夹具设计类文献综述

文献综述夹具设计综述一前言在机械制造中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具。利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品；可以扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件。因此，夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备。按夹具的应用范围分类有：通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具；按夹具上的动力源分类有：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具、切削力及离心力夹具。（一）夹具设计的基础理论一个好的机床夹具，首先要保证能加工出合格的产品。为此，所设计的夹具首先应满足以下两项要求：(1)在未受外力作用时，加工件对刀具和机床应保持正确的位置，即加工件应有正确的定位。(2)在加工过程中，作用于加工件上的各种外力，不应当破坏加工件原有的正确定位即对加工件应有正确的夹紧。（二）定位原理在机械加工中，我们要求加工出来的表面．对加工件的其它表面保持规定的位置尺寸。因为加工表面是由切削刀具和机床的综合运动所造成，所以在加工时，必须使加工件上的规定表面(线、点)对刀具和机床保持正确的位置才能加工出合格的产品。⑴定位原理把加工件上的规定表面(线、点)与夹具上的规定表面(线、点)相互靠住的这一措施，叫做夹工件在夹具中的定位。该加工件上的这种规定表面(线、点)称为定位基准。⑵定位基本原理在夹具设计中的应用自由物体定位的基本原理：自由的物体，它对三个互相垂直的坐标面来说，有六种活动的可能性，其中三种是移动，三种是转动，习惯上，我们把这种活动的可能性称为自由度。当物体的六个自由度被完全限制后，该物体在空间的位置也就完全确定了，所以定位就是限制自由度；在夹具中限制加工件的自由度在夹具中，使加工件的规定表面与定位元件接触，就能限制自由度。定位元件所能限制的自由度数与定位元件的形式、数量及布置情况有关；夹具中的超定位如果两种定位元件均能限制加工件的同一个自由度时，就发生了超定位，超定位能产生一些不良后果。如使定位不稳定，降低了定位精度；因加工件定位基准间的误差，使加工件装不进夹具等。在设计中应尽量避免超定位。（三）夹紧原理在生产实践中，尽管定位方式是合理的，但由于夹紧状态不良(即夹紧力的大小、方向、作用点和支承的位置选择不当)可能出现如下问题：①加工件飞出夹具，打坏刀具，造成安全事故；②加工出来的位置尺寸不准确；③加工表面产生形位公差(如不平度、不垂直度)；①加工表面粗糙度高等。因此，当加工件正确定位后．还需要获得良好的夹紧状态。使加工件获得良好的夹紧状态的措施，叫做正确的夹紧。⑴加工件的正确夹紧原则1.在夹紧过程中，如何克服重力的影响，把加工件压回正确位置，是正确夹紧原则之一。所以在考虑定位方案及设置定位支承时，应尽可能使支承反力与重力不构成力偶，使加工件重心位于支承范围内。2.在夹紧过程中，如何使已获得正确定位的加工件不脱离正确位置，是正确夹紧原则之二。所以，在制定夹紧方案时，应尽可能避免夹紧力与支承反力构成力偶。3.在夹紧过程中，如何使加工件不产生超出允许范围的变形，是正确夹紧原则之三。所以在制定夹紧方案时，对于刚性较差的加工件，应尽可能避免产生或应尽可能减小由夹紧力产生的弯曲力矩。4.在切削过程中，如何避免加工件发生不能允许的振动，是正确夹紧原则之四。所以，在制定夹紧方案时，对于刚性较差的加工件，应尽可能避免产生或应尽可能减小由切削力产生并作用于加工件上的弯曲力矩。5.如何使平衡切削力所需要的夹紧力最小，是正确夹紧原则之五。所以，在制定夹紧方案时，切削力最好由支承反力平衡，而尽可能避免用夹紧力及由夹紧力产生的摩擦力平衡。（四）简述计算机设计专用夹具专用夹具是为完成某一工件的某一工序而专门设计的工艺设备。与组合夹具相比，专用夹具具有以下特殊的优点：(1)能确保工件的加工精度；(2)总体方案与生产纲领相适应；(3)操作方便，能减轻工人的劳动强度；(4)便于排屑，有良好的结构工艺性。传统的专用夹具设计需要耗费大量的时间进行设计计算，需要经验丰富的夹具设计人员来完成，劳动量大，效率低。20世纪80年代以来，将计算机技术应用到夹具设计中一直是机械领域研究的课题之一。传统夹具设计理论与先进的计算机技术相结合而开发出的各种CAFD系统成为专用夹具新的设计方法。最初的交互式设计系统是由设计人员简单应用CAD软件的图形功能，建立一个标准夹具元件数据库，设计者根据经验选择元件，并装配成夹具。随后开发的CAFD系统建立了定位方法选择、工件信息检索等模块，大大提高了CAFD系统的实用性。这些都是基于二维平台开发的。随着计算机技术的发展，三维绘图成了计算机辅助设计的有力工具。多数三维绘图软件都建立了标准件库，同时允许用户建立自己的元件库。这为交互式夹具设计提供了更好的平台交互式夹具设计步骤以传统夹具设计步骤为基础。首先根据工件特征、工序信息及夹具信息，调用有关的程序和数据协助技术人员来完成夹具的定位方案、导向方案、夹紧方案的设计，并通过人机交互的方式完成各功能元件和部件的选择和设计。然后进入三维绘图环境，采用人工交互的方式进行参数化驱动，以获得尺寸满足要求的零件和部件，装配后绘出装配图和零件图。交互式夹具设计系统适合于开发新产品和需要加工新工件、没有已有夹具信息可以利用的情况。对于大多数制造业企业来说，待加工的工件相似性高，因此要设计的夹具只需要在尺寸或结构上进行部分修改，这就使夹具设计中重复性工作多，需要繁琐的人工绘图工作。如何充分利用已有夹具信息成为CAFD系统的关键环节。因此基于实例推理的夹具设计理论得到了发展和实际应用。CAPP在世界范围内掀起的热潮，又由于工艺和夹具的密切联系而后者又有其独立性，推动了计算机辅助夹具设计系统的研究和开发。FMS和CIMS的兴起和开发，迫切需要柔性夹具实现快速生产准备。同时，以计算机辅助夹具设计系统为基础的夹具信息系统是CIMS中信息集成的一个重要环节。根据国内外现已开发的夹具设计软件系统，计算机辅助夹具设计是目前比较成熟的夹具设计系统。计算机辅助夹具设计可归纳为四种方法：部分自动化的夹具设计、夹具自动设计(AFD)法、参数夹具设计、据已有夹具方案进行夹具设计。（五）夹具设计技术的发展趋势由于CAD/CAM系统的迅速发展以及越来越广泛使用的多轴CNC机床，使得对形状复杂工件的设计和加工过程控制的自动化程度要求越来越高。因此对夹具设计方法提出了更高的要求，它不仅能将CAD/CAM系统有效地联接起来，同时应能适用于各种形状的工件。以组合夹具元件为基础的夹具自动设计(AFD)将是夹具设计的一个主要发展趋向。组合夹具自动设计系统可分为两种类型，一种是在CAD基础上的扩展系统；另一种是经验法则的专家系统。这两种系统目前都还不完善，为了将这些设计系统应用于生产实践，必须建立更大数量的“规则”以扩展专家系统；在理论上通过分析研究工件和夹具间关系的基本规律，建立起一些新的理论基础；另外，在开发、研究AFD软件系统的同时，夹具硬件设计的研究也必须同时进行，以增强整个夹具设计的自动化程度。另一方面，计算机技术的发展为夹具设计提供了有利的工具。CAFD系统已经从对二维绘图软件的二次开发发展到实现与三维绘图软件的集成设计，使夹具的结构表达更清晰。三维绘图软件成为CAFD的有利工具。随着CIMS、并行工程和敏捷制造技术的发展，企业对CAFD的需求也越来越迫切。归纳目前CAFD系统的研究方向主要包括以下几个方面：(1)集成化。CAFD是生产准备的重要部分。确定该工序所使用的夹具，给出夹具的装配图和零件图是连接CAD与CAM的桥梁。集成化的CAFD应首先实现与CAPP的集成。集成化是CAFD系统发展