專用夾具設(shè)計及應(yīng)用
黃旭東
摘要：數(shù)控加工作為目前全國機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最為廣泛的加工方式之一，其具有精度高，效率高以及針對于復(fù)雜零部件加工方便等特點。本文主要是采用鎖芯作為加工零部件，設(shè)計出了一套可行性加工方案，本文不僅對加工的全部過程進(jìn)行了細(xì)致的分析同時還通過對比分析使用專用夾具進(jìn)行批量生產(chǎn)與使用傳統(tǒng)夾具進(jìn)行單件生產(chǎn)的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：數(shù)控 夾具 設(shè)計
1. 引言
就目前國際形式來看，全球的經(jīng)濟(jì)都在不斷的發(fā)生變化，在此同時制造技術(shù)也在飛速的發(fā)展，各個企業(yè)之間的競爭已經(jīng)發(fā)展為全球化，在這種情況下，很多企業(yè)為了能夠盡早的研發(fā)出新型產(chǎn)品并將其面向市場，要求企業(yè)的制造也不斷更新，要及時的更新?lián)Q代，淘汰舊的產(chǎn)品。所以目前所擁有的傳統(tǒng)意義上的夾具已經(jīng)不能夠完全買足人們的需要，目前在行業(yè)制造中數(shù)控機(jī)床得到了大量是運用，大部分機(jī)械制造行業(yè)以及批量生產(chǎn)的中小企業(yè)都已經(jīng)使用了機(jī)床專用夾具，機(jī)床專用夾具的產(chǎn)生首要目的是為了對某一零件或者某一道工序進(jìn)行專門研制的[1]。所以針對于數(shù)控機(jī)床專用家具的設(shè)計進(jìn)行研究顯著很有必要，能夠進(jìn)一步的提供機(jī)械生產(chǎn)以及制造的速率能夠更好為機(jī)械行業(yè)所服務(wù)。
2. 專用夾具分類
2.1專用夾具
所謂的專用夾具，我們通過字面的含義就能夠基本有所了解，通常情況下所說的專用夾具，主要指的是針對于某一個零部件或者某一個工序?qū)ｉT設(shè)計研制的一種夾具，主要目的是為了在某種特定的零件中能夠滿足人們制造的要求，其最大的特點就是具有很強的針對性，無法進(jìn)行通用[2]。
2.2可調(diào)夾具
可調(diào)夾具主要是在專用夾具所存在的缺點之上進(jìn)一步研制而成，屬于一種相對來說比較新型的夾具，它可以在不同類型以及不同尺寸的零部件中進(jìn)行應(yīng)用，在針對每一類的零部件進(jìn)行應(yīng)用的時候我們需要將可調(diào)夾具上面的定位元器件以及夾緊件進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整以及更換即可[3]。
2.3組合夾具
組合夾具算得上是一種模塊化的夾具范疇，同時在目前的情況下已經(jīng)成為了商品化。傳統(tǒng)意義上的標(biāo)準(zhǔn)化模塊擁有該精度以及強耐磨性的特點，能夠?qū)⑵浣M合成各種各樣的夾具，在夾具使用完成之后又可以將其進(jìn)行拆解，方便日后使用。正是由于組合夾具的以上特點，在機(jī)械制造中使用組合夾具能夠在很大程度上較少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，與此同時零部件也可以再次的進(jìn)行使用，除此之外，針對于組合夾具的應(yīng)用還能夠在很大程度上減少專用夾具的數(shù)量，節(jié)省了存儲夾具的空間[5]。
3機(jī)床夾具設(shè)計
3.1機(jī)床夾具設(shè)計基本要求
我們在對機(jī)床夾具進(jìn)行設(shè)計的時候首先要明確其基本的要求，針對于機(jī)床夾具設(shè)計所遵循的原則大體可以分為五大類，首先我們要確保零部件的加工精度，其次還需要針對制造的速率有所保障，在其次還要保持很好的工藝性以及使用性能。最后需要對其成本進(jìn)行嚴(yán)格的控制盡可能是成本降到 。
3.2 機(jī)床夾具設(shè)計流程
在企業(yè)接到相應(yīng)的機(jī)床夾具設(shè)計說明書的時候首先要根據(jù)所提供的資料進(jìn)行仔細(xì)閱讀，通過熟悉以及了解加工任務(wù)書進(jìn)而制定相應(yīng)的方案。其中方案包括夾具類型以及定位方案等等，其次還需要針對于對刀裝置實行進(jìn)一步的確認(rèn)，最后在其他一些相關(guān)的機(jī)構(gòu)以及夾具的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行必要的確認(rèn)。
3.3設(shè)計夾具總圖
完成以上機(jī)構(gòu)步驟之后我們開始針對于夾具的總體圖進(jìn)行設(shè)計，其中包括比例的使用，以及針對于外形或者輪廓的設(shè)計，在對夾具總圖設(shè)計的最后一步還需要對公差進(jìn)行相應(yīng)的確定。
3.4鎖芯零件夾具設(shè)計方案
本論文所研究的鎖芯零部件如圖1所示
圖1 鎖芯零部件圖
本次設(shè)計所需要的零部件加工要求為尺寸8mm的四個平面統(tǒng)削，我們在對鎖芯零部件進(jìn)行設(shè)計之前還需要針對于其夾具類型進(jìn)行確認(rèn)，同時還需要明確該夾具可以一次性加工零部件的數(shù)量。我們在對其加工數(shù)量進(jìn)行確認(rèn)的時候，首先要明確在數(shù)字控制自動編程的系統(tǒng)中我們要盡可能的要求機(jī)床加工時間足夠大，因為加工的時間越長則效果越好，然而我針對于零部件的裝夾以及拆卸的時間要做到進(jìn)不能的減少，只有這樣才能夠很好的提高工作速率，同時也能夠在很大程度上降低工人的工作強度。
T=M*n*T1+3000/n*T2+T3 (1)
其中T表示所需要加工的時間
M表示所需要加工的次數(shù)
n表示一次性能夠加工的零件個數(shù)
t1表示加工一個零部件的時間
t2表示機(jī)床停止時間
t3表示裝夾時間
建立數(shù)學(xué)模型y=minF(n)
約束條件為：m*n=300，n>1,m>1
采用MATLAB對其進(jìn)行編程
min=m*n*tl+(3000/n)*t2+t3;
m*n=3000;
m>l;
n>l;
end
得出結(jié)果為：
Local optimal solution found.
Obj ective value: 0.000000
Extended solver steps: 5
Total solver iterations: 8
Variable Value Reduced Cost
M 26.33330 0.000000
N 113.9242 0.000000
T1 0.000000 3000.000
T2 0.000000 26.33329
T3 0.000000 1.000000
Row Slack or Surplus Dual Price
1 0.000000 -1.000000
2 -0.4905587E-03 0.000000
3 25.33330 0.000000
4 112.9242 0.000000
通過所算出的結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的結(jié)果的為n=113.9但是由于在是境況下，夾具的尺寸將會被數(shù)控機(jī)床所制約，根據(jù)我們對尺寸的分析以及工作臺行程的研究，單位零件數(shù)智能選取13，如果在對裝夾不會有任何不利因素的前提下我們可以令n=26即設(shè)計雙排夾具。
4總結(jié)
數(shù)控加工作為目前全國機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最為廣泛的加工方式之一，其具有精度高，效率高以及針對于復(fù)雜零部件加工方便等特點。然而在現(xiàn)實的生產(chǎn)過程中，存在很多的零部件不可以直接使用數(shù)控加工，比如說圓柱形狀的胚料，若想對其進(jìn)行加工那么則需要專用的夾具設(shè)計方可以在數(shù)控技術(shù)中得到應(yīng)用，隨著我過機(jī)械制造行業(yè)呈現(xiàn)零部件品種多樣化以及小批量生產(chǎn)的趨勢，怎么才能夠?qū)⒅圃煨蔬M(jìn)行提高同時在成本方便還便于人們接受，以及成為了諸多學(xué)者所關(guān)注的主要目標(biāo)。本次課題以加工一批鎖心作為實例，設(shè)計出了一套專用夾具，能夠在很大程度上縮短加工時間進(jìn)而提高速度。針對于專用夾具進(jìn)行必要的設(shè)計使得統(tǒng)削工序可以變得更加完善，同時還針對于加工時間以及加工成本進(jìn)行了進(jìn)一步的考慮，采用數(shù)學(xué)模型的分析方法來明確夾具的次加工。
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