夾具設(shè)計類文獻綜述

文獻綜述夾具設(shè)計綜述一前言在機械制造中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗工序等，使用著大量的夾具。利用夾具，可以提高勞動生產(chǎn)率，提高加工精度，減少廢品；可以擴大機床的工藝范圍，改善操作的勞動條件。因此，夾具是機械制造中的一項重要的工藝裝備。按夾具的應(yīng)用范圍分類有：通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具；按夾具上的動力源分類有：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具、切削力及離心力夾具。（一）夾具設(shè)計的基礎(chǔ)理論一個好的機床夾具，首先要保證能加工出合格的產(chǎn)品。為此，所設(shè)計的夾具首先應(yīng)滿足以下兩項要求：(1)在未受外力作用時，加工件對刀具和機床應(yīng)保持正確的位置，即加工件應(yīng)有正確的定位。(2)在加工過程中，作用于加工件上的各種外力，不應(yīng)當破壞加工件原有的正確定位即對加工件應(yīng)有正確的夾緊。（二）定位原理在機械加工中，我們要求加工出來的表面．對加工件的其它表面保持規(guī)定的位置尺寸。因為加工表面是由切削刀具和機床的綜合運動所造成，所以在加工時，必須使加工件上的規(guī)定表面(線、點)對刀具和機床保持正確的位置才能加工出合格的產(chǎn)品。⑴定位原理把加工件上的規(guī)定表面(線、點)與夾具上的規(guī)定表面(線、點)相互靠住的這一措施，叫做夾工件在夾具中的定位。該加工件上的這種規(guī)定表面(線、點)稱為定位基準。⑵定位基本原理在夾具設(shè)計中的應(yīng)用自由物體定位的基本原理：自由的物體，它對三個互相垂直的坐標面來說，有六種活動的可能性，其中三種是移動，三種是轉(zhuǎn)動，習(xí)慣上，我們把這種活動的可能性稱為自由度。當物體的六個自由度被完全限制后，該物體在空間的位置也就完全確定了，所以定位就是限制自由度；在夾具中限制加工件的自由度在夾具中，使加工件的規(guī)定表面與定位元件接觸，就能限制自由度。定位元件所能限制的自由度數(shù)與定位元件的形式、數(shù)量及布置情況有關(guān)；夾具中的超定位如果兩種定位元件均能限制加工件的同一個自由度時，就發(fā)生了超定位，超定位能產(chǎn)生一些不良后果。如使定位不穩(wěn)定，降低了定位精度；因加工件定位基準間的誤差，使加工件裝不進夾具等。在設(shè)計中應(yīng)盡量避免超定位。（三）夾緊原理在生產(chǎn)實踐中，盡管定位方式是合理的，但由于夾緊狀態(tài)不良(即夾緊力的大小、方向、作用點和支承的位置選擇不當)可能出現(xiàn)如下問題：①加工件飛出夾具，打壞刀具，造成安全事故；②加工出來的位置尺寸不準確；③加工表面產(chǎn)生形位公差(如不平度、不垂直度)；①加工表面粗糙度高等。因此，當加工件正確定位后．還需要獲得良好的夾緊狀態(tài)。使加工件獲得良好的夾緊狀態(tài)的措施，叫做正確的夾緊。⑴加工件的正確夾緊原則1.在夾緊過程中，如何克服重力的影響，把加工件壓回正確位置，是正確夾緊原則之一。所以在考慮定位方案及設(shè)置定位支承時，應(yīng)盡可能使支承反力與重力不構(gòu)成力偶，使加工件重心位于支承范圍內(nèi)。2.在夾緊過程中，如何使已獲得正確定位的加工件不脫離正確位置，是正確夾緊原則之二。所以，在制定夾緊方案時，應(yīng)盡可能避免夾緊力與支承反力構(gòu)成力偶。3.在夾緊過程中，如何使加工件不產(chǎn)生超出允許范圍的變形，是正確夾緊原則之三。所以在制定夾緊方案時，對于剛性較差的加工件，應(yīng)盡可能避免產(chǎn)生或應(yīng)盡可能減小由夾緊力產(chǎn)生的彎曲力矩。4.在切削過程中，如何避免加工件發(fā)生不能允許的振動，是正確夾緊原則之四。所以，在制定夾緊方案時，對于剛性較差的加工件，應(yīng)盡可能避免產(chǎn)生或應(yīng)盡可能減小由切削力產(chǎn)生并作用于加工件上的彎曲力矩。5.如何使平衡切削力所需要的夾緊力最小，是正確夾緊原則之五。所以，在制定夾緊方案時，切削力最好由支承反力平衡，而盡可能避免用夾緊力及由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力平衡。（四）簡述計算機設(shè)計專用夾具專用夾具是為完成某一工件的某一工序而專門設(shè)計的工藝設(shè)備。與組合夾具相比，專用夾具具有以下特殊的優(yōu)點：(1)能確保工件的加工精度；(2)總體方案與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)；(3)操作方便，能減輕工人的勞動強度；(4)便于排屑，有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。傳統(tǒng)的專用夾具設(shè)計需要耗費大量的時間進行設(shè)計計算，需要經(jīng)驗豐富的夾具設(shè)計人員來完成，勞動量大，效率低。20世紀80年代以來，將計算機技術(shù)應(yīng)用到夾具設(shè)計中一直是機械領(lǐng)域研究的課題之一。傳統(tǒng)夾具設(shè)計理論與先進的計算機技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)出的各種CAFD系統(tǒng)成為專用夾具新的設(shè)計方法。最初的交互式設(shè)計系統(tǒng)是由設(shè)計人員簡單應(yīng)用CAD軟件的圖形功能，建立一個標準夾具元件數(shù)據(jù)庫，設(shè)計者根據(jù)經(jīng)驗選擇元件，并裝配成夾具。隨后開發(fā)的CAFD系統(tǒng)建立了定位方法選擇、工件信息檢索等模塊，大大提高了CAFD系統(tǒng)的實用性。這些都是基于二維平臺開發(fā)的。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，三維繪圖成了計算機輔助設(shè)計的有力工具。多數(shù)三維繪圖軟件都建立了標準件庫，同時允許用戶建立自己的元件庫。這為交互式夾具設(shè)計提供了更好的平臺交互式夾具設(shè)計步驟以傳統(tǒng)夾具設(shè)計步驟為基礎(chǔ)。首先根據(jù)工件特征、工序信息及夾具信息，調(diào)用有關(guān)的程序和數(shù)據(jù)協(xié)助技術(shù)人員來完成夾具的定位方案、導(dǎo)向方案、夾緊方案的設(shè)計，并通過人機交互的方式完成各功能元件和部件的選擇和設(shè)計。然后進入三維繪圖環(huán)境，采用人工交互的方式進行參數(shù)化驅(qū)動，以獲得尺寸滿足要求的零件和部件，裝配后繪出裝配圖和零件圖。交互式夾具設(shè)計系統(tǒng)適合于開發(fā)新產(chǎn)品和需要加工新工件、沒有已有夾具信息可以利用的情況。對于大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)來說，待加工的工件相似性高，因此要設(shè)計的夾具只需要在尺寸或結(jié)構(gòu)上進行部分修改，這就使夾具設(shè)計中重復(fù)性工作多，需要繁瑣的人工繪圖工作。如何充分利用已有夾具信息成為CAFD系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此基于實例推理的夾具設(shè)計理論得到了發(fā)展和實際應(yīng)用。CAPP在世界范圍內(nèi)掀起的熱潮，又由于工藝和夾具的密切聯(lián)系而后者又有其獨立性，推動了計算機輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)的研究和開發(fā)。FMS和CIMS的興起和開發(fā)，迫切需要柔性夾具實現(xiàn)快速生產(chǎn)準備。同時，以計算機輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)為基礎(chǔ)的夾具信息系統(tǒng)是CIMS中信息集成的一個重要環(huán)節(jié)。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)已開發(fā)的夾具設(shè)計軟件系統(tǒng)，計算機輔助夾具設(shè)計是目前比較成熟的夾具設(shè)計系統(tǒng)。計算機輔助夾具設(shè)計可歸納為四種方法：部分自動化的夾具設(shè)計、夾具自動設(shè)計(AFD)法、參數(shù)夾具設(shè)計、據(jù)已有夾具方案進行夾具設(shè)計。（五）夾具設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢由于CAD/CAM系統(tǒng)的迅速發(fā)展以及越來越廣泛使用的多軸CNC機床，使得對形狀復(fù)雜工件的設(shè)計和加工過程控制的自動化程度要求越來越高。因此對夾具設(shè)計方法提出了更高的要求，它不僅能將CAD/CAM系統(tǒng)有效地聯(lián)接起來，同時應(yīng)能適用于各種形狀的工件。以組合夾具元件為基礎(chǔ)的夾具自動設(shè)計(AFD)將是夾具設(shè)計的一個主要發(fā)展趨向。組合夾具自動設(shè)計系統(tǒng)可分為兩種類型，一種是在CAD基礎(chǔ)上的擴展系統(tǒng)；另一種是經(jīng)驗法則的專家系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)目前都還不完善，為了將這些設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，必須建立更大數(shù)量的“規(guī)則”以擴展專家系統(tǒng)；在理論上通過分析研究工件和夾具間關(guān)系的基本規(guī)律，建立起一些新的理論基礎(chǔ)；另外，在開發(fā)、研究AFD軟件系統(tǒng)的同時，夾具硬件設(shè)計的研究也必須同時進行，以增強整個夾具設(shè)計的自動化程度。另一方面，計算機技術(shù)的發(fā)展為夾具設(shè)計提供了有利的工具。CAFD系統(tǒng)已經(jīng)從對二維繪圖軟件的二次開發(fā)發(fā)展到實現(xiàn)與三維繪圖軟件的集成設(shè)計，使夾具的結(jié)構(gòu)表達更清晰。三維繪圖軟件成為CAFD的有利工具。隨著CIMS、并行工程和敏捷制造技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對CAFD的需求也越來越迫切。歸納目前CAFD系統(tǒng)的研究方向主要包括以下幾個方面：(1)集成化。CAFD是生產(chǎn)準備的重要部分。確定該工序所使用的夾具，給出夾具的裝配圖和零件圖是連接CAD與CAM的橋梁。集成化的CAFD應(yīng)首先實現(xiàn)與CAPP的集成。集成化是CAFD系統(tǒng)發(fā)展