邱紅，沈印，高朝祥，任小鴻，梁雄

(1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川瀘州646000;2.西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶400715;3.中國(guó)南車集團(tuán)資陽(yáng)機(jī)車有限公司，四川資陽(yáng)641300)

夾具是產(chǎn)品生產(chǎn)的一個(gè)重要部件，它對(duì)保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量具有舉足輕重的地位，同時(shí)，夾具的自動(dòng)化程度和精度也是應(yīng)考慮的重要因素。夾具的自動(dòng)化程度高，可以減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使生產(chǎn)效率和產(chǎn)品周期能夠得到進(jìn)一步的提高;夾具的精度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的首要條件，由于人為的操作誤差，很難保證產(chǎn)品的加工精度。所以，設(shè)計(jì)出自動(dòng)化程度以及精度高的夾具對(duì)加工行業(yè)具有很重要的意義。

1 數(shù)控龍門銑邊機(jī)主體結(jié)構(gòu)

銑邊機(jī)主體結(jié)構(gòu)由床身、工作臺(tái)、立柱組成。床身為機(jī)床的基礎(chǔ)部件，它具有足夠的剛性，有合理的鑄造結(jié)構(gòu)。導(dǎo)軌為兩條直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，機(jī)床的移動(dòng)部件工作臺(tái)安裝在這兩條直線導(dǎo)軌上，床身兩側(cè)通過(guò)螺釘和定位鍵將左右立柱緊固在床身上，使床身與左右立柱連為一體，構(gòu)成閉式龍門框架的下半部。

工作臺(tái)面有固定工作或夾緊用的“T”形槽，中間“T”槽作夾具定位用。在工作臺(tái)前端裝有限位開(kāi)關(guān)和定量潤(rùn)滑分配器，潤(rùn)滑分配器將潤(rùn)滑來(lái)油分配給直線導(dǎo)軌副。在機(jī)床和工作臺(tái)導(dǎo)軌之間裝有齒輪齒條副傳動(dòng)裝置，齒輪齒條副中的齒輪箱固定于床身中部，齒條固定于工作臺(tái)底部。在床身前段裝有潤(rùn)滑油管和電路的拖線裝置。

2 電磁液壓夾具的設(shè)計(jì)

2.1 電磁夾緊原理

采用電磁感應(yīng)原理來(lái)控制夾緊力的大小和方向。電磁鐵是由一些安放在導(dǎo)軌下面的螺線管組成，螺線管本身有匝數(shù)，通過(guò)改變電流與匝數(shù)來(lái)改變電磁力的大小，電流的方向控制了磁極的方向，也就限制了自由度運(yùn)動(dòng)的方向。

設(shè)計(jì)特點(diǎn):在銑邊機(jī)的導(dǎo)軌和橫梁下邊分別安裝磁極不一樣的螺線磁管(圖1)，在安裝的時(shí)候要注意磁極的相互交錯(cuò)，并要一一對(duì)應(yīng)，通過(guò)PLC 裝置發(fā)出脈沖信號(hào)，螺旋磁管鐘的線圈得到電流信號(hào)，由于電磁感應(yīng)原理，各個(gè)磁極將會(huì)有磁力的產(chǎn)生，即可對(duì)工件產(chǎn)生垂直方向上的夾緊力。此外，在安裝螺線管磁極時(shí)，使各螺線磁極相互獨(dú)立，并要進(jìn)行磁極編號(hào)，這主要是方便PLC 對(duì)某一磁極的控制，更能限制工件不同位置的自由度。比如在加工不規(guī)則零件時(shí)(零件某加工平面有圓弧、臺(tái)階以及凹槽相互交錯(cuò))，讓N1 和S9通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，即可使零件由平面變成傾斜60°，而不會(huì)產(chǎn)生縱向位移，在夾具鉗口部分安裝位置檢測(cè)傳感器，并將鉗口位置的實(shí)時(shí)狀況反饋到顯示屏上面，方便對(duì)夾緊位置的在線調(diào)整，原理圖見(jiàn)2。

圖1 螺線磁管

圖2 電磁液壓夾具原理圖

2.2 液壓夾具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

液壓夾具主要由液壓缸、電磁換向閥、活塞桿、夾具鉗口部分組成，主要是控制工件橫向方向的位移，采用液壓力推動(dòng)活塞桿來(lái)夾緊工件。活塞桿和夾具鉗口部分為一體聯(lián)動(dòng)，即活塞動(dòng)作，夾具鉗口就動(dòng)作。通過(guò)PLC控制器控制電磁換向閥電磁鐵的通電與斷電，電磁換向閥控制油液的流動(dòng)方向，從而控制活塞桿的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到夾緊或者松開(kāi)工件的目的。

2.2.1 液壓夾具關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)

(1)夾具體鉗口

鉗口是液壓夾具的夾緊關(guān)鍵部件。由于要經(jīng)常夾持零件，而且龍門銑邊機(jī)夾緊的工件一般是型材或者鑄件，其含碳量一般較多，硬度較硬，所以?shī)A緊鉗口力學(xué)性能一定要好。采用合金結(jié)構(gòu)鋼，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?滲碳淬火)，增加其強(qiáng)度和耐磨性，這樣可以延長(zhǎng)鉗口的使用壽命。

(2)夾具體壓板

在夾具體內(nèi)部安設(shè)有活塞桿，通過(guò)控制電磁鐵的換向來(lái)控制活塞桿的移動(dòng)，以此來(lái)完成對(duì)工件的夾緊與松開(kāi)。采用齒條式活塞桿，右壓板和齒條式活塞桿可靠連接在一起，當(dāng)齒條式活塞桿向左移動(dòng)時(shí)(右壓板也向左移動(dòng))，齒輪就順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，上面的齒條會(huì)隨著齒輪的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)而向右移動(dòng)，即可使工件可靠夾緊。結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3，左壓板在安裝的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意兩個(gè)方面的問(wèn)題:

①鉗口與活塞通過(guò)連接板進(jìn)行可靠連接;

②夾具體的內(nèi)部應(yīng)當(dāng)安裝密封氈，防止油液泄漏。

圖3 液壓夾緊機(jī)構(gòu)

2.2.2 液壓回路的設(shè)計(jì)

由于數(shù)控龍門銑邊機(jī)較多地用于大型零件的加工，所以要求夾緊力特別大，而且加工過(guò)程中要求夾緊力保持不變，所以此液壓回路選用鎖緊回路。液壓鎖緊回路由一個(gè)液壓缸、一個(gè)液壓泵、一個(gè)三位四通換向閥(H型)、溢流閥、一個(gè)活塞缸和兩個(gè)液控單向閥組成。用H型三位四通換向閥的目的是利用中位機(jī)能，即中位工作時(shí)，A、B、T 三口通，保證兩液控單向閥的控制口壓力為零，這樣液壓缸才能可靠地鎖住。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵旋轉(zhuǎn)，高壓油通過(guò)電磁換向閥進(jìn)行油路換向，送至液壓活塞缸的有桿腔或者無(wú)桿腔，電磁換向閥接受來(lái)自PLC控制器的信號(hào)，進(jìn)行油路換向。原理見(jiàn)圖4。

圖4 液壓鎖緊回路

當(dāng)油缸不工作時(shí)，活塞被鎖緊，夾具實(shí)現(xiàn)夾緊，工件不能移動(dòng)。當(dāng)換向閥使活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，右邊液控單向閥反向流通，右邊液控單向閥起普通單向閥作用;當(dāng)換向閥使活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，左邊液控單向閥反向流通，左邊液控單向閥起普通單向閥作用。

3 結(jié)論

使用液壓電控磁力夾具實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)夾緊，從而提高了工作效率。

從某公司使用情況來(lái)看:使用普通夾具，在數(shù)控龍門銑邊機(jī)上，熟練工人完成一次裝夾至少需要10.3 min;采用液壓電控磁力夾具后，一次完成裝夾時(shí)間只需要5 min，一次裝夾工件整整縮短了5.3 min，生產(chǎn)效率比原來(lái)采用手動(dòng)夾緊提高了20.6%

【1】宋章領(lǐng)，梁桂華，王拓.電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)液壓夾具的設(shè)計(jì)[J].工程與試驗(yàn)，2009(B12):78－80.

【2】廉師友.人工智能技術(shù)導(dǎo)論[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2000.

【3】程樹(shù)康，蔡鶴皋.新型電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

【4】張發(fā)平，孫厚芳，SHAHID I B.Minimum Normal Force Principle Based Quantitive Optimization of Clamping Forces，for Thin Walled Part[J].Journal of Beijing Institute of Technology，2008，17(2):148－152.

【5】陳燕.基于不規(guī)則零件的加工工藝分析及夾具設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2011，39(14):44－45.而且?jiàn)A具定位準(zhǔn)確，偏差只允許±0.008 mm，這是手工和半自動(dòng)夾緊完全做不到的。這樣準(zhǔn)確的定位使零件的加工精度提高，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。