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机床 夹具 柔性 技术研究 设计

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机床夹具柔性化技术研究及设计,机床,夹具,柔性,技术研究,设计

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圆柱 钢球增力机构在液压夹具中的应用孙宾1 钟康民21.济南大学 机械工程学院,山东 济南 250022 ; 2.苏州大学 机电工程学院,江苏 苏州 215021摘要:介绍了大半圆孔约束圆柱-钢球增力机构与无杆液压缸组成的液压夹具系统,给出了其输出力和增力系数的计算公式;并与双钢球增力机构与无杆液压缸组成的液压夹具系统进行了比较。关键词:无杆液压缸;增力机构;夹具中图分类号:TH13719 文献标识码:B 文章编号:1001 - 2265(2003)09 - 0036 - 02The application of cylinder - ball force amplifier in hydraulic fixtureSUN BinZHONG KangminAbstract :Hydraulic fixture system consisting of force amplifier with cylinder - ball limited within over - half cylindrical hole androdless hydraulic cylinder was introduced. Calculating formula for output force and force gain coefficient were given. It was com2pared with that system consisting of double - ball amplifier and rodless hydraulic cylinder.Key words :rodless hydraulic cylinder ;force amplifier ;fixture1 引言在夹具设计中,机械的增力结构与液压传动技术的相结合,可有效地降低液压系统的工作压力,延长其使用寿命。但是,将常见的杠杆增力机构、 铰杆增力机构和斜楔增力机构用于液压夹具时,往往造成夹具结构不紧凑,或摩擦损失较大。我们一直致力研究新颖结构,在原有的钢球液压增力式夹具基础上,进一步结构优化出大半圆孔约束圆柱 钢球增力液压夹具,使其更具优越性。2 圆柱 钢球增力液压夹具2. 1 工作原理图1所示为大半圆孔约束圆柱 钢球增力机构与无杆液压缸组成的液压夹具,其工作原理:活塞中部铣扁,并在铣平的平面上加工一个圆孔,在沿垂直于孔的轴线方向上铣去孔的3/ 8 ,然后,在大半圆孔内放置一个圆柱。当换向阀在图示位置时,压力油通往液压缸的左腔,活塞向右运动,圆柱推动其右上方的钢球向上运动;其右上方的钢球以输出力推动夹具上的夹紧元件来对工件进行夹紧。当换向阀切换至右位工作时,活塞向左运图1 圆柱-钢球增力机构11 力作用线21 缸体31 活塞41 圆柱51 钢球图2 双钢球增力机构11 力作用线21 缸体31 活塞41 嵌钢球51 钢球(下转第39页)动,使工件松开。2. 2 力学计算经建立力学模型如图所示,进行 分 析 后 可知,如果忽略力传递过程中的摩擦损失,系统的理论输出力Ft(单位N)、 理论增力系数it的计算公式为Ft=d2p/tgt(1)it=Ft/ (d2p/4)= 1/tgt(2)式中d 活塞直径,mmp 液压缸左腔压力,MPat 理论压力角,rad或()系统实际输出力Fp(单位N)及实际增力系数ip,可由下面的近似公式求得。Fd2p/4tgt+ tg(3)ipFpd2p/4=1tgt+ tg(4)式中 为活塞与液压缸内壁之间的摩擦角,单位为rad或() ,即= arctg(为活塞与液压缸内壁之间的摩擦系数)。3 与双钢球增力机构的比较图1和图2所示两种增力机构的技术性能比较如下: 大半圆孔约束圆柱-钢球增力机构具有结构更紧凑,结构刚性更优越; 运动的稳定性上可以看出,显然图1的运动的稳定性优于图2,图1中大半圆柱的运动只有沿中心线的直线运动,而图2中活塞内的钢球运动为复合运动。 图1中零件的结构工艺性优于图2中零件的结构工艺性,大半圆孔及活塞结构的加工更容易实现。63组合机床与自动化加工技术当L 0时,需要优化确定冲压方向。3 冲压方向优化的算法3.1 转角的多目标优化模型假设Z轴负向为冲压方向,零件只绕X轴和Y轴旋转。在优化冲压方向时,首先沿着X轴按一定步距截取若干个平行于Y-Z平面的截面,对于每个截面进行分析,确定设计变量角的可行域。求所有截面可行域的交集,得到X方向上设计变量的公共可行域。在公共可行域内,对每一个截面的冲压方向进行优化。最后,将所有截面的转角值加权平均,得到拉延件绕X轴旋转的角度x。同理,沿Y轴取平行于X-Z平面的截面,采用同样的方法可求得拉延件绕Y轴旋转的角度y。拉延件沿着X轴截取了M截面,沿着Y轴截取了N截面,分别确定各轴转角的可行域。然后,根据公式(1)(6) ,求出各个截面的最佳转角i。最后,加权平均确定绕X轴或Y轴的转角x或y,即=mi=1ii(7)其中,i为权系数。设(i)为与i对应的评价函数值,令gi=1/ U (i) ,则i=gig1+g2+gm(8)这种权系数的取法,表明对应于i的评价函数的值越小,则其图6 冲压方向优化设计流程图图7 计算实例权值越大。3.2 优化转角的搜索根据冲压方向优化模型和大型冲压件截面的特点,我们采用了遍历法求解问题。首先,输入冲压件零件模型,然后确定需要计算转角的坐标轴。沿着该轴截取N个截面,计算每个截面的可行域,并判断其是否满足工艺要求,不满足则退出。在计算完N个截面可行域后,求它们的公共可行域,判断是否满足工艺要求。如果满足,则根据公共可行域的域宽L,确定求解的步 数K。将 截面变换到公共可行域起始位置,以L/ K为步长优化各个分目标函数,形成评价函数,并对评价函数优化。随着截面 形 状 的 转动,不断地以近优值 替 代 当 前值,最后获得最优值对应的最佳转角 i,加权平均求N个截面的最佳转角。接着,按照相同过程计算另一个坐标轴的最佳转角,最后将计算的结果输出。冲压方向优化的程序流程图如图6所示。4 实例验证图7a所示为轻型货车驾驶室前围挡板零件,可以作为一个典型的复杂冲压件来分析。根据前围挡板形状特征,沿X轴取6个截面,沿Y轴取5个截面,对其冲压方向进行优化计算,得到转角为x=81.2,y= 0(图7b) ,计算结果与实际生产情况很接近,基本满足生产要求。参考文献1第一汽车制造厂工装设计室 1 汽车覆盖件冲模 1 北京:机械工业出版社,19792苏步青,刘鼎元 1 计算几何 1 上海:上海科技出版社,19843邓陟,王先进,陈鹤峥 1 金属薄板成形技术 1 北京:兵器工业出版社,19934肖景容等 1 模具计算机辅助设计与制造 1 北京:国防工业出版社,1990收稿日期:2003 - 03 - 05作者简介:尤飞(1972 - ) ,男,安徽全椒人,江苏技术师范学院讲师,工程硕士。(编辑 江复)(上接第36页)4 结束语 大半圆孔约束圆柱-钢球增力机构与无杆液压缸组合而成的夹具系统,结构简单紧凑,制造工艺简便;缺点仍是接触件的接触为点接触,不宜承受过大的载荷。 大半圆孔约束圆柱-钢球增力机构与无杆液压缸组合而成的夹具系统,综合性能优于双钢球双钢球增力机构与无杆液压缸组合而成的夹具系统,设计夹具时应优选。参考文献1林文焕,陈本通.机床夹具设计.北京:国防工业出版社,19872钟康民,宋强,郭培全.钢球增力液压夹具.制造技术与机床,1999(11)3 Zhong Kangmin , Guo Peiquan , Wang Zichang. Research onorthogonal reinforcement centrif ugal mechanism.Proceed2ings of international conference on mechanical t