機床專用夾具參數化虛擬裝配技術研究

王繼紅

摘 要：機床夾具在機械加工中起著很重要的作用，夾具是聯系機床、工件與刀具中緊密配合的重要環節。機床夾具的主要作用就是保證加工的精度、提高勞動生產率、擴大機床的使用范圍和保證生產的安全性。參數化的設計研究是提高企業產品設計創新能力的關鍵，從不同的參數化模型來得出其相應的解決辦法。

關鍵詞：機床專用夾具；參數化；虛擬化裝配

1 機床專用夾具設計內容

機床專用夾具一般是由夾緊裝置、對刀裝置、定位裝置和夾具體等基本裝置組成，其內容主要包括：⑴設計夾具的定位機構。此過程主要包括了對夾具定位元件與機構的選擇、方案的確定和對定位誤差的計算等。定位元件的選擇則是包括定位元件的結構、形狀、尺寸及布置形式等；定位方案是指工件以內孔、以平面定位、以外圓柱表面進行定位，之后在根據不同的定位方式來進行定位誤差的計算。⑵設計夾具的夾緊裝置。這部分主要是由力源裝置、夾緊元件與夾緊機構、中間的傳力機構組成，包括夾具夾緊元件與機構的選擇、夾緊方案的確定以及計算夾緊力和切削力等。斜楔夾緊機構、螺旋夾緊機構、聯動夾緊機構等則是屬于對夾緊機構的選擇，根據切削力計算夾緊力的大小并且確定合理的夾緊方案。⑶設計夾具的對定機構。夾具對定機構的設計包括對刀裝置與元件、引導裝置與元件、分度裝置以及其相關的計算，如定向鍵、對刀塊、計算刀塊到定位元件位置的尺寸、分度裝置、計算分度誤差等。

⑷夾具總體裝配布置和其工藝的設計。

2 機床專用夾具設計時的常用步驟

（1）明確設計的要求和生產所需條件、認真調查并收集設計資料；（2）確定夾具所用的結構方案、并且繪制夾具所需要的總圖；（3）對夾具精度的校核和繪制夾具零件的工作圖；（4）夾具設計時其質量的評估。

3 機床專用夾具的對象裝配

機床專用夾具裝配時的的對象模型是由機床專用夾具的裝配對象和另一個對象之間的組合，因為根據大量的實例研究來看，無論是機床專用夾具的零件的裝配還是部件的裝配，都是以一種裝配模型為基礎的。機床專用夾具的對象裝配之間的原則是指裝配對象之間互相存在的約束關系。這種關系都是由裝配對象以及幾何特征和裝配幾何特征之間的裝配來進行約束的。根據人們研究的模型來看，組成裝配幾何特征的裝配元素根據幾何特點可以分為平面、曲面、直線、曲線、點等；通過對它的特點分析，幾何特征的元素主要為面元素，其中包括有平面、錐面、柱面、球面等。不僅這樣，對裝配幾何特征來說，它的排列方式不是沒有規則可言的，它的排列還存在著尺寸的約束。

4 機床專用夾具的裝配過程

自上而下的裝配過程是非常符合復雜裝配的一種方法，它的設計步驟為：⑴確定設計目標。⑵提供設計時所需要的模型。⑶開始對部件進行設計。從設計好的實體模型中可以看出，這種自上而下的設計方法就是在建立各個零件間的關系，并且在每個零件設計好之后自動的進行裝配。這種自上而下的設計技術是在參數化特征造型后，CAD技術再次重要突破。

5 機床專用夾具設計實例

本節以壓泵上體的零件圖為例子，加工液壓泵上體部分的三個階梯孔，根據其工藝規程在2nT_階梯孔之前，部件的頂面與底面、兩個◇8H7的孔和兩個奎8mm TL都已加工好。而本工序加工時所需的要求有：三孔軸線與底面垂直度，四小孔和中間階梯孔的位置要求以及三個階梯孔的距離是254-O.1mm。后兩項要注公差，加工的要求較低，試設計車床專用夾具。

首先要確定定位方案和設計定位裝置。工階梯孔的加工工序的基準和限位基準為都分度滑盤的上表面。根據基準垂合的原理，分度滑盤的上表面應該為定位基準。分度滑盤的上表面用來限制XY方向轉動和Z方向移動這三個自由度的。第二確定夾緊的方案和設計其夾緊裝置。車床夾具的夾緊裝置必須安全又可靠。夾緊時力作用點和方向應按|以下要求進行選擇：主要的夾緊力的方向應朝向主要定位基準，作用點靠近支承面的幾何中心；夾緊力方向應利于減少夾緊力，盡量和工件的主要定位基面垂直，和切削力、重力的方向是一致的；夾緊力的方向和作用點應作用于工件剛性較好的方向和部位。第三就要確定夾具與機床的連接方式。對于徑向尺寸大的夾具，一般是通過車床主軸軸頸和過渡盤進行連接的。之后裝配在過渡盤的凸緣上，然后再用螺釘進行緊固。最后進行分度裝置設計。

6 結語

機床夾具在機械加工中直接影響著其質量，生產的效率和生產成本。這對一個企業來說也是一種影響。企業在長期機床夾具的生產中會積累一定的生產經驗領用這些來提高家具生產的效率。本文就簡單的對機床專用夾具參數化虛擬裝配進行了討論，討論了零件與部件之間的連接關系、零件的設計信息和在Pro/E系統中機床專用夾具怎樣進行虛擬裝配等。

通過對機床夾具的了解，我們知道了利用CAD平臺上機床虛擬裝配技術可以快捷的實現夾具的裝配過程，這樣的方法不僅節省了很多時間和裝配人員的體力，還不易出錯，這樣大大的提高了機床專用家具的生產效率。這對一個企業來說是不僅提高了生產能力、降低了成本，還提高了產品的質量。機床夾具參數化虛擬裝配的研究對我國也起著很大的作用。

[參考文獻]

[1]吳祿慎，蔡厚道.基于UG平臺的專用機床夾具設計[J].南昌大學學報（工科版），2010，32（1）.

[2]蔣小瑩.機床專用夾具參數化虛擬裝配技術研究（學位論文）[J].

[3]向穎.基于知識的夾具CAD系統研究（學位論文）[J].2007.

[4]孟祥旭，徐延寧.參數化設計研究[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2002，14（11）.