专用治具及快速夹具在高尔夫球头加工装夹中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇专用治具及快速夹具在高尔夫球头加工装夹中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】 阐述了满足高尔夫球头在数控加工时精密定位治具的计算机辅助设计与制造过程及其操作要点，并介绍了将专用治具与快速夹具结合起来实现快速装夹定位及其在加工中心上实现高效生产的操作过程。专用治具及快速夹具不仅在高尔夫球头这样整体都是复杂曲面零件的数控加工的应用中取得了巨大的经济效益，同时也为类似产品在数控加工时的快速装夹定位提供了有益的借鉴。

【关键词】 治具 快速夹具 平面挖槽加工 辅助设计 死点位置

如图1所示的高尔夫球，加工毛坯为铸造件，加工表面余量为1.2～1.3毫米，上表面、底面及其壁为加工部位（参照图7），大批量生产。由于该工件各方向均为曲面无法直接装夹固定，因而考虑使用专用治具进行装夹使工件固定并正确定位；由于工件加工批量很大，所以考虑用快速夹具进行装夹与拆卸；由于该工件加工过程中需4次换刀，为了提高效率在加工中心上进行加工。

1 零件的装夹工艺分析

由于此工件加工时用于夹持的面都是曲面，通过点接触很难固定，若工件表面与平面夹具接触也不稳固，从产品与模具型腔的关系我们得到启示，可以考虑整体装夹，即选择将产品用治具整体体夹住的方案，此时治具类似于装夹毛坯的“模具”。治具的内表面与产品的主要内表面紧密贴合，装夹十分稳固；治具与产品内表面在高度一致的基础上还留有适当的公差，以满足同一批次或不同批次的不同产品均能顺利装夹稳固。具体的装夹方案如图7所示。

图7所示治具还须用虎钳夹住才能加工毛坯，用虎钳将治具夹紧拆装工件时比较费力并不快捷，故此还要使用快速夹具方可提高安装与拆卸的效率，在大批量加工中，安装与拆卸的效率极大的影响着企业的经济效益。

2 治具的辅助设计与数控编程加工

2.1 治具的辅助设计

2.1.1 设计理念

参照图1所示的铸造件的数字化产品进行设计，最好在Pro/E或UG中进行设计。在软件中很容易提取到高尔夫球头的外表面或进行布尔运算，从而快速得到治具的内表面。

2.1.2 用UG设计治具的全过程

步骤1：将高尔夫球头电子档数据导入UG，得到如图1所示高尔夫球头的UG电子当数据。

步骤2：治具体积块的制作，利用UGMoldWizard功能制作体积块、体积块各方向超出高尔夫球头30mm，利用UG的实体分割功能，将此体积块修剪至恰当的尺寸，如用45#号钢制作此制具，一方面要考虑治具XY方向超出高尔夫球头要有足够的尺寸以保证治具的夹紧强度，另一方面为了方便治具的加工长宽高在设计时应尽量取整数值。设计好的体积块（尺寸160×68×60毫米）如图2所示。

步骤3：利用布尔运算、分割功能、简化操作、曲面修剪等功能将体各积块一步步设计成治具。其中固定瓣的形状较复杂，其形状如图3所示。

治具设计要点：①在保证足够限制毛坯自由度的情况下尽量使毛坯内表面较大的曲面与治具内表面相贴合，尽量减少贴合面数量，有效降低加工制作难度，特别能降低人工修配时的难度。②利用UG的实体简化功能及曲面功能等将高尔夫球上所有字迹及一些小曲面特征、小沟槽等简化掉，极大的简化治具内表面曲的复杂程度。③合理设计避空位，不必要接触的内表面设计成避空位，避空位有效降低治具内表复杂程度的同时还降代了加工成本和制作难度，避空位不需进行严格的精加工，避空处修配时也无需研磨修配。

2.2 治具的数控编程加工及修配研磨

以治具固定瓣内表面的数控加工工艺为例

步骤1：如上所述、编制数控加工工艺时需重点进行贴合部位与避空部位的分析，贴合部位是指治具内表面与高尔夫球头外表面紧密贴合的部位，需进行精密加工；由于此高尔夫球头表面有很多小曲面，这些小曲面对于高尔夫球头在治具中的定位并不起决定性作用，为了减少加工制作的难度和编程的复杂程度、可以忽略这些部位或是对这些部位进行放大设计，从而减小治具的加工制作及修配难度。

步骤2：确定加工顺序。治具固定瓣需进行双面加工，如图4所示当将治具平放时刀具很容易接触治具上需加工的大部分部位，可以将治具上除凹槽处以外的所有部位进行粗精加工，故应先按图4进行装夹加工，再按图5所示将工件竖直进行装夹，完成对图2所示球头杆凹槽处的粗精加工。

由于在治具的角落处留有避空位，角落处很窄很尖很细小处不用完全加工出来，实际精加工正面时用Ф6r3球头刀即可。

步骤3：制定数控加工工艺。根据零件的几可外形、尺寸特点、治具材料、区分治具上贴合面与避空位等按照粗精加工分开等原则确定合理的数控加工工艺。

步骤4：编程及数控加工。根据拟定好的数控加工工艺，用UG等CAM软件编写刀轨，并将刀轨后处理生成CNC程序，将程序传入机床数控系统即可进行加工，具体的编程后处理及机床操作过程不在此赘述。

步骤5：后期修配研磨。经铸造出来的高尔夫球头个体是有形状误差的，修配研磨时应拿出3个以上高尔夫产品毛坯与治具相配，以确保多数毛坯能快速准确的装入两瓣治具中并能夹紧。修配时应将两瓣治具内表面贴合处分别涂上红丹，治具通过两根水平圆柱销导正并将毛坯夹于当中，将治具水平夹紧在虎钳上观察治具装夹毛坯是否到位并用手摇动毛坯是否可靠固定，用百分表检测被加工面水平误差是否在误差范围内。根据红丹涂在毛坯上的情况及其有关测量数据和师傅的经验继续研磨修配，直至合格为止。

3 治具与快速夹具结合在加工中心上的应用

3.1 治具的固定瓣的确定

如图3所示两瓣治具中较复杂的一块具有一凸台可起支承作用和球头杆凹槽很方便操作者将毛坯快速放上去，因此将此瓣作为治具固定瓣，如图6所示。

图6所示，通过合理的设计，将治具与快速夹具结合起来使用，可极大的缩短装夹拆卸所耗费的工时。

3.2 工作原理

①拆卸工件。操作者按下手柄，于是连杆拉动推杆向后移动一定跟离，治具的活动瓣向后移，由于治具的固定瓣固定在与机床工作台固定的托板上，固定瓣始终固定不动，因而治具的活动瓣离开固定瓣适当距离，两瓣治具分开的距离是由连杆的行程决定的，此距离足够操作者将毛坯从固定瓣上顺利取出。②装夹毛坯。操作者左手迅速将一毛坯正确的放入治具固定瓣中，右手迅速将手柄用力往上一提，此时推杆前移，治具的活动瓣前移，由于固定瓣不动，便将工件迅速夹紧在两瓣治具中，整个加工过程中，连杆机构处于死点位置，这时被夹紧的工件，无论有多大的反力，也无法使推杆松开从而确保工件一直是被夹紧的。

值得注意的是：为了避免在使用中，因外力负载变化和机械震动的影响，设计时，将中间铰接点，略偏于其他它两铰接点的内侧，以确保在最大夹紧的情况下，始终保持夹具机构锁定在稳定状态而不松脱。

装配时此装置还可调整压紧力，松开调整螺母，将两个螺母旋紧即可转动连接螺杆便可进行调整，手柄向上抬起夹紧工件当超过死点一定位置时应有限位装置进行限位，每次当手柄不能继续向上抬起时此时应确保工件是被可靠夹紧的。

3.3 毛坯（高尔夫球头）数控加工步骤简述

高尔夫球头材料为304铸造不锈钢，其加工部位描述如图7所示，铸造毛坯的表面加工余量为1.2～1.3毫米，采用图6所示快速装夹定位装置在加工中心上用自动换刀进行加工，共需5把刀具，具体的数控加工工艺如表1所示。

3.4 快速夹紧装置在加工中心上应用的技术经济价值

将此装置的托板通过压板、螺栓等装置固定在加工中心的工作台上，加工中心在加工工件时需对刀换刀，利用图6所示的快速装夹定位装置加工若干工件只需对刀一次；由于固定瓣将工件夹紧时始终保持在固定位置，所以每次被夹紧的工件相对于机床是处在一个固定位置的，因而当第一次装夹好工件对好刀后以后加工相同的工件就不用对刀了。

加工高尔夫球头需用5把刀具，由于加工中心具有自动换刀功能，所以装夹一次让加工中心运行完5把刀具所有的粗精加工程序，当加工下一工件时，由于程序通过M30自动返回、操作者只需按下加工中心上的运行程序按钮即可开始第二个工件的加工。

利用此快速夹具，一台加工中心每小时约能完成35个工件的粗精加工且能保证精度，极大的减少了加工中心的占机时间，大大的提高了生产效率。

4 结语

对于外观复杂的产品以模具型腔的思路和理念来设计其数控加工所需装夹定位的治具可取得事半功倍的效果，基于数字化的毛坯，利用CAD/CAM软件很容易完成其精密治具的设计、简化等工艺，并用CAM软件进行编程加工；而将治具与快速夹具综合起来使用，便可形成一种结构简单、精密可靠、高效快捷的快速装夹定位装置，本文所述的快速装夹定位方案结构简单、设计与制作成本低廉、在企业实际生产中获得极大成功并为企业带来了不斐的经济效益，这种方案可资同行在加工类似产品时借鉴。

参考文献：

[1]杨珍.数控铣床加工特殊零件的夹具[J].金属加工，2008（2）：47-48.

[2]全晓春，刘晓花.基于机床夹具的设计[J].甘肃科技，2012（2）：72-73.

[3]邓奕等.MasterCAM数控加工技术[M].北京：清华大学出版社，2004：214-245.