劉志強，袁玉磊

沈陽機床股份有限公司沈一車床廠，遼寧 沈陽 110141

自動調(diào)式夾具適用于各機械制造部門，其廣泛性在機械加工中已無所不在，在機床工具、紡織、石油、化工、礦山、冶金、醫(yī)療、造紙及汽車、鐵路機車、船舶等制造行業(yè)中特別是在軍工航空產(chǎn)品加工中應(yīng)用自動調(diào)式夾具均取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟效果。

1 自動定心夾具的發(fā)展優(yōu)勢

從產(chǎn)品的批量來看，自動調(diào)式夾具最適于新產(chǎn)品研制、試制、單件和小批量生產(chǎn)。因此，對于產(chǎn)品變化頻繁、改型周期短、產(chǎn)品類型多的企業(yè)選用自動調(diào)式夾具最為適宜，能收到最顯著的經(jīng)濟效果。從加工工序來看，自動調(diào)式夾具應(yīng)用極為廣泛，它可以方便的組成各類機床使用的夾具，如鉆、銑、車、鏜、磨等夾具，也可以組裝出裝配、檢驗與焊接夾具。從加工工件的幾何形狀和尺寸看，自動調(diào)式夾具一般不受工件形狀的限制。自動調(diào)式夾具元件有大、中、小和微型四個系列，各系列間備有過渡元件，可供組裝選用。它是一種具有較高柔性的先進工藝裝備，主要適用于數(shù)控機床、加工中心以及柔性加工單元和柔性制造系統(tǒng)，不僅保持了組合夾具的傳統(tǒng)優(yōu)勢，而且更符合現(xiàn)代加工理念。它是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同規(guī)格尺寸的標準元件組裝而成。這些元件具有很好的互換性和較高的精度及耐磨性，可以根據(jù)機床工作臺的尺寸和不同零件的加工要求，選用所需要的元件組裝成相應(yīng)的夾具，組裝簡單靈活。這種夾具可以保證在規(guī)定的坐標位置上準確定位，并且具有較高的剛度和精度，能夠保證在粗加工時使用大切削量，在精加工時更好地保證工件定位面和加工表面之間的位置精度。這種夾具還能保證工件在一次定位裝夾中加工多個表面，甚至是加工全部表面，也可以一套夾具同時裝夾多個工件進行加工，減少機床的停機時間，以充分發(fā)揮數(shù)控機床、加工中心等的高效性能。

圖1 工件圖

圖2 原夾具加工示意圖

2 自動定心夾具工作原理

如圖2所示，經(jīng)過實踐分析得到，很多的零件在對稱度的誤差超差時，主要都是因為寬度的誤差比較大，加上選用了調(diào)整法加工，鉗移動口單側(cè)夾緊與單面定位等等原因都會直接導(dǎo)致誤差的增大。所以說在整個加工生產(chǎn)的過程中工件基準誤差是很難避免的，而自動定心夾具通過逐步控制和克服了基準定位所導(dǎo)致的誤差，基本上確保了零件的對稱度。實踐表明，結(jié)合一些零部件的結(jié)構(gòu)特點與加工的要求，選擇了雙向定心的夾緊裝置，可以大大消除工件的寬度誤差，滿足零部件的對稱度公差的具體要求。不過因為該種工件的加工精度比較高，加上加工的尺寸又很小，所以會受到機床加工空間與結(jié)構(gòu)及動力源的束縛。通常情況下普通定心夾緊機構(gòu)因為運動副間隙相對較大，制約了加工之后的位置精度，在實際生產(chǎn)中是很難滿足一些精細部件的加工要求。

加工前，機床的夾緊凸輪主要是作用在夾緊鉗口上的力，推動鉗口沿燕尾導(dǎo)軌慢慢移動，當其經(jīng)過撥桿后，就會帶動齒輪運動起來。齒輪嚙合上的傳動力，會讓夾緊鉗口反方向移動，這樣就完成了整個工件加工過程的夾緊動作。當加工完畢時，伴隨凸輪的不斷旋轉(zhuǎn)，凸輪上的下降曲線就會完全解除作用在鉗口上的力，其上的彈簧通過拉伸使鉗口向前推進，齒輪與撥桿的反向運動，最后讓鉗口向后移動，這樣就完成了整個工件加工過程。圖3為銑槽雙向自動定心夾具動作原理圖。

圖3 雙向自動定心夾具示意圖

圖4 定位誤差分析計算簡圖

3 誤差分析計算

在自動定心夾具的具體設(shè)計中，因為比較合理、科學(xué)地分配了彈簧拉力和夾緊力，利用齒輪的連動機構(gòu)，消弱了所有運動工件之間間隙的反向空行程與影響，滿足了兩個夾緊鉗口同步移動。自動定心夾具的設(shè)計，讓工件的定位基準與設(shè)計基準相互重合，所以基準不重合的誤差降為零。這種較新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計，完全消弱了整個齒輪嚙合之間的間隙、銷子與撥桿配合之間間隙對整個定位誤差的干擾，所以就造成了基準移位誤差只剩下兩撥桿的不等臂誤差△L了。因為兩撥桿的具體長度不一定相同，所以往往導(dǎo)致相同情況下夾緊鉗口在齒輪轉(zhuǎn)角中所移動的距離是不相同的。這樣就會直接影響零部件槽口的對稱度。圖4中，設(shè)兩桿的不等臂之間的誤差為△L（兩銷中心連線的中心到齒輪中心連線距公差），撥桿的設(shè)計長度L（銷子中心到齒輪回轉(zhuǎn)中心距離），由不等臂誤差造成的鉗口移動位移差為△X，夾緊鉗口的單側(cè)移動距離為X，當鉗口移動X時齒輪擺角為a時，則：

在設(shè)計當中，L取值50mm，單側(cè)鉗口的移動實際距離X=0.5mm，中心距的實際誤差△L取值0.4mm，將所有的值代入到（1）式

可以得到：

因零部件對稱度的影響因子只有△X的一半，所以，由不等臂誤差所導(dǎo)致的工件針槽的對稱度誤差δ可表示為:

通過上式不難看出，在自動定心夾具的實際設(shè)計當中，由不等臂誤差所導(dǎo)致的針槽對稱度誤差相對比較小。因此，自動定心夾具完全滿足槽口對稱度公差的相關(guān)要求。

4 結(jié)論

自動定心銑槽夾具通過實踐檢測證明，它不僅完全符合使用要求和計算分析的結(jié)果，同時還具有很多獨特的特點，其一，自動定心夾具結(jié)構(gòu)相對比較簡單，對夾具加工的精度要求不高，加工動作相比靈活而可靠；其二，因為使用機床的動力源，因此對機床的主體結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生任何的影響，故而大大縮短了整體的制造周期，為企業(yè)節(jié)約了成本；其三，特殊的消隙結(jié)構(gòu)設(shè)計，為整個自動定心夾具的設(shè)計提供了保障，同時在產(chǎn)品的設(shè)計中得到了廣泛推廣和應(yīng)用。

[1]林玉梅.數(shù)控機床的操作手冊與理論基礎(chǔ)[J].科協(xié)論壇，2009(10)：25-29.

[2]向海健.基于COS MOS Works軟件的實例應(yīng)用[M].機械工程出版社，2009(13)：43-50.

[3]張劍鋒，謝榮.數(shù)控機床的未來發(fā)展及問題對策的研究[J].機電一體化，2008(5)：335-355.

[4]張曉齊，李貴群.機械設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.