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第一章绪论
引言
夹具作为制造企业中重要的基础工艺装备,广泛应用于加工、检测和装配等制造过程中。作为生产准备的重要组成部分,夹具设计的效率直接影响到制造的生产准备时间和产品成本。一般来说,夹具设计过程不仅需要大量的有关零件设计、工艺和加工的数据,同时还需要设计人员具有很丰富的领域知识和设计经验。
制造业信息化的发展
随着计算机技术的飞速发展,实现快速生产准备的计算机辅助夹具设计(CAFD)技术成为国际上竞相研究的热点,它已经越来越多的取代传统的手工夹具设计。与传统的夹具设计相比,计算机辅助夹具设计有着无可比拟的优越性:
1、设计者从繁琐的劳动中解放出来,提高了设计的效率和设计质量,使设计者把更多的注意力放在创新性开发上面;
2、可以把夹具设计人员的经验和智慧存入计算机,构成专家系统,有利于夹具设计技术的继承和发展;
3、由于计算机辅助夹具设计采用了统一的系统程序,可以获得相对统一的设计与优化结果,有利于实现夹具设计的“三化”,即通用化、标准化、系列化。
夹具广泛用于各种制造工序中,用以将工件定位并牢固地夹持在一定的位置,以便按照产品设计规定完成要求的制造过程。为了将工件可靠定位,经常用定位件和支撑件与工件表面相接触,以限制工件包括移动和旋转在内的六个自由度,用夹紧来抵消切削力,以保证工件牢固定位。传统夹具以专用夹具为代表主要有四种功能:定位、夹紧、导向和对刀。
1. 3. 2夹具设计的基本要求
对夹具的基本要求就是将工件定位并牢固的夹持在一定位置,并在机床工作台上有一定的方位,其次,还要满足其他要求,如保证夹具的生产率(容易装卸工件,采用自动或半自动夹紧装置,切屑容易排除),操作简单并安全(如对贵重工件采用防误功能的元件),有效降低成本(考虑夹具材料和制造过程,优先选用标准件)。因此,夹具设计是一个复杂的过程,在传统夹具设计中,这些基本原理应用于具体夹具设计中主要取决于设计者的经验。从夹具设计人员的经验中收集和表达这些知识是开发计算机辅助夹具设计(CAFD)系统的关键。
单件小批生产一般选用通用夹具、可调整夹具和组合夹具等,使用这类夹具时的调整和测量需要依赖经验,而且需花费大量时间。
大批量生产使用以上夹具会使生产效率降低,对操作人员的操作技能要求提高,生产成本提高。为了提高加工效率和制件精度,降低对操作人员的要求,一般使用多轴加工的专用机床加工,这种机床包含相应夹具或者设计专用夹具与通用机床配合使用,这两种方法都涉及专用夹具的设计问题。
计算机辅助制造技术的发展,制造业越来越多的使用数控机床和加工中心组成柔性制造单元。C机床修改产品设计时,只要变更NC程序,加工工艺就能随之变化,而NC程序借助于计算机辅助编程系统只要花一天或数个小时就能完成修改。刀具是标准化的,随时可以从市场上购买。如果还使用现有的夹具或不用柔性夹具,FMS就不能实现真正的柔性,所以在FMS和计算机集成制造系统中迫切需要能适用产品变化的柔性夹具
1. 3. 4柔性夹具
一般来说,柔性夹具是指用同一夹具系统装夹定位在形状与尺寸上有所变化的多种工件。工件的变化可在小范围,即在相似形状和尺寸变动不大的范围内,也可在大范围,即零件形状完全不同,尺寸变化也很大。所以柔性的概念是模糊的。笼统的说是指与NC机床、加工中心配合使用的、具有加工多种不同工件能力的夹具。自20世纪80年代后柔性夹具的研究开发主要沿原理和结构均有创新和传统夹具创新两大方向发展。下表1-1为当前研究和应用的柔性夹具的工作原理和分类的简表
表1-1中原理和结构均有创新的柔性夹具如相变和伪相变式、适应性夹具、模块化程序控制式、仿生抓夹式等正处于研究阶段,有许多问题尚未解决,如相变升降温度引起工件变形对精度的影响,伪相变材料夹紧力不大,适应性夹具适应范围小,模块化程序控制式夹具结构太复杂,成本过高,而柔性有限,不容易在生产中普及,因此,到目前为止,尚没有找到结构上、经济上、实用上能与传统夹具中己具柔性的一些夹具相匹敌的新型夹具。
表1-1现代柔性夹具的工作原理及分类表
表1-1
┌──────────┬──────────┬──────────┐
│分类│柔性工作原理│子分类│
├──────────┼──────────┼──────────┤
│组合夹具│标准元件的机械装配│槽系组合夹具│
│││孔系组合夹具│
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│可调整夹具│在通用或专用夹具基础│通用可调夹具│
││上更换元件和调节元件│专用可调夹具│
││的位置││
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