CN203649954U - 双夹紧点工装夹具压板 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体公开了一种双夹紧点工装夹具压板，包括板身，所述的板身一端设有与螺柱配合来实现板身高度调节的螺纹孔I，中间设有与螺栓I配合来实现对工件实施夹紧力的U型孔，另一端设有至少一个与螺栓II配合来实现补偿工件变形的螺纹孔II。本实用新型与现有的对工件变形的补偿方法相比，使用双夹紧点工装夹具压板装夹对加工效率没有任何影响，且可操作性强。

Description

双夹紧点工装夹具压板

技术领域

本实用新型涉及工装夹具的部件，尤其涉及一种能够补偿薄板件切削变形的工装夹具压板。

背景技术

在切削力或夹紧力的作用下，刀具、工件可能发生较大的加工变形，刀触点处实际切深大于或小于理论值，于是产生“过切”或“欠切”现象。尤其是对于薄板、薄壁类零件，“过切”或“欠切”现象严重，往往需要进行多次重复精加工，加工效率低、精度难以保证的问题比较突出。对于这种变形，现有的补偿方法主要有修改刀具走刀路径(见文献“张攀,陈蔚芳.薄壁件加工变形预测及主动补偿方法.现代制造工程,2008,3:70-72”)、优化切削参数（见文献“M.Wan,W.H.Zhang,G.H.Qin,Z.P.Wang.Strategies for error predictionand error control in peripheral milling of thin-walled workpiece[J],InternationalJournal of Machine Tools and Manufacture,2008,48,(12-13):1366-1374”）、刀具偏摆（赵威等,航空薄壁件的刀具偏摆数控补偿加工技术.机械制造与研究,2002）等，但前两种补偿方法都会降低加工效率，而第三种方法不容易实现（通常需4～5轴数控机床才能实现）且并不适用于端面铣削加工。

在对薄板件进行切削时，常采用点支撑方式装夹，但是在使用现有的普通压板时，压板与工件有较大的接触面，而由于接触面并不是绝对的平面，所以接触面上的压紧力并不均匀，因此可能造成较大的装夹变形，进而造成工件较大的加工变形。当缩小压板与工件的接触面，采用点支撑点夹紧方式装夹（见文献“刘玉梅.薄板件切削回弹变形机理及装夹优化方法研究.山东大学，2012”）时，存在以下两方面的问题：一是当夹紧点与支撑点上下正对时，则压板作用在工件上的夹紧力仅仅起到了夹紧工件的作用，并不能利用夹紧力补偿工件的加工变形。二是当夹紧点与支撑点错开时，压板作用在工件上的夹紧力只能补偿支撑点内侧或外侧的变形，并且补偿了一侧的变形后，另一侧的变形会更大。

在实际的切削过程中，切削力和夹紧力往往都在对工件的加工变形起着负面的作用。当切削参数一定时，切削力是无法被控制的，但是可以通过压板控制夹紧力。当夹紧力对工件变形起到的作用与切削力对工件变形起到的作用相反时，压板就能起到补偿工件变形的作用。但是未见可以有效利用夹紧力补偿工件变形的压板。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的缺点，本实用新型具体的目的就是要通过此压板有效的利用夹紧力补偿薄板件的加工变形。

双夹紧点工装夹具压板，包括板身，所述的板身一端设有与螺柱配合来实现板身高度调节的螺纹孔I，中间设有与螺栓I配合来实现对工件实施夹紧力的U型孔，另一端设有至少两个与螺栓II配合来实现补偿工件变形的螺纹孔II。

所述的螺纹孔I的直径比螺纹孔II的直径大。

在使用时，所述的螺栓I与夹具的底座联接。

在使用时，所述的螺栓II穿过所述板身上的螺纹孔II与工件接触，通过拧紧和旋松螺栓II来调整夹紧力的大小。

所述的板身上设置两个压紧点。

本实用新型的有益效果如下:

与现有的普通压板相比，双夹紧点工装夹具压板能够有效利用夹紧力使工件产生的弹性变形补偿由切削力产生的弹性变形，进而减小工件切削以后的变形，并且能使夹紧力适应切削力的变化而自动向有利于补偿工件变形的趋势变化。另外，此压板还可以调整工件和压板之间的接触点的位置和各接触点夹紧力的大小，以调整压板对工件变形的补偿效果。

与现有的对工件变形的补偿方法相比，使用双夹紧点工装夹具压板装夹对加工效率没有任何影响，且可操作性强。

附图说明

图1为压板板身；

图2为压板的装配图；

图3为压板使用示例图；

图4图3的简化受力图；

图5a-图5e采用本压板压紧工件后切削力在工件右侧时的受力分析图；

图6a-图6g采用本压板压紧工件后切削力在工件中间时的受力分析图；

图7工件沿长度方向分成A、B、C、D、E五个区域分布图；

图8(1)A区工件变形图；

图8(2)C区工件变形图；

图8(3)E区工件变形图；

图中：1螺纹孔I,2U型孔，3螺纹孔II，4板身，5工件6夹具底座，7支撑点。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

双夹紧点工装夹具压板，包括板身4，所述的板身4一端设有与螺柱配合来实现板身高度调节的螺纹孔I1，中间设有与螺栓I配合来实现对工件实施夹紧力的U型孔2，另一端设有至少两个与螺栓II配合来实现补偿工件变形的小螺纹孔II3。

其中，小螺纹孔II3的个数、尺寸以及螺纹孔之间的距离根据实际而定，在使用时根据需要选择其中最有利于补偿工件变形的两个与所述小螺栓匹配，作用是调整夹紧点与支撑点之间的距离；所述大螺栓与所述板身U型孔匹配，作用是与夹具底座联接，施加夹紧力；所述小螺栓与所述板身的小螺纹孔匹配，在使用时所述小螺栓穿过所述板身上的小螺纹孔与工件接触作为夹紧点，作用是通过拧紧和旋松小螺栓来调整夹紧力的大小；所述螺柱与板身大螺纹孔匹配，作用是调整板身高度。压板的装配图如附图2所示。属于我实用新型的部分是板身，普通压板在使用时是用板身部分直接与工件接触，双夹紧点工装夹具压板是通过所述小螺栓与工件接触，且夹紧点位置以及各夹紧力大小均可调。

下面结合一个使用实例说明本实用新型的工作原理。

对于一个如图7中所示的薄板件，长为400mm，宽为25mm，高为10mm的工件，材料为6061铝合金，采用点支撑方式装夹，用两个双夹紧点工装夹具压板压紧，板身上设置了7个M3的螺纹孔3，每个螺纹孔之间的距离为5mm，本例选用了最外侧的两个螺纹孔，即每个压紧点与支撑点之间的距离均为15mm；1个M10的螺纹孔1。其中双夹紧点工装夹具压板通过大螺栓连接在夹具底座6上，通过螺柱调整压板高度，保证压板与底座平行，此例选择压板上最外侧的两个小螺纹孔，在工件5长度方向上，被选择的两个小螺纹孔对称分布在对应支撑点7的两侧，通过小螺栓与工件接触，压紧工件。施加夹紧力时，先使两接触点与工件接触，然后拧紧大螺栓施加夹紧力，通过拧紧和旋松小螺栓调整各接触点夹紧力的大小。试验结果如图8（1）-（3）所示。

将工件沿长度方向分成A、B、C、D、E五个区域（如图3），其中A、C、E切削区，B、D为装夹区，x表示刀具作用点到工件左端点的距离。

工作原理：将图3简化成二维图，如图4所示。

当刀具（螺旋铣刀，下同）运动到工件端部（如图5a中N位置）时，刀具对工件施加的轴向切削力F会迫使工件发生弹性变形，以过支撑点工件表面的垂线（图5a中虚直线）为分界线，靠近切削力的一侧上翘，远离切削力的一侧下凹（如图5a中虚曲线）。此时固定压块位置，D压紧点将与工件接触更加紧密，假设作用在整个压块上的夹紧力不变，则D压紧点作用在工件上的夹紧力增大，相反，C压紧点作用在工件上的夹紧力减小。将工件简化成外伸梁如图5b，在力F的作用下，N点的挠度为

（如图5c）。忽略夹紧力F_A、F_B对N点挠度的影响，

在F_C的作用下,N点的挠度

（如图5d）

在F_D的作用下，N点的挠度为

（如图5e）。

根据叠加法求梁变形方法，在弯曲变形很小，且材料服从胡克定律的情况下，挠曲线的微分方程是线性的，当梁上同时作用几个载荷时，可分别求出每一载荷单独引起的变形，把所得变形叠加即为这些载荷共同作用时的变形。于是，N点的总挠度ω_N2应为ω₁、ω_C1和ω_D1的叠加，即

${\mathrm{\ω}}_{N2}={\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_{C1}+{\mathrm{\ω}}_{D1}=$

$\frac{{\mathrm{Fd}}^2(d+s)}{3\mathrm{EI}}+\frac{F_{C}a(s-a)(s+b)d}{6\mathrm{EIs}}-\frac{F_D\mathrm{asd}}{3\mathrm{EI}}-\frac{F_D{a}^2(3d-a)}{6\mathrm{EI}}---\left(1\right)$

当刀具运动到工件中间位置R处（如图6a所示）时，刀具对工件施加的轴向切削力F亦会迫使工件发生弹性变形（如图6a中虚线所示）。以过支撑点工件表面的垂线为分界线（图6a中虚直线），靠近切削力的一侧上翘，远离切削力的一侧下凹。此时固定压块位置，则B、C两压紧点将与工件接触更加紧密，假设作用在整个压块上的夹紧力不变，则B、C压紧点作用在工件上的夹紧力增大，相反，A、D两压紧点作用在工件上的夹紧力减小。将工件简化成外伸梁如图6b。

在力F的作用下，R点的挠度为

（如图6c）；

在F_A的作用下，R点的挠度为

如图6d。

在F_D的作用下，R点的挠度为

如图6e。

在F_B的作用下，R点的挠度为

${\mathrm{\ω}}_{B2}=-\frac{F_{B}b\{\frac{s}{b}{[(s-d)-a]}^3+(s^2-b^2)(s-d)-{(s-d)}^3\}}{6\mathrm{EIs}}$ 如图6f。

在F_C的作用下，R点的挠度为

如图6g。

于是，R点的总挠度ω_R2应为ω₂、ω_A2、ω_B2、ω_C2和ω_D2的叠加，即

${\mathrm{\ω}}_{R2}={\mathrm{\ω}}_2+{\mathrm{\ω}}_{A2}+{\mathrm{\ω}}_{B2}+{\mathrm{\ω}}_{C2}+{\mathrm{\ω}}_{D2}$

$=\frac{\mathrm{Fd}(s-d)[s^2-{(s-d)}^2-d^2]}{6\mathrm{EIs}}+\frac{F_{A}a(s-d)d[2s-(s-d)]}{6\mathrm{EIs}}$

$-\frac{F_{B}b\{\frac{s}{b}{[(s-d)-a]}^3+(s^2-b^2)(s-d)-{(s-d)}^3\}}{6\mathrm{EIs}}---\left(2\right)$

$-\frac{F_{C}a(s-d)[s^2-{(s-d)}^2-a^2]}{6\mathrm{EIs}}+\frac{F_{D}a(s-d)[s^2-{(s-d)}^2]}{6\mathrm{EIs}}$

式中，E为工件的弹性模量，I为工件的惯性矩，F为轴向切削力，s为工件长度方向支撑之间的距离，d为F作用点到支撑P之间的距离，a为压紧点与支撑点之间的距离。F_A、F_B、F_C、F_D分别为压紧点A、B、C、D处的压紧力。

当刀具运动到工件端部时，在切削力的作用下，N点的挠度ω_N1=ω₁。补偿后N点的挠度为ω_N2=ω₁+ω_C1+ω_D1，补偿量为ω_C1+ω_D1，随着F_C的减小，F_D增大，则|ω_C1|减小，|ω_D1|增大，当ω_C1+ω_D1<0时，|ω_N1|>|ω_N2|，即采用本压板压紧能够自动补偿一部分因“过切”引起的工件变形。

当刀具在工件中间位置时，在切削力的作用下，R点的挠度ω_R1=ω₂，补偿后R点的挠度ω_R2=ω₂+ω_A2+ω_B2+ω_C2+ω_D2，补偿量为ω_A2+ω_B2+ω_C2+ω_D2随着F_A、F_D的减小，F_B、F_C增大，则|ω_A2|、|ω_D2|减小，|ω_B2|、|ω_C2|增大，当ω_A2+ω_B2+ω_C2+ω_D2<0时，|ω_R1|>|ω_R2|，即采用本压板压紧亦能够自动补偿一部分因“过切”引起的工件变形。

在上述公式中E为工件的弹性模量，I为工件的惯性矩，皆为常数。压紧力（F_A、F_B、F_C、F_D）以及夹紧点与支撑点之间的距离a均可变，并且这两个参数均可以由本压板控制，所以可以通过本实用新型调整这两个参数来调整其对工件变形的补偿效果。

Claims (5)

1.双夹紧点工装夹具压板，包括板身，其特征在于：所述的板身一端设有与螺柱配合来实现板身高度调节的螺纹孔I，中间设有与螺栓I配合来实现对工件实施夹紧力的U型孔，另一端设有至少两个与螺栓II配合来实现补偿工件变形的螺纹孔II。

2.如权利要求1所述的双夹紧点工装夹具压板，其特征在于：所述的螺纹孔I的直径比螺纹孔II的直径大。

3.如权利要求1所述的双夹紧点工装夹具压板，其特征在于：在使用时，所述的螺栓I与夹具的底座联接。

4.如权利要求1所述的压板，其特征在于：所述的螺栓II穿过板身上的螺纹孔II与工件接触，通过拧紧和旋松螺栓II来调整夹紧力的大小。

5.如权利要求1所述的压板，其特征在于：所述的板身上设置两个压紧点。

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