夹具结构分析

夹具结构分析（精选九篇）

夹具结构分析 篇1

加工零件夹具的结构及精度的高低直接影响产品的质量。在汽车需求越来越大的今天, 提高加工效率就能创造更多的财富。好的夹具既能保证工件的精度和质量, 又能提高生产效率, 降低加工成本, 扩大机床的工艺范围, 降低工人的劳动强度[1]。文章主要介绍两种加工轴齿零件插齿序的插齿夹具的结构。

1 端面定位插齿夹具

1.1 夹具结构及工作原理

端面定位插齿夹具的整体结构见图1, 其中定位套对被加工零件轴向进行定位, 以满足插齿刀的行程;定位套与套体通过螺栓连接;将弹簧夹头放入套体内;挡板连接在套体上限制弹簧夹头的行程;拉轴连接在挡板上并与连接套相连, 中间放入锥度垫圈和球面垫圈;拉杆连接上面的连接套, 下面与机床液压拉杆连接。

当加工零件时, 机床液压拉杆松开, 这时弹簧夹头顶起处于松开状态。将工件放入定位套内, 使得工件与定位套贴紧, 表示装夹到位。启动机床按钮使得液压拉杆拉近, 从而使弹簧夹头紧抱工件, 达到夹紧零件的作用, 开始加工零件。

1.2 夹具特点

该夹具采用现行比较先进的弹簧夹头式夹紧方式。弹簧夹头与套体上的锥面相互配合, 利用弹簧夹头的弹性形变引导工件自动定心, 并夹紧工件。这种结构较过去使用的三爪夹紧机构, 连杆机构有使用方便、定心准确、定位精度高等优点。

2 两顶尖定位插齿夹具

2.1 夹具结构及工作原理

两顶尖定位插齿夹具的整体结构见图2, 其中防尘盖与本体连接, 将加工零件残留的铁屑挡在夹具外通过切削液冲走;本体内是弹簧夹头;弹簧夹头与螺母相连后在穿过连接盘与连接杆相连;连接盘固定在本体下;顶尖放在连接杆内;拉杆上面与连接杆相连, 下面与机床液压拉杆连接。

机床液压松开时将工件放入本体, 之后将机床后立柱顶尖放下, 上下两顶尖将零件的轴向、径向固定。启动液压拉杆拉近弹簧夹头后零件不能转动时, 开始加工零件。

2.2 夹具特点

1) 采用上下两顶尖定位。加工齿轮轴大部分工序的定位基准都是工件两侧中心孔。此工序同样是中心孔定位, 保证了工件加工基准的一致性, 更好地保证零件的质量;两顶尖定位较端面定位节省夹具本身的材料, 降低夹具的制造成本;夹具本身的高度降低, 方便操作者装夹零件。

2) 弹簧夹头通过一个大螺母与其他部件连接, 同时顶尖也是方便拆卸的。这样就为加工不同的工件提供了方便的条件, 无需将夹具从机床上拆下就能达到换产的目的。对于高度相差不大的零件, 通过更换下顶尖的高度来调节工件的定位高度, 达到改变弹簧夹头的大小来满足抱紧工件的作用。这样不但节省了换产时间, 而且保证了夹具的稳定性, 提高了零件的加工效率。

3 结束语

通过介绍两种插齿夹具结构, 认识到工装夹具在企业生产中的重要性。设计合理的夹具对降低操作者的劳动强度和提高生产效率有着明显的作用[2]。

摘要：主要介绍两种插齿夹具结构及其工作原理。该夹具适用的机床是南京二机齿轮机床有限公司生产的Y5132系列插齿机。通过分析发现该结构适用于加工一些轴齿类零件, 可以降低操作者的劳动强度, 提高生产效率。

关键词：变速箱,轴齿,插齿夹具

参考文献

[1]朱耀祥, 浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京:机械工业出版社, 2009.

分析车身焊接夹具的设计规律论文 篇2

在汽车车身制作过程中，我们通常采用的结构是由内外覆盖件以及骨架件部分构成的。车身覆盖件的钢板厚度通常控制在0.8mm到1.2mm，骨架件的钢板厚度控制在1.2mm 到2.5mm，在设计以及制作过程中上述的部件厚度是一个非常严峻的挑战。

1.1 汽车车身的结构较为复杂，对于汽车车身的绘制以及造型有很大的难度

汽车车身构件都是薄板冲压件，这些相关的零件多是拉延而成的多维曲面体，结构比较复杂，在装焊成组件或壳体的时候，还需要考虑到车身造型，同时由于组件或壳体刚性的限制，给设计中的图纸绘制和三维造型带来难度。

1.2 汽车车身没有很强的刚性，对于车身的形状保持以及固定有很大的难度

薄板的加工工艺是冲压，这种制造方法会造成产品刚性不足，和普通机械加工件对比刚性相差较大，这种过于柔韧的冲压件不利于固定和保持形状，因此设计焊接夹具必须保证工序件焊装的要求，同时也需要保证整体焊接精度，满足装配的基本要求，这给焊接工作也带来了困难。

1.3 在汽车车身的设计过程中利用三维特征会出现焊接尺寸标准的问题

汽车车身的焊接具有非常强的三维空间特征，而且三维跨度非常大，这给焊接夹具设计中的尺寸标注带来了一定的困难。为保证夹具能符合要求，必须对车身进行空间坐标标注，为夹具的空间尺寸特征提供必要的参数。三维坐标标注非常困难，相应的精度要求也更高。根据实际生产经验，部分焊接夹具的失误就源自三维坐标的标定失误。汽车车身在焊装过程中焊接夹具的主要特点

2.1 汽车车身焊接夹具的主要结构特点

汽车焊接夹具的主要特点有两个，首先是汽车焊接夹具的体积非常大，其次是汽车焊接夹具的结构较为复杂。在实际的设计以及生产过程中为了便于车身加工以及装配，同时也有利于后期的使用维修等，我们通常采用焊接夹具分解的方式来进行设计以及生产。汽车焊接夹具在装配过程中主要有三个基准装配点。首先是左围板基准;其次是右围板基准，最后是底板基准。我们要在相关的平面上进行坐标线的设定，基准槽的设定，只有按照相应的坐标线基准以及基准槽进行装配作业以及检测，同时还要将每一个相关的分体部件组合起来，才是一个合格、达标的车身焊接夹具，才能够在生产装配过程中进行使用。

2.2 汽车车身焊接夹具的主要定位特点

在汽车焊接夹具中，定位元件的外形大多数是不规则的，因此在汽车焊接夹具中，标准件的使用少之又少，基本没有应用的空间和条件。在焊接夹具的使用过程中，定位是一个非常重要的加工环节，我们要将被焊接的部件进行夹具定位，这样能够有效地保证各个部件之间不出现干涉情况。关于定位问题在设计过程中要求充分利用和挖掘各个元件在工作过程中的配合关系，在实际的使用过程中我们通常采用定位支撑进行定位。需要强调的一点是，如果在车身装配的过程中对施工要求不高，可以在操作过程中不使用焊接夹具。

2.3 汽车车身焊接夹具的主要夹紧特点

在生产过程中，车身冲压经常采用电阻焊接的方式。在点焊加压的方向和加工件受力方向一致，同时保证焊接压力不导致焊接件变形，在工件的定位基准以及装配位置不受焊接压力影响的情况下，我们可以忽略夹紧机构在加工过程中的作用。焊接的过程主要是针对两个相邻工件，这样就说明夹紧点在加工过程中较多。这种情况下，电阻焊的焊接工艺应用会很大程度上提升焊接加工的加工效率，有利于装卸时间的减少。在针对薄板进行夹紧操作的过程中，重点就是要准确地找到支撑点，这是由于冲压件在受力的作用下，夹紧参数会出现变化，因此焊接夹具的夹紧要保障工件在加工过程中不出现变形问题。焊接夹具的夹紧器材的材质，我们通常使用碳钢材质以及不锈钢材质。这些材质的夹紧效果在实际的生产过程中较为明显、可靠。汽车车身焊接夹具的主要设计规律

3.1 在焊接夹具的设计过程中要对精度进行有效的控制

在焊接夹具的设计过程中我们要对焊接夹具的精度进行有效的控制，主要分为了两个方面。首先是要保障焊接夹具的精度标准在设计过程中得到有效的落实;其次是要保障设计提出的精度要求在装配过程中能够有效的实现。

3.2 在焊接夹具的设计过程中要遵循设计过程的六点定则

焊接夹具的设计六点定则主要就是要对六个方向的自由度进行有效的控制，我们在设计过程中要通过相邻件的相互制约以及夹紧的定位来有效地控制运动自由度。在设计过程中要保障夹具的精度范围在产品的装配精度要求内。在定位面的选择上要尽量选择多面定位，保障焊接夹具的精度达到标准要求。

3.3 在焊接夹具的设计过程中要对分块定位给予足够的重视

在车身焊接夹具的设计过程中要充分的考量车身分块定位问题，设计过程中遵循的设计原则主要有三点。首先是焊接装配过程中要保障底板加强梁加工以及位置精度;其次是要对车身的前后两个风窗口的装配尺寸精度进行设计保障以及要求;最后是要对车身门洞的装配尺寸进行设计保障。

3.4 在焊接夹具的设计过程中要对结构的夹紧设计给予足够的重视

浅谈碰焊夹具的特点和结构要求 篇3

关键词 碰焊 夹具 特点 结构 要求

一、概述

工业种类不断增多的过程中，碰焊夹具种类也随之增多，可根据碰焊夹具动力类型、碰焊夹具不同用途、和碰焊夹具工作范围分为不同种类。从具体驱动方式角度来看，碰焊夹具主要分为无驱动焊接夹具和手动焊接夹具以及气动焊接夹具。无驱动焊接夹具主要分为仅具有定位块定位组件焊接夹具和定位销定位组件焊接夹具，无驱动焊接夹具仅需进行定位操作，之后在此基础上无需施加过多动力。手动焊接夹具其动力源头主要是人力推动，手动焊接夹具运行原理为四连杆机构运动自锁原理，而我们通常所说的气动焊接夹具动力源主要是压缩空气，此种夹具类型可有效提高机械设备自动化运转效率和加工质量，同时也可节约一定的流水生产时间，所以现在其应用范围正在不断扩大。

二、碰焊夹具的特点

（1）碰焊夹具的被焊件通常是由几个不同的零件装配而成的，各被焊零件是顺次被装夹在夹具上的，它们的定位和夹紧通常是单独地执行。

（2）在碰焊夹具中，由于焊接过程的热作用会使零件产生伸长或缩短，零件的少量自由移动有时是必要的。因此在焊接夹具中常出现零件的联合装配，即一些零件是刚性装置，而另一些零件沿刚性装置作松装夹。

（3）碰焊夹具在使用过程中不承受任何巨大的外力作用（除夹紧零件所产生的力和夹具的一部分或被焊件所产生的重力外），同时，由于焊接过程的热作用，焊接夹具的重要功能之一是减小被焊件由于温度而产生的变形。

（4）碰焊夹具应定期检验与维修。由于其在使用过程中所承受的载荷和由于热作用而引起的附加应力作用，夹具应具有足够的强度、刚度和精确度，在使用过程中应定期检修和校核，检查夹具是否妨碍工件的焊接，是否影响工件的定位与夹紧、以及夹紧是否可靠，不应因零件受热或外来的震动而使夹具松动从而失去夹紧能力等。

三、对碰焊夹具结构的要求

（1）碰焊夹具的零部件应具有足够的刚度和强度，若刚度或强度不足，夹具在使用过程中会产生较大的变形或损坏，从而影响被焊件的精度。

（2）被焊件装夹在焊接夹具上，应有利于方便地进行焊接，并尽可能在夹具上焊接全部的所需焊缝或焊点，被焊件的翻转次数要少，并且焊接后要能方便地取出被焊件。在夹具外继续焊接时，应不致于破坏各被焊零件间的相互位置。

（3）碰焊夹具应能够一次装配和焊接一定的被焊零件。

（4）碰焊夹具应能完全或局部地防止焊件的变形，能从焊接部位迅速地散热以减少翘曲。

（5）碰焊夹具应具有良好的结构工艺性，以便维修时可更换易磨损或损坏的零部件，并能恢复所需的精确度。

（6）根据碰焊夹具的预定使用期限及生产批量的大小，选择焊接夹具。大批量生产应尽量采用高效省力的焊接夹具，如气动夹具，而中小批量生产主要是保证焊件的位置要求，可使用简单的手动夹具等。

四、碰焊夹具的设计要点

碰焊夹具主要由基座机构、支撑机构、夹紧机构、定位机构和辅助机构以及相应控制系统六部分共同构成。需要注意的是，支撑机构部件归属基本元件范畴，同时也是焊接夹具系统结构中的重要组成部分，就元件表面粗糙度而言，我们应该对其进行严格把控和科学调整。碰焊夹具系统中相应夹紧机构整体运行中主要运行机构为气动夹紧机构，此处对手动夹具少有涉及。定位机构和夹紧机构，其部件主要包括定位块部件、移动销部件和固定销部件以及相应旋转销部件和夹头零位面等。焊接辅助机构主要分为焊接升降结构、焊接倾斜机构、焊接导向机构和焊接后工件运送机构等。而气路控制为控制系统中的主要系统之一，控制系统能够有效提高汽车焊接夹具自动化水平和智能化水平等。

夹具焊接功能化的实现在设计阶段应注意人机工程学，要方便工人焊接时的焊钳操作。焊钳打焊点时应不予夹具干涉并能够顺利使用焊钳焊接。对于夹具结构复杂焊接困难的焊点位置应在夹具设置导向机构方便工人使用焊钳焊接。

现在制造业中夹具的要求越来越高。因此，人们提出了柔性焊接夹具设计的概念，并且在该领域作了大量的研究。柔性焊接夹具系统能够快速地适应不同几何形状零件的装夹要求，对不断变化的零件装夹需求能做出快速响应，以满足加工要求。夹具组成元件少，拆装方便，一次装夹能够同时进行多个表面的加工。工件的形状和尺寸有一定变化后，夹具不仅能适应这种变化，并且还能继续使用，适应加工对象的变换。夹具结构简单，元件的拼装环节少，避免误差的累加，提高装夹精度。柔性夹具强度高和刚度大，为了降低准备时间，过程中可采用大切削用量。柔性焊接夹具通用性好，夹具元件可适应于多个夹具系统，满足柔性制造系统数控加工的需要。

五、结束语

综上所述，碰焊夹具的设计要求是结构简单，操作轻松，实用性强。

基金项目：湖北工程职业学院科研项目（201417）

参考文献：

[1]陈祝年.焊接简明设计手册[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2]王政.焊接工装夹具及变位机械[M].北京：机械工业出版社，2001.

[3]陈焕明.焊接工装设计基础[M].北京：航空工业出版社，2004.

[4]孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导[M].北京：冶金工业出版社，2002.

夹具结构分析 篇4

关键词：挖掘机,柔性夹具,定位钢圈,加强筋

0 前言

各类挖掘机的回转主体平台结构,又称上车架,属于大型焊接结构件,不同规格的上车架形状不同且不规则,加工内容多,加工精度要求高,该部件生产品质的稳定性和加工效率直接决定了整车装配的生产效率和稳定性。通常对于不同规格的主回转平台结构的加工,需要设计和制造不同的夹具。在制造成本中,夹具的设计和制造成本占到了10%～20%,为了降低总的制造系统的成本,夹具应当能尽量设计成适应于尽可能多的加工工件[1]。传统的夹具设计是针对一种特定的零件或者一种特定的装夹,当制造工艺发生变化或者零件被修改后,不得不对其重新设计和制造。要做到真正的柔性制造,其所有的部分都应该是柔性的,包括其夹具[2]。柔性夹具是指用同一夹具系统,完成形状尺寸变化的多种工件装夹的装备[3]。Bijan Shirinzadeh[4]对不同类型柔性夹具,包括模块化程序控制式夹具,可调整夹具,成组夹具级组合夹具,自适应夹具等给出了其设计方法和原理。对于挖掘机回转主体平台结构的加工,一般采用龙门式加工中心进行加工或者数控卧式镗铣床进行加工,在加工40t以上大型挖掘机时,由于受到工作台承受重量和主轴箱行程范围的影响,不适合采用后者的加工方法[5]。采用龙门动梁式数控五轴加工中心,如荷兰Unisign厂家生产的Uniport7[6],可以实现被加工工件在完成一次装卡后,除安装面以外其他所有五个面的加工。

考虑到上车架的左右上下面都需要进行机械加工,为保证其加工精度,提高生产效率,并能适应批量生产,必须要选择一次粗基准后完成全部加工内容;同时为了满足不同规格的上车架加工,需要考虑夹具的柔性。通过在夹具中采用液压缸驱动翻转板实现工件的垂直翻转,同时在翻转板结构中设计一种可替换的不同宽度的定位钢圈,在钢圈上灵活配置相应的定位和卡紧元件,可以满足对于多种规格的上车架的机械加工要求。另外,考虑到上车架质量很大,对于翻转夹具的翻转板进行了加筋处理,以满足翻转夹具自身的强度和刚度要求,从而避免在翻转过程中由于工装发生变形产生装配应力导致工件定位偏移甚至可能出现局部塑性变形的情况。本文中所包含的全部几何模型和计算模型及其结果均通过CERO软件及其Mechanica模块完成。

1 翻转夹具的总体构成

翻转夹具整体长6m,宽3.5m,高约3.4m,由底架、垂直靠架和翻转板组件构成,如图1所示。其中底架和垂直靠架均为焊接组合结构件。为了保证车架的加工精度,在装配时,要求底架下平面的平面度误差小于1mm,翻转板上表面平面度误差小于0.2mm。上表面与底座下表面基准的平行度误差小于0.2mm。

1—垂直靠架; 2—翻转板组件; 3—平台横向矫正座; 4—底架组件; 5—定位钢圈;6—转臂油缸; 7—纵向定位块

2 翻转机构

2.1 翻转机构的构成

加工挖掘机上车架有两个工作位置,平行于底座的位置和垂直于底座的位置。如图2所示,通过布置在底座两侧的液压油缸推动固连在翻转板组件上的翻转支架,实现垂直翻转。翻转板处于水平位置时,翻转板组件及其上面的工件的重力对转轴的力臂最长。考虑加工大型机的上车架,在翻转一开始处于水平位置的工况,对转轴建立力矩平衡方程,可算出液压缸的最大工作推力,从而确定液压缸的内径。从垂直工位过渡到水平工位初期,工件的重力会对转轴产生一个较大的阻力矩,因此,宜采用兼具液压推力和拉力的双作用式液压缸[7]。

1—翻转支架;2—油缸; 3—翻转板组件;4—底架组件;5—转轴

2.2 转轴的分析计算

在翻转过程中,图2中的转轴将承受很大的剪切力,因此必须校核其强度。考虑1.2m3大型机回转主体结构的自重及翻转板组件的自重形成的荷载,初选转轴的直径为80mm,通过有限元分析,按第四强度理论得到轴的最大相当应力为126MPa,其危险点位于转轴和支架的交界面上。有限元分析的模型和结果如图3所示。

3 翻转板组件

翻转板组件包括翻转板、定位钢圈及各种布置在定位钢圈上的定位和压紧组件。为了适应不同机种上车架的加工,采用了可替换的钢圈设计。中小型机种,由于其回转主体结构较小,定位和压紧组件的布置距离孔中心较近,因此需要宽度较大的钢圈。大型机,则定位及压紧组件的位置离孔中心较远。需要采用宽度较窄的钢圈。

3.1 定位钢圈

为了能自由更替定位钢圈,不同规格的定位钢圈具有相同的外径,通过24个螺钉固定到翻转板组件上,如图4所示。对于不同规格的回转主平台结构,采用了两种定位钢圈。对于中,小机种,即0.6m3小型机和0.8m3中型机,采用同一种定位钢圈,其主要部件如图4所示。在定位钢圈上布置四个承台支承工件,其中三个是固定在钢圈上,另外一个是位置可调承台,可适应不同机种的回转主平台结构。四个滑块和前端的纵向定位块用来定位工件,四个转臂油缸用于压紧工件。对于大型机,即1.2m3规格而言,由于只针对一种机种,因此无需布置滑块。在处理小型机及中型机加工时,只需要对滑块和可调承台、转臂油缸的位置进行调整即可完成装卡。将钢圈更换掉,就可以完成对大型机回转主体结构的加工。由此可以实现快速换模,快速定位,减少工装更换的时间。进一步而言,对于新规格的挖掘机回转主体结构,考虑其加工时,只需要重新设计可装配进总体夹具的定位钢圈,而无须对整个翻转夹具进行重新设计。

1—可调承台;2—定位钢圈;3—固定承台; 4—转臂油缸;5—滑块;6—安装螺钉

3.2 翻转板组件的刚度分析

当工件在水平位置进行加工时,由于底架组件中包含了辅助支撑的钢梁结构,因此翻转板的变形很小,不会对加工的精度造成影响。然而在开始翻转以后,由于失去了底部的辅助支撑,整个翻转板及其上部的工件就形成了一种类似悬臂的结构,从而造成翻转板产生较大的弹性变形。这种弹性变形有可能导致工件在翻转板上的定位发生偏移,甚至可能使工件局部产生很大的装配应力从而导致出现局部塑性变形,这都是加工过程中所不允许的。因此必须要充分考虑翻转板组件自身的刚度。

考虑大机种情况,翻转刚开始的水平位置情况下,作用在翻转板组件上的荷载达到70kN。对于不采用任何加强措施的翻转板组件,在满足强度条件下设计的板厚取80mm时,通过有限元分析,发现其最大垂直位移达到15mm之多。减小弹性变形可以通过增加翻转板厚度、加高定位钢圈或在翻转板上设置加强筋来实现。简单起见,在翻转板的悬臂端和两侧增加等高等厚的加强筋。图5给出了翻转板组件的一种有限元计算模型及其结果。表1给出了在不同加强筋几何尺度情况下的最大位移的计算数值。

从计算结果看出,在不干涉加工位置的前提下加强筋能够有效地提高翻转板组件的刚度,减小最大位移。翻转板在受载情况下沿y轴方向可视为悬臂,而沿x轴可视为简支。其变形包括绕x轴的弯曲和绕y轴的弯曲,因此其最大挠度发生在悬臂端的中点位置,即图5的点A。在悬臂端中点附近对加强筋实施加高处理,增加其绕长度方向的截面惯性矩Iy,可以有效地减小绕y轴的弯曲变形。然而,在加强筋高度达到一定程度后,便不能有效地提高翻转板组件的刚度,如表1的模型3和模型4_a的结果,同时也可能对加工位置形成干涉。因此可以在设计时,针对大型机情况,对可替换定位钢圈进行加高。表1中计算模型4_b采用了加高钢圈,将4_a中的钢圈高度从80mm增加到170mm。其计算结果令人满意。

4 结论

挖掘机回转平台主体结构在采用龙门式加工中心加工时,其加工精度和生产效率很大程度上依赖于翻转夹具的设计。按照柔性夹具设计的思想,采用可替换的定位钢圈,可以在不重新设计夹具整体的基础上,满足不同机种的挖掘机回转平台主体结构的加工定位。尽管采用的是传统的可调式和组合式夹具[8],但已经可以满足生产实践的需要,并能有效地提高生产效率。随着挖掘机设计和生产技术水平的提高,更具柔性的适应于现代加工的夹具的设计和制造还有待于进一步的研究。

对于翻转夹具的翻转板组件,可以采用配置加强筋或者加高定位钢圈来提高其刚度。然而,本文中仅限于最简单的等高等厚度加强筋的配置,加强筋的最优尺寸及其在满足不干涉条件下处于翻转板上的最优位置,这是一个多目标的结构优化问题,也有待于进一步的研究。

参考文献

[1]Z.M.BIy*and W.J.ZHANG,Flexible fixture design andautomation:Review,issues and future directions[J],Interna-tional Journal of Production Research,2001,13(39):2867 2894.

[2]Marie Jonsson,Gilbert Ossbahr.Aspects of reconfigurable andflexible fixtures[J],Production Engineering,2010,4(4):333-339.

[3]沈晋君,闫献国,柔性夹具在数控机床上的发展与应用[J],太原科技大学学报,2007,28(1):43-46.

[4]Shirinzadeh,Flexible and automated workholding systems.indus-trial Robot,1995,22(2):29-34.

[5]李飞,屈长珠.简述液压挖掘机主要结构件机械加工方案[J],工程建设与设计,2010,(07):47-49.

[6]王美,数控五面加工中心加工液压挖掘机上车架工艺[J],新技术新工艺,2009,(5):9-11.

[7]胡友安,楼力律,顾文斌.水工启闭机设计及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社,2011.12.

汽车防撞梁焊接夹具的结构设计 篇5

随着汽车产业的高速发展和汽车行业内的激烈竞争,新车型不断出现,汽车新产品的开发和制造周期越来越短,而汽车的安全性也成为消费者和汽车制造企业越来越关心的问题。汽车保险杠与加强横梁(防撞梁)作为吸收和缓和外界冲击力的车身构件,在低速碰撞事故中,对于保护车身以及车身附件可以起到一定的作用,能够避免外部事物对车辆造成较大的冲击,保护内部乘员作用。

我国汽车产业在最近几年飞速发展,已成为全世界最大的汽车消费国,但我国汽车制造工艺水平,特别是焊装夹具制造水平显得越来越不适应这种高速发展的要求。在中国众多汽车生产厂家中,通常是采用专用焊接工装夹具,随着目前汽车小批量生产、个性化的发展趋势,此类工装夹具设计周期长和适用范围小及重复使用率低的缺点就暴露了出来,严重制约了我国汽车制造业发展。然而,在世界先进国家的汽车制造业对广泛使用的焊接工装夹具已经标准化、系列化,在设计应用时进行合理选用即可。在国内,焊接夹具的开发设计更是一个薄弱环节,在现有引进的车型中,焊接夹具几乎全部依靠进口,焊接夹具开发的滞后状态严重地影响了我国汽车工业的进一步发展。

2 防撞梁定位原理

夹具设计中最重要的部分就是定位元件的设计,大多采用的是六点定位原理,但对于薄板冲压件,被装焊的零部件大多数是成型的板材和型材,未组焊前刚度小、易变型,因此夹具除了具备约束零件刚性运动的基本功能外,还应该能够抑制超出使用要求的工件形变。近些年来,国内外学者在薄板焊接工装夹具结构设计过程中开展大量研究工作,提出了一种薄板冲压件焊接工装夹具的设计理论和方法,即N-2-1理论,它与广泛应用的3-2-1原理相比更适用于薄板件的定位,其定位原理为:

(1)第一基准面上所需的定位点数为N(N≥3),对于绝大部分薄板件加工过程,最主要的问题是薄板件法线方向的变形,在此过程中薄板自重所引起的变形也是不容忽视的。由实践数据可得,对一块长宽各400mm、厚1mm的薄板,用3-2-1原理进行定位,在其自重作用下就能产生1~3mm的变形量,因此对于薄板零部件,最合理的夹具焊接系统是要求其第一基准面上存在多于三个定位点去限制这定位法线方向的零件变形;

(2)第二、第三基准面所需的定位点分别为2个和1个,在第二、第三基准面上分别需要2个和1个定位点去限制焊接零部件的刚体运动。由实践数据可知,第二基准面上的两个定位点应布置在薄板件较长的边上,这是因为当两个定位点间距大时零件焊接过程中更加稳定,同时还可以更好地弥补零件表面或定位元件的安装误差。汽车防撞梁定位结构如图1所示。

3 防撞梁支撑结构设计

根据防撞梁部件特点及焊接功能要求,提出采用具有自锁功能的四杆机构以实现其摆角和定位精度要求,支撑结构如图2所示。该支撑结构零部件主要由工作部件、固定部件、辅助部件和动力源器件组成,其功能如下:

工作部件:一般是与防撞梁直接接触的零件,它是夹具的核心零件。经工作部件的定位可保证被焊接件焊接过程中位姿,从而保证焊接技术要求,工作部件一般有:定位块(定位座)、定位销、压块等。其定位方法是定位块一般通过定位平面进行定位,定位销通过销孔定位,一般压点的数量N≤定位点数量M,并且压块与定位块是一一对应的。

固定部件:用以承装工作零件和夹紧器或使夹具安装固定在工作台上,是夹具安装和检验的基础。这类部件已标准化,设计者进行合理选配即可。

辅助部件:紧固连接或完成辅助功能的零件,通常是国标件和按照行业标准设计,以企业标准件。

动力源器件:它能实现夹具的夹紧动作,由气缸、液压缸或手动夹紧装置驱动,保证定位元件与薄板件的紧密接触,同时保证薄板件在焊接过程中,焊接位置不会因焊接和装配受力而发生变化。根据零件断面结构可分为一节旋转销式,两节旋转销式和手动四连杆式三种。

4防撞梁焊接夹持结构设计

防撞梁总成由支撑梁、支撑连接件、支撑座和加强板组成。在焊接过程中,由于支撑梁同支撑连接件完全通过焊接连接,因此焊接精度及焊接后板材回弹量具有严格要求,为了满足焊接要求,本文提出采用过定位变角度四杆夹持机构,该结构能够实现平面距离微调整,从而保证防撞梁总成焊接精度同时满足系列化、批量化生产要求,其焊接夹持结构如图3所示。根据焊接工艺要求及生产节拍要求,焊接夹持结构采用液压传动。根据液压传动设计要求其摇臂摆角设计是其关键所在,由其设计要求可知,摇臂摆角运动空间90°≤α≤115°,由此阈值对其执行部件进行设计,原理如图4所示。

5 防撞梁模拟仿真分析

5.1 焊接夹持定位部件有限元分析

防撞梁焊接夹具受其工作条件和环境影响,需对其高频多冲击定位零部件-焊接夹持定位部件进行强度和刚度校核,以便从设计的角度避免失效。本文提出通过有限单元法对其进行校核,其验证分析过程由预处理,解方程组和后处理组成。其预处理主要包括:(1)建立求解域并将之离散成有限单元,即将问题分解成节点和单元;(2)假设代表单元物理行为的形函数(近似连续函数);(3)建立单元刚度矩阵,对单元建立方程;(4)将单元组合成整体的问题,构造总体刚度矩阵;(5)施加边界条件,初值条件和负荷;解方程过程主要目的是获取各节点的位移量或热传递问题中不同节点的温度值;后处理过程是现实求解结果的信息化显示并预测其发展趋势与分布。其分析过程及结果,如图5~图7所示。

由分析结果可知,其应力区域集中在定位孔及连接孔位置,对应力集中区域采用倒圆角和热处理方法改善局部区域性能提高抗疲劳能力。

5.2 支撑结构运动仿真分析

针对防撞梁焊接总成要求,本文提出采用运动模拟分析方法对其支撑结构进行分析,目的在于验证所涉及机构是否存在干涉问题及对其总成运动轨迹进行检测,最终实现支撑结构的优化设计。其整体运动仿真分析流程如图8所示。

由其检测流程,可得运动仿真检测结果,如图9所示。

6 结论

(1)提出了一种具有自锁功能的四杆机构以实现其摆角和定位精度要求,解决了焊接过程中连杆振动问题,通过运动仿真分析对其支撑结构功能要求模拟验证,确定了其传动机构的可行性。

(2)提出了一种过定位变角度四杆夹持机构,该结构能够实现平面距离微调整,从而在保证防撞梁总成焊接精度的同时满足系列化、批量化生产要求。通过有限元分析对其焊接夹持定位部件进行强度和刚度校核,以验证结构设计可靠性并进一步优化焊接夹持结构。

(3)实践表明,相对于传统的防撞梁焊接夹具,本文所设计夹持结构具有更高的定位精度和鲁棒性,能满足防撞梁总成焊接需求。

参考文献

[1]王纯祥.焊接工装夹具设计及应用[M].北京:化学工业出版社,2011.

[2]胡家秀.简明机械零件设计使用手册[M].北京:机械工业出版社,2009.

[3]熊晓萍,金权东.车身焊接夹具智能化设计方法的研究[J].机械设计与制造,2006(11):84-85.

[4]张展生,成晔.由机器人调整的可重构汽车车身焊接夹具的设计研究[J].制造技术与机床,2005(10):101-104.

[5]熊晓萍.汽车车身焊接夹具运动机构浅析[J].现代制造工程,2005(1):80-81.

万向轮焊接专机夹具结构设计改进 篇6

最初设计的万向脚轮焊接专机工件夹紧定位机构采用弹簧拉动两个定位凸台缩进,斜面推动两个定位凸台伸出的工作原理,如图1。人手按下斜面后,由斜面推动定位凸台伸出进入两个脚轮侧板结构孔中,使斜面位置固定后,两个脚轮侧板位置随之固定即可施焊。由于交客户使用几年后反映该结构不好用,弹簧容易坏,工作性能不稳定可靠,操作者都不欢迎这种结构,故在客户定购的第二台同种焊接专机设计中抛弃了该种形式,并提出三种方案供客户选择。方案一为定位凸台连动机构装入椭圆凹槽中,工作时将椭圆凹槽手动转动90度后,使定位凸台伸出进入两个脚轮侧板结构孔中实现被焊工件位置固定,如图2。方案二为两个定位凸台内端分别加工成左旋和右旋螺纹装入一个转动手柄中,工作时往一个方向转动手柄,两个定位凸台在左旋和右旋螺纹推动下分别伸出进入两个脚轮侧板结构孔中实现被焊工件位置固定,施焊完成后再反方向转动手柄,两个定位凸台退出两个脚轮侧板结构孔,即可卸下被焊工件,如图3所示。方案三为一个四杆机构,四个绞接点,下绞接点固定不动,中间两个绞接点与两个定位凸台联动,两个定位凸台被结构限制只能作水平方向移动。上绞接点由操作者手动操作确定在两个位置,需要装时将上绞接点往上提,两个定位凸台缩进,将工件装上后再将上绞接点往下推,两个定位凸台伸出进入两个脚轮侧板结构孔中;将上绞接点位置固定,两个定位凸台位置机被联动固定,两个脚轮侧板位置也被固定在被焊位置上。施焊完成后,将上绞接点位置放开往上提,两个定位凸台即被联动推缩出脚轮侧板结构孔,焊好的工件即可卸下,再装下一个需要焊接的工件,如图4所示。

三个方案均取消了原方案那种理论上可行,但实际运行时却不易控制,容易损坏的弹簧拉紧、斜面推动结构,在机构动作控制准确性,生产工人的可操作性,机构制造成本,机构的制造安装精度要求这四个方面相对原方案则各有长短,分析对比如表1所示。

客户经过对比后采用了方案一,据此制造的专机已交客户使用,效果令人满意。

摘要：设计了一台万向脚轮焊接专用机械,改进了该专机的夹紧定位机构。

组合夹具设计应用分析 篇7

在加工工件前, 笔者认为, 要酌情根据工件的工艺要求采用设备和夹具设计原则, 选取夹具元件、确定元件间的位置关系、组装出机械加工使用的工装夹具。在现实使用中由于组合夹具应变能力强、设计和制造周期短、成本低、适应产品更新换代的要求, 提高了企业的竞争力, 所以日益受到企业的喜欢。

1 组合夹具特点

根据笔者多年来的实际工作经验总结得知:组合夹具的基本特点要满足标准化、系列化、通用化三个特点, 具有组合性、可调性、柔性、应急性和经济性, 使用寿命长, 能适应产品加工中的周期短、成本低等要求, 比加工中心较适合加工中心应用机床配件。总体说来优点可以归纳为节约钢材和降低成本, 能不断缩短生产准备周期, 提高企业工艺装备系数等。

2 基本结构

在这里笔者按在组合夹具中的作用, 地位结构特点, 把组合夹具的元件划分为夹具体, 夹紧元件及定位装置 (或者称夹紧机构) , 定位元件及定位装置及对刀, 引导元件及装置, 分度, 对定装置等。但要注意, 每个夹具不一定所有的各类元件都具备, 如手动夹具就没有动力装置, 一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之, 按照加工等方面的要求, 有些夹具上还需要设有其它装置及机构。

3 定位原理

它的定位原理主要是6点定位, 在这里面以6个自由度的消除, 以便找出较合适的定位夹紧方案.一个物体在空间可以有6个独立的运动, 即沿X、y、Z轴的平移运动, 分别记为。X1、Y1、Z1;绕X、Y、Z轴的转动, 记为x、y、z, 习惯上, 把上述6个独立运动称作6个自由度.如果采用一定的约束措施, 消除物体的6个自由度, 则物体被完全定位.例如讨论长方体工件时, 可以在底面布置3个不共线的约束点, 侧面布置2个约束点, 端面布置一个约束点, 则底面约束点可以限制X2、Y2、Z23个自由度, 侧面约束点限制X1、Z12个自由度, 端面约束点限制y。这个自由度, 就完全限制了长方体工件6个自由度。

4 组合夹具设计应用

在我国, 组合夹具设计应用比较广泛, 笔者现在根据工作性质对其做一论述, 以便在今后的工作中借鉴参考。行文如下。

5 在数控机床中应用。

目前, 随着机械制造业发展, 对于组合夹具数控机床有许多不同于普通机床的特殊要求, 这就要求组合夹具元件能大、中融合一体, 安装在同一块基础板上, 以适应单件或多件同时加工等。孔系夹具靠销孔定位, 这就要求坐标孔系一定, 组装程度简单, 无需测量调整就能确定工件在机床坐标中的位置。当使用多夹具基础板时, 既可组装单个大零件夹具, 又可组装多个中小零件夹具, 工效高, 柔性好。

5.2 动态虚拟装配应用设计。

在这里, 加工工件在组合夹具上的定位夹紧和最终装配是该设计应用的关键部分。这通过使用软件在计算机上完成产品零部件的实体造型、虚拟装配、干涉分析等多次协调的设计过程, 以杜绝由于零件设计的错误积累而导致产品的返工现象。

笔者认为, Inventor完成这项工作非常容易, 只须定义出工件与各组合夹具组件之间的关系, 系统就会根据给出的约束关系将工件和夹具组件自动安装到位, 如果改变原有设计, 与其相关的夹具组件位置也会自动改变。Inventor自适应的功能使得夹具组件的一些在零件设计阶段难以确定的尺寸可以在装配中加入关系或进行约束来自动改变, 从而真正实现了设计的互动。

5.3 加工特殊工件中的应用。

在组合夹具使用过程中, 针对一些形状复杂、尺寸较大、要求精度较高、定位压紧有困难的零件, 单纯用组合夹具无法完成的, 笔者建议可以采取以下方法:设计专用零件配合组合夹具元件使用。使用最多也最常用的是设计制造专用定位心轴和钻模板。因工件孔定位时, 多数情况下不是最后工序, 孔没有做到尺寸, 都留有磨量。由于产品图样和工艺要求不一样, 孔所留的磨量各异, 组合夹具元件不能满足要求, 为保证定位精度, 设计制造专用定位心轴或者定位盘, 下面与组合夹具元件一级精度配合, 上面和零件孔配合, 从而解决了定位精度问题。

结语

不管怎么说, 组合夹具的设计应用, 决定着加工元件的技术和经济效果。为使组合夹具既能保证精度要求, 又有高效率和低成本的性能, 设计时应满足下列要求。

第一, 应注意减少积累误差, 保证有足够刚度。故应减少配合层次, 做到结构紧凑合理, 可按加工元件精度要求设置检验装置。

第二, 应有良好的继承性, 不因产品更新换代而报废, 能适应于不断增加同类型新产品零件的加工。因此在设计组合夹具前, 要求对同类型零件的结构要素、工艺特征、尺寸精度等做详细地调查、分析了解产品功能及发展方向, 从而使组合夹具的设计对现有产品有很高的适应性, 对新产品的发展有良好的继承性。

第三, 夹具上的可调节和可更换元件应能保证装夹同一工件组内任何零件在调节时操作简单、快速, 组合整件与基体间的配合应注意采取措施避免靠摩擦力来承受作用力。

摘要：组合夹具是机械制造业的核心, 也是为国民经济各部门提供装备的部门。在现实使用中由于组合夹具应变能力强、设计和制造周期短、成本低、适应产品更新换代的要求, 提高了企业的竞争力, 所以日益受到企业的喜欢。文章结合实际, 阐述了组合夹具特点, 工作原理, 应用设计, 供同行参考。

关键词：组合夹具,特点分析,工作原理,应用设计

参考文献

[1]宋玉梅.组合夹具拆装实验操作过程技巧的研究[J].中国新技术新产品, 2011 (22) .

[2]左祥赟.组合夹具计算机辅助设计与装配技术研究[D].太原科技大学.2010.

[3]朱耀祥.组合夹具技术的现状与发展[J].机电国际市场, 2002 (05) .

[4]张小巍.东安成立组合夹具拼装站[N].中国航空报.2010.

[5]康文利, 李娟, 刘洪伟, 张雄华.组合夹具计算机辅助设计系统元件管理模块的实现[J].现代机械, 2006 (05) .

机床专用夹具分析研究 篇8

机械工业的快速发展, 使得各类专用零件应用于各种特殊功能的机器上, 传统夹具已无法满足其定位精度要求, 因此, 能够提高机床表面位置精度的机床专用夹具开始广泛应用在机械生产领域。

机床专用夹具在设计和加工过程中普遍存在一些问题, 如设计不合理、不科学;加工精度低;过定位、欠定位和夹紧方式不合理等等。这些问题源自于对专用夹具的功用、设计基本要求与设计步骤不了解所致。因此, 本文从夹具功用、设计基本要求与设计步骤等方面展开分析研究, 以解决更多生产实际问题。

1 机床夹具的分类、组成

按照机床夹具的应用范围, 一般可分为通用夹具、专用夹具和可调整式夹具等。

机床夹具组成主要包括:定位元件、夹紧装置、对刀引导元件或装置、连接元件、夹具体。

2 机床专用夹具的功用

机床专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的, 其功用如下:

(1) 保证工件被加工表面的位置精度。

(2) 缩短工序时间, 提高劳动生产率。

(3) 扩大机床的工艺范围。

(4) 减轻劳动强度, 保障安全生产。

3 机床专用夹具基本要求

(1) 准确把控各部件的设计及加工精度; (2) 根据生产批量和加工难以程度合理调配加工工艺和生产进度, 提高生产效率; (3) 突出专用夹具的实用性和经济性。

4 机床专用夹具设计步骤

4.1 明确设计任务与收集设计资料

夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下, 研究工件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书, 对工件进行工艺分析。

4.2 拟订夹具结构方案, 绘制夹具草图

(1) 确定工件的定位方案和夹紧方案, 设计定位装置和夹紧装置。

(2) 确定对刀、导向装置等其它装置及元件的结构形式。

(3) 确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。

(4) 绘制夹具草图。

4.3 进行必要的分析计算

工件的加工精度较高时, 应进行工件加工精度分析, 且计算定位误差。有动力装置的夹具, 需计算夹紧力。

4.4 审查方案与改进设计

夹具草图画出后, 应征求有关人员的意见, 并送有关部门审查, 然后根据他们的意见, 对夹具方案作进一步修改。

4.5 绘制夹具装配总图

(1) 用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。

(2) 依次绘出定位装置、夹紧装置、其他装置及夹具体。

(3) 标准必要的尺寸、公差和技术要求。

(4) 编制夹具明细表及标题栏。

(5) 绘制夹具零件图夹具中的非标准零件均要画零件图, 并按夹具总图要求, 确定零件的尺寸公差及技术要求。

5 实例分析

5.1 工件分析

按照图1所示工序要求铣工件中间的一个通槽, 槽宽450+0.1mm, 深100+0.4mm, 表面粗糙度值Ra为6.3μm。先行工序以加工好的表面可作为本工序用的定位基准, 即厚度为160+0.1mm的两个端面和直径皆为准13H8的两个孔, 此两基准孔中心距为77±0.1mm, 槽宽由刀具直接保证, 槽深和位置要用夹具保证。本次设计要求一次性加工3个工件, 每次安装的基准都用两个孔和一个端面, 并在上端面上进行夹紧。

5.2 工件的定位方案

根据连杆铣槽的工序尺寸, 形状和位置精度要求, 工件定位时需限制六个自由度。在铣连杆槽时, 工件在槽深方向的工序基准是和槽相连的端面, 若以次端面为平面定位基准, 可以达到与工序基准相重合。但是由于要在此面上开槽, 那么夹具的定位面就势必要设计成朝下的, 这就会给工件的定位夹紧带来麻烦, 夹具的结构也较复杂。如果选择与所加工槽相对的另一端面为定位基准, 则会引起基准不重合误差, 起大小等于工件两端面间的尺寸公差0.1mm。考虑到槽深的公差较大 (为0.4mm) , 还可以保证精度要求的。而这样又可以使定位夹紧可靠, 操作方便, 所以应当选择工件底面为定位基准。采用平面为定位元件。

在保证角度方面, 以两孔为定位基准, 可以做到基准重合, 而且操作方便。为了避免发生不必要的过定位现象, 采用一个圆柱销和一个菱形销做定位元件。工件以一面两孔为定位基准。而定位元件采用一面两销, 分别限制了工件的六个自由度, 属于完全定位。如图2所示。

5.3 定位销尺寸计算

(1) 确定两定位销的中心距两定位销的中心距的基本尺寸应该等于工件两定位孔中心距的平均尺寸, 其公差一般取:

(2) 确定圆柱销直径圆柱销直径的基本尺寸取与之配合的工件孔的最小极限尺寸, 其公差一般取g6或h7。

因连杆两定位孔的尺寸为Φ13H8=Φ13mm, 取圆柱销的直径d=Φ13h7=Φ13mm。

(3) 确定菱形销的尺寸b。

菱形销尺寸如表1所示。

(4) 计算菱形销的最小间隙。

(5) 确定削边销基本尺寸d2及公差。

1) 按公式d2 max=D2 min-X2 min算出菱形销的最大直径

2) 确定菱形销的公差等级, 一般取IT7或IT6。

因此IT7=0.018mm

5.4 夹紧力的计算

计算夹紧力时, 通常是把夹具体和工件看成是一个刚性系统。根据工件所受的切削力、夹紧力 (大型工件应考虑工件重力、惯性力) 的作用状况, 找出加工中对夹紧最不利的状态, 按静力平衡原理计算出理论夹紧力, 再乘以安全系数作为实际夹紧力。即:

FK—实际所需夹紧力 (N)

F—理论夹紧力 (N)

K—安全系数

在精加工时, K取1.5。

在一面两孔定位中, 理论夹紧力的计算公式为:

夹紧元件和支承表面有齿纹, 并在较大相互作用力下工作0.7

为防止圆柱销受力而造成不必要的定位误差, 而令P0为0。则

选取铣床的背吃刀量, 每转进给量f=0.5mm/r。因待加工工件为钢材, 故单位切削力P=2000

则铣床的切削力为:

结论:本夹具所需实际夹紧力为30k N。

5.5 夹具加工误差的分析

使用夹具加工时产生的误差有下列四个方面:

(1) 与工件定位有关的误差定位误差△D;

(2) 与夹具在机床上安装有关的误差安装误差△A;

(3) 与刀具调整有关的误差△T;

(4) 与加工过程有关的误差△G;

上式即为定位误差不等式。

1) 定位误差。

基准重合:△B=0

2) 夹具在铣床上安装的不准确并不影响加工槽的位置尺寸, 所以A可不考虑。

3) 加工方法有关误差。

对刀块的制造与对刀调整误差铣刀的跳动, 机床工作台的倾斜等因素所引起的加工法误差, 可根据生产经验并参照经济加工精度进行确定。今取0.05mm。

综上所述:

此夹具满足加工要求。

(2) 对槽深精度的分析计算。

影响槽尺寸精度 (100+0.2mm) 的主要因素有:

1) 基准重合△B=0

2) 夹具安装误差。

由于夹具定位面N和夹具底面M间的平行度误差等, 会引起工件倾斜。

3) 加工方法有关的误差。

对刀块的制造和对刀调整误差, 铣刀的跳动, 机床工作台的倾斜等因素所引起的加工方法误差, 可根据生产经验并参照经济加工精度进行确定, 今取0.1mm。但是不同的人安装同样的夹具, 其安装的夹具误差都不一样。

6 夹具的安装

(1) 先以平衡的方式把支承板和夹具体以两个定位削 (其中一个为削边销) 定位, 接着依次上固定螺钉。

(2) 支承板留有0.2-0.3mm的加工余量, 在安装上去后, 等检验精度的时候再磨削部分余量至达到要求。按照磨损规则是尽量的初次磨削最少的余量, 可以使使用时间加长, 减少成本。

(3) 安装夹具体右侧的调节支撑和两侧的定位键。

(4) 安装杠杆板和螺栓, 因夹具体长度限制, 杠杆板和螺栓不能同时放入夹具体内腔, 应先将杠杆板由夹具体侧孔放入夹具体内的正确位置, 螺栓由底面直接插入对应的螺栓孔, 依次放入垫圈、压缩弹簧、垫圈、压紧板、弹簧垫圈, 后拧紧螺母。

(注意:螺母只要稍稍旋入螺栓即可, 否则杠杆板会绕铰链旋转, 导致另一侧的螺栓安装困难, 理论上应先安装长螺栓, 即靠近液压缸一侧的螺栓。)

(5) 安装液压缸, 将液压缸的安装板放入夹具体左侧凹槽中, 使缸底与夹具体底板接触, 在夹具体上配钻安装孔。然后绞孔、攻螺纹, 最后用螺钉将液压缸固定在夹具体左侧凹槽中。

(6) 安装T型槽快换螺栓, 将夹具体固定在铣床工作台上。

7 结论

本文系统介绍了机床专用夹具的功用、设计时的基本要求以及详细的设计步骤, 并以连杆铣槽时专用夹具的设计为例, 详细的阐述了整个设计过程, 达到了科学高效的设计目的, 提高了工作效率, 减少了劳动强度。

摘要：本文基于专用夹具的设计和加工要求, 举例分析其各部件尺寸、加工定位方案以及夹紧力计算过程, 旨在提高产品质量和生产效率。

关键词：机床专用夹具,设计步骤,工序

参考文献

[1]李洪主编.机械加工工艺手册[M].北京:北京出版社, 1990, 12.

[2]邓文英主编.金属工艺学[M].北京:高等教育出版社, 2000.

[3]黄茂林主编.机械原理[M].重庆:重庆大学出版社, 2002, 7.

两种不同形式的分度夹具的精度分析 篇9

某测距机方向机构中的一个主要零件本体如图1。在车床上加工孔φ34H7-φ30-φ31H7, 其要求主要是保证φ31H7和φ34H7两孔对公共轴线的不同轴度不大于φ0.04。我们7以大平面F和φ14H7孔定位, 以侧平面E定向如图2, 由于φ31H7和φ34H7孔在两端, 而中间部分为φ30孔, 所以从一端进刀, 一次不能加工出来。因此在加工中必须先加工出φ30孔, 再加工出φ34H7和φ36H11这一端的孔及端面, 然后把夹具上旋转分度盘3旋转180°, 加工另一端φ34H7孔及端面, 为此在加工中必须设计回转车用夹具。常用的回转车用夹具有两种形式:一种是利用孔盘式分度的回转车用夹具, 另一种是用楔块来进行分度和锁紧的回转夹具。不管采用什么形式, 保证零件的加工精度是关键, 即不管采用什么形式的夹具, 加工出来的零件都必须保证φ34H7和φ3H71对公共轴线的不同轴度不大于φ0.04。

1 采用孔盘式分度的车用夹具

如图2, 以零件底面F和φ14H7孔定位, 以侧面定向见图1。在夹具上, 零件底面以旋转分度盘3定位, 孔φ14H7用φ14g5定位销8定位, 侧面用定向块9定向。为防止零件变形, 压板4通过圆盘1压紧零件, 把圆盘1放在零件中间空腔内, 压板4压在圆盘1上, 圆盘又压在零件空腔的底面上, 把零件固定牢靠。这时夹具上插销与旋转分度盘上的一个分度孔座相配, 紧固螺母6, 使旋转分度盘点3紧固, 先车φ30孔, 接着车φ31H7, φ36H11孔及端面。再松开紧固螺母6, 拔出插销2, 使旋转分度盘3上的绕转轴5回转180°再把插销2, 插入旋转分度盘3上的另一个分度孔 (此孔座与原来插销插入的孔成180°, 并且两孔连线通过5中心其偏移不超过0.006) 然后拧紧螺母6, 使旋转分度盘3与夹具本体7紧固, 再加工φ34H7孔及端面。使用实践证明本夹具加工出来的零件大大超差, 图纸要求加工出的孔φ31H7和φ34H7对公共轴线的不同轴度不大于φ0.04, 实际加工出来的零件φ31H7和φ34H7两孔对公共轴线的不同轴度为φ0.08~0.10, 极少数达到φ0.04。经分析由于采用孔盘式分度的回转夹具, 其分度误差较大, 满足不了使用要求。影响车出零件的不同轴度的因素主要是回转夹具本身的分度精度和和旋转分度盘3孔中心与件号10的衬套中心不相交度两者之和。而影响回转夹具的分度精度的主要因素有 (见图3) 以下几方面。

Z1为分度销与其导引孔的配合间隙。

Z2为分度销的工作表面与分度盘上孔座的配合间隙。

Z3为分度盘的转轴与其支承轴间的配合间隙。

ε1为分度销导引表面与工作表面间的位置误差。

Δα为分度盘各孔座间的分布位置误差。

分度误差:±ω/2=± (Z1+Z2+Z3+ε1) /R+ (1/2) × (Δα/R) 。

Z1分度销与其导引孔的配合为12H6/g5所以:

Z2分度销的工作表面与分度盘上孔座的配合为圆锥面间隙甚小, 忽略不计;

Z2=0;

Z3分度盘转轴与其支承轴承间的配合为1 8 H 7/g 5。

ε1圆形分度销的跳动量0.008。

Δα分度圆上各孔座间的分布位置误差。包括:分度盘上镗孔位置的误差Δα”=0.006, 衬套内外表面的跳动量2ε=0.005

分度误差:±ω/2= (Z1+Z2+Z3+ε1) /R- (1/2) × (Δα/R) 。

其中:R为分度孔座中心到回转分度盘中心的距离, 本夹具R=65。

分度误差:±ω/2= (0.025+0.008+0+0.025) /6 5+1/2×0.0 1 1/6 5。

由此引起零件不同轴度误差为: (对全长98的零件) Δl/2=L/2+tg (ω/2) =49×tg0.056o=0.048此外, 旋转分度盘3的孔中心与件号10衬套中心不相交度0.005也影响零件的不同轴度。

所以, 零件不同轴度误差为2× (0.048+0.005) =0.106, 而图线要求不同轴度不超过φ0.04。而φ0.106远大于φ0.04, 零件的不同轴度超差。

所以从以上分析知, 采用此种孔盘式分度夹具, 不能满足生产的要求。孔盘式分度夹具适用于精度要求较低回转车夹具。

为了提高孔盘式夹具的精度, 还可以采取以下措施。

(1) 提高夹具的制造精度。

(2) 增加孔座距分度盘中心的半径R来提高精度, 因为R大了以后Δα值增加不多, 则工件的角度误差可以减少。

(3) 改变分度销构造以减少间隙, 提高精度。

但是, 我们也必须看到, 提高零件精度受到工具制造水平的限制, 不能无限提高, 另外还要考虑到使用要求, 如轴和孔的配合, 一般采用H7/g6, 最高采用H6/g5, 再提高不行, 间隙大小影响使用。增加孔座距分度盘中心的半径R也有一定限度, R大了, 整个夹具的结构也要增大, 这样夹具的重量增加了, 悬伸长度增加, 同样也影响到它的加工精度。

我们考虑到孔盘式夹具从设计原理上讲由于影响精度的因素比较多, 有些因素又是不可避免的, 所以我们考虑采用楔块分度和锁紧的回转夹具。

2 采用楔块分度和锁紧的回转夹具

如图4。定位压紧方法和孔盘式分度的车用夹具类似, 以零件底面F和φ14H7孔定位, 以侧面E定向。在夹具上, 零件底面F以旋转分度盘3定位, 以φ14H7用φ14g5定位锁定位, 侧面E用定向块定向, 为防止零件变形, 压板4通过圆盘上压紧零件, 先车φ30孔, 接着精车φ31H7、φ36H11孔及端面, 然后松开螺母6和螺丝钉10, 抽出楔块7, 使旋转分度盘绕转轴5回转180o, 再把楔块插入, 使楔块与旋转分度盘另一面接触, 保证楔块两面都接触好, 然后紧固螺母6和螺钉10, 再加工φ34H7孔及端面。

在这种夹具中, 零件加工产生不同轴度误差的主要因素为:分度盘转轴与其支承座间的配合间隙Z3引起的角度误差, 分度盘两平行平面的不平行度误差以及旋转分度盘3中心与件号2衬套中心的不相交度, 这三者之和引起了零件加工产生不同轴度误差。因为分度盘3转轴与支承轴配合为φ18 H 6/g 5;所以Z 3=0.0 1 1+0.014=0.0 2 5。楔块和分度盘平行平面接触长度为1 40, 则此间隙引起的角度误差为:tgω=0.025/ (140/2) =0.025/70=0.000357, 在全长为98的零件两端产生的不同轴度为1/2×98tgω=49×0.000357=0.0175;还有分度盘两平行平面的不平行度误差0.004;还有旋转分度盘中心与件号2衬套中心的不相交度0.005, 该三者之和即为零件在此夹具上加工后产生的不同轴度误差, Δl/2=0.0175+0.004+0.005=0.0265。图纸要求的不同轴度误差为R0.02 (即Φ0.0 4) , 计算结果为Φ0.053, 稍为大于技术要求的同轴度误差Φ0.04。但是因为计算时误差取极限状况的值, 实际上误差比这极限状况小, 所以, 该楔块分度和锁紧的回转车用夹具, 基本上可以满足要求。

图4 1, 圆盘2, 衬套3, 旋转分度盘4, 压板5, 转轴6, 螺母7, 楔块8, 定位销9, 定向块10, 螺钉

3 结语

在相同的精度条件下, 从理论推导以及实践证明:楔块分度和锁紧的回转车用夹具比孔盘式分度夹具精度高, 故在加工精度要求比较高的零件时, 宜用楔块分度和锁紧的回转车用夹具。

摘要：楔块分度和锁紧的回转车用夹具和孔盘式分度夹具是两种常用的车床分度夹具, 在实际使用中, 两者的精度并不一样, 通过理论分析和计算发现:楔块分度和锁紧的回转车用夹具比孔盘式分度夹具精度高。在某测距机方向机构中的一个主要零件本体的加工中也证明了这点。