夹具的概况

夹具的概况（文献综述）摘要：近些年来，随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代化加工设备的广泛应用，使传统的机械加工的制造方法发生了重大变革，夹具的功能已经从过去的装夹、定位、引导刀具，转变为装夹、定位。而数字化得设备加工功能的扩大化，给今后夹具的快速定位、快速装夹提出了更高的要求。关键词:夹具；设备；趋势；成组技术机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。夹具种类按使用特点可分为：①万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。②专用性夹具。为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模(引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具)、镗模(引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具)和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。③可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具。④组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。夹具的发展历程，大约可分为三个阶段：第一阶段主要表现在夹具与人的结合上，这时夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，使得加工过程进一步提高效率和趋于完善;第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。1国内外发展趋势夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。1.1高精度随着机床加工精度的提高,为了降低定位误差,提高加工精度对夹具的制造精度要求,更高精度夹具的定位孔距精度高达±5μm,夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm,平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台,其等高误差为±0.03mm,精密平口钳的平行度和垂直度在5μm以内,夹具重复安装的定位精度高达±5μm;瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达2-5μm。机床夹具的精度已提高到微米级。1.2高效率为了提高机床的生产效率,双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。新型的电控永磁夹具,加紧和松开工件只用1-2秒,夹具结构简化,为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间,瑞典3R夹具仅用1分钟,即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens(杰金斯)公司的球锁装夹系统,1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上。1.3模块化组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。省工、省时、节材、节能,体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础。应用CAD技术,可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库,进行夹具优化设计。组合夹具分会与华中科技大学合作,正在着手创建夹具专业技术网站,为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台,争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。1.4通用化经济夹具的通用性直接影响其经济性。夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强,应用范围广,通用性好,夹具利用率高。德国demmeler公司的孔系列组合焊接夹具,仅用品种、规格很少的配套元件即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强,使得夹具的通用性好,元件少而精,配套的费用低,经济实用才有推广应用的价值。随着我国经济的高速发展,社会对机械产品需求多样化的趋势也越来越明显。为此,制造技术的研究者提出了成组技术的科学理论及实践方法,它能从根本上解决生产由于品种多,产量小带来的矛盾。成组技术GT(GroupT2echnology)是一门生产技术科学,它研究如何识别和发掘生产活动中有关事务的相似性,并对其进行充分利用。即把相似的问题归类成组,寻求解决这一组问题相对统一的最优方案,以取得所期望的经济效益。成组技术应用与机械加工方面,乃是将多种零件按其工艺的相似性分类成组以形成零件族,把同一零件族中零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量,从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效果。近些年来，随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代化加工设备的广泛应用，使传统的机械加工的制造方法发生了重大变革，由一次装夹多面加工，代替了传统的多次装夹和多次加工，由大批量生产转变为多品种小批量的生产。夹具的功能已经从过去的装夹、定位、引导刀具，转变为装夹、定位。而数字化的设备加工功能的扩大化，已经装夹具的引导刀具的功能完全替代，给今后夹具的快速定位、快速装夹提出了更高的要求。当前经济和技术的发展很快，世界的竞争已经转变为企业之间的竞争，这种竞争在机械工业中表现的尤为突出。表现为：（1）新产品开发研制加快、产品的品种和系列越来越多样化。（2）用户要求交货期越来越短，精度越来越高，这些特点决定了生产过程必须向敏捷化、柔性制造技术发展才能保证适应市场需要。与此同时产品全寿命周期的精度质量也要得到相应保证。这也是现代高效加工理念下的并行工程、快速反应制造策略。具体到企业实际，在机床功能确定、工艺相对完善的情况下，工艺装备的快速设计制造就成为当今生产过程中缩短周期的有效途径。因此解决夹具的问题，特别是采用KEB夹具，能够提高生产各类产品和零部件的综合制造能力。1、机械制造业夹具应用现状机械制造业经过了漫长的发展历程，从远古简单的石器打造，到现代工业的数控加工，已经摆脱了手工作坊的作业方式，进入集团化生产、专业化协作的生产阶段。而夹具随着机械制造模式的改变也经历了变革。最早的夹具是专用夹具的模式，在发展一个时期后，随着加工技术的发展和需求，组织夹具，通用夹具，慢慢出现在各个生产企业中。近年来，由于数控装备日益推广，产品的加工能力和加工效率的提高，使专用夹具生产周期长，保存占地面积大的行点表现出来，使得传统的夹具已经成为各生产企业生产效率和经济效益发展的阻碍。同时，在单件小批量生产中，由于批量小，设计制造夹具增加研发成本和延长生产周期。因此，这时候最多采用的生产模式是简易生产，即土法上马以牺牲产品质量为代价来保证生产需求，这在科技高速发展的今天，明显不适应社会发展的需求。为了使企业整体的数字化和现代化加工技术能够得到更快的发展，就要使夹具设计和数字化、现代化加工技术相结合，所以必须大力推广KBE夹具。只要能解决好夹具设计制造过程中的一系列问题，企业主产品制造过程中的许多疑难问题就会迎刃而解。2、KBE夹具（1）KBEKBE是KnowledgeBasedEngineering的缩写，是基于知识的工程。知识工程KBE是通过知识驱动和繁衍对工程问题提供最佳解决方案的计算机集成处理技术，是领域专家知识的继承、集成、创新和管理，是计算机辅助技术（CAX）与人工智能技术的集成。（2）KBE夹具的设计KBE把知识、技能、经验、原理、规范等结合到三维CAD系统中，使得设计人员只要输入工程参数或应用要求，系统就能依据相关的知识，推理构造出符合特定要求的工程设计结果KBE夹具。KBE的重点在于知识的积累和知识的重复应用，并以最快速度开发出优质、高知识含量的新产品。发展趋势见附图。依据以上原理，我们可以采用完全基于三维平台的设计并行方式，建立三维夹具设计系统，和CAPP工艺系统的数据连接和共享，利用并行方式进行夹具和工艺设计过程的整合。实现的功能如下：①基于设计意图捕捉的三维装配过程：建立夹具标准件库、部件库。以产品模型装配体中已有的零件、部件的装配特征为捕捉对象，辅之以动态的干涉检验。自动进行三维模型的增强装配。②基于KBE技术的夹具快速三维设计：建立夹具典型结构库、夹具强度计算经验知识库、专家设计知识库，规范夹具设计，提高夹具设计效率和质量，针对夹具设计中各专业的薄弱环节，提供相应的技术支持和方便快捷的设计手段，使夹具设计、装配、使用及管理发展到基于信息/知识的夹具设计新阶段。提高夹具设计的效率，使夹具设计经验得以保存、重用、实现真正意义上的计算机辅助设计，而不再是单纯的电子图板。使企业在夹具设计方面实现基于知识的快速设计，提高企业夹具设计管理水平。③计算机辅助夹具定位准确性分析及设计优化。④计算机辅助夹紧力及夹紧顺序分析与优化：这种软件虽然各大软件厂商都在进行研究，然而只是西安易博软件公司有相应的商用软件，并正在大力推广。我们希望他们一直走下去，为加快我国的工艺软件事业作出贡献。（3）KBE夹具制造KBE夹具制造与其称为制造，还不如称为装配来得更直接一些。现代夹具的制造，已经从过去的传统方式脱离出来，在产品制造企业中，只应用不生产，夹具制造功能完全交由专业夹具生产厂家来生产制造。其结构组成以组合夹具为基础，结合各行业企业的特点，建立行业夹具零件标准，构建一个由标准夹具元件、通用元件及少量专用件的新型组装式KBE夹具。同时要突破组装式夹具的强度问题、定位精准性的问题。这种夹具是应用企业根据自身主产品特点提出要求亦或夹具制造厂家按企业特点提供元件、组件，应用企业自主装配，检测并应用到生产线上。使用结束后，拆装并入库保管。其特点为：①保存占地面积小，制造周期短。②满足循环经济的要求，最大的生产利用率。③可实现工序间精确定位转换。由于各个企业自身特点，因此KBE夹具以行业定制和标准化为基础。特别是和机床的通用接口，同一零件的机床夹具在不同工序、不同机床上应有统一的接口，以保证快速准确的装夹定位。这方面的工作现在还需机床厂和夹具供应厂商进行密切的合作，共同研发出高效的接口结构。3、结语KBE夹具以其高效、经济的特点，正在逐步为各大企业公司所认同，但其大面积的推广需要做大量的细致的工作。硬件方面，由于组合夹具元件一次投入过高因此使好多企业望而却步，但是它的长期效益是不可估量的。不过我们可以采取夹具中心站的解决方案，在同一机械工业区，可引进一个中心站，或由一个企业建立中心站，中心站除了供应本企业使用外还可对外实现租赁，即解决了企业建站投资回收问题，又满足了小企业的夹具需求。现在我们越来越重视环保，提倡绿色制造，循环经济，那么组装式的KBE夹具正在为这一时代提供有力的保证。参考文献：［1］王凤鲜.浅谈组合夹具的重要作用[J].科技情报开发与经济.2008,(13).［2］张亚明.机床夹具的分类与构成[J].科技资讯.2008,(4)［3］卢克超.周利平.计算机辅助专用夹具CAD系统开发和研究[J].数控机床市场.2006,(7).文献综述一前言毕业设计是在完成立大学的全部课程之后进行的一次理论联系实际的综合运用，是我对专业知识技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础，机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低成本的重要手段，是企业进行生产准备•计划调度•加工操作•生产安全•技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种•上质量•上水品•加速产品更新，是提高经济效益的技术保证。工艺规程的意义和重要性：1指导生产的主要技术文件机械加工车间生产计划调度工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规