电工电气 (20??9 No.5)
加工中心气动夹具设计工艺与装备
加工中心气动夹具设计
陈佳成，姚立锋
(杭申集团 杭州之江开关股份有限公司，浙江 杭州 311234)
摘 要：介绍了一种框架断路器的母排在加工中心中的气动铣钻夹具，该气动夹具实现一次多件装夹。对夹具的定位、夹紧进行了分析，给出了夹具使用流程，并对夹具使用过程中注意事项进行了说明，夹具具有定位简洁、夹紧快速而稳定的特点，且一次装夹多件，适用于一人监管多机的场合，若夹具与六轴机械手配合使用，可实现无人加工，为智能制造打下基础，为节省人工、提高效率提供一种加工思路。
关键词：框架断路器；一次多件装夹；快速；气动夹具
中图分类号：TM561 文献标识码：B 文章编号：1007-3175(2019)05-0062-03
Design of Pneumatic Fixture for Machining Center
CHEN Jia-cheng, YAO Li-feng
（Hangshen Group Hangzhou Zhijiang Switchgear Co., Ltd, Hangzhou 3????234, China）
Abstract: Introduction was made to the pneumatic milling fixture of frame circuit breaker busbar in the machining center. This pneumatic fixture realized the fixing multiple pieces at a time. This paper analyzed the fixture's location and clamping, gave the fixture usage flow and explained the matters needed paying attention to in the process of using the fixture. The fixture had the characteristics of simple positioning, fast and stable clamping, and could clamp many pieces at a time suitable for the occasion where one person supervised many machines. If the fixture is used in conjunction with six-axis manipulator, unmanned process is achievable, which lays a foundation for intelligent manufactur-ing and provides a kind of process thought for saving labor and improving efficiency.
Key words: frame circuit breaker; fixing multiple pieces at a time; fast; pneumatic fixture
0 引言
随着科技的进步，人力成本的上升，机器换人在制造企业中日益普及，公司购入多台加工中心，用于铣、钻断路器母排，希望以一人监管四台机器的方式，形成多个“口”字型布置机器群，达到降低人工、提高生产效率和产品质量的目的。
加工中心的夹具是提高生产效率重要的一环，传统采用平口钳装夹工件、单件加工的方式，不仅耗费人工，而且多次装夹多次对刀精度低下。采用气动或液动方式是提高工件装夹速度的有效手段，液动夹紧力大，适用于重型切削，但存在漏油污染环境的风险；气动投入小，取材易，对环境友好，但夹紧力小，需对切削力和夹紧力精确计算。杭申集团公司广泛采用自动化气动设备，对气动控制比较熟悉，且压缩气源管路布满整个车间，取材易，因此，加工中心夹具采用气动夹紧的方式。
1 夹具的定位和夹紧
图1为所需加工的母排，原材料为异型铜材，加工内容为左右两侧面凹陷处，4-Ф13和2-Ф6.2孔，粗糙度Ra6.3。
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1-A相线排 2-B相母排 3-C相母排 4-N相母排
图1 3200A框架母线
1.1 定位
框架断路器母排都是方形工件，定位比较简单，以底平面和相邻两侧面定位即可[1]，底平面限制Z向平移，X、Y向转动三个自由度，坐标系见图2，与夹紧面对侧的顶面，限制Y向平移、Z向转动两个自由度，侧面由于凹陷处需加工，因此定位面较
作者简介：陈佳成(1970- )，男，高级工程师，本科，主要从事断路器机构、抽屉座、机械自动化工艺装备的研制工作。
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加工中心气动夹具设计小，仅限制X向平移自由度，这样共限制工件六个自由度，实现稳定切削。
ZOXY
图2 坐标系
1.2 夹紧 1.2.1 切削力
由于车间操作工是计件制工资，因此，加工时切削深度和进给速度不会太低，加之气动夹紧力较小，故此需计算铣削力大小，以确定夹紧力的大小。立铣刀铣削力的公式如下：
F=C1.1p×ap×f0.80z×D-1.1×B0.95×Z×Kp (1)
式中：Cp为在用高速钢(W18Cr4V)铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数，其值可查表；ap为铣削深度(mm)；D为铣刀直径(mm)；fz为每齿进给量(mm)；B为铣削宽度(mm)；Z为铣刀齿数；Kp为用高速钢(W18Cr4V)铣刀铣削时，考虑工件材料机械性能不同的修正系数，对于结构钢、铸钢Kp=[σb/736]0.8；对于灰铸铁Kp=[HB/190]0.55。针对实际加工情况，选取以下系数：Cp=160，ap=2.5mm，fz=0.6mm，D=16mm，B=16mm，Z=4，Kp=0.75，计算得：F1.1切=160×2.5×0.60.80×16-1.1×160.95×4×0.75=82×2.740×0.665×0.0474×13.929×4×0.75=577N。1.2.2 夹紧力
求出了铣削力，由于母排从侧面夹紧，需以摩擦力抵抗切削力，又由于侧面夹紧面积较小，需取较小的摩擦系数，此处取μ=0.1，则F夹=μN＞F切，式中N为夹紧正压力，N＞F切/μ=577/0.1=5770N，考虑安全系数S=2，则实行所需正压力N实=SN=2×5770=11540N；由于大缸径气缸外形较大，会抬高夹紧装置的高度，不符合加工中心夹具夹紧装置尽可能低的要求，因此，选择中型缸径气缸加增力机构来满足要求，如图3所示，此处缸体直径为100mm，按平常气压0.6MPa，其押侧出力为F1=4712.4N，拉侧出力为F2=4523.9N，机构扩力比为i=2.5，因此实际夹紧力为F实=i×F1=4712.4×2.5=11781N＞N实。
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1-支撑A 2-气缸 3-支架 4-定向键 5-底板6-支撑B 7-防跳板 8-定位板 9-固定板10-转动板 11-轴头 12-压块 13-轴销
图3 加工中心夹具
2 夹具设计
了解了夹具的定位和夹紧，确定了气缸缸径和一次装夹母排的型号、数量，夹具设计就比较简单，如图3所示，气缸2通过前后支架3固定在支撑A上，定位板8、固定板9、工件（母排）置于支撑B上，支撑A和B固定在底板5上，定向键4置于底板5下平面上，避免夹具再次安装时找正工作。夹紧机构是这样的：固定板9（见图4）通过螺钉固定在支撑B侧面上，其与转动板10通过销连接，可相对转动；转动板10上端槽中设有轴头11，通过轴销13连接；轴头11一端与气缸2活塞杆端部螺纹连接；压块12置于转动板10中部，并通过螺钉固定连接；由于母排上、下面不需要加工，因此设置防跳板7，防止母排加工时向上跳起。
图4 固定板
夹具支撑B定位面上设置有多处沉坑和沉孔，目的是为了避让铣刀和钻头，方便侧面和孔的加工。
3 夹具设计和使用过程中注意事项
1)气动回路，为预防突然断气，对工件夹紧不足而产生“崩刀”现象，宜用保压回路，如图5
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加工中心气动夹具设计所示，主要有：1气缸、2二位二通气控阀、3单向节流阀、4二位三通电磁阀、5气源组成，单向节流阀3用来调节回路气流量，即气缸1活塞滑移速度，当两路气源5断气后，气缸1进、出口都处于单向保压状态(二位二通气控阀2转换成单向阀)，使气缸1保压达到0.5h以上，操作工有足够多时间处理突发断气故障。
并设置可编程控制器(PLC)和触摸屏，夹具需与机械手通信，以达到自动装夹和上、下料的目的。
5)各气缸附磁间距必须大于45mm，以免相互磁性干涉。
4 结语
气动夹具是提高加工中心生产效率的有效工具，定位、夹紧是气动夹具设计的主要内容，尤其是夹紧，
122由于气体可压缩性，务必对夹紧力和切削力进行对比分析，在足够稳定的装夹下进行切削加工，此外，还要考虑机床加工过程中突然断电、断气对切削的影响，避免“撞刀”等破坏机床、夹具、工件的现象；对于简单工艺的工件加工，可以采用一次多件装夹方式，复杂工序的工件加工，可以采用PLC控制下的工件自动翻转、平移，配合机床的自动换刀，实现多工序的连续切削，实现一人监管多机，若能配之以机械手，夹具、机床、机械手相互通信，协同工作，则可实现无人加工，为智能制造打下基础。
参考文献
[1] 肖继德，陈宁平.机床夹具设计[M].2版.北京：机
械工业出版社，2011.
收稿日期：2019-03-13
334455图5 单向保压回路
2)精心调整，使压块12与工件侧面至少一个“小平面”接触，避免因线接触而造成工件侧面压痕。
3)每次加工后，必须用气枪吹干净铜屑，避免产生定位误差。
4)与机械手配合使用时，气缸需带前后附磁，(上接第36页)
2017年度的设备检修中，加入了SF6表计的校验试验，在试验过程中对相关的电气回路信号(即硬接点)、SF6在线监测系统报文信号进行了核对，如此在线监测系统对应关系错误的问题才得以发现，建议今后重点加强对SF6在线监测系统的全面验收特别是气室对应关系的验收。
压力在线监测关联错误进行分析检查，并提出了切实可行的解决方案予以解决。
参考文献
[1] 李永祥，王天正，李艳鹏，等.基于红外成像检漏
技术的GIS设备气体泄漏异常分析[J].高压电器，2016，52(7)：185-191.
[2] 赵航，刘汝明，周学涛.GIS设备SF6泄漏原因分析
及改进[J].山东电力技术，2017，44(2)：67-70.[3] 高胜友，王昌长，李福祺.电力设备的在线监测与
故障诊断[M].2版.北京：清华大学出版社，2018.[4] 林莘.现代高压电器技术[M].北京：机械工业出
版社，2002.
[5] 张国光.电气设备带电检测技术及故障分析[M].
北京：中国电力出版社，2015.
收稿日期：2019-02-18
5 结语
在线监测SF6气体的压力，可以反映GIS设备气室的气密性，从而间接反映它的绝缘强度，通过SF6在线监测系统准确判断GIS设备运行状况,把事故隐患消除在萌芽状态,从而保障GIS设备的安全运行，因此SF6在线监测系统数据的正常性，对1000kV GIS设备安全稳定运行极为重要，本文通过对一起交流特高压变电站1000kV GIS设备SF6
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