机械工艺夹具毕业设计128机床夹具柔性化技术研究及设计

机床夹具柔性化技术研究及设计

摘要在研究可调整夹具和组合夹具技术特性的基础上，介绍了四种结构新颖的柔性夹具设计方案，进行定位误差分析，推导出了相应的定位误差计算公式；建立力学模型，推导出了相应的力学计算公式。在综合分析的基础上，优选出钳口改进的平口钳夹具与双偏心轮定位夹具，将它们的优势结合，改进为一种新型的柔性夹具，并进行了具体结构设计。结论认为，采用双偏心轮定位夹具具有快速反应功能，能较好地适应多品种、小批量生产对夹具的要求，在机械制造业中具有推广意义。

关键词柔性夹具双偏心轮定位机构平口钳偏心距

Study and Creative Design on machine tools fixture

Lin Yi

Adviser Prof. Zhong Kangmin

(School of Mechanical & Electronic Engineering, Soochow University, China)

Abstract In the base of studying technique characteristic of adjustable tongs and built-up jig, introduced four kinds of new constructions design project of flexibility tongs, proceed to positioning error analyze, deducing a homologous positioning error calculation formula, establish the mechanics model, deduce a homologous mechanics calculation formula. After synthesizing the analytic foundation, decide to choose gad tongs and double cam tongs with improving the mouth of tongs, joining together their advantage, a new gentle flexibility tongs has come out, The conclusion is, adopting a double cam positioning tongs has quick-reaction function, can used in many species or small batch quantities produces, have the meaning of expanding in machine manufacturing industry.

Key words flexible fixture double cam tongs gad tongs eccentricity

1 前言

迄今为止，夹具是机电产品制造中必不可缺的四大工具（刀具、模具、量具、夹具）之一。无论是在传统制造业还是现代制造系统中，夹具始终发挥着重要作用。在以标准产品大批大量生产为主导生产模式的传统制造业中，专用夹具曾起到了关键性的作用。自70年代以后，随着NC机床和加工中心在生产中的普遍使用，80年代柔性制造系统（FMS）的兴起，计算机集成制造系统（CIMS）的提出，多品种中小批生产日益受到重视。柔性成为现代制造业的主要发展方向之一，继续沿用专用夹具将限制制造系统实现真正柔性，柔性夹具应运而生。所谓柔性夹具，是指工件的形状和尺寸有一定变化后，可以适应这种变化并继续使用的夹具。随着柔性已作为一个和质量、成本、生产率等量齐观考虑的问题，柔性夹具理所当然成为现代夹具的一个主要发展方向。

1.1 柔性夹具的分类

目前，柔性夹具包括组合夹具、可编程夹具、通用柔性夹具、相变材料柔性夹具及其他夹具。柔性夹具的大致分类如图1-1。

图1-1 柔性夹具的分类

1.2 柔性夹具的发展状况

虽然柔性夹具可以适应工件形状和尺寸的变化，但是工件变化可以在小范围，即在相似的形状和尺寸变动不大的范围内，也可以在大范围，即零件形状完全不同，尺寸变化也很大。所以，柔性夹具还是模糊的，没有明确的定义和界限。笼统地说，就是指与NC机床、加工

中心配合使用的、具有夹持多种不同工件能力的夹具。自80年代后期，柔性夹具的研究开发主要沿以下两大方向发展。

1.2.1 原理和结构都有创新的柔性夹具

这种柔性夹具主要包括三种类型：

1）真相变柔性夹具（Authentic phase-change fixtures）和伪相变柔性夹具（Pseudo-phase-change fixtures）。

相变材料夹具可如图1-2所示分类。

图1-2 相变材料柔性夹具分类

真相变柔性夹具是利用材料物理性质使之从液相到固相，再回到液相。具体的应用是当材料为液相时，将工件放入装有该材料的容器中，而后施加外界刺激，使材料快速转变为固态，夹紧工件，加工完毕后，再使相变材料由固态转变为液态，取出工件。伪相变柔性夹具是相对于真相变柔性夹具而言的，这是用颗粒流化长模拟相变材料的双响性质，即用某种物理方法迫使材料在“固结态”和“流动态”之间的变换，称之为伪相变，即貌似相变，实际上没有发生相变。其基本原理是在流化床中布满了细小的金属颗粒，床底开有进气孔，床中放入标准夹具元件，元件埋入颗粒中，靠重力作用及液压夹头夹紧工件，加工完毕后，再从进气孔通入气体，使颗粒成松散状，取出工件即完成加工。

2）适应性夹具（adaptable fixtures）。该夹具是指夹紧元件能自动适应工件形状的夹具，即夹紧时能改变形状以适应工件的变化。

3）模块化程控式夹具。这类夹具是由伺服系统驱动，将定位和夹紧及支撑元件装在可双向移动的导轨上，通过数控程序设计出不同的夹具构形。

1.2.2 传统夹具的创新

传统夹具可分为可调整夹具（adjustable fixtures）和组合夹具（modular fixture）。