销轴轴端的槽、面铣成组夹具设计【三维UG】【含CAD图纸、文档所见即所得】
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浙江工业大学之江学院毕业设计(论文)任务书学生姓名楼挺学号201120070312专业班级机自1102题目销轴轴端的槽、面铣成组夹具设计指导教师舒欣职 称讲师课题类型设计 论文课题来源教师科研课题 教师生产实际课题 学生自立课题毕业设计(论文)起止时间2014年11月1日至 2015年6月15日一、毕业设计(论文)的主要内容及要求1、开题报告和文献阅读(1)文献阅读:查阅文献应不少于15篇,其中外文文献不少于2篇,近5年内的文献数应不少于文献总数的1/3,并应有近2年内的文献。(2)文献综述:3000字以上,包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等。(3)开题报告:2000字以上,包括选题的意义、可行性分析、研究的内容、研究方法、拟解决的关键问题、预期结果、研究进度计划等。(4)外文翻译:3000字以上(翻译成中文后的汉字字数)。2、课题要解决的主要问题和具体要求本课题通过分析一组小轴类零件上铣削槽的特点,找出共性,确定铣削夹具形式,进行结构设计,确保定位精度满足加工要求,工件夹紧牢固可靠;要求机构合理、加工方便等,并绘制二维、三维装配图和部分零件的工程图。3、论文:10000字以上(部分特殊专业根据实际情况,经教务办确认,可适当调整有关字数方面的要求),包括绪论、正文、结论、参考文献等。二、主要参考文献1 徐爱玲机床夹具设计方法探讨J装备制造技术,2008(8):60-642 隋聚艳夹具的发展及其趋势分析J现代商贸工业,2009,32(19):323-3243 李定志,龚书强,王永国成组夹具技术在小批量铣加工生产中的应用J机械工人冷加工,2007 (1):43-444 张亚明,机床夹具的分类与构成J煤炭技术,2008,27(4):12-135 王守忠,陈爱荣成组夹具技术在机械加工中的应用探析J商丘职业技术学院学报,2006(2):62-64 指导教师签名:年 月 日专业教研室意见:同意下达任务书 不同意下达任务书 教研室主任签章: 年 月 日 毕业设计(论文)译文及原稿译文题目:夹具配置的稳健性设计原稿题目:Robust design of fixture configuration原稿出处:Giovanni Moroni,Stefano Petro,Wilma Polini.ScienceDirect.2014(21):189194.浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 外文翻译夹具配置的稳健性设计摘要本文介绍了夹具配置的稳健设计。它的目标是调查机床夹具元件偏差和体积错误影响加工操作质量。然后定位器位置配置设计的偏差最小化加工特性对应用几何公差。该方法是一个设计步骤进一步确定的定位基于螺旋理论的部分,可用于寻找简单和容易适用于一般通用规则的工业环境。是通过仿真和简单的工业案例研究验证。1 介绍当工件夹具加工或检查操作时,操作的精度主要取决于装夹方法的效率。在一般情况下,加工可能已经在它的形态和位置的几何误差相对于工件的基准参考系。如果有存在的工件基准面之间的错位误差框架和机床的坐标系,这是已知的定位误差或数据建立误差。一个定位误差主要是由位置偏差引起的一个定位器与工件之间的接触表面的标称规范。在本文中,这样的一个理论接触点被称为菲克塞尔点或菲克塞尔,并从它的标称位置定位偏差称为菲克塞尔错误。在刚体的分析框架内,菲克塞尔误差对定位误差直接影响所定义的工件表面和之间的运动学特征通过他们的接触约束关系。定位误差是高度依赖于配置的位置相对于定位器的工件。一个合适的配置(或定位器的设计定位器布局)可能会减少产生重大影响定位错误。这是通常被称为夹具布局优化。这项工作的主要目的是研究几何错误的加工表面(或生产错误)有关菲克塞尔错误的主要来源。一个数学框架提出了一个制造误差、机床体积误差、和菲克塞尔错误之间的关系分析。此外,优化夹具布局设计是规定为减少加工误差的过程。这论文超越了艺术的状态,因为它考虑了公差中的体积误差。虽然文献表明这个简单的静态体积误差只考虑一小部分总容积误差,一个通用框架包含的体积误差公差建立了。有几个正式的夹具分析为基础的方法在经典螺旋理论或几何干扰技术。在90年代,由于夹具的偏差许多研究已经致力于模型部分偏差。Sodenberg计算稳定性评价定位方案的拟合指数。小位移非共面直线对概念用于该支架一部分的几何偏差的模型。传统的计算机辅助夹具设计的程序在传统的设计手册和最近的文献中都有描述,特别是对于模块化夹具设计。大量的定位误差分析和还原的方法已被记录。一个定位误差表达式给出了使用位移螺旋矢量的概念。提出了减少定位误差向量的优化技术或几何变化的关键特性。Chouduri and De Meter分析描述了定位器的形状误差与最坏情况下几何误差加工特性的关系。Chouduri and De Meter也分析了工件基准面的几何偏差、轮廓和角制造公差的情况。对加工特性的影响,比如通过钻孔和铣削都有说明。Carlson提出了二级定位误差分析。夹具布局设计的计算问题进行了研究客观来降低三维工件整体的定位误差如涡轮空气箔。最近的一篇论文解释了一个稳健性夹具的布局方法来解决多目标问题的演算法。它认为一个柱体刚性工件,如果夹具和工件之间的没有摩擦,那么机床体积误差是不用考虑的。在文献中提出了几个关于建模体积误差的模型。Ferreira提出了二次建模的体积误差,每个轴都是单独考虑,与模型参数的评价方法。Kiridena 和 Ferreira在一系列的三篇论文中讨论如何在建模中补偿体积误差,对模型的参数进行评估,然后基于模型及其参数的误差补偿,补偿一个三轴发动机。Dorndorf 描述体积误差模型可以帮助机器的误差预算。最后,Smith描述体积的应用误差补偿在大型单片部分制造中,带来了严重的传统体积误差补偿。无论如何,值得注意的是,所有这些方法都是针对体积误差补偿:一般体积误差不考虑仿真公差。在以前的论文中用统计方法来估算这个定位误差是错误的,由于不精确的所有六个定位器3-2-1的定位方案是基于二维和三维模块。在下面,一个夹具配置的稳健性设计方法被提出。它的目标是调查菲克塞尔错误和机床体积误差如何影响机械加工质量。在2中介绍了理论上的方法,在3中提出了一个简单的工业案例分析,并在4中讨论了一些简单和通用规则容易适用在一个工业竞争。2 钻孔精度的方法模拟为了说明所提出的方法,对案例研究钻孔将予以考虑。案例所示图1。一个位置公差指定孔位。三个定位器在主基准面,两个在副基准面,和一个在第三基准面确定工件的位置。每个定位坐标与机床参考系,由以下六个表示: p1 (x1,y1,z1) p2 (x2,y2,z2) p3 (x3,y3,z3) p4 (x4,y4,z4) p5 (x5,y5,z5) p6 (x6,y6,z6) (1)该方法考虑了不确定性的来源加工孔的定位误差的错误定位的定位器,体积错误的机床。模型的最终目的是定义实际的工件的孔的坐标参考系统。模型的输入包括名义定位器配置,名义上的孔的位置(应该与钻头上一致)和方向(与钻的方向应该一致),和的特点,典型的错误,会影响这个名义参数。2.1 定位误差的影响6个定位器的位置是完全由他们的十八个坐标轴确定的。根据高斯分布推测每一个坐标轴受一个独立的行为误差的影响。那么实际的定位坐标将确定工件参照系。特别是,z轴构成由直线垂直于平面通过定位器的实际位置,p1,p2和p2,轴是直线与轴垂直的直线通过定位器的实际位置p4和p5和最后,轴和垂直简单的计算和轴。基准帧的原点可以是得到的三个平面具有作为法线相交在,和轴,通过定位器p4,p6和分别p1。轴的计算公式向量和原点坐标与实际定位器的坐标这里省略了,由Armillotta 仅供参考。轴方向向量和原点坐标定义齐次变换矩阵,其允许频转换钻尖坐标表示在机床参考帧到相同的坐标的表示工件坐标系时,通过下式: (2)2.2 机床体积误差的影响由于钻井模拟孔位置偏差操作,即体积误差的机床,古典模型三轴机床的考虑27。就会被假定钻具轴是一致的机床z轴,这样,在名义上和条件钻井作业开始时,其位置可以被定义名义上的孔位和齐次向量。目的是识别位置误差钻尖的机床参考系统,和方向错误工具的轴。根据三轴机床模型是可能的状态: (3)是名义上的钻尖的位置在机床参考系统(x,y,和z是机床轴,l是钻头长度),是钻尖的位置在第三(z轴)参考系,、分别是沿着x,y,和z轴的转换矩阵。这些矩阵有着相似形式,例如: (4)其中和包括平移和旋转误差并沿着x,y和z轴(例如,是由于旋转误差沿着z轴平移到x轴)。考虑到3个变换矩阵,有18个误差项。这些误差的体积函数位置(即沿着三个轴),但由于体积误差补偿,他们的系统组件可以忽略不计,并可以将它们假定为纯粹随机均值等于零。由公式(3)推导出复合方程式,例如: (5) 然而,一般体积误差应该远远小于沿着轴平移,所以例(3)的第一组件通常是重要的。最后,假设钻孔轴与z轴相配合,例(3)也可以通过替换方向误差计算如果只考虑一阶组件,它可以证明和与、的线性组合。特别是,我们把定义为 (6)六个部分向量包含和。应用例(3),忽略二阶以上,可以证明(请注意,由于格式的限制,在例(7)表明,矩阵在多行坏了一行,所以整个矩阵线性组合出现在这里是一个6*18矩阵)。 (7)现在,让我们假设每个独立分布是高斯分布,而且每个也是独立分布的。然后可能遵循多元高斯分布,空预期值和协方差矩阵可以由公式计算,是d的协方差矩阵,它正好是一个18 *18的对角线,前9个对角矩阵元素等于,剩下的对角元素等于。2.3 加工孔的实际定位现在,根据2.2中描述的模型它可以模拟尖端定位和方向,根据2.1并将其转换为所述工件参考系: (9)这些信息可以在工件参考系中确定进入和退出工件孔的位置。点和矢量K定义一条直线,这只不过是一种孔轴,比如: (10)p是一个通用的点属于的一个参数。定义T板厚度,是可能的计算的值s,分别等于0和T: (11)这些值取代例(10)分别出口和入口点的坐标的孔产量。最后,它可以计算两个出口和入口之间的距离和名义钻孔的点: (12)定义为孔的退出点。钻孔轴的位置公差范围内如果孔的距离计算低于一半的位置公差值t: (13)3 结论这项工作提出了一个方法的稳健设计夹具配置考虑到定位器位置的随机误差(由于定位器安装在机表,在不规则表面接触的工件,等等)和体积误差采用机床的操作。钻孔作业被认为是简单的工业案例研究。然而,一些简单和通用规则由实验分析得出:(1)三分基准定位器(的三个定位器z定位器配置)应该涵盖尽可能多表面接触。如果更多的配置分享相似的表面覆盖,定位器的建议重心尽可能接近的一个加工特性(孔的案例研究)的孔。(2)两点基准定位器(两个定位器的x定位器配置)的最大距离从对方。如果更多的分布相似距离,配置与定位器最重心附近的一个加工特性(孔的案例研究)应该被选中。(3)单一第三基准定位器(y定位器之一应该位于对应配置)重心的加工特性(孔的案例研究)。(4)即使定位器的高度的影响,和很小,建议他们位于最低高度。未来的发展将在于扩展其他的方法,更复杂的几何特性和公差。6毕业设计(论文)开 题 报 告1浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 开题报告1 选题的背景和意义1.1 选题的背景随着社会的发展,人类的进步,人们对于日常生活、工作中的物资需求呈现出了极大的多样化与复杂化。传统的简单的产品已经难以再满足人们的需求。而且在企业、工厂的运营过程中,需要的工具也不断精细化与多样化,给制造业带来了新的难题。个性化的社会导致了制造产品大批量越来越少,更多的是需求多品种少批量,这种单件小值的生产模式是对传统的机械加工产业模式的挑战1。为此,制造技术的研究者提出了成组技术的科学理论及实现方法,从根本上解决了生产由于品种多、产量少带来的矛盾。它是将多种零件按其工艺的相似性分类成组,以形成零件族,即把同一零件族中零件分散的小生产量汇聚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益,成组夹具便应运而生2。成组夹具的应用可以扩大机床的使用范围,提高生产效率和零件的加工质量,也能够降低工人的劳动强度,缩短生产准备周期,提高劳动生产率3。而且随着成组夹具的应用和发展,必将加速开拓成组技术新的应用领域。因此,成组夹具将是我国机械工业今后夹具发展的一个主要方面。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国内外研究现状目前发展的成组技术是应用系统工程学的观点,把中、小批生产中的设计制造和管理等方面作为一个生产系统整体,统一协调生产活动的各个方面,全面实施成组技术以提高综合经济效益。成组技术从20世纪50年代提出到如今已经历了近50年的发展和应用。成组技术作为一门综合性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造和柔性制造系统等方面的技术基础。我国早在20世纪60年代初就在纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用成组技术,并初见成效。因此,成组技术受到国家有关部、局和工厂企业,研究所及高等院校的重视。目前,正积极开展这一方面的科学研究、人材培训和推广应用等工作。可以相信,随着应用推广和科研工作的持续开展,成组技术对提高我国机械工业的制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要的作用4。成组工艺作为一种先进的工艺方法和生产准备方法,先后在苏联、民德、捷克、波兰以及英国、法国、日本等国已经逐步得到了应用,并获得了良好的经济效果。由于它能缩短单件、小批生产的准备时间,扩大加工批量,提高生产效率,为适应多品种生产的发展创造了条件。机床工业具有多品种、小批量生产的特点,因而近年来在国外有不少机床制造厂家先后也采用了成组工艺技术5。1.2.2 发展趋势成组夹具由于能够利用加工零件工艺上的相似性,并且适应工件特征在一定范围内的变化而得到推广和应用,如何提高成组夹具设计效率成为需要重点解决的问题之一6。组合夹具与成组夹具都适用于中小批生产和新产品试制,任何事物都不是十全十美的,组合夹具可多次重复使用,缩短生产准备周期,但制造成本高,组装后笨重复杂,刚性差,积累误差大,而成组夹具可克服组合夹具的不足,组装调整时间短,生产和技术管理较方便。采用成组夹具是企业全面实行成组技术的需要,是实现成组加工的重要手段和工具,而成组加工是实施成组技术的重要领域和必要的环节7。夹具设计正朝着多功能、模块化、高精度、高刚性、高强度、通用化、快速化和自动化的方向发展8。2 研究的基本内容通过分析一组小轴类零件(如图2.1所示)上铣削槽的特点,找出共性,确定铣削夹具形式,进行结构设计,确保定位精度满足加工要求,工件夹紧牢固可靠;要求机构合理、加工方便。图2.1小轴类零件图D=1030mm2.1 基本框架(1)分析课题,方案设计(2)相关尺寸计算和校核(3)零部件设计(4)总体夹具设计2.2 研究的重点和难点通过分析一组小轴类零件上铣削槽的特点,找出共性,确定铣削夹具形式,进行结构设计,确保定位精度满足加工要求,工件夹紧牢固可靠;分度机构准确可靠、方便。2.3 拟解决的关键问题(1)确定工件的定位方案,确保精度无误差 (2)确定工件的夹紧方案,使工件稳定夹紧(3)适合不同尺寸和类型的销轴的装夹,分度方便可靠3 研究的方法及措施3.1 定位夹紧方案设计如图3.1所示为各小轴零件的定位夹紧方案示意图,轴向左端面用支杆定位,限制了工件Y轴上的移动,用圆柱面定位限制了X轴和Z轴的移动以及绕X轴和Z轴的转动,共限制了5个自由度,定位准确可靠。箭头所指位置为夹紧方向和夹紧位置。图3.1 定位夹紧方案示意图用圆柱面定位工件可以使用三爪卡盘和弹性夹头来进行定位夹紧:三爪卡盘是机床上用来夹紧工件的机械装置,用伏打扳手旋转锥齿轮,锥齿轮带动平面矩形螺纹,然后带动三爪向心运动,同时趋进或离散。因为平面矩形螺纹的螺距相等,所以三爪运动距离相等,有自动定心的作用。三爪卡盘多用于车床、铣床、插床夹持工件。弹性夹头是一种装在车床或铣床上的夹头,其主要作用是夹紧小轴类工件,由于定位精准度较高、装夹方便可靠,被广泛用于各种生产加工领域。当机床带动夹具开始旋转后,数只离心重块在离心力的作用下,绕销作逆时针方向摆动,其左端部压迫柱塞,柱塞继而压缩柔性介质,迫使拉杆带动弹性夹头左移。弹性夹头则受夹具体内锥孔的作用而产生变形,从而夹紧工件的外圆表面,此时便可以进行切削加工。加工完毕后机床主轴停止旋转,由于弹性夹头外锥体与夹具体锥孔之间为非自锁配合,所以弹性夹头会自动恢复变形而松开工件。三爪卡盘装夹力大、装夹适应面宽,相对来讲装夹精度低于弹簧夹头、实现自动夹紧相对困难一些、装夹效率低于弹簧夹头。弹性夹头虽然装夹适应面窄、夹紧力小,但是装夹效率高、相对装夹精度高,方便实现自动夹紧。本次所要装夹的是小轴类零件,不需要太大的夹紧力,而是需要更高的精度、装夹效率和实现自动夹紧,所以更适合采用弹性夹头来装夹工件。如图3.2所示弹性夹头,连接螺栓1用来固定弹性夹头3在夹具体2上,当工件放入夹头中往里推,弹性夹头则受作用F而产生变形,从而夹紧工件的外圆表面,此时便可以进行切削加工。 图3.2 弹性夹头1连接螺栓 2夹具体 3弹性夹头 4工件3.2 分度装置设计如图3.3所示为铣削小轴零件的分度示意图,弹性夹头固定在心轴上,在心轴上有四边形和六边形两个分度面,各有相应的偏心轴与之配合,可以根据需要锁紧其中一个分度面。需要分度前,首先扳动两偏心轴上的手柄,使之都处于松开状态,当工件需要铣2、4个面或槽时,旋转心轴到一定角度,然后扳动偏心轴1上的手柄,锁紧四边形的分度面然后进行铣削。当工件需要铣3、6个面或槽时,扳动偏心轴2上的手柄,锁紧六边形的分度面然后对工件进行铣削。图3.3 分度装置4 预期成果 (1)绘制二维、三维装配图和部分零件的工程图,并完成三维总装图 (2)销轴轴端的槽、面铣成组夹具的说明书。5 研究工作进度计划(1) 2014.11.012014.12.25 查阅资料,撰写开题报告、文献综述、外文翻译(2) 2014.12.262015.01.7 完成开题报告、文献综述、外文翻译(3) 2015.02.222015.03.26 完成夹具相关尺寸计算和校核,具体零部件设计(4) 2015.03.272015.04.29 完成二维装配图及重要零件图 (5) 2015.04.302015.05.10 完成三维装配图(6) 2015.05.112015.05.25 撰写毕业论文(7) 2015.05.262015.05.28 修改论文,准备答辩参考文献1贾鹏程试论成组夹具技术在机械加工中的应用J科技创新与应用,2013(32):42王守忠,陈爱荣成组夹具技术在机械加工中的应用探析J商丘职业技术学院学报,2006(2):62643李定志,龚书强,王永国成组夹具技术在小批量铣加工生产中的应用J机床/附件/工装, 2001(1):43444李春杰,肖素梅成组技术的产生与发展J黑龙江史志,2006(4):10115大津一郎、茵矢圭司机床生产与成组工艺J机械技术,1971,19(3):34406祁捷成组夹具的设计与实践J机械设计与制造,2005 (6):31327赵学良,赵波试论我国成组夹具发展方向J太原机械学院,1989(5):22248黄剑波数控机床夹具的发展J电子机械工程,2011,27(5):33365毕业设计(论文)文 献 综 述浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 文献综述成组夹具概述1 前言随着社会的发展,人类的进步,人们对于日常生活、工作中的物资需求呈现出了极大的多样化与复杂化。传统的简单的产品已经难以再满足人们的需求。而且在企业、工厂的运营过程中,需要的工具也不断精细化与多样化,给制造业带来了新的难题。个性化的社会导致了制造产品大批量越来越少,更多的是需求多品种少批量,这种单件小值的生产模式是对传统的机械加工产业模式的挑战1。为此,制造技术的研究者提出了成组技术的科学理论及实现方法,从根本上解决了生产由于品种多、产量少带来的矛盾。它是将多种零件按其工艺的相似性分类成组,以形成零件族,即把同一零件族中零件分散的小生产量汇聚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益,成组夹具便应运而生2。成组夹具是按成组技术的原理,在零件分类成组的基础上,针对若干相似零件的相似加工工序而设计制造的夹具。它的优点是,不仅具有专用夹具的特点,而且还很容易适应外观特征在一定范围内变化的零件加工。成组夹具的应用可以扩大机床的使用范围,提高生产效率和零件的加工质量,也能够降低工人的劳动强度,缩短生产准备周期,提高劳动生产率3。而且随着成组夹具的应用和发展,必将加速开拓成组技术新的应用领域。因此,成组夹具将是我国机械工业今后夹具发展的一个主要方面。成组夹具应用实例和核算出的经济效果,充分地说明成组夹具有如下综合经济性:(1)降低夹具设计制造费用;(2)明显缩短了生产准备周期,充分利用夹具的使用寿命;(3)提高加工效率,促进企业的技术改造;(4)促进企业标准化工作,有利于保证产品质量;(5)显著地降低了夹具原材料消耗4。2 成组夹具设计的国内外现状2.1 国内成组技术应用及现状2.1.1 成组技术的应用目前发展的成组技术是应用系统工程学的观点,把中、小批生产中的设计制造和管理等方面作为一个生产系统整体,统一协调生产活动的各个方面,全面实施成组技术以提高综合经济效益。(1)产品设计方面。由于用成组技术指导设计,赋予各类零件以更大的相似类,这就为在制造管理方面实施成组技术奠定了良好的基础,使之取得更好的效果。以成组技术为指导的设计合理化和标准化工作将为实现计算机辅助设计(CAD)奠定良好的基础;为设计信息最大程度地重复使用,加快设计速度,节约时间作出贡献。据统计,当设计一种新产品时,往往有3/4以上的零件设计可参考借鉴或直接引用原有的产品图纸,从而减少新设计的零件,这不仅可免除设计人员的重复性劳动,也可以减少工艺准备工作和降低制造费用。(2)制造工艺方面。成组技术在制造工艺方面最先得到广泛应用。开始是用于成组工序,即把加工方法、安装方式和机床调整相近的零件归结为零件组,设计出适用于全组零件加工的成组工序。成组工序允许采用同一设备和工艺装置,以及相同或相近的机床调整加工全组零件,这样,只要能按零件组安排生产调度计划,就可以大大减少由于零件品种更换所需要的机床调整时间。此外,由于零件组内诸零件的安装方式和尺寸相近,可设计出应用于成组工序的公用夹具,只要进行少量的调整或更换某些零件,公用夹具就可适用于全组零件的工序安装。(3)生产组织管理方面。成组加工要求将零件按工艺相似性分类形成加工族,加工同一加工族有其相应的一组机床设备。因此,很自然成组生产系统要求按模块化原理组织生产,即采取成组生产单元的生产组织形式。成组技术是计算机辅助管理系统技术基础之一。这是因为运用成组技术基本原理将大量信息分类成组,并使之规格化、标准化,这将有助于建立结构合理的生产系统公用数据库,可大量压缩信息的储存量;由于不再是分别针对一个工程问题和任务设计程序,可使程序设计优化5。2.1.2 发展现状成组技术从20世纪50年代提出到如今已经历了近50年的发展和应用。成组技术作为一门综合性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造(CAM)和柔性制造系统等方面的技术基础。我国早在20世纪60年代初就在纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用成组技术,并初见成效。因此,成组技术受到国家有关部、局和工厂企业,研究所及高等院校的重视。目前,正积极开展这一方面的科学研究、人材培训和推广应用等工作。原机械部设计研究院负责组织研制的全国机械零件分类编码系统JLBM I,它将对我国推广应用成组技术起到积极推进作用。我国不少高等工业院校结合教学和科研工作,在成组技术基本理论及其应用方面,如零件分类编码系统、零件分类成组方法和计算机辅助编码、分类、工艺设计、零件设计、生产管理的软件系统等方面都开展了许多研究工作,并取得了不少成果。可以相信,随着应用推广和科研工作的持续开展,成组技术对提高我国机械工业的制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要的作用6。2.2 成组工艺在国外的发展状况成组工艺作为一种先进的工艺方法和生产准备方法,先后在苏联、民德、捷克、波兰以及英国、法国、日本等国已经逐步得到了应用,并获得了良好的经济效果。由于它能缩短单件、小批生产的准备时间,扩大加工批量,提高生产效率,为适应多品种生产的发展创造了条件。机床工业具有多品种、小批量生产的特点,因而近年来在国外有不少机床制造厂家先后也采用了成组工艺技术。如日本三菱公司的机床制造部门也引进了成组工艺技术7。据介绍,该公司从引进成组工艺到过渡为新的管理系统只用了半年时间。他们引进成组工艺分为两个阶段进行。第一阶段主要是进行零件的编码和分类,确定机床布局,按类似零件设置成组生产线,以改进加工技术,缩短加工时间,并为在新的生产管理系统中采用电子数据处理系统创造条件。第二阶段的任务着重在设计部门推广和应用成组工艺。通过有效地利用现有图纸及标准化以减少图纸数量及设计工时。依靠反复使用质量稳定而有效的零件图纸,保证产品质量,扩大加工批量,从而降低成本,缩短生产周期,并为采用成组夹具、专用机床以及数控机床等高效率的设备创造条件。英国赫伯特(Herbert) 公司的埃奇维克 (Edgwick)和马肯当一莱恩(Mackadown Lane)工厂也成功地应用了成组工艺。现在埃奇维克厂有26个成组加工工段。在马肯当一莱恩厂有18个成组加工工段。这些工段所加工的零件相当于赫伯特公司制造的机床零件的90%以上。其余零件则在非成组加工线上加工。该公司采用成组工艺后,使新产品的生产周期由原来的1218个月减为平均6个月;其次是减少库存和再制品数量。据该公司介绍,采用成组工艺后,生产效率可提高60%。另外该公司还特别从成组加工的观点出发,发展了小批、中批及大批生产用的自动化车床8。随着生产的不断发展,进一步提高劳动生产率,今后成组工艺的采用将会更加广泛。3 成组夹具设计的发展趋势成组夹具由于能够利用加工零件工艺上的相似性,并且适应工件特征在一定范围内的变化而得到推广和应用,如何提高成组夹具设计效率成为需要重点解决的问题之一9。组合夹具与成组夹具都适用于中小批生产和新产品试制,任何事物都不是十全十美的,组合夹具可多次重复使用,缩短生产准备周期,但制造成本高,组装后笨重复杂,刚性差,积累误差大,而成组夹具可克服组合夹具的不足,组装调整时间短,生产和技术管理较方便。采用成组夹具是企业全面实行成组技术的需要,是实现成组加工的重要手段和工具,而成组加工是实施成组技术的重要领域和必要的环节10。夹具设计正朝着多功能、模块化、高精度、高刚性、高强度、通用化、快速化和自动化的方向发展11。4 设计成组夹具应注意的几个问题 (1)成组夹具在设计上比可调整夹具更具有针对性。成组夹具的设计对象必须是一组形状相似、工序内容相似、定位夹紧方式相似的零件,只有这样成组夹具才能取得良好的技术经济效果。所以成组夹具的设计更依赖于零件的分类方法12。 (2)将同类零件集中起来进行全面分析,然后合理分组,按组分别设计是成组夹具设计的重要方法。它不但有利于提高夹具的“ 三化” 程度,而且使所设计的成组夹具对现有产品有一定的适应性和通用性,并对新产品的发展具有良好的继承性13。 (3)成组夹具设计的出发点是实现合理化控制,所谓合理化是指一套成组夹具不但可以加工多种零件,而且一种零件加工完毕要更换同组中另一个零件时,“机床一夹具一刀具” 系统只要作稍微调整即可14。5 结束语随着我国国民经济整体水平的不断进步和制造业发展速度的不断加快,成组夹具技术在机械加工中的运用取得了良好的实践效果。不但实现了传统机械加工的便利性,提高了生产效率,而且成组夹具技术在发展的过程中与工艺过程设计、计算机辅助制造等多种现代信息技术的融合运用,逐渐形成了一门较为独立的生产技术科学,推动了我国机械制造业的不断进步。因此工作人员在成组夹具技术的运用过程中应当对其进行合理的分析与研究,并在此基础上通过机械加工实践来促进我国成组夹具技术应用水平的持续提升15。目前,成组夹具在车床、铣床、钻床磨床上得到推广应用。开展成组夹具的设计和应用,对保证产品质量,缩短生产准备周期,节约成本,提高经济效益起到了积极作用,对我国工业发展将起到良好的推动作用16。参考文献1贾鹏程试论成组夹具技术在机械加工中的应用J科技创新与应用,2013(32):42王守忠,陈爱荣成组夹具技术在机械加工中的应用探析J商丘职业技术学院学报,2006(2):62643李定志,龚书强,王永国成组夹具技术在小批量铣加工生产中的应用J机床/附件/工装, 2001(1):43444孙进兴,蒋铭和应用成组夹具技术的经济性评价J现代生产管理技术,2001(2):25285隋聚艳夹具的发展及其趋势分析J现代商贸工业,2009,32(19):3233246李春杰,肖素梅成组技术的产生与发展J黑龙江史志,2006(4):10117大津一郎、茵矢圭司机床生产与成组工艺J机械技术,1991,19(3):34408伍实国外成组加工工艺发展概况J北京机床研究所,1994(6):42489祁捷成组夹具的设计与实践J机械设计与制造,2005 (6):313210赵学良,赵波试论我国成组夹具发展方向J太原机械学院,1989(5):222411黄剑波数控机床夹具的发展J电子机械工程,2011,27(5):333612李少帅,乔立红成组夹具参数化设计方法研究J成组技术与生产现代化,2010,27(3):182113姜大志,孙俊兰成组技术在产品快速设计系统中的应用J机械设计,2005 (8):575914Jing W,Wang W,Cai Y.Computer Aided Group Fixture DesignJ.CIRP Annals-Manufacturing.1988,37(1):145148.15路威探讨成组夹具技术在机械加工中的运用J科技资讯,2014(6):838516赵宁成组夹具的应用与经济效益分析J中国科技博览,2012(27):501502 41.外文翻译机械加工零件的工艺及夹具设计摘 要:本文对机械加工零件的结构和工艺进行了分析,确定了机械加工工艺路线,夹具在机械加工中所占的地位和重要性,以及夹具设计。随着科学的日益发展进步和国家产业政策的调整,工程机械行业已成为没有政策壁垒的完全竞争行业关键词:技术背景/发展趋势/工序/定位方案1 机械加工历史背景及其意义机械制造业是一个古老而永远充满生命力的行业。随着现代工业的发展,对机械产品的要求越来越高,机械制造工艺也在日新月异地发展。自新中国成立以来,我国的制造技术与制造业得到了长足发展,一个具有相当规模和一定技术基础的机械工业体系基本形成。改革开放二十多年来,我国制造业充分利用国内国外两方面的技术资源,有计划地推进企业的技术改造,引导企业走依靠科技进步的道路,使制造技术、产品质量和水平及经济效益发生了显著变化,为推动国民经济的发展做出了很大的贡献。尽管我国制造业的综合技术水平有了大幅度提高,但与工业发达国家相比,仍存在阶段性差距。进入二十一世纪,我国发展经济的主导产业仍然是制造业,特别是在我国加入世贸组织后,世界的制造中心就从发达国家迁移到了亚洲,我国有廉价的劳动力和广大的消费市场,因此,我国工业要想发展,就需要有相应的技术和设备来支持。机械工业是国民经济的装备工业;是科学技术物化的基础;是高新技术产业化的载体;是国防建设的基础;是实现经济快速增长的重要支柱;也是为提高人民生活质量、提供消费类机电产品的供应工业。它对国民经济运行的质量和效益、产业结构的调整和优化具有极其重要的作用。2 机械行业的现状及发展趋势随着社会的发展,各种机械逐渐运用到各个行业中,不管是在农用、军用、工用等方面,离开了机械的操作就谈不上效率,因此,从某中角度上来说,一个国家的经济实力、社会地位,和机械行业的发展是密不可分的。各工业化国家经济发展的历程表明,没有强大的装备制造业,就不可能实现国民经济的工业化、现代化和信息化3。目前装备制造业发展滞后是制约我国经济发展和产业升级的重要因素,加大结构调整力度,推进机械工业持续、健康、稳定发展,对于转变经济增长方式,提高国民经济整体素质,增强我国经济的国际竞争力,保障国防安全等都具有重要而深远的意义。3 机械加工工艺规程制订3.1 机械加工工艺过程的定义机械加工工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状,尺寸,相对位置和性质等,使其成为成品或半成品的全过程。机械加工工艺过程直接决定零件及产品的质量和性能,对产品的成本、生产周期都有较大的影响,是整个工艺过程的重要组成部分。3.2 机械加工工艺过程的组成组成机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序又是由安装、工位、工步及走刀组成的。 工序是指一个或一组工人,在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工序是制定劳动定额、配备工人及机床设备、安排作业计划和进行质量检验的基本单元。 安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工序。 当应用转位(或移位)加工的机床(或夹具)进行加工时,在一次装夹中,工件(或刀具)相对于机床要经过几个位置依次进行加工,在每一个工作位置上所完成的那一部分工序,称为工位。采用多工位加工可以减少装夹的次数,减少装夹误差,提高生产率。 工步是加工表面在切削刀具和切削用量(仅指主轴转速和进给量)都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。 在一个工步中,如果要切掉的金属层很厚,可分几次切削,每切削一次就称为一次走刀。3.3 机械加工工艺规程的定义规定产品或零部件制造过程和操作方法等的工艺文件,称为工艺规程,它是企业生产中的指导性技术文件。3.4 机械加工工艺规程的作用及内容机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。根据它来组织原材料和毛坯的供应,进行机床调整,专用工艺装备的设计与制造,编制生产作业计划,调配劳动力,以及进行生产成本核算等。机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。有了它就可以制定生产产品的进度计划和相应的调度计划,并能做到各工序科学地衔接,使生产均衡、顺利,实现优质、高产和低消耗。机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片,是两个主要的工艺文件。机械加工工艺过程卡片,是说明零件加工工艺过程的工艺文件。在单件、小批量生产中,以机械加工工艺过程卡片指导生产,过程卡的各个项目编制较为详细。机械加工工序卡片是为每个工序详细制定的,用于直接指导工人进行生产,多用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。3.5 制订机械加工工艺规程的原则及步骤在一定的生产条件下,以最少的劳动消耗和最低的费用,按计划加工出符合图纸要求的零件,是制订机械加工工艺规程的基本原则。制订机械加工工艺规程的步骤如下:根据零件的生产纲领决定生产类型;分析零件加工的工艺性;选择毛坯的种类和制造方法;拟订工艺过程;工序设计;编制工艺文件。4 夹具设计4.1 夹具设计的意义在机械行业中,如何去保证工件的高精度、加工的成本等实质性问题,一直是从事于机械行业人员研究的问题,其中在设计夹具的时候就要考虑以上问题,高效的夹具是工件高精度的保证,如何让夹具更高效、更经济,这是行业人急需要解决的。随着社会的发展,科技的不断提高,各种高科技技术逐渐渗透到各个行业,如何利用这些高科技为人类服务,如何充分利用这些高科技在机械行业中,这还需要机械行业人员不断的努力,开拓创新。随着科学技术的发展,和社会市场需要,夹具的设计在逐步的超向柔性制造系统方向发展。迄今为止,夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已高度标准化,用户只需要按品种、规格选用采购。而模具和夹具则和产品息息相关,产品一有变化就需重新制作,通常是属于专用性质的工具,模具已发展成为独立的行业;夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。 组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想,又符合节约资源的原则,更适合绿色制造的环境保护原理。所以是今后夹具技术的一个重要发展方向单位 。机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具,如车床上的卡盘,铣床上的回转工作台,分度头,顶尖座等。它们都一标准化了,具有一定的通用性,可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。但是,在实际生产中,通用夹具常常不能够满足各种零件加工的需要;或者因为生产率低而必须把通用夹具进行适当的改进;或者由于工件的形状,加工的要求等的不同须专门设计制造一种专用夹具,以解决生产实际的需要。用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的,其功用主要有下列几个方面:1.保证工件被加工表面主要包括加工工件所需要的机动时间和装卸工件等所需要的辅助时间两部分。2.采用专用夹具后,安装工件和转换工位的工作都可以大为简化,不再需要画线和找正,缩短了工序的辅助时间并且节省了画线这个工序,从而提高了劳动生产率.在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具,使同时加工的几个工件的机动时间将与加工一个工件的机动时间相同。采用回转式多工位连续加工夹具,可以在进行切削加工某个工件的同时,进行其它工件的装卸工作,从而使辅助时间与机动时间相重合。总之,随着专用夹具的采用和进一步改善,可以有效地缩短工序时间,满足生产不断发展的需要。3.采用专用夹具还能扩大机床的工艺范围。例如在普通车床上附加镗模夹具后,便可以代替镗床工作;装上专用夹具后可以车削成型表面等,以充分发挥通用机床的作用。4.减轻劳动强度,保障安全生产。根据生产需要,采用一些气动,液压或其它机械化,自动化程度较高的专用夹具,对于减轻工人的劳动强度,保障生产安全和产品的稳质高产都有很大作用。加工大型工件时,例如加工车床床身上,下两面上的螺孔,需要把床身工件翻转几次进行加工,劳动强度大而且不安全。采用电动回转式钻床家具后,就能够达到提高生产效率,减轻劳动强度,保障生产安全的目的。4.2 夹具的发展趋势工业设计是人类社会发展和科学技术进步的产物,从英国莫里斯的“工艺美术运动”,到德国的包豪斯设计革命以及美国的广泛传播与推广,工业设计经过了酝酿,探索,形成,发展百余年的历史沧桑。时至今日,工业设计已成为一门独立的专业学科,并且有一套完整的研究体系。1980年国际工业设计协会理事会(ICSID)给工业作了明确定义:“就批量生产的工业产品而言,凭借训练,技术知识,经验及视觉感受,而预示材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工,装饰以新的品质和规格,叫做工业设计。根据当时的具体情况,工业设计师应在上述工业产品全部侧面或其中几个方面进行工作,而且需要工业设计师对包装、宣传、展示,市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时,这也属于工业设计的范畴”。材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础,一方面,技术制约着设计;另一方面,技术也推动着设计。从设计美学的观点看,技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用,只要善于应用材料的特性,予以相应的结构形式和适当的加工工艺,就能够创造出实用,美观,经济的产品,即在产品中发挥技术潜在的“功能”。 任何设计都是时代的产物,它的不同的面貌,不同的特征反映着不同历史时期的科学技术水平。技术是产品形态发展的先导,新材料,新工艺的出现,必然给产品带来新的结构,新的形态和新的造型风格。材料,加工工艺,结构,产品形象有机地联系在一起的,某个环节的变革,便会引起整个机体的变化。现在,机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展也突飞猛进。机械加工工艺以各个工厂的具体情况不同,其加工的规程也有很大的不同。突破已往的死模式。使其随着情况的不同具有更加合理的工艺过程。也使产品的质量大大提高。制定加工工艺虽可按情况合理制定,但也要满足其基本要求:在保证产品质量的前提下,尽可能提高劳动生产率和降低加工成本。并在充分利用本工厂现有生产条件的基础上,尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验。还应保证操作者良好的劳动条件。但我国现阶段还是主要依赖工艺人员的经验来编制工艺,多半不规定工步和切削用量,工时定额也凭经验来确定,十分粗略,缺乏科学依据,难以进行合理的经济核算国际生产研究协会的统计表明,目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代,以适应市场的需求与竞争。然而,一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具,一般在具有中等生产能力的工厂里,约拥有数千甚至近万套专用夹具;另一方面,在多品种生产的企业中,每隔34年就要更新5080左右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用,对机床夹具提出了如下新的要求:1)能迅速而方便地装备新产品的投产,以缩短生产准备周期,降低生产成本;2)能装夹一组具有相似性特征的工件;3)能适用于精密加工的高精度机床夹具;4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具;5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率;6)提高机床夹具的标准化程度。现代机床夹具的发展趋势主要表现为标准化、高效化、精密化和柔性化等四个方面。利用更好的夹具,可以提高劳动生产率,提高加工精度,减少废品,可以扩大机床的工艺范围,改善操作的劳动条件。因此,夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备。一个好的夹具是加工出合格产品的首要条件,为了让夹具有更好的发展,夹具行业应加强产、学、研协作的力度,加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐,创建夹具专业技术网站,充分利用现代信息和网络技术,与时俱进地创新和发展夹具技术。主动与国外夹具厂商联系,争取合资与合作,引进技术,这是改造和发展我国夹具行业较为行之有效的途径。参考文献1:裘愉,组合机床,北京:机械工业出版社,1995.2:金振华.组合机床及其调整与使用.北京:机械工业出版社,1990.3:沈延山.生产实习与组合机床设计.大连:大连理工大学出版社,1989.4:上海市大专院校机械制造工艺学协作组编著.机械制造工艺学.福建科学技术出版社,1996.5:王华坤,范元勋.机械设计基础.北京:兵器工业出版社,2000.6:冯辛安.机械制造装备设计.北京:机械工业出版社,1998.7:陈日曜.机械原理.北京:机械工业出版社,1992.8:方子良.机械制造技术基础.上海:上海交通大学出版社,2004.9:刘秋生,李忠文.液压传动与控制.北京:宇航出版社,1994.10:陈于萍,周兆元.互换性与测量技术基础.北京:机械工业出版社,2005.11:东北重型机械学院等.机床夹具设计手册.上海:上海科技技术出版社,1979.12:机械设计手册联合编写组.机械设计手册.北京:机械工业出版社,1987.13:王先逵.机械制造工艺学(上下册).北京:清华大学出版社,1989.14:崇凯.机械制造技术基础课程设计指南. 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