機床夾具柔性化技術(shù)研究及設(shè)計【說明書+CAD】

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蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 機床夾具柔性化技術(shù)研究及設(shè)計 蘇州大學(xué)機電工程學(xué)院00機械 林怡 指導(dǎo)老師 鐘康民 摘要 在研究可調(diào)整夾具和組合夾具技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，介紹了四種結(jié)構(gòu)新穎的柔性夾具設(shè)計方案，進行定位誤差分析，推導(dǎo)出了相應(yīng)的定位誤差計算公式；建立力學(xué)模型，推導(dǎo)出了相應(yīng)的力學(xué)計算公式。在綜合分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)選出鉗口改進的平口鉗夾具與雙偏心輪定位夾具，將它們的優(yōu)勢結(jié)合，改進為一種新型的柔性夾具，并進行了具體結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)論認為，采用雙偏心輪定位夾具具有快速反應(yīng)功能，能較好地適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)對夾具的要求，在機械制造業(yè)中具有推廣意義。 關(guān)鍵詞 柔性夾具 雙偏心輪定位機構(gòu) 平口鉗 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 迄今為止，夾具是機電產(chǎn)品制造中必不可缺的四大工具（刀具、模具、量具、夾具）之一。無論是在傳統(tǒng)制造業(yè)還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具始終發(fā)揮著重要作用。在以標(biāo)準產(chǎn)品大批大量生產(chǎn)為主導(dǎo)生產(chǎn)模式的傳統(tǒng)制造業(yè)中，專用夾具曾起到了關(guān)鍵性的作用。自70年代以后，隨著NC機床和加工中心在生產(chǎn)中的普遍使用，80年代柔性制造系統(tǒng)（FMS）的興起，計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的提出，多品種中小批生產(chǎn)日益受到重視。柔性成為現(xiàn)代制造業(yè)的主要發(fā)展方向之一，繼續(xù)沿用專用夾具將限制制造系統(tǒng)實現(xiàn)真正柔性，柔性夾具應(yīng)運而生。所謂柔性夾具，是指工件的形狀和尺寸有一定變化后，可以適應(yīng)這種變化并繼續(xù)使用的夾具。隨著柔性已作為一個和質(zhì)量、成本、生產(chǎn)率等量齊觀考慮的問題，柔性夾具理所當(dāng)然成為現(xiàn)代夾具的一個主要發(fā)展方向。 1.1 柔性夾具的分類 目前，柔性夾具包括組合夾具、可編程夾具、通用柔性夾具、相變材料柔性夾具及其他夾具。柔性夾具的大致分類如圖1-1。 陣列銷、鋼丸 結(jié)構(gòu)適應(yīng)型 相變材料 相變材料夾具 NC機床、夾具一體化 柔性夾具 可編程夾具 夾具元件庫 （標(biāo)準件與非標(biāo)準） 組合夾具 夾具元件不用更換 結(jié)構(gòu)調(diào)整夾具 圖1-1 柔性夾具的分類 1.2 柔性夾具的發(fā)展?fàn)顩r 雖然柔性夾具可以適應(yīng)工件形狀和尺寸的變化，但是工件變化可以在小范圍，即在相似的形狀和尺寸變動不大的范圍內(nèi)，也可以在大范圍，即零件形狀完全不同，尺寸變化也很大。所以，柔性夾具還是模糊的，沒有明確的定義和界限?；\統(tǒng)地說，就是指與NC機床、加工中心配合使用的、具有夾持多種不同工件能力的夾具。自80年代后期，柔性夾具的研究開發(fā)主要沿以下兩大方向發(fā)展。 1.2.1 原理和結(jié)構(gòu)都有創(chuàng)新的柔性夾具 這種柔性夾具主要包括三種類型： 1）真相變?nèi)嵝詩A具（Authentic phase-change fixtures）和偽相變?nèi)嵝詩A具（Pseudo-phase-change fixtures）。 相變材料夾具可如圖1-2所示分類。 相變材料夾具 偽相變材料夾具 真相變材料夾具 低熔點 合金夾具 石墨夾具 離子懸浮 流化床夾具 流變材料夾具 磁流變 材料夾具 溫度流變 材料夾具 震動流變 材料夾具 電流變 材料夾具 圖1-2 相變材料柔性夾具分類 真相變?nèi)嵝詩A具是利用材料物理性質(zhì)使之從液相到固相，再回到液相。具體的應(yīng)用是當(dāng)材料為液相時，將工件放入裝有該材料的容器中，而后施加外界刺激，使材料快速轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，夾緊工件，加工完畢后，再使相變材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，取出工件。偽相變?nèi)嵝詩A具是相對于真相變?nèi)嵝詩A具而言的，這是用顆粒流化長模擬相變材料的雙響性質(zhì)，即用某種物理方法迫使材料在“固結(jié)態(tài)”和“流動態(tài)”之間的變換，稱之為偽相變，即貌似相變，實際上沒有發(fā)生相變。其基本原理是在流化床中布滿了細小的金屬顆粒，床底開有進氣孔，床中放入標(biāo)準夾具元件，元件埋入顆粒中，靠重力作用及液壓夾頭夾緊工件，加工完畢后，再從進氣孔通入氣體，使顆粒成松散狀，取出工件即完成加工。 2）適應(yīng)性夾具（adaptable fixtures）。該夾具是指夾緊元件能自動適應(yīng)工件形狀的夾具，即夾緊時能改變形狀以適應(yīng)工件的變化。 3）模塊化程控式夾具。這類夾具是由伺服系統(tǒng)驅(qū)動，將定位和夾緊及支撐元件裝在可雙向移動的導(dǎo)軌上，通過數(shù)控程序設(shè)計出不同的夾具構(gòu)形。 1.2.2 傳統(tǒng)夾具的創(chuàng)新 傳統(tǒng)夾具可分為可調(diào)整夾具（adjustable fixtures）和組合夾具（modular fixture）。可調(diào)整夾具包括通用可調(diào)整夾具和專用可調(diào)整夾具，可以適應(yīng)小范圍內(nèi)的柔性；組合夾具主要是以成組技術(shù)（GT）為技術(shù)工具，能符合大范圍內(nèi)柔性夾具的要求。由于依照夾具特征進行的工件分類，夾具的相似性分析，加工刀具的結(jié)構(gòu)等技術(shù)難題，以及計算機輔助可調(diào)整夾具設(shè)計系統(tǒng)的發(fā)展水平和現(xiàn)狀，使得可調(diào)整夾具在工業(yè)上的應(yīng)用受到了限制，在工業(yè)生產(chǎn)中，最常用的柔性裝夾設(shè)備就是組合夾具。 1.3 可調(diào)整夾具 可調(diào)整夾具可分為通用可調(diào)整夾具和專用調(diào)整夾具，后者又可稱為成組夾具。這兩種夾具都是根據(jù)加工對象在工藝上的相似性、尺寸的相近程度對零件進行分類編組進行設(shè)計的。適合形狀相似的一組或一族零件的生產(chǎn)，可用于各類產(chǎn)品的成批生產(chǎn)。兩者在原理上和結(jié)構(gòu)上都比較類同。它們的結(jié)構(gòu)一般是由兩部分組成。其一是基本部分，包括夾具體、夾緊傳動裝置和操縱機構(gòu)等。它可長期固定在機床上，不隨加工對象的改變而更換。其二是可更換調(diào)整部分，包括某些定位、夾緊和導(dǎo)向元件等。它隨加工對象不同而調(diào)整更換。在使用時，對同一組內(nèi)不同零件的加工，只需更換或調(diào)整有關(guān)定位和夾緊元件即可。 1.3.1 通用可調(diào)整夾具 對通用可調(diào)整夾具來說，其基本部分常可采用通用標(biāo)準部件。這種夾具在開始設(shè)計時，其加工對象并不很確定，故其可更換調(diào)整部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮有較大的適應(yīng)性，以滿足一定類別形狀和一定尺寸范圍內(nèi)的零件加工，使其具有較大的通用范圍。例如：鉗口形狀可更換的虎鉗、定位件和鉆模板可更換的滑柱鉆模等，都屬通用可調(diào)整夾具。 1.3.2 成組夾具 對成組夾具來說，它是針對成組加工工藝中的一組或一族零件的某一工序而專門設(shè)計的夾具。在設(shè)計時，其加工對象十分明確，其調(diào)整范圍也只限于在本組內(nèi)的零件，夾具的基本部分，常須由加工對象的要求來專門設(shè)計。這種夾具即比專用夾具的工藝范圍廣泛，又比通用可調(diào)整夾具針對性強，所以它具有結(jié)構(gòu)緊湊和生產(chǎn)率較高的特點。 1.4 組合夾具 組合夾具是在零部件標(biāo)準化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的工藝裝備。這類柔性夾具是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同尺寸規(guī)格、不同功能的系列化、標(biāo)準化元件、合件組裝而成的。組合夾具元件、合件具有較好的互換性和較高的精度及耐磨性。組合夾具能保證工件在規(guī)定的坐標(biāo)位置上準確定位和牢固的夾緊，也就是說能保證工件相對于機床坐標(biāo)原點具有準確和穩(wěn)定可靠的坐標(biāo)位置。這種夾具具有較高的剛度和精度，在粗加工時能承受較大的切削用量，以充分發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的生產(chǎn)能力，在精加工是能更好地保證工件定位基準和加工表面的位置精度，還能根據(jù)數(shù)控、加工中心機床的要求保證夾具應(yīng)允許刀具接近盡可能更多的被加工表面甚至全部被加工表面，可減少機床的停機時間，在夾具上還能一次裝夾多個工件同時依次加工，可以減少夾具、刀具、工件系統(tǒng)的調(diào)整時間，還能減少刀具的更換次數(shù)和刀具的調(diào)整時間，更好地發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。組合夾具元件可以通過組裝—使用—拆卸—在組裝重復(fù)使用。 根據(jù)使用場合不同，組合夾具可以分為：車床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具和磨床夾具等。按照用途的不同可分為八大類，即：基礎(chǔ)件、支撐件、定位件、導(dǎo)向件、夾緊件、緊固件、輔助件及組合件。 組合夾具系統(tǒng)一般有兩種類型：基于T型槽和基于銷釘（也稱作基于孔）的系統(tǒng)。 基于T型槽的組合夾具在生產(chǎn)制造中已經(jīng)發(fā)展和使用了50多年，它是通過基座上互相垂直和平行的T型槽實現(xiàn)對工件的精確定位的，在該系統(tǒng)中，當(dāng)夾具元件緊固在同一排T型槽上時，尤其要合理安排夾具元件的組裝順序。世界上有許多基于T型槽的組合夾具系統(tǒng)，主要的系統(tǒng)如圖1-3所示。 Wharton Unitool 系統(tǒng)（英格蘭） YCⅡ 系統(tǒng)（俄羅斯） 槽系組合夾具系統(tǒng) CATIC 系統(tǒng)（中國） Halder 系統(tǒng)（德國） 圖1-3 當(dāng)代國際上主要槽系組合夾具系統(tǒng) 基于銷釘?shù)慕M合夾具主要是通過基座上的定位孔實現(xiàn)對夾具元件精確定位和緊固作用的，主要的系統(tǒng)如圖1-4所示。 Bluco Technik 系統(tǒng)（德國，美國） Kipp 系統(tǒng)（德國） Qu-Co 系統(tǒng)（美國） Stevens 系統(tǒng)（美國） 孔系組合夾具系統(tǒng) Carr Lane 系統(tǒng)（美國） SAFE 系統(tǒng)（美國） CATIC 系統(tǒng)（中國，保定） TJMGS 系統(tǒng)（中國，天津） CPⅡ 系統(tǒng)（俄羅斯） 圖1-4 當(dāng)代國際上主要孔系組合夾具系統(tǒng) 組合夾具無論是在FMS還是在CIMS中都是很有發(fā)展前景的柔性裝夾方法，但是，它也尚存一些問題。第一，它需要較多的夾具標(biāo)準件，一次性投資較大，同時，需要一定空間存儲。第二，由于一套夾具要由多個夾具標(biāo)準件組成，每一件都有制造誤差，所以容易產(chǎn)生較大的累積誤差。第三，由于夾具標(biāo)準件間的間隙，使夾具的剛度下降，容易產(chǎn)生震動，影響加工精度。 2 創(chuàng)新設(shè)計方案的構(gòu)思及對各種方案的分析評價 目前，柔性夾具種類雖然繁多，但每種夾具都存在著一些問題。相對于原理和結(jié)構(gòu)都有創(chuàng)新的柔性夾具來說，傳統(tǒng)夾具創(chuàng)新的問題較少。其中，孔系組合夾具更因其材料價廉、加工方便、配件元件少、成本低、性能好等優(yōu)勢，一躍成為當(dāng)代柔性夾具的主流。與之同屬傳統(tǒng)夾具的可調(diào)整夾具則由于受到成組生產(chǎn)組織形式和產(chǎn)品品種市場需求不確定性的約束，應(yīng)用受到限制。但是，可調(diào)整夾具的高生產(chǎn)率仍是組合夾具不可取代的。此外，可調(diào)整夾具具有較高的尺寸柔性，而組合夾具具有較高的形狀柔性。長期以來，兩者并行發(fā)展，在兩者之間的雙柔性地帶幾乎一片空白。此次的創(chuàng)新設(shè)計主要從傳統(tǒng)夾具的創(chuàng)新及尺寸、形狀雙柔性入手。 2.1 鉸鏈定位夾具的構(gòu)思及評價 2.1.1 鉸鏈定位夾具的工作原理 鉸鏈定位夾具的工作原理如圖2-1所示?？梢姡鳛槎ㄎ辉乃母q鏈桿通過鏈軸與夾具體相聯(lián)結(jié)，并可繞鉸鏈軸擺動；非定位使用的四根鉸鏈桿通過銷與夾具體相聯(lián)結(jié)；每一對作為定位元件的鉸鏈桿之間的角度θ，由鏈軸與銷之間的距離L決定。顯而易見，當(dāng)鏈軸與銷之間的距離L增加時，由于對工件進行定位的鉸鏈桿的位置，隨鏈軸與銷之間的距離L的改變而變化，鉸鏈桿與夾具體之間的角度α必然減小，而作為定位元件的鉸鏈桿之間的角度θ隨之增大。 圖2-1 鉸鏈定位夾具 2.1.2 鉸鏈定位夾具的定位誤差計算 工件在鉸鏈桿定位元件上定位時，其直徑尺寸的差異將導(dǎo)致在垂直方向上產(chǎn)生定位誤差。如圖2-2是鉸鏈桿定位夾具的定位誤差分析圖?？梢?，當(dāng)工件半徑R由R0變化到R0+△r時， 垂直方向上的尺寸h由h0變化到h0+△h；工件中心的位移△h便是因工件直徑尺寸制造不準確而產(chǎn)生的定位誤差。 圖2-2 定位誤差分析圖 由圖2-2可知 2.1.3 鉸鏈定位夾具的力學(xué)模型計算 該夾具中，工件的夾緊點在壓板中間。其受力情況如圖2-3所示。 圖2-3 受力分析圖 根據(jù)受力平衡原理，可以得到： 式中 W — 夾緊力 Q — 原始作用力 L1 — 原始作用力至固定支撐點的距離 L2 — 夾緊力至固定支撐點的距離 2.1.4 鉸鏈定位夾具的特點 該夾具操作方便，在定位不同尺寸工件時，可以實現(xiàn)快速調(diào)整。但由于采用螺旋壓板夾緊機構(gòu)，在工件尺寸改變后，調(diào)整螺桿高度的速度較慢。但其僅為尺寸柔性夾具，且只適應(yīng)小范圍內(nèi)的尺寸柔性。同時，其剛性較差，定位精度相對較低，結(jié)構(gòu)不緊湊。 2.2 鉗口改進的平口鉗夾具的構(gòu)思及評價 2.2.1 鉗口改進的平口鉗夾具的工作原理 鉗口改進的平口鉗夾具的工作原理如圖2-4所示?？芍?，作為定位元件的兩塊成45°斜角的鉗口通過螺釘（未具體示出）固定在平口鉗上，組成可調(diào)整V形架；活動鉗口通過旋轉(zhuǎn)螺紋桿，可左右移動；可調(diào)整V形架的尺寸大小由兩鉗口之間的距離l決定。顯而易見，當(dāng)兩鉗口之間的距離l增加時，由于對工件進行定位的兩鉗口之一的活動鉗口的位置，隨兩鉗口之間的距離l的改變而變化，由兩塊鉗口構(gòu)成的可調(diào)整V形架的尺寸必然增大，隨之由其進行定位的圓形工件的尺寸也可增大。 此外，不用更換鉗口，該夾具還可以對尺寸不同的矩形工件進行定位。若有其他形狀的工件，通過更換可換鉗口也可以對其進行定位。并且工作原理都與該夾具定位圓形工件時的工作原理相同。 圖2-4 鉗口改進的平口鉗夾具 2.2.2 鉗口改進的平口鉗夾具的誤差計算 工件在可調(diào)整V形架定位元件上定位時，其直徑尺寸的差異將導(dǎo)致在垂直方向上產(chǎn)生定位誤差。如圖2-5是鉗口改進的平口鉗夾具的定位誤差分析圖?？梢?，當(dāng)工件半徑R由R0變化到R0+△r時， 垂直方向上的尺寸h由h0變化到h0+△h；工件中心的位移△h便是因工件直徑尺寸制造不準確而產(chǎn)生的定位誤差。 圖2-5 定位誤差分析圖 由圖2-5可知 2.2.3 鉗口改進的平口鉗夾具的力學(xué)模型計算 該夾具中，夾緊機構(gòu)采用螺旋夾緊機構(gòu)，如圖2-6所示。 圖2-6 夾緊方案 螺旋夾緊機構(gòu)的受力情況如圖2-7所示。 圖2-7 受力分析圖 根據(jù)平衡條件，對螺桿中心線的力矩為零，可以得到： 因 故 式中 MQ — 原始作用力偶 MFμ2 — 摩擦力Fμ2的力矩 MN’ — 垂直于螺旋面的正壓力N及螺旋面上的摩擦力Fμ1的合力N’’的力矩 W — 夾緊力 Q — 原始作用力 D — 螺桿頂部直徑 r’ — 螺桿端部與工件（或壓腳）的當(dāng)量摩擦半徑，螺桿端部為球面時，r’ ＝0 d2 — 螺桿中徑 φ1— 方牙螺紋螺桿的摩擦角 φ2— 螺桿端部與工件（或壓腳）的當(dāng)量摩擦角 對其他類型螺紋的螺桿夾緊機構(gòu)，可按下式計算 式中 φ”1— 螺母與螺桿的摩擦角 對于三角形螺紋φ”1＝arctg(1.15φ1) 對于梯形螺紋φ”1＝arctg(1.03φ1) 2.2.4 鉗口改進的平口鉗夾具的特點 在平口鉗的鉗口上各安裝一塊45°斜塊，可組成可調(diào)整V形架。通過更換平口鉗的鉗口還可以對圓以外的其他形狀的工件進行定位，因此該夾具同時具有較好的尺寸柔性和形狀柔性。此外，該夾具的剛性較好，結(jié)構(gòu)較緊湊，但由于通過螺旋機構(gòu)來調(diào)整活動鉗口，不能實現(xiàn)快速反應(yīng)。 2.3 雙偏心輪定位夾具的構(gòu)思及評價 2.3.1 雙偏心輪定位夾具的工作原理 雙偏心輪定位夾具的工作原理如圖2-8所示?？梢?，作為定位元件的兩個偏心輪通過鏈軸與夾具體（未具體示出）相聯(lián)結(jié)，并可繞鉸鏈軸擺動；它們通過銷在夾具體上確定位置；偏心輪的幾何中心所處的位置，由銷所插的夾具體上的某個銷孔與鏈軸連線和水平線之間的夾角α決定。當(dāng)0°≤α≤90°時，偏心輪的幾何中心隨角α的增大而右移，其中心距N也隨之增大。 圖2-8 雙偏心輪定位夾具 此外，若在兩個偏心輪外套上一個滑塊，則該定位夾具還可以對矩形進行定位。這種定位方式如圖2-8所示。用雙偏心輪定位夾具定位矩形工件的工作原理與定位圓形工件的工作原理相同。當(dāng)0°≤α≤90°時，偏心輪的幾何中心隨角α的增大而右移，套在偏心輪外的滑塊也隨著向右移動，滑塊與夾緊元件之間的距離l則隨之減小。與定位圓形工件的情況相同，當(dāng)工件尺寸變化時，只需要將銷插在不同位置的銷孔中即可。 圖2-8 套上滑塊的雙偏心輪定位夾具 2.3.2 雙偏心輪定位夾具的誤差計算 工件在雙偏心輪定位元件上定位時，其直徑尺寸的差異將導(dǎo)致在水平方向上產(chǎn)生定位誤差。如圖2-9是雙偏心輪定位夾具的定位誤差分析圖?？梢姡?dāng)工件半徑R由R0變化到R0+△r時， 水平方向上的尺寸h由h0變化到h0+△h；工件中心的位移△h便是因工件直徑尺寸制造不準確而產(chǎn)生的定位誤差。 圖2-9 定位誤差分析圖 由圖2-9可知 而 ，由此可得 2.3.3 雙偏心輪定位夾具的力學(xué)模型計算 該夾具中，夾緊機構(gòu)采用螺旋夾緊機構(gòu)，螺旋夾緊機構(gòu)的受力情況如圖2-10所示。 圖2-10 受力分析圖 根據(jù)平衡條件，對螺桿中心線的力矩為零，可以得到： 因 故 式中 MQ — 原始作用力偶 MFμ2 — 摩擦力Fμ2的力矩 MN’ — 垂直于螺旋面的正壓力N及螺旋面上的摩擦力Fμ1的合力N’’的力矩 W — 夾緊力 Q — 原始作用力 D — 螺桿頂部直徑 r’ — 螺桿端部與工件（或壓腳）的當(dāng)量摩擦半徑，螺桿端部為球面時，r’ ＝0 d2 — 螺桿中徑 φ1— 方牙螺紋螺桿的摩擦角 φ2— 螺桿端部與工件（或壓腳）的當(dāng)量摩擦角 對其他類型螺紋的螺桿夾緊機構(gòu)，可按下式計算 式中 φ”1— 螺母與螺桿的摩擦角 對于三角形螺紋φ”1＝arctg(1.15φ1) 對于梯形螺紋φ”1＝arctg(1.03φ1) 2.3.4 雙偏心輪定位夾具的特點 雙偏心輪定位夾具對工件直徑尺寸變化的適應(yīng)能力強，具有較強的尺寸柔性。由于在偏心輪外套一個滑塊后，該夾具可對矩形工件定位，故其又具有一定的形狀柔性。而且，雙偏心輪定位夾具的調(diào)整只需通過將銷插入不同的銷孔即可實現(xiàn)。因此，該夾具具有快速反映功能。其夾緊方式采用螺旋定位夾緊。這種夾緊方式具有較好的尺寸柔性，但調(diào)整速度較慢，會影響夾具實現(xiàn)快速反應(yīng)。這個夾具的主要缺點是剛性較差，定位精度相對較低，結(jié)構(gòu)不緊湊。 2.3.5 雙偏心輪定位夾具的改進 圖2-8的方案雖然具有較大的尺寸柔性，但在使用螺旋夾緊機構(gòu)夾緊不同尺寸的工件時調(diào)整速度較慢。圖2-11所示的偏心夾緊方式可以較好的克服這個缺點，但相對尺寸柔性較差。 圖2-11 雙偏心輪定位夾具的改進 圖2-11所示夾具的工作原理與圖2-8所示夾具的工作原理相同，但兩者的夾緊方式不同，夾緊力也不相同。圓偏心夾緊機構(gòu)的受力情況如圖2-12所示。 圖2-12 受力分析圖 設(shè)偏心輪的手柄上所施加的原始作用力為Q，其作用點至回轉(zhuǎn)中心O的距離為L，則所產(chǎn)生的力矩為 在此力矩M作用下，在夾緊接觸點P處必然有一相當(dāng)?shù)腻浘o力Q’,其對O點的力矩為 故 偏心輪的夾緊作用可看作是在偏心軸與夾緊接觸點之間有一個升角等于αp的斜鍥在鍥緊工件，因此在斜鍥上除有Q”，還受到夾緊點的夾緊力W和摩擦力Fμ2以及偏心軸給予斜鍥面的反作用力N和摩擦力Fμ1。W與Fμ2的合力為W’，N與Fμ1的合力為N’，而N’又可分解為水平分力H2和垂直分力H1，按靜力平衡條件 而 又因 （因001⊥OP） 故 式中 αp — 偏心圓在P點與工件接觸時的升角， d — 偏心圓直徑 2.4 真空夾具的構(gòu)思及評價 2.4.1 真空夾具的工作原理 真空夾具的工作原理如圖2-13所示。密封圈2與夾板3粘在一起，真空泵通過真空管1抽真空，在工件、密封圈2和夾板3之間形成一真空室4。此時大氣壓力將工件壓緊在密封圈上，這樣就可以實現(xiàn)工件的定位和夾緊。 圖2-13 真空夾具 1.真空管 2.密封圈 3.夾板 4.真空室 2.4.2 真空夾具的力學(xué)模型計算 該夾具中，夾緊力主要是工件向著密封圈2的壓力P。參閱相關(guān)資料可知，P的理論計算公式： 式中 U — 夾具的工作真空度，MPa S — 夾具的設(shè)計吸附面積，cm2 2.4.3 真空夾具的特點 真空夾具僅利用工件的一個面即可定位夾緊工件，便于多種機械加工方式；定位夾緊的操作方便，效率高，減少了裝夾在產(chǎn)品生產(chǎn)中所占用的時間，具有快速反應(yīng)功能。而且，該夾具的設(shè)計簡單。其主要缺點是氣體真空吸附法抗剪切力的能力較差，小零件吸附不緊。 2.5 綜合分析優(yōu)選 以上四個方案都具有各自鮮明的特點。但比較可知：在尺寸柔性方面，方案二、方案三和方案四都占有較大優(yōu)勢；在形狀柔性方面，方案二占有較大優(yōu)勢；在快速反應(yīng)方面，方案一、改進后的方案三以及方案四較好。再結(jié)合各方案的受力情況分析，可見，方案二和方案三相對較好，并各具優(yōu)勢。因此，決定將兩者相結(jié)合，將平口鉗的固定鉗口改為雙偏心輪結(jié)構(gòu)，并在雙偏心輪外套上一個滑塊，以實現(xiàn)除圓之外，對平面的定位。并且將螺旋夾緊機構(gòu)改為圓偏心夾緊機構(gòu)。 3 優(yōu)選方案工作原理及工作特點 以上所設(shè)計的方案只是初步構(gòu)想，與實際應(yīng)用還有一定距離，現(xiàn)在我們分析當(dāng)所設(shè)計的方案結(jié)構(gòu)化后的工作原理和工作特點 3.1 雙偏心輪平口鉗夾具的工作原理及工作特點 3.1.1 雙偏心輪平口鉗夾具的工作原理 雙偏心輪定位夾具的工作原理如圖3-1所示?？梢姡鳛槎ㄎ辉膬蓚€偏心輪通過鏈軸與夾具體（未具體示出）相聯(lián)結(jié)，并可繞鉸鏈軸擺動；它們通過銷在夾具體上確定位置；偏心輪的幾何中心所處的位置，由銷所插的夾具體上的某個銷孔與鏈軸連線和水平線之間的夾角α決定。當(dāng)0°≤α≤90°時，偏心輪的幾何中心隨角α的增大而右移，其中心距N也隨之增大。顯而易見，由于對工件進行定位的偏心輪的外圓弧面的位置，隨夾角α的改變而有較大的變動范圍，且工件中心與兩個偏心輪幾何中心連線的夾角θ在許可范圍內(nèi)變化時，也能增強對工件直徑變化的適應(yīng)能力。因此，這種定位方式允許工件的直徑尺寸在較大范圍內(nèi)變化。當(dāng)工件直徑變化時，只需要將銷插在不同位置的銷孔中即可。用雙偏心輪定位夾具定位矩形工件的工作原理與定位圓形工件的工作原理相同。當(dāng)0°≤α≤90°時，偏心輪的幾何中心隨角α的增大而右移，套在偏心輪外的滑塊也隨著向右移動，滑塊與夾緊元件之間的距離l則隨之減小。與定位圓形工件的情況相同，當(dāng)工件尺寸變化時，只需要將銷插在不同位置的銷孔中即可。 圖3-1 雙偏心輪平口鉗夾具 3.1.2 雙偏心輪平口鉗夾具的特點 雙偏心輪平口鉗夾具與鉸鏈定位夾具、鉗口改進的平口鉗夾具、雙偏心輪定位夾具和真空夾具相比，具有鮮明的特點： （1）.雙偏心輪平口鉗夾具對工件直徑尺寸變化的適應(yīng)能力強，具有較強的尺寸柔性。 （2）.雙偏心輪平口鉗夾具具有一定的形狀柔性。 （3）.雙偏心輪定位夾具的調(diào)整只需通過將銷插入不同的銷孔即可實現(xiàn)，具有快速反映功能。 （4）. 雙偏心輪平口鉗夾具的主要缺點是剛性較差，定位精度相對較低，結(jié)構(gòu)不緊湊。 4 優(yōu)選方案主要技術(shù)參數(shù)的確定 4.1 雙偏心輪平口鉗夾具主要技術(shù)參數(shù)確定 4.1.1 鉗口的距離、寬度及深度 由于作為可調(diào)整夾具的平口鉗是標(biāo)準件，因此通過查《機械加工工藝手冊》P600表10-65機用平口鉗尺寸參數(shù)，可得平口鉗的主要尺寸參數(shù)。由于已將平口鉗的固定鉗口改為雙偏心輪定位機構(gòu)，雙偏心輪定位機構(gòu)要求有較大的偏心距以滿足較大的尺寸柔性，故平口鉗的鉗口寬度應(yīng)選擇較大值。但是，由于夾具的重量、體積問題，鉗口寬度又不能太大。最終，將鉗口寬度定為200毫米。由此可確定鉗口的最大張度為160毫米，鉗口高度為60毫米。 4.1.2 偏心距 首先我們確定作為定位機構(gòu)的雙偏心輪定位機構(gòu)中的偏心輪的偏心距。由于受鉗口寬度的限制，又應(yīng)將偏心輪的偏心距選擇較大值，因此，將定位元件的偏心輪的偏心距定為15毫米。 接著確定夾緊元件的偏心輪的偏心距。由于，平口鉗作為通用可調(diào)整夾具，其裝夾工件的形狀尺寸不定。因此，偏心距相應(yīng)選擇較大值，確定為10毫米。當(dāng)工件尺寸改變時，通過更換可換鉗口進行調(diào)整兩鉗口之間的距離。 4.1.3 鏈軸的直徑 鏈軸是該夾具中有較高強度要求的連接元件，要保證鏈軸的強度，應(yīng)使其直徑大于一定值，鏈軸直徑的確定與切削力有關(guān)，因此我們首先確定工件所受切削力。 為保證夾具的使用安全性，我們選擇較大的切削力。假設(shè)，該工具在臥式銑床上使用，銑刀為圓柱形銑刀，材料為碳鋼。查《機械加工工藝手冊》P472表9-61硬質(zhì)合金銑刀銑削力的計算公式，可得： 查《機械加工工藝手冊》P638表11-42圓柱形銑刀，得 ，z=10 查《機械加工工藝手冊》P473表9-63銑削時各分力與圓周力的比值，得 查《機械加工工藝手冊》P476表9-68高速鋼端銑刀、圓柱銑刀和盤銑刀的進給量，得 ， 故， 工件的受力情況分析如圖4-1所示。 圖4-1 受力情況分析 根據(jù)力矩平衡得 查表可知 式中 l — 假設(shè)的工件長度 α— 銑削合力與水平面之間的夾角 l1 — 輔助支撐（圖中未具體示出）與較近處的偏心輪之間的距離 l2 — 輔助支撐（圖中未具體示出）與較遠處的偏心輪之間的距離 5 優(yōu)選方案結(jié)構(gòu)設(shè)計及注意事項 5.1 雙偏心輪平口鉗夾具機構(gòu)設(shè)計 5.1.1 鏈軸 鏈軸設(shè)計成頂端有內(nèi)螺紋，偏下部有較大軸肩的形式。鏈軸頂端的螺紋孔用于在鏈軸頂端安裝軸端擋圈，以限制偏心輪軸向的自由度。在鏈軸大軸肩處，鉆有四個螺紋通孔，用螺釘通過這四個孔，將鏈軸安裝在夾具體上，這樣既便于鏈軸的安裝，又不會破壞夾具體的剛性。 5.1.2 定位件和夾緊件 做為定位元件的偏心輪，鉆有兩個直徑為12毫米的通孔，一個用于安裝鏈軸，另一個用于插入內(nèi)螺紋孔錐銷。內(nèi)螺紋孔錐銷是用來調(diào)整雙偏心輪幾何中心間距的，選用該零件是因為其裝拆方便。在雙偏心輪定位機構(gòu)外套有一滑塊，該滑塊裝拆可以提高夾具的形狀柔性。安裝滑塊時，夾具可以裝夾矩形工件；拆除滑塊后，夾具可以裝夾圓形工件。 作為夾緊元件的偏心輪，只需用鏈軸安裝在夾具體上即可。此外，在偏心輪上做出一個手柄便于夾緊操作。在夾緊偏心輪外同樣套有一個滑塊，該滑塊的作用是實現(xiàn)形封閉，以快速裝夾工件。 5.1.3 夾具體 夾具體頂部平面做出一個與鉗口寬度、鉗口最大張度尺寸相近的方形孔，這樣，便于適應(yīng)尺寸不同的零件安裝。夾具體兩側(cè)接近頂部處銑槽，兩處槽用于安裝套在雙偏心輪定位機構(gòu)即圓偏心夾緊機構(gòu)外的滑塊。 由于夾具體結(jié)構(gòu)較簡單，故可采用鍛造而成，在需要安裝T形槽用螺釘?shù)牟课恍枰姵鲆黄脚_，夾具體最終通過T形螺栓與銑床T形槽連接。 5.2 雙偏心輪平口鉗夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項 5.2.1夾具體結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定可靠，有足夠的強度和剛度 要求夾具體的結(jié)構(gòu)要求粗壯低矮，以降低夾具重心，增加剛度和強度，夾具體高度與寬度之比取1-1.25為宜，并合理布置加強筋和耳槽。 5.2.2 注意材料和剛度的選擇 正確選擇零件的材料和剛度，對于保證結(jié)構(gòu)和工作的可靠性、夾具的壽命和夾具的制造和維修有著重要的影響，本方案中夾具體采用A6，并進行人工時效處理，其他零件參照已有的夾具進行選擇。 5.2.3 夾具受力情況要合理 夾具上的受力部分應(yīng)盡量由夾具體、底座和鏈軸來承受，盡可能避免通過緊固螺釘來受力，對于夾具精度要求較高的受力零件，如本方案中的用于安裝定位偏心輪的鏈軸與安裝夾緊偏心輪的鏈軸，應(yīng)盡量分布的遠一些，以增加裝夾的穩(wěn)定性。 5.2.4 設(shè)計夾具時要考慮它的裝配性 在設(shè)計夾具時除了要考慮滿足使用要求，便于加工外，還要考慮它的裝配性。本方案中雙偏心輪機構(gòu)對兩個偏心輪要求對稱布置，以使定位精確，在裝配時要注意這點，再比如夾具體兩側(cè)槽，如果采用在夾具體內(nèi)側(cè)用支承板或者支承釘定位，則裝配性較差，采用本方案設(shè)計的支承釘則可以在滿足定位要求的同時具有良好的裝配性。 5.2.5 注意夾具設(shè)計的合理性 設(shè)計結(jié)構(gòu)時要注意活動部件不發(fā)生干涉，各零件布置要合理，結(jié)構(gòu)要緊湊，比例要協(xié)調(diào)，大小要勻稱。 5.2.6 夾具的易損部分要便于修理和更換 由于滑塊與夾具體間以及鏈軸和定位偏心輪見經(jīng)常有相對運動，摩擦損失較大。因此，應(yīng)將夾具體的兩側(cè)各銑一個從夾具體的一端到另一端的長槽。這樣便于更換磨損過大的滑塊；鏈軸用螺釘固定在夾具體上，可便于更換磨損過大的鏈軸。 6 對柔性夾具應(yīng)用前景的展望 ?夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、??通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。 為了提高機床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。 ????夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。柔性夾具的尺寸柔性及形狀柔性，即夾具的通用性。因此柔性夾具是現(xiàn)代夾具的主要發(fā)展方向。隨著柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)的不斷發(fā)展，在其中占具重要地位的夾具系統(tǒng)，就成為推動其發(fā)展還是阻礙其發(fā)展的關(guān)鍵。 然而，現(xiàn)有的柔性夾具都存在著或多或少的缺陷。因此在將來一段時間內(nèi)，對傳統(tǒng)夾具的創(chuàng)新還將是成熟的、可在實際生產(chǎn)中使用的柔性夾具的主要部分。但是，由于原理和結(jié)構(gòu)都有創(chuàng)新的柔性夾具的柔性相對于創(chuàng)新的傳統(tǒng)夾具的柔性較高，因此，前者終將成為柔性夾具的主流。 7 畢業(yè)設(shè)計總結(jié) 看到自己辛苦了三個月的畢業(yè)設(shè)計終于完稿，馬上就要答辯，心中有說不出的喜悅。一方面是因為圓滿的完成大學(xué)四年最后一門課程，另一方面更是由于我在這次畢業(yè)設(shè)計中受益菲淺。 畢業(yè)論文（設(shè)計）是高等學(xué)校本科教學(xué)計劃的重要組成部分，是培養(yǎng)大學(xué)生綜合運用本學(xué)科基礎(chǔ)理論、基本知識、專業(yè)知識和基本技能，提高分析和解決問題的能力，進行文獻綜述、科學(xué)研究或工程設(shè)計、外文閱讀和使用計算機等方面基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)；也是綜合素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要途徑，對提高大學(xué)生培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考、解決問題和獨立工作能力具有十分重要的意義；同時又是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要手段。 通過這次設(shè)計，我不但發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)的知識不足，同時也學(xué)習(xí)了許多專業(yè)知識，尤其是有關(guān)夾具和流體傳動的方面的知識，培養(yǎng)了我嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，提高了我獨立思考、解決問題、獨立工作、理論聯(lián)系實際和創(chuàng)新能力。 我的課題是“機床夾具柔性化技術(shù)研究與創(chuàng)新設(shè)計”，知識點零碎且知識面廣，在專業(yè)課程學(xué)習(xí)時涉及的較少。幸運的是我得到了指導(dǎo)老師鐘康民教授的悉心指導(dǎo)和幫助。從方案的構(gòu)思、優(yōu)選、確定，再到方案的結(jié)構(gòu)化，直至最后論文的定稿，鐘老師都傾注了大量的心血，在此我表示深深的謝意。同時我也要感謝在大學(xué)四年學(xué)習(xí)過程中悉心指導(dǎo)我的其他專業(yè)課老師，他們是郭旭紅、倪俊芳、錢志良、樊琳、衛(wèi)瑞元、顧德裕、蘇桂生、盛小明、蘭向軍、陳其漢等老師。 由于本人水平有限，加上實踐知識缺乏，錯誤和不足之處在所難免，懇請各位老師批評指正。 參考文獻 1、潘尚峰、楊向東、趙廣木、馮之敬．CIMS環(huán)境下柔性夾具的快速準備．機械制造，1997（7）：30～31 2、楊建國、李蓓智．非傳統(tǒng)工件安裝技術(shù)與通用夾具系統(tǒng)的研究．制造業(yè)自動化：24～26 3、劉璇、王小北．基于相變材料的柔性夾具．機械設(shè)計與制造工程，2000， 29（5）：53～56 4、張先舟、王琪民、張培強．基于磁流變相變技術(shù)的柔性夾具．實驗力學(xué)，2003， 18（2）：185～192。 5、韓雄飛．基于柔性夾具加工方法與傳統(tǒng)工藝比較研究．上海電機技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2001，總第42期：18～22 6、朱耀祥、陸宇明．夾具柔性化機器在NC機床中的應(yīng)用．機床，1992（11）：39～42 7、蔡瑾、段國林、李翠玉、李德紅．夾具設(shè)計技術(shù)發(fā)展綜述．河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002， 31（5）：35～40 8、龍夫春、吳棟梁．模塊化集成夾具設(shè)計．四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1998，17（4）：42～44 9、張雨農(nóng)．柔性定位珩磨夾具．機械工藝師，1995（10）：14～15 10、朱耀祥譯．柔性夾緊的前景．WMEM，2000（1）：38～39 11、方和平．柔性夾具的發(fā)展與應(yīng)用．現(xiàn)代制造工程，2000（1）：55～57 12、商向東．柔性夾具的現(xiàn)狀及未來展望．沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1992，14（3）：9～14 13、唐東、成曄、蔡復(fù)之．柔性夾具機器設(shè)計方法研究 ．制造技術(shù)與機床，1999（2）：23～25 14、朱耀祥、融亦鳴．柔性夾具與計算機輔助夾具設(shè)計技術(shù)的進展．制造技術(shù)與機床，2000（8）：5～8 15、王啟平．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996 16、龔定安、蔡建國編著．機床夾具設(shè)計原理．陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1981 17、秦寶榮主編．機床夾具設(shè)計．中國建材工業(yè)出版社，1998 18、劉麗萍．成組夾具與通用夾具的設(shè)計實踐．東方電機，1993，第3期：56～58 19、韓洪濤．成組夾具的設(shè)計與實踐．機械工程師，2002（9），：41～42 20、韓洪濤．成組夾具的設(shè)計與應(yīng)用．工藝裝備，2002（8），：44～45 21、張宏壯，林森．關(guān)于圓偏心輪加緊機構(gòu)的問題．試驗技術(shù)與試驗機，1995，35（3、4），：29～31 22、田豐，李雙躍，殷國富，徐雷．夾具CAD系統(tǒng)中偏心輪夾緊機構(gòu)的夾緊力計算．工藝裝備，2002，40（495），：40～42 23、張建民，劉春立，曹建波．可調(diào)整偏心夾具的設(shè)計．軸承，1998（12）：17～19 24、宋強，鐘康民．快速反應(yīng)式雙偏心輪定位機構(gòu)的分析計算．山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，29（4），：394～397 25、毛彬彬．快速夾緊偏心輪鉆模．蘇鹽科技，2003（9）：12～14 26、吳振英．偏心輪夾具設(shè)計．組合機床與自動化加工技術(shù)，1999（8）：31～32 27、李有慶．偏心輪快壓鉆削夾具．機械工人（冷加工），2001（1）：19～20 28、鐘康民，史錦屏．雙偏心輪定位夾具的定位誤差計算．工具技術(shù)，1999，33（8）：36～37 29、王徐生．平口鉗鉗口的改進．機械工人，1996，6（3）：15～19 30、徐連增．一種小件硬度的快速檢測方法．工具技術(shù)，1992，26（9），：42～43 31、王安民，覃建新，王金菊，黃宜堅．一種新型機用平口鉗．機床與液壓，：54 32、李毅然，吳瑤．高溫真空拉伸氣動夾具．試驗技術(shù)與試驗機，1997，37（3、4），：21～23 33、張毅，郭鋼，徐宗?。畾怏w真空吸附系統(tǒng)的分析．制造技術(shù)與機床，2001（5），：36～37 34、苑初明．曲面類真空吸附夾具．機械工藝師，1998（6），：27～29 35、周國發(fā)，雷小剛，胡九成．鍍膜玻璃真空夾具的研制．南昌大學(xué)學(xué)報（工科版），1995，17（1），：35～38 36、張毅．微小異形硬脆零件微進給真空夾具．機械工藝師，1998（2），：31～32 37、陸宏．真空夾具及其應(yīng)用．儀表技術(shù)與傳感器，第3期，：17～19 38、劉洪波．真空系統(tǒng)在機床夾具上的應(yīng)用．電訊工程，2003（4），：16～18 39、徐志剛，秦惠芳，劉宇齊．創(chuàng)新式組合夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計自動化．工程圖學(xué)學(xué)報，2001（1）：55～57 40、劉偉．柔性制造與組合夾具．機械工人（冷加工），2003（6）：66～67 41、吳玉光．一種孔系組合夾具定位方案自動確定方法．制造技術(shù)與機床，2002（8）：25～ 27 42、朱耀祥．組合夾具技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展．機電國際市場，2002（5） 43、金天國，劉文劍，柏合民．組合夾緊夾具裝配中零件尺寸及裝配位置的確定方法．中國機械工程，2002，13（11）：925～927 44、黃豪彩，黃宜堅．磁流變技術(shù)及其在機械工程中的應(yīng)用（續(xù)）．制造技術(shù)與機床，2003（7）：20～22 45、鐘康民，郭培全，王紅巖．基于液固兩相轉(zhuǎn)變的夾具技術(shù)．制造技術(shù)與機床，1998，3（5） - 25 -