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)展趨勢機(jī)I或制造業(yè)是刮造業(yè)最近要組成之i,也是國民經(jīng)濟(jì)最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一它相貨著向國民經(jīng)濟(jì)的各個洞提供機(jī)械裝備的任務(wù)。無為是傳統(tǒng)制造業(yè)還是現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)，由于大量的加T.操作需要裝夾，夾具就顯得尤其重要，它直接影響加工研量、生產(chǎn)效率及制造成本等.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,使之占有正麻的也置,以保證零件和產(chǎn)品的險(xiǎn)耿，并提生產(chǎn)效率所采用的工藝裝配好的夾具設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品生產(chǎn)率，保證卻工精度*降低生產(chǎn)成本及減輕勞動強(qiáng)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(shí)現(xiàn)1機(jī)名能.在一個柔性制造系統(tǒng)中，夾具設(shè)計(jì)制造的費(fèi)用占到整

2、個系統(tǒng)費(fèi)用的10%、20%圖.機(jī)床夾具在機(jī)械加工中發(fā)揮著竄要的作用.大量專用機(jī)床夾具的使用為大批量生產(chǎn)提供了必要的條件,例如：20世紀(jì)之初美國只能生產(chǎn)數(shù)千輛汽車a福特汽車公司推出T型帶車后訂單急增，為了保證零件的互換性在當(dāng)時蔣耍校差的機(jī)床上如何保證孔距精度成為提高生產(chǎn)率的瓶頸，鉆模和隨后附現(xiàn)的螳根有效地解決這一問題,到了20世紀(jì)20年代機(jī)，莢國汽車工業(yè)的隼產(chǎn)量已達(dá)到百方輛以上“將通通用機(jī)冰$專用來具”這一生產(chǎn)方式打開了近現(xiàn)代大批更生產(chǎn)的幅郁國。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果沿用夫具花生產(chǎn)效率，工件安裝式加工梢度等方面還不淌足工件加工的需要，或安裝工件不方便時，就必須設(shè)計(jì)專門為某一工件的某道工序所需要的夾具

3、.其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、操作迅速方便!可以保證較高加工精度和生產(chǎn)率：但設(shè)計(jì)和制造用期長,制造費(fèi)用高，在產(chǎn)品變更后無法利用而導(dǎo)致報(bào)城。夾具最早田現(xiàn)在1787年，其發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，第一階段表現(xiàn)為夾具與人的結(jié)合。在出發(fā)展初期，機(jī)械制造的精度較低，機(jī)械產(chǎn)品的加工族生主要依敕于勞動者個人的經(jīng)驗(yàn)和手藝.而夾具僅僅作為加工工藝過程中的-即輔助工具；第二階段尾隨著見東、汽車、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、夾緊、導(dǎo)向元件的結(jié)構(gòu)也H趨完善,逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的.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)力的迅速提高，夾具在系統(tǒng)中占據(jù)相當(dāng)柬要的地位該除段的主要特征表現(xiàn)為

4、夾具與機(jī)床的緊密結(jié)合，現(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)激烈的市場競爭用管國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計(jì)我明：多品種生產(chǎn)的工件已占工作種類的85%左右.然而目前，一股企業(yè)習(xí)慣于采用傳統(tǒng)的專用夾具，在一個具有單一生產(chǎn)的能力工廠中約擁有1300015（X）0套專用夾具.另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約隔4年就要更新80%左右的專用夾具,而夾具的實(shí)際磨損盤只有15%左右.近年來類性制造系統(tǒng)（FMS）.數(shù)捽機(jī)床（NC）.加工中心（MC）和成機(jī)床工（GT）等新技術(shù)的應(yīng)用和推廣，使中小批生產(chǎn)的生產(chǎn)率逐步趨近于大批量生產(chǎn)的能力.隨著制造技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期縮短,更新?lián)Q代加快.因而傳統(tǒng)的大批量

5、生產(chǎn)旗式逐步被中小批所生產(chǎn)模式所取代。機(jī)械制造業(yè)須具備較高的柔性才鋌適應(yīng)這種變化，國外已把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有權(quán)手段，并將其作為機(jī)棧制造業(yè)的主要發(fā)展方向。一般將組合夾具視為柔性夾具的代名詞.分合夾具系統(tǒng)一般有兩種類里：基于銷燈和基于T型槽系統(tǒng)?；谇吾?shù)慕M合夾具主要是通過基座上的定位孔實(shí)現(xiàn)對夾具元件將確定位和緊固作用主要有：BluoTechnik（teSi美國），Kipp（償國）、Stevens（美國）、SAFE（美國）、TJMGS（中國）及CPU（俄器斯）.基于T型梢的組合夾具是通風(fēng)基座上互相垂JS和平行的T型槽實(shí)現(xiàn)對工件的鑄確定位.比較盲名的系統(tǒng)有：WhartonUnitool（

6、英格蘭）、YCII（俄羅斯）、CAT1C（中國）、Halder（德國）叫而應(yīng)用組合夾具的關(guān)鍵技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)（CAFD）,它正朝著提成化、標(biāo)準(zhǔn)化、并行化及智能化方向發(fā)展網(wǎng)。為了適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)向商、精、尖方向發(fā)展的需要以及多品種、小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，現(xiàn)代夾具正朝著精密化、高效化、柔性化、標(biāo)準(zhǔn)化四個方向發(fā)展。（1）精密化隨著機(jī)械產(chǎn)品楮度的提高，勢必對其精度提轉(zhuǎn)更高的要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類憎繁多,例多分度可達(dá)±0用于/普分度的多比盤,用丁格甯不削的高精度二爪卡世，其定心精度為5pm（2）高效化高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，減少工人為動強(qiáng)位。常見的高效

7、化夾具有：自動化夾具、高速化夾具、具有夾紫動力模塊的夾具等。例如使用電動虎鉗裝夾T件，可使工件效率比苫通虎鉗提高5倍左右：而高速卡盤則可保證卡爪缶轉(zhuǎn)速9000”min的條件下能正常夾緊工件，使切削速度大幅度桃高。（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)工藝可支因素.具有柔性化的新型夾具腫類主要有：組合夾具、勸用可調(diào)夾只、成組夾貝、模塊夾具，數(shù)控夾具等，任較長時間內(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)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面，在制造典型夾具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)匕百先誑行夾具元件和部件的通用化，也立典型尺寸系列或變理，以減少功能用途相近的夾具元

8、件，舍棄一些功轉(zhuǎn)低劣的結(jié)構(gòu)。目前，我國已有夾具零件、部件的國家標(biāo)準(zhǔn)：GD2148-2249-80,GB2262226980以及通用夾具標(biāo)準(zhǔn)，組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。夾R的標(biāo)準(zhǔn)化也是夾具柔性化高效化的玨礎(chǔ)，作為發(fā)展趨勢，這類夬具的標(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,作戰(zhàn)性的過程，其過程涉及到材料學(xué)、彈蟹性力學(xué)、斷裂力學(xué)、熱力學(xué)及摩瘠學(xué)等許多問題，這阻礙了實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)行,隨省計(jì)分機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元法開始被應(yīng)用于切削工藝的模擬中。有限元方法最早被應(yīng)用在切削L藝的模擬是在70年代，與其它傳統(tǒng)方法相比，它大大提高了分析的精度。1973年美國Illino

9、is大學(xué)的BEKhnwcd最先系統(tǒng)地研究了金屬切削加工中切屬形成的原理,1980年美國的NorthCarolina州立大學(xué)的M.R.Lajczok”。應(yīng)用有限元法初步分析（切削工藝.1982年,Csui和Shirakash產(chǎn)為建立穩(wěn)態(tài)的正交切削模型，第一次提出刀面用、切因幾何形狀和流線等，預(yù)測了應(yīng)力應(yīng)變和溫度等參數(shù)n1984年，lwat/3喀將材料假定為剛W性材料,利用凄冊性有限元法分析:低速切削、低應(yīng)變速率時的檜態(tài)正交切削。但由于忽略了彈性變形，因而未能計(jì)算出我余應(yīng)力.Sgbjiwsjum和Carroll網(wǎng)將工件材料假定為彈塑性，在工件和切屑之間采用絕熱模型，模擬了從切削開始到切用特定成形的

10、過程。他們采用等軟塑性應(yīng)變作為切屑分離的準(zhǔn)則,而等效塑性應(yīng)變值的選擇影響位口表面的應(yīng)力分布31990年，Strenkowski和MooJB模擬了切屑形狀，用Eukr仃限元模型研究正交切削，忽略彈性變形，加測了工件、刀具以及切屑中的泓度分布。Komvopoulos和Erpenbecl?""用肉侖摩擦定笊通過正交切削解析方法得到刀具與切屑之間的摩擦力和法向力。用彈震性有限元模型研究了鋼質(zhì)材料正交切削中刀具側(cè)面磨損、積同痛及1：件中的殘余應(yīng)力等°Furukawa和Motwuki用實(shí)驗(yàn)方法研究鋁合金超精密切削中工件表面的光潔度對加工質(zhì)量:的影響。NaoyoIkwJ&quo

11、t;用相密切削機(jī)床在實(shí)驗(yàn)中測揖了紅銅材料切屑形成和切削深度之間的關(guān)系。ToshimichiMoriwak產(chǎn)噂用巾愀性有限元性型模版/上述實(shí)驗(yàn).他們模擬了切削深度在毫米到納米范闈內(nèi)紅銅材料正交切削過程中的溫度場。J.V.C.Sou2a,MCA.Nono,M.V.Ribeid網(wǎng)等研究了數(shù)化硅陶亮刀具切削灰皆鐵時刀具性能，并對切削用量對切削力的影響進(jìn)行了分析。國內(nèi)研究切削加工的學(xué)者在模以切劑過程方面也取得了不少的研究成果。黃志超因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(diǎn),并XJ有限元網(wǎng)格劃分技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。陳明等在有限元環(huán)境F建立廣三維銃削航空器合金的溫度場模型，分析了切削

12、速度、進(jìn)給量對切削溫度的影響。并通過紅外熱像儀的觀測，驗(yàn)證了仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的吻合.度。戌凱司等結(jié)合行限元技術(shù)和切削力數(shù)學(xué)模型，對薄壁件加工變形進(jìn)行/分析和計(jì)算，提配研究薄壁件加工精度的系統(tǒng)方案.黃志剛網(wǎng)等建立金屬正交切削加一1：的熱力相合有限元模型，并利用軟件模擬了材料切削過程，通過與試驗(yàn)結(jié)果的比較證明有限元模型的正確性，隨后他們繼續(xù)利用跣削溫度、銃削力的分析模型求解三維銃削加工的瞬態(tài)溫度和瞬態(tài)切削力，將其作為動態(tài)載荷應(yīng)用于三維切削模型，模擬/三維快削加_£過程,預(yù)測了零件的變形.梁文杰由以通用有限元軟件為平臺，建立了具車削材料的一維熱力稿含有限元模擬，阮景奎間通過對高速跣削合金鑄快時的鋸齒狀切周形成過程的儕真分析，提出了相珞合金鑄鐵材料的高速鈦削鋸齒狀切屑是由絕熱剪切和瞪性斷裂共同引超的觀點(diǎn)，并研窕了切削參數(shù)對相齒狀切屑形成的影響規(guī)律。唐忐濤等人建立/基于自限變形理論、虛功原理和更新的拉格朗日公式的熱一彈型性本構(gòu)力.程，導(dǎo)出熱一彈型性大變形稿合控制方程有效預(yù)測了正交切削做空鋁合金的切屑形態(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，解眄.蘇桂生如對鈦合金進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)研究，得出了切削刀的的印”方程及最佳切削參數(shù)。韋偉，任家隆閩建立了熱力埸合、平面應(yīng)變慢型和正交試驗(yàn)