轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具的虛擬設(shè)計(jì)

李 斌，曲良斌

(1.河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.河北鋼鐵集團(tuán)舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司，河南 舞鋼 462500)

轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具的虛擬設(shè)計(jì)

李 斌1，曲良斌2

(1.河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.河北鋼鐵集團(tuán)舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司，河南 舞鋼 462500)

轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具是生產(chǎn)車床小刀架必不可少的工藝裝備.從該夾具的工作原理與定位方案出發(fā)，對零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用虛擬裝配技術(shù)確定了各零部件的尺寸，在裝配過程中進(jìn)行了碰撞與干涉檢驗(yàn)，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低了成本，對夾具的設(shè)計(jì)與開發(fā)有借鑒意義.

刨床夾具；轉(zhuǎn)位式夾具；虛擬裝配

夾具，特別是專用夾具，作為一種能大幅提高生產(chǎn)效率的工藝裝備，在機(jī)械加工行業(yè)中有重要的地位.怎樣快速、高效地設(shè)計(jì)夾具一直是機(jī)械加工企業(yè)亟待解決的問題.虛擬裝配是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，為了更好地輔助與裝配有關(guān)的設(shè)計(jì)決策，在虛擬環(huán)境下對計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行裝配關(guān)系分析的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù).將虛擬裝配技術(shù)引入夾具的設(shè)計(jì)中，能改變機(jī)械加工企業(yè)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理夾具的模式，最大限度地利用虛擬設(shè)計(jì)手段提高夾具產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，縮短設(shè)計(jì)周期，有利于企業(yè)快速響應(yīng)市場需求[1].

1 零件結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具用于在牛頭刨床上刨削車床小刀架上體兩條燕尾導(dǎo)軌面，車床小刀架上體如圖1所示.

車床小刀架上體作為車床上直接影響車刀位置的零件，特別是小刀架上體的兩條燕尾導(dǎo)軌面，對其加工精度的要求較高.由于兩條燕尾導(dǎo)軌面中只有一條與小刀架上體中心線平行，另一條與中心線存在1∶50的斜度，要同時對這兩條導(dǎo)軌面進(jìn)行加工，必須對小刀架上體的6個自由度完全定位.

2 總體方案的設(shè)計(jì)

為了提高加工效率，需要綜合考慮牛頭刨床工作臺與小刀架上體的尺寸，設(shè)計(jì)能同時裝夾兩個工件的夾具.以小刀架上體的底平面A、側(cè)面B及端面C為定位基準(zhǔn)(見圖1)，夾具的總體方案如圖2所示.

圖1 車床小刀架零件(單位：mm)Fig.1 Parts drawing of little lathe compound rest(unit：mm)

1-壓緊螺母;2，3，4-滾花螺釘;5，7-小刀架上體;6-鎖緊螺母; 8，10-可調(diào)支承釘;9-鎖緊螺釘;11-止推銷;12-回轉(zhuǎn)體圖2 轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具設(shè)計(jì)方案Fig.2 General planning of inversion type planer fixture

加工直導(dǎo)軌面時，回轉(zhuǎn)體12一側(cè)與可調(diào)支承釘8接觸.擰滾花螺釘2和兩鎖緊螺母6，使回轉(zhuǎn)體定位側(cè)面與刨床滑枕方向一致并固定在底座上.加工1∶50斜導(dǎo)軌面時，可松開滾花螺釘2和兩個鎖緊螺母6，使回轉(zhuǎn)體另一側(cè)與可調(diào)支承釘8接觸.再擰滾花螺釘4和兩個鎖緊螺母6，即可進(jìn)行加工.

3 轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具的虛擬裝配

通過對轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具工作原理與總體方案的確定，基于Pro/E軟件對其進(jìn)行三維建模，在Pro/E軟件的組件模塊下對零部件進(jìn)行虛擬裝配，經(jīng)過解析計(jì)算確定各夾具零部件的尺寸，采用“top-down”模式進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流程如圖3所示.

圖3 轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具設(shè)計(jì)流程Fig.3 Design flow of inversion type planer fixture

裝配順序根據(jù)“可拆即可裝”的原則來確定，即若零部件的裝配和拆卸順序互為可逆過程，則可通過求解零部件的拆卸順序得到其裝配順序.這樣做的優(yōu)點(diǎn)是若判定某零件滿足拆卸條件，則該零件一定滿足順序約束條件.反之，裝配過程中某一階段滿足裝配條件的零件并不一定滿足順序約束條件，則該零件可能影響后續(xù)零件的裝配.另外，通過幾何計(jì)算和推理，可從零件的裝配狀態(tài)演繹零件拆卸的初始方向，卻無法從自由狀態(tài)的零件導(dǎo)出零件的裝配方向[2-3].

1-壓板；2-壓緊螺母；3-可調(diào)支承板；4，5，6，10-滾花螺釘； 9，11-可調(diào)支承釘；7-回轉(zhuǎn)體；8-夾具體；12-止推銷； 13-支承螺釘；14-鎖緊螺母圖4 轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具裝配模型Fig.4 Assemble model of inversion type planer fixture

依據(jù)以上原則，夾具的拆卸順序?yàn)槁菽?→壓板1→可調(diào)支承螺釘9和11→緊訂螺釘4，5，6，10→6個支承板3→回轉(zhuǎn)體7→止推銷12→支承螺釘13→夾具體8.因此，實(shí)際裝配的路線應(yīng)為上述順序的逆順序，裝配完成后的虛擬樣機(jī)模型如圖4所示.

裝配完成后，可進(jìn)行干涉和碰撞檢測，夾具在裝配過程中按照由外向內(nèi)的裝配順序，工作時各零部件也無相對運(yùn)動，所以只需要用Pro/E自帶的檢驗(yàn)?zāi)K即可，這里不再贅述.

4 結(jié)語

本研究采用了虛擬裝配的方法完成了轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)了虛擬樣機(jī)的裝配與干涉檢測，可以完全取代夾具樣機(jī)的試制和試驗(yàn)，降低了夾具的制作成本，極大地縮短了夾具的研發(fā)周期.

[1] 高奇.全自動翅片成形機(jī)的虛擬裝配研究[J].現(xiàn)代制造工程，2016(6)：30-33.

[2] 夏平均，陳朋.虛擬裝配技術(shù)的研究綜述[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2009，8(21)：2267-2272.

[3] 楊平，廖寧波，丁建寧,等.數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)概論[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

Virtual design of inversion type planer fixture

LI Bin1, QU Liangbin2

(1.CollegeofMechanicalEngineering,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou451191,China;2.WUYANGIron&SteelCo.,Ltd.,HBIS,Wugang462500,China)

Inversion type planer fixture is an essential technological equipment for manufacturing tool rest of lathe. In this paper, starting from the fixture locating scheme and working principle of the jig, structure of every part is designed utilizing the Virtual Assembly Technology, the size is confirmed, and the interference in assembling process is inspected. The design cost was reduced and product cycle was shorten,which is significant to the jig design and development.

planer fixture; inversion type fixture; virtual assembly

2016-12-28

李斌(1975-)，男，河南焦作人，講師，主要從事機(jī)械CAD/CAM、設(shè)備管理等方面的研究.

TH122

A

1674-330X(2017)02-0055-02