摘要:本文利用UG软件设计了一种三坐标测量机专用夹具,介绍了它的总体方案设计及主要零部件的三维设计过程,给出了夹具的结构特点和使用方法,通过虚拟装配,证明采用这种夹具是可行的,有一定的应用范围,装夹灵活、拆卸方便,既提高工作效率,又节约成本,尤其适用于高校实验室的教学、科研与创新环境。
关键词:三坐标测量机;UG;夹具
随着科技的发展,对机械制造产品的设计要求越来越高,用于工业检测、质量控制和反求工程等方面的三坐标测量机在汽车工业、航空航天工业及国防工业等各个领域得到了广泛的应用,高等学校承担着教育、科研及创新的重任,三坐标测量机也被引入了高校的实验室环境。零部件的多样化、复杂化对三坐标测量机的夹具提出了新的要求,而市场上出售的专用夹具比较昂贵,且不能完全适合高校实验室环境,设计一种简单、实用,拆卸方便、装夹灵活的专用夹具十分必要。
针对以上情况,利用UG软件的三维实体建模、工程制图、虚拟装配等功能,设计了一种三坐标测量机专用夹具。
1 选用的设备
设计的夹具通用在三坐标测量机上。其中以一台美国引进的GLOBAL IMAGE 7107型号为例,其测量行程为X/Y/Z (mm):700/1000/660mm,光栅分辨率可达0.08μm。最大矢量加速度为4330mm/s,最大矢量速度为866mm/s,空间测量不确定度为E=1.5+L/330μm,空间探测误差为E=1.7μm,最小供气压力:0.55Mpa。该测量机采用移动桥式结构。
2 总体方案设计
夹具的设计构思来自于孔系组合夹具,但又与之有明显不同:设计的滚动直线导轨副及其附属部件适合高校实验室三坐标测量机的要求,机动、灵活、联接方便。可以根据零件的需要来选择安装导轨的数目,不需要时可将导轨拆下,可以最大程度的利用空间。可提供多种样件测量的装夹方式,为实验教学、科研和创新提供必要的保证。
3 结构组成与特点
专用夹具的设计分为两部分进行。一、相当于基础板的滚动直线导轨副及其附属部件的设计;二、专用夹具的设计。
结构设计采用三维UG软件来完成,实现了虚拟装配。在设计过程中考虑到不影响原设备使用的条件,最多可同时使用四根可拆卸直线导轨配合专门设计的配件,实现了工作台范围内任意两点的定位和夹紧。
4 主要部件的三维设计
夹具的主要部件有底座、滚动直线导轨、支撑座、顶杆和连杆等。
关键部件导轨的设计由三坐标测量机的行程及工作平台上螺纹孔的分布决定,为确保被测工件在电子测头的工作范围内,决定利用工作平台上的最外两侧螺纹孔(每排有四个螺纹孔,其间距为300mm,两排螺纹孔间距为600mm)。选择了GGB型滚动直线导轨副(GGB30BA型),导轨的最大允许长度为3000mm,根据工作台上测得的数据,把导轨的长度设为1700mm,比工作台的长度长50mm,伸出去的部分主要是为了利于导轨块的安装与拆卸。在这四个位置加工出螺纹孔,螺纹孔用来装夹部分夹具附件及把导轨和工作平台固定在一起。其定位方法为:将导轨一端沿工作平台的端面平齐,另一端伸出工作平台50mm,在伸出的一端具有M8螺纹孔,第一个孔的孔心距离伸出部分70mm,然后依次加工出间距为50mm深为20mm的螺纹孔,经计算,导轨上第二个孔就是测量机工作台上所对应的第一个固定螺纹孔,从第二个孔开始每隔五个孔在螺纹孔的基础上再加工出四个M6.2的光孔,与工作台上M6的螺纹孔配合来固定导轨。针对不同的零件,在实际使用时还要增加特殊的夹紧附件,应用均匀分布在直线导轨上的螺纹孔可以实现工作台范围内任意位置工件的定位和卡紧。
导轨与三坐标测量机工作台面通过底座联接,因此在底座设计时,综合考虑联接方式、具体结构、稳固性、便于制造等影响因素,决定采用螺纹联接。
支撑座与导轨块固定在一起,是导轨与连杆的联接件,通过滑块在导轨上的滑动带动连杆移动,以便于在适当的地方装夹零件进行测量。顶杆与底座通过螺纹联接,连杆通过螺母压紧的方式固定在滑块上,随滑块的滑动而移动。
连杆不仅联接两导轨上的滑块,而且可以安装各种夹具,以实现工件的装夹。连杆置于支撑座上,靠螺母压紧,必要时,可以松开螺母,实现微调;连杆三面开有许多螺纹孔,可以安装各种夹具。
5 基于UG的虚拟装配
根据以上对底座、支撑座和连杆的设计以及导轨副的选择,我们可以用UG做出其装配图。当设计的夹具装夹一薄壁工件时。
6 结论
基于UG对三坐标测量机专用夹具进行了数字化设计,进行了虚拟装配。解决了测量机配套夹具价格昂贵、装夹不通用的问题。在原有孔系组合夹具的基础上,通过创新和拓展,将固定的基础板变成可调基础板,在装夹时,可以根据零件的尺寸大小来选择基础板,既方便了基础板的固定,也拓展了测量机的测量范围。同时,基础板的侧面也可以作为装夹夹具的板面。提供了多种样件测量的装夹方式,为高校实验室教学、科研和创新提供必要的保证,其制造成本约为市场上同类产品的十分之一,节约了经费。
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基金项目:哈尔滨工程大学2008年实验教学与改革课题(01764002060167)
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