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1、2016自动化应用8期 系统解决方案 0 引言 夹具最早出现在18世纪后期， 随着科学技术的 不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全 的工艺装备。 夹具可快速、方便地将工件安装到指定 位置，大幅提高了产品精度，使工艺更加便捷，使用相 当广泛。 按用途分，可将夹具分为焊接夹具、机床夹 具、装配夹具、检验夹具等。 1 零件图分析 被加工的零件如图1所示， 零件的毛坯为40Cr， 金属模铸造，技术要求与尺寸精度都不高，生产批量 为2 000件，其加工工序为：车外圆，保证50mm外 圆车端面，保证24mm的长度中心钻孔、扩孔、铰 孔至尺寸要求铣槽。 其中，铣槽的过程需要用到分 度装置，铣刀每加
2、工一个槽，通过分度装置使工件转 动一定角度到达加工位置，以便完成其它槽的加工。 图1工件零件图 2 夹具设计 保证工件加工质量是机床夹具设计的基本要求， 也是夹具设计的首要任务。 为此，必须正确地设计与 选择定位方法、定位件及夹紧装置。 在设计之前，要认 真了解工件的作用、特点、材料、生产规模及技术要 求， 详细分析加工工艺过程及本工序的加工要求，如 加工余量、加工精度、加工表面、定位基准以及前后工 序的联系等。 本文夹具的设计主要分成以下几个方 面：定位方案、夹紧方案、分度装置、夹具体和连接元 件的设计。 2.1定位方案 工件定位是指在工件加工之前，将工件放在相对 于机床、刀具一个比较准确的
3、加工位置。 工件的定位， 实质上是对空间自由度的限制，根据工件自由度被约 束的情况，工件定位方式有完全定位、不完全定位、欠 定位、过定位4种。 本设计因加工的需要，在铣槽的过程中零件不能 发生任何移动，6个自由度都要进行约束，故选用完全 定位。 定位方法为花键孔和主轴端面定位，图2为定 位主轴设计图。 图2定位主轴图 空间6个自由度的限制，虽然解决了工件在加工 过程中“定与不定”等问题，但每个工件在加工过程中 所占据的位置并不一致，这就涉及到“准与不准”的问 题。 工件在夹具中所占据的位置不准确，加工的工件 尺寸必然不一致，就会形成误差，称之为定位误差，用 D表示。 生产中为了保证加工精度，一
4、般要求定位误 差不超过工件加工公差T的1/51/3。定位误差包括 基准位移误差和基准不重合误差，当无基准位移误差 时，Y=0；当定位基准与工序基准重合时，B=0；若两 项误差均没有， 则D=0。 分析和计算定位误差的目 的，是为了验证定位方案能否保证定位要求，以便对 不同方案进行比较，从而选出最合理的方案。 叶片泵转子叶片槽的分度铣床夹具设计 刘玉德，侯亚茹，吴刚，张浩，王硕 （北京工商大学材料与机械工程学院，北京100048） 摘要：设计用于卧式铣床加工的叶片泵转子叶片槽的分度铣床夹具，铣刀每次加工一个槽，通过分度装置使工 件转动一定角度到达加工位置，依次完成其它槽的加工。 关键字：叶片泵；
5、分度；铣床；夹具 作者简介：刘玉德(1963-),工学博士,硕士导师,研究方向 为食品加工技术与食品机械、先进制造技术。 收稿日期：2016-05-17 4-18155 A-A 50h6 24js6 0.014 24 A 旋转 A 15 2.25H7 0.01 15g6 4.26B 18g6 B 22 M1015 10 自动化应用w w w . a u t o - a p p l y . c o m 从零件设计要求可知， 工件和轴的配合尺寸为 18H7/g6， 查阅国标轴、 孔的基本偏差表有：B=0； Y=ES-ei=0.021-(-0.017)=0.038mm；D=0.038mm。 按照GB
6、/T 18042000未注公差的线性和角度 尺寸公差要求，指明工件加工公差等级为中等m，则 T=0.1-(-0.1)=0.2mm。 而D=0.038mm(1/51/3)T= 0.040.067mm，定位方案合格。 2.2夹紧方案的设计 在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在 夹紧力作用下工件不应离开定位支承；夹紧力的大小 要适当、可靠。 既要使工件在加工过程中不产生移动 和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤，夹紧 装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批 量相适应。 夹紧装置主要由动力装置、中间递力机构、夹紧 元件组成。 常用的夹紧装置有楔块、螺旋、偏心轮等， 楔块夹紧可改变夹紧力
7、方向，但使用效率低，多用于 机动夹紧装置中；螺旋夹紧结构简单、自锁性好、夹紧 可靠、夹紧行程不受限制，远比楔块夹紧力大，其通用 性大，但效率低，多用于手动夹紧装置中；偏心夹紧机 构产生的夹紧力较小，自锁性能不好，一般用于切削 力不大且无振动的场合，对夹紧尺寸要求严格。 可见 各夹紧装置都有各自的优缺点，应结合设计要求选择 合理的夹紧装置。 综合以上特点，本设计选用螺旋夹 紧装置。 花键主轴上的螺杆、开口垫圈和夹紧螺母为主要 的夹紧元件。 当旋紧夹紧螺母时，通过开口垫圈将工 件夹紧在花键主轴上。 查阅资料，旋紧螺母时使用扳 手的六角螺母：当螺纹直径=10mm，螺距=1.5mm，手柄 长度=120
8、mm，作用力=45N时，夹紧力=3550N。 为了保证装夹的稳固和加工时的刚性，需要在夹 具后部设置支承机构，将安装工件的螺杆顶住，如图3 所示。 支撑机构中除顶尖外，还有尾架、端盖、螺杆、锁 紧旋钮、手轮、手柄等。 通过手轮、手柄使螺杆旋转，推 动顶尖向左移动， 从而将花键主轴上的螺杆部分顶 住，再拧紧锁紧旋钮，防止顶尖松动。 尾架和端盖在这 个机构中起支撑作用。 2.3分度装置的设计 分度装置是能够实现角向或直线均分的装置。 工 件被夹紧，完成一个工位的加工后，夹具不松开，工件 通过移动一段距离或者转动一个角度，达到下个加工 工位，从而完成整个工件的加工。 由零件的设计要求 可知，槽的分度
9、精度要求并不高，因此采用圆柱销定 位分度结构，该结构简单、易制造。 操纵机构选用手拉 式，如图4所示。 通过转动手柄，根据手柄转动的圈数 来确定加工的工件旋转角度。 旋转一定角度后，将定 位销通过手柄上的孔插入到分度盘上的槽中，实现分 度的锁紧。 图4操纵机构示意图 分度的传动机构是通过蜗轮蜗杆传动来实现的， 其特点是传动平稳、啮合冲击小，能获得较大的传动 比，且结构紧凑。 蜗杆是齿数z1=1的单头蜗杆，蜗轮的 齿数z2=30，即蜗杆转动一圈，蜗轮转动1/30圈。 应工 件加工要求，每加工一个槽工件转动30，即蜗轮转动 1/12圈。由此可计算出蜗杆所需转动的圈数为2.5圈， 即转动分度手柄时，
10、每次转动两圈半即可。 蜗轮蜗杆 传动机构及分度盘如图5、图6所示。 2.4连接元件的设计 连接元件是连接机床与夹具的元件，保证夹具准 确地定位到机床上。 连接元件有两种基本形式，一是 安装在机床工作台上， 二是安装在机床回转主轴上， 本文选用前者。 铣床夹具的连接元件由定位键和带U 型槽的耳座两部分组成。 图3支撑机构图 主轴定位轴 锁紧螺母对刀块锁紧旋钮顶尖螺杆 定位球销M10端盖手柄 手轮圆柱销开口垫圈 110 65 98 分度手柄 分度盘定位销 图5蜗轮蜗杆传动机构图6分度盘 A-AA A 80 25 105 6M4 20 3.2 1.6 6.3 105 6.3 系统解决方案 11 20
11、16自动化应用8期 （上接第9页） 1.4 UPS故障解决 更换UPS静态开关驱动板后， 按照开机程序开 机，旁路输入开关Q2闭合后“旁路关闭”报警消除，逆 变器恢复正常供电（在此期间对UPS操作显示面板状 态进行确认）。 检查逻辑控制板无报警代码，重新测试 #1UPS（由逆变-静态旁路，静态旁路-逆变）正常，系统 进入正常运行状态。 综上，本次故障原因为UPS静态 开关驱动板存在触发故障导致旁路静态开关关闭，主 机出现“旁路晶闸管故障，旁路关闭”报警。 2 UPS 系统故障应对措施 针对上述故障原因，逐项给出处理建议或应对措 施： （1）定期清扫UPS，保持室内温度恒定。UPS板卡 灰尘堆集
12、或温度较高就很容易导致静电击穿、元件过 温功能失效等现象，若发现处理不及时，则可能导致 UPS显示数据无效或输出中断。 （2）储备关键器件，如静态开关驱动板等卡件。 （3）进行UPS故障处理前需关注负荷情况，若可 能导致中断，则需提前做好安全措施。 3 结语 UPS系统是西二线压气站压缩机自动化控制系 统以及电动阀等重要设备的电源提供者， 其运行正 常与否直接关系到站场压缩机及设备的安全运行。 本文通过对西二线西段玛纳斯压气站UPS典型故障 的分析处理，了解了UPS板卡间的关联结构组成，开 拓了知识面， 为今后处理类似的故障积累了宝贵的 经验。 （1）定位键。 铣床夹具以定位键和机床工作台T型
13、 槽配合，每个夹具一般设置两个定位键，起夹具在机 床上的定向作用，并用埋头螺钉把定位键固定在夹具 体的键槽中。 材料选用45钢。 （2）带U型槽的耳座。 在铣床夹具纵向两端底边 上，设计带U型槽的耳座，机床上有对应的螺孔，螺栓 穿过T型槽与机床上的螺孔，将夹具体紧固在工作台 上。 材料选用HT300。 2.5夹具体的设计 夹具体一般是夹具上最大最复杂的基础元件，其 形状和尺寸主要取决于组成该夹具的各种元件、机构 和装置。 同时，在进行夹具设计时，还应考虑到因夹紧 力、切削力而产生的冲击和振动，保证夹具的强度和 刚度需求。 另外，在铣槽的过程中，会有一些碎屑掉到 夹具体里面， 时间长了会损害传动
14、机构或其它零件， 为保证夹具正常工作，应考虑到排屑的方便性，且夹 具应该便于装卸。 本夹具体采用铸造结构， 铸造的生产周期长，且 因铸造时的内应力缘故，易引起变形，从而影响夹具 体精度的持久性。 为此，铸造夹具体必须进行时效处 理，而与焊接结构相比，铸造可以铸出形状复杂的结 构， 故本夹具体采用铸造结构比较合适。 材料选用 HT200，壁厚4mm。 3 结语 本文分析了被加工工件的特点、作用、材料、生产 规模及技术要求，并通过相关计算设计了一套专用的 带分度装置的铣床夹具。 实际上，在生产中，零件的形 状是千差万别的，没有任何一种夹具能适用于所有的 零件，合理、灵活的设计并使用夹具能够降低生产
15、成 本，提高工作效率，降低废品率。 参考文献 1吴明坚.叶片泵转子钻铣工艺J.液压工业,1981(2): 61-62 2郑方焱,张争艳,陈定方,等.新型非圆齿轮分度装置J. 中国机械工程,2014(22):2997-3002 3唐泳波.磁流变液研究与磁流变柔性夹具结构设计 D.广东:广东工业大学,2011 4严朝宁.CKA6136-20105拨叉加工工艺优化研究J.机 械设计与制造工程,2015(8):79-81 5林斌.采用液压夹具在多件加工中实现全自动化控制 A.中国职协2013年度优秀科研成果获奖论文集(上 册)C.2013 6梁慧妿.数控铣床铣槽夹具设计J.职业,2014(8):149-150 7王雪.机床夹具设计方法的研究探讨J.湖南农机,2014 (5):101-102 8牛文志.机床夹具设计的几点注意事项J.金属加工 (冷加工),2010(14):40-41 9曾薇子.气缸套法兰耳钻床夹具设计J.机械工程师, 2009(12):154-155 10王冬梅.汽车转向节快速夹紧装置的设计及应用J. 科技创新与应用,2012(20):17 11缪霞.摇臂两斜孔钻夹具的设计与分析J.河南科技, 2013(12):81-82 12曹永洁.端盖零件分度装置及其夹具设计J.机床与 液压,2013(2):30-32 系统解决方案 12
