劉雄杰

摘? ?要：隨著汽配行業(yè)競爭不斷加劇，增能率、降成本成為各廠家引進(jìn)新型生產(chǎn)線的終極目標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)加工機(jī)搭載專用夾具的方案，成為達(dá)成這一目標(biāo)的有效途徑。液壓夾具是實(shí)現(xiàn)高效、批量加工的基礎(chǔ)，本文介紹了液壓夾具的各部分機(jī)能及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，介紹了切削力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，并提出基于人機(jī)工程學(xué)的夾具設(shè)計(jì)考量，列出較常用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：定位基準(zhǔn)? 切削力計(jì)算? 設(shè)計(jì)原則

中圖分類號：TH137? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（c）-0093-02

隨著汽配行業(yè)競爭不斷加劇，增能率，降成本成為各廠家引進(jìn)新型生產(chǎn)線的終極目標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)加工機(jī)搭載專用夾具的方案，成為達(dá)成這一目標(biāo)的有效途徑。同一型機(jī)床，為何生產(chǎn)效率會有巨大差異？除本身的批量化程度、工藝水準(zhǔn)以外，夾具自動化與定制程度也尤為重要。只有科學(xué)合理的設(shè)計(jì)夾具，才能發(fā)揮設(shè)備最大效能。

1? 機(jī)床夾具的組成

（1）定位基準(zhǔn);（2）夾緊裝置;（3）對刀裝置;（4）夾具本體;（5）其他元件及裝置。

2? 夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）定位基準(zhǔn)：基準(zhǔn)是確定生產(chǎn)對象幾何要素間關(guān)系的點(diǎn)、線、面，在加工中用以定位工件。原則上，定位基準(zhǔn)即工件固定基準(zhǔn)，以保證加工尺寸的穩(wěn)定性。通常，基準(zhǔn)面會設(shè)置ISA氣動位置傳感器，實(shí)時(shí)檢測工件夾緊情況。對于粗糙的定位面，一般采用間接接觸的定位結(jié)構(gòu)（見圖1），保證氣檢通過率。而對于已加工精細(xì)面，多采用帶氣孔的定位面接觸工件（見圖2）。

（2）夾緊裝置：夾緊裝置分固定和夾緊兩部分。固定裝置要結(jié)合定位基準(zhǔn)與六點(diǎn)定位原則（見圖3），設(shè)置固定位置與支撐形式。夾緊裝置多采用液壓杠桿缸、旋轉(zhuǎn)復(fù)動缸進(jìn)行夾緊，壓點(diǎn)的位置多設(shè)置在支撐點(diǎn)幾何中心或靠近中心處。實(shí)現(xiàn)工件XYZ方向全約束或XY方向半約束。壓頭多采用球頭浮動、可調(diào)、快拆的方式，便于調(diào)整與更換。油缸能力的選擇，需根據(jù)加工工藝與切削條件計(jì)算出最大切削力，從而選定油缸大小與夾緊結(jié)構(gòu)。

切削力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式：

切削參數(shù)：進(jìn)給速度 F（mm/min）、主軸轉(zhuǎn)速 V（rpm）、刀刃徑 D（mm）、最大接觸刃數(shù)Z、切削深度T（mm）、材料系數(shù)K（表1）、切削系數(shù)β（表1）、孔徑 D（mm）、底孔徑d（mm）、每刃單次進(jìn)給量（mm） S=F/（V*Z）

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算各工序的主切削力，選最大的切削力作為油缸選型的參考依據(jù)，考慮到刀具磨損會導(dǎo)致切削力增大，設(shè)計(jì)中，油缸額定壓力下的夾緊力取計(jì)算值的2～3倍。

（3）對刀裝置：為保證作業(yè)連貫性，精度穩(wěn)定性，機(jī)床需設(shè)置刀檢裝置，檢測斷刀與刀長。常見的對刀裝置分為機(jī)械按壓式與激光感應(yīng)式。機(jī)械式效率低，但是精度高，成本低。激光感應(yīng)式效率高，但成本也較高。設(shè)置刀檢吹除回路，采用吹氣的形式，將可能殘留在刀檢面上的鐵屑吹除。

（4）夾具本體：本體設(shè)計(jì)需充分考慮設(shè)備臺面承重，加工范圍，極限行程下是否干涉等問題。夾具本體通過圓銷與設(shè)備T型槽定位，T型螺母固定。于排本體多設(shè)計(jì)有斜坡，便屑。各定位、夾緊機(jī)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便切換和后期改造。夾具油、氣路多采用內(nèi)部內(nèi)部回路，減少配管工作，提高夾具可靠性。本體最上方設(shè)置兩處精度孔，用以測定夾具定位精度。

（5）其他元件與裝置：要實(shí)現(xiàn)夾具的自動化，需追加液壓控制系統(tǒng)和電控回路。油缸的運(yùn)作要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，多采用機(jī)械式位置傳感器或者油壓壓力傳感器確定油缸動作，因?yàn)閵A具工作環(huán)境有鐵屑，切削液，對電磁式位置傳感器存在干擾，應(yīng)避免采用。對于結(jié)構(gòu)特殊，易形變的工件，需采用二級調(diào)壓回路，實(shí)現(xiàn)低壓預(yù)緊，高壓夾緊的功能。需追加夾具沖洗機(jī)構(gòu)，加工過程沖除殘留鐵屑，并冷卻刀具。

3? 人機(jī)工程學(xué)要點(diǎn)

（1）設(shè)置最佳作業(yè)范圍與作業(yè)姿勢。工件放置的合理高度（人站立臺面到抓取部位），設(shè)計(jì)在90～120cm范圍內(nèi)。放件距離（人站立中心到工件抓取手心）應(yīng)設(shè)置在20～30cm，最大部超過40cm。兩個(gè)以上工件，工件之間的直線距離在30～50cm為宜。避免彎腰作業(yè)，彎腰幅度小于10°，軀體旋轉(zhuǎn)在15°～45°之間為宜。（2）人工上料載荷不宜超過最大負(fù)重范圍。單手抓起不宜超過0.5kg，單手握取作業(yè)不宜超過3kg，雙手握取不大于10kg。如操作重量超過此重量，需考慮機(jī)械手或輔助機(jī)構(gòu)上料。（3）減少移動距離和操作動作。合理排布工程，設(shè)置中轉(zhuǎn)臺，減少作業(yè)者移動距離和作業(yè)負(fù)荷。同時(shí)，設(shè)計(jì)自動脫料機(jī)構(gòu)，減少操作動作，降低作業(yè)強(qiáng)度、提高效率。（4）設(shè)置安全防護(hù)與防錯(cuò)裝置。夾具動作與設(shè)備光柵通訊，實(shí)現(xiàn)光柵遮蔽時(shí)，夾具停止動作，放置意外傷害;夾具設(shè)置有單動按鈕的，需要設(shè)置雙手控制，并保證雙手按鈕的距離大于20cm。夾具應(yīng)設(shè)計(jì)防錯(cuò)機(jī)構(gòu)，通過限位或者導(dǎo)向的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)放錯(cuò)工件設(shè)備無法加工的功能。（5）夾具應(yīng)便于切替、保養(yǎng)、修理、清理。對于多工件共用夾具，應(yīng)方便切替，多采用更換夾爪方式實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，定位基準(zhǔn)與油缸組件采用模塊化設(shè)計(jì)，通過定位銷定位。單個(gè)模塊重量應(yīng)小于20kg，以便于更換。夾具構(gòu)造應(yīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備外部的拆卸與組裝，同時(shí)，各油、氣路應(yīng)集約設(shè)置，并銘板標(biāo)識，便于檢修。需要替換或易損的部品在顯眼處刻印標(biāo)識，方便更換。夾具應(yīng)減少溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且溝槽寬度不小于30mm，防止鐵屑堆積，便于清理。

以上，對于夾具設(shè)計(jì)通用的要點(diǎn)進(jìn)行簡單介紹。針對不同設(shè)備、加工件，對于夾具設(shè)計(jì)會提出新的要求。但是夾具自動化、模塊化的發(fā)展方向是明確的，通用機(jī)床改造所帶來的效率提升是顯著的，機(jī)床夾具行業(yè)的前景是光明的。

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