摘要 本文结合笔者实际工作经验，分析和研究了自动式定心夹具的设计与应用，主要阐述了一种双向定心的夹具结构设计，实验表明此种夹具能够大大消除工件之间的间隙，笔者通过对现有机床，在没有提高整个工件的精准度条件下，实现了工件上槽具体对称度的公差要求，这一创意的设计为我国机床加工领域的自动定心夹具的研发和设计提供一个全新的思路和方法。
关键词 消除间隙；双向定心；自动调式夹具
中图分类号TH13文献标识码A文章编号 1674-6708（2011）46-0131-02
自动调式夹具适用于各机械制造部门，其广泛性在机械加工中已无所不在，在机床工具、纺织、石油、化工、矿山、冶金、医疗、造纸及汽车、铁路机车、船舶等制造行业中特别是在军工航空产品加工中应用自动调式夹具均取得了明显的技术经济效果。
1 自动定心夹具的发展优势
从产品的批量来看，自动调式夹具最适于新产品研制、试制、单件和小批量生产。因此，对于产品变化频繁、改型周期短、产品类型多的企业选用自动调式夹具最为适宜，能收到最显著的经济效果。从加工工序来看，自动调式夹具应用极为广泛，它可以方便的组成各类机床使用的夹具，如钻、铣、车、镗、磨等夹具，也可以组装出装配、检验与焊接夹具。从加工工件的几何形状和尺寸看，自动调式夹具一般不受工件形状的限制。自动调式夹具元件有大、中、小和微型四个系列，各系列间备有过渡元件，可供组装选用。它是一种具有较高柔性的先进工艺装备，主要适用于数控机床、加工中心以及柔性加工单元和柔性制造系统，不仅保持了组合夹具的传统优势，而且更符合现代加工理念。它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件组装而成。这些元件具有很好的互换性和较高的精度及耐磨性，可以根据机床工作台的尺寸和不同零件的加工要求，选用所需要的元件组装成相应的夹具，组装简单灵活。这种夹具可以保证在规定的坐标位置上准确定位，并且具有较高的刚度和精度，能够保证在粗加工时使用大切削量，在精加工时更好地保证工件定位面和加工表面之间的位置精度。这种夹具还能保证工件在一次定位装夹中加工多个表面，甚至是加工全部表面，也可以一套夹具同时装夹多个工件进行加工，减少机床的停机时间，以充分发挥数控机床、加工中心等的高效性能。
2 自动定心夹具工作原理
如图2所示，经过实践分析得到，很多的零件在对称度的误差超差时，主要都是因为宽度的误差比较大，加上选用了调整法加工，钳移动口单侧夹紧与单面定位等等原因都会直接导致误差的增大。所以说在整个加工生产的过程中工件基准误差是很难避免的，而自动定心夹具通过逐步控制和克服了基准定位所导致的误差，基本上确保了零件的对称度。实践表明，结合一些零部件的结构特点与加工的要求，选择了双向定心的夹紧装置，可以大大消除工件的宽度误差，满足零部件的对称度公差的具体要求。不过因为该种工件的加工精度比较高，加上加工的尺寸又很小，所以会受到机床加工空间与结构及动力源的束缚。通常情况下普通定心夹紧机构因为运动副间隙相对较大，制约了加工之后的位置精度，在实际生产中是很难满足一些精细部件的加工要求。
加工前，机床的夹紧凸轮主要是作用在夹紧钳口上的力，推动钳口沿燕尾导轨慢慢移动，当其经过拨杆后，就会带动齿轮运动起来。齿轮啮合上的传动力，会让夹紧钳口反方向移动，这样就完成了整个工件加工过程的夹紧动作。当加工完毕时，伴随凸轮的不断旋转，凸轮上的下降曲线就会完全解除作用在钳口上的力，其上的弹簧通过拉伸使钳口向前推进，齿轮与拨杆的反向运动，最后让钳口向后移动，这样就完成了整个工件加工过程。图3为铣槽双向自动定心夹具动作原理图。
3 误差分析计算
在自动定心夹具的具体设计中，因为比较合理、科学地分配了弹簧拉力和夹紧力，利用齿轮的连动机构，消弱了所有运动工件之间间隙的反向空行程与影响，满足了两个夹紧钳口同步移动。自动定心夹具的设计，让工件的定位基准与设计基准相互重合，所以基准不重合的误差降为零。这种较新颖的结构设计，完全消弱了整个齿轮啮合之间的间隙、销子与拨杆配合之间间隙对整个定位误差的干扰，所以就造成了基准移位误差只剩下两拨杆的不等臂误差△L了。因为两拨杆的具体长度不一定相同，所以往往导致相同情况下夹紧钳口在齿轮转角中所移动的距离是不相同的。这样就会直接影响零部件槽口的对称度。图4中，设两杆的不等臂之间的误差为△L（两销中心连线的中心到齿轮中心连线距公差），拨杆的设计长度L（销子中心到齿轮回转中心距离），由不等臂误差造成的钳口移动位移差为△X，夹紧钳口的单侧移动距离为X，当钳口移动X时齿轮摆角为a时，则：
tga=△X\△L=X\L
因此：△X =X\Lx△L=tgax△L（1）
在设计当中，L取值50mm，单侧钳口的移动实际距离X=0.5mm，中心距的实际误差△L取值0.4mm，将所有的值代入到（1）式
可以得到：
△X=0.4×0.5/50=0.OO4mm
因零部件对称度的影响因子只有△X的一半，所以，由不等臂误差所导致的工件针槽的对称度误差δ可表示为:
δ=△X \2=0.002mm
通过上式不难看出，在自动定心夹具的实际设计当中，由不等臂误差所导致的针槽对称度误差相对比较小。因此，自动定心夹具完全满足槽口对称度公差的相关要求。
4 结论
自动定心铣槽夹具通过实践检测证明，它不仅完全符合使用要求和计算分析的结果，同时还具有很多独特的特点，其一，自动定心夹具结构相对比较简单，对夹具加工的精度要求不高，加工动作相比灵活而可靠；其二，因为使用机床的动力源，因此对机床的主体结构不会产生任何的影响，故而大大缩短了整体的制造周期，为企业节约了成本；其三，特殊的消隙结构设计，为整个自动定心夹具的设计提供了保障，同时在产品的设计中得到了广泛推广和应用。
参考文献
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