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脆薄零件在加工中影響零件加工精度的主要問題是工件變形。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了保證脆薄零件的加工精度，采用真空夾具來夾緊。真空夾具可以平穩(wěn)、可靠地夾緊工件，且不易損壞所吸取工件的表面。本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所需加工脆薄玻璃零件的加工要求來設(shè)計真空工作臺系統(tǒng)。介紹了真空吸附的工作原理，描述了氣路設(shè)計方案、真空吸盤的設(shè)計及具體氣路的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及進(jìn)步，陶瓷、玻璃、硅等非金屬材料在現(xiàn)代高科技工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，并且要求越來越薄。傳統(tǒng)的平板工件多采用機(jī)械夾緊或磁吸方式裝夾，雖然采用機(jī)械式夾緊來夾緊脆、薄、無磁性的平面工件較為常見，但是操作困難，控制部件較復(fù)雜，并且加工時受力不均，容易產(chǎn)生變形，從而造成工件報廢。磁吸夾緊存在磁路控制不便，并且無法夾緊無磁性的平面工件。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了滿足工件的高要求，解決薄壁工件的裝夾問題，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.chvacuum.com/)認(rèn)為往往會采用真空吸附式的夾具來裝夾工件。

利用真空發(fā)生器或者真空泵所設(shè)計的真空夾具裝夾工件能夠很好地解決薄壁工件變形，通過真空發(fā)生裝置將工件與吸盤接觸面的空氣抽出，利用真空的作用使得工件的兩個面產(chǎn)生壓差，使得工件產(chǎn)生向著吸盤的力，將工件夾緊在吸盤上來達(dá)到夾持的效果。

1、真空夾具系統(tǒng)回路的設(shè)計

真空系統(tǒng)主要可根據(jù)真空發(fā)生裝置分為真空泵系統(tǒng)和真空發(fā)生器系統(tǒng)兩種類型。本系統(tǒng)采用真空發(fā)生器。

1.1、真空發(fā)生器原理

真空發(fā)生器的構(gòu)成和原理見圖1。

圖1 真空發(fā)生器原理圖

由于位能已轉(zhuǎn)化成動能，氣流的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大氣壓。當(dāng)氣流進(jìn)入吸入室時，在氣體的粘滯性和擴(kuò)散現(xiàn)象作用下，被抽氣體與氣流混合并交換能量。被抽氣體獲得動能后，隨氣流一起進(jìn)入擴(kuò)壓室，并再次轉(zhuǎn)化成高壓低速氣流排出真空發(fā)生器。

1.2、系統(tǒng)回路設(shè)計

真空吸附回路原理圖見圖2。

為形成很好的真空效果，選用了日本SMC公司生產(chǎn)的真空發(fā)生器組件(即將真空發(fā)生器、消聲器、抽吸過濾器、真空開關(guān)組合在一起)，與一般的真空發(fā)生器連接氣路相比，性能更優(yōu)良。同時，對氣路中的電磁閥等元件也進(jìn)行了精選，保證了氣路元件本身的密封要求。

真空回路的工作情況分析：

圖2 真空系統(tǒng)回路

吸附作業(yè)：當(dāng)供給閥4通電時，壓縮空氣經(jīng)過帶過濾器的減壓閥3減壓后，進(jìn)入真空發(fā)生器5，真空發(fā)生器開始工作，使真空吸盤腔內(nèi)產(chǎn)生真空，達(dá)到很低的真空度，依靠真空壓力，使得工件兩個面產(chǎn)生壓力差來吸附工件。

放松作業(yè)：當(dāng)真空破壞閥7通電時，壓縮空氣經(jīng)真空破壞閥7、節(jié)流閥8進(jìn)入吸盤14，從而破壞了吸盤內(nèi)的真空狀態(tài)，使工件脫離吸盤。

2、真空吸盤的設(shè)計

吸盤是工件定位夾緊的承托件。如圖3所示。吸盤一般由吸盤頂蓋、吸盤底座、密封圈、螺栓等組成。吸盤材料的選擇需注意吸盤的工作環(huán)境。該設(shè)計中的真空吸盤是用在超精密實(shí)驗(yàn)室的工作環(huán)境下，吸附玻璃進(jìn)行長時間的精密銑削加工，因此要求吸盤表面平整不變形，所以該設(shè)計采用耐磨、不變形、重量輕的硬鋁合金材料。

圖3 真空吸盤結(jié)構(gòu)圖

4、氣動元件接線圖

真空發(fā)生器可以做成集成式的，因此需要接管的氣動元件只有二位手動開關(guān)、帶過濾器減壓閥、真空發(fā)生器和真空過濾器。接線示意圖如圖8所示。

圖8 真空元件接線圖

接管過程中需要注意的事項(xiàng)：

(1)帶過濾器減壓閥和真空過濾器安裝時要垂直放置，不能倒置。

(2)過濾器兩端壓降大于0.02MPa時，濾芯應(yīng)卸下清洗或更換。

5、結(jié)束語

此真空夾具具有一定的通用性，不僅適用于玻璃的銑削加工，也適用于塑料、橡膠、聚四氟等薄板材料的銑削加工，同時也可用于磨床磨削不導(dǎo)磁薄板零件(如不銹鋼)。該夾具操作方便，改變定位元件型腔結(jié)構(gòu)，可以加工異形薄壁零件，具有一定的推廣意義。實(shí)踐證明：利用該真空吸附夾具高速銑削薄板零件，有效地提高了加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率。