國內(nèi)外夾具技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、國內(nèi)外夾具技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢標(biāo)準(zhǔn)化文件發(fā)布號：（9456EUATWKMWUBWUNNINNUL-DDQTY-KII國內(nèi)外夾具技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)炭亜要組成之一，也是國民經(jīng)濟(jì)賦垂耍的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，口擔(dān) 負(fù)著向國民經(jīng)濟(jì)的各個那門提供機(jī)械裝備的任務(wù)。無論是傳統(tǒng)制造業(yè)還是現(xiàn)代柔性制造 系統(tǒng)，由于人量的加工操作需要裝夾，夾具就顯得尤托重要，它直接影響加工質(zhì)龜、生 產(chǎn)效率及制造成加等.夾具是指機(jī)械加工、熱處理及裝配等工藝過程中，為了安裝加工 工件，使之占有正確的位置，以保證零件和產(chǎn)品的質(zhì)址，并提髙生產(chǎn)效率所采用的工藝 裝配。好的夾具設(shè)計可以提離產(chǎn)品生產(chǎn)率，保證加工精度.降低生產(chǎn)成衣及減輕勞

2、動 強度等。此外使用專用夾具還可以改變原機(jī)床的用途及擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實現(xiàn)i機(jī) 多能。在一個柔性制適系統(tǒng)中，夾具設(shè)計制適的費用占到整個系統(tǒng)費用的10%20%1% 機(jī)床夾具在機(jī)械加工中發(fā)揮若重耍的作用，大量號用機(jī)床夾具的便用為大批彊生產(chǎn) 提供了必要的條件。例如：20世纟己之初類國只能生產(chǎn)數(shù)千輛汽車s福特汽車公司推出T 型轎車后訂單急增,為了保證零件的互換性在當(dāng)時精皮較差的機(jī)床上如何保證孔距耕度 成為提高生產(chǎn)率的瓶頸，鉆模和隨后出現(xiàn)的錘模有效地解決了這一問題。到了 20世紀(jì) 20年代初，美國汽車工業(yè)的年產(chǎn)量己達(dá)到百萬輛以上。“普通通用機(jī)床事七用夾具這 一生產(chǎn)方式拉開了近現(xiàn)代大批量生產(chǎn)的雌無叫在實

3、際生產(chǎn)中，如果通用夾具在生產(chǎn)效 率、工件安裝或加工希度等方而還不能滿足工件加工的需要，或安裝工件不方便時，就 必須設(shè)計專門為某一工件的某道匸序所需耍的夾具。其特點泉結(jié)構(gòu)緊湊、操作迅速方便; 可以保證較高加丄蒂度和生產(chǎn)率；但設(shè)計和制造周期長，制造費用高：在產(chǎn)品變更后無 法利用而導(dǎo)致報廢。#夬具最早出現(xiàn)在1787年，其發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，第-階段表觀為夾具與人的結(jié) 合。在丁業(yè)發(fā)展初期，機(jī)械制造的棒度較低，機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)呈主娶疥賴干勞動者個 人的經(jīng)驗和手藝，而夾具僅僅作為加工工藝過程中的-種輔助工具；第二階段足隨著機(jī) 床 汽牟、飛機(jī)等制造業(yè)的發(fā)展,夾具的門類才逐步發(fā)展齊全夾具的定位、夾繪、導(dǎo) 向元

4、件的結(jié)構(gòu)也日趨完會 逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的主要工藝裝備之一；第三階段是近代由 于世界科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及社會生產(chǎn)力的迅連提高，夾具在系統(tǒng)中占據(jù)柑當(dāng)柬要的地位， 該階段的主要特征表現(xiàn)為夾具與機(jī)床的緊密結(jié)合?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)、激烈的市場競爭.盡管國 際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明：多品種生產(chǎn)的工件己占工件種類的85%左右，然而目詢， 一般企業(yè)習(xí)慣于采用傳統(tǒng)的專用天具，在一個具有單一生產(chǎn)的能力工廠中約擁有 130（X5000套專用夾具另一方面，在名品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約騙4年就要更新80% 左右的專用夾具，而夾具的實際詹損員只有15%左右。近年來柔性制造系統(tǒng)（FMS）、 數(shù)控機(jī)床N

5、C）、加工中心（MC）和成組加工（GT）等新技術(shù)的應(yīng)用和推廣,使中小 批生產(chǎn)的生產(chǎn)率逐步趨近于大批雖生產(chǎn)的能力隨著制造技術(shù)的發(fā)展.產(chǎn)品的設(shè)計周期縮短.更新?lián)Q代加快、因而傳統(tǒng)的大批最生 產(chǎn)模式逐步破中小批量生產(chǎn)模式所取代。機(jī)掠制選業(yè)須具備較離的柔性才能適應(yīng)這種變 化，國外己把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機(jī)械制迭業(yè)的主要 發(fā)展方向一般將組合夾具視為柔性夾具餡代名詞.組合夾具系統(tǒng)一股有兩利類型： 基于銷釘和基干T型槽系統(tǒng)?；阡N釘?shù)乃芎蠆A具主要是通過基座上的定位孔實現(xiàn)對 夾具元件檔確定位和緊固作用，主要有：BluoTechnik（徳風(fēng)，美國），Kipp（德國），Stevens （

6、芙國）、SAFE （美國、TJMGS （中國）及CPU （俄羅斯）。基于T型槽的組合夾具 是通過基座上互相垂宜祁半行的T型解實規(guī)對工件的精確定位、比較耆名的系統(tǒng)有：3Wharton Unitool （英格蘭）、YCII （俄羅斯）、CAT1C （中國）、Halder （德國叫 而應(yīng) 用縱合夾具的關(guān)鍵技術(shù)是計算機(jī)輔助夾具設(shè)計技術(shù)（CAFD）,它正炯眷集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、 并行化及智能化方向發(fā)展凹。為了適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)向高、精、尖方向發(fā)展的需要以及多品種、小批雖生產(chǎn)的特 點，現(xiàn)代夾具正朝著精密化、髙效化、柔件化、標(biāo)淮北四個方向發(fā)展。（1）精密化隨者機(jī)械產(chǎn)品梧度的提高，勢必對其箭度提出更高的要求。荊密化

7、夾貝的結(jié)構(gòu)類住 繁多，例如分度可達(dá)0.1用于精密分度的釦片盤,用于粕密車削的髙精度二爪卡盤, 其定心精度為5叫（2）髙效化離效化夾具可以減少工件加工的總時間，以便提高勞動生產(chǎn)率，就少工人勞動強度。 常見的高效化夾具有：臼動化夾具、高速化夾具、具有夾緊動力模塊的夾具等。例如使 用電動虎鉗裝夾T件，可使工件效率比普通虎鉗提窩5倍左右：而高速卡盤則可保證卡 爪在轉(zhuǎn)速9000r/niin的條件下能正常夾緊工件，使切削速度大菊度提高。（3）柔性化夾具的柔性化與機(jī)床的柔件化類似，它通過調(diào)組合方式以適應(yīng)工藝可變因素具有 柔性化的新型夾具種類主要有！紅合夾黑、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊夾具、數(shù)控 夾具等，莊

8、較長時間內(nèi)，夾具的柔性化將是夾具發(fā)展的主要方向。4）標(biāo)準(zhǔn)化夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是柑互聯(lián)系的商個方面，在制造典型夾具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上.首 先進(jìn)疔夾具元件和部件的通用化，建立典犁尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾 具元件，舍棄一些功能低劣的結(jié)構(gòu)。目前，我國己有夾貝零件 部件的國家標(biāo)淮： GB2148-2249-80, GB2262-2269-80以及通用夾只標(biāo)毎，組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。夾貝的標(biāo)準(zhǔn) 化也是夾具柔性化高效化的垂礎(chǔ)，作為發(fā)展趨勢，這類夾具的標(biāo)準(zhǔn)化有利于夾具的專業(yè) 化生產(chǎn)及縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。金屬切削加工過程是一個高度的動態(tài)性、非線性的過程，其過程涉及到材料學(xué) 彈 塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、熱

9、力學(xué)及摩擦學(xué)等許多問題，這毗礙了實驗硏究的進(jìn)行。隨著計愆機(jī)技術(shù)的發(fā)寵，有限元法開始被應(yīng)用于切削工藝的模擬中。有限元方法鼓早被應(yīng)用在切削工藝的模擬是在70年代，與其它傳統(tǒng)方法柑比，它 犬大提高了分析的精度 1973年美國Illinois大學(xué)的B.EKamccki何最先系統(tǒng)地研充了 金屬切削加工中切屑形成的原理.1980年美國的NoithCarolina州立大學(xué)的M.R LajczokIII應(yīng)用有限元法初步分析了切削工藝。19&2年，Usui和Shirakashitl：!為了建立穩(wěn) 態(tài)的正交切削模世，第一次提出刀面角、切屑兒何形狀和流線等，預(yù)測了應(yīng)力應(yīng)變和覷 度等參數(shù)。1984邙，Iwata1等將

10、材料假定為剛須性材料，利用剛塑性有限元法分析了 低速切削、低應(yīng)變速率時的穩(wěn)態(tài)正交切削。但由于忽略了彈性變形，因而耒能計算出殘 余應(yīng)力。Strcbjiwsjum和Carroll1141工件材料假定為彈塑性，在工件和切屑之間采用絕 熱模型，模擬了從切削開始劍切屑穩(wěn)定成形的過程。他們采用等效塑性應(yīng)變作為切屑弁 離的準(zhǔn)則,而等效塑性應(yīng)變值的選擇影響了加工表面的應(yīng)力分布，1990年,Strenkowski 和Moo嗾擬了切屑形狀，用Eu】ci有限元模塑研允正交切削，忽珞了彈性變形，預(yù) 測了工件、刀具以及切眉中的溫度分布。Komvopoulos和Erpenbeck11用咋侖檸擦定律 通過正交切冊解析方法得

11、到了刀具與切屑Z何的摩擦力和法向力。用彈塑性有限元模型 研究了鋼質(zhì)材料正交切削屮刀具側(cè)面磨損、積屑卿及工件中的殘余應(yīng)力等。Furukawa 和Moronuki用實驗方法研究了鋁合金超精密切削中工件表面的光潔度對加工質(zhì)量的笏 響。Naoyo lka、用精密切削機(jī)床在實驗中漁雖了紅銅材料切屑形成和切期深度之間 的關(guān)系。Toshi詠hiMoriwdk円等用剛塑性有限元模型模擬了上述實驗。他們模擬了切 削深度在毫米到納米范圍內(nèi)紅銅材料正交切削過程中的謚度場.J.V.C. Souza , M.C.A. No叫M.V. Ribeiro131等研沆了氮化硅陶瓷刀貝切削灰鑄佚時刀具性能，并對切削用量 對切削力

12、的影響進(jìn)行了分析。國內(nèi)研究切削加工的學(xué)者任模擬切和過程方血也取得了不少的研究成果。黃志超 等論述了有限元中網(wǎng)格劃分技術(shù)，分析了各種網(wǎng)格生成方法的特點，并對有限元網(wǎng)格劃 分技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行展鈦陳明創(chuàng)等徑有限元環(huán)境F建立了三維銃和航空鋁合金的溫 度場模型，分折了切削速度、進(jìn)給曲:對切削溫度的夠響。并通過紅外熱像儀的觀測，驗 證了仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的吻合度。武凱嗎等結(jié)合有限元技術(shù)和切削力數(shù)學(xué)模型，對薄 壁件加工變形進(jìn)行了分析和計算，提出了研究薄壁件加工稱度的系統(tǒng)方案。黃志剛凹 等建立金屬正交切削加丄的熱力耦合有限元模型，并利用軟件模擬了材料切削過程，通 過與試驗結(jié)果的比較訐明了有限元模型的正確fL

13、隨后他們繼續(xù)利用銃削溫度、銃削力 的分析模型求解了三維銃削加工的嶙態(tài)溫度和瞬態(tài)切削力，將英作為動態(tài)我荷應(yīng)用于三 維切削模型，模擬f三維銃削加丄過程預(yù)測了零件的變形.梁文杰以通用有限元軟 件為平臺,建立了刀具車削材料的二維熱力耦合有限元模擬。阮景奎I通過對髙速銃削 合金鑄佚時的錯齒狀切屑形成過程的仿真分析，提出了鈿洛合金鑄鐵材料的髙速饒削鋸 齒狀切胛是由絕熱剪切和塑性斷裂共同引起的觀點，并研咒了切削參數(shù)對IS齒狀切関形 成的影響規(guī)律。唐志禱岡等人建立了基于有限變形理論、虛功原理和更新的拉格朗日公 式的熱一彈塑性本構(gòu)方程，導(dǎo)岀了熱一彈塑性大變形耦合控制方程有效預(yù)測了正交切 削航空宦合金的切屑形態(tài)、切削力、切削溫度以及應(yīng)力場和應(yīng)變場等物理場的分布“解 鵬，蘇桂生的對鈦合金進(jìn)行仿氏和實驗硏究，得出了切削力的的回歸方程及最佳切削參 數(shù)。韋偉，任家隆I圏建立了熱力耦合、平面應(yīng)變模型和正交試