恒力夹持装置设计及磨削实验研究

2021-05-27霍文国

科技经济导刊 2021年13期

邵娟，霍文国

（天津职业技术师范大学，天津 300222）

现代加工中夹具既是工装设备的主要组成部分也是机械制造技术中重要的组成部分。夹具在保证加工质量，提高生产率，减轻劳动强度，扩大机床使用范围，缩短产品制作周期等等领域都具有一定的意义。目前夹具技术朝着高精密、高效率、模块化、组合化、通用性、经济性的方向上发展。

本文研究的目的在于配合现当代先进的制造技术，对切削过程中的磨削机理有一个以实验为基础的专业性研究，为磨削力与磨损机制的关系研究提供实验装置。在CBN涂层内冷却砂轮的恒力磨削实验中，必须有一个配套的夹具，这个夹具要实现恒力装夹以及在磨削过程中实现测力。因此，设计一套恒力磨削实验系统是至关重要的。本文开展了基于普通铣床、测力仪等恒力磨削实验夹具装置设计、制造和实验研究。

1.恒力磨抛实验方案设计

本实验装置的目的是为钛合金用工件磨削时获得正确的位置。整个恒力系统是由压缩弹簧来实现的，考虑到工件与砂轮位置调整，设计了由活动挡板组成的可移动装置，磨削时恒力的大小可由固定挡板上的手柄来调节，恒力磨削实验系统的总体设计结构如图1所示。

图1 恒力磨削实验系统示意图

2.夹持机构的设计

夹持机构在恒力磨削实验系统装置设计中是重要的组成部分，一个夹具性能的优劣性主要以夹持部位评定的，夹持机构的设计是否巧妙直接决定加工效率或机床的使用范围。夹持机构决定了夹具在生产制造时的难易程度，设计时结构简单，可靠性高，可降低生产成本，使生产周期变短。从设计的工作量来看夹持机构至关重要。夹持机构设计主要要考虑夹紧力的大小、方向、作用点等。一般夹持机构需满足以下要求：

一是在磨削时由于夹持力使夹具和工件的变形量不能超过允许范围；

二是定位的准确性和可靠性不能因夹紧力的大小而变化；

三是实验在普通铣床完成有一定的振动和冲击，在夹持是必须保证其防松功能，保证夹持机构有一定的强度与刚度；

四是夹持机构必须方便快捷，自动化程度高，提高加工效率；

五是夹持机构要符合操作人员的习惯，省力，安全。

机床上磨削加工时具有一定的振动和冲击，因此夹具必须保证有防松功能，保证夹持机构有一定的强度与刚度。磨削实验中砂轮主要受到法向力的影响，在设计时X方向尺寸加大保证足够的强度和刚度，也可使工件装卡时工件背面与夹持卡槽底面相贴合，以夹持卡槽底面为定位基准，保证基准重合，避免定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差。

3.恒力夹具装配设计

在本实验系统中被磨削的钛合金是通过夹具进行安装的。结构分为底板、轨道、滑块、夹头、活动挡板、固定挡板等组成。恒力实现方法是由压缩弹簧来实现的，为在磨削过程中法向受力Fx最大，所以在X轴方向上由弹簧的压缩来实现恒力磨削，在Y轴方向上可快速的装夹工件。夹具设计三维结构如图2所示，装配中的联接关系都采用标准螺栓，恒力磨削实验系统装置有四部分组成，分别是装夹装置，恒力实现装置，恒力调节装置，固定装置。

图2 恒力磨削实验系统装置装配示意图

4.恒力夹具制作

夹具用铝合金材料制造，由底板、挡板、夹持部分、恒力装置、移动装置等组成。将夹具体与测力仪相连接装于工件夹在前端夹头上用于固定，在工件磨削时用线径为1.5mm的弹簧给工件实现恒力，根据弹簧系数、弹簧的形变差值可以求出恒力的大小。当磨削力大于设定的恒力时弹簧变形使工件夹头向后移动实现恒力磨削，若恒力太大可以用移动装置后的手柄来调节。与测力仪连接时由于夹头的重力原因测力仪会受力影响实验数据，因此在底板设计有间距为25mm的孔，可以随意调节测力仪前后的位置，达到准确的测力方位。制备出的恒力夹具装置如图3所示。

图3 恒力磨削实验夹具

图4 恒力磨削测试装置

5.恒力磨抛试验方案

恒力磨抛实验采用SZ-1800v型立式铣床、恒力夹具和测力仪等共同组成。机床转速选择n=1800r/min和n=3600r/min，恒力夹持夹具弹簧系数选择进给速度vw=100mm/min，磨削工件为TC4合金材料，弹簧弹性系数选择为0.3N/mm。将夹具直接装卡于机床虎钳上，在夹紧之前利用百分表找正，沿x方向找正当表头在某一数值变化微小时为x已经确定，然后找正竖值方向，用同样的方法找正。调节工作台使被测件与砂轮正对。夹具和砂轮在同一平面上。恒力磨削实验系统的夹具整体装配图如4所示。

本次实验采用的是Kistler9265B动态三向测力仪，设备如图5所示，在使用软件前把电子加密狗插入到计算机USB口，设置好各参数。测力仪输出的信号采用与测力仪相匹配的Kistler9265B电荷放大器放大传入采集卡在输入到计算机，测力仪测定的力信号转化为电信号，并由放大器放大后由数据采集卡采集并存入计算机内，用DynoWare软件数据处理。