夾具設(shè)計(jì)類文獻(xiàn)綜述

文獻(xiàn)綜述夾具設(shè)計(jì)綜述一前言在機(jī)械制造中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗(yàn)工序等，使用著大量的夾具。利用夾具，可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高加工精度，減少?gòu)U品；可以擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，改善操作的勞動(dòng)條件。因此，夾具是機(jī)械制造中的一項(xiàng)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(dòng)力源分類有：手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)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(jì)的基礎(chǔ)理論一個(gè)好的機(jī)床夾具，首先要保證能加工出合格的產(chǎn)品。為此，所設(shè)計(jì)的夾具首先應(yīng)滿足以下兩項(xiàng)要求：(1)在未受外力作用時(shí)，加工件對(duì)刀具和機(jī)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(guò)程中，作用于加工件上的各種外力，不應(yīng)當(dāng)破壞加工件原有的正確定位即對(duì)加工件應(yīng)有正確的夾緊。（二）定位原理在機(jī)械加工中，我們要求加工出來(lái)的表面．對(duì)加工件的其它表面保持規(guī)定的位置尺寸。因?yàn)榧庸け砻媸怯汕邢鞯毒吆蜋C(jī)床的綜合運(yùn)動(dòng)所造成，所以在加工時(shí)，必須使加工件上的規(guī)定表面(線、點(diǎn))對(duì)刀具和機(jī)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(diǎn))與夾具上的規(guī)定表面(線、點(diǎn))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(diǎn))稱為定位基準(zhǔn)。⑵定位基本原理在夾具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用自由物體定位的基本原理：自由的物體，它對(duì)三個(gè)互相垂直的坐標(biāo)面來(lái)說(shuō)，有六種活動(dòng)的可能性，其中三種是移動(dòng)，三種是轉(zhuǎn)動(dòng)，習(xí)慣上，我們把這種活動(dòng)的可能性稱為自由度。當(dāng)物體的六個(gè)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(gè)自由度時(shí)，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(zhǔn)間的誤差，使加工件裝不進(jìn)夾具等。在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免超定位。（三）夾緊原理在生產(chǎn)實(shí)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(diǎn)和支承的位置選擇不當(dāng))可能出現(xiàn)如下問(wèn)題：①加工件飛出夾具，打壞刀具，造成安全事故；②加工出來(lái)的位置尺寸不準(zhǔn)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(dāng)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(guò)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(shí)，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(guò)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(shí)，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(guò)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(shí)，對(duì)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(guò)程中，如何避免加工件發(fā)生不能允許的振動(dòng)，是正確夾緊原則之四。所以，在制定夾緊方案時(shí)，對(duì)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(shí)，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(jiǎn)述計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)：(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(dòng)強(qiáng)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(jì)需要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的夾具設(shè)計(jì)人員來(lái)完成，勞動(dòng)量大，效率低。20世紀(jì)80年代以來(lái)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到夾具設(shè)計(jì)中一直是機(jī)械領(lǐng)域研究的課題之一。傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)理論與先進(jìn)的計(jì)算機(jī)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(jì)方法。最初的交互式設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)單應(yīng)用CAD軟件的圖形功能，建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)夾具元件數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)用性。這些都是基于二維平臺(tái)開發(fā)的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維繪圖成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的有力工具。多數(shù)三維繪圖軟件都建立了標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，同時(shí)允許用戶建立自己的元件庫(kù)。這為交互式夾具設(shè)計(jì)提供了更好的平臺(tái)交互式夾具設(shè)計(jì)步驟以傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)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(lái)完成夾具的定位方案、導(dǎo)向方案、夾緊方案的設(shè)計(jì)，并通過(guò)人機(jī)交互的方式完成各功能元件和部件的選擇和設(shè)計(jì)。然后進(jìn)入三維繪圖環(huán)境，采用人工交互的方式進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，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(jì)系統(tǒng)適合于開發(fā)新產(chǎn)品和需要加工新工件、沒(méi)有已有夾具信息可以利用的情況。對(duì)于大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，待加工的工件相似性高，因此要設(shè)計(jì)的夾具只需要在尺寸或結(jié)構(gòu)上進(jìn)行部分修改，這就使夾具設(shè)計(jì)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(shí)例推理的夾具設(shè)計(jì)理論得到了發(fā)展和實(shí)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(dú)立性，推動(dòng)了計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)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?shī)A具實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)準(zhǔn)備。同時(shí)，以計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)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(gè)重要環(huán)節(jié)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)已開發(fā)的夾具設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)是目前比較成熟的夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)可歸納為四種方法：部分自動(dòng)化的夾具設(shè)計(jì)、夾具自動(dòng)設(shè)計(jì)(AFD)法、參數(shù)夾具設(shè)計(jì)、據(jù)已有夾具方案進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)。（五）夾具設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)由于CAD/CAM系統(tǒng)的迅速發(fā)展以及越來(lái)越廣泛使用的多軸CNC機(jī)床，使得對(duì)形狀復(fù)雜工件的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程控制的自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高。因此對(duì)夾具設(shè)計(jì)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(lái)，同時(shí)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(dòng)設(shè)計(jì)(AFD)將是夾具設(shè)計(jì)的一個(gè)主要發(fā)展趨向。組合夾具自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)可分為兩種類型，一種是在CAD基礎(chǔ)上的擴(kuò)展系統(tǒng)；另一種是經(jīng)驗(yàn)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(jì)系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，必須建立更大數(shù)量的“規(guī)則”以擴(kuò)展專家系統(tǒng)；在理論上通過(guò)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(shí)，夾具硬件設(shè)計(jì)的研究也必須同時(shí)進(jìn)行，以增強(qiáng)整個(gè)夾具設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度。另一方面，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為夾具設(shè)計(jì)提供了有利的工具。CAFD系統(tǒng)已經(jīng)從對(duì)二維繪圖軟件的二次開發(fā)發(fā)展到實(shí)現(xiàn)與三維繪圖軟件的集成設(shè)計(jì)，使夾具的結(jié)構(gòu)表達(dá)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(duì)CAFD的需求也越來(lái)越迫切。歸納目前CAFD系統(tǒng)的研究方向主要包括以下幾個(gè)方面：(1)集成化。CAFD是生產(chǎn)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)與CAPP的集成。集成化是CAFD系統(tǒng)發(fā)展