面對(duì)生產(chǎn)任務(wù)的逐年增加，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，提高生產(chǎn)效率是技術(shù)部門不斷努力的方向。機(jī)械加工過程要降低成本、提高生產(chǎn)效率，就要從最重要的環(huán)節(jié)工藝設(shè)計(jì)及工裝準(zhǔn)備入手。

機(jī)械加工現(xiàn)有生產(chǎn)模式主要體現(xiàn)在工裝應(yīng)用落后，效率低下，工人加工零件時(shí)裝夾及找正時(shí)間長，特別是單件或小批生產(chǎn)頻繁更換工裝時(shí)，大多數(shù)時(shí)間都是在安裝夾具及找正。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的必要措施，就是對(duì)現(xiàn)有的夾具進(jìn)行改造，替換。在機(jī)床上應(yīng)用組合夾具，快換夾具實(shí)現(xiàn)加工的同時(shí)，減少了頻繁更換夾具及找正時(shí)間，對(duì)整體的生產(chǎn)效率提高起到非常重要的作用。

一、快換工裝設(shè)計(jì)思路

快裝夾具的應(yīng)用比我們常用的電動(dòng)（或液壓）卡盤要方便快捷，夾緊也可靠，而且加工不同的工件，生產(chǎn)準(zhǔn)備相對(duì)簡單并且周期短，只需更換不同的彈簧夾頭和定位銷軸，重新編制加工程序即可方便快捷地加工出各種所需的工件，從而可以低成本地實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的自動(dòng)化生產(chǎn)，為企業(yè)節(jié)省資金。

圖1 快換夾具系統(tǒng)

下面本文將介紹經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床快速安裝夾具的設(shè)計(jì)原理與思路：

1、夾緊機(jī)構(gòu)

在數(shù)控車床的床頭箱前端增加快裝夾緊機(jī)構(gòu)（見圖2），其工作原理：撥叉13在齒條軸的推動(dòng)下由右向左移動(dòng)，通過瓦6帶動(dòng)活動(dòng)套8向左移動(dòng)，鋼球12在活動(dòng)套8的作用下沿夾具體5的斜面向中心移動(dòng)，同時(shí)鋼球12向左擠壓夾緊套7，使夾緊套7和鎖緊擋圈11向左移動(dòng)，從而使彈簧夾頭10向左移動(dòng)鎖緊工件，工件的軸向定位由定位銷9來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)工件加工完后，撥叉13在齒條軸的推動(dòng)下向右移動(dòng)，通過瓦6帶動(dòng)活動(dòng)套8向右移動(dòng)，從而使彈簧夾頭10松開工件，這樣工件的加工就完成了。用戶可根據(jù)所加工工件的不同來更換不同的彈簧夾頭和定位銷就可以實(shí)現(xiàn)不同工件的加工。

圖2 夾緊機(jī)構(gòu)圖

1－錐套 2－定位套 3－主軸 4－過渡盤 5－夾具體 6－瓦 7－夾緊套 8－活動(dòng)套 9－定位銷 10－彈簧夾頭 11－鎖緊檔圈 12－鋼球 13－撥叉 14－傳動(dòng)鏈 15－插銷螺栓 16－帶肩螺母

2、夾具動(dòng)力部分

夾具動(dòng)力部分機(jī)構(gòu)見圖3：由固定塊7和支架3將傳動(dòng)軸2、齒條軸6和回轉(zhuǎn)氣缸4等零件固定在車床床頭箱前端，與夾緊機(jī)構(gòu)通過撥叉8相連接。工作原理：回轉(zhuǎn)氣缸4在氣壓的作用下帶動(dòng)傳動(dòng)軸2旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳遞給齒條軸6，齒條軸6帶動(dòng)撥叉沿導(dǎo)向軸5移動(dòng)，將動(dòng)力傳遞給夾具夾緊機(jī)構(gòu)。

圖3 動(dòng)力機(jī)構(gòu)圖

1－擋片 2－傳動(dòng)軸 3－支架 4－回轉(zhuǎn)氣缸 5－導(dǎo)向軸 6－齒條軸 7－固定塊 8－撥叉

3、夾具控制部分

夾具控制部分裝置見圖4。工作原理：壓縮氣體經(jīng)氣源處理三聯(lián)件1傳遞給三位四通手動(dòng)轉(zhuǎn)閥2，由手動(dòng)轉(zhuǎn)閥2傳遞給回轉(zhuǎn)氣缸3，使氣缸動(dòng)作夾緊和松開工件。

圖4 控制原理以及裝置圖

1－氣源處理三聯(lián)件 2－三位四通手動(dòng)轉(zhuǎn)閥 3－回轉(zhuǎn)氣缸 4－消聲器 5－尼龍管 6－管接頭

二、加工中心夾具的快速安裝改造

為了提高立式加工中心的生產(chǎn)效率，縮短夾具的安裝時(shí)間，利用立式加工中心的性能特點(diǎn)，為自身加工一個(gè)能夠定位夾緊夾具的附加工作臺(tái)面，再配備少量的簡易附件，就能夠快速地安裝夾具。

1、自制工作臺(tái)面的加工

備一塊與加工中心工作臺(tái)面積相同的鋼板或鑄鐵板，厚度約為30－100mm，其數(shù)值可根據(jù)加工中心主軸距工作臺(tái)平面的高度、被加工零件的尺寸以及機(jī)床規(guī)格等情況進(jìn)行確定。新的工作臺(tái)平面必須與主軸垂直，并且具有較高的平面度，可以將板的上、下兩面磨平后裝在機(jī)床工作臺(tái)上也可以先將板的一面加工好，裝在加工中心工作臺(tái)面上，再精銑上平面，作為新的工作臺(tái)平面。

圖5 工作臺(tái)面

2、加工定位夾緊孔

新工作臺(tái)面完成后，用加工中心加工一組定位夾緊孔�？装匆欢ㄒ�(guī)律排列，第一個(gè)孔在工作臺(tái)平面坐標(biāo)零點(diǎn)，其余孔向著坐標(biāo)的負(fù)方向排列，相鄰孔間距離相等�？拙嘣O(shè)定考慮以下條件：

（1）勻劃分工作臺(tái)坐標(biāo)平面。

（2）零件及夾具的尺寸大小。

（3）取易記憶的整數(shù)。如圖5所示，機(jī)床行程、行程時(shí)、取孔距。此外對(duì)于具有特殊形狀尺寸的零件的夾具，還可以在附加工作臺(tái)上適當(dāng)?shù)奈恢昧碓黾訆A緊孔，以減小夾具面積，方便操作。

3、配備附件

為方便夾具安裝可配備一些附件，圓柱定位銷9（見圖6a），菱形定位銷，定位夾緊銷（見圖6b），該銷在定位的同時(shí)可擰上螺母將夾具壓緊墊片，供調(diào)整菱形銷方向用，其厚度為菱形銷螺紋螺距的一半墊塊的高度與夾具底板高度相同螺堵，當(dāng)螺堵涂上黃油擰入無定位銷的孔內(nèi)時(shí)可防止孔銹蝕。

圖6 配件圖

4、設(shè)計(jì)相應(yīng)的夾具

僅要加工一個(gè)孔位的零件的夾具，在夾具上預(yù)留一個(gè)定位孔即可。加工多工位的零件的夾具，預(yù)留兩個(gè)定位孔，孔距與工作臺(tái)平面上的孔距成倍數(shù)。零件加工中切削力較小時(shí)可以使用定位夾緊銷，夾具上不必再留供夾緊用的邊緣部分。一般夾具可按夾緊銷的位置預(yù)留夾緊邊緣或在底板上開槽供夾緊用。

5、結(jié)論

經(jīng)實(shí)踐證明，夾具安裝快速方便，夾具裝夾的同時(shí)已經(jīng)準(zhǔn)確定位，直接輸人圓柱定位銷的坐標(biāo)即可。簡化夾具設(shè)計(jì)，以利夾具標(biāo)準(zhǔn)化。在加工扁平零件時(shí)，不必設(shè)計(jì)制造高度較大的夾具。夾具的水平面積減小，可以充分利用工作臺(tái)面，多安放夾具。夾具安裝時(shí)間可以控制，有利于生產(chǎn)計(jì)劃管理。

三、快速尋位和狀態(tài)記憶的通用夾具系統(tǒng)

基準(zhǔn)自由的零件密封技術(shù)是一種安裝技術(shù)新概念，是PCBF 技術(shù)的發(fā)展。采用RFPE 夾具加工時(shí)，當(dāng)需要進(jìn)行工序或安裝轉(zhuǎn)換時(shí)，通過再一次的材料填充，恢復(fù)工件夾具系統(tǒng)的原有形狀，通過填充實(shí)體表面保留工件最初的位置信息，以作為新的安裝過程中工件定位的線索�；�于RFPE 技術(shù)，提出并研制了一種能夠快速尋位和狀態(tài)記憶的通用夾具系統(tǒng)。

圖7 工作流程圖

1、基本原理

RL＆SM 通用夾具系統(tǒng)采用規(guī)范化的板塊結(jié)構(gòu)，構(gòu)成可拆卸的RL＆SM 箱體，作為通用夾具系統(tǒng)在機(jī)床上快速尋位的基準(zhǔn)和記憶工件初始安裝信息的實(shí)體模型；箱體的各個(gè)板塊上裝有可便利調(diào)節(jié)的工件尋位元件，其固定后的實(shí)際位置通過測量獲得，并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)送入信息處理系統(tǒng)；工件通過尋位元件確定其在箱體中的初始位置，預(yù)緊后注入低熔點(diǎn)合金凝固形成工件的初始安裝姿態(tài)，使工件、填料和箱體形成一個(gè)整體——工件夾具系統(tǒng)。

箱體通過其規(guī)則的外部表面、定向鍵和壓板機(jī)構(gòu)，在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)快速定位與夾緊；當(dāng)需要進(jìn)行工序或安裝轉(zhuǎn)換時(shí)， 翻轉(zhuǎn)工件夾具系統(tǒng)，完成規(guī)則箱體在機(jī)床上的定位與夾緊。圖8為分離式雙箱結(jié)構(gòu)的RL＆SM 尋位箱，箱體的各塊板通過柱銷定位連接，上箱和下箱之間則通過鍵實(shí)現(xiàn)定位連接，以保證重復(fù)裝配時(shí)的效率和準(zhǔn)確工程應(yīng)用。

圖8 可快速尋位和狀態(tài)記憶的分離式尋位箱結(jié)構(gòu)

2、工程應(yīng)用與分析

（1） 機(jī)械手肘關(guān)節(jié)座：這是一個(gè)由非加工表面形成外部輪廓的零件，其加工特征分布在不同的方位面上，并具有相互位置精度要求。采用RL＆SM 通用夾具系統(tǒng)，工件只需要安裝一次（不再需要工藝基準(zhǔn)），兩次安裝RL＆SM 箱體即可實(shí)現(xiàn)全部加工，圖9給出了采用RL＆SM 夾具系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械手肘關(guān)節(jié)座加工的工藝過程。

圖9 機(jī)械手肘關(guān)節(jié)座加工工藝過程

（2） 鞍形轉(zhuǎn)子：這是一個(gè)具有雙曲面外輪廓的高速回轉(zhuǎn)件（見圖10）。環(huán)壁薄、精度要求高，由于加工時(shí)易于產(chǎn)生變形，傳統(tǒng)生產(chǎn)中采用互為基準(zhǔn)、反復(fù)進(jìn)行工序轉(zhuǎn)換加工成形的方法，不僅加工效率低，而且需要各種專用工裝，采用柱形的RL＆SM 通用夾具，通過填料增加了工件的剛性，避免了互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的工藝過程，減少工序轉(zhuǎn)換次數(shù)，提高切削效率，減少了專用工裝的花費(fèi)，即設(shè)計(jì)、制造周期和成本等。

圖10 高速回轉(zhuǎn)件

（3） 機(jī)加工葉片（鋁制）：這是一個(gè)具有復(fù)雜曲面的小剛性零件（見圖11）。采用RL＆SM通用夾具系統(tǒng)除了可以節(jié)省原材料，減少輔助加工和安裝轉(zhuǎn)換次數(shù)，而且由于提高了工件支承剛度。切削用量可以大大提高，切削效率可提高3倍以上，并使加工質(zhì)量明顯得到改善。

圖11 小剛性零件

3、結(jié)論

RL＆SM 通用夾具系統(tǒng)的研究與實(shí)踐已取得了重要進(jìn)展，其中包括RL＆SM 箱體的通用性，與夾具原始誤差無關(guān)的RL＆SM 箱體生成技術(shù)，填料性能的研究與填料的研制，填料工藝及其參數(shù)的研究與控制等。工程驗(yàn)證和部分工程應(yīng)用結(jié)果表明，RL＆SM 通用夾具系統(tǒng)具有廣泛的工程應(yīng)用前景，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）具有良好的通用性；

（2）具有高的生產(chǎn)效率、機(jī)床利用率和加工質(zhì)量；

（3）有利于設(shè)計(jì)制造過程自動(dòng)化；

（4）結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好，且成本低， 可以面向任意的工種和任意自動(dòng)化程度的設(shè)備；

（5）RL＆SM 通用夾具系統(tǒng)的通用性和規(guī)范化，便于實(shí)現(xiàn)工件安裝、狀態(tài)成形、夾具尋位和信息處理的自動(dòng)化，從而可以降低對(duì)操作人員的技術(shù)要求。