夾具的概況文獻綜述

重慶工學院畢業(yè)論文文獻綜述PAGE8夾具的概況（文獻綜述）摘要：近些年來，隨著數(shù)控機床、加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)等現(xiàn)代化加工設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的機械加工的制造方法發(fā)生了重大變革，夾具的功能已經(jīng)從過去的裝夾、定位、引導(dǎo)刀具，轉(zhuǎn)變?yōu)檠b夾、定位。而數(shù)字化得設(shè)備加工功能的擴大化，給今后夾具的快速定位、快速裝夾提出了更高的要求。關(guān)鍵詞:夾具；設(shè)備；趨勢；成組技術(shù)機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置。又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊接夾具、檢驗夾具、裝配夾具、機床夾具等。其中機床夾具最為常見，常簡稱為夾具。在機床上加工工件時，為使工件的表面能達到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術(shù)要求，加工前必須將工件裝好（定位）、夾牢（夾緊）。夾具通常由定位元件（確定工件在夾具中的正確位置）、夾緊裝置、對刀引導(dǎo)元件(確定刀具與工件的相對位置或?qū)б毒叻较?、分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數(shù)個工位的加工，有回轉(zhuǎn)分度裝置和直線移動分度裝置兩類）、連接元件以及夾具體（夾具底座）等組成。夾具種類按使用特點可分為：①萬能通用夾具。如機用虎鉗、卡盤、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等，有很大的通用性，能較好地適應(yīng)加工工序和加工對象的變換，其結(jié)構(gòu)已定型，尺寸、規(guī)格已系列化，其中大多數(shù)已成為機床的一種標準附件。②專用性夾具。為某種產(chǎn)品零件在某道工序上的裝夾需要而專門設(shè)計制造，服務(wù)對象專一，針對性很強，一般由產(chǎn)品制造廠自行設(shè)計。常用的有車床夾具、銑床夾具、鉆模(引導(dǎo)刀具在工件上鉆孔或鉸孔用的機床夾具)、鏜模(引導(dǎo)鏜刀桿在工件上鏜孔用的機床夾具)和隨行夾具（用于組合機床自動線上的移動式夾具）。③可調(diào)夾具?？梢愿鼡Q或調(diào)整元件的專用夾具。④組合夾具。由不同形狀、規(guī)格和用途的標準化元件組成的夾具，適用于新產(chǎn)品試制和產(chǎn)品經(jīng)常更換的單件、小批生產(chǎn)以及臨時任務(wù)。夾具的發(fā)展歷程，大約可分為三個階段：第一階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這時夾具主要是作為人的單純的輔助工具，使得加工過程進一步提高效率和趨于完善;第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結(jié)合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。1國內(nèi)外發(fā)展趨勢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。1.1高精度隨著機床加工精度的提高,為了降低定位誤差,提高加工精度對夾具的制造精度要求,更高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm,夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm,平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺,其等高誤差為±0.03mm,精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內(nèi),夾具重復(fù)安裝的定位精度高達±5μm;瑞士EROWA柔性夾具的重復(fù)定位精度高達2-5μm。機床夾具的精度已提高到微米級。1.2高效率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。新型的電控永磁夾具,加緊和松開工件只用1-2秒,夾具結(jié)構(gòu)簡化,為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機床上安裝與調(diào)整夾具的時間,瑞典3R夾具僅用1分鐘,即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國Jergens(杰金斯)公司的球鎖裝夾系統(tǒng),1分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上。1.3模塊化組合夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。省工、省時、節(jié)材、節(jié)能,體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計為夾具的計算機輔助設(shè)計與組裝打下基礎(chǔ)。應(yīng)用CAD技術(shù),可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫,進行夾具優(yōu)化設(shè)計。組合夾具分會與華中科技大學合作,正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站,為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺,爭取實現(xiàn)夾具設(shè)計與服務(wù)的通用化、遠程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。1.4通用化經(jīng)濟夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴展性功能強,應(yīng)用范圍廣,通用性好,夾具利用率高。德國demmeler公司的孔系列組合焊接夾具,僅用品種、規(guī)格很少的配套元件即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強,使得夾具的通用性好,元件少而精,配套的費用低,經(jīng)濟實用才有推廣應(yīng)用的價值。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,社會對機械產(chǎn)品需求多樣化的趨勢也越來越明顯。為此,制造技術(shù)的研究者提出了成組技術(shù)的科學理論及實踐方法,它能從根本上解決生產(chǎn)由于品種多,產(chǎn)量小帶來的矛盾。成組技術(shù)GT(GroupT2echnology)是一門生產(chǎn)技術(shù)科學,它研究如何識別和發(fā)掘生產(chǎn)活動中有關(guān)事務(wù)的相似性,并對其進行充分利用。即把相似的問題歸類成組,尋求解決這一組問題相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案,以取得所期望的經(jīng)濟效益。成組技術(shù)應(yīng)用與機械加工方面,乃是將多種零件按其工藝的相似性分類成組以形成零件族,把同一零件族中零件分散的小生產(chǎn)量匯集成較大的成組生產(chǎn)量,從而使小批量生產(chǎn)能獲得接近于大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟效果。近些年來，隨著數(shù)控機床、加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)等現(xiàn)代化加工設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的機械加工的制造方法發(fā)生了重大變革，由一次裝夾多面加工，代替了傳統(tǒng)的多次裝夾和多次加工，由大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗥贩N小批量的生產(chǎn)。夾具的功能已經(jīng)從過去的裝夾、定位、引導(dǎo)刀具，轉(zhuǎn)變?yōu)檠b夾、定位。而數(shù)字化的設(shè)備加工功能的擴大化，已經(jīng)裝夾具的引導(dǎo)刀具的功能完全替代，給今后夾具的快速定位、快速裝夾提出了更高的要求。

當前經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展很快，世界的競爭已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)之間的競爭，這種競爭在機械工業(yè)中表現(xiàn)的尤為突出。表現(xiàn)為：

（1）新產(chǎn)品開發(fā)研制加快、產(chǎn)品的品種和系列越來越多樣化。

（2）用戶要求交貨期越來越短，精度越來越高，這些特點決定了生產(chǎn)過程必須向敏捷化、柔性制造技術(shù)發(fā)展才能保證適應(yīng)市場需要。與此同時產(chǎn)品全壽命周期的精度質(zhì)量也要得到相應(yīng)保證。這也是現(xiàn)代高效加工理念下的并行工程、快速反應(yīng)制造策略。具體到企業(yè)實際，在機床功能確定、工藝相對完善的情況下，工藝裝備的快速設(shè)計制造就成為當今生產(chǎn)過程中縮短周期的有效途徑。因此解決夾具的問題，特別是采用KEB夾具，能夠提高生產(chǎn)各類產(chǎn)品和零部件的綜合制造能力。

1、機械制造業(yè)夾具應(yīng)用現(xiàn)狀

機械制造業(yè)經(jīng)過了漫長的發(fā)展歷程，從遠古簡單的石器打造，到現(xiàn)代工業(yè)的數(shù)控加工，已經(jīng)擺脫了手工作坊的作業(yè)方式，進入集團化生產(chǎn)、專業(yè)化協(xié)作的生產(chǎn)階段。而夾具隨著機械制造模式的改變也經(jīng)歷了變革。

最早的夾具是專用夾具的模式，在發(fā)展一個時期后，隨著加工技術(shù)的發(fā)展和需求，組織夾具，通用夾具，慢慢出現(xiàn)在各個生產(chǎn)企業(yè)中。近年來，由于數(shù)控裝備日益推廣，產(chǎn)品的加工能力和加工效率的提高，使專用夾具生產(chǎn)周期長，保存占地面積大的行點表現(xiàn)出來，使得傳統(tǒng)的夾具已經(jīng)成為各生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益發(fā)展的阻礙。

同時，在單件小批量生產(chǎn)中，由于批量小，設(shè)計制造夾具增加研發(fā)成本和延長生產(chǎn)周期。因此，這時候最多采用的生產(chǎn)模式是簡易生產(chǎn)，即土法上馬以犧牲產(chǎn)品質(zhì)量為代價來保證生產(chǎn)需求，這在科技高速發(fā)展的今天，明顯不適應(yīng)社會發(fā)展的需求。為了使企業(yè)整體的數(shù)字化和現(xiàn)代化加工技術(shù)能夠得到更快的發(fā)展，就要使夾具設(shè)計和數(shù)字化、現(xiàn)代化加工技術(shù)相結(jié)合，所以必須大力推廣KBE夾具。只要能解決好夾具設(shè)計制造過程中的一系列問題，企業(yè)主產(chǎn)品制造過程中的許多疑難問題就會迎刃而解。

2、KBE夾具

（1）KBE

KBE是Knowledge

Based

Engineering的縮寫，是基于知識的工程。知識工程KBE是通過知識驅(qū)動和繁衍對工程問題提供最佳解決方案的計算機集成處理技術(shù)，是領(lǐng)域?qū)＜抑R的繼承、集成、創(chuàng)新和管理，是計算機輔助技術(shù)（CAX）與人工智能技術(shù)的集成。

（2）KBE夾具的設(shè)計

KBE把知識、技能、經(jīng)驗、原理、規(guī)范等結(jié)合到三維CAD系統(tǒng)中，使得設(shè)計人員只要輸入工程參數(shù)或應(yīng)用要求，系統(tǒng)就能依據(jù)相關(guān)的知識，推理構(gòu)造出符合特定要求的工程設(shè)計結(jié)果KBE夾具。KBE的重點在于知識的積累和知識的重復(fù)應(yīng)用，并以最快速度開發(fā)出優(yōu)質(zhì)、高知識含量的新產(chǎn)品。

發(fā)展趨勢見附圖。

依據(jù)以上原理，我們可以采用完全基于三維平臺的設(shè)計并行方式，建立三維夾具設(shè)計系統(tǒng)，和CAPP工藝系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接和共享，利用并行方式進行夾具和工藝設(shè)計過程的整合。實現(xiàn)的功能如下：

①基于設(shè)計意圖捕捉的三維裝配過程：建立夾具標準件庫、部件庫。以產(chǎn)品模型裝配體中已有的零件、部件的裝配特征為捕捉對象，輔之以動態(tài)的干涉檢驗。自動進行三維模型的增強裝配。

②基于KBE技術(shù)的夾具快速三維設(shè)計：建立夾具典型結(jié)構(gòu)庫、夾具強度計算經(jīng)驗知識庫、專家設(shè)計知識庫，規(guī)范夾具設(shè)計，提高夾具設(shè)計效率和質(zhì)量，針對夾具設(shè)計中各專業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，提供相應(yīng)的技術(shù)支持和方便快捷的設(shè)計手段，使夾具設(shè)計、裝配、使用及管理發(fā)展到基于信息/知識的夾具設(shè)計新階段。提高夾具設(shè)計的效率，使夾具設(shè)計經(jīng)驗得以保存、重用、實現(xiàn)真正意義上的計算機輔助設(shè)計，而不再是單純的電子圖板。使企業(yè)在夾具設(shè)計方面實現(xiàn)基于知識的快速設(shè)計，提高企業(yè)夾具設(shè)計管理水平。

③計算機輔助夾具定位準確性分析及設(shè)計優(yōu)化。

④計算機輔助夾緊力及夾緊順序分析與優(yōu)化：這種軟件雖然各大軟件廠商都在進行研究，然而只是西安易博軟件公司有相應(yīng)的商用軟件，并正在大力推廣。我們希望他們一直走下去，為加快我國的工藝軟件事業(yè)作出貢獻。

（3）KBE夾具制造

KBE夾具制造與其稱為制造，還不如稱為裝配來得更直接一些?，F(xiàn)代夾具的制造，已經(jīng)從過去的傳統(tǒng)方式脫離出來，在產(chǎn)品制造企業(yè)中，只應(yīng)用不生產(chǎn)，夾具制造功能完全交由專業(yè)夾具生產(chǎn)廠家來生產(chǎn)制造。其結(jié)構(gòu)組成以組合夾具為基礎(chǔ)，結(jié)合各行業(yè)企業(yè)的特點，建立行業(yè)夾具零件標準，構(gòu)建一個由標準夾具元件、通用元件及少量專用件的新型組裝式KBE夾具。同時要突破組裝式夾具的強度問題、定位精準性的問題。這種夾具是應(yīng)用企業(yè)根據(jù)自身主產(chǎn)品特點提出要求亦或夾具制造廠家按企業(yè)特點提供元件、組件，應(yīng)用企業(yè)自主裝配，檢測并應(yīng)用到生產(chǎn)線上。使用結(jié)束后，拆裝并入庫保管。

其特點為：

①保存占地面積小，制造周期短。

②滿足循環(huán)經(jīng)濟的要求，最大的生產(chǎn)利用率。

③可實現(xiàn)工序間精確定位轉(zhuǎn)換。

由于各個企業(yè)自身特點，因此KBE夾具以行業(yè)定制和標準化為基礎(chǔ)。特別是和機床的通用接口，同一零件的機床夾具在不同工序、不同機床上應(yīng)有統(tǒng)一的接口，以保證快速準確的裝夾定位。這方面的工作現(xiàn)在還需機床廠和夾具供應(yīng)廠商進行密切的合作，共同研發(fā)出高效的接口結(jié)構(gòu)。

3、結(jié)語

KBE夾具以其高效、經(jīng)濟的特點，正在逐步為各大企業(yè)公司所認同，但其大面積的推廣需要做大量的細致的工作。

硬件方面，由于組合夾具元件一次投入過高因此使好多企業(yè)望而卻步，但是它的長期效益是不可估量的。不過我們可以采取夾具中心站的解決方案，在同一機械工業(yè)