夹具体的加工工艺夹具设计（全套含CAD图纸）
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50附录二中文翻译通过夹具布局设计和夹紧力的优化控制变形摘要工件变形必须控制在数值控制机械加工过程之中。夹具布局和夹紧力是影响加工变形程度和分布的两个主要方面。在本文提出了一种多目标模型的建立，以减低变形的程度和增加均匀变形分布。有限元方法应用于分析变形。遗传算法发展是为了解决优化模型。最后举了一个例子说明，一个令人满意的结果被求得，这是远优于经验之一的。多目标模型可以减少加工变形有效地改善分布状况。关键词夹具布局；夹紧力；遗传算法；有限元方法1引言夹具设计在制造工程中是一项重要的程序。这对于加工精度是至关重要。一个工件应约束在一个带有夹具元件，如定位元件，夹紧装置，以及支撑元件的夹具中加工。定位的位置和夹具的支力，应该从战略的设计，并且适当的夹紧力应适用。该夹具元件可以放在工件表面的任何可选位置。夹紧力必须大到足以进行工件加工。通常情况下，它在很大程度上取决于设计师的经验，选择该夹具元件的方案，并确定夹紧力。因此，不能保证由此产生的解决方案是某一特定的工件的最优或接近最优的方案。因此，夹具布局和夹紧力优化成为夹具设计方案的两个主要方面。定位和夹紧装置和夹紧力的值都应适当的选择和计算，使由于夹紧力和切削力产生的工件变形尽量减少和非正式化。夹具设计的目的是要找到夹具元件关于工件和最优的夹紧力的一个最优布局或方案。在这篇论文里，多目标优化方法是代表了夹具布局设计和夹紧力的优化的方法。这个观点是具有两面性的。一，是尽量减少加工表面最大的弹性变形；另一个是尽量均匀变形。ANSYS软件包是用来计算工件由于夹紧力和切削力下产生的变形。遗传算法是MATLAB的发达且直接的搜索工具箱，并且被应用于解决优化问题。最后还给出了一个案例的研究，以阐述对所提算法的应用。512文献回顾随着优化方法在工业中的广泛运用，近几年夹具设计优化已获得了更多的利益。夹具设计优化包括夹具布局优化和夹紧力优化。KING和HUTTER提出了一种使用刚体模型的夹具工件系统来优化夹具布局设计的方法。DEMETER也用了一个刚性体模型，为最优夹具布局和最低的夹紧力进行分析和综合。他提出了基于支持布局优化的程序与计算质量的有限元计算法。李和MELKOTE用了一个非线性编程方法和一个联络弹性模型解决布局优化问题。两年后，他们提交了一份确定关于多钳夹具受到准静态加工力的夹紧力优化的方法。他们还提出了一关于夹具布置和夹紧力的最优的合成方法，认为工件在加工过程中处于动态。相结合的夹具布局和夹紧力优化程序被提出，其他研究人员用有限元法进行夹具设计与分析。蔡等对MENASSA和DEVRIES包括合成的夹具布局的金属板材大会的理论进行了拓展。秦等人建立了一个与夹具和工件之间弹性接触的模型作为参考物来优化夹紧力与，以尽量减少工件的位置误差。DENG和MELKOTE提交了一份基于模型的框架以确定所需的最低限度夹紧力，保证了被夹紧工件在加工的动态稳定。大部分的上述研究使用的是非线性规划方法，很少有全面的或近全面的最优解决办法。所有的夹具布局优化程序必须从一个可行布局开始。此外，还得到了对这些模型都非常敏感的初步可行夹具布局的解决方案。夹具优化设计的问题是非线性的，因为目标的功能和设计变量之间没有直接分析的关系。例如加工表面误差和夹具的参数之间（定位、夹具和夹紧力）。以前的研究表明，遗传算法（GA）在解决这类优化问题中是一种有用的技术。吴和陈用遗传算法确定最稳定的静态夹具布局。石川和青山应用遗传算法确定最佳夹紧条件弹性工件。VALLAPUZHA在基于优化夹具布局的遗传算法中使用空间坐标编码。他们还提出了针对主要竞争夹具优化方法相对有效性的广泛调查的方法和结果。这表明连续遗传算法取得最优质的解决方案。KRISHNAKUMAR和MELKOTE发展了一个夹具布局优化技术，用遗传算法找到夹具布局，尽量减少由于在整个刀具路径的夹紧和切削力造成的加工表面的变形。定位器和夹具位置被节点号码所指定。KRISHNAKUMAR等人还提出了一种迭代算法，尽量减少工件在整个切削过程之中由不同的夹具布局和夹紧力造成的弹性变形。LAI等人建成了一个分析模型，认为定位和夹紧装置为同一夹具布局的要素灵活的一部分。HAMEDI讨论了混合学习系统用来非线性有限元分析与支持相结合的52人工神经网络（ANN）和GA。人工神经网络被用来计算工件的最大弹性变形，遗传算法被用来确定最佳锁模力。KUMAR建议将迭代算法和人工神经网络结合起来发展夹具设计系统。KAYA用迭代算法和有限元分析，在二维工件中找到最佳定位和夹紧位置，并且把碎片的效果考虑进去。周等人。提出了基于遗传算法的方法，认为优化夹具布局和夹紧力的同时，一些研究没有考虑为整个刀具路径优化布局。一些研究使用节点数目作为设计参数。一些研究解决夹具布局或夹紧力优化方法，但不能两者都同时进行。有几项研究摩擦和碎片考虑进去了。碎片的移动和摩擦接触的影响对于实现更为现实和准确的工件夹具布局校核分析来说是不可忽视的。因此将碎片的去除效果和摩擦考虑在内以实现更好的加工精度是必须的。在这篇论文中，将摩擦和碎片移除考虑在内，以达到加工表面在夹紧和切削力下最低程度的变形。一多目标优化模型被建立了。一个优化的过程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夹具夹紧力。最后，结果多目标优化模型对低刚度工件而言是比较单一的目标优化方法、经验和方法。3多目标优化模型夹具设计一个可行的夹具布局必须满足三限制。首先，定位和夹紧装置不能将拉伸势力应用到工件；第二，库仑摩擦约束必须施加在所有夹具工件的接触点。夹具元件工件接触点的位置必须在候选位置。为一个问题涉及夹具元件工件接触和加工负荷步骤，优化问题可以在数学上仿照如下53这里的表示加工区域在加工当中J次步骤的最高弹性变形。J其中是的平均值；J是正常力在I次的接触点；NIF是静态摩擦系数；FHI是切向力在I次的接触点；POSI是I次的接触点；是可选区域的I次接触点；IV整体过程如图1所示，一要设计一套可行的夹具布局和优化的夹紧力。最大切削力在切削模型和切削力发送到有限元分析模型中被计算出来。优化程序造成一些夹具布局和夹紧力，同时也是被发送到有限元模型中。在有限元分析座内，加工变形下，切削力和夹紧力的计算方法采用有限元方法。根据某夹具布局和变形，然后发送给优化程序，以搜索为一优化夹具方案。图1夹具布局和夹紧力优化过程4夹具布局设计和夹紧力的优化41遗传算法遗传算法（GA）是基于生物再生产过程的强劲，随机和启发式的优化方法。基本思路背后的遗传算法是模拟“生存的优胜劣汰“的现象。每一个人口中的候选个体指派一个健身的价值，通过一个功能的调整，以适应特定的问题。遗传算法，然后进行54复制，交叉和变异过程消除不适宜的个人和人口的演进给下一代。人口足够数目的演变基于这些经营者引起全球健身人口的增加和优胜个体代表全最好的方法。遗传算法程序在优化夹具设计时需夹具布局和夹紧力作为设计变量，以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色体的自然演变，以及字符串，它和遗传算法寻找最优，是映射到最优的夹具设计计划。在这项研究里，遗传算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被运用的。收敛性遗传算法是被人口大小、交叉的概率和概率突变所控制的。只有当在一个人口中功能最薄弱功能的最优值没有变化时，NCHG达到一个预先定义的价值NCMAX，或有多少几代氮，到达演化的指定数量上限NMAX，没有遗传算法停止。有五个主要因素，遗传算法，编码，健身功能，遗传算子，控制参数和制约因素。在这篇论文中，这些因素都被选出如表1所列。表1遗传算法参数的选择由于遗传算法可能产生夹具设计字符串，当受到加工负荷时不完全限制夹具。这些解决方案被认为是不可行的，且被罚的方法是用来驱动遗传算法，以实现一个可行的解决办法。1夹具设计的计划被认为是不可行的或无约束，如果反应在定位是否定的。在换句话说，它不符合方程（2）和（3）的限制。罚的方法基本上包含指定计划的高目标函数值时不可行的。因此，驱动它在连续迭代算法中的可行区域。对于约束（4），当遗传算子产生新个体或此个体已经产生，检查它们是否符合条件是必要的。真正的候选区域是那些不包括无效的区域。在为了简化检查，多边形是用来代表候选区域和无效区域的。多边形的顶点是用于检查。“INPOLYGON”在MATLAB的功能可被用来帮助检查。42有限元分析ANSYS软件包是用于在这方面的研究有限元分析计算。有限元模型是一个考虑摩擦效应的半弹性接触模型，如果材料是假定线弹性。如图2所示，每个位置或支持，55是代表三个正交弹簧提供的制约。图2考虑到摩擦的半弹性接触模型在X，Y和Z方向和每个夹具类似，但定位夹紧力在正常的方向。弹力在自然的方向即所谓自然弹力，其余两个弹力即为所谓的切向弹力。接触弹簧刚度可以根据向赫兹接触理论计算如下随着夹紧力和夹具布局的变化，接触刚度也不同，一个合理的线性逼近的接触刚度可以从适合上述方程的最小二乘法得到。连续插值，这是用来申请工件的有限元分析模型的边界条件。在图3中说明了夹具元件的位置，显示为黑色界线。每个元素的位置被其它四或六最接近的邻近节点所包围。图3连续插值这系列节点，如黑色正方形所示，是（37，38，31和30），（9，10，11，18，17号和16号）和（26，27，34，41，40和33）。这一系列弹簧单元，与这些每一个节点相关联。对任何一套节点，弹簧常数是这里，56KIJ是弹簧刚度在的J次节点周围I次夹具元件，DIJ是I次夹具元件和的J次节点周围之间的距离，KI是弹簧刚度在一次夹具元件位置,I是周围的I次夹具元素周围的节点数量为每个加工负荷的一步，适当的边界条件将适用于工件的有限元模型。在这个工作里，正常的弹簧约束在这三个方向（X，Y，Z）的和在切方向切向弹簧约束，（X，Y）。夹紧力是适用于正常方向（Z）的夹紧点。整个刀具路径是模拟为每个夹具设计计划所产生的遗传算法应用的高峰期的X，Y，Z切削力顺序到元曲面，其中刀具通行证。在这工作中，从刀具路径中欧盟和去除碎片已经被考虑进去。在机床改变几何数值过程中，材料被去除，工件的结构刚度也改变。因此，这是需要考虑碎片移除的影响。有限元分析模型，分析与重点的工具运动和碎片移除使用的元素死亡技术。在为了计算健身价值，对于给定夹具设计方案，位移存储为每个负载的一步。那么，最大位移是选定为夹具设计计划的健身价值。遗传算法的程序和ANSYS之间的互动实施如下。定位和夹具的位置以及夹紧力这些参数写入到一个文本文件。那个输入批处理文件ANSYS软件可以读取这些参数和计算加工表面的变形。因此，健身价值观，在遗传算法程序，也可以写到当前夹具设计计划的一个文本文件。当有大量的节点在一个有限元模型时，计算健身价值是很昂贵的。因此，有必要加快计算遗传算法程序。作为这一代的推移，染色体在人口中取得类似情况。在这项工作中，计算健身价值和染色体存放在一个SQLSERVER数据库。遗传算法的程序，如果目前的染色体的健身价值已计算之前，先检查；如果不，夹具设计计划发送到ANSYS，否则健身价值观是直接从数据库中取出。啮合的工件有限元模型，在每一个计算时间保持不变。每计算模型间的差异是边界条件，因此，网状工件的有限元模型可以用来反复“恢复”ANSYS命令。5案例研究一个关于低刚度工件的铣削夹具设计优化问题是被显示在前面的论文中，并在以下各节加以表述。5751工件的几何形状和性能工件的几何形状和特点显示在图4中，空心工件的材料是铝390与泊松比03和71GPA的杨氏模量。外廓尺寸1524MM127MM762MM该工件顶端内壁的三分之一是经铣削及其刀具轨迹，如图4所示。夹具元件中应用到的材料泊松比03和杨氏模量的220的合金钢。图4空心工件52模拟和加工的运作举例将工件进行周边铣削，加工参数在表2中给出。基于这些参数，切削力的最高值被作为工件内壁受到的表面载荷而被计算和应用，当工件处于33094N（切）、39811N（下径向）和2284N（下轴）的切削位置时。整个刀具路径被26个工步所分开，切削力的方向被刀具位置所确定表2加工参数和条件。5853夹具设计方案夹具在加工过程中夹紧工件的规划如图5所示。图5定位和夹紧装置的可选区域一般来说，321定位原则是夹具设计中常用的。夹具底板限制三个自由度，在侧边控制两个自由度。这里，在Y0MM截面上使用了4个定点（L1，L2，L3和14），以定位工件并限制2自由度；并且在Y127MM的相反面上，两个压板（C1,C2）夹紧工件。在正交面上，需要一个定位元件限制其余的一个自由度，这在优化模型中是被忽略的。在表3中给出了定位加紧点的坐标范围。表3设计变量的约束由于没有一个简单的一体化程序确定夹紧力，夹紧力很大部分（66732N）在初始阶段被假设为每一个夹板上作用的力。且从符合例5的最小二乘法，分别由443107N/M和547107N/M得到了正常切向刚度。54遗传控制参数和惩罚函数在这个例子中，用到了下列参数值PS30,PC085,PM001,NMAX100和NCMAX20关于F1和的惩罚函数是59这里FV可以被F1或代表。当NCHG达到6时，交叉和变异的概率将分别改变成06和0155优化结果连续优化的收敛过程如图6所示。且收敛过程的相应功能（1）和（2）如图7、图8所示。优化设计方案在表4中给出。图6夹具布局和夹紧力优化程序的收敛性遗传算法图7第一个函数值的收敛图8第二个函数值的收敛性表4多目标优化模型的结果表5各种夹具设计方案结果进行比较，6056结果的比较从单一目标优化和经验设计中得到的夹具设计的设计变量和目标函数值，如表5所示。单一目标优化的结果，在论文中引做比较。在例子中，与经验设计相比较，单一目标优化方法有其优势。最高变形减少了575，均匀变形增强了604。最高夹紧力的值也减少了494。从多目标优化方法和单目标优化方法的比较中可以得出什么呢最大变形减少了502，均匀变形量增加了529，最高夹紧力的值减少了696。加工表面沿刀具轨迹的变形分布如图9所示。很明显，在三种方法中，多目标优化方法产生的变形分布最均匀。与结果比较，我们确信运用最佳定位点分布和最优夹紧力来减少工件的变形。图10示出了一实例夹具的装配。图9沿刀具轨迹的变形分布61图10夹具配置实例6结论本文介绍了基于GA和有限元的夹具布局设计和夹紧力的优化程序设计。优化程序是多目标的最大限度地减少加工表面的最高变形和最大限度地均匀变形。ANSYS软件包已经被用于健身价值的有限元计算。对于夹具设计优化的问题，GA和有限元分析的结合被证明是一种很有用的方法。在这项研究中，摩擦的影响和碎片移动都被考虑到了。为了减少计算的时间，建立了一个染色体的健身数值的数据库，且网状工件的有限元模型是优化过程中多次使用的。传统的夹具设计方法是单一目标优化方法或经验。此研究结果表明，多目标优化方法比起其他两种方法更有效地减少变形和均匀变形。这对于在数控加工中控制加工变形是很有意义的。参考文献1、KINGLS，HUTTER（1993年）自动化装配线上棱柱工件最佳装夹定位生成的理论方法。DEMETEREC1995优化机床夹具表现的MINMAX负荷模型。2、DEMETEREC1998快速支持布局优化。LIB,MELKOTESN1999通过夹具布局优化改善工件的定位精度。3、LIB,MELKOTESN2001夹具夹紧力的优化和其对工件的定位精度的影响。4、LIB,MELKOTESN1999通过夹具布局优化改善工件的定位精度。5、LIB,MELKOTESN2001夹具夹紧力的优化和其对工件定位精度的影响。6、LIB,MELKOTESN2001最优夹具设计计算工件动态的影响。7、LEEJD,HAYNESLS1987灵活装夹系统的有限元分析。8、MENASSARJ,DEVRIESWR1991运用优化方法在夹具设计中选择支位。9、CAIW,HUSJ,YUANJX1996变形金属板材的装夹的原则、算法和模拟。10、QINGH,ZHANGWH,ZHOUXL2005夹具装夹方案的建模和优化设计。11、DENGHY,MELKOTESN2006动态稳定装夹中夹紧力最小值的确定。6212、WUNH,CHANKC1996基于遗传算法的夹具优化配置方法。13、ISHIKAWAY,AOYAMAT1996借助遗传算法对装夹条件的优化。14、VALLAPUZHAS,DEMETEREC,CHOUDHURIS,ETAL2002一项关于空间坐标对基于遗传算法的夹具优化问题的作用的调查。15、VALLAPUZHAS,DEMETEREC,CHOUDHURIS,ETAL2002夹具布局优化方法成效的调查。16、KULANKARAK,MELKOTESN2000利用遗传算法优化加工夹具的布局。17、KULANKARAK,SATYANARAYANAS,MELKOTESN2002利用遗传算法优化夹紧布局和夹紧力。18、LAIXM,LUOLJ,LINZQ2004基于遗传算法的柔性装配夹具布局的建模与优化。19、HAMEDIM2005通过一种人工神经网络和遗传算法混合的系统设计智能夹具。20、KUMARAS,SUBRAMANIAMV,SEOWKC2001采用遗传算法固定装置的概念设计。21、KAYAN2006利用遗传算法优化加工夹具的定位和夹紧点。22、ZHOUXL,ZHANGWH,QINGH2005遗传算法用于优化夹具布局和夹紧力。23、KAYAN,ZTRKF2003碎片位移和摩擦接触的运用对工件夹具布局的校核。产品型号零件图号机械加工工艺过程卡片产品名称夹具零件名称夹具体共页第页材料牌号HT200毛坯种类铸造毛坯外形尺寸1125X55X45每毛坯件数每台件数备注工时/MIN工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备准终单件1铸铸造出毛坯1125X55X452热处理毛坯退火处理3铣粗铣夹具体下端平面金工X52K硬质合金端铣刀,游标卡尺4铣粗铣夹具体上端平面金工X52K硬质合金端铣刀,游标卡尺5铣精铣夹具体下端平面金工X52K硬质合金端铣刀,游标卡尺6铣精铣夹具体上端平面金工X52K硬质合金端铣刀,游标卡尺7铣铣夹具体槽位金工X52K硬质合金端铣刀，游标卡尺8钻钻4孔金工Z525麻花钻，扩孔刀，铰刀，游标卡尺9钻钻3孔金工Z525麻花钻，游标卡尺10终检入库设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期摘要零件的加工工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，零件工艺编制得合不合理，这直接关系到零件最终能否达到质量要求；夹具的设计也是不可缺少的一部分，它关系到能否提高其加工效率的问题。因此这两者在机械加工行业中是至关重要的环节。在机床上对零件进行机械加工时，为保证工件加工精度，首先要保证工件在机床上占有正确的位置，然后通过夹紧机构使工件在正确位置上固定不动，这一任务就是由机床夹具完成。对于单件、小批量生产，应尽量使用通用夹具，这样可以降低工件的生产成本。但是由于通用夹具适用各种工件的装夹，所以夹紧时往往比较费时间，并且操作复杂，生产效率低，也难以保证加工精度，为此需设计专用夹具。关键词工艺设计、基准选择、切削用量、定位误差ABSTRCTISTHECOMPONENTSCRAFTESTABLISHMENT,HOLDSTHEVERYIMPORTANTSTATUSINTHEMACHINEFINISHING,THECOMPONENTSCRAFTESTABLISHESREASONABLE,WHETHERDOTHISDIRECTRELATIONCOMPONENTSACHIEVETHEQUALITYREQUIREMENTFINALLYJIGSDESIGNISALSOANESSENTIALPART,WHETHERDOESITRELATERAISESITSPROCESSINGEFFICIENCYTHEQUESTIONTHEREFORETHISBOTHINTHEMACHINEFINISHINGPROFESSIONARETHEIMPORTANTLINKSWHENTHEENGINEBEDCARRIESONTHEMACHINEFINISHINGTOTHECOMPONENTS,ISGUARANTEEDTHATTHEWORKPIECEWORKINGACCURACY,FIRSTNEEDSTOGUARANTEETHEWORKPIECEHOLDSTHECORRECTPOSITIONONTHEENGINEBED,THENCAUSESTHEWORKPIECEINTHECORRECTPOSITIONTHROUGHTHECLAMPORGANIZATIONFIXEDMOTIONLESS,THISDUTYISCOMPLETESBYTHEENGINEBEDJIGREGARDINGTHESINGLEUNIT,THESMALLBATCHPRODUCTION,SHOULDUSETHEUNIVERSALJIGASFARASPOSSIBLE,LIKETHISMAYREDUCETHEWORKPIECETHEPRODUCTIONCOSTBUTBECAUSETHEUNIVERSALJIGISSUITABLEEACHKINDOFWORKPIECETHEATTIRETOCLAMP,THEREFORETIMECLAMPOFTENCOMPARESSPENDSTHETIME,ANDOPERATESCOMPLEX,THEPRODUCTIONEFFICIENCYISLOW,ALSOGUARANTEESTHEWORKINGACCURACYWITHDIFFICULTY,FORTHISREASONMUSTDESIGNTHEUNITCLAMPKEYWORDCRAFT,DATUM,CUTTINGSPECIFICATIONS,LOCALIZATIONDATUM,POSITIONERROR目录摘要1ABSTRCT2第1章绪论511机床夹具概述512机床夹具的作用及其分类613机床夹具的分类614机床夹具的组成7第2章零件的分析9第3章工艺规程的分析1031确定毛坯1032基准面的选择11321粗基准的选择11322精基准的选择1133机床与工艺装备的选用12331机床的选择12332工艺装备的选择1334工艺方案的制定和比较1335切削用量及工时的计算14第4章铣床夹具设计1841概论18411对计算机辅助夹具设计方法及趋势的认识18412计算机辅助夹具设计系统的发展背景18413研究计算机辅助夹具设计系统的重要意义19414节省时间，提高效益19415有利于CIMS各自动化子系统的集成20416有助于实现产品面向制造的设计20417计算机辅助夹具性能分析及仿真20418夹具CAD的研究现状2142夹具23421工件预加工内容23422定位方案24423夹紧方案24424对刀块的设计26425切削力和夹紧力计算26426误差分析计算27结论与展望29致谢30参考文献31第1章绪论11机床夹具概述在机床上加工工件时，为了保证工件在该工序所加工的表面能达到图纸上规定的尺寸及位置精度等技术要求，必须使得工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置（即工件的定位），并把工件压紧夹牢，以便在加工过程中，工件受到切削力、离心力的作用及冲击、振动等影响时，能保持这个确定了的位置稳定不变（即工件的夹紧）。在机床上对工件进行定位和夹紧，称做装夹。一切能使工件在机床上实现定位和夹紧的工艺装置，一般称为机床夹具，简称夹具。机床夹具按专门化程度分通用夹具、专用夹具、可调整夹具、专门化拼装夹具和自用化生产用夹具。通用夹具是指已经标准化，且具有较大适用范围的夹具。它由专业厂生产供应，有的已作为机床附件与通用机床配套，这类夹具主要用于单件小批生产。专用夹具是根据零件工艺机械加工过程中的某一道工序而专门设计的夹具。由于不考虑通用性，故结构紧凑、操作方便。这类夹具可保证高的加工精度和生产率。但这类夹具的针对性很强，当交换产品或工艺时，一般都因无法使用而“报废”。可调整夹具，在当前多种小批量生产条件下，设计制造专用夹具的准备周期太长，且很不经济，但是，采用通用夹具又不能满足使用要求。采用可调整夹具则是改进工艺装备设计的一个发展方向。可调整夹具的特点是加工完一种工件后，可调整或者更换个别零件，即可加工形状相似、尺寸和加工工艺相近的多种工件。这类夹具又可分为通用可调和专用可调甲具两类。通用可调夹具加工对象不是很确定，适用范围较大；专用夹具常称成组夹具，一般配合成组技术，专门为成组加工某组零件而设计的，它是在专用夹具的基础上，通过更换和调整个别元件，来适应组内不同零件加工要求。加工对象明确，结构紧凑。专门化拼装夹具，这类夹具是针对某工件某工序加工要求，由事先制造好的通用性较强的标准元件和部件拼装而成，只要有足够种类和数量的标准元件和部件，就可拼装成各式各样的夹具。自动化生产用夹具，主要有自动线夹具和数控机床夹具，前者和一般专用夹具相似，后者除担负工件的安装任务外，还随工件一起从一个工位输送到下一个工位。一个多工位自动线上有许多相同的随行的夹具。夹具发展的趋势夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。12机床夹具的作用及其分类1机床夹具的作用夹具是机械加工中的一种工艺设备，它在机械加工中起着十分重要的作用，主要有以下的几个方面。1）便于工件的正确定位，以保证加工精度工件装夹在夹具上后，工件上各有关的几何元素（点、线、面）之间的相互位置精度在一定程度上就由夹具保证。当夹具在机床上正确定位及固定以后，工件在夹具中又得到正确定位并被夹紧，这样就保证了再加工过程中“同批”工件对刀具和机床保持确定的相对位置，使加工得以顺利进行。2）提高劳动生产效率和降低加工成本采用夹具以后，可以省去即十分费时又不很紧缺的划线、找正工序，减少了辅助时间。若采用联动夹具装置、快速夹紧装置，既能降低劳动强度，又能提高生产效率。例如采用气压、液压等传动装置，只需要几秒钟旧可以完成夹紧动作。3）改善工人的劳动条件采用夹具后，工件的装卸比不用夹具要方便、省力、安全。如果生产规模较大，还可以采用机械化传动装置和自动装卸工件的自动化夹具，以实现生产过程中的自动化，进一步提高劳动生产效率和改善工人的劳动条件。4）扩大机床工艺范围在单件小批量生产的条件下，工件的种类、规格多，而机床的数量、品种却有限。为了解决这种矛盾，可以设计制造专用的夹具，使机床“一机多用”。例如，可以采用专用的夹具，在车床上实现拉削。夹具在机械加工中的作用是重要的，但是在不同的生产规模和不同的生产条件下，夹具的功用也有所侧重，其结构的复杂程度也有很大的不同。例如，在单件小批生产条件下，宜于使用通用的可调夹具，若采用专用的夹具，其结构也应求简单。在大批量生产的条件下，夹具的作用则主要是在保证加工精度的前提下提高生产效率，因此夹具的结构更完善些是必要的。虽然此时夹具的制造费用大一些，但由于生产效率的提高，产品质量的稳定，技术经济效果还是好的。13机床夹具的分类夹具的分类方法比较多，一般可分为通用夹具和专用夹具。近年来为适应现代机械制造业的发展，还发展了通用可调夹具、成组夹具和组合夹具等类型。1）通用夹具通用夹具是指已经标准化的、在一定范围内可以用于加工不同工件的夹具。如三爪或四爪卡盘、机器虎钳、回转工作台、磁力工作台等。这些夹具已经作为机床的附件，由专门的工厂制造供应。2）专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而设计制造夹具。3）通用可调夹具和成组夹具着两种夹具的结构很相似，它们的共同点是在加工完多种工件。但通用可调夹具的加工对象并不是很明确，其通用范围较大，如滑柱钻模、带各种钳口的机器虎钳等即是这类夹具。而成组夹具则是专门为成组加工工艺中某一组零件而设计的，针对性强，加工对象和适用范围明确，结构更为紧凑。4）组合夹具组合夹具是指按照某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先准备好的通用的标准元件和部件组合而成的夹具。这种夹具用完之后可以拆卸存放，或重新组装成新的夹具。由于组合夹具是由各种标准元件、部件组装而成，故具有组装迅速、周期短、能反复使用等特点，所以在多品种、小批量生产或新产品试制中尤为适用。若按夹具所适用的机床来分类，可分为车床夹具，铣床夹具，钻床夹具，镗床夹具和其他机床夹具等类型。若按驱动夹具工作的力源来分类，还可以分为手动夹具，气动夹具，液压夹具，电磁和电动夹具等等。不顾一般多按夹具的使用特点和使用机床进行分类。14机床夹具的组成夹具的种类虽然很多，但是他们的工作原理基本上相同，一般有如下几个组成部分。定位元件是用来确定工件再夹具中的位置的元件，它包括元件或元件的组合。夹紧装置这种装置包括夹紧元件或其组合及动力源。其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因外力而破坏。确定夹具对机床相互位置的元件此类的元件是为了用来确定夹具对机床工作台、导轨或主轴的相互位置。对刀导引元件这类元件的共同作用是保证工件和刀具之间的正确加工位置。其他装置或元件这类装置或元件主要有为使工件在依次装夹中多次转位而加工不同位置上的表面所设置的分度装置，为了便于卸下工件而设置的顶出器；以及标准话了的连件元件等。（6）夹具体夹具体是夹具的基座和骨架。其他装置都安在夹具体上使之成为一个夹具的整体。当然上述的各组成部分，不是每个夹具都必须完全具备的。但一般来说，定位元件、夹紧装置、夹具体则是夹具的基本组成部分。第2章零件的分析以下是机械零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求（1）孔与孔轴线的同轴度。（2）另一孔要求的加工尺寸精度（3）面的平面度为003。（4）孔轴线与平面及孔面的平行度为002。（6）孔具有圆柱度要求均为0005其中圆跳动要求为001（7）孔重要面的粗糙度值均为32由上面分析可知，首先可以先加工面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。第3章工艺规程的分析31确定毛坯1根据零件用途确定毛坯类型。2根据批量（生产纲领）确定毛坯制造方法。3根据手册查定表面加工余量及余量公差。根据技术要求，零件材料为ZG310570，即铸造碳钢。如表21。按GB/T56131995规定，铸钢牌号用“铸”和“钢”两字汉语拼音首位字母“ZG”后加工两组数字表示。毛坯的制造方法根据毛坯的材料，生产类型，生产纲领及零件的复杂程度，毛坯可采用铸成型。零件并不复杂，因此毛坯可以与零件的形状尽量接近。两孔可不必锻出，直接加工。通过查加工余量表，得两端面的总加工余量为3MM，毛坯尺寸可以通过加工余量确定。ZG310570表示S310MPA，B570MPA的铸钢。铸造碳钢的碳质量分数一般为01506，其铸造性能比铸造铁差，但力学性能比铸造铁好。主要用于制造形状复杂，力学性能要求高，而在工艺又很锻压等方法成形的比较重要的机械零件，例如机车车辆的车销和联轴器等。铸造碳钢的牌号，化学成分，力学性能见表21。表21铸造碳钢热处理及机械性能主要化学成分W主要特性用途举例CSIMNPS不大于040050090004004有较好强度、塑性、焊接、性能尚好。轨刚机架模具、箱体、缸体此零件、曲轴等。正火或退火温度回火温度870890620680BN/MMSN/MMSKJ/CM570310152130选择毛坯铸的主要依据铸造形状复杂的毛坯，尺寸精度较高，尺寸偏差01MM02MM，表面粗糙度RA为125M，毛坯的钎维组织好，强度高，生产率较高大批量生产，适于铸造碳素钢，合金钢。铸件加工表面直线度，平面度公差。热处理为调质时，直线度和平面度公差的普通级为11MM，精密度为07MM。32基准面的选择321粗基准的选择选择粗基准的出发点是为后续的工序提供合理的定位精基准，保证各加工面的余量足够并分配合理，由于粗基准是对毛坯进行第一次几下加工的定位基准，因此与毛坯的形状关系很大，则确定粗基准时应按1用零件非加工面为粗基准，可保证零件的加工面与非加工面的相互位置关系，且能在一次安装中尽可能加工较多的表面。2用零件的重要表面为粗基准，优先保证了重要表面的余量和表面组织性能的一致。3应选则较大、形状简单、加工量大的表面为粗基准，使切削总量最少。4应选毛坯精度高，余量小的表面为粗基准，易保证各加工表面的余量足够，分配合理。5应选定位精度高，夹紧可靠的表面为粗基准。6粗基准原则上是在第一道工序中使用一次并尽量避免重复使用。按照粗基准的选择原则为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，据零件图所示，故应选择轴承座上表面为粗基准，以此加工轴承底面。322精基准的选择选择精基准的出发点是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度的实现，以及定位安装的准确方便。选择精基准应遵循以下原则基准重合原则确定精基准时，应尽量用设计基准作为定位基准，易消除基准不重合误差，提高零件的表面的位置精度和尺寸精度。1统一基准原则拟定工艺路线时，各个工序应尽可能用同一个定位基准来精加工各个表面，以保证各表面间的相互位置精度，并且还减少了夹具的数量和工件的装夹次数，降低了成本，提高了生产率。2互为基准原则可逐步提高两相关表面的位置精度。3自为基准原则可使加工余量均匀，保证加工面自身形状精度，而位置精度由前面的工序保证。同时，精基准选择时，一定要保证工件的夹、压稳定可靠，夹具结构简单及操作简便，由以上分析，考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，即以轴承座的下表面为精基准。33机床与工艺装备的选用机床与工艺装备是零件加工的物质基础，是加工质量和生产率的重要保证。机床与工艺装备包括机械加工过程中所需要的机床、夹具、量具、刀具等。机床和工艺装备的选择是制定工艺规程的一个重要环节，对零件加工的经济性也有重要影响。331机床的选择在工件的加工方法确定后，加工工件所需的机床就已基本确定，由于同一类型的机床中有多种规格，其性能也并不完全相同，所以加工范围和质量各不相同，只有合理地选择机床，才能加工出合理理想的产品。在对机床进行选择时，除对机床的基本性能有充分了解，还要考虑以下几点（1）机床的技术规格要与被加工的工件尺寸相适应；（2）机床的精度要与被加工的工件要求精度相匹配。机床的精度过低，不能加工出设计的质量；机床的精度过高，又不经济。对于由于机床的局限，理论上达不到应有加工精度的，可通过工艺改进的办法达到目的。（3）机床的生产率应与被加工工件的生产纲领相匹配；（4）机床的选用应与自身的经济实力相匹配。既要考虑机床的先进性和生产的发展需要，又要实事求是，减少投资。要立足于国内，就近取材。（5）机床的使用应与现有的生产条件相匹配。应充分利用现有机床，如果需要改造机床或设计专用机床，则应提出与加工参数和生产率有关的技术资料，确保零件加工质量的技术要求等。332工艺装备的选择（1）夹具的选择单件小批量生产应尽量选用通用夹具和机床自带的卡盘、虎钳和转台。大批量生产时，应采用高生产率的专用夹具，在推行计算机辅助制造、成组技术等新工业或为提高生产率时，应采用成组夹具、组合夹具。夹具的精度应与工件的加工精度相适应。（2）刀具的选择刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度、生产率和经济性。一般情况下，选用标准刀具，必要时可选用高生产率的复合刀具和其他一些专用刀具。（3）量具的选择量具的选择主要取决于生产类型和所检验的精度。在单件小批生产中应尽量选用通用量具；在大批大量生产中应选用各种规格和高生产率的专用检具。（4）辅具的选择工艺装备中也要注意辅具的选择，如吊装用的吊车、运输用的叉车和运输小车、各种机床附件、刀架、平台和刀库等，以便于生产的组织管理，提高工作效率。量具的选择选择通用的标准量具，如游标卡尺、千分尺等34工艺方案的制定和比较铸铸造出毛坯1125X55X45热处理毛坯退火处理铣粗铣夹具体下端平面铣粗铣夹具体上端平面铣精铣夹具体下端平面铣精铣夹具体上端平面铣铣夹具体槽位钻钻4孔钻钻3孔终检入库35切削用量及工时的计算1加工条件工件材料HT200,B016GPAHB200241。加工要求铸造出毛坯1125X55X45工序二热处理。工件材料HT200,B016GPAHB200241。加工要求退火处理（释放应力，增加材料延展性和韧性）。工序三粗铣夹具体下端平面。1加工条件工件材料HT200,B016GPAHB200241。加工要求粗铣夹具体下端平面机床X52K。刀具硬质合金端铣刀。根据切削用量简明手册（后简称切削手册）。选择刀具前角O18后角O10,主偏角KR60,副偏角KR82切削用量1）切削深度因为切削量较小，故可以选择AP11MM，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10KW。查切削手册F00808MM/Z。选较小量F07MM。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T180MIN计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得VF80M/MIN，N230R/MIN工序四粗铣夹具体上端平面。1加工条件工件材料HT200,B016GPAHB200241。加工要求粗铣夹具体上端平面机床X52K。刀具硬质合金端铣刀。根据切削用量简明手册（后简称切削手册）。选择刀具前角O18后角O10,主偏角KR60,副偏角KR82切削用量1）切削深度因为切削量较小，故可以选择AP11MM，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10KW。查切削手册F00808MM/Z。选较小量F07MM。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T180MIN计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得VF80M/MIN，N230R/MIN工序五精铣夹具体下端平面。1加工条件工件材料HT200,B016GPAHB200241。加工要求精铣夹具体下端平面机床X52K。刀具硬质合金端铣刀。根据切削用量简明手册（后简称切削手册）。选择刀具前角O18后角O10,主偏角KR60,副偏角KR82切削用量1）切削深度因为切削量较小，故可以选择AP02MM，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10KW。查切削手册F00808MM/Z。选较小量F02MM。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T180MIN计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得VF140M/MIN，N480R/MIN工序六精铣夹具体上端平面。1加工条件工件材料HT200,B016GPAHB200241。加工要求精铣夹具体上端平面机床X52K。刀具硬质合金端铣刀。根据切削用量简明手册（后简称切削手册）。选择刀具前角O18后角O10,主偏角KR60,副偏角KR82切削用量1）切削深度因为切削量较小，故可以选择AP02MM，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10KW。查切削手册F00808MM/Z。选较小量F02MM。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T180MIN计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得VF140M/MIN，N480R/MIN工序七铣夹具体槽位。1加工条件工件材料HT200,B016GPAHB200241。加工要求铣夹具体槽位机床X52K。刀具硬质合金端铣刀。根据切削用量简明手册（后简称切削手册）。选择刀具前角O18后角O10,主偏角KR60,副偏角KR82切削用量1）切削深度因为切削量较小，故可以选择AP03MM，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10KW。查切削手册F00808MM/Z。选较小量F03MM。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T180MIN计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得VF120M/MIN，N400R/MIN工序八钻4孔。1加工条件工件材料HT200,B016GPAHB200241。加工要求钻4孔机床Z525。刀具麻花钻2切削用量工步11）切削深度因为切削量较小，故可以选择AP11MM，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10KW。查切削手册F00808MM/Z。选较小量F07MM。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T180MIN计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得VF14M/MIN，N10R/MIN工序九钻3孔。1加工条件工件材料HT200,B016GPAHB200241。加工要求钻3孔机床Z525。刀具麻花钻2切削用量1）切削深度因为切削量较小，故可以选择AP11MM，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10KW。查切削手册F00808MM/Z。选较小量F07MM。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T180MIN计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得VF14M/MIN，N10R/MIN第4章铣床夹具设计41概论411对计算机辅助夹具设计方法及趋势的认识在这次设计中，查找了许多资料，在翻阅的过程中，也看到了不少关于夹具设计的一些先进的、前沿性的文章。以下简要谈谈对计算机辅助夹具设计的认识。412计算机辅助夹具设计系统的发展背景制造业中尤其是机械制造业，在产品生产过程中按照特定工艺，不论其生产规模如何，都需要种类繁多的工艺装备，而制造业产品的质量、生产率、成本以及柔性无不与工艺装备有关。随着制造业的全球化，竞争空前激烈，新产品上市的速度成为竞争的焦点。近年来，国内外许多制造企业己经在新产品开发工程中通过引入先进的科技手段如CAD,CAPP,CAM及生产计划管理系统等，来解决产品生产周期、质量和成本问题，并取得了一定的效果。但是，由于企业首先考虑解决新产品的设计和加工设备问题，而造成生产准备工作的重要部分，即工装的设计与准备工作落后于产品设计技术，致使先进的柔性加工系统不能充分发挥其柔性，影响产品的快速响应。因此，如何压缩工艺装备设计所需要的生产准备时间及设计制造成本成了计算机辅助工艺装备研究的重要领域。作为工艺装配的一部分，夹具设计及其相关工作在日常生产中对生产率和成本有很大影响，有人估计甚至达到4060。尽管人们认识到夹具在生产中的重要性，但夹具设计和装配手段仍旧未从计算机辅助工程中受益，它仍旧是制约生产高度自动化的“瓶颈”。经过几年的新技术实践，制造业己经领会到，要缩短产品生产周期，必须以有效的方式充分挖掘生产准备各环节的潜力，构建一个能支持快速产品制造的生产准备系统。夹具准备技术作为制约企业快速响应的一个重要环节，也应从全局自动化的高度变革现有的落后准备技术。计算机辅助夹具设计就是在这种应用要求下而产生的利用计算机技术辅助人工进行夹具设计的一种先进设计技术。413研究计算机辅助夹具设计系统的重要意义现代生产向着多品种、多规格、小批量的方向发展，客观上要求加工设备和工艺装备具有较大的柔性，FMS实现真正柔性的主要障碍之一就是缺乏充分的柔性装夹方法。CAD/CAM系统中，计算机辅助夹具设计CAFD以其本身特点是相对独立的一部分，并和其他部分尤其是和CAPP紧密相连。广义上说，CAFD是属于新兴的计算机辅助工艺装备范畴。现在准确地说是CAPP和CAR共同构成CAD和CAM的接口，而CAPP和CAFD又是彼此相互提供信息和作出决策的两个独立系统。计算机辅助设计系统的研制和开发是直接从零件CAD/CAPP集成环境中获取夹具设计信息，包括CAD系统输出的零件几何信息、设计尺寸及精度和CAPP系统输出的零件加工工艺信息，然后将读取的几何信息和工程信息作为夹具设计的已知条件进行夹具的计算机辅助设计与分析，以提高夹具设计的效率和质量，缩短产品开发周期和降低产品生产成本。计算机辅助夹具设计具有重要意义，主要表现在以下方面414节省时间，提高效益将计算机技术应用于夹具设计，可缩短夹具设计周期，缩短产品研制周期，提高夹具设计质量。夹具在新产品研制过程中，对缩短研制周期起着重要作用。根据我国机械工业的现有水平，生产准备周期一般要占整个研制周期的5070，而工艺装备的设计周期又占生产准备周期的5070。其中工艺装备准备周期中7080的时间用于夹具的设计与制造。在现代制造企业中，夹具己成为保证产品质量，实行全面质量管理的重要手段。夹具设计是一个复杂并且在很大程度上依赖于经验的过程，它需要设计人员具备有关设计问题的大量、全面的知识和经验，包括工件的安放、相关的加工工艺、加工环境及设备、夹具元件的选择、加工过程中工件和夹具体的变形等多方面问题。通过建立标准夹具元件库，利用参数驱动技术根据夹具元件尺寸参数值生成三维图形，并通过组装得到夹具装配图，可大大减少夹具设计人员的绘图时间，缩短夹具时间周期，从而缩短产品研制周期。通过总结夹具设计专家的经验知识和夹具设计实例，利用夹具方案设计专家系统或基于实例的推理技术进行夹具方案设计，可充分利用前人的设计经验，提高夹具的设计质量。415有利于CIMS各自动化子系统的集成工艺装备设计与准备活动作为CIMS中的一个重要环节，通常包括夹具、刀具、量具和辅具等工艺装备的设计与制造等活动，夹具设计作为整个工艺准备活动的一部分，具有十分重要的地位。夹具CAD系统根据CAD系统提供的工件几何信息、尺寸及精度信息和CAPP系统提供的定位、夹紧及加工信息，完成夹具元件的选择和组装，获得夹具的总装配图，最后向CAM提供夹具设计方面的信息作为NC编程中干涉区域判别的依据，因而夹具CAD系统有助于CAPP系统的完善和CAD,CAM信息共享和集成，缩短产品开发周期。416有助于实现产品面向制造的设计集成环境下的夹具CAD系统与产品CAD系统间的信息交互，贯穿于从产品设计开始到夹具设计结束的整个过程。在产品设计的初始阶段就将零件的设计信息传送给夹具CAD系统，夹具CAD系统并行地进行安装方案设计规划、元件布局和结构设计，并动态地将夹具设计信息或阶段性结果反馈到产品CAD系统，从而可不断地对产品进行可装夹性评判，实现产品面向制造的设计DFM，缩短产品与夹具的设计周期，提高产品与夹具的质量。417计算机辅助夹具性能分析及仿真在夹具定位与夹紧设计中，往往可以发现工艺设计中存在的问题，从而促使工艺设计的修改或优化。利用有限元技术和仿真技术对夹紧的性能进行分析，如夹紧力分布与计算，夹具精度分析，工件变形分析等，可以在产品制造前计算并判断出可能存在的问题，从而避免由于夹具设计经验不足导致产生不合理的夹具，提高零件的加工质量，减少由于后期返工而造成的损失。目前，虽然有的计算机辅助夹具设计已经取得了比较好的效益，但分析起来，仍存在以下不足之处（1）夹具CAD系统与工件CAD/CAPP系统未实现集成夹具CAD系统作为CAD/CAM系统的一个子系统，其理想的目标是根据零件CAD系统提供的几何形状特征，以及零件CAPP系统提供的零件加工工艺信息，自动设计出最优的夹具。夹具CAD系统与零件CAD/CAPP系统的集成是实现这一目标的基础，但是FL前己有的夹具CAD系统中，基本上没有实现与CAD/CAPP系统的集成或者仅是针对个别典型零件实现集成，还远远不能满足实际生产需要，所需的夹具设计信息需要人工输入，造成了信息的重复输入，导致了系统效率的降低，也容易产生人为的错误。造成夹具CAD系统与工件CAD,CAPP系统分离的局面主要原因在于两个方面一方面是由于CAD,CAPP和CAFD都是在其特定的历史环境下相对独立地发展起来的，各系统具有不同的数据表示方法和数据结构，在信息模型上也互不相容，当对各系统进行集成时，要对各模块数据进行大量的重复输入和重复处理。另一方面CAD系统主要关注的是工件的几何数据，CAPP系统主要关注的是工件的加工信息，很多信息都是由设计者经验获得，难以直接为夹具CAD系统所使用。（2）未建立有效的设计结果评价机制夹具的功能和结构是否符合加工要求是评价夹具设计效果的基本指标，可以通过仿真、有限元分析和干涉检验来进行评价。但是，如何对夹具的经济性能进行评价，实现设计成本最小化目前尚未有统一的评价指标，如何对已有夹具信息进行全面有效的管理，在设计新夹具时能够根据现有元件库存量、元件单价等实际情况对设计结果进行经济性能评价，这对于实际生产具有非常重要的现实意义。综上所述，大力推广计算机辅助夹具设计在实际生产过程中的运用，大胆尝试应用符合柔性生产线的夹具元件，以更好地满足数控柔性加工的需要。这是当前数控加工应用日益广泛对组合夹具提出的新课题。因此，迫切需要改变现状，引入现代的科技手段，改变传统的夹具设计与管理模式，以缩短夹具设计时间，简化管理，减少工程技术人员和工人劳动强度，加快产品试制步伐，提高工作效率和工作质量，为工厂赢得更大的经济效益和社会效益。418夹具CAD的研究现状在早期的计算机辅助夹具设计的研究中，有两个特点计算机辅助专用夹具设计所占比重较大计算机辅助夹具设计过程多采用人机对话交互方式。虽然20世纪70年代开始出现了研究工作，20世纪80年代以后夹具设计理论的研究和CAD系统的开发变成国际上制造研究的一个热点，但实际上离能用于生产实际的商品化软件尚有不小的距离。柔性制造系统FMS的扩大应用，计算机集成制造系统CIMS的兴起，对实用化夹具设计软件提出更为迫切的需求。虽然计算机人机交互组合夹具计算机辅助设计系统具有缩短生产周期，节省绘图工作量，减少人工反复试制造成的元件磨损等优点，但其设计过程对设计人员素质要求较高，设计质量很大程度上取决于设计人员的组装水平，还远不能代替人的思维同时，组合夹具组装人员老化现象严重，如果采用传统的组合夹具CAD系统就无法有效地将组装经验继承下来，基于此，人们开始了智能化计算机辅助组合夹具设计系统的研究，其中利用专家系统技术是各国普遍采用的方法，即将设计领域中的专业知识和优秀组装工的经验、技巧进行总结归纳，形成一套理论上正确且富有丰富经验知识的组装规则，并把它存储到计算机中，然后利用这些由夹具专家知识构成的规则设计出组装方案。近年来，提出了一种基于案例推理机制CBR技术的组合夹具设计系统，它是基于案例而非规则，因而更富有经验。但由于夹具设计是一项基于经验的机械结构设计，分析与设计技巧要求较高，难于用计算机来描述，因而就目前而言，完全智能化的组合夹具设计系统还未出现。传统的槽系组合夹具因装配调整时间长、材料贵、加工精度高、配套元件多、初置费用高，在市场上逐步受到冷落。自20世纪80年代以来，原理相同只是元件结构和组装方式不同的孔系组合夹具，因其易于装配、材料廉价、加工方便、配套元件少、成本低、性能好而受到国内外市场的青睐，成为和加工中心、FMS配套的主要夹具，一跃成为当代柔性夹具的主流。孔系组合夹具在组装时不能进行连续调整，其适应性受到一定限制，而且孔系组合夹具的组装需要知识广博、经验丰富和技术熟练的人员，这正是当前工厂最缺少的，不仅我国如此，国外更严重短缺，所以这一背景是推动CAFD系统研究开发的强劲动力。此外，在焊接生产中也在推广焊接组合夹具，坐标测量机需要用测量组合夹具，新一代轻巧、灵活、连接方便的夹具液压装置也以推出，说明传统夹具创新仍是现代柔性夹具的主流。个别俄罗斯学者在20世纪70年代开始了夹具CAD的工作，1977年德国IMHA和GRAHL开发了一个夹具CAD系统。1984年法国的INGRAND和LATOLNKE首次应用面向夹具功能的方法开发了一个SERF专家系统自动进行夹具设计。此系统将夹具的功能作为确定夹具的具体规则，通过规则来构造工件的支承点及相应的工件表面，并选择一般夹具元件进行组装。但SERF系统只能进行简单的棱柱类零件的设训一。但是，由于计算机硬件和软件的落后，进一步发展受到很大的阻碍。20世纪80年代欧美学者投入这一工作。与20世纪80年代初期CAD软件的水平相配合，第一代CAFD系统是交互式设计系统仃CAFD。设计人员简单应用CAD软件的图形功能，建立一个标准夹具元件数据库，用以在计算机屏幕上装配成夹具图。后来加上了定位方法选择，工件信息检索、元件选择、元件安装等模块，成为一个独立的系统。由于现代商品化CAD软件在屏幕上针对夹具几何图形的操作还是费时的，所以TCAFD在工业上应用还是有价值的。20世纪80年代中后期，根据变异式和生成式两种不同方法产生了基于成组技术GT和基于知识的两类主要的CAR系统，这是第二代CAFD。基于GT的CAR有一个夹具设计信息的编码系统，系统中应包括零件几何形状的信息，零件装夹信息，即定位、夹紧和工件工艺操作的信息等。由夹具编码系统在典型夹具图形库中检索出相似夹具，经手工修改成合乎需要的夹具。在研究开发的基于GT的CAFD中，由于装夹信息十分复杂，将这部分代码由线性码结构改成矩阵码结构。其次，对如何评价夹具间相似性定义了相似系数，以便检索出库中最相似的夹具，作最少的修改。基于知识的CAFD，主要是收集人类夹具专家的知识整理成知识库中的各种规则，然后通过专家系统推理机得到各种决策。这类系统主要解决定位、夹紧方法的选择，位置的确定。有的系统己经搜集和整理了上千条的规则，但因工件的多样性和夹具设计的复杂性，也只能设计工件形状及简单的夹具。例如1984年匈牙利MARKUS等人用PROLOG语言开发了一个夹具专家系统，着重研究了组合夹具的装配问题，通过输入工件的形状，机加工要素来完成夹具元件的自动选择，其关键技术是夹具元件的选择和装配时夹具元件在荃础板上的位置确定。之后，他们进一步讨论了用人工夹具设计过程进行组合夹具生成的方法。其中夹具定位、夹具结构、工件形状、方向等均由人工输入。另一类是，根据运动学分析和一系列设计规则来作自动化夹具设计。同样，也只能用于工件几何形状规则且简单的夹具。20世纪90年代后的第三代CAFD，总结经验后认为，CAR最终必须要能够生成夹具结构，而过去的系统只解决安装、定位、夹紧等问题或检索类似的结构，不能获得合乎工件实际应用的结构图。因此，必须开发出以生产夹具结构为目的，实际生产应用为导向的商品化夹具设计软件。80年代中期以后我国也开始，国内也有多所院校对夹具CAD作了有益探索，但大多集中于传统的组合夹具CAD系统，或者说集中于绘图式与检索式相结合的形式，组合夹具专家系统尚处于起步阶段。总之，计算机辅助夹具设计方法的发展总趋势应该是具有更多的通用性、智能化和与CAD,CAPP,CAM的集成，计算机辅助组合夹具设计系统正逐步成为一个独立的制造软件系统，它正向着智能化、集成化的方向发展。42夹具421工件预加工内容1该工件其他部位都已经加工完毕，工件所待加工的部位为钻孔；零件的形状、尺寸及其位置如零件图21所示。2零件生产批量100000件，属中小批量生产。422定位方案在进行前后端面粗铣加工工序时，底面已经精铣，两工艺孔已经加工出。在加工箱体工件时，往往采用一平面及与该平面垂直的两孔为定位基准。因此工件选用底面与两工艺孔作为定位基面。选择底面作为定位基面限制了工件的三个自由度，而两工艺孔作为定位基面，分别限制了工件的一个和两个自由度。即两个工艺孔作为定位基面共限制了工件的三个自由度。即一面两孔定位。工件以一面两孔定位时，夹具上的定位元件是一面两销。其中一面为支承板，两销为一短圆柱销和一削边销。423夹紧方案夹紧装置的选择对工件的加工精度和生产效率起着重要作用。现代高效率的夹具，大多采用机动夹紧方式，如气动、液动、电动等。其中以气动和液动装置应用最为普遍。考虑到本设计中即可生产属大量生产，用手动夹紧难以满足现在生产中高效率的生产要求，而气动夹紧方式很好地解决了高生产效率的问题，使生产效率显著提高。并且，气动夹紧还具有下述优点1由于气源压力可以控制，所以其夹紧力基本稳定。2夹紧动作迅速，这是由于气流的速度很快，气动速冻也就快。这就有利于缩短辅助时间，从而显著提高生产率。3操作简单，操作是只需转动分配阀手柄，不必像手动夹紧那样费时费力，因而可以大大减轻劳动强度。由于气动夹紧具有夹紧力基本稳定，夹紧动作迅速和操作省力等优点。为了提高生产效率，缩短加工中的辅助时间，此夹紧装置采用气动夹紧装置。工件在夹具上安装好后，气缸活塞带动压块从上往下移动夹紧工件。根据所需要的夹紧力F/139936N，来计算气缸缸筒内径。0D气缸活塞杆推力PDQ420其中P压缩空气单位压力（取P6公斤力/）2厘米效率（取）90QF/139936公斤力2203016143厘米PD厘米57取D060厘米600MM。所以根据国家标准JB/T7377
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