夹具设计新观点

亮剑

夹具设计新观点

       众所周之，金属加工三大要素机床、刀具和夹具中，机床和刀具技术的进步令人眼花缭乱。由于夹具的专用性强，技术相对落后，致使无法发挥昂贵高效的数控机床和刀具的最高效能，成为阻碍金属加工技术进步的瓶颈。我国甚至在几年前还极少有专业夹具公司和商品化通用夹具零部件。

       我们知道，一般金属加工夹具的基本要求是定位准确、夹紧可靠，操作方便、不产生夹紧变形，易于排屑。

       随着数控技术的发展和数控机床的普及，对夹具提出了新的要求：
1.减少辅助时间：一般数控机床比较昂贵，如何高效能发挥机床和刀具的先进性呢？减少装夹和找正工件的辅助时间是最容易实现和最经济的。
2.可靠性：数控机床一般能高速切削、多工序集成加工，往往要求夹具具有更高的刚性、可靠性和能够适应多种切削工况。
3.轻量化：跟传统机床不同的是，数控机床往往是多轴联合运动，夹具不是固定的，而是随某轴运动的。这就要求数控机床夹具减少重量、从而减小运动惯量，提高定位精度和快移速度。
4.专业化柔性化模块化：数控机床夹具专业化作为一种趋势已经势不可挡。专业公司能够根据机床刀具特点，不断开发适合的夹具及其零部件，进而实现更广泛的模块化和柔性化组合。

       我的几个夹具设计观点（具体参见文本最后的两个贴图实例）：

1.夹紧状态下尽可能消除夹具元件运动间隙，并实现自锁。
       间隙的存在是失去刚性的根本原因。夹具零件偶合件的相对运动需要间隙，这个间隙会随着切削力的大小和方向不断的改变。微观的看实际上是没有夹紧工件。
       现在广泛采用的小型液压或气动夹具缸是实现夹具轻量化非常好的模块。但是，目前还没有夹紧后能够消除活塞杆间隙的夹具缸产品。我研发了这种能够消除间隙并自锁的夹具缸。
       对于这种广泛应用的夹具缸多说两句。目前最容易失效的是转角缸（辅助支撑缸好的多），主要失效模式是：1）活塞杆弯曲变形；2）压板与杆配合孔轴变形；3）压板换向失灵；4）密封件失效；5）抗污染能力差。究其原因，主要是活塞杆承受偏载力，压紧时造成杆子后仰，引起各种失效；内部结构尺寸小、对材料、加工精度等指标要求高，而且价格昂贵。

2.多点密集夹紧。
       为了克服切削力，必须保证足够的夹紧力。但是，传统夹具结构往往夹紧点不够多。如图3所示实测加工过程中工件晃动0.5mm，但是仅仅4个夹紧点的力量无法保证工件不变形的情况下克服切削力。在液压气动技术广泛应用的今天，技术上已经很容易实现多点密集夹紧。

3.尽可能在工件原有状态下实现夹紧。使工件加工后只有切削应力的释放，没有弹性变形的恢复。
       如采用弹性套类夹紧圆形工件是改变工件的异形实现全面接触，而采用液压控制的多点密集夹紧，对工件的夹紧没有改变工件的异形。

4.尽可能减小甚至消除惯量的影响。
       对于回转件的普通三爪卡盘，高速回转时卡爪受旋转惯量的影响，会失去一部分甚至全部夹紧力，此时宜采用筒形夹具体、或增加端面压紧，当然，动平衡是必须的。对于直线运动夹具，采用轻量材料或者减重结构是必须考虑的。

5.改变夹具偶合件面接触状态，尽可能采用锯齿形接触面。

6.大型异形工件夹具：
       如下图的大型回转件的卡盘夹具，十字架式设计的基本思路是利用机床工作台自身的精度保证夹具的定位精度和自动化操作，避免了独立卡爪找正的麻烦、整体卡盘造价昂贵的缺点。

7.快速柔性装夹的最佳方案——零点定位系统。
       这个方案既可快速精密定位，又能通过更换最少的零件实现夹具的快速切换。而且是采用机械式（碟形弹簧）可靠夹紧，液压或气动自动松开。通用化程度很高。
       我搜集的产品原理见我曾经发过的帖子《各商家零点定位装置结构图片汇总http://www.jixietop.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=83&extra=》。

补充：
1.计算是应该有的，而且是必须的。特别是多点密集夹紧！！！当然，别说那个转角缸你计算过！失效模式和目前产品状态是我调研了好几个大公司用的各种产品的结论。
2.未涉及工艺方案和工艺规程制定方面。切削力的来源和大小自然是设计夹具之前就应该计算。

附件：论文《采用钻模套的新观点》，贴图《消隙自锁夹具缸》和《薄壁件高刚性夹具》

       以上仅仅是自己的一些看法和修正措施罢了，属于夹具设计的一些通用原则，书本未见，纯属原创。观点仅代表个人，欢迎大侠们补充、指正、指导。


32楼对零点定位系统的讨论做了一下总结，请围观。http://www.jixietop.cn/forum.php ... pid=3844&fromuid=14

groyne

迷茫的维修 发表于 2016-8-12 22:27
夹具，其实，就是定位压紧
机床到刀具的媒介。
我只看到你讲多点密集夹紧，怎么定位的？

三爪为啥会飞？

除非管理混乱。

海天一色

精彩！

枯藤

这个我给99分，本来应该满分，扣掉一分就当我是跟你抬杠了

小行星

难怪大叔这几天在群里侃的少了~是去憋大招了

groyne

根据自己手里枪的性能去找轻松干掉的敌人？

还是根据敌人的特点制订相应的打法？


只谈工具不说工件，连个具体工件的例子都没有，更别说机床台面，生产批量，节奏，维护，复检，工位咯。

亮剑

groyne 发表于 2016-8-12 22:05
根据自己手里枪的性能去找轻松干掉的敌人？

还是根据敌人的特点制订相应的打法？

共性问题说了。贴图中就是个案的举例。这件事太复杂，简单说就是叨叨，复杂说只能个例。

groyne

大家都是人，铁块都能削，这揍是共性。

俺是肥秃子，每周自个剃头，剃须刀很好用，这就是个案。

亮剑

groyne 发表于 2016-8-12 22:20
大家都是人，铁块都能削，这揍是共性。

俺是肥秃子，每周自个剃头，剃须刀很好用，这就是个案。 ...

可以具体说吗？夹具貌似跟秃子风马牛不相及吧。

迷茫的维修

夹具，其实，就是定位压紧
机床到刀具的媒介。
我只看到你讲多点密集夹紧，怎么定位的？
你那个只是压紧，还不能完全意义上的加紧
高速离心还是有可能飞的
做的再好，只是降低概率配合，
材料，耐磨性，等等