呂菊芳，王永明，寧秀月，李照山

(沈機集團(tuán)昆明機床股份有限公司，云南昆明650203)

柔性制造系統(tǒng)通常由多臺加工中心主機與多件工作臺的物流系統(tǒng)組成，根據(jù)加工要求，柔性制造系統(tǒng)可以把裝夾有需加工零件的工作臺交換到系統(tǒng)指定的任意一臺主機上進(jìn)行加工，因此具有自動化程度高、加工效率高等優(yōu)點。某公司為某用戶設(shè)計生產(chǎn)的FMS1600 柔性制造系統(tǒng)，由7 臺雙工位臥式加工中心主機、30 件高精度大規(guī)格工作臺(1.8 m ×1.6 m)、有效行程大于50 m 的物流運輸線、24 個緩沖存儲站組成。為了確保30 件工作臺中任意1 件工作臺交換到7 臺主機任意1 臺上后所有精度都合格，就必須保證30 件工作臺各項精度的一致性達(dá)到要求。

工作臺通過“一面兩銷”的定位方式定位［1］，因此，對工作臺定位孔的尺寸精度、形位精度、孔距精度要求都很高:30 件工作臺兩定位孔到中心孔孔距尺寸一致性要求0.01 mm;兩基準(zhǔn)側(cè)面與中心孔的距離尺寸一致性要求0.005 mm;定位面與臺面尺寸一致性要求0.005 mm(見圖1)。后兩項可以通過精加工來保證，而第一項對于1 件工作臺來說，精度再高都可以通過采取相應(yīng)的工藝措施來保證，而對于30 件或者更多數(shù)量的工作臺來說，要保證每件各個尺寸一致性的高精度要求，用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝方法難以實現(xiàn)。因此經(jīng)過深入分析和研究后，設(shè)計了一套“精密灌膠定位夾具”來解決該問題，即結(jié)構(gòu)上采用在工作臺定位孔里增加一個定位套，在定位孔和定位套之間留有一定的間隙，通過夾具來保證中心孔與兩定位孔孔距尺寸的一致性，定位孔和定位套之間通過灌膠的形式進(jìn)行粘接固定(見圖2)。

圖1 工作臺定位圖

圖2 工作臺定位孔與定位套膠液固定圖

1 精密灌膠定位夾具結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 精密灌膠定位夾具的結(jié)構(gòu)

精密灌膠定位夾具由夾具體、兩個定位銷、中心孔校正軸、校對塊、齒輪傳動機構(gòu)、帶傳動機構(gòu)、頂頭、壓板、中心定位套、校正工具(由測量座、表桿、千分表、表架構(gòu)成)等組成，見圖3。

圖3 精密灌膠定位夾具結(jié)構(gòu)圖

齒輪、帶傳動機構(gòu)主要由手柄6、齒輪箱1、齒輪軸4、齒輪8、軸承2 和9、軸套5、帶輪12 和14、皮帶13 等組成，見圖4。中心孔校正軸主要由心軸28、軸承24、外隔套22、內(nèi)隔套23、圓螺母16、表桿27、電子測微儀26 等組成，見圖5。

圖4 齒輪、帶傳動機構(gòu)放大圖

圖5 中心孔校正軸放大圖

1.2 精密灌膠定位夾具的工作原理

搖動手柄6，齒輪軸4 旋轉(zhuǎn)，齒輪軸右端的傘齒輪把運動傳遞給傘齒輪8，傘齒輪8 通過平鍵11 將運動傳到帶輪12，通過皮帶13 傳遞給帶輪14，帶輪14通過平鍵15 將運動傳到心軸28，心軸帶動電子測微儀26 旋轉(zhuǎn)來找正工作臺中心孔，然后用中心定位套29 定住工作臺中心孔。

校正工具用來校正工作臺基準(zhǔn)側(cè)面與孔中心的平行及距離尺寸。使用時移動緊靠夾具體兩相互垂直面的測量座通過千分表讀數(shù)，用頂頭來校正，校正后用壓板將工作臺壓緊在夾具上。

2 精密灌膠定位夾具設(shè)計與分析

2.1 精密灌膠定位夾具的定位及夾緊原理

2.1.1 定位

工作臺與滑座采用“一面兩銷”定位，因此該夾具也是采用“一面兩銷”定位，與工作臺實際使用狀態(tài)一致，使加工基準(zhǔn)與使用基準(zhǔn)統(tǒng)一。工作臺定位面為第一定位基準(zhǔn)，限制了z、A、B 三個自由度［2－3］，兩個定位銷作為第二、第三定位基準(zhǔn)限制了x、y、C 三個自由度［2－3］。

2.1.2 夾緊

工作臺中心孔和基準(zhǔn)側(cè)面校正好后，在工作臺定位面內(nèi)側(cè)(4 處)用壓板、雙頭螺栓、螺母將工作臺壓緊在夾具上，見圖3。

2.2 交換工作臺兩定位孔到中心孔孔距一致性保障

要保證30 件工作臺中心孔到兩定位孔孔距0.01 mm 的一致性精度要求，首先要對夾具及工作臺的定位誤差進(jìn)行確定，由于采用了在工作臺定位孔內(nèi)增加定位套，定位套與夾具定位銷的配合只能有很小的間隙，經(jīng)過分析，確定了定位套與夾具定位銷的配合間隙，定位套孔與夾具定位銷的配合間隙最大不能超過0.005 mm;確定了工作臺中心孔的圓度誤差，即圓度最大不能超過0.002 mm;根據(jù)夾具的定位誤差要求，工作臺兩定位孔到中心孔的孔距公差是±0.01 mm，因此夾具中兩定位銷到夾具中心的公差為。

這樣孔距的定位誤差控制在0.01 mm，就能滿足30件工作臺的一致性精度要求。

根據(jù)定位套孔與夾具定位銷的配合間隙最大不能超過0.005 mm 的要求，對定位套孔和夾具定位銷的公差進(jìn)行了分配，即

根據(jù)定義，最大間隙(Xmax)= 孔的最大極限尺寸－ 軸的最小極限尺寸［5］= 80.003 mm－ 79.998 mm=0.005 mm

最小間隙(Xmin)=孔的最小極限尺寸－軸的最大極限尺寸［5］=80 mm－79.999 mm=0.001 mm

通過以上計算，定位套孔與夾具定位銷的配合最大間隙為0.005 mm，最小間隙為0.001 mm，所分配的公差能滿足要求。

2.3 交換工作臺兩基準(zhǔn)側(cè)面到中心孔距離一致性的保障

通過測量工具上千分表在校對塊上的讀數(shù)與在工作臺基準(zhǔn)側(cè)面上讀數(shù)的數(shù)值差來確定基準(zhǔn)側(cè)面與中心孔的尺寸，并將每件工作臺的該數(shù)值差做記錄，最后根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)精加工工作臺側(cè)面來保證30 件工作臺側(cè)面與孔中心距離一致性0.005 mm 的精度要求。

2.4 交換工作臺定位面與臺面厚度尺寸一致性的保障

對于30 件工作臺定位面與臺面厚度尺寸一致性0.005 mm 的要求，通過采用精密刮研技術(shù)，保證工作臺臺面的平面度及其一致性，再以臺面為基準(zhǔn)，在高精度數(shù)控導(dǎo)軌磨床上對定位面進(jìn)行精密磨削來保證其尺寸和平行精度的一致性。

3 精密灌膠定位夾具使用方法

(1)首先在夾具兩個定位銷上裝上配合間隙為0.001 ～0.005 mm 的定位套，不緊固螺釘，然后吊裝工作臺將兩個定位孔對準(zhǔn)定位套(定位孔與定位套留有2 mm 間隙)，將工作臺放到夾具上。

(2)搖動手柄，帶動中心孔校正軸旋轉(zhuǎn)，通過電子測微儀來校正工作臺的中心孔在0.005 mm 內(nèi)，用中心定位套定住中心孔，定位套與夾具心軸、工作臺中心孔的配合間隙都是0.002 ～0.005 mm，這樣工作臺在夾具上就不會移動，只會轉(zhuǎn)動。

(3)將校正工具緊靠夾具體兩相互垂直基準(zhǔn)面上，移動校正工具來校正工作臺基準(zhǔn)側(cè)面在0.005 mm 內(nèi)，用連接螺釘將定位套緊固在工作臺上(見圖6)，并用4 塊壓板將工作臺壓緊在夾具上(參看圖3)。然后將千分表在校對塊上的讀數(shù)與在工作臺基準(zhǔn)側(cè)面上讀數(shù)的數(shù)值差做記錄，根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)對工作臺側(cè)面進(jìn)行精修，以此來保證基準(zhǔn)側(cè)面與中心孔尺寸一致性0.005 mm 的高精度要求。

(4)灌膠。用噴槍將混合好的膠液從進(jìn)膠孔注入到定位孔與定位套之間的間隙中，當(dāng)膠液從出膠孔流出時說明膠液已灌滿，用堵頭將進(jìn)膠孔和出膠孔堵上。24 h 膠液固化后即完成了灌膠工作，也就是完成了定位套的粘接定位工作，見圖6。

圖6 灌膠圖

4 結(jié)束語

FMS1600 柔性制造系統(tǒng)實際使用證明:精密灌膠定位夾具具有結(jié)構(gòu)簡單、定位準(zhǔn)確、操作方便等優(yōu)點，使用該夾具后，工作臺定位孔的加工精度要求可以大幅降低，降低了生產(chǎn)制造成本，提高了加工效率，保證了工作臺兩定位孔的孔距精度一致性及工作臺兩基準(zhǔn)側(cè)面到中心孔距離尺寸精度一致性，解決了柔性制造系統(tǒng)多件工作臺精度一致性要求較高的問題，保證了整個柔性制造系統(tǒng)的順利實現(xiàn)。同時，該夾具的設(shè)計應(yīng)用也促進(jìn)了該公司灌膠技術(shù)的發(fā)展。

【1】濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計［M］.北京:高等教育出版社，2006.

【2】張進(jìn)生.機械制造工藝與夾具設(shè)計指導(dǎo)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1995.

【3】東北重型機械學(xué)院.機床夾具設(shè)計手冊［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1988.

【4】王啟平.機床夾具設(shè)計［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

【5】任嘉卉.公差與配合手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1994.