机床专用夹具参数化虚拟装配技术研究

王继红

摘 要：机床夹具在机械加工中起着很重要的作用，夹具是联系机床、工件与刀具中紧密配合的重要环节。机床夹具的主要作用就是保证加工的精度、提高劳动生产率、扩大机床的使用范围和保证生产的安全性。参数化的设计研究是提高企业产品设计创新能力的关键，从不同的参数化模型来得出其相应的解决办法。

关键词：机床专用夹具；参数化；虚拟化装配

1 机床专用夹具设计内容

机床专用夹具一般是由夹紧装置、对刀装置、定位装置和夹具体等基本装置组成，其内容主要包括：⑴设计夹具的定位机构。此过程主要包括了对夹具定位元件与机构的选择、方案的确定和对定位误差的计算等。定位元件的选择则是包括定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等；定位方案是指工件以内孔、以平面定位、以外圆柱表面进行定位，之后在根据不同的定位方式来进行定位误差的计算。⑵设计夹具的夹紧装置。这部分主要是由力源装置、夹紧元件与夹紧机构、中间的传力机构组成，包括夹具夹紧元件与机构的选择、夹紧方案的确定以及计算夹紧力和切削力等。斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、联动夹紧机构等则是属于对夹紧机构的选择，根据切削力计算夹紧力的大小并且确定合理的夹紧方案。⑶设计夹具的对定机构。夹具对定机构的设计包括对刀装置与元件、引导装置与元件、分度装置以及其相关的计算，如定向键、对刀块、计算刀块到定位元件位置的尺寸、分度装置、计算分度误差等。

⑷夹具总体装配布置和其工艺的设计。

2 机床专用夹具设计时的常用步骤

（1）明确设计的要求和生产所需条件、认真调查并收集设计资料；（2）确定夹具所用的结构方案、并且绘制夹具所需要的总图；（3）对夹具精度的校核和绘制夹具零件的工作图；（4）夹具设计时其质量的评估。

3 机床专用夹具的对象装配

机床专用夹具装配时的的对象模型是由机床专用夹具的装配对象和另一个对象之间的组合，因为根据大量的实例研究来看，无论是机床专用夹具的零件的装配还是部件的装配，都是以一种装配模型為基础的。机床专用夹具的对象装配之间的原则是指装配对象之间互相存在的约束关系。这种关系都是由装配对象以及几何特征和装配几何特征之间的装配来进行约束的。根据人们研究的模型来看，组成装配几何特征的装配元素根据几何特点可以分为平面、曲面、直线、曲线、点等；通过对它的特点分析，几何特征的元素主要为面元素，其中包括有平面、锥面、柱面、球面等。不仅这样，对装配几何特征来说，它的排列方式不是没有规则可言的，它的排列还存在着尺寸的约束。

4 机床专用夹具的装配过程

自上而下的装配过程是非常符合复杂装配的一种方法，它的设计步骤为：⑴确定设计目标。⑵提供设计时所需要的模型。⑶开始对部件进行设计。从设计好的实体模型中可以看出，这种自上而下的设计方法就是在建立各个零件间的关系，并且在每个零件设计好之后自动的进行装配。这种自上而下的设计技术是在参数化特征造型后，CAD技术再次重要突破。

5 机床专用夹具设计实例

本节以压泵上体的零件图为例子，加工液压泵上体部分的三个阶梯孔，根据其工艺规程在2nT_阶梯孔之前，部件的顶面与底面、两个◇8H7的孔和两个奎8mm TL都已加工好。而本工序加工时所需的要求有：三孔轴线与底面垂直度，四小孔和中间阶梯孔的位置要求以及三个阶梯孔的距离是254-O.1mm。后两项要注公差，加工的要求较低，试设计车床专用夹具。

首先要确定定位方案和设计定位装置。工阶梯孔的加工工序的基准和限位基准为都分度滑盘的上表面。根据基准垂合的原理，分度滑盘的上表面应该为定位基准。分度滑盘的上表面用来限制XY方向转动和Z方向移动这三个自由度的。第二确定夹紧的方案和设计其夹紧装置。车床夹具的夹紧装置必须安全又可靠。夹紧时力作用点和方向应按|以下要求进行选择：主要的夹紧力的方向应朝向主要定位基准，作用点靠近支承面的几何中心；夹紧力方向应利于减少夹紧力，尽量和工件的主要定位基面垂直，和切削力、重力的方向是一致的；夹紧力的方向和作用点应作用于工件刚性较好的方向和部位。第三就要确定夹具与机床的连接方式。对于径向尺寸大的夹具，一般是通过车床主轴轴颈和过渡盘进行连接的。之后装配在过渡盘的凸缘上，然后再用螺钉进行紧固。最后进行分度装置设计。

6 结语

机床夹具在机械加工中直接影响着其质量，生产的效率和生产成本。这对一个企业来说也是一种影响。企业在长期机床夹具的生产中会积累一定的生产经验领用这些来提高家具生产的效率。本文就简单的对机床专用夹具参数化虚拟装配进行了讨论，讨论了零件与部件之间的连接关系、零件的设计信息和在Pro/E系统中机床专用夹具怎样进行虚拟装配等。

通过对机床夹具的了解，我们知道了利用CAD平台上机床虚拟装配技术可以快捷的实现夹具的装配过程，这样的方法不仅节省了很多时间和装配人员的体力，还不易出错，这样大大的提高了机床专用家具的生产效率。这对一个企业来说是不仅提高了生产能力、降低了成本，还提高了产品的质量。机床夹具参数化虚拟装配的研究对我国也起着很大的作用。

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