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OTT-JAKOB夹具的设计思路与安装介(jie)绍

　　机械(xie)加(jia)工(gong)(gong)现有生产模式主要体现在(zai)工(gong)(gong)装应用落后，效(xiao)率低下，工(gong)(gong)人(ren)加(jia)工(gong)(gong)零(ling)件(jian)时(shi)装夹及(ji)找(zhao)正(zheng)时(shi)间长，特别是单件(jian)或小批生产频繁更(geng)换工(gong)(gong)装时(shi)，大多数时(shi)间都是在(zai)安(an)装OTT-JAKOB夹具(ju)及(ji)找(zhao)正(zheng)。

　　实现(xian)这一目(mu)标(biao)的(de)必要措施，就是对现(xian)有的(de)夹(jia)(jia)具(ju)(ju)进行改造，替换(huan)(huan)。在(zai)机(ji)床上应用组合夹(jia)(jia)具(ju)(ju)，快换(huan)(huan)夹(jia)(jia)具(ju)(ju)实现(xian)加(jia)工的(de)同时，减(jian)少了频繁(fan)更(geng)换(huan)(huan)夹(jia)(jia)具(ju)(ju)及找正时间，对整体的(de)生产效率提高起到(dao)非常重要的(de)作用。

　　案例一：快(kuai)换工装设计思路

　　快装夹(jia)(jia)具的(de)(de)(de)应用(yong)比我(wo)们常用(yong)的(de)(de)(de)电动(dong)(或液压)卡盘要方便(bian)快捷，夹(jia)(jia)紧(jin)也可(ke)靠，而(er)且加工不同(tong)的(de)(de)(de)工件，生产准备相对简单并且周(zhou)期短，只需更换不同(tong)的(de)(de)(de)弹(dan)簧夹(jia)(jia)头(tou)和定(ding)位销轴，重新编制加工程序(xu)即(ji)可(ke)方便(bian)快捷地(di)加工出(chu)各种所需的(de)(de)(de)工件，从(cong)而(er)可(ke)以(yi)低成本(ben)地(di)实(shi)现较大规模的(de)(de)(de)自动(dong)化生产，为企业(ye)节省资(zi)金(jin)。

　　图1 快换夹(jia)具(ju)系统

　　下(xia)面(mian)本(ben)文将介绍经济型数控车(che)床快速安装夹具的设计原理与思路：

　　1、夹紧机构

　　在(zai)数控(kong)车床的(de)(de)(de)床头(tou)箱(xiang)前端增加(jia)(jia)快装(zhuang)夹(jia)紧(jin)(jin)机构(见图(tu)2)，其工(gong)(gong)作原理:拨叉13在(zai)齿(chi)(chi)条轴的(de)(de)(de)推动(dong)(dong)(dong)下(xia)由右(you)向(xiang)左(zuo)移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)，通过(guo)(guo)瓦6带(dai)动(dong)(dong)(dong)活动(dong)(dong)(dong)套(tao)8向(xiang)左(zuo)移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)，钢球12在(zai)活动(dong)(dong)(dong)套(tao)8的(de)(de)(de)作用下(xia)沿夹(jia)具体5的(de)(de)(de)斜(xie)面向(xiang)中(zhong)心移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)，同时钢球12向(xiang)左(zuo)挤(ji)压夹(jia)紧(jin)(jin)套(tao)7，使夹(jia)紧(jin)(jin)套(tao)7和锁紧(jin)(jin)挡圈11向(xiang)左(zuo)移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)，从而(er)使弹(dan)簧(huang)夹(jia)头(tou)10向(xiang)左(zuo)移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)锁紧(jin)(jin)工(gong)(gong)件(jian)(jian)，工(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)轴向(xiang)定(ding)位(wei)由定(ding)位(wei)销9来(lai)实现(xian)。当工(gong)(gong)件(jian)(jian)加(jia)(jia)工(gong)(gong)完后，拨叉13在(zai)齿(chi)(chi)条轴的(de)(de)(de)推动(dong)(dong)(dong)下(xia)向(xiang)右(you)移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)，通过(guo)(guo)瓦6带(dai)动(dong)(dong)(dong)活动(dong)(dong)(dong)套(tao)8向(xiang)右(you)移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)，从而(er)使弹(dan)簧(huang)夹(jia)头(tou)10松开工(gong)(gong)件(jian)(jian)，这样工(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)就完成了(le)。用户可根据所加(jia)(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)不(bu)同来(lai)更换(huan)不(bu)同的(de)(de)(de)弹(dan)簧(huang)夹(jia)头(tou)和定(ding)位(wei)销就可以实现(xian)不(bu)同工(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)。

　　图2 夹(jia)紧机构图

　　1-锥套 2-定位(wei)套 3-主轴(zhou) 4-过渡盘 5-夹具(ju)体 6-瓦 7-夹紧套 8-活动套 9-定位(wei)销 10-弹簧夹头(tou) 11-锁紧档圈 12-钢(gang)球 13-拨(bo)叉 14-传动链 15-插(cha)销螺栓 16-带(dai)肩(jian)螺母

　　2、OTT-JAKOB夹具动力(li)部(bu)分

　　OTT-JAKOB夹(jia)具动(dong)(dong)(dong)力(li)(li)部(bu)分机(ji)(ji)构(gou)见图3：由固定块7和支(zhi)架(jia)3将(jiang)传动(dong)(dong)(dong)轴(zhou)2、齿(chi)条轴(zhou)6和回转(zhuan)气缸4等(deng)零件固定在(zai)车床(chuang)床(chuang)头箱前端，与夹(jia)紧(jin)机(ji)(ji)构(gou)通过拨叉8相(xiang)连(lian)接。工作原(yuan)理:回转(zhuan)气缸4在(zai)气压的作用下带动(dong)(dong)(dong)传动(dong)(dong)(dong)轴(zhou)2旋转(zhuan)，将(jiang)动(dong)(dong)(dong)力(li)(li)传递给齿(chi)条轴(zhou)6，齿(chi)条轴(zhou)6带动(dong)(dong)(dong)拨叉沿(yan)导向轴(zhou)5移(yi)动(dong)(dong)(dong)，将(jiang)动(dong)(dong)(dong)力(li)(li)传递给夹(jia)具夹(jia)紧(jin)机(ji)(ji)构(gou)。

　　图3 动(dong)力机构图

　　1-挡片 2-传动轴 3-支架 4-回转(zhuan)气缸 5-导(dao)向轴 6-齿(chi)条轴 7-固(gu)定块 8-拨叉

　　3、OTT-JAKOB夹具控制部分

　　夹具控制部分装置见(jian)图4。工(gong)作(zuo)原理：压缩气体经气源处理三(san)联件1传递(di)给(ji)三(san)位四通手动(dong)转阀(fa)2，由手动(dong)转阀(fa)2传递(di)给(ji)回(hui)转气缸(gang)3，使气缸(gang)动(dong)作(zuo)夹紧和松开工(gong)件。

　　图4 控制原理以(yi)及装置图

　　1-气(qi)源处理三(san)联(lian)件 2-三(san)位(wei)四通手动(dong)转(zhuan)阀 3-回转(zhuan)气(qi)缸(gang) 4-消声(sheng)器 5-尼龙管(guan) 6-管(guan)接头

　　案例二：加工中心夹具(ju)的快速安装(zhuang)改(gai)造(zao)

　　为了提高立(li)式加工(gong)中心的(de)生(sheng)产效率，缩短夹具(ju)的(de)安(an)装(zhuang)时间，利用(yong)立(li)式加工(gong)中心的(de)性(xing)能特点，为自(zi)身加工(gong)一个能够定(ding)位夹紧夹具(ju)的(de)附加工(gong)作台面，再配备(bei)少量的(de)简易(yi)附件，就能够快速(su)地安(an)装(zhuang)夹具(ju)。

　　1、自制工作台(tai)面(mian)的加工

　　备一块与(yu)加工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)台(tai)(tai)(tai)面(mian)(mian)(mian)积相(xiang)同的钢板(ban)(ban)或铸铁板(ban)(ban)，厚度(du)约(yue)为30-100mm，其数(shu)值(zhi)可(ke)根据加工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)主(zhu)轴距工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)台(tai)(tai)(tai)平(ping)面(mian)(mian)(mian)的高(gao)度(du)、被加工(gong)(gong)零(ling)件(jian)的尺寸以(yi)及机(ji)床(chuang)规格等情况(kuang)进行确定。新的工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)台(tai)(tai)(tai)平(ping)面(mian)(mian)(mian)必须与(yu)主(zhu)轴垂直，并且(qie)具(ju)有较(jiao)高(gao)的平(ping)面(mian)(mian)(mian)度(du)，可(ke)以(yi)将(jiang)板(ban)(ban)的上(shang)、下两面(mian)(mian)(mian)磨平(ping)后(hou)装(zhuang)在机(ji)床(chuang)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)台(tai)(tai)(tai)上(shang)也可(ke)以(yi)先(xian)将(jiang)板(ban)(ban)的一面(mian)(mian)(mian)加工(gong)(gong)好，装(zhuang)在加工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)台(tai)(tai)(tai)面(mian)(mian)(mian)上(shang)，再(zai)精铣上(shang)平(ping)面(mian)(mian)(mian)，作(zuo)(zuo)(zuo)为新的工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)台(tai)(tai)(tai)平(ping)面(mian)(mian)(mian)。

　　图5 工作台面

　　2、加工定位夹紧孔(kong)

　　新工(gong)作台面完成(cheng)后(hou)，用加工(gong)中心加工(gong)一(yi)组定位夹紧孔(kong)。孔(kong)按一(yi)定规(gui)律(lv)排列(lie)，第一(yi)个孔(kong)在(zai)工(gong)作台平面坐标零点，其余孔(kong)向着坐标的负方向排列(lie)，相邻孔(kong)间距(ju)(ju)离相等。孔(kong)距(ju)(ju)设定考虑以下条(tiao)件(jian)：

　　(1)匀划分工作台坐标平(ping)面。

　　(2)零件及夹(jia)具的尺寸大小。

　　(3)取易记忆的(de)(de)(de)整数。如(ru)图5所(suo)示，机床行程(cheng)(cheng)、行程(cheng)(cheng)时、取孔(kong)距。此外对于(yu)具有特(te)殊(shu)形状尺寸的(de)(de)(de)零(ling)件的(de)(de)(de)夹(jia)(jia)具，还可以在附加(jia)工(gong)作台上适当的(de)(de)(de)位置(zhi)另增(zeng)加(jia)夹(jia)(jia)紧孔(kong)，以减小夹(jia)(jia)具面积,方便(bian)操作。

　　3、配备附件

　　为(wei)方(fang)便夹(jia)具安(an)装可(ke)(ke)(ke)配(pei)备一些附(fu)件，圆柱定(ding)位(wei)销(xiao)(xiao)9(见图(tu)6a)，菱(ling)形定(ding)位(wei)销(xiao)(xiao)，定(ding)位(wei)夹(jia)紧(jin)销(xiao)(xiao)(见图(tu)6b)，该(gai)销(xiao)(xiao)在定(ding)位(wei)的同时(shi)可(ke)(ke)(ke)拧(ning)上螺(luo)母将(jiang)夹(jia)具压紧(jin)垫片，供调整菱(ling)形销(xiao)(xiao)方(fang)向用(yong)，其(qi)厚(hou)度(du)(du)为(wei)菱(ling)形销(xiao)(xiao)螺(luo)纹螺(luo)距的一半垫块的高(gao)度(du)(du)与夹(jia)具底板高(gao)度(du)(du)相(xiang)同螺(luo)堵(du)，当螺(luo)堵(du)涂上黄(huang)油拧(ning)入无定(ding)位(wei)销(xiao)(xiao)的孔内时(shi)可(ke)(ke)(ke)防止孔锈蚀(shi)。

　　图6 配件图

　　4、设计相应(ying)的OTT-JAKOB夹具

　　仅(jin)要(yao)加工(gong)一(yi)个(ge)孔位(wei)(wei)的(de)零件(jian)(jian)(jian)的(de)夹(jia)具，在夹(jia)具上(shang)预留(liu)(liu)一(yi)个(ge)定位(wei)(wei)孔即可。加工(gong)多工(gong)位(wei)(wei)的(de)零件(jian)(jian)(jian)的(de)夹(jia)具，预留(liu)(liu)两个(ge)定位(wei)(wei)孔，孔距与工(gong)作台平面上(shang)的(de)孔距成倍数。零件(jian)(jian)(jian)加工(gong)中切削(xue)力较小时可以使用(yong)(yong)定位(wei)(wei)夹(jia)紧(jin)销，夹(jia)具上(shang)不必再留(liu)(liu)供夹(jia)紧(jin)用(yong)(yong)的(de)边(bian)缘部(bu)分。一(yi)般夹(jia)具可按夹(jia)紧(jin)销的(de)位(wei)(wei)置预留(liu)(liu)夹(jia)紧(jin)边(bian)缘或在底板上(shang)开槽供夹(jia)紧(jin)用(yong)(yong)。

　　结论

　　经实践证明，OTT-JAKOB夹(jia)(jia)(jia)具(ju)(ju)(ju)安装(zhuang)快(kuai)速(su)方便，夹(jia)(jia)(jia)具(ju)(ju)(ju)装(zhuang)夹(jia)(jia)(jia)的同时(shi)已经准(zhun)确定(ding)位，直接输(shu)人(ren)圆(yuan)柱(zhu)定(ding)位销(xiao)的坐标(biao)(biao)即可。简化(hua)夹(jia)(jia)(jia)具(ju)(ju)(ju)设(she)(she)计(ji)，以利夹(jia)(jia)(jia)具(ju)(ju)(ju)标(biao)(biao)准(zhun)化(hua)。在加(jia)工扁平零件时(shi)，不必设(she)(she)计(ji)制造高度较(jiao)大的夹(jia)(jia)(jia)具(ju)(ju)(ju)。夹(jia)(jia)(jia)具(ju)(ju)(ju)的水平面积(ji)减小(xiao)，可以充分(fen)利用工作(zuo)台(tai)面，多安放夹(jia)(jia)(jia)具(ju)(ju)(ju)。OTT-JAKOB夹(jia)(jia)(jia)具(ju)(ju)(ju)安装(zhuang)时(shi)间可以控制，有(you)利于(yu)生产计(ji)划管(guan)理。

　　案例三：快(kuai)速寻位和状态记忆的(de)通用夹具(ju)系(xi)统

　　基准自由的(de)(de)零件(jian)(jian)密封技(ji)术(shu)(shu)是一种安装技(ji)术(shu)(shu)新概念，是PCBF 技(ji)术(shu)(shu)的(de)(de)发展。采用RFPE 夹(jia)具加工时，当需(xu)要进(jin)行工序或安装转换时，通(tong)过(guo)再一次的(de)(de)材料填充(chong)，恢复(fu)工件(jian)(jian)夹(jia)具系统的(de)(de)原(yuan)有形状，通(tong)过(guo)填充(chong)实体(ti)表面保(bao)留(liu)工件(jian)(jian)最初的(de)(de)位(wei)置信息(xi)，以作(zuo)为新的(de)(de)安装过(guo)程(cheng)中工件(jian)(jian)定位(wei)的(de)(de)线索(suo)。基于RFPE 技(ji)术(shu)(shu)，提出并研制了一种能够快(kuai)速寻(xun)位(wei)和状态(tai)记(ji)忆(yi)的(de)(de)通(tong)用夹(jia)具系统。

　　图7 工作流程图

　　1、基本原理

　　RL&SM 通用夹(jia)具系(xi)(xi)统(tong)采用规范化的(de)(de)板(ban)块(kuai)结构，构成(cheng)可拆(chai)卸(xie)的(de)(de)RL&SM 箱(xiang)体(ti)，作(zuo)为通用夹(jia)具系(xi)(xi)统(tong)在(zai)机床上快速(su)寻(xun)(xun)位(wei)的(de)(de)基准(zhun)和记(ji)忆工(gong)(gong)件(jian)初始(shi)安(an)装信(xin)息的(de)(de)实体(ti)模型;箱(xiang)体(ti)的(de)(de)各个板(ban)块(kuai)上装有(you)可便(bian)利调节的(de)(de)工(gong)(gong)件(jian)寻(xun)(xun)位(wei)元件(jian)，其固定后(hou)的(de)(de)实际位(wei)置通过测量获(huo)得(de)，并由数据采集(ji)系(xi)(xi)统(tong)送入信(xin)息处(chu)理系(xi)(xi)统(tong);工(gong)(gong)件(jian)通过寻(xun)(xun)位(wei)元件(jian)确定其在(zai)箱(xiang)体(ti)中的(de)(de)初始(shi)位(wei)置，预(yu)紧(jin)后(hou)注入低熔点合金凝固形成(cheng)工(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)初始(shi)安(an)装姿(zi)态，使工(gong)(gong)件(jian)、填料和箱(xiang)体(ti)形成(cheng)一个整体(ti)——工(gong)(gong)件(jian)夹(jia)具系(xi)(xi)统(tong)。

　　箱(xiang)体(ti)通(tong)过其规则(ze)的(de)(de)外部表面、定(ding)向(xiang)键和(he)压板机(ji)(ji)构(gou)，在机(ji)(ji)床(chuang)上(shang)实现快(kuai)速定(ding)位(wei)(wei)(wei)与(yu)夹(jia)紧;当需要(yao)进行工(gong)序或(huo)安装转换时， 翻(fan)转工(gong)件夹(jia)具系统(tong)，完成规则(ze)箱(xiang)体(ti)在机(ji)(ji)床(chuang)上(shang)的(de)(de)定(ding)位(wei)(wei)(wei)与(yu)夹(jia)紧。图8为(wei)分离式双箱(xiang)结构(gou)的(de)(de)RL&SM 寻位(wei)(wei)(wei)箱(xiang)，箱(xiang)体(ti)的(de)(de)各块板通(tong)过柱销定(ding)位(wei)(wei)(wei)连接，上(shang)箱(xiang)和(he)下箱(xiang)之间则(ze)通(tong)过键实现定(ding)位(wei)(wei)(wei)连接，以保证重复装配(pei)时的(de)(de)效率和(he)准确工(gong)程应用(yong)。

　　图(tu)8 可快速寻(xun)位和状(zhuang)态记忆(yi)的分离式寻(xun)位箱结构

　　2、工程应用与分(fen)析(xi)

　　(1) 机(ji)械(xie)手肘关节(jie)座：这是(shi)一个(ge)由(you)非加(jia)工表(biao)面形成(cheng)外部轮廓(kuo)的(de)零(ling)件，其加(jia)工特征分(fen)布在不(bu)同的(de)方位面上(shang)，并具有相互(hu)位置精度要(yao)(yao)求(qiu)。采用(yong)(yong)RL&SM 通用(yong)(yong)夹(jia)具系统(tong)，工件只(zhi)需要(yao)(yao)安装(zhuang)一次(不(bu)再需要(yao)(yao)工艺基(ji)准)，两次安装(zhuang)RL&SM 箱(xiang)体即可实现全部加(jia)工，图9给出(chu)了采用(yong)(yong)RL&SM 夹(jia)具系统(tong)进(jin)行机(ji)械(xie)手肘关节(jie)座加(jia)工的(de)工艺过(guo)程。

　　图9 机械(xie)手肘(zhou)关节座加工(gong)工(gong)艺过程(cheng)

　　(2) 鞍形转子：这是一个具(ju)(ju)有双曲面(mian)外轮廓的高速回转件(jian)(见图10)。环(huan)壁(bi)薄、精度(du)要求(qiu)高，由于加(jia)工(gong)(gong)(gong)时易于产生变形，传统(tong)生产中(zhong)采用(yong)(yong)互为基准、反复(fu)进行工(gong)(gong)(gong)序转换加(jia)工(gong)(gong)(gong)成(cheng)形的方法，不仅加(jia)工(gong)(gong)(gong)效(xiao)率低，而(er)且需要各(ge)种专用(yong)(yong)工(gong)(gong)(gong)装，采用(yong)(yong)柱形的RL&SM 通(tong)用(yong)(yong)夹具(ju)(ju)，通(tong)过填料增加(jia)了工(gong)(gong)(gong)件(jian)的刚性，避免了互为基准反复(fu)加(jia)工(gong)(gong)(gong)的工(gong)(gong)(gong)艺过程，减(jian)少工(gong)(gong)(gong)序转换次(ci)数，提高切削(xue)效(xiao)率，减(jian)少了专用(yong)(yong)工(gong)(gong)(gong)装的花费，即设(she)计、制(zhi)造(zao)周期和成(cheng)本等。

　　图10 高速回转件

　　(3) 机(ji)加(jia)工(gong)叶片(铝制(zhi))：这是一个(ge)具有复杂曲面的小刚性零件(jian)(见图(tu)11)。采用(yong)RL&SM通(tong)用(yong)夹(jia)具系统除了(le)可(ke)以(yi)节省原(yuan)材(cai)料，减少辅助加(jia)工(gong)和安装转(zhuan)换次数(shu)，而且(qie)由(you)于(yu)提(ti)高(gao)(gao)了(le)工(gong)件(jian)支承刚度。切削(xue)用(yong)量可(ke)以(yi)大大提(ti)高(gao)(gao)，切削(xue)效率可(ke)提(ti)高(gao)(gao)3倍(bei)以(yi)上，并使加(jia)工(gong)质量明显(xian)得到(dao)改善。

　　图11 小刚性(xing)零(ling)件

　　结论

　　RL&SM 通用(yong)夹(jia)具(ju)系(xi)统的研(yan)(yan)究与实践已取得(de)了重要进展，其中(zhong)包括RL&SM 箱体(ti)的通用(yong)性，与夹(jia)具(ju)原始误(wu)差无关的RL&SM 箱体(ti)生成技(ji)术，填(tian)料(liao)性能的研(yan)(yan)究与填(tian)料(liao)的研(yan)(yan)制，填(tian)料(liao)工(gong)艺及其参数的研(yan)(yan)究与控(kong)制等。工(gong)程验证和部(bu)分工(gong)程应用(yong)结果(guo)表明，RL&SM 通用(yong)夹(jia)具(ju)系(xi)统具(ju)有广泛(fan)的工(gong)程应用(yong)前景，其主要体(ti)现(xian)在以(yi)下几个方(fang)面：

　　(1)具有良好的通用性;

　　(2)具有高(gao)的(de)生(sheng)产效(xiao)率(lv)、机床利用率(lv)和(he)加工质量;

　　(3)有利于设计(ji)制造(zao)过(guo)程自动(dong)化(hua);

　　(4)结构(gou)简单、可(ke)靠性(xing)好，且成本低， 可(ke)以(yi)面向任意的工种和任意自动化(hua)程度的设备;

　　(5)RL&SM 通用夹具系统的通用性和规范化，便于实现工件安装、状态成形、OTT-JAKOB夹具寻(xun)位和信息处理的自动(dong)化(hua)，从而可以(yi)降(jiang)低对操作人(ren)员(yuan)的技(ji)术要(yao)求。