起重机车轮箱键板组合加工工装设计
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编者按
设计了由固定块、V形锲块、挡块、压板和螺钉组成的多变位装夹工装，可以快速装夹不同规格的车轮箱键板或类似零件。
01
序言
键板是桥式起重机车轮组与端梁的连接件，是固定车轮组、保证轮线一致的关键零件，要求配合紧密，加工公差带严格；随着公司整机产量的增长其需求量增大，单纯按照原来的在铣床上台钳装夹的加工方法不能满足需求。因此，需要考虑设计一种在一台机床，一次装夹能加工数组键板组合的工装。
02
车轮键板图样尺寸
1）单件键板图样尺寸如图1所示。
图1 单件键板
2）4件组焊图样尺寸如图2所示。
图2 4件组焊
03
键板的原装夹及加工方法
传统方法是在铣床工作台上安装台钳装夹进行加工（见图３），每次加工一组4块键板（点焊在一起、方便装夹）；该加工过程为上料→预紧→找正→夹紧→粗铣加工一刀→精加工一刀→翻面夹紧→粗精加工各一刀→检验→下料，该过程效率低，劳动强度大。
图3 台钳装夹
04
设计要求
1）通过对公司现有设备的调查分析，在CLA650单柱端面铣镗床上的工作台安装键板加工装置，能一次加工5组20件键板，并通过调整压紧块位置，能适用各种长度或厚度的键板尺寸。
2）夹具设计的基本要求：为了承受较大的铣削力和断续切削所产生的振动，铣床夹具要有足够的夹紧力、刚度和强度。夹具的夹紧装置尽可能采用扩力机构，夹紧装置的自锁性要好，着力点和施力方向要恰当，要有足够的排屑空间。为了保持该装置相对于机床的准确位置，装置底面设置有定位键。
3）夹紧装置的要求：在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置，夹紧力大小适当，夹紧机构应能保证在加工过程中工件不产生松动或振动，同时又要避免工件产生不适当的变形和表面损伤，还能有自锁作用。
夹紧装置应操作方便、省力和安全；结构设计应力求简单、紧凑，并尽量采用标准化元件。
夹紧力方向的选择应有利于工件的准确定位，应尽量与工件刚度大的方向相一致，以减小工件夹紧变形；还要与切削力、工件重力方向一致，以减小夹紧力。
夹紧力作用点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内，以保证工件定位不变；应处于工件刚度较好的位置，以减小工件夹紧变形；应尽量靠紧加工面，以减小切削力对工件造成的翻转力矩。
05
工装设计
针对在实际加工过程中，考虑到应用更加广泛，既要提高效率又要保证加工质量，尤其是更换压块位置时要迅速响应，并方便准确测量。
1）本装置能包括公司常用键板，具体尺寸见表1。
表1 常用键板尺寸 （单位：mm）
2）安装方法与组合键板加工结构。将该装置底座通过定位块和压紧螺栓固定在铣床工作台上（见图4），键板2、7、8、9、10分别安装在斜面挡块中间，水平的左右方向通过斜面压板压紧，水平的前后方向通过调整垫块顶紧，保证各键板加工面伸出该装置座10mm（含余量3mm），垂直方向用水平压板压紧，保证键板加工过程中不会移动。
图4 键板组合加工装置结构
1—斜面压板 2、7、8、9、10—键板 3—水平压板 4—工装底板 5—铣床工作台
6—斜面挡块
3）单组键板装夹加工装置局部组成如图5所示。
图5 单组键板装夹加工装置局部组成
4）装配步骤。参照图6，先将固定块通过键槽和背部螺栓紧固在底座上，再将直挡块和斜挡块直柄部分嵌入底座孔内，然后根据键板宽度选择垫块，并紧靠固定块，再将键板靠紧底座，装平垫圈、六角螺栓，压紧斜面压块，最后用六角螺栓、平垫圈和水平压板压紧键板，确定键板在加工过程中不会移动，方可进行加工。
图6 装置局部放大爆炸图
1—键板 2—直挡块 3—水平压板 4—平垫圈 5—六角螺栓 6—固定块 7—斜面压块 8—斜挡块 9—垫块 10—底座
5）实际加工经济性对比。铣床上安装台钳，每次装夹一组4件键板，加工工时：9.1min/组。在单柱端面铣镗床上安装；键板加工组合工装，每次装夹5组20件键板，加工5组工时：23min/5组，平均4.6min/组。工时对比：9.1÷4.6×100%＝197.83%，效率提高近一倍。
06
结束语
该装置具有设计简单、制作方便、成本低、便于操作和保管等优点，适用于多种键板及类似键板零件的加工，也可根据生产计划同时加工不同规格的键板。该装置一次加工时间长，在机床自动加工的同时，操作人员可以清磨上批加工键板的飞边、毛刺等，节约总加工时间，使加工效率较原来用台钳加工明显提高。
本文发表于《金属加工（冷加工）》2021年第4期34~36页，作者：河南卫华重型机械股份有限公司 李永福、张杰义 ，原标题：《起重机车轮箱键板组合加工工装设计》。