1308-機(jī)床夾具柔性化技術(shù)研究及設(shè)計
1308-機(jī)床夾具柔性化技術(shù)研究及設(shè)計,機(jī)床,夾具,柔性,技術(shù)研究,設(shè)計
例如 : 當(dāng) 1 臺液壓設(shè)備所需輸出力為 100 kN、液壓缸直徑 D = 80 mm 時 , 采用該裝置的參數(shù)如上。若采用液壓缸活塞直接輸出力 , 經(jīng)計算 , 所需的液壓系統(tǒng)的工作壓力為 20 M Pa; 而采用該裝置后 ,液壓系統(tǒng)的工作壓力只需 2. 9 M Pa。同上 , 所需輸出力為 100 kN , 液壓系統(tǒng)工作壓力給定為 2. 5 M Pa, 若采用液壓缸活塞直接進(jìn)行力的輸出 , 經(jīng)計算 , 所需液壓缸直徑 D = 225 mm ; 而采用該裝置后 , 所需液壓缸直徑 D = 85 mm。由上述實例可見 , 利用機(jī)械增力機(jī)構(gòu)與液壓傳動技術(shù)結(jié)合 , 在輸出力及液壓缸直徑一定的條件下 ,能顯著降低液壓系統(tǒng)壓力 ; 而在輸出力及液壓系統(tǒng)壓力一定時 , 則能顯著減小液壓缸的直徑?;跓o桿活塞缸的斜楔增力液壓夾具蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 (215021) 付春梅液壓傳動夾具在現(xiàn)代制造業(yè)中應(yīng)用極為廣泛。液壓缸的結(jié)構(gòu)形式往往出于習(xí)慣而選擇有桿活塞式液壓缸。圖 1 所示即為常用的基于有桿活塞液壓缸的斜楔增力夾具 , 其工作時 , 斜楔的斜面在液壓缸活塞桿的推動下作用于滾輪 , 使得杠桿式壓板繞固定鉸鏈軸轉(zhuǎn)動 , 從而夾緊工件。圖 1 基于有桿活塞缸的斜楔增力夾具原理圖該夾具液壓缸軸線方向上尺寸過大 , 結(jié)構(gòu)不緊湊 ; 活塞桿剛性較差 , 因而需在斜楔下面設(shè)計支承元件。為此 , 我們設(shè)計了 2 種用無桿活塞液壓缸代替有桿活塞液壓缸的斜楔增力夾具 , 一種是基于無桿活塞缸的單面斜楔增力夾具 , 活塞做成單面斜楔狀 , 用于單向夾緊工件的場合 , 見圖 2。另一種是基于無桿活塞缸的雙面斜楔增力夾具 , 活塞做成雙面斜楔狀 , 用于雙向夾緊工件的場合 , 見圖 3。圖 2 單面斜楔增力夾具 圖 3 雙面斜楔增力夾具當(dāng)活塞在液壓缸左腔液體壓力的作用下向右運動時 , 活塞上的斜面作用于滾輪 , 使?jié)L輪驅(qū)動杠桿式壓板繞固定鉸鏈軸擺動 , 進(jìn)而夾緊工件。工件夾緊后 , 在保持油壓不變的情況下可對工件進(jìn)行加工。加工完畢后使換向閥切換至右位工作 , 活塞向左運動 ,杠桿式壓板在復(fù)位彈簧 (圖中未予示出 )作用下反向擺動 , 從而松開工件。不難看出 , 對于基于有桿活塞缸的夾具而言 , 具有同樣功能的無桿活塞缸夾具在軸線方向上的尺寸大大減小 , 使得夾具的總體結(jié)構(gòu)變得簡單緊湊。此外 , 由于沒有了外伸的活塞桿 , 增強了剛性。通過建立數(shù)學(xué)模型 , 可得圖 2 所示機(jī)構(gòu)的夾緊力 F c 的計算公式為 :F c = PD2p l1G4l2 \[ tan (A+ U1p ) + tanU2 ] (1)圖 3 所示機(jī)構(gòu)的夾緊力 F c 的計算公式為 :F c = PD2p l1G8l2 tan (A+ U1p ) (2)式中 : p —— 液壓油的工作壓力 ;D —— 液壓缸的內(nèi)徑 ;l1、 l2—— 杠桿主動臂與被動臂的長度 ;G—— 杠桿的傳遞效率 , 通常取 G= 0. 97;A—— 斜楔角 ;U1p—— 滾輪的當(dāng)量摩擦角 ;U2 —— 活塞與缸的摩擦角。tanU1p = (rf 1) R (f 1 為滾輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦因數(shù) , r 為滾輪轉(zhuǎn)軸半徑 , R 為滾輪外圓半徑 ) ;U2 = arctanf 2 (f 2 為活塞與缸壁間的摩擦因數(shù) )。基于對稱連桿式二次正交增力浮動機(jī)構(gòu)的氣動夾具蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 (215021) 林杰 芮延年氣壓傳動是一種“準(zhǔn)綠色”的傳動技術(shù) ; 缺點是系統(tǒng)壓力 p 不可能太高 (一般 p = 0. 4~ 0. 7 M Pa) ,因而往往造成夾具體積過于龐大。因此 , 在要求輸出力較大的場合 , 人們常利用不同類型的增力機(jī)構(gòu) , 對壓縮空氣作用于活塞上的軸向力加以放大 , 然后再進(jìn)行輸出。此外 , 較多夾具需要 2 點浮動夾緊 , 一般都是采用附加的浮動機(jī)構(gòu) , 這使結(jié)構(gòu)復(fù)雜 , 且夾緊力不夠大。為此 , 我們設(shè)計了集增力與 2 點浮動夾緊功能于一體的新型夾具 , 運用二次正交對稱機(jī)構(gòu)與無桿氣缸結(jié)合 , 使整個夾具結(jié)構(gòu)緊湊 , 輸出力大。1. 工作原理夾具工作原理如圖 1 所示 , 在無桿活塞式氣缸的活塞中部設(shè)計有 1 個徑向孔 , 以適當(dāng)間隙與滑塊·44· 《新技術(shù)新工藝》·機(jī)械加工與自動化 2004 年 第 10 期配合 , 并通過鉸鏈與連桿連接而形成移動副。當(dāng)無桿缸活塞在上腔的壓縮空氣的作用下向下運動時 , 使徑向孔中的滑塊隨著向下運動 , 通過對稱正交連桿作用 , 使得兩壓頭同時向下運動輸出作用力 , 從而夾緊工件。如下腔進(jìn)壓縮空氣 , 則壓頭向上運動 , 松開工件。圖 1 工作原理圖由圖 1 可以看出 , 由于工件上承受夾緊力的2 點不可能絕對等高 , 且夾緊機(jī)構(gòu)各個構(gòu)件的尺寸也不可能制造得絕對精確 , 因而用常規(guī)的夾緊機(jī)構(gòu)不可能對 2 點均勻施壓。而該夾具中的滑塊能夠根據(jù)工件 2 點的位置在活塞徑向孔中作自動適應(yīng)性滑動調(diào)整 , 在保證 2 點均壓的同時 , 基本保持了夾具結(jié)構(gòu)的簡潔、緊湊。2. 力學(xué)計算不考慮壓頭的浮動 , 通過建立力學(xué)模型 , 圖 1 所示夾具系統(tǒng)的 2 個壓頭的輸出力總和與輸入力之比i 可用式 (1)計算 :i = 1 + A 1B 3A1B 2 + A 1B 3(1)式中 A、 B為連桿的壓力角 (見圖 1) ; H1、 H2、 H3 為鉸接中心 O 1、 O 2、 O 3 處的當(dāng)量摩擦角 ,A 1 = tan (A+H1) , B 2 = tan (B+ H2) ,B 3 = tan (B+ H3) , 其通用計算公式為 :H= arctan f dl (2)式中 d 為相應(yīng)鉸接處鉸鏈軸的直徑 ; l為連桿兩端鉸鏈孔的中心距 ; f 為鉸鏈副的摩擦因數(shù)。3. 力學(xué)特性討論與應(yīng)用由式 (1)可以得出實際輸出力 FO 為 :FO≈ 1 + A 1B 3A1B 2 + A 1B 3PD 2p4 (3)式中 D 為氣缸內(nèi)徑 ; p 為氣缸內(nèi)壓縮空氣壓力。壓力角 A、 B的值越小 , 二次正交對稱增力機(jī)構(gòu)的力放大效果越顯著。例如當(dāng) f = 0. 1, d = 10 mm ,l = 100 mm 時 , 由式 (2) 可計算得 H≈ 0. 6° , 若設(shè)計時采用的壓力角 A= 10°、 B= 15° , 由式 (1) 算得增力系數(shù) i≈ 11。在如此小的空間結(jié)構(gòu)內(nèi)能達(dá)到 11 倍的力放大效果 , 這是一般增力機(jī)構(gòu)極難做到的??梢?, 采用二次正交對稱增力機(jī)構(gòu)能夠顯著減小系統(tǒng)的體積。例如某夾具要求實際輸出力 FO = 15kN , 若采用系統(tǒng)壓力的氣缸直接作用 , 可算得氣缸直徑 D≈ 200 mm。而采用同樣系統(tǒng)壓力的圖 1 所示夾具 , 并取壓力角 A= 10°、 B= 15° , 經(jīng)式 (3) 計算得 :D≈ 55 mm。由以上所述 , 可見 , 對稱式二次正交連桿浮動夾具不僅夾緊力大 , 在輸出力一定的條件下 , 可顯著減小氣缸直徑及整個夾具的體積。且由于采用了無桿活塞式氣缸 , 不僅簡化了結(jié)構(gòu) , 實現(xiàn)了浮動夾緊 , 而且相關(guān)的密封部位由動密封轉(zhuǎn)變?yōu)殪o密封 , 氣體泄漏容易得到控制。采用二次正交對稱增力機(jī)構(gòu)的力放大作用 , 能在一定程度上克服氣壓傳動系統(tǒng)壓力小的缺點 , 從而可在某些場合代替液壓傳動夾具 , 適應(yīng)了現(xiàn)代傳動技術(shù)向少、無污染方向發(fā)展?;跓o桿活塞缸的杠桿式壓板液體傳動夾具蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 (215021) 鐘康民在設(shè)計基于杠桿式壓板的液體傳動夾具時 , 經(jīng)常受到機(jī)構(gòu)自由度不夠的困擾。因杠桿式壓板的運動方式為擺動 , 液體缸中活塞為直線運動 , 若液壓缸固定 , 勢必造成整個裝置的自由度為零。采用鉸接缸雖然能解決這一問題 , 但鉸接缸剛性差 , 且缸體擺動與活塞的直線運動同時進(jìn)行 , 容易引發(fā)沖擊和噪聲。為此 , 設(shè)計出一種基于無桿活塞缸的杠桿式壓板液體傳動夾具 , 較好地解決了上述問題。該夾具原理見圖 1, 在液壓缸無桿活塞中部設(shè)計 1 個圓柱形的徑向孔 , 耐磨襯套以過盈配合壓入該孔中 , 杠桿式壓板右端球頭部與耐磨襯套為間隙配合。當(dāng)活塞上、下運動時 , 杠桿式壓板繞固定支點擺動 , 壓緊或松開工件。圖 1 基于有桿活塞缸的斜楔增力夾具原理圖杠桿式壓板的左端也為球形 , 并壓入了 1 個球冠狀壓緊元件 , 這可使壓緊工件時為面接觸 , 以降低工件夾緊部位的接觸應(yīng)力 , 尤其適用于對材料強度較低的輕合金工件的壓緊。該夾具與有桿活塞缸相比 , 結(jié)構(gòu)緊湊 , 制造工藝性好 , 剛性高?!?4·《新技術(shù)新工藝》·機(jī)械加工與自動化 2004 年 第 10 期
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