关 键 词：

机床 夹具 柔性 技术研究 设计

资源描述：

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

内容简介：

例如:当1台液压设备所需输出力为100 kN、液压缸直径D= 80 mm时,采用该装置的参数如上。若采用液压缸活塞直接输出力,经计算,所需的液压系统的工作压力为20M Pa;而采用该装置后,液压系统的工作压力只需2. 9M Pa。同上,所需输出力为100 kN ,液压系统工作压力给定为2. 5M Pa,若采用液压缸活塞直接进行力的输出,经计算,所需液压缸直径D= 225 mm;而采用该装置后,所需液压缸直径D= 85 mm。由上述实例可见,利用机械增力机构与液压传动技术结合,在输出力及液压缸直径一定的条件下,能显著降低液压系统压力;而在输出力及液压系统压力一定时,则能显著减小液压缸的直径。基于无杆活塞缸的斜楔增力液压夹具苏州大学机电工程学院(215021)付春梅液压传动夹具在现代制造业中应用极为广泛。液压缸的结构形式往往出于习惯而选择有杆活塞式液压缸。图1所示即为常用的基于有杆活塞液压缸的斜楔增力夹具,其工作时,斜楔的斜面在液压缸活塞杆的推动下作用于滚轮,使得杠杆式压板绕固定铰链轴转动,从而夹紧工件。图1基于有杆活塞缸的斜楔增力夹具原理图该夹具液压缸轴线方向上尺寸过大,结构不紧凑;活塞杆刚性较差,因而需在斜楔下面设计支承元件。 为此,我们设计了2种用无杆活塞液压缸代替有杆活塞液压缸的斜楔增力夹具,一种是基于无杆活塞缸的单面斜楔增力夹具,活塞做成单面斜楔状,用于单向夹紧工件的场合,见图2。另一种是基于无杆活塞缸的双面斜楔增力夹具,活塞做成双面斜楔状,用于双向夹紧工件的场合,见图3。图2单面斜楔增力夹具图3双面斜楔增力夹具当活塞在液压缸左腔液体压力的作用下向右运动时,活塞上的斜面作用于滚轮,使滚轮驱动杠杆式压板绕固定铰链轴摆动,进而夹紧工件。工件夹紧后,在保持油压不变的情况下可对工件进行加工。 加工完毕后使换向阀切换至右位工作,活塞向左运动,杠杆式压板在复位弹簧(图中未予示出)作用下反向摆动,从而松开工件。不难看出,对于基于有杆活塞缸的夹具而言,具有同样功能的无杆活塞缸夹具在轴线方向上的尺寸大大减小,使得夹具的总体结构变得简单紧凑。此外,由于没有了外伸的活塞杆,增强了刚性。通过建立数学模型,可得图2所示机构的夹紧力Fc的计算公式为:Fc=D2p l14l2tan (+1p) + tan2(1)图3所示机构的夹紧力Fc的计算公式为:Fc=D2p l18l2tan (+1p)(2)式中:p 液压油的工作压力;D 液压缸的内径;l1、l2 杠杆主动臂与被动臂的长度; 杠杆的传递效率,通常取 = 0. 97; 斜楔角;1p 滚轮的当量摩擦角;2 活塞与缸的摩擦角。tan1p=(rf1)?R(f1为滚轮与其转轴之间的摩擦因数,r为滚轮转轴半径,R为滚轮外圆半径) ;2= arctanf2(f2为活塞与缸壁间的摩擦因数)。基于对称连杆式二次正交增力浮动机构的气动夹具苏州大学机电工程学院(215021)林杰芮延年气压传动是一种 “准绿色” 的传动技术;缺点是系统压力p不可能太高(一般p= 0. 40. 7M Pa),因而往往造成夹具体积过于庞大。 因此,在要求输出力较大的场合,人们常利用不同类型的增力机构,对压缩空气作用于活塞上的轴向力加以放大,然后再进行输出。此外,较多夹具需要2点浮动夹紧,一般都是采用附加的浮动机构,这使结构复杂,且夹紧力不够大。 为此,我们设计了集增力与2点浮动夹紧功能于一体的新型夹具,运用二次正交对称机构与无杆气缸结合,使整个夹具结构紧凑,输出力大。1.工作原理夹具工作原理如图1所示,在无杆活塞式气缸的活塞中部设计有1个径向孔,以适当间隙与滑块44新技术新工艺 机械加工与自动化2004年第10期配合,并通过铰链与连杆连接而形成移动副。 当无杆缸活塞在上腔的压缩空气的作用下向下运动时,使径向孔中的滑块随着向下运动,通过对称正交连杆作用,使得两压头同时向下运动输出作用力,从而夹紧工件。如下腔进压缩空气,则压头向上运动,松开工件。图1工作原理图由图1可以看出,由于工件上承受夹紧力的2点不可能绝对等高,且夹紧机构各个构件的尺寸也不可能制造得绝对精确,因而用常规的夹紧机构不可能对2点均匀施压。而该夹具中的滑块能够根据工件2点的位置在活塞径向孔中作自动适应性滑动调整,在保证2点均压的同时,基本保持了夹具结构的简洁、 紧凑。2.力学计算不考虑压头的浮动,通过建立力学模型,图1所示夹具系统的2个压头的输出力总和与输入力之比i可用式(1)计算:i=1 +A1B3A1B2+A1B3(1) 式中 、 为连杆的压力角(见图1);1、 2、 3为铰接中心O1、O2、O3处的当量摩擦角,A1= tan (+1),B2= tan (+2),B3= tan (+3),其通用计算公式为:= arctanf dl(2)式中d为相应铰接处铰链轴的直径;l为连杆两端铰链孔的中心距;f为铰链副的摩擦因数。3.力学特性讨论与应用由式(1)可以得出实际输出力FO为:FO1 +A1B3A1B2+A1B3D2p4(3)式中D为气缸内径;p为气缸内压缩空气压力。压力角 、 的值越小,二次正交对称增力机构的力放大效果越显著。 例如当f= 0. 1,d= 10mm ,l= 100 mm时,由式(2)可计算得 0. 6,若设计时采用的压力角= 10、 = 15,由式(1)算得增力系数i11。 在如此小的空间结构内能达到11倍的力放大效果,这是一般增力机构极难做到的。可见,采用二次正交对称增力机构能够显著减小系统的体积。 例如某夹具要求实际输出力FO= 15kN ,若采用系统压力的气缸直接作用,可算得气缸直径D200mm。 而采用同样系统压力的图1所示夹具,并取压力角 = 10、 = 15,经式(3)计算得:D55 mm。由以上所述,可见,对称式二次正交连杆浮动夹具不仅夹紧力大,在输出力一定的条件下,可显著减小气缸直径及整个夹具的体积。且由于采用了无杆活塞式气缸,不仅简化了结构,实现了浮动夹紧,而且相关的密封部位由动密封转变为静密封,气体泄漏容易得到控制。采用二次正交对称增力机构的力放大作用,能在一定程度上克服气压传动系统压力小的缺点,从而可在某些场合代替液压传动夹具,适应了现代传动技术向少、 无污染方向发展。基于无杆活塞缸的杠杆式压板液体传动夹具苏州大学机电工程学院(215021)钟康民在设计基于杠杆式压板的液体传动夹具时,经常受到机构自由度不够的困扰。因杠杆式压板的运动方式为摆动,液体缸中活塞为直线运动,若液压缸固定,势必造成整个装置的自由度为零。 采用铰接缸虽然能解决这一问题,但铰接缸刚性差,且缸体摆动与活塞的直线运动同时进行,容易引发冲击和噪声。为此,设计出一种基于无杆活塞缸的杠杆式压板液体传动夹具,较好地解决了上述问题。该夹具原理见图1,在液压缸无杆活塞中部设计1个圆柱形的径向孔,耐磨衬套以过盈配合压入该孔中,杠杆式压板右端球头部与耐磨衬套为间隙配合。当活塞上、 下运动时,杠杆式压板绕固定支点摆动,压紧或松开工