文獻(xiàn)綜述組合夾具.doc

文獻(xiàn)綜述組合夾具0引言夾具是工藝裝備的主要組合部分,在機(jī)械制造中占有重要地位。夾具對保證產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)率,減輕勞動強(qiáng)度,擴(kuò)大機(jī)床使用范圍,縮短產(chǎn)品試制周期等都具有重要意義。目前,單件、小批量生產(chǎn)正逐漸成為現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)新的生產(chǎn)模式。在這種模式中,要求加工機(jī)床和夾具裝備具有更好的柔性,以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間、降低生產(chǎn)成本,所以,按單一品種設(shè)計專用夾具的方法已不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求,而組合夾具正是適應(yīng)這一生產(chǎn)模式的柔性工裝設(shè)備。它對縮短工藝裝備的設(shè)計、制造周期,以及產(chǎn)品換型后對原有工裝夾具延續(xù)使用起到至關(guān)重要的作用。國外為了適應(yīng)這種生產(chǎn)模式,也把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段,并將其作為機(jī)械制造業(yè)的主要發(fā)展。1組合夾具的類型按元件定位聯(lián)接形式不同,當(dāng)前國內(nèi)外組合夾具分成槽系組合夾具和孔系組合夾具兩大類型。槽系組合夾具元件之間定位聯(lián)接是采用高精度的槽、鍵定位,螺栓緊固?？紫到M合夾具元件之間的定位聯(lián)接是采用高精度的孔、銷定位,螺栓緊固。組合夾具元件按其用途不同,可分為八大類:基礎(chǔ)件、支承件、定位件、導(dǎo)向件、壓緊件、緊固件、合件和其它件。每一類元件都有其基本用途,但也沒有嚴(yán)格的界限,在某種情況下也可起到其它類元件的作用1?？紫到M合夾具的特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)調(diào)整方便,精度和剛度都高于槽系夾具。其間的定位聯(lián)接是采用高精度的孔、定位銷,螺栓緊固。由于孔系基礎(chǔ)板夾具具有剛性好,夾具元件定位精度和可靠性高,組裝時間短和靈活機(jī)動以及夾具元件加工工藝性好等優(yōu)點(diǎn)2,使得孔系基礎(chǔ)板組合夾具成為當(dāng)前CNC系統(tǒng)使用中最有發(fā)展前途的組合夾具。2組合夾具的作用柔性制造系統(tǒng)(FMS)的擴(kuò)大應(yīng)用,計算機(jī)集成制造的興起,促進(jìn)了組合夾具的發(fā)展,組合夾具也在其中起到了至關(guān)重要的作用。它的作用是:(1)保證精度。夾具設(shè)計的首要任務(wù)是保證工件上被加工表面的位置精度,同時對相關(guān)的尺寸精度和表面粗糙度的改善也起到一定的作用；(2)提高生產(chǎn)率,降低成本。在單件小批量生產(chǎn)中,為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,同時也為及時生產(chǎn),降低產(chǎn)品成本中夾具的費(fèi)用,組合夾具是非常理想的選擇；(3)擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍。使用組合夾具可方便加工,并可擴(kuò)大工藝范圍；(4)減輕工人勞動強(qiáng)度,保證生產(chǎn)安全。3國內(nèi)的研究現(xiàn)狀我國于80年代末開始對組合夾具元件的設(shè)計與管理進(jìn)行了研究和開發(fā),在總結(jié)和吸取我國應(yīng)用和發(fā)展槽系夾具經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)代機(jī)械加工特征及夾具的發(fā)展趨勢,研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)。此系統(tǒng)發(fā)揮了槽系平移可調(diào)性和孔的旋轉(zhuǎn)可調(diào)性的優(yōu)勢,可直接組裝獲得任何直線尺寸和角度尺寸。此系統(tǒng)把大中小三個系列的元件有機(jī)融為一體,可在一塊多夾具基礎(chǔ)板上,既能組裝單個大工件夾具,又能組裝多個中小零件夾具,有利于裝夾具基礎(chǔ)板長期固定在機(jī)床工作臺上,此系統(tǒng)還設(shè)有孔系和槽系過渡元件,便于實現(xiàn)孔、槽系夾具元件混合使用。北京工商大學(xué)麻建東和劉璇開發(fā)的組合夾具元件庫3,4,元件庫模塊的核心程序用ObjectARX SDK2.02工具包開發(fā),界面程序用AUTOCAD提供的對話框控制語言DCL(Dialog Control Language)語言開發(fā),在VC+ +6.0下編譯和聯(lián)接,生成的ARX可執(zhí)行程序在AUTOCADR14下直接加載運(yùn)行。元件庫可為使用者提供7類組合夾具元件三維圖形的瀏覽以及交互設(shè)計功能,并生成三維組合夾具構(gòu)形圖,在CAD環(huán)境中可進(jìn)行修改或刪除。山東工業(yè)大學(xué)的徐志剛在“廣義映射原理”的指導(dǎo)下,開發(fā)了支持“top-down”風(fēng)范的夾具設(shè)計軟件自動化系統(tǒng)5。吳玉光6博士在這個領(lǐng)域取得了較大的突破。提出孔系基礎(chǔ)板組合夾具設(shè)計的系統(tǒng)方法。該方法利用連桿機(jī)構(gòu)原理自動確定由直線和圓弧組成定位邊界的零件的全部候選定位方案。并提出定位銷可見錐概念和定位銷轉(zhuǎn)動支點(diǎn)的概念,進(jìn)行定位方案的裝卸方便性分析。進(jìn)一步提出瞬心三角形和同向邊的概念,對工件進(jìn)行可夾緊性分析,確定工件邊界的可夾緊范圍。其理論水平在國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)開拓了新的局面。4國外的研究現(xiàn)狀夾具的設(shè)計包括三個步驟:設(shè)備規(guī)劃、夾具規(guī)劃和夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計。目前,Joneja7以及Ferreira8等人在進(jìn)行CAPP方面的研究中對設(shè)備規(guī)劃有詳細(xì)論述。計算機(jī)輔助夾具設(shè)計(CAFD)就夾具方面也作了一些工作:Chou YC,Chandru V9等人提出的自動夾具定位和夾緊的一種方法;De Meter EC10提出的利用機(jī)械杠桿原理進(jìn)行定位和夾緊位置選擇的一種算法;Markus A11等人提出的針對棱柱形工件進(jìn)行組合夾具設(shè)計的基于規(guī)則的系統(tǒng)。目前,關(guān)于工件夾具的自動化配置方面的工作,自動夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(AFCD)中很少提及。TrappeyAJC12等人提出了一個二維組合夾具元件的配置算法。幾乎所有的AFCD研究者都承認(rèn),在一個成功的AFCD系統(tǒng)中,工件的幾何形狀是一個關(guān)鍵因素。Nnaji B,Alladin S13等人也對具有復(fù)雜幾何形狀的工件進(jìn)行嘗試研究。然而其結(jié)果也僅僅適用于特定的幾何體,比如多邊形棱柱。Brost和Goldberg提出了一個“完整”的算法用來分析多邊形工件的組合夾具設(shè)計14。并開發(fā)出一個組合夾具設(shè)計系統(tǒng),針對一個任意存在的工件,能自動產(chǎn)生所有可行的夾具設(shè)計。并且采用力球分析的方法對產(chǎn)生的方案進(jìn)行優(yōu)化。以后的許多研究者大多借鑒了Brost和Goldberg的算法。組合夾具在動力學(xué)方面的研究也取得了一定的進(jìn)步,Yu and Goldberg的夾具加載規(guī)劃方案是把夾具的加載問題看作基于傳感器的集成問題并給了一個規(guī)劃算法。Cai等提出了一種指導(dǎo)夾具設(shè)計的方法,此方法是縮小由于工件表面與夾具安裝誤差所帶來的定位誤差。Hockenberger與DeMter提出的 模式是在工件加工期間工件的靜態(tài)分析,這種方法是一種定性分析并且是在抓緊或夾緊物體的最壞的情況下的偏差,這種情況的出現(xiàn)是由于在單位扭球的干涉扭矩15。5 總結(jié)由于經(jīng)濟(jì)及技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)控、加工中心機(jī)床的特點(diǎn),而組合夾具能適應(yīng)不同機(jī)床、不同產(chǎn)品或同一產(chǎn)品不同規(guī)格的需要。組合夾具的運(yùn)用具有廣泛的前景。參考文獻(xiàn)：1李增志.組合夾具組裝技術(shù)手冊Z.中國航空工業(yè)總公司第三O一研究所,1997.2Cai-Hua Xionga,You-Fu Lib,Y Kevin Rongc,You LunXionga.Qualitative Analysis and Quantitative Evaluation ofFixturingJ.Robotics and Computer Integrated Manufac-turing,2002,18:335-342.3Diana M Pelinescu,Michael Yu Wang.Multi-objective Opti-mal Fixture Layout DesignJ.Robotics and Computer In-tegrated Manufacturing,2002,18:365-372.4Brost R C,Goldberg K Y.A Complete Algorithm for De-signing Planar Fixtures Using Modular ComponentsJ.IEEE Transactions on Robotics and Automation,1996,12(1):31-46.5Brost R C,Peters R R.Automatic Design of 3-D Fixturesand Assembly PalletsC.Proceedings of the 1996 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation,1996.6吳玉光,高曙明,陳子辰.組合夾具設(shè)計的幾何原理J.機(jī)械工程學(xué)報,2001,(5).7Joneja A,Chang,TC.A Generalized Framework for Auto-matic Planning of Fixture ConfigurationM.In ProcASME WAM,San Francisco,CA,1989,17-28.8Ferreira PM,Liu CR.Generation of Work Piece Orienta-tions for Machining Using a Rule-based System.Int JRobotics CIMS,1988,5.9Chou YC,Chandru V Barash MM.A Mathematical Ap-proach to Automatic Configuration of Machining Fixture:Analysis and SynthesisC.ASME Trans Eng Industry1989,111:299-306.10De Meter EC.Selection of Fixture Configuration for theMaximization of Mechanical LeverageC.In Proc ASMEWAM,New Orleans.LA,1993,PED-4:491-506.11Markus A,Markusek E,Farkas J.Fixture Design usingProlog:an Expert SystemJ.Int J Robotics CIMS,1984,1(2):167-72.12Trappey AJC,Su CS,Huang SH.Methodology for Loca-tion and Orientation of Modular FixturesC.In ProcASME WAM,New Orleans,LA,1993,PED-64:333-42.13Nnaji B,Alladin S Lyu P.A Framework for a Rule-based Expert Fixtu