ott-jakob夾具的設(shè)計(jì)思路與安裝介紹
機(jī)械加工現(xiàn)有生產(chǎn)模式主要體現(xiàn)在工裝應(yīng)用落后，效率低下，工人加工零件時(shí)裝夾及找正時(shí)間長(zhǎng)，特別是單件或小批生產(chǎn)頻繁更換工裝時(shí)，大多數(shù)時(shí)間都是在安裝ott-jakob夾具及找正。
實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的必要措施，就是對(duì)現(xiàn)有的夾具進(jìn)行改造，替換。在機(jī)床上應(yīng)用組合夾具，快換夾具實(shí)現(xiàn)加工的同時(shí)，減少了頻繁更換夾具及找正時(shí)間，對(duì)整體的生產(chǎn)效率提高起到非常重要的作用。
案例一：快換工裝設(shè)計(jì)思路
快裝夾具的應(yīng)用比我們常用的電動(dòng)(或液壓)卡盤(pán)要方便快捷，夾緊也可靠，而且加工不同的工件，生產(chǎn)準(zhǔn)備相對(duì)簡(jiǎn)單并且周期短，只需更換不同的彈簧夾頭和定位銷(xiāo)軸，重新編制加工程序即可方便快捷地加工出各種所需的工件，從而可以低成本地實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的自動(dòng)化生產(chǎn)，為企業(yè)節(jié)省資金。
圖1 快換夾具系統(tǒng)
下面本文將介紹經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床快速安裝夾具的設(shè)計(jì)原理與思路：
1、夾緊機(jī)構(gòu)
在數(shù)控車(chē)床的床頭箱前端增加快裝夾緊機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖2)，其工作原理:撥叉13在齒條軸的推動(dòng)下由右向左移動(dòng)，通過(guò)瓦6帶動(dòng)活動(dòng)套8向左移動(dòng)，鋼球12在活動(dòng)套8的作用下沿夾具體5的斜面向中心移動(dòng)，同時(shí)鋼球12向左擠壓夾緊套7，使夾緊套7和鎖緊擋圈11向左移動(dòng)，從而使彈簧夾頭10向左移動(dòng)鎖緊工件，工件的軸向定位由定位銷(xiāo)9來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)工件加工完后，撥叉13在齒條軸的推動(dòng)下向右移動(dòng)，通過(guò)瓦6帶動(dòng)活動(dòng)套8向右移動(dòng)，從而使彈簧夾頭10松開(kāi)工件，這樣工件的加工就完成了。用戶可根據(jù)所加工工件的不同來(lái)更換不同的彈簧夾頭和定位銷(xiāo)就可以實(shí)現(xiàn)不同工件的加工。
圖2 夾緊機(jī)構(gòu)圖
1-錐套 2-定位套 3-主軸 4-過(guò)渡盤(pán) 5-夾具體 6-瓦 7-夾緊套 8-活動(dòng)套 9-定位銷(xiāo) 10-彈簧夾頭 11-鎖緊檔圈 12-鋼球 13-撥叉 14-傳動(dòng)鏈 15-插銷(xiāo)螺栓 16-帶肩螺母
2、ott-jakob夾具動(dòng)力部分
ott-jakob夾具動(dòng)力部分機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3：由固定塊7和支架3將傳動(dòng)軸2、齒條軸6和回轉(zhuǎn)氣缸4等零件固定在車(chē)床床頭箱前端，與夾緊機(jī)構(gòu)通過(guò)撥叉8相連接。工作原理:回轉(zhuǎn)氣缸4在氣壓的作用下帶動(dòng)傳動(dòng)軸2旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳遞給齒條軸6，齒條軸6帶動(dòng)撥叉沿導(dǎo)向軸5移動(dòng)，將動(dòng)力傳遞給夾具夾緊機(jī)構(gòu)。
圖3 動(dòng)力機(jī)構(gòu)圖
1-擋片 2-傳動(dòng)軸 3-支架 4-回轉(zhuǎn)氣缸 5-導(dǎo)向軸 6-齒條軸 7-固定塊 8-撥叉
3、ott-jakob夾具控制部分
夾具控制部分裝置見(jiàn)圖4。工作原理：壓縮氣體經(jīng)氣源處理三聯(lián)件1傳遞給三位四通手動(dòng)轉(zhuǎn)閥2，由手動(dòng)轉(zhuǎn)閥2傳遞給回轉(zhuǎn)氣缸3，使氣缸動(dòng)作夾緊和松開(kāi)工件。
圖4 控制原理以及裝置圖
1-氣源處理三聯(lián)件 2-三位四通手動(dòng)轉(zhuǎn)閥 3-回轉(zhuǎn)氣缸 4-消聲器 5-尼龍管 6-管接頭
案例二：加工中心夾具的快速安裝改造
為了提高立式加工中心的生產(chǎn)效率，縮短夾具的安裝時(shí)間，利用立式加工中心的性能特點(diǎn)，為自身加工一個(gè)能夠定位夾緊夾具的附加工作臺(tái)面，再配備少量的簡(jiǎn)易附件，就能夠快速地安裝夾具。
1、自制工作臺(tái)面的加工
備一塊與加工中心工作臺(tái)面積相同的鋼板或鑄鐵板，厚度約為30-100mm，其數(shù)值可根據(jù)加工中心主軸距工作臺(tái)平面的高度、被加工零件的尺寸以及機(jī)床規(guī)格等情況進(jìn)行確定。新的工作臺(tái)平面必須與主軸垂直，并且具有較高的平面度，可以將板的上、下兩面磨平后裝在機(jī)床工作臺(tái)上也可以先將板的一面加工好，裝在加工中心工作臺(tái)面上，再精銑上平面，作為新的工作臺(tái)平面。
圖5 工作臺(tái)面
2、加工定位夾緊孔
新工作臺(tái)面完成后，用加工中心加工一組定位夾緊孔?？装匆欢ㄒ?guī)律排列，第一個(gè)孔在工作臺(tái)平面坐標(biāo)零點(diǎn)，其余孔向著坐標(biāo)的負(fù)方向排列，相鄰孔間距離相等?？拙嘣O(shè)定考慮以下條件：
(1)勻劃分工作臺(tái)坐標(biāo)平面。
(2)零件及夾具的尺寸大小。
(3)取易記憶的整數(shù)。如圖5所示，機(jī)床行程、行程時(shí)、取孔距。此外對(duì)于具有特殊形狀尺寸的零件的夾具，還可以在附加工作臺(tái)上適當(dāng)?shù)奈恢昧碓黾訆A緊孔，以減小夾具面積,方便操作。
3、配備附件
為方便夾具安裝可配備一些附件，圓柱定位銷(xiāo)9(見(jiàn)圖6a)，菱形定位銷(xiāo)，定位夾緊銷(xiāo)(見(jiàn)圖6b)，該銷(xiāo)在定位的同時(shí)可擰上螺母將夾具壓緊墊片，供調(diào)整菱形銷(xiāo)方向用，其厚度為菱形銷(xiāo)螺紋螺距的一半墊塊的高度與夾具底板高度相同螺堵，當(dāng)螺堵涂上黃油擰入無(wú)定位銷(xiāo)的孔內(nèi)時(shí)可防止孔銹蝕。
圖6 配件圖
4、設(shè)計(jì)相應(yīng)的ott-jakob夾具
僅要加工一個(gè)孔位的零件的夾具，在夾具上預(yù)留一個(gè)定位孔即可。加工多工位的零件的夾具，預(yù)留兩個(gè)定位孔，孔距與工作臺(tái)平面上的孔距成倍數(shù)。零件加工中切削力較小時(shí)可以使用定位夾緊銷(xiāo)，夾具上不必再留供夾緊用的邊緣部分。一般夾具可按夾緊銷(xiāo)的位置預(yù)留夾緊邊緣或在底板上開(kāi)槽供夾緊用。
結(jié)論
經(jīng)實(shí)踐證明，ott-jakob夾具安裝快速方便，夾具裝夾的同時(shí)已經(jīng)準(zhǔn)確定位，直接輸人圓柱定位銷(xiāo)的坐標(biāo)即可。簡(jiǎn)化夾具設(shè)計(jì)，以利夾具標(biāo)準(zhǔn)化。在加工扁平零件時(shí)，不必設(shè)計(jì)制造高度較大的夾具。夾具的水平面積減小，可以充分利用工作臺(tái)面，多安放夾具。ott-jakob夾具安裝時(shí)間可以控制，有利于生產(chǎn)計(jì)劃管理。
案例三：快速尋位和狀態(tài)記憶的通用夾具系統(tǒng)
基準(zhǔn)自由的零件密封技術(shù)是一種安裝技術(shù)新概念，是pcbf 技術(shù)的發(fā)展。采用rfpe 夾具加工時(shí)，當(dāng)需要進(jìn)行工序或安裝轉(zhuǎn)換時(shí)，通過(guò)再一次的材料填充，恢復(fù)工件夾具系統(tǒng)的原有形狀，通過(guò)填充實(shí)體表面保留工件最初的位置信息，以作為新的安裝過(guò)程中工件定位的線索?；趓fpe 技術(shù)，提出并研制了一種能夠快速尋位和狀態(tài)記憶的通用夾具系統(tǒng)。
圖7 工作流程圖
1、基本原理
rl&sm 通用夾具系統(tǒng)采用規(guī)范化的板塊結(jié)構(gòu)，構(gòu)成可拆卸的rl&sm 箱體，作為通用夾具系統(tǒng)在機(jī)床上快速尋位的基準(zhǔn)和記憶工件初始安裝信息的實(shí)體模型;箱體的各個(gè)板塊上裝有可便利調(diào)節(jié)的工件尋位元件，其固定后的實(shí)際位置通過(guò)測(cè)量獲得，并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)送入信息處理系統(tǒng);工件通過(guò)尋位元件確定其在箱體中的初始位置，預(yù)緊后注入低熔點(diǎn)合金凝固形成工件的初始安裝姿態(tài)，使工件、填料和箱體形成一個(gè)整體——工件夾具系統(tǒng)。
箱體通過(guò)其規(guī)則的外部表面、定向鍵和壓板機(jī)構(gòu)，在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)快速定位與夾緊;當(dāng)需要進(jìn)行工序或安裝轉(zhuǎn)換時(shí)， 翻轉(zhuǎn)工件夾具系統(tǒng)，完成規(guī)則箱體在機(jī)床上的定位與夾緊。圖8為分離式雙箱結(jié)構(gòu)的rl&sm 尋位箱，箱體的各塊板通過(guò)柱銷(xiāo)定位連接，上箱和下箱之間則通過(guò)鍵實(shí)現(xiàn)定位連接，以保證重復(fù)裝配時(shí)的效率和準(zhǔn)確工程應(yīng)用。
圖8 可快速尋位和狀態(tài)記憶的分離式尋位箱結(jié)構(gòu)
2、工程應(yīng)用與分析
(1) 機(jī)械手肘關(guān)節(jié)座：這是一個(gè)由非加工表面形成外部輪廓的零件，其加工特征分布在不同的方位面上，并具有相互位置精度要求。采用rl&sm 通用夾具系統(tǒng)，工件只需要安裝一次(不再需要工藝基準(zhǔn))，兩次安裝rl&sm 箱體即可實(shí)現(xiàn)全部加工，圖9給出了采用rl&sm 夾具系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械手肘關(guān)節(jié)座加工的工藝過(guò)程。
圖9 機(jī)械手肘關(guān)節(jié)座加工工藝過(guò)程
(2) 鞍形轉(zhuǎn)子：這是一個(gè)具有雙曲面外輪廓的高速回轉(zhuǎn)件(見(jiàn)圖10)。環(huán)壁薄、精度要求高，由于加工時(shí)易于產(chǎn)生變形，傳統(tǒng)生產(chǎn)中采用互為基準(zhǔn)、反復(fù)進(jìn)行工序轉(zhuǎn)換加工成形的方法，不僅加工效率低，而且需要各種專(zhuān)用工裝，采用柱形的rl&sm 通用夾具，通過(guò)填料增加了工件的剛性，避免了互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的工藝過(guò)程，減少工序轉(zhuǎn)換次數(shù)，提高切削效率，減少了專(zhuān)用工裝的花費(fèi)，即設(shè)計(jì)、制造周期和成本等。
圖10 高速回轉(zhuǎn)件
(3) 機(jī)加工葉片(鋁制)：這是一個(gè)具有復(fù)雜曲面的小剛性零件(見(jiàn)圖11)。采用rl&sm通用夾具系統(tǒng)除了可以節(jié)省原材料，減少輔助加工和安裝轉(zhuǎn)換次數(shù)，而且由于提高了工件支承剛度。切削用量可以大大提高，切削效率可提高3倍以上，并使加工質(zhì)量明顯得到改善。
圖11 小剛性零件
結(jié)論
rl&sm 通用夾具系統(tǒng)的研究與實(shí)踐已取得了重要進(jìn)展，其中包括rl&sm 箱體的通用性，與夾具原始誤差無(wú)關(guān)的rl&sm 箱體生成技術(shù)，填料性能的研究與填料的研制，填料工藝及其參數(shù)的研究與控制等。工程驗(yàn)證和部分工程應(yīng)用結(jié)果表明，rl&sm 通用夾具系統(tǒng)具有廣泛的工程應(yīng)用前景，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)具有良好的通用性;
(2)具有高的生產(chǎn)效率、機(jī)床利用率和加工質(zhì)量;
(3)有利于設(shè)計(jì)制造過(guò)程自動(dòng)化;
(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好，且成本低， 可以面向任意的工種和任意自動(dòng)化程度的設(shè)備;
(5)rl&sm 通用夾具系統(tǒng)的通用性和規(guī)范化，便于實(shí)現(xiàn)工件安裝、狀態(tài)成形、ott-jakob夾具尋位和信息處理的自動(dòng)化，從而可以降低對(duì)操作人員的技術(shù)要求。