【正文】 ───────┼──────────┼──────────┤│組合夾具 │標準元件的機械裝配 │槽系組合夾具 ││ │ │孔系組合夾具 │├──────────┼──────────┼──────────┤│可調整夾具 │在通用或專用夾具基礎│通用可調夾具 ││ │上更換元件和調節(jié)元件│專用可調夾具 ││ │ 的位置 │ │├──────────┼──────────┼──────────┤│模塊化程序控制式夾具│用伺服控制機構變動元│雙轉臺回轉式 ││ │ 件的位置 │可移動拇指式 │├──────────┼──────────┼──────────┤│適應性夾具 │將定位元件或夾緊元件│渦輪葉片式 ││ │分解為更小的元素以適│彎曲長軸式 ││ │ 應工件的連續(xù)變化 │ │├──────────┼──────────┼──────────┤│相變材料夾具 │材料物理性質的變化 │ 真相變材料夾具 ││ │ │偽相變材料流態(tài)床夾具│├──────────┼──────────┼──────────┤│防生抓夾式夾具 │形狀記憶合金 │用于機器人終端器也可││ │ │ 用于夾具 │└──────────┴──────────┴──────────┘1. 3國內外計算機輔助夾具設計發(fā)展現(xiàn)狀 CADICAM系統(tǒng)中，計算機輔助夾具設計(CAFD)以其本身特點是相對獨立的一部分，并和其他部分尤其是CAPP緊密連接，廣義的說，CAFD是新興的計算機輔助工藝裝備CAT (Computer Aided Tooling)范疇。準確的說，CAPP和CAFD共同構成CAD和CAM的接口，而二者彼此之間又是相互獨立的。 前蘇聯(lián)學者在20世紀70年代開始了夾具CAD的研究工作，由于計算機硬件和軟件的落后，進一步發(fā)展受到很大的阻礙。20世紀80年代歐美學者投入這一工作，80年代中期以后我國也開始進行研究。到現(xiàn)在大約經歷了三代: （1）第一代是交互式夾具CAD系統(tǒng)，該系統(tǒng)應用CAD軟件建立夾具元件庫，菜單驅動的夾具裝配程序，借規(guī)定的坐標系統(tǒng)和XY平面內的轉動角度來執(zhí)行夾具裝配操作，實際操作時費時較多，但在工業(yè)上有實用價值。(2) 第二代CAFD是基于成組技術和基于知識的變異式和生成式系統(tǒng)，基于GT的CAFD系統(tǒng)主要用零件及夾具分類編碼系統(tǒng)進行檢索，修改生成合乎要 求的夾具:基于知識的CAFD系統(tǒng)，主要是搜集人類夾具專家的知識整理成知識庫中的各種規(guī)則，然后通過專家系統(tǒng)推理機得到各種決策。這種系統(tǒng)主要解決定位、夾緊方法的選擇，位置的確定。有的系統(tǒng)已搜集了上千條規(guī)則，但因工件的多樣性和夾具設計的復雜性，只能設計一些簡單的夾具?！?〕第三代能生成夾具結構的商品化夾具設計系統(tǒng)，如美國吳士脫理工學院容亦鳴教授和清華大學朱耀祥、羅振璧教授合作開發(fā)的孔系數(shù)控組合夾具設計系統(tǒng):國內有中國航空工業(yè)總公司保定向陽機械廠用AUTOCAD開發(fā)的組合夾具設計系統(tǒng)，建有元件庫，交互式生成組合夾具。1. 4. 1課題的意義 多年來，機械制造過程總把設計藍圖比喻成工程師的語言，對于機床專用夾具而言，也總是利用眾多視圖的不同投影來描繪，采用標注各種線型和符號繪圖，不僅費時費力，而且一旦理解有誤或形體表現(xiàn)錯誤，將會影響產品的制造和質量。采用三維實體造型的設計方法，零件的造型如同車間中加工零件的過程一樣，設計完以后，零件就“加工”出來了，這樣不需要很強的空間想象力就可以設計出產品的真實三維模型，經過虛擬裝配，可清楚地檢驗出產品結構的合理性、空間布置是否干涉等問題。造型結束后，將設計模型投影到二維圖紙空間，就可自動生成工程圖紙的三視圖，軸側圖、剖視圖等，大大方便了設計工程，形象直觀易于接受，更易培養(yǎng)學生獨立設計機械產品的能力。機床夾具設計以培養(yǎng)夾具設計能力為主線，貫穿機械設計制造工藝的整個過程，通過學習夾具設計的基本原理、原則和方法，典型夾具的分析與設計，來培養(yǎng)獨立設計機械產品的能力。本課題在學習機床專用夾具的基本知識和基本理論的同時，研究如何利用計算機圖形學采用三維造型方式設計專用夾具以及如何對專用夾具進行可視化設計，形成專用夾具的三維爆炸視圖。本課題對學習和鞏固機床夾具設計的專業(yè)知識具有極大的幫助，通過設計實踐，能切實掌握設計制造專用夾具的基本理論和方法，全面熟悉機械制造工藝方面的知識，培養(yǎng)機械產品的獨立設計能力和利用機械設計自動化程序的能力。本課題的研究內容是圍繞如何充分利用己有的設計經驗和資源，提高夾具設計的質量和效率，主要進行了以下幾方面的研究:（1）在收集整理有關產品設計參考資料和技術標準的基礎上，分析產品零件的加工特征和加工車間的機床裝備的情況并提取零件的特征信息，確定零件的加工方案；（2）切削力計算，根據(jù)零件的加工方案計算相關的切削力；（3）定位裝置設計，其中包括定位方案的確定，定位元件的選擇以及定位誤差的計算等。定位方案和定位元件的選擇包括定位元件的結構，形狀，尺寸及布置形式等，主要決定于工件的加工要求，工件定位基準和外力的作用狀況等因素。（4）夾緊裝置設計，其中包括夾緊力方案的確定，夾緊元件的選擇以及夾緊力計算等；（5）對刀，引導裝置以及夾具體的設計，其它特定要求涉及的相關元件與裝置的確定，例如分度裝置，定向鍵等；（6）完成夾具總體布局和裝配圖的設計繪制，并制定夾具的制造工藝第二章 設計課題的分析計算過程及平面圖繪制如圖21所示，要求銑一車床尾座頂尖套上的鍵槽和油槽，試設計大批生產時所用的銑床夾具。 圖21 根據(jù)工藝規(guī)程，在銑雙槽之前，其它表面均已加工好，本工序的加工要求是：。 。鍵槽長度60177。 mm,圓心在軸的圓柱面上 。油槽長度170mm。夾具設計的基本要求：提高機械加工的勞動生產率和降低工件的制造成本，操作方便、安全，使設計的夾具便于制造、裝配、檢驗、調整與維修。在機械加工中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗工序等，首先要將工件固定，使之占有確定的位置，這種保證一批工件占有確定位置的裝置統(tǒng)稱為夾具。本課題所研究的對象主要限于銑床夾具。它對保證工件的加工質量，提高加工效率，降低生產成本、改善勞動條件、擴大機床使用范圍、縮短新產品試制周期等方面有著極明顯的經濟效益。 工件定位的基本原理工件定位的實質，就是要使工件在夾具中占有某個確定的位置。這一確定的位置可以通過定位支承限制相應的自由度來獲得。一個物體在空間坐標系中具有六個自由度。即沿三個相互垂直的坐標軸的移動自由度，以及繞這三個坐標軸的轉動自由度。因此，要使工件在夾具中占有確定的位置，就是要在空間直角坐標系中，通過定位元件限制工件的六個自由度。分析使可將具體的定位元件抽象化，轉化為相應的定位支承點，用這些定位支承點來限制工件的自由度。工件的六個自由度全部被限制而在空間占有完全確定的唯一位置，稱為完全定位。如果根據(jù)該工序加工要求只需限制部分自由度，而其他自由度無需限制時，工件雖然不占有確定的唯一位置，但不影響該工序的加工要求，此時稱為不完全定位。應該采用完全定位還是不完全定位，主要由該工序的加工要求來決定。欠定位是指工件實際所限制的自由度數(shù)目，少于按該工序加工要求所必須限制的自由度數(shù)目。因此，欠定位的結果，將導致出現(xiàn)應該限制的自由度而未予限制的不合理現(xiàn)象，從而無法保證該工序所規(guī)定的加工要求。所以，在確定工件在夾具中的定位方案時，不允許出現(xiàn)欠定位這樣的原則性錯誤。兩個或兩個以上定位支承點重復限制同一個自由度，這種重復定位的現(xiàn)象叫做過定位。出現(xiàn)過定位時，將使工件位置不確定。同時，在夾緊情況下，重復限制同一自由度的定位支承間所產生的矛盾、干涉和沖突必將造成工件或定位元件的變形，其結果都將破壞工件定位的要求，從而嚴重影響工件的定位精度。因此，在設計夾具時，一般情況下應避免出現(xiàn)過定位現(xiàn)象。如因某些結構上的原因，無法避免過定位時，應采取必要的相應措施，以減小由于過定位所造成的影響。由所設計的題目知若先銑鍵槽后銑油槽，按加工要求，銑鍵槽時應限制五個自由度，銑油槽時應限制六個自工件定位的實質，就是要使工件在夾具中占有某個確定的位置。這一確定的位置可以通過定位支承限制相應的自由度來獲得。一個物體在空間坐標系中具有六個自由度。即沿三個相互垂直的坐標軸的移動自由度，以及繞這三個坐標軸的轉動自由度。因此，要使工件在夾具中占有確定的位置，就是要在空間直角坐標系中，通過定位元件限制工件的六個自由度。分析使可將具體的定位元件抽象化，轉化為相應的定位支承點，用這些定位支承點來限制工件的自由度。工件的六個自由度全部被限制而在空間占有完全確定的唯一位置，稱為完全定位。如果根據(jù)該工序加工要求只需限制部分自由度，而其他自由度無需限制時，工件雖然不占有確定的唯一位置，但不影響該工序的加工要求，此時稱為不完全定位。應該采用完全定位還是不完全定位，主要由該工序的加工要求來決定。欠定位是指工件實際所限制的自由度數(shù)目，少于按該工序加工要求所必須限制的自由度數(shù)目。因此，欠定位的結果，將導致出現(xiàn)應該限制的自由度而未予限制的不合理現(xiàn)象，從而無法保證該工序所規(guī)定的加工要求。所以，在確定工件在夾具中的定位方案時，不允許出現(xiàn)欠定位這樣的原則性錯誤。兩個或兩個以上定位支承點重復限制同一個自由度，這種重復定位的現(xiàn)象叫做過定位。出現(xiàn)過定位時，將使工件位置不確定。同時，在夾緊情況下，重復限制同一自由度的定位支承間所產生的矛盾、干涉和沖突必將造成工件或定位元件的變形，其結果都將破壞工件定位的要求，從而嚴重影響工件的定位精度。因此，在設計夾具時，一般情況下應避免出現(xiàn)過定位現(xiàn)象。如因某些結構上的原因，無法避免過定位時，應采取必要的相應措施，以減小由于過定位所造成的影響。由所設計的題目知若先銑鍵槽后銑油槽，按加工要求，銑鍵槽時應限制五個自由度，銑油槽時應限制六個由度。 定位基準的選擇工件的定位是通過定位基面進行的，因此這些基面的幾何形狀、尺寸及表面狀況在很大程度上決定著定位方法及所用定位元件的選擇，故從夾具設計角度出發(fā)提出如下選擇原則：（標定加工面位置的面、線、點）重合，以避免產生基準不符誤差ΔB。但當兩基準重合后，會使夾具結構復雜或工件定位不穩(wěn)定時，則應另選定位基準，此時必須計算和控制基準不符誤差。為了減小基準不符誤差，應減小定位尺寸的組成環(huán)節(jié)及各環(huán)節(jié)的公差。當基準重合時，基準不符誤差為零，這是選擇工序基準作為定位基準的原因所在。2．盡量用精基準作為定位基準，以保證有足夠的定位精度。不當?shù)貌徊捎妹孀龆ㄎ换鶞蕰r，應盡量只用一次。而且應選用誤差較小、較光潔、余量小的表面或與加工面有直接關系的表面，以利于保證加工要求。3．應使工件安裝穩(wěn)定，使在加工過程中因切削力或夾緊力而引起的變形最小。4．遵守基準統(tǒng)一原則，以減小設計和制造夾具的時間和費用。但如因此造成夾具結構復雜時，則不必強求定位基準統(tǒng)一。5．應使工件定位方便，夾緊可靠，便于操作，夾具結構簡單。因為是大批生產，為了提高生產率，可在銑床主軸上安裝兩把直徑相等的銑刀，同時對兩個工件銑鍵槽和油槽，每進給一次，即能得到一個鍵槽和油槽均已加工好的工件，這類夾具稱多工位加工銑床夾具。圖12所示為頂尖套銑雙槽的兩種定位方案。方案1：，端面加止推銷，如圖22a所示。 銑油槽時限制的自由度定位元件定位基準限制自由度數(shù)目方法平面外圓柱面Z,X位置和旋轉自由度4不完全定位止推銷端面Y位置自由度1銑鍵槽時限制的自由度定位元件定位基準限制自由度數(shù)目方法平面外圓柱面Z,X位置和旋轉自由度4完全定位短銷鍵槽X，Z位置自由度2方案2：，端面加止推銷，如圖22b所示。 銑油槽時限制的自由度定位元件定位基準限制自由度數(shù)目方法V形塊外圓柱面X,Z位置和旋轉自由度4不完全定位止推銷端面Y方向位置自由度 1 銑鍵槽時限制的自由度定位元件定位基準限制自由度數(shù)目方法V形塊外圓柱面X,Z位置和旋轉自由度4完全定位短銷鍵槽X，Y位置自由度2為保證油槽和鍵槽的對稱面在同一平面內，兩方案中的第二工位（銑油槽工位）都需要用一短銷與已銑好的鍵槽配合，限制工件繞軸線的角度自由度。由于鍵槽和油槽的長度不等，要同時進給完畢，需將兩個止推銷沿工件軸線方向錯開適當?shù)木嚯x。比較以上兩種方案，，方案2則使對稱度的定位誤差為零。，加工要求低，而對稱度的公差較小，故選用方案2較好，從承受切削力的角度看，方案2也較可靠。定位元件采用固定或V形塊，選夾角90186。V形塊。由《機床夾具手冊》查得，技術條件為材料20號鋼。圖23圖23為夾具設計時所應用到的V型塊，其技術要求：（1）銑邊倒鈍。（2）表面發(fā)藍或其他防