: 該工位上加工面單位法矢量方向都為“－ Z”，分 別 為 146. 8 內 孔 及 其 15° 的 錐 孔 面、314 臺階孔面、329. 94 至 415. 8 的環形臺階面。

　　工位二: 該工位上加工面單位法矢量方向為“+ Z”，分別為 146. 8 至 180 的環形端面及其輪廓面與其上 6 個花鍵槽、180 外圓柱面、180 至 340的環形底槽及 M12 螺紋孔面和 45°的錐臺階面等、379. 11 上 5°外圓錐面及至 415. 8 的外圓表面。

　　規定二: 根據工序集中原則，工件同向單位法矢量的加工面 ( 即同一個工位) 盡可能在數控機床上一次裝夾完成加工。

　　規定三: 同一個加工面上有多個公差精度 ( 如尺寸精度、表面粗糙度或形狀或位置精度) 要求時，要以該加工面最高精度為目標制定工藝路線。

　　1.2 輪輞工件數控加工工藝制定

　　通過以上零件圖紙工藝分析及相關規定，同時結合工藝安排時采用的先粗后精、基面先行等原則及孔、平面、外圓面等加工工藝路線，制定以下數控加工工藝，見表 1 所示。

表 1 輪輞工件數控加工工藝方案

　　通過加工面單位法矢量分析零件圖紙，其數控加工工藝具有兩個工位應以兩道工序完成加工，而實際上輪輞工件是按照三道工序完成加工，如表 1 所示。在表 1 中，工序Ⅱ和工序Ⅲ中的加工面單位法矢量相同，但在數控車床上裝夾時所采用的專用心軸夾具提供夾緊力的夾緊裝置必然干涉工序Ⅲ中的相關加工面，如 146. 8 至 180 處端面及花鍵槽等加工面。為此，在工位二中采取兩道工序 ( 即劃分為工序Ⅱ和工序Ⅲ) 完成所有加工面的加工，機床設備由數控車床更換為三軸立式加工中心，從而充分利用企業的制造資源。

2 加工中心夾具設計

　　2.1 輪輞工件定位問題

　　針對表 1 中工序Ⅲ的內容，為了保證 180 端面及其上的 6 個均勻花鍵槽以及 2 個對稱 M12 螺釘孔之間的尺寸 ( 248 ± 0. 15) mm，以 146. 8 內孔及329. 94 至 415. 8 的環形臺階端面為定位基準，如圖 3 所示。以 146. 8 內孔定位限制工件 2 個自由度，定位元件為圓柱銷，圓柱銷與 146. 8 內孔面配合，配合性質為 H7/r6; 以 329. 94 至 415. 8 的環形臺階端面定位限制工件 3 個自由度，定位元件為環形定位板; 其中圓柱銷與環形定位板之間的配合垂直度應控制在 0. 008 mm 內。平面定位的定位誤差主要由工件平面度誤差造成，329. 94 至 415. 8 的環形臺階端面的平面度誤差可控制在 1 μm 范圍內，可忽略;為此工件定位誤差主要由圓柱銷與 146. 8 內孔面配合造成，由于工件是水平安裝在加工中心夾具上，故圓柱銷與 146. 8 內孔面接觸是任意邊接觸，其定位誤差為:根據工件定位誤差應該小于 1/3 ～ 1/5 工件公差所允許的范圍，根據式 ( 1) 中所求的定位誤差，可知兩個對稱 M12 螺釘孔之間的尺寸為 ( 248 ±0. 15) mm 的公差為 0. 3 ＞ 3 × 0. 090，故該工件定位方案可行。

圖 3 工序Ⅲ簡圖

　　2.2 氣動控制夾緊方案

　　現代數控夾具要求綠色化，氣動控制夾緊的夾具裝置是綠色夾具的代表。該加工中心夾具是采用 4 個對稱分布的氣缸對工件進行夾緊，工件安裝好后，通過手動控制閥控制 4 個氣缸同時進行夾緊。該夾具氣動控制系統如圖 4 所示。

圖 4 加工中心夾具氣動控制系統圖

　　2.3 加工中心夾具結構

　　輪輞工件工序Ⅲ的加工中心夾具結構見圖 5 所示，采用 4 個氣缸對稱分布，為了保證氣動夾緊力充足，該夾具裝置采用杠桿增力方式; 由于工件的夾緊面是上道工序完成的精加工表面，為了避免工件表面被夾傷，在夾緊頭部安裝了軟質材料，如軟質銅皮或橡膠墊等。為了使夾具結構緊湊，夾具體底面采用十字槽形式 ( 圖 6) ，便于安裝支撐底板，并在支撐底板上安裝相應的氣動氣缸。由此可見: 該夾具裝置結構緊湊，操作方便可靠。

圖 5 加工中心夾具裝置

圖 6 夾具體底板結構示意圖

3 結束語

　　結合輪輞工件數控加工批量生產中裝夾問題，基于數控加工中心工序集中原則，通過特征加工面單位法矢量方法分析輪輞工件數控加工工藝，制定出合理可行的數控加工工藝方案; 針對數控加工中心機床的應用特點，分析輪輞工件定位問題，采用氣動控制夾緊方案，并通過氣缸驅動杠桿方式增加夾緊力，確保工件夾緊可靠，并在夾緊頭部安裝軟質材料避免夾傷工件表面。文中所設計的輪輞工件數控加工工藝及其加工中心夾具方案可行，為類似工件批量生產的數控加工及其夾具設計提供技術和理論借鑒。