李 斌，張 政，胡 皓

(河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州451191)

德國阿亨工業(yè)大學(xué)曾在機(jī)床、發(fā)動機(jī)、礦山機(jī)械、軋鋼設(shè)備、儀器儀表、紡織機(jī)械、水利機(jī)械和軍械等26個不同性質(zhì)的企業(yè)中選取了45 000種零件進(jìn)行了分析和研究，結(jié)果表明任何一種機(jī)械類產(chǎn)品中的組成零件都可分為3類:A類為復(fù)雜件或特殊件，B類為相似件，C類為簡單件或標(biāo)準(zhǔn)件.其中，B類在產(chǎn)品中的種類多、數(shù)量大，約占零件總數(shù)的70%，如各種軸、套、法蘭、支座、蓋板和齒輪等.這類零件的相似程度高、結(jié)構(gòu)(特征)相同或相近，僅尺寸、性能等參數(shù)不同［1］.

對B類零件的加工常采用成組技術(shù)規(guī)劃零件族，確定統(tǒng)一的生產(chǎn)工藝，用規(guī)?；a(chǎn)方式組織中小批量零件族中零件的生產(chǎn).在加工過程中，零件的加工工序安排幾乎相同，所需要的工藝裝備，特別是夾具也非常類似.因此，高效地設(shè)計適用于零件族的專用夾具，成為提高生產(chǎn)效率必須要解決的問題.

1 零件族及夾具結(jié)構(gòu)簡介

如圖1所示，某物流裝備中的連桿零件族由3個工件組成，除D1，D2兩個尺寸外(如圖2所示)，其余各部特征與尺寸完全相同.為高效地加工?10和?13這兩個相互垂直的孔，需要為該工序設(shè)計一套翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具，夾具的結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖1 零件族Fig.1 Part family

圖2 尺寸系列(單位:mm)Fig.2 Dimension series(unit:mm)

圖3 翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具Fig.3 Roll-over drill jig

夾具以定位銷7及其軸肩端面A對工件的?22孔和下端面進(jìn)行定位，其中短銷限制，端面A限制可調(diào)支撐釘15限制工件完全定位，滿足工藝要求［2］．限于篇幅，略去定位誤差分析．

從圖3可以看出，由于零件族中的3個工件僅有D1和D2的尺寸不同，所以夾具的組成元件除夾具體2外都可以通用.因此，在設(shè)計夾具的過程中，先以一個工件為原始依據(jù)，確定該工件夾具元件的所有尺寸.而對另外兩個工件，只需根據(jù)D1和D2的變化調(diào)整夾具體的相關(guān)尺寸，即可實現(xiàn)夾具的自設(shè)計.對夾具體尺寸的調(diào)整，可以利用三維設(shè)計軟件SolidWorks中的系列零件設(shè)計表來完成.

2 夾具的自設(shè)計

2.1 夾具建模

以工件1為原始依據(jù)，取D1=39.5 mm，D2=78 mm，確定夾具各元件的尺寸，在SolidWorks中建模［3］，如圖4所示.建模過程不再贅述.

圖4 翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具三維模型(單位:mm)Fig.4 Three-dimensionalmodule of the roll-over drill jig(unit:mm)

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化尺寸名稱

為方便識別尺寸，防止尺寸過亂造成錯誤，將尺寸D1和D2的名稱改成標(biāo)準(zhǔn)的名稱，如圖5所示.點(diǎn)擊尺寸78(即D2)，出現(xiàn)尺寸對話框，在對話框中將主要值下的名稱改成“D2@草圖8”.用相同的方法將兩孔下端面距離的尺寸名稱改為“D1@基準(zhǔn)面1”.

2.3 建立系列零件設(shè)計表

將各尺寸名稱修改好后，可以插入系列化零件設(shè)計表.雙擊需要修改的尺寸，尺寸就被填入表格當(dāng)中.在本設(shè)計中，系列零件只需要修改“D2@草圖8”和“D1@基準(zhǔn)面1”這兩個尺寸，將這兩個尺寸填入Excel表格，并在表格中填入工件1(默認(rèn)工件)、工件2、工件3及其尺寸數(shù)據(jù)，保存后零件配置欄出現(xiàn)系列零件的配置，如圖6所示.

圖5 修改尺寸名稱Fig.5 Modification of the name of dimension

圖6 系列零件設(shè)計表Fig.6 Design list of series parts

2.4 夾具的自設(shè)計

工件兩孔中心距的變化會影響夾具體寬度的變化及支撐兩孔的兩凸臺中心距的變化，工件兩孔下端面的距離變化會影響夾具體高度的變化，即尺寸“D2@草圖8”會驅(qū)動“D3@草圖5”和“D1@凸臺-拉伸1”，尺寸“D1@基準(zhǔn)面1”會驅(qū)動“D3@草圖1”，如圖7所示.

分析圖中相關(guān)尺寸，可得出如下關(guān)系:

打開裝配體，將注解中的特征尺寸打開，通過工具欄調(diào)出方程式，點(diǎn)擊需要被驅(qū)動的尺寸進(jìn)入方程式編輯，將關(guān)系式(1)、(2)、(3)填入方程式編輯表中.

在本次自設(shè)計中，以尺寸驅(qū)動的方式驅(qū)動的3個尺寸，其方程式如下:點(diǎn)擊確定后，夾具已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自設(shè)計.以工件2為例，在裝配體中打開配置工件2，SolidWorks會自動根據(jù)工件2的尺寸變化計算夾具相關(guān)尺寸的變化并生成新的模型.

工件2中尺寸“D2@草圖8”=100，“D1@基準(zhǔn)面1”=39.5(其他特征尺寸不變)，代入式(4)、(5)、(6)后，得出“D3@草圖1@8-夾具體＜1＞.Part”=119，“D3@草圖5@8-夾具體＜1＞.Part”=100，“D1@凸臺-拉伸1@8-夾具體＜1＞.Part”=202，最后得到夾具，如圖8所示.

圖7 尺寸關(guān)系Fig.7 Relationship of themeasure

圖8 工件2夾具自設(shè)計結(jié)果(單位:mm)Fig.8 Result jig of the self-design for part 2(unit:mm)

工件1和工件3的自設(shè)計過程與工件2一樣，設(shè)計結(jié)果見圖9和圖10，這里不再贅述.

圖9 工件1夾具自設(shè)計結(jié)果(單位:mm)Fig.9 Result jig of the self-design for part 1(unit:mm)

圖10 工件3夾具自設(shè)計結(jié)果(單位:mm)Fig.10 Result jig of the self-design for part 3(unit:mm)

3 結(jié)語

零件族中不同零件特征的相似性決定了其專用夾具結(jié)構(gòu)的相似性，可以在零件族中選取一種特征最全的零件為原型，以其為依據(jù)設(shè)計專用夾具并建立完善的三維數(shù)字模型.找出零件特征尺寸與夾具相關(guān)尺寸間的關(guān)系并建立方程式，將族中其他零件的相關(guān)特征尺寸輸入零件設(shè)計表，對夾具的三維數(shù)字模型進(jìn)行尺寸驅(qū)動，即可完成零件族中所有零件專用夾具的自設(shè)計.此方法可大大減少專用夾具的設(shè)計時間，縮短B類零件加工前的準(zhǔn)備時間，提高生產(chǎn)效率.

［1］郭曉煒，王征，石秀華.基于SolidWorks的系列零件快速化設(shè)計［J］.機(jī)械與電子，2006(5):15-16.

［2］于駿一，鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［3］張紅松，李寶峰，李斌，等.SolidWorks 2008從入門到精通［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.