轉位式牛頭刨床夾具的虛擬設計
2018-8-28 來源：李 斌 曲良斌 作者：-
摘 要: 轉位式牛頭刨床夾具是生產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，對零部件進行了結構設計，利用虛擬裝配技術確定了各零部件的尺寸，在裝配過程中進行了碰撞與干涉檢驗，縮短了產品的研發周期，降低了成本，對夾具的設計與開發有借鑒意義．
關鍵詞: 刨床夾具; 轉位式夾具; 虛擬裝配
夾具，特別是專用夾具，作為一種能大幅提高生產效率的工藝裝備，在機械加工行業中有重要的地位．怎樣快速、高效地設計夾具一直是機械加工企業亟待解決的問題． 虛擬裝配是在產品的設計過程中，為了更好地輔助與裝配有關的設計決策，在虛擬環境下對計算機數據模型進行裝配關系分析的一項計算機輔助設計技術．
將虛擬裝配技術引入夾具的設計中，能改變機械加工企業傳統的設計、生產和管理夾具的模式，最大限度地利用虛擬設計手段提高夾具產品的質量和性能，縮短設計周期，有利于企業快速響應市場需求
1 、零件結構
轉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軌面，對其加工精度的要求較高． 由于兩條燕尾導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，要同時對這兩條導軌面進行加工，必須對小刀架上體的 6 個自由度完全定位．
2 、總體方案的設計
為了提高加工效率，需要綜合考慮牛頭刨床工作臺與小刀架上體的尺寸，設計能同時裝夾兩個工件的夾具． 以小刀架上體的底平面 A、側面 B 及端面 C 為定位基準( 見圖
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 轉位式牛頭刨床夾具設計方案
圖 2 中，小刀架上體 5 和 7 在回轉體 12 的平面、側面( 工件 5 和 7 之間的窄支承板側平面) 及止推銷 11上定位，并建立空間直角坐標系． 由六點定位原則可知，底平面限制 3 個自由度，分別為沿 Z 軸的移動 珒z，繞 X軸的轉動)x，繞 Y 軸的轉動)y; 側面定位元件采用窄支承板，限制 2 個自由度，分別為沿 X 軸的移動 珒z，繞 Z 軸的轉動)z; 止推銷 11 限制沿 Y 軸的移動)y，對小刀架上體進行完全定位． 擰兩個螺母 1，鎖緊螺釘 9 和滾花螺釘 3 把工件夾緊．加工直導軌面時，回轉體 12 一側與可調支承釘 8 接觸． 擰滾花螺釘 2 和兩鎖緊螺母 6，使回轉體定位側面與刨床滑枕方向一致并固定在底座上． 加工 1∶ 50 斜導軌面時，可松開滾花螺釘 2 和兩個鎖緊螺母 6，使回轉體另一側與可調支承釘 8 接觸． 再擰滾花螺釘 4 和兩個鎖緊螺母 6，即可進行加工．
3 、轉位式牛頭刨床夾具的虛擬裝配
通過對轉位式牛頭刨床夾具工作原理與總體方案的確定，基于 Pro /E 軟件對其進行三維建模，在Pro /E軟件的組件模塊下對零部件進行虛擬裝配，經過解析計算確定各夾具零部件的尺寸，采用“top-down”模式進行交互設計，設計流程如圖 3 所示。
圖 3 轉位式牛頭刨床夾具設計流程
裝配順序根據“可拆即可裝”的原則來確定，即若零部件的裝配和拆卸順序互為可逆過程，則可通過求解零部件的拆卸順序得到其裝配順序． 這樣做的優點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零件的裝配．
另外，通過幾何計算和推理，可從零件的裝配狀態演繹零件拆卸的初始方向，卻無法從自由狀態的零件導出零件的裝配方向［2 － 3］．
圖 4 轉位式牛頭刨床夾具裝配模型
依據以上原則，夾具的拆卸順序為螺母 2→壓板 1→可調支承螺釘 9 和 11 →緊訂螺釘 4，5，6，10→6 個支承板 3→回轉體 7→止推銷 12 →支承螺釘 13→夾具體 8． 因此，實際裝配的路線應為上述順序的逆順序，裝配完成后的虛擬樣機模型如圖 4所示。
裝配完成后，可進行干涉和碰撞檢測，夾具在裝配過程中按照由外向內的裝配順序，工作時各零部件也無相對運動，所以只需要用 Pro /E 自帶的檢驗模塊即可，這里不再贅述。
4 、結語
本研究采用了虛擬裝配的方法完成了轉位式牛頭刨床夾具的結構設計，在計算機中實現了虛擬樣機的裝配與干涉檢測，可以完全取代夾具樣機的試制和試驗，降低了夾具的制作成本，極大地縮短了夾具的研發周期。
來源： 河南工程學院 機械工程學院 河北鋼鐵集團舞陽鋼鐵
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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