文献综述

——组合夹具

0 引 言

夹具是工艺装备的主要组合部分,在机械制造中占有重要地位。夹具对保证产品质量,提高生产率,减轻劳动强度,扩大机床使用范围,缩短产品试制周期等都具有重要意义。目前,单件、小批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中,要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性,以缩短生产准备时间、降低生产成本,所以,按单一品种设计专用夹具的方法已不能满足生产发展的要求,而组合夹具正是适应这一生产模式的柔性工装设备。它对缩短工艺装备的设计、制造周期,以及产品换型后对原有工装夹具延续使用起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式,也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段,并将其作为机械制造业的主要发展。

1 组合夹具的类型

按元件定位联接形式不同,当前国内外组合夹具分成槽系组合夹具和孔系组合夹具两大类型。槽系组合夹具元件之间定位联接是采用高精度的槽、键定位,螺栓紧固。孔系组合夹具元件之间的定位联接是采用高精度的孔、销定位,螺栓紧固。组合夹具元件按其用途不同,可分为八大类:基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、合件和其它件。每一类元件都有其基本用途,但也没有严格的界限,在某种情况下也可起到其它类元件的作用。孔系组合夹具的特点是旋转调整方便,精度和刚度都高于槽系夹具。其间的定位联接是采用高精度的孔、定位销,螺栓紧固。由于孔系基础板夹具具有刚性好,夹具元件定位精度和可靠性高,组装时间短和灵活机动以及夹具元件加工工艺性好等优点[2],使得孔系基础板组合夹具成为当前CNC系统使用中最有发展前途的组合夹具。

2 组合夹具的作用

柔性制造系统(FMS)的扩大应用,计算机集成制造的兴起,促进了组合夹具的发展,组合夹具也在其中起到了至关重要的作用。它的作用是:

(1)保证精度。夹具设计的首要任务是保证工件上被加工表面的位置精度,同时对相关的尺寸精度和表面粗糙度的改善也起到一定的作用；

(2)提高生产率,降低成本。在单件小批量生产中,为了保证产品质量,同时也为及时生产,降低产品成本中夹具的费用,组合夹具是非常理想的选择；

(3)扩大机床工艺范围。使用组合夹具可方便加工,并可扩大工艺范围；

(4)减轻工人劳动强度,保证生产安全。

3 国内的研究现状

我国于80年代末开始对组合夹具元件的设计与管理进行了研究和开发,在总结[1]

和吸取我国应用和发展槽系夹具经验的基础上,根据现代机械加工特征及夹具的发展趋势,研制了新一代孔系组合夹具系统。此系统发挥了槽系平移可调性和孔的旋转可调性的优势,可直接组装获得任何直线尺寸和角度尺寸。此系统把大中小三个系列的元件有机融为一体,可在一块多夹具基础板上,既能组装单个大工件夹具,又能组装多个中小零件夹具,有利于装夹具基础板长期固定在机床工作台上,此系统还设有孔系和槽系过渡元件,便于实现孔、槽系夹具元件混合使用。

北京工商大学麻建东和刘璇开发的组合夹具元件库[3,4],元件库模块的核心程序用ObjectARX SDK2.02工具包开发,界面程序用AUTOCAD提供的对话框控制语言DCL(Dialog Control Language)语言开发,在VC+ +6.0下编译和联接,生成的ARX可执行程序在AUTOCADR14下直接加载运行。元件库可为使用者提供7类组合夹具元件三维图形的浏览以及交互设计功能,并生成三维组合夹具构形图,在CAD环境中可进行修改或删除。山东工业大学的徐志刚在“广义映射原理”的指导下,开发了支持“top-down”风范的夹具设计软件自动化系统[5]。吴玉光[6]博士在这个领域取得了较大的突破。提出孔系基础板组合夹具设计的系统方法。该方法利用连杆机构原理自动确定由直线和圆弧组成定位边界的零件的全部候选定位方案。并提出定位销可见锥概念和定位销转动支点的概念,进行定位方案的装卸方便性分析。进一步提出瞬心三角形和同向边的概念,对工件进行可夹紧性分析,确定工件边界的可夹紧范围。其理论水平在国内外相关领域内开拓了新的局面。

4 国外的研究现状

夹具的设计包括三个步骤:设备规划、夹具规划和夹具结构设计。目前,Joneja[7]以及Ferreira[8]等人在进行CAPP方面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助夹具设计(CAFD)就夹具方面也作了一些工作:Chou YC,Chandru V[9]等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法;De Meter EC[10]提出的利用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法;Markus A[11]等人提出的针对棱柱形工件进行组合夹具设计的基于规则的系统。

目前,关于工件夹具的自动化配置方面的工作,自动夹具结构设计(AFCD)中很少提及。TrappeyAJC[12]等人提出了一个二维组合夹具元件的配置算法。几乎所有的AFCD研究者都承认,在一个成功的AFCD系统中,工件的几何形状是一个关键因素。Nnaji B,Alladin S[13]等人也对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究。然而其结果也仅仅适用于特定的几何体,比如多边形棱柱。Brost和Goldberg提出了一个“完整”的算法用来分析多边形工件的组合夹具设计[14]。并开发出一个组合夹具设计系统,针对一个任意存在的工件,能自动产生所有可行的夹具设计。并且采用力球分析的方法对产生的方案进行优化。

以后的许多研究者大多借鉴了Brost和Goldberg的算法。组合夹具在动力学方面的研究也取得了一定的进步,Yu and Goldberg的夹具加载规划方案是把夹具的加

载问题看作基于传感器的集成问题并给了一个规划算法。Cai等提出了一种指导夹具设计的方法,此方法是缩小由于工件表面与夹具安装误差所带来的定位误差。Hockenberger与DeMter提出的 模式是在工件加工期间工件的静态分析,这种方法是一种定性分析并且是在抓紧或夹紧物体的最坏的情况下的偏差,这种情况的出现是由于在单位扭球的干涉扭矩[15]。

5 总结

由于经济及技术的发展以及数控、加工中心机床的特点,而组合夹具能适应不同机床、不同产品或同一产品不同规格的需要。组合夹具的运用具有广泛的前景。

参考文献：

[1] 李增志.组合夹具组装技术手册[Z].中国航空工业总公司第三O一研究所,1997.

[2] Cai-Hua Xionga,You-Fu Lib,Y Kevin Rongc,You LunXionga.Qualitative Analysis and Quantitative Evaluation ofFixturing[J].Robotics and Computer Integrated Manufac-turing,2002,18:335-342.

[3] Diana M Pelinescu,Michael Yu Wang.Multi-objective Opti-mal Fixture Layout Design[J].Robotics and Computer In-tegrated Manufacturing,2002,18:365-372.

[4] Brost R C,Goldberg K Y.A Complete Algorithm for De-signing Planar Fixtures Using Modular Components[J].IEEE Transactions on Robotics and Automation,1996,12(1):31-46.

[5] Brost R C,Peters R R.Automatic Design of 3-D Fixturesand Assembly Pallets[C].Proceedings of the 1996 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation,1996.

[6] 吴玉光,高曙明,陈子辰.组合夹具设计的几何原理[J].机械工程学报,2001,(5).

[7] Joneja A,Chang,TC.A Generalized Framework for Auto-matic Planning of Fixture Configuration[M].In ProcASME WAM,San Francisco,CA,1989,17-28.

[8] Ferreira PM,Liu CR.Generation of Work Piece Orienta-tions for Machining Using a Rule-based System.Int JRobotics CIMS,1988,5.

[9] Chou YC,Chandru V Barash MM.A Mathematical Ap-proach to Automatic Configuration of Machining Fixture:Analysis and Synthesis[C].ASME Trans Eng Industry1989,111:299-306.

[10] De Meter EC.Selection of Fixture Configuration for theMaximization of Mechanical Leverage[C].In Proc ASMEWAM,New Orleans.LA,1993,PED-4:491-506.

[11] Markus A,Markusek E,Farkas J.Fixture Design usingProlog:an Expert System[J].Int J Robotics CIMS,1984,1(2):167-72.

[12] Trappey AJC,Su CS,Huang SH.Methodology for Loca-tion and Orientation of Modular Fixtures[C].In ProcASME WAM,New Orleans,LA,1993,PED-64:333-42.

[13] Nnaji B,Alladin S Lyu P.A Framework for a Rule-based Expert Fixturing System for Face Milling PlanarSurfaces on a CAD System Using Flexible Fixtures[J].JManufacturing System,1988,7(3):194-207.

[14] 徐志刚.基于广义映射原理的组合夹具结构设计自动化[J].工程设计,2000(1):31-36.

[15] 麻建东,刘璇.三维组合夹具元件库的建立[J].北京轻工业学院学报,2001,19(2).

 

第二篇：文献综述-气门摇臂轴支座的机械加工工艺及夹具设计

编号（学号）：

文 献 综 述 （2014届本科）

题 目： 气门摇臂轴支座的机械加工工艺及夹具 设计

学 院： 机械运载学院

专 业： 机械设计制造及其自动化

姓 名：

指导教师：

完成日期: 20xx年05月01日

机械加工工艺规程及工艺文件

1、 工艺过程

1.1 生产过程与工艺过程

(1) 生产过程

生产过程是指把原材料（半成品）转变为成品的全过程。机械产品的生产过程，一般包括： ①生产与技术的准备,如工艺设计和专用工艺装备的设计和制造、生产计划的编制，生产资料的准备；②毛坯的制造，如铸造、锻造、冲压等；③零件的加工，如切削加工、热处理、表面处理等；④产品的装配，如总装，部装、调试检验和油漆等；⑤生产的服务，如原材料、外购件和工具的供应、运输、保管等。

(2) 工艺过程

工艺过程是指在生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。如毛坯的制造，机械加工、热处理、装配等均为工艺过程。 在工艺过程中，若用机械加工的方法直接改变生产对象的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格零件的工艺过程，称为机械加工工艺过程。同样，将加工好的零件装配成机器使之达到所要求的装配精度并获得预定技术性能的工艺过程，称为装配工艺过程。

机械加工工艺过程和装配工艺过程是机械制造工艺学研究的两项主要内容。

1.2 机械加工工艺过程的组成

机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成的，而工序又可分为若干个安装、工位、工步和走刀，毛坯就是依次通过这些工序的加工而变成为成品的。

1.3 机械加工生产类型和特点

企业 (或车间、工段、班组、工作地)生产专业化程度的分类称为生产类型。生产类型一般可分为：单件生产、成批生产、大量生产三种。

1)单件生产 单件生产的基本特点是:生产的产品种类繁多,每种产品的产量很少，而且很少重复生产。例如，重型机械产品制造和新产品试制等都属于单间生产。

2)成批生产 成批生产的基本特点是:分批的生产相同的产品，生产呈周期性重复。如机床制造、电机制造等属于成批生产，成批生产又可按其批量大小分为小批量生产、中批量生产、大批量生产三种类型。其中，小批量生产和大批生产的工艺特点分别与单件生产和大量生产的工艺特点类似；中批量生产的工艺特点。介于小批生产和大批生产之间。

3)大量生产 大量生产的基本特点是:产量大、品种少，大多数工作长期重复的进行某个零件的某一道工序的加工。例如，汽车、拖拉机、轴承等的制造都属于大量生产。

生产类型的划分除了与生产纲领有关外，还应考虑产品的大小及复杂程度、生产类型不同，产品制造的工艺方法、所用的设备和工艺装备以及生产的组织形式等均不同。大批大量生产应尽可能采用高效率的设备和工艺方法，以提高生产率；单件小批生产应采用通用设备和工艺装备，也可采用先进的数控机床，以降低各类生产类型的生产成本。

2 、 机械加工工艺规程

机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。

2.1 工艺规程制订的原则

工艺规程制订的原则是优质、高产和低成本，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。在具体制定时，还应注意下列问题：

1)技术上的先进性 在制订工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展，通过必要的工艺试验，尽可能采用先进适用的工艺和工艺装备。

2)经济上的合理性 在一定的生产条件下，可能会出现几种能够保证零件技术要求的工艺方案。此时应通过成本核算或相互对比，选择经济上最合理的方案，使产品生产成本最低。

3)良好的劳动条件及避免环境污染 在制订工艺规程时，要注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。因此，在工艺方案上要尽量采取机械化或自动化措施，以减轻工人繁重的体力劳动。同时，要符合国家环境保护法的有关规定，避免环境污染。

产品质量、生产率和经济性这三个方面有时相互矛盾，因此，合理的工艺规程应用该处理好这些矛盾，体现这三者的统一。

2.2 制订工艺规程的原始资料

1) 产品全套装配图和零件图。

2) 产品验收的质量标准。

3) 产品的生产纲领（年产量）。

4) 毛坯资料 毛坯资料包括各种毛坯制造方法的技术经济特征；各种型材的品种和规格，毛坯图等；在无毛坯图的情况下，需实际了解毛坯的形状、尺寸及机械性能等。

5) 本厂的生产条件 为了使制订的工艺规程切实可行，一定要考虑本厂的生产条件。如了解毛坯的生产能力及技术水平；加工设备和工艺装备的规格及性能；工人技术水平以及专用设备与工艺装备的制造能力等。

6) 国内外先进工艺及生产技术发展情况 工艺规程的制订，要经常研究国内外有关工艺技术资料，积极引进适用的先进工艺技术，不断提高工艺水平，以获得最大的经济效益。

7) 有关的工艺手册及图册。

2.3 制订工艺规程的步骤

1) 计算年生产纲领，确定生产类型。

2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。

3) 选择毛坯。

4) 拟订工艺路线。

5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。

6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。

7) 确定切削用量及工时定额。

8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。

9) 填写工艺文件。

在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。

2.4 工艺文件的格式

将工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工依据的工艺文件。常用的工艺文件格式有下列几种：

1、机械加工工艺过程卡

2、机械加工工艺卡

3、机械加工工艺卡片

3、零件的工艺分析

在制订零件的机械加工工艺规程时，首先要对照产品装配图分析零件图，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、作用及相关零件的位置关系；了解并研究各项技术条件制定的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的措施加以保证。然后着重对零件进行结构分析和技术要求的分析。

4、工艺路线的拟订

工艺路线的拟订是制订工艺规程的关键，它制订的是否合理，直接影响到工艺规程的合理性、科学性和经济性。工艺路线拟订的主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案、确定各个表面的加工顺序以及工序集中与分散的程度、合理选用机床和刀具、确定所用夹具的大致结构等。关于工艺路线的拟订，经过长期的生产实践已总结出一些带有普遍性的工艺设计原则，但在具体拟订时，特别要注意根据生产实际灵活应用。

1 表面加工方案的选择

2 加工阶段的划分

3工序的划分

4 工序顺序的安排

5、加工余量的确定

5.1 加工余量的概念及其影响因素

5.2 确定加工余量的方法

6、机械加工的生产率及技术经济分析

1 机械加工时间定额的组成

2 提高机械加工生产率的途径

3 机械加工技术经济分析的方法