增力机构中的夹具设计

增力机构中的夹具设计作者：孙俊杰，指导教师：赵冉（山东农业大学,讲师）【摘要】本文介绍了手动夹具的现状及发展方向，针对污染较为严重的液压夹具，提出了手动夹具替代机动夹具改进与替代方法。

本文主要内容是创新增力机构、增力机构的组合及类型，手动夹具绿色化程度最高，而其能提供的初始作用力较小，通过采用多级串联增力机构，将手动作用力进行放大以达到工作要求;另外利用手动冲击方式来得到相对大得多的初始作用力，以弥补手动作用力不足的缺陷。

关键词：夹具增力机构初始作用力The Force of the Institutions For Fixture DesignAuthor:Sun Junjie, Supervisor:Zhao Ran(Shandong Agricultural University , lecturer)Abstract This paper describes the manual fixture status and development for more polluting hydraulic clamp, made a manual alternative to motorized fixture fixture improvements and alternatives.This article contents is an innovative force amplifier, by a combination of force and type of institution, highest degree of manual clamps green, and its initial force can provide a smaller, growing through the use of multi-level power sector in series, the manual force toamplification to achieve the work requirements; another way to use manual to get a relatively larger impact of the initial force, enough force to compensate for hand defects.Keywords: fixture force amplifier initial force1绪论1.1技术背景从能源形势上看，手动夹具的绿色化程度是最高的。

但长期以来其设计创新一直踏步不前，究其原因主要在于:（1）目前工程设计人员盲目追求自动化，认为手动是落后的标志，因而不假思索的选择了液动或气动方式;(2)认为手动提供的夹紧力有限，无法满足较大夹紧力的要求。

将着手对手动夹具的技术进行研究,创新出基于多级串联增力机构的手动夹具。

1.2绿色制造发展概况生态环境与经济发展联结为一个互为因果的有机整体，认为经济发展要考虑到自然生态环境的长期承载能力，使环境和资源既能满足经济发展的需要，又使其作为人类生存的要素之一而直接满足人类长远生存的需要，从而形成了一种综合性的发展战略。

制造业是创造人类财富的支柱产业，但同时又大量消耗掉人类社会的有限资源，并且是造成当前环境污染问题的主要根源，为此制造业实施可持续发展战略已势在必行。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响极小，资源利用率极高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。

1.2.1绿色制造定义绿色制造它是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，资源利用率最高,如图1-1所示，并使企业经济效益和社会效益协调优化。

图1-1绿色制造工艺目标1.2.2绿色制造的内涵制造业在创造了高度发达的现代物质文明的同时，也造成了严重的环境问题。

这不仅制约了制造业的进一步发展，而且也危及到了人类的生存空间。

从可持续发展的角度出发，绿色制造技术向人们展示了一个美好的发展前景。

绿色制造是一种综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。

毫无疑问，采用绿色设计与制造是制造业实施可持续发展战略、解决环境问题、实现新的腾飞的必由之路。

绿色制造涉及的问题包括三部分:制造问题，包括产品生命周期全过程;环境保护问题;资源优化利用问题。

绿色制造就是这三部分的交叉和集成，如图1-2所示。

图1-2绿色制造领域交叉状况1.3发展现状绿色制造研究非常活跃。

如1996年，美国制造工程师学会发表了关于绿色制造的兰皮书《Green manufacturing》，提出绿色制造的概念，并对其内涵发表了“绿色制造的发展趋势”的网上主题报告。

美国机械工程师学会也在网上公布了不少研究论文。

美国Berkeley加州大学不仅设立了关于环境意识设计和制造的研究机构，而且还在国际互联网上建立了可系统查询的绿色制造专门网页。

美国麻省理工学院也在这方面开展了不少研究，国际生产工程学会CI砂近几年均有不少论文对环境意识制造和多生命周期工程等与绿色制造本质一致的问题进行了研究，美国AT&T和许多企业以企业行为投入大量研究。

还有其他许多文献，也分别对绿色制造及相关问题作了初步的研究和探索。

特别是近年来，国际标准化组织提出了关于环境管理的14000系列标准，如14001[9]、14040后，推动着绿色制造的研究更加活跃。

可以不夸张地说，绿色制造研究的国内一些高等院校和研究院所在国家科委、国家自然科学基金会和有关部门的支持下对绿色制造技术进行了广泛的研究探索。

清华大学为创建绿色大学，己将绿色工程技术列为优先发展和支持项目，在美国基金和国家自然科学基金会的支持下，已与美国，先进制造实验室建立了关于绿色设计技术研究的国际合作关系，对全生命周期建模等绿色设计理论和方法进行系统研究，取得了一定进展。

国内已形成了一支从事绿色制造技术研究的专业队伍，为我国发展绿色制造技术奠定了基础。

1.3.1手动夹具技术发展现状夹具最早出现在18世纪后期。

随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

有关统计表明，目前的中小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。

现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。

然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般自具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至数万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50～80左右专用夹具，而夹具的实际磨损仅为10～20%左右。

特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用，对手动夹具提出了如下新的要求：（1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；（2）能装夹一组具有相似特征的工件；（3）能使用于精密加工的高精度手动夹具；（4）能适用于现代制造技术的新型手动夹具；（5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；（6）提高机床的标准化程度。

所以，老式的夹具已经不能满足生产的需要了，更经济化、高效化的夹具也就慢慢的发展出来。

当前绿色化机械加工技术主要从选材、加工方法、加工设备三方面来展开,如图1-3所示。

其中人们对切削工艺及刀具、机床的绿色化给予了较多关注，但对于绿色制造的夹具技术对策问题，却鲜有涉及。

机床夹具作为制造系统中不可或缺的重要一环，它的绿色化程度，无疑对整个制造过程的绿色化水平有着极为重要的影响，在不少场合甚至具有关键性的影响。

夹具技术已经成为严重制约绿色制造技术发展的“瓶颈”。

这种现象如持续下去，无疑将显著影响绿色制造技术的整体发展进程。

图1-3 绿色机械加工主要技术类别1.4本文研究的内容及意义1.4.1本文研究的内容本文研究将针对一般机床夹具的工作特性，以夹紧力来源为基本出发点，以极易产生污染且能源利用率极低的液压传动夹具为重点目标，设计出多级增力机构夹具。

此外，将提供若干个关键方向上具有典型示范意义的技术创新案例。

具体内容包括:（1）机床夹具工作特性分析研究;（2）增力机构理论构建。

1.4.2本文研究的意义本文研究的主要意义在于:（1）有利于绿色制造技术的平衡协调发展。

毫无疑问，没有夹具技术的绿色化，绿色制造技术的体系肯定是不完整的。

在某些场合中，夹具技术的绿色化，甚至可能成为绿色制造体系中最为关键的一环。

因此，对绿色夹具技术进行系统的理论研究和关键技术创新，将突破制约现有绿色制造技术发展的“瓶颈”，有利于绿色制造技术的平衡协调发展与整体推进。

（2）建立起相对较为完整的绿色夹具技术，不仅能基本奠定绿色夹具技术的理论基础，而且能给从事夹具研究与设计的人员，提供创新绿色夹具的思想、途径与研发方向。

也就是说，该项目研究的理论成果，对绿色夹具的技术创新，具有较明确的导向功能。

（3）本文研究将在几个关键方向上，提供具有典型示范意义的绿色夹具技术创新案例。

2绿色夹具技术构建本文重点介绍了绿色夹具技术，对构成绿色夹具技术的各类技术进行了详细阐述，并给出了绿色夹具技术理论体系四级框架图。

夹具技术绿色化的途径夹具技术绿色化主要通过以下几种途径来实现.（1）能源提供方式的绿色化;（2）流体传动介质的绿色化;（3）加工过程低能耗或无能耗技术;（4）其他绿色夹具技术。

2.1能源提供方式的绿色化在考虑机床夹具能源的绿色化问题时，必须与夹具依附的机床所使用的能源形式一起，进行整合性的设计，而不能孤立地进行。

例如，以绿色化程度极高的太阳能作为机床夹具的能源，在短时期内便不可能推而广之。

我们认为，在目前的制造技术条件下，机床夹具能源绿色化的途径，一是重新认识和发展以人力为能源的手动夹具，二是重视对电动夹具技术的研究与开发。

手动夹具代替机动夹具的技术：从目前的能源形式上来看，手动夹具的绿色化程度是最高的。

然而十分不幸的是，在我国制造技术领域中长期存在着一个几乎根深蒂固的错误观念，即手动夹具意味着落后的夹具技术。

制造技术的现代化其实并不排斥手动夹具的发展。

即使工业化程度很高的美国，在其最近的权威性夹具专著《jig and fixture design》中，手动夹具的图例仍然占据绝对主导的地位，特别是美国工程界，对手动夹具极为重视。

这与我们国家的现实状况形成了极为鲜明的反差。

实际上，只要操作工人的劳动强度在许可范围内，手动夹具应成为优先选择、甚至首先选择的技术。

加工过程低能耗或无能耗夹具技术：提高能源的利用率，降低能耗无疑是绿色化程度的一个重要标志，在加工过程中尽可能降低夹具耗能也就成为绿色化夹具技术研究中不可缺少的一环。