一种新型管类零件加工的自动夹具的探究

2015-08-15叶周

新课程(下) 2015年24期

叶周

（江苏省昆山花桥国际商务城中等专业学校）

一、创新背景

2006年江苏省举办了首届江苏省职业教育创新大赛，主题是创新重在实践，旨在培养广大院校学生的创新意识、创新思维、创新能力，形成一批创新成果。作品围绕生活的技术、身边的技术、生产的技术，由学生本人独立（合作）构思、设计、制作完成，或在老师指导下完成。科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。创新是人类自身存在与发展的客观要求，是人类社会文明与进步的标志，是人类与自然交互作用的必然结果。

二、创新过程——组合式管类零件支架夹具

苏霍姆林斯基认为，在学生的精神世界里，希望自己是一个发现者、研究者和探索者的愿望更为强烈。在教学中，教师要放开手让学生在有限的时间和空间里多看、多动、多思、多说，使学生成为探索者，在实际生活中让学生主动去观察、去思考，然后提出问题。

1.发现问题

机械制造业正朝着“无切削或少切削”方向发展，如采用板材进行冲压、滚压、焊接等工艺，可以节省钢材、动力、机床设备和加工工时，达到质量好、产量高和成本低的目的。但是，毕竟有一些薄壁零件的结构不能采用冲压、滚压、焊接等工艺来代替，如形状复杂的环形横截面零件，只能采用车削方法。加工时主要存在以下问题：

（1）车削薄壁管类零件的主要问题是变形，而产生变形的主要原因是切削力和夹紧力。薄壁管类零件刚性低，在夹紧力和切削力作用下非常容易产生变形，导致吃刀深度不均和让刀现象。

（2）因其结构单薄，零件尺寸较大，环形截面复杂和材料切削性较差（如高温合金、铝合金等），因此难以保证一定的加工精度和提高劳动生产率。

（3）薄壁管类零件金属体积小，总的热容量小，使加工后的零件出现形状和尺寸误差。改善或改变夹紧力对零件的作用是减少切削力、切削热的一个主要方法。

学生提出了目前市场上常用的管类零件支架夹具存在着需要用两个油缸驱动夹紧、效率低下、安全性不高以及成本高的问题，因此想设计出一种新型夹具，需要解决这三大问题：（1）提高管类零件的加工生产效率；（2）可与机械加工流水线配套，调节快速、方便、安全；（3）可适用于不同尺寸管件的加工等优点。

2.提出假设

假设（1）：使用一个气缸来驱动夹紧和松开，这样节约成本可以吗？

假设（2）：使用两个三爪自定心气动卡盘，在卡盘里安装轴向定位装置可行吗？

假设（3）：使用一个气缸作驱动，带动曲柄滑块机构，在滑块上面铺设导轨可以吗？

3.设计实验方案，反复实验得出结果

假设（1）：方案：使用一个气缸来驱动，通过设计原理图，反复实验。

实验结果：成本的确降低，但夹紧力不均匀，工件局部容易变形，而且工件尺寸不好调节，加工时轴向定位困难。

假设（2）：方案：采用两个双三爪自定心气动卡盘，在卡盘里安装轴向定位装置，实现了卡盘的自动夹紧与松开。

实验结果：该夹具需要人依次把加工好的工件拿走，再去安装下一个工件。浪费时间，效率低下，而且不安全，而且采用两个气动卡盘，成本较高，该方案不合理。

假设（3）：方案：使用一个气缸作驱动，气缸上装有连接块，连接块凹槽内装有曲柄，主轴上装有对称的连杆座，连杆另一端与滑块成动连接，滑块安装在滑块座内，滑块端装有管件夹头，在两滑块上方各有一向前倾斜的管件存放架，在两滑块管件夹头前方中间装有固定管件夹头。

实验结果：（1）从成本考虑，改善前需要用到两个油缸、一个油压电磁阀以及整套油压系统，预计成本费用约15000 元，改善后直接用气缸带动铰链转动来实现动作，只需要一个气缸、一个气压电磁阀、一套三点组合，预计成本费用约3000 元。（2）从操作性考虑：改善后人工一次性将多根管件整齐放在入料轨道上，双手启动按钮，机台可直接按顺序夹紧、放松。从操作性考虑，改善后的人工可节省很多时间，大大降低了人工的劳动强度。（3）从安全系数考虑：改善后只有在放料件前接触机台，一旦启动后人工只要在下游接加工过的管件即可。该方案合理。