装夹装置（精选7篇）
装夹装置 篇1
1 引言
外筒体是掘进机伸缩外筒关键部件上的重要组成部分, 长期以来, 外筒体的加工装夹形式是一端靠机床 (以数控车床CKQ61125为例) 床头箱夹盘外圆装夹定位, 另一端靠简易工装中心孔定位装夹 (工艺盘) , 其存在问题如下: (1) 设计基准与定位基准不重合。 (2) 加工余量不够, 特别是组焊部件后余量不够尤为突出。 (3) 作业时间长。 (4) 装夹不安全隐患。
为此, 特设计了一种尾座装夹装置, 解决了上述难题。
2 尾座装夹装置的结构及工作原理
尾座装夹装置的结构如图1所示。
2.1 使用安装步骤
1.车床卡盘 (外购件) 2.尾座装夹装置3.轴承4.主轴
在加工外筒体工件时, 将车床 (以数控车床CKQ61125为例) 右侧的顶尖拿下, 安装上所设计的尾座装夹装置, 与车床左侧的卡盘同步使用即可, 简单易操作。
2.2 工作原理
首先将尾座装夹装置右端主轴尾端与机床右侧的尾座顶尖孔配合插入 (这里应注意不同的尾座顶尖孔与不同的尾座装夹装置芯轴锥度相配合) , 然后将尾座装夹装置右端, 通过定位止口与外购件卡盘配合后用螺栓紧固, 靠机床工作时旋转带动工件的转动, 这时尾座装夹装置靠两个有一定间距的轴承外环实现工件从动旋转。这里需要强调的是轴承间距的选择, 既要考虑整改装置的刚性, 又要考虑工件旋转时的稳定性。
3 尾座装夹装置的功效
3.1 依据粗基准余量均匀原则, 让工件装夹更合理
原外筒体工件装夹采用传统的一夹一顶方式, 装夹找正费时, 且因操作者水平不一找正工时不等, 还存在一定的找正误差, 其原因是: (1) 两端定位装夹基准不统一, 造成基准找正误差; (2) 由于粗基准选用不合理, 造成外筒体内、外圆加工余量不均匀, 导致局部加工余量不够, 特别是将外筒体组焊成部件后, 再以外圆定位加工内孔时, 经常出现黑皮现象。
现有的尾座装夹装置采用了尾座装夹装置连接的卡盘与车床床头箱上的卡盘同时装夹, 并以外筒体工件内孔为基准, 消除了基准不统一造成的基准找正误差。由于以内孔为粗基准, 满足粗基准余量均匀原则, 考虑工件外圆加工及热处理、表面处理等因素 (因管材毛坯余量一定, 还需兼顾内孔有限的毛坯最大加工余量) , 故将大部分加工余量留在外侧, 同时又要考虑外筒体组焊后的工件内孔还需加工等因素。
3.2 改善装夹工艺手段, 缩短装夹方法作业时间
新设计的尾座装夹装置, 消除了以往找正操作精度受操作者水平限制的因素, 操作方便、快捷, 作业时间大大缩短, 装夹效率显著提高。
3.3 提升了工艺制造水平, 保障生产安全、可靠、高效
由于原定位装夹采用一夹一顶方式, 极易因工人误操作, 造成外筒体工件装夹脱落, 给人员和设备带来伤害, 而采用现有的尾座装夹装置, 完全消除了隐患, 使人员和设备都有了安全保障。
4 结语
通过一段时间的生产使用, 现场反映良好, 一致认为该尾座装置设计合理、操作方便、安全可靠易推广。目前我公司已在所有的大型普车和数控车上使用了该尾座装夹装置。
摘要：利用所设计尾座装置加工的掘进机外筒体工件, 改变了原来以外圆为基准定位装夹的工艺方式, 解决了工件加工余量不足的难题, 减少了加工过程中装夹找正作业时间, 使装夹基准统一, 设计合理, 使用更安全、可靠。文中着重介绍了尾座装置工艺装备的应用及推广。
关键词：加工,外筒体,尾座,装置
参考文献
[1]陈宏钧.实用加工工艺人员手册[M].北京:机械工业出版社, 2003.
[2]陈宏钧.典型零件机械加工生产实例[M].北京:机械工业出版社, 2004.
[3]GB/T8162-2008, 结构用无缝钢管[S].
高效装夹工件的研究 篇2
关键词：摇臂类零件,高效率工装,平面铣削加工
1 产品零件结构与加工工艺的分析
摇臂类零件的主流结构如图一所示。零件的材料:TC4, 供料方式:冲切板材。它的形状主要由三个尺寸决定:长度L、大端直径d1、小端直径d2, 零件的厚度H。毛料一般由模具冲裁成形, 同一批毛料具有较好的同一外形尺寸。本工序是铣加工两个平面保证H尺寸。由图1可以看出:零件压紧的表面就时被加工的表面。这给工装设计带来了很大的麻烦。传统的设计就是分成两段进行加工, 时需要倒换压板来完成另一段平面的加工。这种方法费力、费时, 并且由于是分段加工, 零件表明有明显的接刀痕迹。
2 设计要求
整体设计要打破传统设计思路, 坚持创新, 提升整个设计平台。
2.1努力提升生产效率。要求多个零件同时定位和夹紧, 对多个零件同时进行加工。
2.2降低操作者工作强度, 提高自动化程度。夹紧力由夹紧油缸调整控制, 保证夹紧力要求均匀一致。
2.3保证零件一次加工成型, 不允许有接刀的痕迹。
2.4整体结构要方便操作者调整、更换和使用。
3 结构设计
3.1 零件定位和夹紧
根据零件的特点, 选定零件的侧面做定位基准, 同时作为夹紧零件的承表面。零件的定位方式。见图2
3.1.1油缸的压力推动楔块运动, 将被加工零件夹紧:当油压卸掉后, 弹簧的回复力是楔块松开, 回到初始状态。
3.1.2楔块的楔紧表面保持了一定的倾角, 当楔紧时, 保证被加工零件地面紧密地接触定位基准面。见图3
3.2 夹紧机构的确定
由于是多个零件同时进行加工, 夹紧的动作要同时进行, 必须保证多个零件同时保证夹紧, 并且要保证每个零件的夹紧表面受力均衡一致。在设计中, 楔块的移动方式, 采用了单方向限制配合、另一个方向具有较大间隙的方法, 见图4。由图4可以看出:
3.2.1在限制配合的方向上, 保证被加工零件紧密结合在夹具体上, 确保加工尺寸H。
3.2.2在另一个方向上, 楔块在间隙范围内可以摆动。这种自适应的方式, 使楔块能够与被加工零件的夹紧表面充分地接触, 保证了夹紧力的均匀可靠。
3.3 夹紧与恢复
顶杆在液压油缸的作用下推动楔块、带动被加工零件靠紧定位端面。当夹紧力与油缸的压力平衡时, 顶杆停止移动, 并保持设定的油缸压力。 (夹紧力的设定一定要保证正常的铣削加工要求) 见图5。
液压油缸卸压后, 楔块在弹簧力的作用下回复到初始的位置, 等待下一次工作的开始。回复弹簧要具备一定恢复力, 在油缸卸压时确保楔块回复到初始位置。 (弹簧力要通过调整垫片来确定)
3.4 顶紧机构的设计
按照设计的要求, 满足多个零件同时加工的高效思想, 将顶紧机构进行了专门的设计。如图6所示。
在顶紧的过程中, 滑块在滑座中作直线移动, 带动顶杆夹紧工件。当顶杆的一端顶到楔块时, 顶杆围绕O点做周向摆动, 当顶杆的另一端也顶到楔块时, 又继续做直线移动。直到顶紧工件。
3.5 液压夹紧
传统的工件夹紧方法都是操作者手扳螺母、螺纹旋进, 逐个夹紧。每个工件的夹紧力变数很大, 操作繁琐。液压夹紧的特点主要有:
3.5.1夹紧力可以控制。根据工件夹紧和加工过程中的信息采集, 调整系统压力, 改变夹紧力的大小, 保证工件的最佳加工状态。
3.5.2夹紧力均匀一致。顶杆和楔块都是浮动状态, 当油缸工作时, 浮动的顶杆和楔块能够保证和全部的工件保持良好的接触和受压。夹紧力均匀一致。
3.6 液压元器件
(1) 油缸设计要求是小流量、小行程、单方向施压。结构小、重量轻, 满足经常搬动的要求。
(2) 接头:快速、零泄露接头。满足经常拆卸的工作状况。
4 使用方法
参见图7操作方法简单省力。
(1) 将工件按工艺要求依次在夹具上摆放规整。
(2) 启动液压系统, 工件按预定夹紧力均匀夹紧。 (开始加工) 。
(3) 关闭油压, 楔块自动脱开。 (取出工件) 。
本夹具的研发成功, 是在工艺装备技术研究所领导、首席技术专家和相关技术人员共同努力的结果。到现场考察, 请专业人士提出整改意见, 前前后后经历了多次的反复和修改。它的主要特点是:稳定加工质量:多件同时加工, 加工精度一致。生产效率高:多件同时加工, 提高工效很多倍。采用液压装置:极大地降低了操作者的工资强度。现在我们正在加大力度, 进一步完善和推广液压系统在工艺装配设计中应用的方法和思路, 努力创造和提升工装设计的平台, 为构筑二十一世纪先进的工艺装备而努力。
参考文献
[1]机械工业出版社1982年3月第一版《机械工程手册》第九卷《机械制造工艺》分册
[2]杨黎明.机床夹具设计手册第一版[M].国防工业出版社, 1996 (05) .
[3]国防工业出版社1978年3月第一版《航空工艺装备设计手册》《夹具设计》分册
[4]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社, 1994 (01) .
浅析不落轮镟床装夹方式 篇3
不落轮镟床是一种特殊的车床, 安装于地下, 加工对象是单个或者轨道车辆的轮对, 其动力驱动、装夹方式以及刀具安装都与普通车床存在着较大差异:主轴通过摩擦滚轮与轮对接触, 依靠摩擦力驱动轮对沿轮轴转动;刀架竖直安装于床身, 在数控系统的控制下进行镟修加工 (如图1所示) , 装夹过程也有其特点。
2 U2000-400不落轮镟床的装夹过程
与普通车床一样, 镟床的装夹可分为定位与夹紧两个过程。
2.1 定位过程
车辆沿轨道进入镟床, 轮对被限制在沿轨道方向, Z轴方向的位置确定;到达预定工作位置附近后, 镟床摩擦轮架升起至工作位, 轮对高度不再改变, X轴方向的位置确定;同时, 由于同侧的两个摩擦滚轮将轮对支撑起来, 起到V型定位的作用, 将轮对的轴心保持在摩擦滚轮轴心线的中垂线上 (如图2所示) , Y轴方向的位置确定[1]。
1.轮对2.床身3.主轴电机及驱动4.主轴5.摩擦滚轮6.刀架及滑轨
2.2 夹紧过程
为使轮对在加工过程中不受切削力、重力等力的作用破坏定位, 还需对其进行夹紧。夹紧的过程分为轮对径向夹紧与轴向夹紧两个步骤。
1.轮对2.车轴3.摩擦滚轮4.摩擦轮架
2.2.1 径向夹紧
镟床常见的径向夹紧方式有图3所示五类[2]。
1.外轴箱支撑型2.内轴箱支撑型3.顶尖型4.外轴箱下压型5.内轴箱下压型
其中, 第1、2种支撑型适用于轴重在15 t以上的重型车辆, 否则轮对与滚轮间的接触压力不足以产生足够的摩擦力驱动轮对转动;第3种只适用于轴端外露的轮对, 同时完成轴向与径向的夹紧;第4、5种适用于地铁等轴重较小的情况。
以第4种外轴箱下压型为例进行分析:操作工操纵压爪压住轮对轴箱, 压爪对轮对施加一个向下的压力P2;通过一个比例方向阀分配液压将摩擦轮架升起, 并使摩擦滚轮维持在浮动状态, 不论轮对外形存在怎样的缺陷, 始终保持轮对轴箱与压爪的可靠接触, 并对轮对施加一个恒定向上的压力P, 配合滚轮的V型定位, 从而达到了对轮对的径向夹紧 (如图4所示) 。
1.轮对2.摩擦滚轮3.轮对轴箱4.压爪5.下压装置
此时P=P1+P2, P1约为轮对轴重的1/2, P即为滚轮与轮对的接触压力, 为驱动轮对旋转提供足够的摩擦力。在操作系统内可对直接对接触压力P进行调节。
2.2.2 轴向夹紧
镟床通过一对轴向控制轮紧靠左右轮对内侧面, 将轮对在轴向上固定, 从而实现对轮对的轴向夹紧, 如图5所示。
至此, 镟床对轮对的装夹结束, 轮对被可靠地夹持, 只保留Z轴方向的回转自由度, 左右轮对被限制的内侧面就是后续测量加工流程的基准面。
1.轮对2.轴向控制轮3.摩擦滚轮
3 不同装夹方式的比较
如表1所示, 广州地铁目前拥有各型号不落轮镟床若干台, 分别来自于国内外不同的生产厂家, 且各线路车辆轴箱形式不一, 存在着各种不同类型的装夹形式。
3.1 外轴箱装夹与内轴箱装夹
不同的车辆由于不同的设计, 轴箱可能置于轮对内侧和外侧。由于空间限制, 内轴箱装夹无法利用压爪的形式将轴箱下压, 而是利用螺栓螺母构造的装夹连接杆将轮对内轴箱与镟床进行连接 (TF2000HD连接至一个可上下移动的内轴箱下拉装置, U2000-400直接连接到镟床床身) , 如图6所示。通过连接杆对轴箱施加一个向下的拉力P2, 与外轴箱装夹情况一样, 达到P=P1+P2的平衡。
3.2 外轴箱支撑
1.轮对内轴箱2.装夹连接杆3.床身/下拉装置
外轴箱的装夹也分为两种:带外轴箱支撑装置与不带外轴箱支撑装置的, 前者以一号线的106T为典型代表, 后者以目前多条线路使用的U2000-400为代表。其区别在于, 前者除了具备后者所有的结构外, 还额外具有一个外轴箱支撑结构, 轮对除了受到重力P1、压爪下压力P2以及滚轮支撑压力外, 还受到支撑结构向上的支撑力P3, 此时P=P1+P2-P3。如图7所示。这种结构类似于过定位, 目的是保证镟床在摩擦轮架抬升油缸的液压系统或电控系统出现故障的情况下, 摩擦轮架下降, 但轮对仍可靠被夹持, 不至于造成轮对的突然下降, 损坏刀具或者轮对。
3.3 回旋式压爪
外轴箱装夹的下压爪分为两类, 一类是类似U2000-400镟床的直动式, 下压装置可在纵向 (X轴) 与水平 (Z轴) 方向移动, 探出的压爪可根据不同轴箱形状进行更换。另一种是回旋式, 下压装置也可在纵向进行升降运动, 但初始状态下压爪套筒与轨道方向平行, 工作时套筒回旋90°, 并伸出压爪对轮对进行装夹, 其压爪一般为固定式, 装夹不同型号轴箱时, 一般采取附加特定工装的形式达到兼容的目的。
1.初始位置2.工作位置3.压爪套筒4.压爪
4 结束语
镟床取消外轴箱支撑结构可节约一定的成本, 虽然可通过液压回路增加防坠落保护措施来消除轮对意外坠落的隐患[3], 但总体看来带外轴箱支撑结构的装夹方式更为可靠。回旋式下压装置在直动式下压装置纵向与水平运动的基础上, 多出一个回转运动, 在设备成本以及维护工作量方面存在明显劣势。
参考文献
[1]Germany Hegenscheidt.Underfloor Wheelset Lathe.Oper-ating/Maintenance Manual General Informations[Z].2009.
[2]陈雷.对仿形不落轮镟床的数控化改造[D].广州:华南理工大学, 2012.
感应加热机配套装夹设备的研究 篇4
目前教师和学生使用感应加热机的方法通常按照以下步骤:1) 教师或者学生带上工作手套;2) 手拿火钳夹紧工件;3) 把夹紧的工件放在感应加热机的感应线圈中;4) 加热完成后迅速将工件放到水中淬火。这种使用加热机的方法存在以下不足之处:操作比较麻烦;对教师和学生的安全性不高;零件做出来的效果时好时坏。因此, 迫切需要改善感应加热机配套装夹教学设备。
1 总体方案设计与分析
在方案的确定上, 选用丝杆螺母副作为机器的上下主运动的传动方式, 并且利用步进电机作为夹持工件时的旋转运动。在三维软件的绘图中, 我们将实际购买的材料形状、材料类型进行了改进, 使得机器的刚度以及传动时的平稳度得到相当的提高。我们在设计夹具的过程中, 尽量采用简单架构进行设计, 因为要考虑到夹具以及工件的重量不能太大, 而且夹具对工件的夹紧方式要简单而到位。其次就是对三相异步电动机的接线以及程序的编写进行一番研究, 经过我们对三相异步电动机的调试, 实现工作台在垂直方向上的位移精确度, 使得工件能够准确地移动到感应加热机的感应线圈中进行加热。最终我们的项目产品能够正常运作, 并且达到当初的设计预想, 实现教学用途。
工作原理:该设备主要利用丝杆与步进电机配合实现可控制轴向匀速上升。
丝杠是各类型精密机械上最常使用的传动元件, 其主要功能是将旋转运动转换成线性运动, 或将转矩转换成轴向反复作用力, 同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号, 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 (即步进角) 。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量, 从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度, 从而达到调速的目的。利用导轨导向, 使中板稳定上升下降。在相应位置加上限位开关, 实现其在某一位置反转, 停止。关于工件的旋转问题, 我们在中板安装一个小型步进电机, 因为感应加热工件表面后需要快速入水搅拌冷却, 故电机应在加热完毕后马上停止。若使用普通电机在停止后因惯性会继续旋转, 不便于取出工件。关于装夹:因为该感应加热机加工最大工件直径为30 mm, 工件最大重量约为0.8 kg, 为了便于取出, 我们使用具有弹簧的小型三爪卡盘, 使用联轴器与电机轴连接。
2 结构设计
综合各个零件的设计, 机器的实际整体构造如图2所示。材料参数见表1。
说明:我们在经过计算以及校验之后确定步进电动机在传递转矩给丝杆轴的切应力以及扭转强度符合安全要求, 即最大切应力在安全切应力的范围之内。
3 功能特点与创新点
我们设计的感应加热机配套装夹设备特色在于能够帮助老师以及学生在做热感应加热教学时, 避免用火钳夹持工件的危险, 提高自身安全性以及提高加热效果和效率。我们利用滚珠丝杆螺母作为机器竖直方向的传动方式, 可以更加平稳地传递电动机的转矩, 而且丝杆螺母还可以承受较大的负载, 提高机器整体的刚度。利用步进电动机作为机器的动力源, 可以确保工作台在竖直方向上的精度和准确的距离, 以便将工件很好地控制在感应加热机的感应线圈中加热。并且可以让夹持工件的夹具作匀速旋转运动, 使得工件的表面四周加热得更加充分, 而且可以通过调整步进角来调整加热的时间, 使得整个工件加热时间可以根据热处理的工艺来调整。
4 部分部件的设计实图以及装配
感应加热机工作台的装配如图3所示。步进电动机的接线如图4所示。
5 结语
本研究的主要内容, 是完成感应加热机配套装夹设备的设计。对本感应加热机配套装夹设备的工作台、支架、步进电机等进行了尺寸的确定, 使用三维软件进行分析优化, 并且进行了设备零部件的加工, 完成了设备实物的整体装配。设备制作完成后, 投入到实际使用当中, 使用结果表明本装夹设备能弥补人工操作的不足之处, 提高自动化程度以及工件的热处理质量, 满足了设计预期的目的和要求。
参考文献
[1]李琳, 李杞仪.机械原理[M].北京:中国轻工业出版社, 2012.
[2]何明申.创新思维修炼[M].北京:民主与建设出版社, 2001.
[3]曾志新, 刘旺玉.机械制造技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2011.
数控铣平口钳装夹性能提升的尝试 篇5
关键词：装夹平口钳,原理,改进方案
机械加工中, 平口钳是较为常见的装夹工具, 它分机用和手用两种, 都是利用两钳口作定位基准, 靠丝杠, 螺母传送机械力的原理进行工作的。平口钳结构简单, 装夹迅速, 加工时省时省力, 提高了加工效率、加工精度和产品质量。但是平口钳也有其不足之处: 不能较好地装夹外形较为复杂的工件。主要原因是平口钳钳口是平直的, 不适于装夹圆柱形工件, 机加工时工件易位移, 有时工件还会飞出机床台面。为此, 特对平口钳钳口进行结构的改进设计, 以满足更多使用功能的要求, 使其更加实用化。
一、设计要求
1.不论对于装夹的工件是圆形的还是方形的, 不需要依靠外界的零件 (如, V型块、卡盘等) 。
2.不需要进行换装, 即装夹方形工件时变为平直开口的平口钳;装夹圆形工件时变为V型开口的平口钳。
3.平口钳要求结构简单, 装拆方便, 易于维修。
4.平口钳在装夹工件时, 用力要省, 夹紧力要大, 工件夹紧, 稳定可靠。
二、设计原理及改进方案
1.V型块定位的优点
(1) 对中性好:即能使工件的定位基准轴线对中在V型块两斜面的对称平面上, 在左右方向上都不会发生偏移, 且安装方便。
(2) 应用范围较广:不论定位基准是否经过加工, 不论是完整的圆柱还是局部圆弧面, 都可采用V型块定位。
2.改进方案
在不用卡盘装夹圆形工件时, 数控铣床装夹圆形工件时往往都是依靠V型块来装夹的。如果我们将平直开口的平口钳设计成一个具有活动式的V型块, 在装夹方形工件时, 平口钳的开口根据要求变成平直的, 当装夹圆形工件时, 平口钳的开口又会变成V型。这样, 无论装夹圆形或方形工件, 都不需要任何的条件就可以达到快速装夹的目的。
三、总体构造
基于实际应用, 尽量保持其基本组成部件变化不大, 仍由6大基本部件构成, 即钳体、固定钳体、固定钳口、活动钳体、活动钳口、 丝杠螺母机构等。在充分分析、借鉴现有产品的基础上, 重点在平口钳固定钳口和活动钳口上进行了研究。
1.钳口的材料。由于钳口有很大一部分是被掏空的, 同时还要承受很大的力, 这就要求钳口材料的硬度要大, 考虑其综合性能, 以热处理钢为优选。
2.钳口圆弧半径。钳口圆弧半径的确定至关重要, 直接影响平口钳的综合性能, 要通过严格的分析计算、优化选择, 这样才能确保平口钳操作自如、稳定可靠。
改进后的结构如图所示:
通过改进后的手用平口钳, 完全解决了平口钳装夹工件时只能装夹方形件或只能装夹圆形件的缺陷, 从综合效益上讲, 首先, 装夹工件的效率得到提高。其次, 手用平口钳的成本增加不大, 具有巨大的市场推广空间。
参考文献
[1]廖念钊, 莫雨松, 李硕根, 等.互换性与技术测量.5版.中国计量出版社, 2008-02.
[2]杨巧绒, 张克义.AutoCAD工程制图.中国林业出版社, 2006-08.
[3]陈立德.机械设计基础课程设计.高等教育出版社, 2009-06.
[4]张春林, 曲继方, 张美麟, 等.机械创新设计.机械工业出版社, 2007-09.
[5]王兰美.机械制图.高等教育出版社, 2004.
装夹装置 篇6
近些年铝合金薄壁零件因其特有的强度高、质量轻及承载性高等特点, 越来越多地在电子工业中得到广泛的应用。 通常薄壁件主要指壁厚≤3mm的零件[1], 相对刚度较低, 加工余量大, 工艺性差, 容易发生颤振及变形。本文在长期实践加工基础上, 结合有限元分析理论, 探讨了某课题电机薄壁套加工工艺及减小薄壁件装夹变形的改进方法, 具有一定的参考意义。
1 薄壁零件装夹分析
1.1 零件的工艺分析
如图1所示为薄壁套零件, 零件材质为铝合金2A12, 零件外圆直径尺寸为100 mm, 壁厚为3 mm, 长度尺寸为50±0.02 mm, 具体形位公差要求如图1所示。
根据零件图形分析可知, 该零件属于薄壁件。加工中夹紧力过小时, 由于刀具切削力的影响, 工件会产生一定程度的晃动;反之夹紧力过大时则会产生工件变形。当采用传统夹持方式时, 零件变形情况如图2所示[2]。
当三爪刚夹紧薄壁件时, 如图2 (a) 所示, 零件尚无明显变形。随着内孔走刀次数的增加, 加工完成内孔图样要求, 但是壁厚明显不均匀, 如图2 (b) 所示。图2 (c) 是零件从三爪夹盘中取出后零件变形图, 可以明显看出夹紧力消失后, 由于零件塑性变形与加工残余应力等因素影响, 导致零件外圆恢复圆形, 而内孔呈现为棱圆, 造成零件圆度较差, 严重时会影响其与轴等精密零件的装配精度。因此薄壁件加工时要充分考虑装夹定位的问题。
1.2 切削力分析
合理选择装夹方式以及控制装夹变形的前提问题, 是必须要建立夹紧力模型。车削内圆过程中产生的力分为三种:主切削力Fc、进给抗力Ff和切深抗力Fp。实际生产中, 计算切削力采用以下公式[3]:
取加工时ap为0.5 mm, f为0.3 mm/r, vc为100 m/min, 并代入切削分力计算式中, 得出各切削分力为:Fc= 132N, Fp= 20N, Ff= 13N 。
1.3 装夹力计算
为了使零件在加工过程不发生滑动, 夹持产生的摩擦力应不小于切深抗力。而主切削力与加工时产生的离心力会减弱径向夹持力, 为此, 建立静态平衡方程:
根据以上公式, 代入各项参数值, 可得出F1=163N, F夹=277N。
2 车削过程数值模拟
2.1 零件有限元分析
为了准确预测零件的变形与受力情况, 本文利用ANSYS软件对零件加工进行数值模拟。本文在分析中采用单元尺寸1 mm划分网格, 节点总数为60 581, 网格数为12 360。考虑到零件结构具有对称特征, 为了简化分析过程, 取零件的1/3进行有限元模拟分析, 网格划分如图3所示。
利用ANSYS软件对零件进行静力学分析, 分析结果如图4、图5所示。从分析结果可以看出, 零件所受的最大应力为42.566MPa, 其最大变形量为0.042 mm, 最大变形量位于三爪夹持处。
2.2 夹具设计
考虑到零件具有侧壁薄、刚度低特点, 径向夹持容易引起大变形。针对零件的结构特点, 设计了如图6所示的夹具。夹紧螺母通过螺母与夹具体联接, 内端面压紧零件端面, 对零件不产生径向压力, 避免径向力对零件产生的变形, 对改变装夹方式后零件进行数值模拟。模拟结果如图7所示。零件所受的最大应力为18.1MPa, 最大变形量为0.013 mm, 满足图样要求, 对比之前的装夹方式, 使用夹具后零件的变形得到明显改善。
mm
3 试验验证
为了更好地验证数值模拟的准确性, 本文利用车床CA6130进行了切削试验, 试切零件材料为铝棒2A12-T4, 取切削速度vc为100m/min, 背吃刀量ap为0.5 mm, 进给量f为0.3mm/r与模拟条件相同, 比较结果如表1所示, 结果表明相对误差为15.4%, 考虑到夹持时未借助精密测力设备及其他随机因素, 实际切削结果在可接受范围内, 证明了所采用的有限元方法预测变形具有有效性。
4 结论
通过对薄壁件夹持方法的理论分析, 建立了相应有限元模型, 通过分析夹持方法改进前后的应力大小与零件变形情况, 并与试验数据进行对比, 证明了薄壁件采用轴向压紧的装夹方法完全可以满足尺寸精度与形位精度要求。对比夹具改进前, 轴向压紧装夹的变形量减少0.029 mm, 夹具优化效果明显。
摘要：对铝合金薄壁件装夹方式进行受力分析, 建立了切削加工的力学模型及有限元分析模型, 设计了一种轴向夹紧的车床夹具, 夹具结构简单、夹紧可靠、操作迅速方便, 并与试验数据进行对比, 结果显示采用轴向夹紧可以明显减小零件的装夹变形。
关键词：薄壁件,力学模型,轴向夹紧
参考文献
[1]汪通悦, 何宁, 李亮.薄壁零件铣削加工的振动模型[J].机械工程学报, 2007, 43 (8) :22-25.
[2]吕凤环.薄壁零件的车削加工[J].现代制造技术与装备, 2012 (2) :36-38.
装夹装置 篇7
随着环保标准的不断提升, 排放法规日益严格, 低油耗成为汽车行业的重要发展目标[1]。传统定排量机油泵以发动机怠速时的机油需求量为设计依据[2], 供油量随发动机转速变化线性增加, 高速时输出油量过多, 浪费机油泵功耗。使用变排量叶片机油泵 (如图1所示) , 可以减少机油泵的功率消耗, 使机油泵的供油量与发动机的实际需求量相匹配。从国外相关的研究报告来看, 采用变排量机油泵一般能降低乘用车1%~3%的燃油消耗[3]。
以国家级轴承高新技术企业———浙江五洲新春集团为例, 作为轴承产品的延伸, 现为国外客户生产叶片泵零件———叶片环150万件/月, 根据叶片环与叶片的配比 (2个叶片环配置7~11片叶片, 如图1所示) , 容易算出客户需求的叶片在500~750万片/月, 市场需求巨大。
浙江工业职业技术学院的毛江峰[4]设计了在外圆磨床加工某真空泵叶片圆弧面的夹具, 叶片的夹紧靠螺钉压紧, 圆弧面的加工靠人工摆动夹具手柄实现。宁波中强电动工具公司的胡剑英[5]为汽车空调压缩机滑片圆弧面在外圆磨床的磨削设计了半自动磨削装置, 叶片的摆动利用了曲柄摇杆机构的工作原理, 减轻了操作工人的劳动强度, 但工件的夹紧仍然靠螺纹, 必须人工上料和夹紧。显然, 这两种设计都未能实现叶片圆弧面的自动化加工要求, 不符合当前“机器换人”的潮流, 也难以实现叶片的高效、大批量加工。
1 自动化加工模型设计
课题组集思广益, 结合叶片泵叶片双侧圆弧面、尺寸小、重量轻、加工精度要求高的结构特点, 如图2所示, 确定叶片圆弧面的自动化加工必须解决自动上料、快速夹紧和卸料的快速放松。根据这一思路, 初步设计了包括叶片落料、夹具接料、定位、夹紧、夹具体转位摆动磨削和磨削完成后夹具松开的自动化加工模型, 如图3所示。经整理后排列整齐的叶片进入竖直上料槽, 靠叶片自身的重力沿上料槽下滑。叶片夹具可以进行整周回转, 其转动由数控轴实现, 夹具接料时, 开口向上, 以使从上料槽中滑下的叶片落入, 夹紧机构压紧叶片大平面。然后, 夹具顺时针转动90°, 砂轮靠近叶片, 叶片绕圆弧面轴线摆动, 实现圆弧面的磨削。磨削完成后, 砂轮退开, 夹具再次顺时针转动90°至竖直向下位置, 夹具松开, 靠叶片自身的重力从夹具体中掉落。粗看, 此模型好像实现了叶片的自动上下料, 但中间仍有非常明显的关键问题:没有说明实现叶片大平面快速夹紧的方法, 而且叶片自重只有4 g作用, 当磨削完成后, 由于叶片大平面和夹具定位面之间磨削液的张力, 叶片未必能够从松开的夹具体中自动落下卸料。
仔细分析提出的问题, 其难点在于:为了实现叶片圆弧面的自动化高效加工, 叶片的压紧和放松卸料一定不能采用传统的手动方法, 而应该采用能够实现自动控制的压紧方法, 如电磁、气动或液压压紧, 而且必须工作可靠。然而如果采用电磁铁, 必然以叶片的大平面作为电磁吸引力的作用面, 但即使是叶片的大平面其面积仍然非常小, 而且部分要参与磨削, 布置吸合力足够的电磁铁非常困难;液压或气动装置的压力足够, 但由于叶片圆弧面磨削时, 叶片要带着压紧装置一起摆动, 难以避免砂轮和气动或液压缸之间的干涉, 而且缸体长度尺寸较大, 在夹具90°转位时, 需要砂轮退开和复位的距离较大, 延长了辅助加工时间, 降低总体加工效率。
2 模型完善
经过对以上关键问题的认真研究, 提出的解决方案是采用“气动缸+杠杆机构"的压紧方案, 如图4所示。转动盘固定在磨床数控转轴上, 其轴线与叶片圆弧面的轴线共线;夹具体 (包含叶片) 布置在转动盘左侧, 而双向推拉气压缸布置在转动盘右侧, 由于转动盘的遮挡, 气压缸不外露, 更显美观;杠杆穿过转动盘, 右端和气压缸推杆铰接, 左端上下各安装卸料头和压紧头, 支点布置在杠杆大约中部位置。此夹紧装置的工作过程如下:当转动盘逆时针转动至叶片夹具开口向上时, 叶片在上料装置的推动下到达夹具体合适位置, 气压缸推杆开始推程, 在气压推杆的推动下, 压紧端的夹紧头压紧叶片, 卸料头松开。然后, 转盘顺时针转动90°至水平位置, 砂轮进给, 叶片摆动, 开始磨削。当磨削完成之后, 砂轮退回, 叶片在转动盘的带动下顺时针转动至竖直向下位置, 气压缸开始回程, 气压推杆拉动杠杆, 压紧端的夹紧头升起, 卸料头向下推动叶片, 叶片在重力作用下, 从夹具体内落下。然后, 转盘逆时针转动180°, 重新到达夹具开口向上位置, 再次上料, 进行下一个叶片的磨削。
3 结语
此夹紧装置在结构上, 避免了夹具和砂轮的干涉;通过改变支点位置实现杠杆力臂的调节, 可以改变夹紧力的大小;无需人力的作用, 可以实现快速夹紧、放松, 具有较高的加工效率, 利于叶片自动化加工的实现。
参考文献
[1]李锵, 南江, 倪计民, 等.叶片式可变排量机油泵技术进展与产业现状[J].上海汽车, 2012 (6) :51-55.
[2]EVANS P, J OHANSON K.The System Performance Benefits of Lubrication Flow Control[R].SAE Technical Paper 2004-01-2687, 2004.
[3]肖周志, 邓国峰.内燃机节能减排中的变排量技术[J].内燃机与配件, 2012 (6) :9-13.
[4]毛江峰.加工真空泵叶片圆弧面的夹具设计[J].机械制造, 2009, 47 (8) :82-83.