呂菊芳，王永明，寧秀月，李照山

(沈機集團昆明機床股份有限公司，云南昆明650203)

柔性制造系統(tǒng)通常由多臺加工中心主機與多件工作臺的物流系統(tǒng)組成，根據(jù)加工要求，柔性制造系統(tǒng)可以把裝夾有需加工零件的工作臺交換到系統(tǒng)指定的任意一臺主機上進行加工，因此具有自動化程度高、加工效率高等優(yōu)點。某公司為某用戶設(shè)計生產(chǎn)的FMS1600 柔性制造系統(tǒng)，由7 臺雙工位臥式加工中心主機、30 件高精度大規(guī)格工作臺(1.8 m ×1.6 m)、有效行程大于50 m 的物流運輸線、24 個緩沖存儲站組成。為了確保30 件工作臺中任意1 件工作臺交換到7 臺主機任意1 臺上后所有精度都合格，就必須保證30 件工作臺各項精度的一致性達到要求。

工作臺通過“一面兩銷”的定位方式定位［1］，因此，對工作臺定位孔的尺寸精度、形位精度、孔距精度要求都很高:30 件工作臺兩定位孔到中心孔孔距尺寸一致性要求0.01 mm;兩基準側(cè)面與中心孔的距離尺寸一致性要求0.005 mm;定位面與臺面尺寸一致性要求0.005 mm(見圖1)。后兩項可以通過精加工來保證，而第一項對于1 件工作臺來說，精度再高都可以通過采取相應的工藝措施來保證，而對于30 件或者更多數(shù)量的工作臺來說，要保證每件各個尺寸一致性的高精度要求，用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝方法難以實現(xiàn)。因此經(jīng)過深入分析和研究后，設(shè)計了一套“精密灌膠定位夾具”來解決該問題，即結(jié)構(gòu)上采用在工作臺定位孔里增加一個定位套，在定位孔和定位套之間留有一定的間隙，通過夾具來保證中心孔與兩定位孔孔距尺寸的一致性，定位孔和定位套之間通過灌膠的形式進行粘接固定(見圖2)。

圖1 工作臺定位圖

圖2 工作臺定位孔與定位套膠液固定圖

1 精密灌膠定位夾具結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 精密灌膠定位夾具的結(jié)構(gòu)

精密灌膠定位夾具由夾具體、兩個定位銷、中心孔校正軸、校對塊、齒輪傳動機構(gòu)、帶傳動機構(gòu)、頂頭、壓板、中心定位套、校正工具(由測量座、表桿、千分表、表架構(gòu)成)等組成，見圖3。

圖3 精密灌膠定位夾具結(jié)構(gòu)圖

齒輪、帶傳動機構(gòu)主要由手柄6、齒輪箱1、齒輪軸4、齒輪8、軸承2 和9、軸套5、帶輪12 和14、皮帶13 等組成，見圖4。中心孔校正軸主要由心軸28、軸承24、外隔套22、內(nèi)隔套23、圓螺母16、表桿27、電子測微儀26 等組成，見圖5。

圖4 齒輪、帶傳動機構(gòu)放大圖

圖5 中心孔校正軸放大圖

1.2 精密灌膠定位夾具的工作原理

搖動手柄6，齒輪軸4 旋轉(zhuǎn)，齒輪軸右端的傘齒輪把運動傳遞給傘齒輪8，傘齒輪8 通過平鍵11 將運動傳到帶輪12，通過皮帶13 傳遞給帶輪14，帶輪14通過平鍵15 將運動傳到心軸28，心軸帶動電子測微儀26 旋轉(zhuǎn)來找正工作臺中心孔，然后用中心定位套29 定住工作臺中心孔。

校正工具用來校正工作臺基準側(cè)面與孔中心的平行及距離尺寸。使用時移動緊靠夾具體兩相互垂直面的測量座通過千分表讀數(shù)，用頂頭來校正，校正后用壓板將工作臺壓緊在夾具上。

2 精密灌膠定位夾具設(shè)計與分析

2.1 精密灌膠定位夾具的定位及夾緊原理

2.1.1 定位

工作臺與滑座采用“一面兩銷”定位，因此該夾具也是采用“一面兩銷”定位，與工作臺實際使用狀態(tài)一致，使加工基準與使用基準統(tǒng)一。工作臺定位面為第一定位基準，限制了z、A、B 三個自由度［2－3］，兩個定位銷作為第二、第三定位基準限制了x、y、C 三個自由度［2－3］。

2.1.2 夾緊

工作臺中心孔和基準側(cè)面校正好后，在工作臺定位面內(nèi)側(cè)(4 處)用壓板、雙頭螺栓、螺母將工作臺壓緊在夾具上，見圖3。

2.2 交換工作臺兩定位孔到中心孔孔距一致性保障

要保證30 件工作臺中心孔到兩定位孔孔距0.01 mm 的一致性精度要求，首先要對夾具及工作臺的定位誤差進行確定，由于采用了在工作臺定位孔內(nèi)增加定位套，定位套與夾具定位銷的配合只能有很小的間隙，經(jīng)過分析，確定了定位套與夾具定位銷的配合間隙，定位套孔與夾具定位銷的配合間隙最大不能超過0.005 mm;確定了工作臺中心孔的圓度誤差，即圓度最大不能超過0.002 mm;根據(jù)夾具的定位誤差要求，工作臺兩定位孔到中心孔的孔距公差是±0.01 mm，因此夾具中兩定位銷到夾具中心的公差為。

這樣孔距的定位誤差控制在0.01 mm，就能滿足30件工作臺的一致性精度要求。

根據(jù)定位套孔與夾具定位銷的配合間隙最大不能超過0.005 mm 的要求，對定位套孔和夾具定位銷的公差進行了分配，即

根據(jù)定義，最大間隙(Xmax)= 孔的最大極限尺寸－ 軸的最小極限尺寸［5］= 80.003 mm－ 79.998 mm=0.005 mm

最小間隙(Xmin)=孔的最小極限尺寸－軸的最大極限尺寸［5］=80 mm－79.999 mm=0.001 mm

通過以上計算，定位套孔與夾具定位銷的配合最大間隙為0.005 mm，最小間隙為0.001 mm，所分配的公差能滿足要求。

2.3 交換工作臺兩基準側(cè)面到中心孔距離一致性的保障

通過測量工具上千分表在校對塊上的讀數(shù)與在工作臺基準側(cè)面上讀數(shù)的數(shù)值差來確定基準側(cè)面與中心孔的尺寸，并將每件工作臺的該數(shù)值差做記錄，最后根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)精加工工作臺側(cè)面來保證30 件工作臺側(cè)面與孔中心距離一致性0.005 mm 的精度要求。

2.4 交換工作臺定位面與臺面厚度尺寸一致性的保障

對于30 件工作臺定位面與臺面厚度尺寸一致性0.005 mm 的要求，通過采用精密刮研技術(shù)，保證工作臺臺面的平面度及其一致性，再以臺面為基準，在高精度數(shù)控導軌磨床上對定位面進行精密磨削來保證其尺寸和平行精度的一致性。

3 精密灌膠定位夾具使用方法

(1)首先在夾具兩個定位銷上裝上配合間隙為0.001 ～0.005 mm 的定位套，不緊固螺釘，然后吊裝工作臺將兩個定位孔對準定位套(定位孔與定位套留有2 mm 間隙)，將工作臺放到夾具上。

(2)搖動手柄，帶動中心孔校正軸旋轉(zhuǎn)，通過電子測微儀來校正工作臺的中心孔在0.005 mm 內(nèi)，用中心定位套定住中心孔，定位套與夾具心軸、工作臺中心孔的配合間隙都是0.002 ～0.005 mm，這樣工作臺在夾具上就不會移動，只會轉(zhuǎn)動。

(3)將校正工具緊靠夾具體兩相互垂直基準面上，移動校正工具來校正工作臺基準側(cè)面在0.005 mm 內(nèi)，用連接螺釘將定位套緊固在工作臺上(見圖6)，并用4 塊壓板將工作臺壓緊在夾具上(參看圖3)。然后將千分表在校對塊上的讀數(shù)與在工作臺基準側(cè)面上讀數(shù)的數(shù)值差做記錄，根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)對工作臺側(cè)面進行精修，以此來保證基準側(cè)面與中心孔尺寸一致性0.005 mm 的高精度要求。

(4)灌膠。用噴槍將混合好的膠液從進膠孔注入到定位孔與定位套之間的間隙中，當膠液從出膠孔流出時說明膠液已灌滿，用堵頭將進膠孔和出膠孔堵上。24 h 膠液固化后即完成了灌膠工作，也就是完成了定位套的粘接定位工作，見圖6。

圖6 灌膠圖

4 結(jié)束語

FMS1600 柔性制造系統(tǒng)實際使用證明:精密灌膠定位夾具具有結(jié)構(gòu)簡單、定位準確、操作方便等優(yōu)點，使用該夾具后，工作臺定位孔的加工精度要求可以大幅降低，降低了生產(chǎn)制造成本，提高了加工效率，保證了工作臺兩定位孔的孔距精度一致性及工作臺兩基準側(cè)面到中心孔距離尺寸精度一致性，解決了柔性制造系統(tǒng)多件工作臺精度一致性要求較高的問題，保證了整個柔性制造系統(tǒng)的順利實現(xiàn)。同時，該夾具的設(shè)計應用也促進了該公司灌膠技術(shù)的發(fā)展。

【1】濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計［M］.北京:高等教育出版社，2006.

【2】張進生.機械制造工藝與夾具設(shè)計指導［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1995.

【3】東北重型機械學院.機床夾具設(shè)計手冊［M］.上海:上?？茖W技術(shù)出版社，1988.

【4】王啟平.機床夾具設(shè)計［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，1995.

【5】任嘉卉.公差與配合手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1994.