新型机床夹具及其气控系统设计

新型机床夹具及其气控系统设计杨铁林王永昌刘志艳1引言夹具是工件加工过程中，对工件进行夹紧的装置。夹具应满足以下使用要求：(1)在夹紧过程中应能保持工件的既定位置，更好地使工件得到定位。(2)夹紧应可靠和适当。既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，同时又不使工件产生不允许的变形和表面损伤。(3)操作安全、方便、省力。本着上述使用要求，本文设计了桶盖自动夹具。生产实践表明，该专用自动夹具操作方便，安全可靠，自动化程度高。与原普通夹具相比，该自动夹具使桶盖生产效率提高了3倍。2夹具的设计(1)结构设计由于桶盖壁薄等特殊结构限制，使夹具的夹紧方式只能采用外胀型式，以对桶盖的内圆、外圆及端面进行切削。夹具结构如图1所示。1.拉杆2.锁紧螺母3.导向套4.底盖5.套筒6.弹簧7.端盖8.胀爪9.锥体图1夹具结构图为使工件在夹紧过种中实现自动定心定位，该夹具采用了斜面定心夹紧机构。夹紧时利用旋转气缸通过拉杆拉动锥体向左移动，通过锥面使三个胀爪同时伸出，对工件进行定心和夹紧。(2)夹紧力的计算桶盖切削过程中，夹紧的作用是防止工件在主切削力Pz的作用下发生转动和在轴向力Py作用下发生轴向移动。因为桶盖的轴向由夹紧机构的端盖定位，因此夹紧力只须克服主切削力即可。设每个胀爪的夹紧力为F，则F＝KPz/(3f)式中：F—每个胀爪夹紧力;Pz—主切削力，由单位切削力计算得Pz＝2814N;K—安全系数，综合考虑加工性质、刀具钝化等因素，取K＝2.5;f—胀爪与工件表面间的摩擦系数，取f＝0．4［1］；计算得F＝5862N(3)夹具主要参数的确定综合考虑斜面的增力比和位移比，取楔角α＝8°，由此计算得夹具所需拉力Q＝6065N胀爪的初始外伸量取0.5mm，则斜面的最小位移量为S＝3．6mm3旋转气缸的设计(1)旋转气缸的结构设计由于气动系统具有动作迅速，便于控制等许多优点，因此采用旋转气缸实现夹具的夹紧。旋转气缸的结构如图2所示。1.导气接头2.导气轴3.缸盖4.活塞5.活塞杆6.缸体A、B.气道图2旋转气缸结构图导气接头是固定在机床上不旋转的。导气轴与气缸连在一起，可以在接头里旋转。导气接头的内腔有两个环形的气槽，它们一边和外边的不动的气道相通，另一边与导气轴的两个气道相通。环形的气槽保证了导气轴在旋转时，它的两个通向活塞前后腔的气道和外气源相通，控制活塞的往复动作。(2)气缸主要参数的确定气动系统的工作压力定为0.5MPa。气缸直径为式中：D—气缸缸径，m；Q—夹具所需拉力，N；p—气缸工作压力，Pa；η—气缸负载率，η＝0.8计算并圆整得D＝0.140m=140mm。为了使胀爪在磨损一定量后，夹具仍然能正常工作，提高夹具的使用寿命，取气缸行程S1＝20mm。4气动系统设计气动控制系统原理图如图3所示。系统中采用脚踏式换向阀控制气缸动作，操作方便、灵活、可靠。系统耗气量0.1m3／min。图3气动系统原理图作者单位：燕山大学(秦皇岛市：066004)参考文献［1］哈尔滨工业大学主编.机床夹具设计.上海科学技术出版社，1980［2］王绍俊主编.机械制造工艺设计手册.北京：机械工业出版社，1985收稿时间：1997-10-28