夹具的研究状况
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组合夹具的研究状况与应用 引 言 夹具是工艺装备的主要组合部分,在机械制造中占有重要地位。夹具对保证产质量,提高生产率,减轻劳动强度,扩大机床使用范围,缩短产品试制周期等都具有重要意义。目前,单件、小批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中,要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性,以缩短生产准备时间、降低生产成本,所以,按单一品种设计专用夹具的方法已不能满足生产发展的要求,而组合夹具正是适应这一生产模式的柔性工装设备。它对缩短工艺装备的设计、制造周期,以及产品换型后对原有工装夹具延续使用起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式,也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段,并将其作为机械制造业的主要发展。 1 组合夹具的类型及孔系组合夹具的优势 按元件定位联接形式不同,当前国内外组合夹具分成槽系组合夹具和孔系组合夹具两大类型。槽系组合夹具元件之间定位联接是采用高精度的槽、键定位,螺栓紧固。孔系组合夹具元件之间的定位联接是采用高精度的孔、销定位,螺栓紧固。组合夹具元件按其用途不同,可分为八大类:基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、合件和其它件。每一类元件都有其基本用途,但也没有严格的界限,在某种情况下也可起到其它类元件的作用。孔系组合夹具的特点是旋转调整方便,精度和刚度都高于槽系夹具。其间的定位联接是采用高精度的孔、定位销,螺栓紧固。由于孔系基础板夹具具有刚性好,夹具元件定位精度和可靠性高,组装时间短和灵活机动以及夹具元件加工工艺性好等优点,使得孔系基础板组合夹具成为当前CNC 系统使用中最有发展前途的组合夹具。 2 组合夹具的作用 柔性制造系统( FMS) 的扩大应用,计算机集成制造的兴起,促进了组合夹具的发展,组合夹具也在其中起到了至关重要的作用。它的作用是: (1) 保证精度。夹具设计的首要任务是保证工件上被加工表面的位置精度,同时对相关的尺寸精度和表面粗糙度的改善也起到一定的作用; (2) 提高生产率,降低成本。在单件小批量生产中,为了保证产品质量,同时也为及时生产,降低产品成本中夹具的费用,组合夹具是非常理想的选择; (3) 扩大机床工艺范围。使用组合夹具可方便加工,并可扩大工艺范围; (4) 减轻工人劳动强度,保证生产安全。 3 国外的研究现状 夹具的设计包括三个步骤:设备规划、夹具规划和夹具结构设计。目前,Joneja[7 ]以及Ferreira等人在进行CAPP 方面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助夹具设计(CAFD) 就夹具方面也作了一些工作:Chou YC ,Chandru V[9 ]等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法;De Meter EC提出的利用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法;Markus A[11 ]等人提出的针对棱柱形工件进行组合夹具设计的基于规则的系统。目前,关于工件夹具的自动化配置方面的工作,自动夹具结构设计( AFCD) 中很少提及。TrappeyAJC等人提出了一个二维组合夹具元件的配置算法。几乎所有的AFCD 研究者都承认,在一个成功的AFCD 系统中, 工件的几何形状是一个关键因素。Nnaji B ,Alladin S[13 ]等人也对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究。然而其结果也仅仅适用于特定的几 何体,比如多边形棱柱。Brost 和Goldberg 提出了一个“完整”的算法用来分析多边形工件的组合夹具设计[4 ,5 ] 。并开发出一个组合夹具设计系统,针对一个任意存在的工件,能自动产生所有可行的夹具设计。并且采用力球分析的方法对产生的方案进行优化。以后的许多研究者大多借鉴了Brost 和Goldberg 的算法。组合夹具在动力学方面的研究也取得了一定的进步,Yu and Goldberg 的夹具加载规划方案是把夹具的加载问题看作基于传感器的集成问题并给了一个规划算法。Cai 等提出了一种指导夹具设计的方法,此方法是缩小由于工件表面与夹具安装误差所带来的定位误差。Hockenberger 与DeMter 提出的模式是在工件加工期间工件的静态分析,这种方法是一种定性分析并且是在抓紧或夹紧物体的最坏的情况下的偏差,这种情况是由于在单位扭球的干涉扭矩。 4 国内的研究现状 我国于80 年代末开始对组合夹具元件的设计与管理进行了研究和开发,在总结和吸取我国应用和发展槽系夹具经验的基础上,根据现代机械加工特征及夹具的发展趋势,研制了新一代孔系组合夹具系统。此系统发挥了槽系平移可调性和孔的旋转可调性的优势,可直接组装获得任何直线尺寸和角度尺寸。此系统把大中小三个系列的元件有机融为一体,可在一块多夹具基础板上,既能组装单个大工件夹具,又能组装多个中小零件夹具,有利于装夹具基础板长期固定在机床工作台上,此系统还设有孔系和槽系过渡元件,便于实现孔、槽系夹具元件混合使用。北京工商大学麻建东和刘璇开发的组合夹具元件库,元件库模块的核心程序用ObjectARX SDK2. 02工具包开发,界面程序用AU TOCAD 提供的对话框控制语言DCL (Dialog Cont rol Language) 语言开发,在VC + + 6. 0 下编译和联接,生成的ARX 可执行程序在AU TOCADR14 下直接加载运行。元件库可为使用者提供7 类组合夹具元件三维图形的浏览以及交互设计功能,并生成三维组合夹具构形图,在CAD 环境中可进行修改或删除山东工业大学的徐志刚在“广义映射原理”的指导下,开发了支持“top - down”风范的夹具设计软件自动化系统。吴玉光博士在这个领域取得了较大的突破。提出孔系基础板组合夹具设计的系统方法。该方法利用连杆机构原理自动确定由直线和圆弧组成定位边界 的零件的全部候选定位方案。并提出定位销可见锥概念和定位销转动支点的概念,进行定位方案的装卸方便性分析。进一步提出瞬心三角形和同向边的概念,对工件进行可夹紧性分析,确定工件边界的可夹紧范围。其理论水平在国内外相关领域内开拓了新的局面。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/233533bdc77da26925c5b0f0.html