自動化設(shè)備專用夾具的設(shè)計(jì)
自動化設(shè)備專用夾具的設(shè)計(jì)
[摘 要]隨著現(xiàn)代數(shù)控加工設(shè)備的高速的發(fā)展，設(shè)計(jì)合理、適合批量生產(chǎn)的專用夾具不僅能保證加工的穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量，而且能降低勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，從而降低生產(chǎn)成本，本文從夾具的定位設(shè)計(jì)、整體剛度設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和夾緊力的設(shè)計(jì)、安裝設(shè)計(jì)以及夾具設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢等五方面論述了專用夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
[關(guān)鍵詞]數(shù)控加工 專用夾具 五方面 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
零件在加工的過程中夾具的定位固定是非常重要的，當(dāng)定位不準(zhǔn)確或加工中出現(xiàn)振動，都會影響零件在加工中各段的精度，達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。
設(shè)計(jì)合理、適合批量生產(chǎn)的專用夾具不僅能保證加工的穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量。
并且能降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率、降低對工人技術(shù)的過高要求、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，從而降低生產(chǎn)成本。
一、夾具的定位設(shè)計(jì)
工件的六個自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全定位。
當(dāng)然工件定位時，并非所有情況下都必須使工件完全定位。
在滿足加工要求的條件下，少于六個支撐點(diǎn)的定位也是允許的。
采用此類部分定位可簡化定位裝置，在生產(chǎn)中應(yīng)用很多。
如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。
過定位一般情況下，應(yīng)該避免使用過定位，通常，過定位的結(jié)果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件(或定位件)產(chǎn)生變形，所以在一般情況下，過定位是應(yīng)該避免的。
但是在某些條件下，合理地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。
這對剛性弱而精度高的航空、儀表類工件更為顯著。
二、夾具的整體剛度設(shè)計(jì)
夾具不同于其他環(huán)節(jié)，他在工藝系統(tǒng)中有著特殊地位，夾具的整體剛度對工件加工的動態(tài)誤差產(chǎn)生著非常特殊的影響。
當(dāng)夾具的整體剛度遠(yuǎn)大于其他環(huán)節(jié)，工件加工的動態(tài)誤差基本上只取決于夾具的制造精度和安裝精度。
因此設(shè)計(jì)夾具時，對夾具的整體剛度應(yīng)給予足夠重視。
如因工藝系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的剛度不足而引起較大的系統(tǒng)動態(tài)誤差時，也可以采取修正夾具定位元件的方法進(jìn)行補(bǔ)償。
對一些切削力較大，振動也大的夾具，還應(yīng)盡可能降低夾具的重心，工件的加工表面應(yīng)盡可能靠近工作臺，以提高夾具的穩(wěn)定性，通常夾具體的高寬比H/B≤1～1.25為宜。
三、夾具結(jié)構(gòu)和夾緊力的設(shè)計(jì)
1、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
(1)能保證工件定位后占據(jù)正確位置。
(2)要保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動小，又要使工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。
(3)夾緊裝置的復(fù)雜程度與生產(chǎn)類型相適應(yīng)。
工件的生產(chǎn)批量越大，允許設(shè)計(jì)越復(fù)雜、效率越高的夾緊裝置。
(4)工藝性好，使用性好。
其結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，便于制造和維修;盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)夾具零部件。
2、夾具夾緊力的設(shè)計(jì)
在傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)中，定位元件、夾緊裝置結(jié)構(gòu)的選擇、尺寸的確定，夾緊力的求解都需要設(shè)計(jì)人員完成;一般運(yùn)用運(yùn)動學(xué)原理、幾何學(xué)原理和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)對夾緊元件的布局和夾緊力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對以下三個方面進(jìn)行研究分析：
(1)構(gòu)建工件自由度模型和運(yùn)動學(xué)的定位方案模型，對自由度的限制數(shù)目和接觸點(diǎn)數(shù)進(jìn)行分析;
(2)對基準(zhǔn)的定位誤差進(jìn)行分析計(jì)算;
(3)可利用接觸變形理論構(gòu)建工件穩(wěn)定性模型，對夾緊方案合理性進(jìn)行分析。
當(dāng)然，工件的大小、加工部位、刀具、材料特性等多方面元素，一般計(jì)算的同時也結(jié)合經(jīng)驗(yàn)去考慮，采用較大的夾緊方式，比如M16螺釘可以壓緊的，為了提高安全系數(shù)，一般選M18的螺釘。
四、夾具的安裝設(shè)計(jì)
夾具在機(jī)床工作臺上的安裝位置，直接影響被加工表面的位置精度，因而在設(shè)計(jì)時必須考慮其安裝方法，一般是在夾具底座下面裝兩個定位鍵。
定位鍵的結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)按工作臺的T形槽尺寸選定(以T形槽為例)，它和夾具底座以及工作臺T形槽的配合為H7/h6、H8/h8。
兩定位鍵的距離應(yīng)力求最大，以利提高安裝精度。
作為定位鍵的安裝是夾具過兩個定位鍵嵌入到工作臺的同一條T 形槽中，再用T 形螺栓和墊圈、螺母將夾具體緊固在工作臺上，所以在夾具上還需要提供兩個穿T形螺栓的耳座。
如果夾具寬度較大時，可在同側(cè)設(shè)置兩個耳座，兩耳座的距離要和工作臺兩個T形槽間的距離一致。
五、夾具設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢
(1)標(biāo)準(zhǔn)化：夾具在實(shí)現(xiàn)通用性的前提下，為降低夾具本身的成本，朝著標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，在通用夾具、組合夾具的基礎(chǔ)上，制造的夾具應(yīng)盡量與標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)床配套，有利于促進(jìn)機(jī)床夾具本身的商品化和規(guī)模化生產(chǎn)，降低夾具自身成本。
(2)精密化：隨著社會各行業(yè)對機(jī)械加工產(chǎn)品的精度要求越來越高，現(xiàn)代機(jī)床夾具已向著高精密化的方向發(fā)展，夾具的精密化主要體現(xiàn)在夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，在對夾具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要充分發(fā)揮主觀能動性，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工向著更高精度的方向發(fā)展。
(3)高效化：因加工行業(yè)競爭日益激烈，要求機(jī)械加工企業(yè)要最大限度提高工作效率，因此對機(jī)床夾具也提出了更高的要求，首先能適應(yīng)高速加工的要求，并最大程度降低夾具的輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，保持加工的連續(xù)性和安全生產(chǎn)，降低了工人的勞動負(fù)荷。
(4)柔性化：通過對夾具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，將不可拆卸機(jī)構(gòu)改造成可拆卸機(jī)構(gòu)，使之可以通過自身的組合、調(diào)整來滿足各種工藝的需求，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更加合理、精度更高、并且可自動拆卸、更換的柔性化夾具，提高夾具的工作效率，從而為現(xiàn)代加工提供更好的支持。
參考文獻(xiàn)
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