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箱體類零件鉆、鏜組合機床夾具CAD系統(tǒng)
摘 要:針對箱體類零件鉆、鏜組合機床夾具設計中存在的大量標準件和典型結構提出基于被加工件三維模型的箱體類組合機床夾具設計方法,研究了夾具的定位設計、夾緊設計和導向設計。
關鍵詞:組合機床, 鉆鏜加工, 夾具設計, 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
箱體類零件是機械、汽車、家電、航空、紡織、石化等領域產(chǎn)品結構的主體,其加工分為外表面銑削和孔系鉆、鏜加工。在用組合機床進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床夾具的結構及功能,并提出基于被加工件三維模型的箱體類組合機床夾具設計方法。
2 箱體類鉆鏜組合機床夾具設計分析
2-1 夾具結構
圖1 為三面鉆鏜組合機床上所使用的加工某柴油機機體夾具的爆炸視圖。工件導入裝置1 由導軌、導輪和支撐裝置組成;定位裝置2 由處于工件底面的兩行支承塊、后面的側支承塊和輔助定位裝置組成;3 為工件;4 為刀具導向裝置(圖中僅指出左面的導向裝置,實際上右面、后面也有導向裝置,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.工件導入裝置 2.定位裝置 3.工件 4.導向裝置 5.夾緊裝置
圖1 某柴油機機體夾具
2-2 夾具設計分析
夾具結構設計過程為: ①確定加工設備(立式或臥式)；②根據(jù)給定工序圖確定的定位方案進行定位設計,包括選擇定位件,并設計相應結構；③導向設計,具體內(nèi)容為確定導向裝置與被加工件間的位置關系、選擇或設計導向部件、設計導向板等； 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、設計相應夾緊機構、選擇匹配動力裝置；⑤據(jù)加工中工件的受力特點,合理地確定輔助支承裝置； ⑥設計夾具體； ⑦設計工件的導入裝置； ⑧其它結構的設計。
不同箱體類零件的加工對應不同的夾具,但其中存在大量的典型結構和通用件、標準件。典型結構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。這些結構都可采用標準化處理,將這些結構做成參數(shù)化的典型結構庫,在設計中進行調(diào)用,避免重復勞動,提高設計效率。
由于工件形狀、尺寸不同,夾具結構會發(fā)生相應變化,如何有效地快速響應工
件變化是箱體類零件組合機床夾具CAD 的一個難題。本文針對不同的結構組成采用不同的設計方法予以處理。
3 箱體類零件組合機床夾具設計系統(tǒng)研究
3-1 定位方案設計
箱體類零件組合機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鍵加工工序,之前對其所用定位面已進行過精加工,故支承件一般選取與工件接觸面較大的支承板;如考慮工件的導入,則支承板與導向板配合使用,或合二為一。支承板與導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,總結支承件的選擇條件,利用條件語句實現(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。由于組合機床是高效的加工設備,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構,以適應快速裝卸要求。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機構的選擇則有所不同:一般用側導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 夾緊方案設計
鉆、鏜組合機床夾具中,夾緊機構一般為氣動或液壓機構,易于實現(xiàn)自動控制,且形式比較簡單,易于設計。在組合機床夾具CAD 系統(tǒng)中,不僅要考慮把使用液壓夾緊、氣動夾緊的典型結構納入其中,使其能被方便地調(diào)用,并針對不同的工件根據(jù)設計需要進行定位、定向。還應考慮把相關的液壓氣動裝置的設計計算、相關標準件的選用、與夾具體的聯(lián)接及其它相關驗算納入其中,根據(jù)加工工藝的要求,輔助進行相關的設計估算。
3-3 導向機構設計
孔對于基準的定位精度由定位方案來保證,而孔系中孔間位置關系則由導向機構來保證,其設計隨被加工孔系的變化而變化。具體的導向結構是一塊包容了針對不同孔加工用的導向套或鏜套的模板(其中導向套或鏜套應可更換) 。在夾具CAD 系統(tǒng)中,應能針對工件的孔系自動生成這樣的裝置和相應的模板,同時能盡量自動從標準件庫中選擇標準的導向套和襯套、避免過多的人工調(diào)整。
3-4 工件導入、導出機構設計
工件的導入、導出機構是為了便于工件的裝入、粗限位、取出以及大臥式組合機床中承載過重、過大的工件質(zhì)量而設計的。工件的導入、導出機構的設計要根據(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,只需簡易的導入、導出機構。
3-5 夾具體設計
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、導向裝置等連成一個能使工件在其中導入、定位、夾緊、取出、使夾具具備對刀能力并能在機床中進行定位和固定的整體?；谌SCAD 技術進行設計,可充分運用其幾何鏈接工具,把直接與夾具體關聯(lián)的定位件、夾緊件、導向件的與夾具體的定位面、聯(lián)接面直接或間接相關的面鏈接到夾具體部件中,使之成為夾具體設計的鏈接特征。這樣夾具體的設計始終與相關的定位件、夾緊件、導向件等關聯(lián),當這些結構的形式、規(guī)格、方位在設計中需調(diào)整時,則夾具體的設計隨之變更。當工件結構有所調(diào)整時,夾具相關結構也會隨之調(diào)整,以避免大量的重復勞動。
3-6 標準件、通用件及合成組件庫的設計
標準件、通用件及合成組件的應用使夾具設計變得更為快捷、有效。在夾具CAD 系統(tǒng)中,使用這些結構應遵循夾具設計的內(nèi)在規(guī)律,即系統(tǒng)中要支持用戶選擇標準件、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)設計中,要充分運用三維CAD軟件的功能和二次開發(fā)工具,使得設計過程中的每個環(huán)節(jié)設置合理、便于用戶操作和拓展功能。
參考文獻
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