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FMS的夹具系统_图文

文章编号: (!""() &""& $ !!)( "2 $ ""3& $ "2

4,- 的夹具系统
王筠,马柯,杨承涛
(西安工程科技学院 机电工程学院,西安 %&""#3)
摘要: 文章简要介绍国内外柔性制造系统 (4,-) 所采用的夹具系统, 其中包括通用夹具、 专用夹具、 成组夹具及组合夹具, 并指出组合夹具为工业化国家目前 4,- 普遍采用的夹具系统; 同时文章着重介绍了柔性数控改夹紧装置, 对其结构、 工作 原理及特点作了较为详尽的描述。该装置由于可以节省价值较为昂贵的交换工作台和具有较大的柔性而成为 4,- 及自 动化车间的工件夹持系统。组合夹具和柔性数控改夹紧装置将是 4,- 夹具系统的发展方向。 ;夹具系统;柔性数控改夹紧装置 关键词: 柔性制造系统 (4,-) 中图分类号: 文献标识码: 56%(; 57&)( 8

!"#$%&’( )%%#*#+,- ./-+0$ 12* 34. 98:6 ;<=,,8 >?,;8:6 *@?=ABCDE ( -F@EEG EH ,?F@D=IFDGB/G?FCJE=IF /=AI=??JI=A,KID= +=LCIC<C? EH /=AI=??JI=A 5?F@=EGEAM KID= %&""#3,*@I=D)
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引言

目前工业化国家的制造业中, 数控机床、 加工中心、 柔性制 造单元 (4,*) 、 柔性制造系统 ( 4,-) 和柔性制造线 ( 4,W) 已被广 泛采用, 传统的车床、 钻床、 铣床、 磨床、 刨床已有被取代和淘汰 的趋势。在国内数控机床、 加工中心、 4,* 和 4,- 的应用也日 益广泛。但在采购上述设备时人们往往只注意设备的性能、 加 工精度、 加工范围、 刀库容量等, 而对选用何种夹具系统较少考 虑, 从而出现在先进的加工设备上应用相对落后的通用夹具或 专用夹具的情况, 不能充分发挥此类设备的效率。本文拟就国 外普遍采用的夹具系统及由德国斯图加特大学机床研究所开发 的柔性数控夹紧装置做简要介绍。

定购数控车床时随机定购一定的数量。其优点是精度高, 能满 足高精度零件加工的要求, 也可以实现自动更换。但是它只能 加工一定尺寸、 形状的零件, 适用范围有限, 不能加工较大、 较重 的零件。 工业化国家的数控车削中心或加工回转体类零件的 4,-、 4,* 通常采用可更换卡爪的双爪卡盘。这种卡盘的夹紧驱动可 以是机械、 气动、 液压或电气 $ 液压以及电磁式多种形式。工作 时根据指令机械手从夹具库中取出所需的卡爪, 自动更换进行 加工精度 加工。其优点是能满足 4,- 生产过程全自动的要求, 高, 范围广, 是 4,- 加工回转体类零件夹持的主要发展方向。

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专用夹具

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通用夹具

通用夹具, 如三爪卡盘、 弹簧卡头、 顶尖和鸡心卡头、 分度 头、 回转台、 平口钳、 X 形铁等。对加工回转体类零件的数控车 床和车削中心而言, 国内目前仍大量应用三爪卡盘。其优点是 具有一定的万能性, 能适应不同直径范围工件的装夹要求, 无需 再投资, 操作工人已习惯使用, 尚能满足普通生产的要求。缺点 是不能实现生产过程的自动化, 工件加工完后需停机进行人工 装卸, 其次是精度不高, 由于三爪卡盘的盘向螺纹的误差较大, 不能 用它所夹持的工件同心度误差约在 " T "( $ " T &QQ 范围内, 满足高精度零件加工的要求。 另外经常采用的通用夹具为弹簧卡头。这种夹具通常是在

专用夹具通常是根据零件的形状特点及加工要求, 按照六点定 位原理, 选择合理的定位面及夹紧面, 专门为这某零件设计和制造的 夹具。一般多用于非回转体类零件, 如壳体、 机架、 墙板、 杠杆等。 专用夹具的优点在于其针对性强, 结构紧凑、 操作方便迅速, 能 满足零件加工的要求。缺点为设计、 制造成本较高, 周期长, 只能适 应一种零件的加工。 国内大多数企业将数控机床、 加工中心、 4,- 作为精稀设备使 用, 所加工的零件频谱范围并不宽广, 故仍有许多企业用此类夹具进 行工作, 如纺织机械行业的墙板, 座架类零件多采用专用夹具。 其加工零件 工业化国家的数控机床普及率已达 %"Y 以上, 的范围广, 采用专用夹具远不能满足零件变更的要求, 故很少采 用专用夹具。

收稿日期: !""# $ "% $ &# 作者简介: 王筠 (&’() $ ) , 女, 湖南湘潭人, 西安工程科技学院机电学院副教授, 主要从事 *+,- . /01, 控制理论等研究。

万方数据

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成组夹具

成组夹具是根据相似性原理, 用成组技术的方法将企业所 生产的产品零件进行科学分类, 建立尺寸形状相似或工艺相似 的零件族, 再针对这些零件族设计适用于该组零件的既有专用 夹具特点, 而又有一定范围通用性的成组夹具。当被加工零件 尺寸变化时, 该夹具仅作适当的调整即可进行加工, 而且此类夹 具也可以采用组合夹具的标准元件进行组装。 成组夹具的优点在于其成本相对较低, 调整方便迅速, 能够 满足零件加工精度要求。其缺点是应用范围有一定限制, 当零 件类别变换时则不能使用。这种夹具对于系列化的定型产品, 而且有一定生产批量的情况是一种较为经济、 实用的夹具类型。

的刚度不如专用夹具的整体刚度高, 而且它的一次性投资较高。 尽管如此, 组合夹具仍是最适合于 "#$ 和 "#% 的夹具系 统。它是未来的自动化车间和自动化工厂必备的夹具系统。目 前工业化国家的数控加工中心和 "#$ 大多采用这种类型的夹 它是 "#$ 夹 具。 (图 ( 所示为德国广泛应用的矩阵式组合夹具) 具发展的主要方向, 这种组合式夹具在我国的数控机床和 "#$ 的加工中的应用将会日趋广泛。

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柔性数控夹紧装置

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组合夹具

组合夹具是利用积木式原理将预先设计和制造好的夹具元 件根据零件的加工要求组装成夹具进行加工。当加工对象变化 时, 可以将夹具拆卸开, 清洗后重新组装成新的夹具。它特别适 合于多品种、 中小批量生产企业的要求。 组合夹具由八大类零件组成, 即: 基础元件、 支撑元件、 定位 元件、 导向元件、 紧固元件、 辅助件、 夹紧元件和组合元件组成。 根据组合夹具的结构和调整方式, 它可以分为槽系、 孔系和 。国内目前大多采用槽系, 精度和 螺孔系三大类 (如图 ! 所示) 刚度稍低一些, 而国外大多采用孔系, 精度较高。

随着制造业自动化程度的不断提高, 加工中心、 "#$、 "#%、 以及自动化工厂、 自动化车间已经逐步成为现实。工业化国家 数控机床的普及率已经达到 )*+ , -*+ 以上。此时为了满足生 产柔性化的要求, 许多 "#$ 备有可存储数百把刀具的中央刀 库, 同时为了有足够的待加工零件的存储, 也都备有夹具工作 站。这种夹具工作站存储了几十种以上的夹具。但这种存储并 非仅仅存储夹具和零件, 而是带有夹具的工作台。众所周知, 高 精度的机床工作台、 造价是十分昂贵的。随着 "#$ 生产柔性化 和自动化程度的不断提高, 这种工作台的存储有不断增加的趋 势。因此它是限制大型 "#$ 发展的一个重要的制约因素。为 降低 "#$ 工件存储、 装夹、 运输成本, 增强其竞争能力, 德国斯 图加特大学机床研究所开发研制了一种用于 "#$ 的柔性数控 夹紧装置, 现介绍如下: 回转式柔性数控夹紧装置 #.$ 图 / 所示为回转 式柔性数控夹紧装置的 外观图。它是安装在作 三维运动的加工中心对 面并可与该加工中心合 并成一台加工机床的夹 紧装置。 工作时该装置夹紧 工件, 由加工 中 心 完 成 工件侧面的加工。加工 图 / 回转式柔性数控夹紧装置的 完一 个 侧 面 后 刀 具 退 外观图 回, 工件在上、 下定位与 侧面定位销重新 夹紧元件的夹持状态下回转 0*1。转位完毕后, 伸出, 接着进行另一侧面的加工, 如此循环进行直至四个侧面全 部加工完成。但工件的侧面尺寸不同时, 其侧面定位销可根据 工件侧面的定位要求自动进行偏心式回转, 并可以根据控制指 令调整其伸出长度。如果工件的上、 下面也需要加工时, 该装置 这样即可以 配有工件翻转装置, 可将工件绕水平轴线翻转 0*1, 在一台加工中心上完成工件的六面加工。 回转式柔性数控夹紧装置的定位、 夹紧原理是按照棱柱类 零件或其它非回转体类零件的形状特点来安排的, 即底面采用 三点或四点定位, 顶面有三点或四点夹紧, 侧面布置两个定位 点。每个定位或夹紧元件可单独作偏心回转, 以形成不同尺寸 的大小的组合, 从而满足不同形状零件定位及夹紧的要求。 底部定位元件的具体结构如图 2 所示。每个定位元件的回 转调整是由步进电机 !, 蜗杆 ( 和蜗轮 / 单独驱动的。旋转角度 的大小是根据加工零件的定位要求预先编制好程序由与数控加 工中心共用的数控系统进行控制的。 定位元件 2 的高低位置由装置在蜗轮 / 轴线方向上的步 进电机 3, 丝杠 4 以及与定位元件 2 固定在一起的螺母 ) 来完成

图 ! 组合夹具的三种类型 组合夹具的特点是它能满足三化, 即标准化、 通用化和系列 化的要求, 具有组合性、 可调性、 柔性、 应急性等一系列优点。仅 需要一次投资即可长期广泛的使用。相对于专用夹具而言其成 本比较低, 特别是它能够适应产品变型和 "#$ 加工范围不断扩 大对夹具的要求。同时它可以较为容易的实现夹具设计的 %&’ 和自动装配, 能够为 "#$ 的连续自动化生产创造良好条件。

图(

矩阵式组合夹具

组合夹具的缺点为各元件之间的配合环节较多, 有时夹具 ? -( ?万方数据

的。按照工件的上、 下 定位要求步进电机 " 驱动丝杠 # 转动, 使得 与定 位 元 件 固 连 的 螺 下移动。四个 母 $ 上、 定位元件可分别调整, 因此 不 论 定 位 表 面 是 平面或台阶面, 均能满 足定位要求。 工件 每 一 个 侧 面 加工后的回转, 是由安 装在 四 个 定 位 元 件 外 蜗杆 部的步进电机 %, & 和蜗轮 ’( 来实现的。 步进电机 % 带动蜗杆 & 和蜗 轮 ’( 回 转 时, 四 个定 位 元 件 带 动 工 件 一起沿工作台轴回转, 可转动 &(), ’%(), *$(), 图 ! 底部定位元件的结构示意图 +#()或其它任意角度。 为使 定 位 元 件 对 工件的定位稳定可靠, 每个 定 位 元 件 在 位 置 调整后进行锁紧。图 " 所示 为 底 部 定 位 元 件 的结 构 示 意 图。该 装 置采 用 鼠 牙 盘 式 锁 紧 结构。 当 定 位 元 件 ! (图 " 中的元件序号与 作偏心回 图 ! 的相同) 转调整后, 首先由油缸 下鼠牙盘 ’* 驱动使上、 然后由步进电 ’’ 脱开, 机 ’ 驱动蜗杆 * 和蜗 轮 + 使定位元件 ! 转 到预 定 的 位 置。回 转 图 " 底部定位元件的锁紧装置的 运 动 结 束 后, 油 缸 ’* 结构示意图 动作, 使鼠牙盘重新啮 合, 使定位元件 ! 达到闭锁的目的。 柔性数控夹紧装置上部的四个夹紧元件的偏心回转原理与 底部完全相同, 其区别仅在于夹紧元件的上、 下运动是由液压油 缸直接驱动的, 这样既保证有足够大的夹紧力, 又可使工件的定 位、 夹紧可靠。 侧部的两个定位元件的调整原理与上部的定位元件相同。 该柔性数控夹紧装置是基于试验目的, 因此仅适用于中、 小 型零件, 对于大型工件, 可根据此原理将其结构尺寸做相应扩大 即可使用。 其工作范围和技术参数为: 上、 下定位和夹紧元件之间的极限距离 &( , +’( -上、 下及侧面定位和夹紧元件的行程长度 ’$(、 !’(、 +%(-侧部定位元件的极限距离 ’(! , +%(-最大夹紧力 ’"’*(. 主回转蜗轮每转时间 *(/ 定位夹紧元件蜗轮每转时间 %/

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回转定位精度 柔性数控夹紧装置的优点

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柔性数控夹紧装置与传统的组合夹具、 夹具输送工作台相 比具有以下优点: 省掉了制造精度要求比较高的夹具, 夹具输送工作台以 (’) 及输送夹具工作台的无人小车, 使得 234 的投资成本降低; 由数控系统控制的可调定位、 夹紧系统, 不需要人工改 (*) 装调整, 可节省大量的辅助时间。定位、 夹紧装置调节的自动化 程度高, 为将来的工厂自动化创造了良好的条件。 柔性数控夹紧装置采用液压夹紧系统, 夹紧稳定可靠, (+) 定位及回转精度高。工件可在夹紧状态下, 迅速实现不同侧面 的转位与加工。 可调范围广, 灵活性大, 能够与 234 的加工范围相匹 (!) 配, 因而该装置是 234 工件装夹系统较为理想的解决方案之一 (") 柔性数控夹紧装置与通用夹具系统成本之比, 可按下式 计算: $%& ’ $’ ( $) !" # ( $% ’ $*+% ) ,) 其中: — — 柔性数控夹紧装置与通用夹具系统的成本比 !$ — — — 柔性数控夹紧装置的成本 $%& — — — 为适应 234 加工范围所增加的柔性数控夹紧装置 $’ — 部分的成本 — — 由于省去夹具工作台, 回转工作台所节约的成本 $) — — — 通用夹具的成本 $% — — — 夹具输送工作台的成本 $*+% — — — 夹具及夹具输送工作台数量 ,) — -./ ’ 3 -0 1 2 其中 -./ 为无人操作的加工时间, -0 1 2 为每次装夹的平均加 工时间, 3 为由无人操作过渡到有人操作时的加工贮备。 当 -./ # ’# 4 时, 3 # ( 5 * ,) 3 # ( 5 ’ ,) -.6 # #! 4 时, ,) # 经计算在工件夹具及夹具输送工作台成本较高时, 且当无 人操作时间较长, 例如, 周末 #! 小时时间柔性数控夹紧装置的 经济效益最为显著, 可节省大量用于工件夹具、 夹具工作台的费 用, 并可显著扩大 234 的加工范围。

#

结束语

本文简要介绍了数控机床、 加工中心、 235、 234 所应用的 夹具系统, 并对组合式夹具和柔性数控夹紧装置作了较为详细 的介绍。由于这两种系统所具有的优点, 笔者认为它将是 234 夹具系统的发展方向。希望通过本文的介绍, 能够对 我 国 的 234 及数控加工的夹具系统的应用起到一定的作用。 [参考文献] 上海工业大学 1 机床夹具设计 [ 3] [’]哈尔滨工业大学, 1 上海: 上海科技出版社, ’&%( 1 [*]杨承涛 1 柔 性 数 控 夹 紧 装 置 的 原 理 及 应 用 [ 6] 1 机 床, ’&%$ (’() 7 [+ ] 89 , :;<1 =>?9@A9B CD?EF 2:?G;>:? 4HAIIJD99;K@ELI<?I, M?K@I;/K@?9 ( ) N?9:A< CL?IE?9 C9D//-AII1 4ELEE<A9E , NA;@;I<?I ’&%(1 * (编辑 赵蓉) ? %+ ?

万方数据

FMS的夹具系统
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 王筠, 马柯, 杨承涛, WANG Yun, MA Ke, YANG Cheng-tao 西安工程科技学院,机电工程学院,西安,710048 组合机床与自动化加工技术 MODULAR MACHINE TOOL & AUTOMATIC MANUFACTURING TECHNIQUE 2005(3) 1次

参考文献(3条) 1.杨承涛 柔性数控夹紧装置的原理及应用 1987(10) 2.哈尔滨工业大学;上海工业大学 机床夹具设计 1980 3.Dr-lig Eberhard Goetz Flexible Spannvorrichtungen,Technischer Verlag Guenter Grossmann 1980(02)

本文读者也读过(10条) 1. 赵玉峰.孔博.ZHAO Yu-feng.KONG Bo 一种简易实用的夹具在数控车床上的应用[期刊论文]-机械工程师2009(4) 2. 方和平 柔性夹具的发展与应用[期刊论文]-现代制造工程2002(1) 3. 胡绍军 数控机床夹具的改进探讨[期刊论文]-机械工程师2007(6) 4. 李佰茹.常野.LI Bai-ru.CHANG Ye 柔性制造系统中组合夹具的设计研究[期刊论文]-组合机床与自动化加工技术 2005(7) 5. 陈国强 敏捷夹具RRS系统研究[学位论文]2004 6. 李娟.刘洪伟.Li Juan.Liu Hongwei 柔性制造系统中组合夹具在制造业中的应用[期刊论文]-重型机械科技2007(1) 7. 袁光明.孙厚芳.陈光明.YUAN Guangming.SUN Houfang.CHEN Guangming 高速开关阀在机床夹具上的应用[期刊论文]机床与液压2006(3) 8. 刘宝珠 可调型液压卡盘软爪车削夹具[期刊论文]-机械制造2004,42(5) 9. 崔国权 数控辊环磨床夹具装置[期刊论文]-机械制造2002,40(10) 10. 沈晋君.闫献国.SHEN Jin-jun.YAN Xian-guo 柔性夹具在数控机床上的发展与应用[期刊论文]-太原科技大学学报 2007,28(1)

引证文献(1条) 1.叶明亮.夏广岚.马岩 木制楼梯扶手弯头反面成型面数控成组夹具设计[期刊论文]-林业机械与木工设备 2008(5)

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