转位式牛头刨床夹具的虚拟设计
2018-8-28 来源：李 斌 曲良斌 作者：-
摘 要: 转位式牛头刨床夹具是生产车床小刀架必不可少的工艺装备． 从该夹具的工作原理与定位方案出发，对零部件进行了结构设计，利用虚拟装配技术确定了各零部件的尺寸，在装配过程中进行了碰撞与干涉检验，缩短了产品的研发周期，降低了成本，对夹具的设计与开发有借鉴意义．
关键词: 刨床夹具; 转位式夹具; 虚拟装配
夹具，特别是专用夹具，作为一种能大幅提高生产效率的工艺装备，在机械加工行业中有重要的地位．怎样快速、高效地设计夹具一直是机械加工企业亟待解决的问题． 虚拟装配是在产品的设计过程中，为了更好地辅助与装配有关的设计决策，在虚拟环境下对计算机数据模型进行装配关系分析的一项计算机辅助设计技术．
将虚拟装配技术引入夹具的设计中，能改变机械加工企业传统的设计、生产和管理夹具的模式，最大限度地利用虚拟设计手段提高夹具产品的质量和性能，缩短设计周期，有利于企业快速响应市场需求
1 、零件结构
转位式牛头刨床夹具用于在牛头刨床上刨削车床小刀架上体两条燕尾导轨面，车床小刀架上体如图 1所示．车床小刀架上体作为车床上直接影响车刀位置的零件，特别是小刀架上体的两条燕尾导轨面，对其加工精度的要求较高． 由于两条燕尾导轨面中只有一条与小刀架上体中心线平行，另一条与中心线存在 1∶ 50的斜度，要同时对这两条导轨面进行加工，必须对小刀架上体的 6 个自由度完全定位．
2 、总体方案的设计
为了提高加工效率，需要综合考虑牛头刨床工作台与小刀架上体的尺寸，设计能同时装夹两个工件的夹具． 以小刀架上体的底平面 A、侧面 B 及端面 C 为定位基准( 见图
1) ，夹具的总体方案如图 2 所示．
图 1 车床小刀架零件( 单位: mm)
图 2 转位式牛头刨床夹具设计方案
图 2 中，小刀架上体 5 和 7 在回转体 12 的平面、侧面( 工件 5 和 7 之间的窄支承板侧平面) 及止推销 11上定位，并建立空间直角坐标系． 由六点定位原则可知，底平面限制 3 个自由度，分别为沿 Z 轴的移动 珒z，绕 X轴的转动)x，绕 Y 轴的转动)y; 侧面定位元件采用窄支承板，限制 2 个自由度，分别为沿 X 轴的移动 珒z，绕 Z 轴的转动)z; 止推销 11 限制沿 Y 轴的移动)y，对小刀架上体进行完全定位． 拧两个螺母 1，锁紧螺钉 9 和滚花螺钉 3 把工件夹紧．加工直导轨面时，回转体 12 一侧与可调支承钉 8 接触． 拧滚花螺钉 2 和两锁紧螺母 6，使回转体定位侧面与刨床滑枕方向一致并固定在底座上． 加工 1∶ 50 斜导轨面时，可松开滚花螺钉 2 和两个锁紧螺母 6，使回转体另一侧与可调支承钉 8 接触． 再拧滚花螺钉 4 和两个锁紧螺母 6，即可进行加工．
3 、转位式牛头刨床夹具的虚拟装配
通过对转位式牛头刨床夹具工作原理与总体方案的确定，基于 Pro /E 软件对其进行三维建模，在Pro /E软件的组件模块下对零部件进行虚拟装配，经过解析计算确定各夹具零部件的尺寸，采用“top-down”模式进行交互设计，设计流程如图 3 所示。
图 3 转位式牛头刨床夹具设计流程
装配顺序根据“可拆即可装”的原则来确定，即若零部件的装配和拆卸顺序互为可逆过程，则可通过求解零部件的拆卸顺序得到其装配顺序． 这样做的优点是若判定某零件满足拆卸条件，则该零件一定满足顺序约束条件． 反之，装配过程中某一阶段满足装配条件的零件并不一定满足顺序约束条件，则该零件可能影响后续零件的装配．
另外，通过几何计算和推理，可从零件的装配状态演绎零件拆卸的初始方向，却无法从自由状态的零件导出零件的装配方向［2 － 3］．
图 4 转位式牛头刨床夹具装配模型
依据以上原则，夹具的拆卸顺序为螺母 2→压板 1→可调支承螺钉 9 和 11 →紧订螺钉 4，5，6，10→6 个支承板 3→回转体 7→止推销 12 →支承螺钉 13→夹具体 8． 因此，实际装配的路线应为上述顺序的逆顺序，装配完成后的虚拟样机模型如图 4所示。
装配完成后，可进行干涉和碰撞检测，夹具在装配过程中按照由外向内的装配顺序，工作时各零部件也无相对运动，所以只需要用 Pro /E 自带的检验模块即可，这里不再赘述。
4 、结语
本研究采用了虚拟装配的方法完成了转位式牛头刨床夹具的结构设计，在计算机中实现了虚拟样机的装配与干涉检测，可以完全取代夹具样机的试制和试验，降低了夹具的制作成本，极大地缩短了夹具的研发周期。
来源： 河南工程学院 机械工程学院 河北钢铁集团舞阳钢铁
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