基于自動調式夾具的改進與設計

劉志強，袁玉磊

沈陽機床股份有限公司沈一車床廠，遼寧 沈陽 110141

自動調式夾具適用于各機械制造部門，其廣泛性在機械加工中已無所不在，在機床工具、紡織、石油、化工、礦山、冶金、醫療、造紙及汽車、鐵路機車、船舶等制造行業中特別是在軍工航空產品加工中應用自動調式夾具均取得了明顯的技術經濟效果。

1 自動定心夾具的發展優勢

從產品的批量來看，自動調式夾具最適于新產品研制、試制、單件和小批量生產。因此，對于產品變化頻繁、改型周期短、產品類型多的企業選用自動調式夾具最為適宜，能收到最顯著的經濟效果。從加工工序來看，自動調式夾具應用極為廣泛，它可以方便的組成各類機床使用的夾具，如鉆、銑、車、鏜、磨等夾具，也可以組裝出裝配、檢驗與焊接夾具。從加工工件的幾何形狀和尺寸看，自動調式夾具一般不受工件形狀的限制。自動調式夾具元件有大、中、小和微型四個系列，各系列間備有過渡元件，可供組裝選用。它是一種具有較高柔性的先進工藝裝備，主要適用于數控機床、加工中心以及柔性加工單元和柔性制造系統，不僅保持了組合夾具的傳統優勢，而且更符合現代加工理念。它是由一套預先制造好的各種不同形狀、不同規格尺寸的標準元件組裝而成。這些元件具有很好的互換性和較高的精度及耐磨性，可以根據機床工作臺的尺寸和不同零件的加工要求，選用所需要的元件組裝成相應的夾具，組裝簡單靈活。這種夾具可以保證在規定的坐標位置上準確定位，并且具有較高的剛度和精度，能夠保證在粗加工時使用大切削量，在精加工時更好地保證工件定位面和加工表面之間的位置精度。這種夾具還能保證工件在一次定位裝夾中加工多個表面，甚至是加工全部表面，也可以一套夾具同時裝夾多個工件進行加工，減少機床的停機時間，以充分發揮數控機床、加工中心等的高效性能。

圖1 工件圖

圖2 原夾具加工示意圖

2 自動定心夾具工作原理

如圖2所示，經過實踐分析得到，很多的零件在對稱度的誤差超差時，主要都是因為寬度的誤差比較大，加上選用了調整法加工，鉗移動口單側夾緊與單面定位等等原因都會直接導致誤差的增大。所以說在整個加工生產的過程中工件基準誤差是很難避免的，而自動定心夾具通過逐步控制和克服了基準定位所導致的誤差，基本上確保了零件的對稱度。實踐表明，結合一些零部件的結構特點與加工的要求，選擇了雙向定心的夾緊裝置，可以大大消除工件的寬度誤差，滿足零部件的對稱度公差的具體要求。不過因為該種工件的加工精度比較高，加上加工的尺寸又很小，所以會受到機床加工空間與結構及動力源的束縛。通常情況下普通定心夾緊機構因為運動副間隙相對較大，制約了加工之后的位置精度，在實際生產中是很難滿足一些精細部件的加工要求。

加工前，機床的夾緊凸輪主要是作用在夾緊鉗口上的力，推動鉗口沿燕尾導軌慢慢移動，當其經過撥桿后，就會帶動齒輪運動起來。齒輪嚙合上的傳動力，會讓夾緊鉗口反方向移動，這樣就完成了整個工件加工過程的夾緊動作。當加工完畢時，伴隨凸輪的不斷旋轉，凸輪上的下降曲線就會完全解除作用在鉗口上的力，其上的彈簧通過拉伸使鉗口向前推進，齒輪與撥桿的反向運動，最后讓鉗口向后移動，這樣就完成了整個工件加工過程。圖3為銑槽雙向自動定心夾具動作原理圖。

圖3 雙向自動定心夾具示意圖

圖4 定位誤差分析計算簡圖

3 誤差分析計算

在自動定心夾具的具體設計中，因為比較合理、科學地分配了彈簧拉力和夾緊力，利用齒輪的連動機構，消弱了所有運動工件之間間隙的反向空行程與影響，滿足了兩個夾緊鉗口同步移動。自動定心夾具的設計，讓工件的定位基準與設計基準相互重合，所以基準不重合的誤差降為零。這種較新穎的結構設計，完全消弱了整個齒輪嚙合之間的間隙、銷子與撥桿配合之間間隙對整個定位誤差的干擾，所以就造成了基準移位誤差只剩下兩撥桿的不等臂誤差△L了。因為兩撥桿的具體長度不一定相同，所以往往導致相同情況下夾緊鉗口在齒輪轉角中所移動的距離是不相同的。這樣就會直接影響零部件槽口的對稱度。圖4中，設兩桿的不等臂之間的誤差為△L（兩銷中心連線的中心到齒輪中心連線距公差），撥桿的設計長度L（銷子中心到齒輪回轉中心距離），由不等臂誤差造成的鉗口移動位移差為△X，夾緊鉗口的單側移動距離為X，當鉗口移動X時齒輪擺角為a時，則：

在設計當中，L取值50mm，單側鉗口的移動實際距離X=0.5mm，中心距的實際誤差△L取值0.4mm，將所有的值代入到（1）式

可以得到：

因零部件對稱度的影響因子只有△X的一半，所以，由不等臂誤差所導致的工件針槽的對稱度誤差δ可表示為:

通過上式不難看出，在自動定心夾具的實際設計當中，由不等臂誤差所導致的針槽對稱度誤差相對比較小。因此，自動定心夾具完全滿足槽口對稱度公差的相關要求。

4 結論

自動定心銑槽夾具通過實踐檢測證明，它不僅完全符合使用要求和計算分析的結果，同時還具有很多獨特的特點，其一，自動定心夾具結構相對比較簡單，對夾具加工的精度要求不高，加工動作相比靈活而可靠；其二，因為使用機床的動力源，因此對機床的主體結構不會產生任何的影響，故而大大縮短了整體的制造周期，為企業節約了成本；其三，特殊的消隙結構設計，為整個自動定心夾具的設計提供了保障，同時在產品的設計中得到了廣泛推廣和應用。

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