電腦橫機天橋的專用夾具設計

俞 彬，婁駿彬，章躍洪

（1.金華職業技術學院，浙江 金華 321000；2.嘉興市宏聯電子科技有限公司，浙江 嘉興 314000）

0 引言

電腦橫機是一種由電腦顯示屏控制的自動化雙針板舌針緯編織織機，在紡織品加工領域應用十分廣泛。而天橋是電腦橫機中最重要的部件之一，現國內生產電腦橫機天橋的廠家就多達幾十家，因此，如何實現天橋的高質量、高效率生產是天橋生產廠家所關心的主要問題。由于電腦橫機天橋的結構比較復雜且要求保證頂部的兩斜面呈100°，這直接影響到了天橋的制造精度和生產周期。要解決好這個問題最根本的就是要改變傳統的裝夾方式，設計出一副專用的夾具以方便天橋工件的定位、夾緊及加工，從而有效地保證天橋工件的質量且提高生產效率。

1 電腦橫機天橋專用夾具的設計意義

1.1 橫機天橋加工的技術要求分析

橫機天橋（也稱機頭橋臂）是電腦橫機的重要組成部分（如圖1所示），它與完成各種編織形式的橫機針板相連接，主要起固定針板的作用，并隨著針板在針床上來回運動。針床由一塊長方形的鋼板制成，電腦橫機通常裝有前、后兩個針床，且兩針床夾角為100°。因此必須保證天橋的兩斜面也呈100°。橫機天橋的毛坯是鑄造出來的鋁件，已基本成型，屬于半成品且結構相對比較復雜。對于這樣的天橋加工件而言，我們通常會采用三軸的數控銑床或是三軸的加工中心來加工。雖然采用數控加工的方式難度并不大，且工作量也小，但是要想快速準確地定位工件使兩斜面在加工時處于水平狀態確并非易事。

1.2 傳統裝夾方式的局限性

在機械加工中夾具是保證工件合理定位、加速工藝過程的一種非?？煽康墓に囇b備，其種類眾多且應用非常廣泛。運用三軸的數控銑床和加工中心加工箱體類工件通常情況下根據需要會優先采用普通平口鉗或是萬能平口鉗這兩類夾具。

圖1 電腦橫機天橋

普通平口鉗屬于通用可調夾具，由于其有定位精度較高、夾緊快速、通用性強、操作簡單等特點，因此一直是應用最廣泛的一種機床夾具［1］。但普通平口鉗具有只能水平方向裝夾而無法變換角度的特點，所以無法實現電腦橫機天橋帶角度的兩斜面的加工。

萬能平口鉗雖可以實現特定范圍內的空間角度旋轉，但是由于電腦橫機天橋的兩側面并非是堅直的而是帶有傾斜角的，因此無法實現準確定位，且兩側面間的距離相對較大，超出萬能平口鉗的裝夾行程，故并不適合用萬能平口鉗裝夾。

1.3 專用夾具應具備的主要特性

由于專用夾具需要跟據電腦橫機天橋的結構特點及加工技術要求專門設計制造，因此所設計的夾具必須具備以下幾方面的主要特性：

（1）保證電腦橫機天橋兩斜面的加工精度。首先要選擇合理的定位方法及定位元件，并確定正確的定位基準，同時還要進行精度分析，從而保證加工后天橋的兩斜面呈100°夾角。除此之外，還要注意夾具中其他部件及裝夾后天橋本身不會對工件加工產生影響，確保夾具設計的合理性。

（2）方便裝夾，提高生產效率。所設計的夾具一定要結合電腦橫機天橋的結構特點，實現天橋工件的精確定位及快速裝夾。與此同時應盡量選擇簡便高效的裝夾機構，縮短加工的輔助時間，從而更有效地提高生產效率。

（3）節約成本，方便制造。由于電腦橫機天橋的專用夾具制作屬于單件生產，因此夾具的結構應盡量簡單合理、方便制造。此外組成夾具的普通部件應盡量選用常見的標準元器件，這樣不僅方便了夾具的調整和維修，還大大地節約了制造成本。

2 電腦橫機天橋專用夾具設計方案

2.1 數控銑床夾具的設計要點

三軸的數控銑床和加工中心是加工電腦橫機天橋的常用設備，而加工中心對夾具的要求基本跟數控銑床夾具的設計要求相一致，因此本文就以數控銑床為例說明此類夾具的設計要點。首先，由于數控銑床在加工時切削力比較大，引起的振動也會較大，因此所設計的夾具必須具有足夠的強度和剛度；其次，為了方便數控編程，需要保持零件的定位方向與機床的坐標系方向相一致，因此設計的夾具必須具有定向安裝功能；最后，為了防止夾具在零件加工的過程中與機床的刀具或主軸等發生碰撞，在設計時夾具的高度和寬度要適宜，最好高度/寬度≤1.2，這樣還能降低夾具的重心，使夾具安裝時更加穩當。

2.2 電腦橫機天橋的加工工藝對夾具設計的影響

電腦橫機天橋的零件圖如圖2所示。

圖2 電腦橫機天橋的零件圖

首先，由于天橋零件本身為鑄造件，零件結構已基本成型，因此裝夾零件時不能損傷其他無加工要求的零件表面。其次，該零件只需加工零件的底部平面及頂部兩斜面，且都有加工后的表面粗糙度達到Ra1.6的要求，因此可知零件需要兩次裝夾加工；由于零件底部是沒有其他結構的平面，故使用普通平口鉗就能實現零件的定位與裝夾，而經過加工后的底面又可作為加工后續兩斜面的基準面，方便零件的找準與定位。最后，由于P向的兩斜面夾角須保證為100°且兩斜面的表面粗糙度也要達到Ra1.6，故需要準確計算夾具實現零件位置定位的斜面傾斜角度值，以滿足兩斜面的角度要求且方便斜面的銑削加工。

2.3 定位方案的確定

結合電腦橫機天橋加工工藝分析可知，此天橋零件分兩道工序加工，先加工天橋底部再加工頂部兩斜面，因此可直接以天橋底部作為第一基準，限制零件Z方向的移動和繞X、Y軸轉動的自由度，并以垂直底部平面的方向作為夾緊力施力方向，防止加工過程中零件發生振動或偏移。從電腦橫機天橋的零件圖中可看出天橋的底部平面中央是空心的，且結構是一個規則的帶圓角長方形，因此可以充分利用這一結構，在夾具上設計一個和這個圖形一致的長方形凸臺用于天橋零件的定位（如圖3所示），這樣既限制了零件X、Y方向的移動又限制了繞Z軸的轉動，從而很好地實現了天橋零件的完全定位。

圖3 長方形定位凸臺

2.4 夾具機構設計

結合上述分析，筆者設計了一套針對電腦橫機天橋加工的專用夾具，其與電腦橫機天橋零件的安裝示意圖如圖4所示。該夾具由底板4、斜塊3和工件定位板2三部分組成，并且統一采用常用的標準內六角螺栓裝配。工件定位板的傾斜角度由斜塊的傾斜角控制。由于必須保證電腦橫機天橋的兩斜面呈100°且在加工時需保證待加工斜面處于水平狀態，經計算斜塊的傾斜角應保證為40°。此夾具的夾緊機構采用由螺桿、螺母、墊片、壓板組成的螺旋夾緊機構，既簡單又方便。夾具體與機床工作臺之間也是通過常用的內六角螺栓與T形塊連接，不但降低了成本還方便了夾具安裝元件的更換。

圖4 電腦橫機天橋專用夾具

2.5 銑削力的計算

根據參考文獻［2］，可查得銑削力為：

其中：為影響系數為銑削寬度，ae＝3mm；fz為每齒進給量，fz＝0.15mm；d0為銑刀直徑，d0＝100mm；ap為銑削深度，ap＝2mm；Z為銑刀齒數，Z＝12；為修正系數，＝1.2。將相關參數代入式（1），計算得：Fc＝176N。

根據銑削時水平力FL、垂直分力FH、軸向分力FX與銑削力之間的計算公式可得：FL＝0.3Fc＝52.8 N，FH＝1.1Fc＝193.6N，FX＝0.54Fc＝95.04N。

2.6 夾緊力的計算

根據機床夾具設計手冊［3］，夾緊力由下式計算：

其中：K為總安全系數；μ1和μ2均為摩擦因數。

將K＝1.87和μ1＝μ2＝0.1代入式（2）可求得夾緊力Fk＝1 645.6N。

由于此套電腦橫機天橋專用夾具采用螺旋夾緊機構且利用手動方式夾緊，故一定可以滿足此夾緊力要求。

3 實驗驗證

通過理論計算，得出此套電腦橫機天橋專用夾具的設計是完全符合理論設計要求的。于是筆者制造出了此套夾具的實物（如圖5所示），并將其安裝到Vcenter－70高精度數控加工中心的工作臺上進行實際加工驗證。然后將加工出來的橫機天橋零件成品（如圖6所示）放到三坐標測量機中進行精確的精度測量，得出其兩夾角的角度誤差在0.2°～0.6°范圍內，符合技術要求。由于這套夾具可以非常方便快速地實現天橋零件的加工定位，而不需要再通過其他方式找正，因此適合天橋零件的大批量生產。

圖5 電腦橫機天橋專用夾具實物圖

圖6 電腦橫機天橋零件實物圖

［1］李昶.平口鉗的合理選用［J］.機械工人·冷加工，2004（10）：58－59.

［2］李洪.機械加工工藝手冊［M］.北京出版社，1996.

［3］王光斗.機床夾具設計手冊［M］.上?？茖W技術出版社，2000.