【正文】 及，因此，到目前為止，尚沒有找到結(jié)構(gòu)上、經(jīng)濟(jì)上、實用上能與傳統(tǒng)夾具中己具柔性的一些夾具相匹敵的新型夾具。表 11現(xiàn)代柔性夾具的工作原理及分類表 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁共 49 頁 表 11 ┌──────────┬──────────┬──────────┐ │分類 │柔性工作原理 │子分類 │ ├──────────┼──────────┼──────────┤ │組合夾具 │標(biāo)準(zhǔn)元件的機(jī)械裝配 │槽系組合夾具 │ │ │ │孔系組合夾具 │ ├──────────┼──────────┼──────────┤ │可調(diào)整夾具 │在通用或?qū)Ｓ脢A具基礎(chǔ)│通用可調(diào)夾具 │ │ │上更換元件和調(diào)節(jié)元件│專用可調(diào)夾具 │ │ │ 的位置 │ │ ├──────────┼──────────┼──────────┤ │模塊化程序控制式夾具│用伺服控制機(jī)構(gòu)變動元│雙轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)式 │ │ │ 件的位置 │可移動拇指式 │ ├──────────┼───── ─────┼──────────┤ │適應(yīng)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(yīng)工件的連續(xù)變化 │ │ ├──────────┼──────────┼──────────┤ │相變材料夾具 │材料物理性質(zhì)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(jī)器人終端器也可│ │ │ │ 用于夾具 │ └──────────┴──────────┴──────────┘ 1. 3 國內(nèi)外計算機(jī)輔助夾具設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀 CADICAM 系統(tǒng)中， 計算機(jī)輔助夾具設(shè)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(jī)輔助工藝裝備 CAT 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁共 49 頁 (Computer Aided Tooling)范疇。準(zhǔn)確的說， CAPP 和 CAFD 共同構(gòu)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(xué)者在 20世紀(jì) 70 年代開始了夾具 CAD的研究工作，由于計算機(jī)硬件和軟件的落后，進(jìn)一步發(fā)展受到很大的阻礙。 20世紀(jì) 80年代歐美學(xué)者投入這一工作， 80 年代中期以后我國也開始進(jìn)行研究。到現(xiàn)在大約經(jīng)歷了三代 : （ 1）第一代是交互式夾具 CAD 系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用 CAD 軟件建立夾具元件庫，菜單驅(qū)動的夾具裝配程序，借規(guī)定的坐標(biāo)系統(tǒng)和 XY 平面內(nèi)的轉(zhuǎn)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(shù)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(jìn)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(jī)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(shè)計的復(fù)雜性，只能設(shè)計一些簡單的夾具。 〔 3〕第三代能生成夾具結(jié)構(gòu)的商品化夾具設(shè)計系統(tǒng)，如美國吳士脫理工學(xué)院容亦鳴教授和清華大學(xué)朱耀祥、羅振璧教授合作開發(fā)的孔系數(shù)控組合夾具設(shè)計系統(tǒng) :國內(nèi)有中國航空工業(yè)總公司保定向陽機(jī)械廠用 AUTOCAD 開發(fā)的組合夾具設(shè)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(jī)械制造過程總把設(shè)計藍(lán)圖比喻成工程師的語言，對于 機(jī)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(biāo)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(chǎn)品的制造和質(zhì)量。 采用三維實體造型的設(shè)計方法，零件的造型如同車間中加工零件的過程一樣，設(shè)計完以后，零件就“加工”出來了，這樣不需要很強(qiáng)的空間想象力就可以設(shè)計出產(chǎn)品的真實三維模型，經(jīng)過虛擬裝配，可清楚地檢驗出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性、空間布置是否干涉等問題。造型結(jié)束后，將設(shè)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(cè)圖、剖視圖等，大大方便了設(shè)計工程，形象直觀易于接受 ，更易培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁共 49 頁 機(jī)械產(chǎn)品的能力。 機(jī)床夾具設(shè)計以培養(yǎng)夾具設(shè)計能力為主線，貫穿機(jī)械設(shè)計制造工藝的整個過程，通過學(xué)習(xí)夾具設(shè)計的基本原理、原則和方法，典型夾具的分析與設(shè)計，來培養(yǎng)獨立設(shè)計機(jī)械產(chǎn)品的能力。 本課題在學(xué)習(xí)機(jī)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(jī)圖形學(xué)采用三維造型方式設(shè)計專用夾具以及如何對專用夾具進(jìn)行可視化設(shè)計，形成專用夾具的三維爆炸視圖。 本課題對學(xué)習(xí)和鞏固機(jī)床夾具設(shè)計的專業(yè)知識具有極大的幫助，通過設(shè)計實踐，能切實掌握設(shè)計制造專用夾具的基本理論和方法，全面熟悉機(jī)械制造工藝方面的 知識，培養(yǎng)機(jī)械產(chǎn)品的獨立設(shè)計能力和利用機(jī)械設(shè)計自動化程序的能力。 課題研究的內(nèi)容 本課題的研究內(nèi)容是圍繞如何充分利用己有的設(shè)計經(jīng)驗和資源，提高夾具設(shè)計的質(zhì)量和效率，主要進(jìn)行了以下幾方面的研究 : （ 1）在收集整理有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計參考資料和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，分析產(chǎn)品零件的加工特征和加工車間的機(jī)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(guān)的切削力； （ 3）定位裝置設(shè)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(jié)構(gòu)，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(zhǔn)和外力的作用狀況等因素。 （ 4）夾緊裝置設(shè)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(dǎo)裝置以及夾具體的設(shè)計，其它特定要求涉及的相關(guān)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(shè)計繪制，并制定夾具的制造工藝 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁共 49 頁 第二章 設(shè)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(shè)計大批生產(chǎn)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： 12H11。槽側(cè)面對φ 軸線的對稱度為 ，平行度為 。槽深控制尺寸 。鍵槽長度 60177。 。 3 mm,圓心在軸的圓柱面上 。油槽長度 170mm。 。 夾具設(shè)計的基本要求： 提高機(jī)械加工的勞動生產(chǎn)率和降低工件的制造成本 ，操作方便、安全 ，使設(shè)計的夾具便于制造、裝配、檢驗、調(diào)整與維修。 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁共 49 頁 分析題目 在機(jī)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(zhì)量，提高加工效率，降低生產(chǎn)成本、改善勞動條件、擴(kuò)大機(jī)床使用范圍、縮短新產(chǎn) 品試制周期等方面有著極明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 定位裝置設(shè)計 工件定位的基本原理 工件定位的實質(zhì)，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(yīng)的自由度來獲得。一個物體在空間坐標(biāo)系中具有六個自由度。即沿三個相互垂直的坐標(biāo)軸的移動自由度，以及繞這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)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(biāo)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(zhuǎn)化為相應(yīng)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(yīng)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(jié)果，將導(dǎo)致出現(xiàn)應(yīng)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(fù)限制同一個自由度，這種重復(fù)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(fù)限制同一自由度的定位支承間所產(chǎn)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(jié)果都將破壞工件定位的要求，從而嚴(yán)重影響工件的定位精度。因此，在設(shè)計夾具時，一般機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁共 49 頁 情況下應(yīng)避免出現(xiàn)過定位現(xiàn)象。如因某些結(jié)構(gòu)上的原因，無法避免過定位時，應(yīng)采取必要的相應(yīng)措施，以減小由于過定位所造成的影響。 由所設(shè)計的題目知 若先銑鍵槽后銑油槽，按加工要求，銑鍵槽時應(yīng)限制五個自由度，銑油槽時應(yīng)限制六個自工件定位的實質(zhì)，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(yīng)的自由度來獲得。一個物體在空間坐標(biāo)系中具有六個自由度。即沿三個相互垂直的坐標(biāo)軸的移動自由度，以及繞這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)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(biāo)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(zhuǎn)化為相應(yīng)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(yīng)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(jié)果，將導(dǎo)致出現(xiàn)應(yīng)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(fù)限制同一個自由度，這 種重復(fù)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(fù)限制同一自由度的定位支承間所產(chǎn)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(jié)果都將破壞工件定位的要求，從而嚴(yán)重影響工件的定位精度。因此，在設(shè)計夾具時，一般情況下應(yīng)避免出現(xiàn)過定位現(xiàn)象。如因某些結(jié)構(gòu)上的原因，無法避免過定位時，應(yīng)采取必要的相應(yīng)措施，以減小由于過定位所造成的影響。 由所設(shè)計的題目知 若先銑鍵槽后銑油槽，按加工要求，銑鍵槽時應(yīng)限制五個自由度，銑油槽時應(yīng)限制六個由度 。 定位基準(zhǔn)的選擇 工件的 定位是通過定位基面進(jìn)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(shè)計角度出發(fā)提出如下選機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁共 49 頁 擇原則： （標(biāo)定加工面位置的面、線、點）重合，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不符誤差Δ B。但當(dāng)兩基準(zhǔn)重合后，會使夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜或工件定位不穩(wěn)定時，則應(yīng)另選定位基準(zhǔn)，此時必須計算和控制基準(zhǔn)不符誤差。為了減小基準(zhǔn)不符誤差，應(yīng)減小定位尺寸的組成環(huán)節(jié)及各環(huán)節(jié)的公差。當(dāng)基準(zhǔn)重合時，基準(zhǔn)不符誤差為零，這是選擇工序基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)的原因所在。 2．盡量用精基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn) ，以保證有足夠的定位精度。不當(dāng)?shù)貌徊捎妹孀龆ㄎ换鶞?zhǔn)時，應(yīng)盡量只用一次。而且應(yīng)選用誤差較小、較光潔、余量小的表面或與加工面有直接關(guān)系的表面，以利于保證加工要求。 3．應(yīng)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(zhǔn)統(tǒng)一原則，以減小設(shè)計和制造夾具的時間和費用。但如因此造成夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜時，則不必強(qiáng)求定位基準(zhǔn)統(tǒng)一。 5．應(yīng)使工件定位方便，夾緊可靠，便于操作，夾具