機(jī)床專用夾具參數(shù)化虛擬裝配技術(shù)研究

王繼紅

摘 要：機(jī)床夾具在機(jī)械加工中起著很重要的作用，夾具是聯(lián)系機(jī)床、工件與刀具中緊密配合的重要環(huán)節(jié)。機(jī)床夾具的主要作用就是保證加工的精度、提高勞動生產(chǎn)率、擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍和保證生產(chǎn)的安全性。參數(shù)化的設(shè)計(jì)研究是提高企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的關(guān)鍵，從不同的參數(shù)化模型來得出其相應(yīng)的解決辦法。

關(guān)鍵詞：機(jī)床專用夾具；參數(shù)化；虛擬化裝配

1 機(jī)床專用夾具設(shè)計(jì)內(nèi)容

機(jī)床專用夾具一般是由夾緊裝置、對刀裝置、定位裝置和夾具體等基本裝置組成，其內(nèi)容主要包括：⑴設(shè)計(jì)夾具的定位機(jī)構(gòu)。此過程主要包括了對夾具定位元件與機(jī)構(gòu)的選擇、方案的確定和對定位誤差的計(jì)算等。定位元件的選擇則是包括定位元件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及布置形式等；定位方案是指工件以內(nèi)孔、以平面定位、以外圓柱表面進(jìn)行定位，之后在根據(jù)不同的定位方式來進(jìn)行定位誤差的計(jì)算。⑵設(shè)計(jì)夾具的夾緊裝置。這部分主要是由力源裝置、夾緊元件與夾緊機(jī)構(gòu)、中間的傳力機(jī)構(gòu)組成，包括夾具夾緊元件與機(jī)構(gòu)的選擇、夾緊方案的確定以及計(jì)算夾緊力和切削力等。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)等則是屬于對夾緊機(jī)構(gòu)的選擇，根據(jù)切削力計(jì)算夾緊力的大小并且確定合理的夾緊方案。⑶設(shè)計(jì)夾具的對定機(jī)構(gòu)。夾具對定機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括對刀裝置與元件、引導(dǎo)裝置與元件、分度裝置以及其相關(guān)的計(jì)算，如定向鍵、對刀塊、計(jì)算刀塊到定位元件位置的尺寸、分度裝置、計(jì)算分度誤差等。

⑷夾具總體裝配布置和其工藝的設(shè)計(jì)。

2 機(jī)床專用夾具設(shè)計(jì)時(shí)的常用步驟

（1）明確設(shè)計(jì)的要求和生產(chǎn)所需條件、認(rèn)真調(diào)查并收集設(shè)計(jì)資料；（2）確定夾具所用的結(jié)構(gòu)方案、并且繪制夾具所需要的總圖；（3）對夾具精度的校核和繪制夾具零件的工作圖；（4）夾具設(shè)計(jì)時(shí)其質(zhì)量的評估。

3 機(jī)床專用夾具的對象裝配

機(jī)床專用夾具裝配時(shí)的的對象模型是由機(jī)床專用夾具的裝配對象和另一個對象之間的組合，因?yàn)楦鶕?jù)大量的實(shí)例研究來看，無論是機(jī)床專用夾具的零件的裝配還是部件的裝配，都是以一種裝配模型為基礎(chǔ)的。機(jī)床專用夾具的對象裝配之間的原則是指裝配對象之間互相存在的約束關(guān)系。這種關(guān)系都是由裝配對象以及幾何特征和裝配幾何特征之間的裝配來進(jìn)行約束的。根據(jù)人們研究的模型來看，組成裝配幾何特征的裝配元素根據(jù)幾何特點(diǎn)可以分為平面、曲面、直線、曲線、點(diǎn)等；通過對它的特點(diǎn)分析，幾何特征的元素主要為面元素，其中包括有平面、錐面、柱面、球面等。不僅這樣，對裝配幾何特征來說，它的排列方式不是沒有規(guī)則可言的，它的排列還存在著尺寸的約束。

4 機(jī)床專用夾具的裝配過程

自上而下的裝配過程是非常符合復(fù)雜裝配的一種方法，它的設(shè)計(jì)步驟為：⑴確定設(shè)計(jì)目標(biāo)。⑵提供設(shè)計(jì)時(shí)所需要的模型。⑶開始對部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)好的實(shí)體模型中可以看出，這種自上而下的設(shè)計(jì)方法就是在建立各個零件間的關(guān)系，并且在每個零件設(shè)計(jì)好之后自動的進(jìn)行裝配。這種自上而下的設(shè)計(jì)技術(shù)是在參數(shù)化特征造型后，CAD技術(shù)再次重要突破。

5 機(jī)床專用夾具設(shè)計(jì)實(shí)例

本節(jié)以壓泵上體的零件圖為例子，加工液壓泵上體部分的三個階梯孔，根據(jù)其工藝規(guī)程在2nT_階梯孔之前，部件的頂面與底面、兩個◇8H7的孔和兩個奎8mm TL都已加工好。而本工序加工時(shí)所需的要求有：三孔軸線與底面垂直度，四小孔和中間階梯孔的位置要求以及三個階梯孔的距離是254-O.1mm。后兩項(xiàng)要注公差，加工的要求較低，試設(shè)計(jì)車床專用夾具。

首先要確定定位方案和設(shè)計(jì)定位裝置。工階梯孔的加工工序的基準(zhǔn)和限位基準(zhǔn)為都分度滑盤的上表面。根據(jù)基準(zhǔn)垂合的原理，分度滑盤的上表面應(yīng)該為定位基準(zhǔn)。分度滑盤的上表面用來限制XY方向轉(zhuǎn)動和Z方向移動這三個自由度的。第二確定夾緊的方案和設(shè)計(jì)其夾緊裝置。車床夾具的夾緊裝置必須安全又可靠。夾緊時(shí)力作用點(diǎn)和方向應(yīng)按|以下要求進(jìn)行選擇：主要的夾緊力的方向應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)，作用點(diǎn)靠近支承面的幾何中心；夾緊力方向應(yīng)利于減少夾緊力，盡量和工件的主要定位基面垂直，和切削力、重力的方向是一致的；夾緊力的方向和作用點(diǎn)應(yīng)作用于工件剛性較好的方向和部位。第三就要確定夾具與機(jī)床的連接方式。對于徑向尺寸大的夾具，一般是通過車床主軸軸頸和過渡盤進(jìn)行連接的。之后裝配在過渡盤的凸緣上，然后再用螺釘進(jìn)行緊固。最后進(jìn)行分度裝置設(shè)計(jì)。

6 結(jié)語

機(jī)床夾具在機(jī)械加工中直接影響著其質(zhì)量，生產(chǎn)的效率和生產(chǎn)成本。這對一個企業(yè)來說也是一種影響。企業(yè)在長期機(jī)床夾具的生產(chǎn)中會積累一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)領(lǐng)用這些來提高家具生產(chǎn)的效率。本文就簡單的對機(jī)床專用夾具參數(shù)化虛擬裝配進(jìn)行了討論，討論了零件與部件之間的連接關(guān)系、零件的設(shè)計(jì)信息和在Pro/E系統(tǒng)中機(jī)床專用夾具怎樣進(jìn)行虛擬裝配等。

通過對機(jī)床夾具的了解，我們知道了利用CAD平臺上機(jī)床虛擬裝配技術(shù)可以快捷的實(shí)現(xiàn)夾具的裝配過程，這樣的方法不僅節(jié)省了很多時(shí)間和裝配人員的體力，還不易出錯，這樣大大的提高了機(jī)床專用家具的生產(chǎn)效率。這對一個企業(yè)來說是不僅提高了生產(chǎn)能力、降低了成本，還提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。機(jī)床夾具參數(shù)化虛擬裝配的研究對我國也起著很大的作用。

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