1308-機床夾具柔性化技術(shù)研究及設(shè)計

1308-機床夾具柔性化技術(shù)研究及設(shè)計,機床,夾具,柔性,技術(shù)研究,設(shè)計 圓柱 —鋼球增力機構(gòu)在液壓夾具中的應(yīng)用孫賓 1 　鐘康民 21. 濟南大學(xué) 機械工程學(xué)院 , 山東 濟南 　 250022 ; 2. 蘇州大學(xué) 機電工程學(xué)院 , 江蘇 蘇州 　 215021摘要 :介紹了大半圓孔約束圓柱 - 鋼球增力機構(gòu)與無桿液壓缸組成的液壓夾具系統(tǒng) ,給出了其輸出力和增力系數(shù)的計算公式 ;并與雙鋼球增力機構(gòu)與無桿液壓缸組成的液壓夾具系統(tǒng)進行了比較。關(guān)鍵詞 :無桿液壓缸 ; 增力機構(gòu) ; 夾具中圖分類號 : TH13719 　文獻標識碼 :B 　文章編號 :1001 - 2265(2003) 09 - 0036 - 02The application of cylinder - ball force amplif ier in hydraulic f ixtureSUN Bin 　 ZHON G KangminAbstract :Hydraulic fixture system consisting of force amplifier with cylinder - ball limited within over - half cylindrical hole androdless hydraulic cylinder was introduced. Calculating formula for output force and force gain coefficient were given. It was com2pared with that system consisting of double - ball amplifier and rodless hydraulic cylinder.Key words :rodless hydraulic cylinder ;force amplifier ;fixture1 　引言在夾具設(shè)計中 ,機械的增力結(jié)構(gòu)與液壓傳動技術(shù)的相結(jié)合 ,可有效地降低液壓系統(tǒng)的工作壓力 ,延長其使用壽命。但是 ,將常見的杠桿增力機構(gòu)、鉸桿增力機構(gòu)和斜楔增力機構(gòu)用于液壓夾具時 ,往往造成夾具結(jié)構(gòu)不緊湊 ,或摩擦損失較大。我們一直致力研究新穎結(jié)構(gòu) ,在原有的鋼球液壓增力式夾具基礎(chǔ)上 ,進一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化出大半圓孔約束圓柱 —鋼球增力液壓夾具 ,使其更具優(yōu)越性。2 　圓柱 —鋼球增力液壓夾具2. 1 　工作原理圖 1 所示為大半圓孔約束圓柱 —鋼球增力機構(gòu)與無桿液壓缸組成的液壓夾具 ,其工作原理 :活塞中部銑扁 ,并在銑平的平面上加工一個圓孔 ,在沿垂直于孔的軸線方向上銑去孔的 3/ 8 ,然后 ,在大半圓孔內(nèi)放置一個圓柱。當換向閥在圖示位置時 ,壓力油通往液壓缸的左腔 ,活塞向右運動 ,圓柱推動其右上方的鋼球向上運動 ;其右上方的鋼球以輸出力推動夾具上的夾緊元件來對工件進行夾緊。當換向閥切換至右位工作時 ,活塞向左運圖 1 　圓柱 - 鋼球增力機構(gòu)11 力作用線 21 缸體 31 活塞 41 圓柱 51 鋼球圖 2 　雙鋼球增力機構(gòu)11 力作用線 21 缸體 31 活塞 41 嵌鋼球 51 鋼球(下轉(zhuǎn)第 39 頁 )動 ,使工件松開。2. 2 　力學(xué)計算經(jīng)建立力學(xué)模型如圖所示 ,進行分析后可知 ,如果忽略力傳遞過程中的摩擦損失 ,系統(tǒng)的理論輸出力 Ft(單位 N ) 、理論增力系數(shù) it 的計算公式為Ft =π d2 p/ tgα t (1)it = Ft/ (π d2 p/ 4) = 1/ tgα t (2)式中 d —活塞直徑 , mmp —液壓缸左腔壓力 , MPaα t —理論壓力角 ,rad 或 (° )系統(tǒng)實際輸出力 Fp (單位 N) 及實際增力系數(shù) ip ,可由下面的近似公式求得。F≈ π d2 p/ 4tgα t + tgφ (3)ip≈ Fpπ d2 p/ 4 = 1tgαt + tgφ(4)式中 φ 為活塞與液壓缸內(nèi)壁之間的摩擦角 ,單位為 rad 或 (° ) ,即 φ = arctgμ (μ 為活塞與液壓缸內(nèi)壁之間的摩擦系數(shù) ) 。3 　與雙鋼球增力機構(gòu)的比較圖 1 和圖 2 所示兩種增力機構(gòu)的技術(shù)性能比較如下 :⑴大半圓孔約束圓柱 - 鋼球增力機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)更緊湊 ,結(jié)構(gòu)剛性更優(yōu)越 ;⑵ 運動的穩(wěn)定性上可以看出 ,顯然圖 1 的運動的穩(wěn)定性優(yōu)于圖 2 ,圖 1 中大半圓柱的運動只有沿中心線的直線運動 , 而圖 2 中活塞內(nèi)的鋼球運動為復(fù)合運動。⑶圖 1 中零件的結(jié)構(gòu)工藝性優(yōu)于圖 2 中零件的結(jié)構(gòu)工藝性 ,大半圓孔及活塞結(jié)構(gòu)的加工更容易實現(xiàn)。63 組合機床與自動化加工技術(shù)當 β L 0 時 ,需要優(yōu)化確定沖壓方向。3 　沖壓方向優(yōu)化的算法3. 1 　轉(zhuǎn)角的多目標優(yōu)化模型假設(shè) Z 軸負向為沖壓方向 ,零件只繞 X 軸和 Y 軸旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)化沖壓方向時 ,首先沿著 X 軸按一定步距截取若干個平行于 Y - Z 平面的截面 ,對于每個截面進行分析 ,確定設(shè)計變量 α角的可行域。求所有截面可行域的交集 ,得到 X 方向上設(shè)計變量的公共可行域。在公共可行域內(nèi) ,對每一個截面的沖壓方向進行優(yōu)化。最后 ,將所有截面的轉(zhuǎn)角值加權(quán)平均 ,得到拉延件繞X 軸旋轉(zhuǎn)的角度 α x 。同理 ,沿 Y 軸取平行于 X - Z 平面的截面 ,采用同樣的方法可求得拉延件繞 Y 軸旋轉(zhuǎn)的角度 α y 。拉延件沿著 X 軸截取了 M 截面 ,沿著 Y 軸截取了 N 截面 ,分別確定各軸轉(zhuǎn)角的可行域。然后 ,根據(jù)公式 (1) ～ (6) ,求出各個截面的最佳轉(zhuǎn)角 α i 。最后 ,加權(quán)平均確定繞 X 軸或 Y 軸的轉(zhuǎn)角 α x 或 α y ,即α =Σ mi = 1ω iα i (7)其中 ,ω i 為權(quán)系數(shù)。設(shè) (α i) 為與 α i 對應(yīng)的評價函數(shù)值 ,令 gi =1/ U (α i) ,則ω i = gig1 + g2 + … + gm(8)這種權(quán)系數(shù)的取法 ,表明對應(yīng)于 α i 的評價函數(shù)的值越小 ,則其圖 6 　沖壓方向優(yōu)化設(shè)計流程圖圖 7 　計算實例權(quán)值越大。3. 2 　優(yōu)化轉(zhuǎn)角的搜索根據(jù)沖壓方向優(yōu)化模型和大型沖壓件截面的特點 ,我們采用了遍歷法求解問題。首先 ,輸入沖壓件零件模型 ,然后確定需要計算轉(zhuǎn)角的坐標軸。沿著該軸截取 N 個截面 ,計算每個截面的可行域 ,并判斷其是否滿足工藝要求 ,不滿足則退出。在計算完 N 個截面可行域后 ,求它們的公共可行域 ,判斷是否滿足工藝要求。如果滿足 ,則根據(jù)公共可行域的域?qū)?β L ,確定求解的步數(shù) K。將 截面變換到公共可行域起始位置 ,以 β L / K 為步長優(yōu)化各個分目標函數(shù) , 形成評價函數(shù) , 并對評價函數(shù)優(yōu)化。隨著截面形狀的轉(zhuǎn)動 ,不斷地以近優(yōu)值替代當前值 ,最后獲得最優(yōu)值對應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)角 α i , 加權(quán)平均求 N 個截面的最佳轉(zhuǎn)角 α 。接著 , 按照相同過程計算另一個坐標軸的最佳轉(zhuǎn)角 ,最后將計算的結(jié)果輸出。沖壓方向優(yōu)化的程序流程圖如圖6 所示 。4 　實例驗證圖 7a 所示為輕型貨車駕駛室前圍擋板零件 ,可以作為一個典型的復(fù)雜沖壓件來分析。根據(jù)前圍擋板形狀特征 ,沿 X 軸取6 個截面 ,沿 Y 軸取 5 個截面 ,對其沖壓方向進行優(yōu)化計算 ,得到轉(zhuǎn)角為 α x = $ 81. 2° ,α y = 0° (圖 7b) ,計算結(jié)果與實際生產(chǎn)情況很接近 ,基本滿足生產(chǎn)要求。[參考文獻 ]\[1 \]第一汽車制造廠工裝設(shè)計室 1 汽車覆蓋件沖模 1 北京 :機械工業(yè)出版社 ,1979\[2 \]蘇步青 ,劉鼎元 1 計算幾何 1 上海 :上海科技出版社 ,1984\[3 \]鄧陟 ,王先進 ,陳鶴崢 1 金屬薄板成形技術(shù) 1 北京 :兵器工業(yè)出版社 ,1993\[4 \]肖景容等 1 模具計算機輔助設(shè)計與制造 1 北京 :國防工業(yè)出版社 ,1990收稿日期 :2003 - 03 - 05作者簡介 :尤飛 (1972 - ) ,男 ,安徽全椒人 ,江蘇技術(shù)師范學(xué)院講師 ,工程碩士。 (編輯 　 江復(fù) )(上接第 36 頁 )4 　結(jié)束語⑴大半圓孔約束圓柱 - 鋼球增力機構(gòu)與無桿液壓缸組合而成的夾具系統(tǒng) ,結(jié)構(gòu)簡單緊湊 ,制造工藝簡便 ;缺點仍是接觸件的接觸為點接觸 ,不宜承受過大的載荷。⑵大半圓孔約束圓柱 - 鋼球增力機構(gòu)與無桿液壓缸組合而成的夾具系統(tǒng) ,綜合性能優(yōu)于雙鋼球雙鋼球增力機構(gòu)與無桿液壓缸組合而成的夾具系統(tǒng) ,設(shè)計夾具時應(yīng)優(yōu)選。[參考文獻 ][1 ] 林文煥 , 陳本通 . 機床夾具設(shè)計 . 北京 :國防工業(yè)出版社 ,1987[2 ] 鐘康民 ,宋強 ,郭培全 . 鋼球增力液壓夾具 . 制造技術(shù)與機床 ,1999 (11)[3 ] Zhong Kangmin , Guo Peiquan , W ang Zichang. Research onorthogonal reinf orcement cent rif ugal mechanism . Proceed2ings of international conf erence on mechanical t ransmissionsand mechanisms. 1997 , Tianjin , China , Beijing China :China M achine Press , 173～ 177收稿日期 :2003 - 03 - 05作者簡介 :孫賓 (1966 - ) ,男 ,山東肥城人 ,濟南大學(xué)機械工程學(xué)院講師 ,工學(xué)碩士。 (編輯 　 李秀敏 )932003 年第 9 期