轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具的虛擬設(shè)計(jì)
2018-8-28 來(lái)源：李 斌 曲良斌 作者：-
摘 要: 轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具是生產(chǎn)車床小刀架必不可少的工藝裝備． 從該夾具的工作原理與定位方案出發(fā)，對(duì)零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用虛擬裝配技術(shù)確定了各零部件的尺寸，在裝配過(guò)程中進(jìn)行了碰撞與干涉檢驗(yàn)，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低了成本，對(duì)夾具的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)有借鑒意義．
關(guān)鍵詞: 刨床夾具; 轉(zhuǎn)位式夾具; 虛擬裝配
夾具，特別是專用夾具，作為一種能大幅提高生產(chǎn)效率的工藝裝備，在機(jī)械加工行業(yè)中有重要的地位．怎樣快速、高效地設(shè)計(jì)夾具一直是機(jī)械加工企業(yè)亟待解決的問(wèn)題． 虛擬裝配是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了更好地輔助與裝配有關(guān)的設(shè)計(jì)決策，在虛擬環(huán)境下對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行裝配關(guān)系分析的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)．
將虛擬裝配技術(shù)引入夾具的設(shè)計(jì)中，能改變機(jī)械加工企業(yè)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理夾具的模式，最大限度地利用虛擬設(shè)計(jì)手段提高夾具產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，縮短設(shè)計(jì)周期，有利于企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)需求
1 、零件結(jié)構(gòu)
轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具用于在牛頭刨床上刨削車床小刀架上體兩條燕尾導(dǎo)軌面，車床小刀架上體如圖 1所示．車床小刀架上體作為車床上直接影響車刀位置的零件，特別是小刀架上體的兩條燕尾導(dǎo)軌面，對(duì)其加工精度的要求較高． 由于兩條燕尾導(dǎo)軌面中只有一條與小刀架上體中心線平行，另一條與中心線存在 1∶ 50的斜度，要同時(shí)對(duì)這兩條導(dǎo)軌面進(jìn)行加工，必須對(duì)小刀架上體的 6 個(gè)自由度完全定位．
2 、總體方案的設(shè)計(jì)
為了提高加工效率，需要綜合考慮牛頭刨床工作臺(tái)與小刀架上體的尺寸，設(shè)計(jì)能同時(shí)裝夾兩個(gè)工件的夾具． 以小刀架上體的底平面 A、側(cè)面 B 及端面 C 為定位基準(zhǔn)( 見(jiàn)圖
1) ，夾具的總體方案如圖 2 所示．
圖 1 車床小刀架零件( 單位: mm)
圖 2 轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具設(shè)計(jì)方案
圖 2 中，小刀架上體 5 和 7 在回轉(zhuǎn)體 12 的平面、側(cè)面( 工件 5 和 7 之間的窄支承板側(cè)平面) 及止推銷 11上定位，并建立空間直角坐標(biāo)系． 由六點(diǎn)定位原則可知，底平面限制 3 個(gè)自由度，分別為沿 Z 軸的移動(dòng) 珒z，繞 X軸的轉(zhuǎn)動(dòng))x，繞 Y 軸的轉(zhuǎn)動(dòng))y; 側(cè)面定位元件采用窄支承板，限制 2 個(gè)自由度，分別為沿 X 軸的移動(dòng) 珒z，繞 Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng))z; 止推銷 11 限制沿 Y 軸的移動(dòng))y，對(duì)小刀架上體進(jìn)行完全定位． 擰兩個(gè)螺母 1，鎖緊螺釘 9 和滾花螺釘 3 把工件夾緊．加工直導(dǎo)軌面時(shí)，回轉(zhuǎn)體 12 一側(cè)與可調(diào)支承釘 8 接觸． 擰滾花螺釘 2 和兩鎖緊螺母 6，使回轉(zhuǎn)體定位側(cè)面與刨床滑枕方向一致并固定在底座上． 加工 1∶ 50 斜導(dǎo)軌面時(shí)，可松開(kāi)滾花螺釘 2 和兩個(gè)鎖緊螺母 6，使回轉(zhuǎn)體另一側(cè)與可調(diào)支承釘 8 接觸． 再擰滾花螺釘 4 和兩個(gè)鎖緊螺母 6，即可進(jìn)行加工．
3 、轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具的虛擬裝配
通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具工作原理與總體方案的確定，基于 Pro /E 軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模，在Pro /E軟件的組件模塊下對(duì)零部件進(jìn)行虛擬裝配，經(jīng)過(guò)解析計(jì)算確定各夾具零部件的尺寸，采用“top-down”模式進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流程如圖 3 所示。
圖 3 轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具設(shè)計(jì)流程
裝配順序根據(jù)“可拆即可裝”的原則來(lái)確定，即若零部件的裝配和拆卸順序互為可逆過(guò)程，則可通過(guò)求解零部件的拆卸順序得到其裝配順序． 這樣做的優(yōu)點(diǎn)是若判定某零件滿足拆卸條件，則該零件一定滿足順序約束條件． 反之，裝配過(guò)程中某一階段滿足裝配條件的零件并不一定滿足順序約束條件，則該零件可能影響后續(xù)零件的裝配．
另外，通過(guò)幾何計(jì)算和推理，可從零件的裝配狀態(tài)演繹零件拆卸的初始方向，卻無(wú)法從自由狀態(tài)的零件導(dǎo)出零件的裝配方向［2 － 3］．
圖 4 轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具裝配模型
依據(jù)以上原則，夾具的拆卸順序?yàn)槁菽?2→壓板 1→可調(diào)支承螺釘 9 和 11 →緊訂螺釘 4，5，6，10→6 個(gè)支承板 3→回轉(zhuǎn)體 7→止推銷 12 →支承螺釘 13→夾具體 8． 因此，實(shí)際裝配的路線應(yīng)為上述順序的逆順序，裝配完成后的虛擬樣機(jī)模型如圖 4所示。
裝配完成后，可進(jìn)行干涉和碰撞檢測(cè)，夾具在裝配過(guò)程中按照由外向內(nèi)的裝配順序，工作時(shí)各零部件也無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以只需要用 Pro /E 自帶的檢驗(yàn)?zāi)K即可，這里不再贅述。
4 、結(jié)語(yǔ)
本研究采用了虛擬裝配的方法完成了轉(zhuǎn)位式牛頭刨床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)了虛擬樣機(jī)的裝配與干涉檢測(cè)，可以完全取代夾具樣機(jī)的試制和試驗(yàn)，降低了夾具的制作成本，極大地縮短了夾具的研發(fā)周期。
來(lái)源： 河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 河北鋼鐵集團(tuán)舞陽(yáng)鋼鐵
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