基于相變材料的柔性?shī)A具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

□ 宋 燦 □ 呂彥明

江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 江蘇無(wú)錫 214122

夾具在現(xiàn)代制造中起著非常重要的作用，直接關(guān)系到新產(chǎn)品開發(fā)的周期、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量及成本。現(xiàn)有的柔性?shī)A具主要是組合夾具，但由于其實(shí)現(xiàn)柔性的思想是系列化、標(biāo)準(zhǔn)化元件組合，難以實(shí)現(xiàn)任意形狀尺寸的裝夾，對(duì)于復(fù)雜形狀的零件更是無(wú)能為力［1-4］。柔性?shī)A具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)也主要針對(duì)組合夾具，且技術(shù)比較分散未成系統(tǒng)。因此本文提出一種基于相變材料的新型柔性?shī)A具，即：一套夾具能裝夾一定范圍內(nèi)任意形狀和尺寸的零件，真正實(shí)現(xiàn)了柔性化。

1 設(shè)計(jì)思想

本文圍繞這種夾具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)開展研究，這種新型柔性?shī)A具的構(gòu)成如圖1所示，它由夾具體、定位件、定位銷、側(cè)定位銷座、夾緊體、相變材料等組成。

相變材料為低熔點(diǎn)合金，起連接定位件、夾緊體、夾具體的作用。定位件、夾緊體可在夾具體上任意位置布置，然后澆鑄低熔點(diǎn)合金，實(shí)現(xiàn)它們的固定連接。對(duì)于不同的零件，只要將低熔點(diǎn)合金熔化，重新選用調(diào)整定位件及夾緊體，然后再澆鑄低熔點(diǎn)合金固連。定位件和夾緊體長(zhǎng)度可以連續(xù)可調(diào)，位置可以任意布置，由此一套夾具可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)任意形狀和尺寸零件的裝夾，真正實(shí)現(xiàn)了柔性化。相變材料可反復(fù)使用，且由于熔點(diǎn)低，相變材料反復(fù)熔化過(guò)程對(duì)夾具元件的機(jī)械性能影響很小。

2 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于相變材料的夾具設(shè)計(jì)主要包括夾具體設(shè)計(jì)、定位元件設(shè)計(jì)和夾緊體設(shè)計(jì)。

夾具體設(shè)計(jì)包括框架設(shè)計(jì)與底板設(shè)計(jì)，兩者中主要是框架的設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)如圖2所示，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①框架的結(jié)構(gòu)對(duì)冷卻后的相變材料有一定的約束作用，有利于提高夾具的整體剛度；②其結(jié)構(gòu)要方便熔化后的液態(tài)相變材料的倒入和倒出，這樣有利于減少操作時(shí)間；③工件加工完成后，將相變材料熔化倒出，框架中不滯留相變材料，有利于節(jié)約材料，以便重復(fù)利用。

▲圖1 基于相變材料的柔性?shī)A具結(jié)構(gòu)示意圖

定位元件由基座、可調(diào)支撐、磁鐵和鎖緊螺釘組成,如圖3所示。可調(diào)支撐下半部分有螺紋，以滿足工件定位長(zhǎng)度可調(diào)的要求；鎖緊螺釘用以保證在振動(dòng)狀態(tài)下可調(diào)支撐與基座處于鎖緊狀態(tài)；基座下部裝有磁體，可以增加定位元件安裝的穩(wěn)定性。將定位元件浸沒(méi)在熔化后的低熔點(diǎn)合金中，待其冷卻后，定位元件的各部分固連在一起，可以有效地提高定位元件的整體剛性和其定位精度。

夾緊體結(jié)構(gòu)由基座、可調(diào)支撐、旋轉(zhuǎn)頭、壓緊頭、磁鐵和鎖緊螺釘構(gòu)成，如圖4所示?？烧{(diào)支撐上方下圓，其上半部分有帶孔的槽用以安裝旋轉(zhuǎn)頭，其下半部分有螺紋以滿足工件定位長(zhǎng)度可調(diào)的要求；旋轉(zhuǎn)頭上有兩個(gè)螺紋孔，一個(gè)用以安裝鎖緊螺釘，一個(gè)用以安裝壓緊頭，兩側(cè)有突出的圓柱用以與可調(diào)支撐上的孔配合，調(diào)整夾緊的角度；壓緊頭上有螺紋以保證其夾緊力可調(diào)，其壓緊端為網(wǎng)狀以適應(yīng)側(cè)面壓緊；鎖緊螺釘有兩處，上部的鎖緊螺釘用以鎖緊旋轉(zhuǎn)頭與壓緊頭的相對(duì)位置，下部的鎖緊螺釘用以保證在振動(dòng)狀態(tài)下可調(diào)支撐與基座處于鎖緊狀態(tài)；基座下部裝有磁鐵，可以增加穩(wěn)定性。將夾緊體浸沒(méi)在熔化后的低熔點(diǎn)合金中，待其冷卻后，夾緊元件的各部分固連在一起，可以有效地提高夾緊體的整體剛性和夾緊力。

▲圖2 夾具體框架的結(jié)構(gòu)示意圖

▲圖3 定位元件結(jié)構(gòu)圖

▲圖4 夾緊體結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

柔性?shī)A具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是柔性?shī)A具研究的重要組成部分。本文提出的柔性裝夾對(duì)減少企業(yè)工裝夾具設(shè)計(jì)制造的技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間、降低開發(fā)成本以及提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力都有非常重要的意義。

［1］ 鐘康民，郭培金.基于液固兩相轉(zhuǎn)變的夾具技術(shù)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，1998（8）:5－6.

［2］ 劉璇，王小北.基于相變材料的柔性?shī)A具［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2000（5）:53－55.

［3］ 張先舟,基于磁流變液相變技術(shù)的柔性?shī)A具［J］.實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2003，18 （2）:185－192.

［4］ 李蓓智，楊建國(guó).快速尋位與狀態(tài)記憶的工件安裝技術(shù)與新型夾具系統(tǒng)［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2000 ，11（10）:1154－1157.