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箱體類零件鉆、鏜組合機(jī)床夾具CAD系統(tǒng) 屠宜明 江蘇大學(xué)機(jī)械0303 3030301070 摘　要:針對箱體類零件鉆、鏜組合機(jī)床夾具設(shè)計中存在的大量標(biāo)準(zhǔn)件和典型結(jié)構(gòu)提出基于被加工件三維模型的箱體類組合機(jī)床夾具設(shè)計方法,研究了夾具的定位設(shè)計、夾緊設(shè)計和導(dǎo)向設(shè)計。 關(guān)鍵詞:組合機(jī)床, 　鉆鏜加工, 　夾具設(shè)計, 　CAD 系統(tǒng) CAD System of Fixture in Combined Machine of Turning and Drilling Abstract : Based on the large amount of standard units and prototypes in fixture design of combined machine of drilling and turning , the fixture design method based on 3D model of work-pieces is presented , and the design methods of positioning , clamping , and guiding device are researched. Keywords: combined machine, drilling and turning ,fixture design, CAD system 1 　引言 箱體類零件是機(jī)械、汽車、家電、航空、紡織、石化等領(lǐng)域產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的主體,其加工分為外表面銑削和孔系鉆、鏜加工。在用組合機(jī)床進(jìn)行箱體類零件的大批量加工時,其孔系加工質(zhì)量主要由夾具保證,因此夾具設(shè)計是保證加工精度的重要環(huán)節(jié)。 本文研究和分析了箱體類零件鉆鏜加工用組合機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)及功能,并提出基于被加工件三維模型的箱體類組合機(jī)床夾具設(shè)計方法。 2 箱體類鉆鏜組合機(jī)床夾具設(shè)計分析 2-1 夾具結(jié)構(gòu) 圖1 為三面鉆鏜組合機(jī)床上所使用的加工某柴油機(jī)機(jī)體夾具的爆炸視圖。工件導(dǎo)入裝置1 由導(dǎo)軌、導(dǎo)輪和支撐裝置組成;定位裝置2 由處于工件底面的兩行支承塊、后面的側(cè)支承塊和輔助定位裝置組成;3 為工件;4 為刀具導(dǎo)向裝置(圖中僅指出左面的導(dǎo)向裝置,實(shí)際上右面、后面也有導(dǎo)向裝置,根據(jù)工件的具體情況而定) ;5 為液壓夾緊裝置(亦可根據(jù)要求的不同,選用氣動夾緊裝置) 。 1.工件導(dǎo)入裝置 2.定位裝置 3.工件 4.導(dǎo)向裝置 5.夾緊裝置 圖1 　某柴油機(jī)機(jī)體夾具 2-2 夾具設(shè)計分析 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計過程為: ①確定加工設(shè)備(立式或臥式)；②根據(jù)給定工序圖確定的定位方案進(jìn)行定位設(shè)計,包括選擇定位件,并設(shè)計相應(yīng)結(jié)構(gòu)；③導(dǎo)向設(shè)計,具體內(nèi)容為確定導(dǎo)向裝置與被加工件間的位置關(guān)系、選擇或設(shè)計導(dǎo)向部件、設(shè)計導(dǎo)向板等； ④根據(jù)工序圖確定的夾緊方案,確定夾具力作用位置,并選擇夾緊件、設(shè)計相應(yīng)夾緊機(jī)構(gòu)、選擇匹配動力裝置；⑤據(jù)加工中工件的受力特點(diǎn),合理地確定輔助支承裝置； ⑥設(shè)計夾具體； ⑦設(shè)計工件的導(dǎo)入裝置； ⑧其它結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 不同箱體類零件的加工對應(yīng)不同的夾具,但其中存在大量的典型結(jié)構(gòu)和通用件、標(biāo)準(zhǔn)件。典型結(jié)構(gòu)是指一組零件組合在一起、完成特定功能的子裝配體,如鉆削中用到的快換鉆套與襯套及鉆套固定螺釘?shù)慕M合、鏜削中臥軸鏜孔用滑動導(dǎo)套的組合等。又如箱體零件在夾具中的定位方式一般為一面兩銷或三個平面(六點(diǎn)定位) ,箱體類零件組合夾具的夾具體一般都采用支架式、為提高工件效率并夾緊工件一般采用液壓夾緊等。這些結(jié)構(gòu)都可采用標(biāo)準(zhǔn)化處理,將這些結(jié)構(gòu)做成參數(shù)化的典型結(jié)構(gòu)庫,在設(shè)計中進(jìn)行調(diào)用,避免重復(fù)勞動,提高設(shè)計效率。 由于工件形狀、尺寸不同,夾具結(jié)構(gòu)會發(fā)生相應(yīng)變化,如何有效地快速響應(yīng)工 件變化是箱體類零件組合機(jī)床夾具CAD 的一個難題。本文針對不同的結(jié)構(gòu)組成采用不同的設(shè)計方法予以處理。 3 　箱體類零件組合機(jī)床夾具設(shè)計系統(tǒng)研究 3-1 　定位方案設(shè)計 箱體類零件組合機(jī)床的定位方案一般有一面兩銷定位和三平面定位兩種。 一面兩銷定位:其中一面為支承面,由于加工孔系是決定箱體類零件精度的關(guān)鍵加工工序,之前對其所用定位面已進(jìn)行過精加工,故支承件一般選取與工件接觸面較大的支承板;如考慮工件的導(dǎo)入,則支承板與導(dǎo)向板配合使用,或合二為一。支承板與導(dǎo)向板在夾具體中的布局有其典型格式,可針對工件定位面的大小,總結(jié)支承件的選擇條件,利用條件語句實(shí)現(xiàn)支承件的選擇。而兩銷的選擇則完全由工件中定位孔的尺寸來確定。由于組合機(jī)床是高效的加工設(shè)備,故對一般工件的裝卸速度要求較高,在一面兩銷定位方式中一般采用插拔銷機(jī)構(gòu),以適應(yīng)快速裝卸要求。采用三平面定位時,支承件的選擇方法與一面兩銷定位相同。而其它定位件及相應(yīng)機(jī)構(gòu)的選擇則有所不同:一般用側(cè)導(dǎo)板來限制兩個自由度,用后定 位板(或圓柱銷) 來限制剩下的一個自由度。 3-2 　夾緊方案設(shè)計 鉆、鏜組合機(jī)床夾具中,夾緊機(jī)構(gòu)一般為氣動或液壓機(jī)構(gòu),易于實(shí)現(xiàn)自動控制,且形式比較簡單,易于設(shè)計。在組合機(jī)床夾具CAD 系統(tǒng)中,不僅要考慮把使用液壓夾緊、氣動夾緊的典型結(jié)構(gòu)納入其中,使其能被方便地調(diào)用,并針對不同的工件根據(jù)設(shè)計需要進(jìn)行定位、定向。還應(yīng)考慮把相關(guān)的液壓氣動裝置的設(shè)計計算、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件的選用、與夾具體的聯(lián)接及其它相關(guān)驗(yàn)算納入其中,根據(jù)加工工藝的要求,輔助進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計估算。 3-3 　導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計 孔對于基準(zhǔn)的定位精度由定位方案來保證,而孔系中孔間位置關(guān)系則由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來保證,其設(shè)計隨被加工孔系的變化而變化。具體的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)是一塊包容了針對不同孔加工用的導(dǎo)向套或鏜套的模板(其中導(dǎo)向套或鏜套應(yīng)可更換) 。在夾具CAD 系統(tǒng)中,應(yīng)能針對工件的孔系自動生成這樣的裝置和相應(yīng)的模板,同時能盡量自動從標(biāo)準(zhǔn)件庫中選擇標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向套和襯套、避免過多的人工調(diào)整。 3-4 　工件導(dǎo)入、導(dǎo)出機(jī)構(gòu)設(shè)計 工件的導(dǎo)入、導(dǎo)出機(jī)構(gòu)是為了便于工件的裝入、粗限位、取出以及大臥式組合機(jī)床中承載過重、過大的工件質(zhì)量而設(shè)計的。工件的導(dǎo)入、導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的設(shè)計要根據(jù)工件質(zhì)量、生產(chǎn)率要求、加工自動化程度和工件具體形態(tài)確定。如工件較輕、生產(chǎn)率要求較低、加工自動化程度要求不高,也可采用人工方式裝卸工件,只需簡易的導(dǎo)入、導(dǎo)出機(jī)構(gòu)。 3-5 　夾具體設(shè)計 夾具體是夾具的主體,直接或間接地把夾具中定位裝置、夾緊裝置、導(dǎo)向裝置等連成一個能使工件在其中導(dǎo)入、定位、夾緊、取出、使夾具具備對刀能力并能在機(jī)床中進(jìn)行定位和固定的整體。基于三維CAD 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計,可充分運(yùn)用其幾何鏈接工具,把直接與夾具體關(guān)聯(lián)的定位件、夾緊件、導(dǎo)向件的與夾具體的定位面、聯(lián)接面直接或間接相關(guān)的面鏈接到夾具體部件中,使之成為夾具體設(shè)計的鏈接特征。這樣夾具體的設(shè)計始終與相關(guān)的定位件、夾緊件、導(dǎo)向件等關(guān)聯(lián),當(dāng)這些結(jié)構(gòu)的形式、規(guī)格、方位在設(shè)計中需調(diào)整時,則夾具體的設(shè)計隨之變更。當(dāng)工件結(jié)構(gòu)有所調(diào)整時,夾具相關(guān)結(jié)構(gòu)也會隨之調(diào)整,以避免大量的重復(fù)勞動。 3-6 　標(biāo)準(zhǔn)件、通用件及合成組件庫的設(shè)計 標(biāo)準(zhǔn)件、通用件及合成組件的應(yīng)用使夾具設(shè)計變得更為快捷、有效。在夾具CAD 系統(tǒng)中,使用這些結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循夾具設(shè)計的內(nèi)在規(guī)律,即系統(tǒng)中要支持用戶選擇標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、組合件在工件上的作用面,能在作用面上確定作用位置,能定義其相對于工件的方向和位置。 在夾具CAD 系統(tǒng)設(shè)計中,要充分運(yùn)用三維CAD軟件的功能和二次開發(fā)工具,使得設(shè)計過程中的每個環(huán)節(jié)設(shè)置合理、便于用戶操作和拓展功能。 參考文獻(xiàn) 1 　謝家瀛. 組合機(jī)床設(shè)計簡明手冊. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994 2 　楊黎明. 機(jī)床夾具設(shè)計手冊. 北京:國防工業(yè)出版社,1996 3 　孫大涌. 先進(jìn)制造技術(shù). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999(12) :31～44 4 　肖人彬, 周　濟(jì), 查建中. 智能設(shè)計:概念、發(fā)展與實(shí)踐.中國機(jī)械工程,1997 ,8(2) :74～76