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浙江工業(yè)大學之江學院畢業(yè)設計（論文）任務書
學生姓名
樓挺
學號
201120070312
專業(yè)班級
機自1102
題 目
銷軸軸端的槽、面銑成組夾具設計
指導教師
舒欣
職 稱
講師
課題類型
√設計 □論文
課題來源
□教師科研課題 √ 教師生產實際課題 □學生自立課題
畢業(yè)設計（論文）起止時間
2014年11月1日至 2015年6月15日
一、畢業(yè)設計（論文）的主要內容及要求
1、開題報告和文獻閱讀
（1）文獻閱讀：查閱文獻應不少于15篇，其中外文文獻不少于2篇，近5年內的文獻數應不少于文獻總數的1/3，并應有近2年內的文獻。
（2）文獻綜述：3000字以上，包括國內外現狀、研究方向、進展情況、存在問題、參考依據等。
（3）開題報告：2000字以上，包括選題的意義、可行性分析、研究的內容、研究方法、擬解決的關鍵問題、預期結果、研究進度計劃等。
（4）外文翻譯：3000字以上（翻譯成中文后的漢字字數）。
2、課題要解決的主要問題和具體要求
本課題通過分析一組小軸類零件上銑削槽的特點，找出共性，確定銑削夾具形式，進行結構設計，確保定位精度滿足加工要求，工件夾緊牢固可靠；要求機構合理、加工方便等，并繪制二維、三維裝配圖和部分零件的工程圖。
3、論文：10000字以上（部分特殊專業(yè)根據實際情況，經教務辦確認，可適當調整有關字數方面的要求），包括緒論、正文、結論、參考文獻等。
二、主要參考文獻
[1] 徐愛玲．機床夾具設計方法探討[J]．裝備制造技術，2008（8）：60-64．
[2] 隋聚艷．夾具的發(fā)展及其趨勢分析[J]．現代商貿工業(yè)，2009，32（19）：323-324
[3] 李定志，龔書強，王永國．成組夾具技術在小批量銑加工生產中的應用[J]．機械工人冷加工，2007 (1)：43-44．
[4] 張亞明，機床夾具的分類與構成[J]．煤炭技術，2008，27（4）：12-13
[5] 王守忠，陳愛榮．成組夾具技術在機械加工中的應用探析[J]．商丘職業(yè)技術學院學報，2006(2)：62-64．
指導教師簽名：
年 月 日
專業(yè)教研室意見：
□同意下達任務書 □不同意下達任務書
教研室主任簽章：
年 月 日
畢業(yè)設計（論文）
譯文及原稿
譯文題目：
夾具配置的穩(wěn)健性設計
原稿題目：
Robust design of fixture configuration
原稿出處：
Giovanni Moroni,Stefano Petro,Wilma Polini.ScienceDirect.
2014(21):189~194.
浙江工業(yè)大學之江學院畢業(yè)設計（論文） 外文翻譯
夾具配置的穩(wěn)健性設計
摘要
本文介紹了夾具配置的穩(wěn)健設計。它的目標是調查機床夾具元件偏差和體積錯誤影響加工操作質量。然后定位器位置配置設計的偏差最小化加工特性對應用幾何公差。該方法是一個設計步驟進一步確定的定位基于螺旋理論的部分，可用于尋找簡單和容易適用于一般通用規(guī)則的工業(yè)環(huán)境。是通過仿真和簡單的工業(yè)案例研究驗證。
1 介紹
當工件夾具加工或檢查操作時，操作的精度主要取決于裝夾方法的效率。在一般情況下，加工可能已經在它的形態(tài)和位置的幾何誤差相對于工件的基準參考系。如果有存在的工件基準面之間的錯位誤差框架和機床的坐標系，這是已知的定位誤差或數據建立誤差。一個定位誤差主要是由位置偏差引起的一個定位器與工件之間的接觸表面的標稱規(guī)范。在本文中，這樣的一個理論接觸點被稱為菲克塞爾點或菲克塞爾，并從它的標稱位置定位偏差稱為菲克塞爾錯誤。在剛體的分析框架內，菲克塞爾誤差對定位誤差直接影響所定義的工件表面和之間的運動學特征通過他們的接觸約束關系。
定位誤差是高度依賴于配置的位置相對于定位器的工件。一個合適的配置(或定位器的設計定位器布局)可能會減少產生重大影響定位錯誤。這是通常被稱為夾具布局優(yōu)化。
這項工作的主要目的是研究幾何錯誤的加工表面(或生產錯誤)有關菲克塞爾錯誤的主要來源。一個數學框架提出了一個制造誤差、機床體積誤差、和菲克塞爾錯誤之間的關系分析。此外，優(yōu)化夾具布局設計是規(guī)定為減少加工誤差的過程。這論文超越了藝術的狀態(tài)，因為它考慮了公差中的體積誤差。雖然文獻表明這個簡單的靜態(tài)體積誤差只考慮一小部分總容積誤差，一個通用框架包含的體積誤差公差建立了。
有幾個正式的夾具分析為基礎的方法在經典螺旋理論或幾何干擾技術。在90年代，由于夾具的偏差許多研究已經致力于模型部分偏差。Sodenberg計算穩(wěn)定性評價定位方案的擬合指數。小位移非共面直線對概念用于該支架一部分的幾何偏差的模型。傳統的計算機輔助夾具設計的程序在傳統的設計手冊和最近的文獻中都有描述，特別是對于模塊化夾具設計。大量的定位誤差分析和還原的方法已被記錄。一個定位誤差表達式給出了使用位移螺旋矢量的概念。
提出了減少定位誤差向量的優(yōu)化技術或幾何變化的關鍵特性。Chouduri and De Meter分析描述了定位器的形狀誤差與最壞情況下幾何誤差加工特性的關系。Chouduri and De Meter也分析了工件基準面的幾何偏差、輪廓和角制造公差的情況。對加工特性的影響，比如通過鉆孔和銑削都有說明。Carlson提出了二級定位誤差分析。夾具布局設計的計算問題進行了研究客觀來降低三維工件整體的定位誤差如渦輪空氣箔。最近的一篇論文解釋了一個穩(wěn)健性夾具的布局方法來解決多目標問題的演算法。它認為一個柱體剛性工件，如果夾具和工件之間的沒有摩擦，那么機床體積誤差是不用考慮的。
在文獻中提出了幾個關于建模體積誤差的模型。Ferreira提出了二次建模的體積誤差，每個軸都是單獨考慮，與模型參數的評價方法。Kiridena 和 Ferreira在一系列的三篇論文中討論如何在建模中補償體積誤差，對模型的參數進行評估，然后基于模型及其參數的誤差補償，補償一個三軸發(fā)動機。Dorndorf 描述體積誤差模型可以幫助機器的誤差預算。最后，Smith描述體積的應用誤差補償在大型單片部分制造中，帶來了嚴重的傳統體積誤差補償。無論如何，值得注意的是，所有這些方法都是針對體積誤差補償:一般體積誤差不考慮仿真公差。
在以前的論文中用統計方法來估算這個定位誤差是錯誤的，由于不精確的所有六個定位器3-2-1的定位方案是基于二維和三維模塊。在下面，一個夾具配置的穩(wěn)健性設計方法被提出。它的目標是調查菲克塞爾錯誤和機床體積誤差如何影響機械加工質量。在§2中介紹了理論上的方法，在§3中提出了一個簡單的工業(yè)案例分析，并在§4中討論了一些簡單和通用規(guī)則容易適用在一個工業(yè)競爭。
2 鉆孔精度的方法模擬
為了說明所提出的方法，對案例研究鉆孔將予以考慮。案例所示圖1。一個位置公差指定孔位。三個定位器在主基準面，兩個在副基準面，和一個在第三基準面確定工件的位置。每個定位坐標與機床參考系，由以下六個表示:
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）
該方法考慮了不確定性的來源加工孔的定位誤差的錯誤定位的定位器，體積錯誤的機床。模型的最終目的是定義實際的工件的孔的坐標參考系統。模型的輸入包括名義定位器配置，名義上的孔的位置(應該與鉆頭上一致)和方向(與鉆的方向應該一致)，和的特點，典型的錯誤，會影響這個名義參數。
2.1 定位誤差的影響
6個定位器的位置是完全由他們的十八個坐標軸確定的。根據高斯分布推測每一個坐標軸受一個獨立的行為誤差的影響。
那么實際的定位坐標將確定工件參照系。特別是，z軸構成由直線垂直于平面通過定位器的實際位置，p1，p2和p2，軸是直線與軸垂直的直線通過定位器的實際位置p4和p5和最后，軸和垂直簡單的計算和軸?；鶞蕩脑c可以是得到的三個平面具有作為法線相交在，，和軸，通過定位器p4，p6和分別p1。軸的計算公式向量和原點坐標與實際定位器的坐標這里省略了，由Armillotta 僅供參考。
軸方向向量和原點坐標定義齊次變換矩陣，其允許頻轉換鉆尖坐標表示在機床參考幀到相同的坐標的表示工件坐標系時，通過下式：
（2）
2.2 機床體積誤差的影響
由于鉆井模擬孔位置偏差操作，即體積誤差的機床，古典模型三軸機床的考慮[27]。就會被假定鉆具軸是一致的機床z軸，這樣，在名義上和條件鉆井作業(yè)開始時，其位置可以被定義名義上的孔位和齊次向量。目的是識別位置誤差鉆尖的機床參考系統，和方向錯誤工具的軸。根據三軸機床模型是可能的狀態(tài):
（3）
是名義上的鉆尖的位置在機床參考系統(x，y，和z是機床軸，l是鉆頭長度)，是鉆尖的位置在第三(z軸)參考系，、、分別是沿著x，y，和z軸的轉換矩陣。這些矩陣有著相似形式，例如:
（4）
其中δ和ε包括平移和旋轉誤差并沿著x，y和z軸（例如，是由于旋轉誤差沿著z軸平移到x軸）。考慮到3個變換矩陣，有18個誤差項。這些誤差的體積函數位置（即沿著三個軸），但由于體積誤差補償，他們的系統組件可以忽略不計，并可以將它們假定為純粹隨機均值等于零。由公式（3）推導出復合方程式，例如：
（5）
然而，一般體積誤差應該遠遠小于沿著軸平移，所以例（3）的第一組件通常是重要的。最后，假設鉆孔軸與z軸相配合，例(3)也可以通過替換方向誤差計算
如果只考慮一階組件，它可以證明和與δ、ε的線性組合。特別是，我們把定義為
（6）
六個部分向量包含和。應用例(3)，忽略二階以上，可以證明(請注意，由于格式的限制，在例(7)表明，矩陣在多行壞了一行，所以整個矩陣線性組合出現在這里是一個6*18矩陣)。
（7）
現在，讓我們假設每個δ獨立分布是高斯分布，而且每個ε也是獨立分布的。然后可能Δ遵循多元高斯分布，空預期值和協方差矩陣可以由公式計算，Σ是d的協方差矩陣，它正好是一個18 *18的對角線，前9個對角矩陣元素等于，剩下的對角元素等于。
2.3 加工孔的實際定位
現在，根據§2.2中描述的模型它可以模擬尖端定位和方向，根據§2.1并將其轉換為所述工件參考系:
（9）
這些信息可以在工件參考系中確定進入和退出工件孔的位置。點和矢量K定義一條直線，這只不過是一種孔軸，比如：
（10）
p是一個通用的點屬于的一個參數。定義T板厚度，是可能的計算的值s，分別等于0和T:
（11）
這些值取代例(10)分別出口和入口點的坐標的孔產量。
最后，它可以計算兩個出口和入口之間的距離和名義鉆孔的點:
（12）
定義為孔的退出點。鉆孔軸的位置公差范圍內如果孔的距離計算低于一半的位置公差值t:
（13）
3 結論
這項工作提出了一個方法的穩(wěn)健設計夾具配置考慮到定位器位置的隨機誤差(由于定位器安裝在機表，在不規(guī)則表面接觸的工件，等等)和體積誤差采用機床的操作。
鉆孔作業(yè)被認為是簡單的工業(yè)案例研究。然而，一些簡單和通用規(guī)則由實驗分析得出:（1）三分基準定位器(的三個定位器z定位器配置)應該涵蓋盡可能多表面接觸。如果更多的配置分享相似的表面覆蓋，定位器的建議重心盡可能接近的一個加工特性(孔的案例研究)的孔。（2）兩點基準定位器(兩個定位器的x定位器配置)的最大距離從對方。如果更多的分布相似距離，配置與定位器最重心附近的一個加工特性(孔的案例研究)應該被選中。（3）單一第三基準定位器(y定位器之一應該位于對應配置)重心的加工特性(孔的案例研究)。（4）即使定位器的高度的影響，和很小，建議他們位于最低高度。
未來的發(fā)展將在于擴展其他的方法，更復雜的幾何特性和公差。
6
畢業(yè)設計（論文）
開 題 報 告
1
浙江工業(yè)大學之江學院畢業(yè)設計（論文） 開題報告
1 選題的背景和意義
1.1 選題的背景
隨著社會的發(fā)展，人類的進步，人們對于日常生活、工作中的物資需求呈現出了極大的多樣化與復雜化。傳統的簡單的產品已經難以再滿足人們的需求。而且在企業(yè)、工廠的運營過程中，需要的工具也不斷精細化與多樣化，給制造業(yè)帶來了新的難題。個性化的社會導致了制造產品大批量越來越少，更多的是需求多品種少批量，這種單件小值的生產模式是對傳統的機械加工產業(yè)模式的挑戰(zhàn)[1]。為此，制造技術的研究者提出了成組技術的科學理論及實現方法，從根本上解決了生產由于品種多、產量少帶來的矛盾。它是將多種零件按其工藝的相似性分類成組，以形成零件族，即把同一零件族中零件分散的小生產量匯聚成較大的成組生產量，從而使小批量生產能獲得接近于大批量生產的經濟效益，成組夾具便應運而生[2]。
成組夾具的應用可以擴大機床的使用范圍，提高生產效率和零件的加工質量，也能夠降低工人的勞動強度，縮短生產準備周期，提高勞動生產率[3]。而且隨著成組夾具的應用和發(fā)展，必將加速開拓成組技術新的應用領域。因此，成組夾具將是我國機械工業(yè)今后夾具發(fā)展的一個主要方面。
1.2 國內外研究現狀及發(fā)展趨勢
1.2.1 國內外研究現狀
目前發(fā)展的成組技術是應用系統工程學的觀點，把中、小批生產中的設計制造和管理等方面作為一個生產系統整體，統一協調生產活動的各個方面，全面實施成組技術以提高綜合經濟效益。
成組技術從20世紀50年代提出到如今已經歷了近50年的發(fā)展和應用。成組技術作為一門綜合性的生產技術科學是計算機輔助設計、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助制造和柔性制造系統等方面的技術基礎。我國早在20世紀60年代初就在紡織機械、飛機、機床及工程機械等機械制造業(yè)中推廣應用成組技術，并初見成效。因此，成組技術受到國家有關部、局和工廠企業(yè)，研究所及高等院校的重視。目前，正積極開展這一方面的科學研究、人材培訓和推廣應用等工作?？梢韵嘈?，隨著應用推廣和科研工作的持續(xù)開展，成組技術對提高我國機械工業(yè)的制造技術和生產管理水平將日益發(fā)揮其重要的作用[4]。
成組工藝作為一種先進的工藝方法和生產準備方法，先后在蘇聯、民德、捷克、波蘭以及英國、法國、日本等國已經逐步得到了應用，并獲得了良好的經濟效果。由于它能縮短單件、小批生產的準備時間，擴大加工批量，提高生產效率，為適應多品種生產的發(fā)展創(chuàng)造了條件。機床工業(yè)具有多品種、小批量生產的特點，因而近年來在國外有不少機床制造廠家先后也采用了成組工藝技術[5]。
1.2.2 發(fā)展趨勢
成組夾具由于能夠利用加工零件工藝上的相似性，并且適應工件特征在一定范圍內的變化而得到推廣和應用，如何提高成組夾具設計效率成為需要重點解決的問題之一[6]。
組合夾具與成組夾具都適用于中小批生產和新產品試制，任何事物都不是十全十美的，組合夾具可多次重復使用，縮短生產準備周期，但制造成本高，組裝后笨重復雜，剛性差，積累誤差大，而成組夾具可克服組合夾具的不足，組裝調整時間短，生產和技術管理較方便。采用成組夾具是企業(yè)全面實行成組技術的需要，是實現成組加工的重要手段和工具，而成組加工是實施成組技術的重要領域和必要的環(huán)節(jié)[7]。夾具設計正朝著多功能、模塊化、高精度、高剛性、高強度、通用化、快速化和自動化的方向發(fā)展[8]。
2 研究的基本內容
通過分析一組小軸類零件（如圖2.1所示）上銑削槽的特點，找出共性，確定銑削夾具形式，進行結構設計，確保定位精度滿足加工要求，工件夾緊牢固可靠；要求機構合理、加工方便。
圖2.1小軸類零件圖
D=10～30mm
2.1 基本框架
（1）分析課題，方案設計
（2）相關尺寸計算和校核
（3）零部件設計
（4）總體夾具設計
2.2 研究的重點和難點
通過分析一組小軸類零件上銑削槽的特點，找出共性，確定銑削夾具形式，進行結構設計，確保定位精度滿足加工要求，工件夾緊牢固可靠；分度機構準確可靠、方便。
2.3 擬解決的關鍵問題
（1）確定工件的定位方案，確保精度無誤差
（2）確定工件的夾緊方案，使工件穩(wěn)定夾緊
（3）適合不同尺寸和類型的銷軸的裝夾，分度方便可靠
3 研究的方法及措施
3.1 定位夾緊方案設計
如圖3.1所示為各小軸零件的定位夾緊方案示意圖，軸向左端面用支桿定位，限制了工件Y軸上的移動，用圓柱面定位限制了X軸和Z軸的移動以及繞X軸和Z軸的轉動，共限制了5個自由度，定位準確可靠。箭頭所指位置為夾緊方向和夾緊位置。
圖3.1 定位夾緊方案示意圖
用圓柱面定位工件可以使用三爪卡盤和彈性夾頭來進行定位夾緊：
三爪卡盤是機床上用來夾緊工件的機械裝置，用伏打扳手旋轉錐齒輪，錐齒輪帶動平面矩形螺紋，然后帶動三爪向心運動，同時趨進或離散。因為平面矩形螺紋的螺距相等，所以三爪運動距離相等，有自動定心的作用。三爪卡盤多用于車床、銑床、插床夾持工件。
彈性夾頭是一種裝在車床或銑床上的夾頭，其主要作用是夾緊小軸類工件，由于定位精準度較高、裝夾方便可靠，被廣泛用于各種生產加工領域。當機床帶動夾具開始旋轉后，數只離心重塊在離心力的作用下，繞銷作逆時針方向擺動，其左端部壓迫柱塞，柱塞繼而壓縮柔性介質，迫使拉桿帶動彈性夾頭左移。彈性夾頭則受夾具體內錐孔的作用而產生變形，從而夾緊工件的外圓表面，此時便可以進行切削加工。加工完畢后機床主軸停止旋轉，由于彈性夾頭外錐體與夾具體錐孔之間為非自鎖配合，所以彈性夾頭會自動恢復變形而松開工件。
三爪卡盤裝夾力大、裝夾適應面寬，相對來講裝夾精度低于彈簧夾頭、實現自動夾緊相對困難一些、裝夾效率低于彈簧夾頭。彈性夾頭雖然裝夾適應面窄、夾緊力小，但是裝夾效率高、相對裝夾精度高，方便實現自動夾緊。本次所要裝夾的是小軸類零件，不需要太大的夾緊力，而是需要更高的精度、裝夾效率和實現自動夾緊，所以更適合采用彈性夾頭來裝夾工件。
如圖3.2所示彈性夾頭，連接螺栓1用來固定彈性夾頭3在夾具體2上，當工件放入夾頭中往里推，彈性夾頭則受作用F而產生變形，從而夾緊工件的外圓表面，此時便可以進行切削加工。
圖3.2 彈性夾頭
1連接螺栓 2夾具體 3彈性夾頭 4工件
3.2 分度裝置設計
如圖3.3所示為銑削小軸零件的分度示意圖，彈性夾頭固定在心軸上，在心軸上有四邊形和六邊形兩個分度面，各有相應的偏心軸與之配合，可以根據需要鎖緊其中一個分度面。需要分度前，首先扳動兩偏心軸上的手柄，使之都處于松開狀態(tài)，當工件需要銑2、4個面或槽時，旋轉心軸到一定角度，然后扳動偏心軸1上的手柄，鎖緊四邊形的分度面然后進行銑削。當工件需要銑3、6個面或槽時，扳動偏心軸2上的手柄，鎖緊六邊形的分度面然后對工件進行銑削。
圖3.3 分度裝置
4 預期成果
（1）繪制二維、三維裝配圖和部分零件的工程圖，并完成三維總裝圖
（2）銷軸軸端的槽、面銑成組夾具的說明書。
5 研究工作進度計劃
（1） 2014.11.01～2014.12.25 查閱資料，撰寫開題報告、文獻綜述、外文翻譯
（2） 2014.12.26～2015.01.7 完成開題報告、文獻綜述、外文翻譯
（3） 2015.02.22～2015.03.26 完成夾具相關尺寸計算和校核，具體零部件設計
（4） 2015.03.27～2015.04.29 完成二維裝配圖及重要零件圖
（5） 2015.04.30～2015.05.10 完成三維裝配圖
（6） 2015.05.11～2015.05.25 撰寫畢業(yè)論文
（7） 2015.05.26～2015.05.28 修改論文，準備答辯
參考文獻
[1]賈鵬程．試論成組夾具技術在機械加工中的應用[J]．科技創(chuàng)新與應用，2013（32）：4．
[2]王守忠，陳愛榮．成組夾具技術在機械加工中的應用探析[J]．商丘職業(yè)技術學院學報，2006（2）：62~64．
[3]李定志，龔書強，王永國．成組夾具技術在小批量銑加工生產中的應用[J]．機床/附件/工裝， 2001（1）：43~44．
[4]李春杰，肖素梅．成組技術的產生與發(fā)展[J]．黑龍江史志，2006（4）：10~11．
[5]大津一郎、茵矢圭司．機床生產與成組工藝[J]．機械技術，1971，19（3）：34~40．
[6]祁捷．成組夾具的設計與實踐[J]．機械設計與制造，2005 (6)：31~32．
[7]趙學良，趙波．試論我國成組夾具發(fā)展方向[J]．太原機械學院，1989（5）：22~24．
[8]黃劍波．數控機床夾具的發(fā)展[J]．電子機械工程，2011，27（5）：33~36．
5
畢業(yè)設計（論文）
文 獻 綜 述
浙江工業(yè)大學之江學院畢業(yè)設計（論文） 文獻綜述
?成組夾具概述
1 前言
隨著社會的發(fā)展，人類的進步，人們對于日常生活、工作中的物資需求呈現出了極大的多樣化與復雜化。傳統的簡單的產品已經難以再滿足人們的需求。而且在企業(yè)、工廠的運營過程中，需要的工具也不斷精細化與多樣化，給制造業(yè)帶來了新的難題。個性化的社會導致了制造產品大批量越來越少，更多的是需求多品種少批量，這種單件小值的生產模式是對傳統的機械加工產業(yè)模式的挑戰(zhàn)[1]。為此，制造技術的研究者提出了成組技術的科學理論及實現方法，從根本上解決了生產由于品種多、產量少帶來的矛盾。它是將多種零件按其工藝的相似性分類成組，以形成零件族，即把同一零件族中零件分散的小生產量匯聚成較大的成組生產量，從而使小批量生產能獲得接近于大批量生產的經濟效益，成組夾具便應運而生[2]。
成組夾具是按成組技術的原理，在零件分類成組的基礎上，針對若干相似零件的相似加工工序而設計制造的夾具。它的優(yōu)點是，不僅具有專用夾具的特點，而且還很容易適應外觀特征在一定范圍內變化的零件加工。成組夾具的應用可以擴大機床的使用范圍，提高生產效率和零件的加工質量，也能夠降低工人的勞動強度，縮短生產準備周期，提高勞動生產率[3]。而且隨著成組夾具的應用和發(fā)展，必將加速開拓成組技術新的應用領域。因此，成組夾具將是我國機械工業(yè)今后夾具發(fā)展的一個主要方面。
成組夾具應用實例和核算出的經濟效果，充分地說明成組夾具有如下綜合經濟性：（1）降低夾具設計制造費用；（2）明顯縮短了生產準備周期，充分利用夾具的使用壽命；（3）提高加工效率，促進企業(yè)的技術改造；（4）促進企業(yè)標準化工作，有利于保證產品質量；（5）顯著地降低了夾具原材料消耗[4]。
2 成組夾具設計的國內外現狀
2.1 國內成組技術應用及現狀
2.1.1 成組技術的應用
目前發(fā)展的成組技術是應用系統工程學的觀點，把中、小批生產中的設計制造和管理等方面作為一個生產系統整體，統一協調生產活動的各個方面，全面實施成組技術以提高綜合經濟效益。
（1）產品設計方面。由于用成組技術指導設計，賦予各類零件以更大的相似類，這就為在制造管理方面實施成組技術奠定了良好的基礎，使之取得更好的效果。以成組技術為指導的設計合理化和標準化工作將為實現計算機輔助設計(CAD)奠定良好的基礎；為設計信息最大程度地重復使用，加快設計速度，節(jié)約時間作出貢獻。據統計，當設計一種新產品時，往往有3/4以上的零件設計可參考借鑒或直接引用原有的產品圖紙，從而減少新設計的零件，這不僅可免除設計人員的重復性勞動，也可以減少工藝準備工作和降低制造費用。
（2）制造工藝方面。成組技術在制造工藝方面最先得到廣泛應用。開始是用于成組工序，即把加工方法、安裝方式和機床調整相近的零件歸結為零件組，設計出適用于全組零件加工的成組工序。成組工序允許采用同一設備和工藝裝置，以及相同或相近的機床調整加工全組零件，這樣，只要能按零件組安排生產調度計劃，就可以大大減少由于零件品種更換所需要的機床調整時間。此外，由于零件組內諸零件的安裝方式和尺寸相近，可設計出應用于成組工序的公用夾具，只要進行少量的調整或更換某些零件，公用夾具就可適用于全組零件的工序安裝。
（3）生產組織管理方面。成組加工要求將零件按工藝相似性分類形成加工族，加工同一加工族有其相應的一組機床設備。因此，很自然成組生產系統要求按模塊化原理組織生產，即采取成組生產單元的生產組織形式。成組技術是計算機輔助管理系統技術基礎之一。這是因為運用成組技術基本原理將大量信息分類成組，并使之規(guī)格化、標準化，這將有助于建立結構合理的生產系統公用數據庫，可大量壓縮信息的儲存量；由于不再是分別針對一個工程問題和任務設計程序，可使程序設計優(yōu)化[5]。
2.1.2 發(fā)展現狀
成組技術從20世紀50年代提出到如今已經歷了近50年的發(fā)展和應用。成組技術作為一門綜合性的生產技術科學是計算機輔助設計、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助制造（CAM）和柔性制造系統等方面的技術基礎。我國早在20世紀60年代初就在紡織機械、飛機、機床及工程機械等機械制造業(yè)中推廣應用成組技術，并初見成效。因此，成組技術受到國家有關部、局和工廠企業(yè)，研究所及高等院校的重視。目前，正積極開展這一方面的科學研究、人材培訓和推廣應用等工作。原機械部設計研究院負責組織研制的全國機械零件分類編碼系統JLBM I，它將對我國推廣應用成組技術起到積極推進作用。我國不少高等工業(yè)院校結合教學和科研工作，在成組技術基本理論及其應用方面，如零件分類編碼系統、零件分類成組方法和計算機輔助編碼、分類、工藝設計、零件設計、生產管理的軟件系統等方面都開展了許多研究工作，并取得了不少成果。可以相信，隨著應用推廣和科研工作的持續(xù)開展，成組技術對提高我國機械工業(yè)的制造技術和生產管理水平將日益發(fā)揮其重要的作用[6]。
2.2 成組工藝在國外的發(fā)展狀況
成組工藝作為一種先進的工藝方法和生產準備方法，先后在蘇聯、民德、捷克、波蘭以及英國、法國、日本等國已經逐步得到了應用，并獲得了良好的經濟效果。由于它能縮短單件、小批生產的準備時間，擴大加工批量，提高生產效率，為適應多品種生產的發(fā)展創(chuàng)造了條件。機床工業(yè)具有多品種、小批量生產的特點，因而近年來在國外有不少機床制造廠家先后也采用了成組工藝技術。如日本三菱公司的機床制造部門也引進了成組工藝技術[7]。據介紹，該公司從引進成組工藝到過渡為新的管理系統只用了半年時間。他們引進成組工藝分為兩個階段進行。第一階段主要是進行零件的編碼和分類，確定機床布局，按類似零件設置成組生產線，以改進加工技術，縮短加工時間，并為在新的生產管理系統中采用電子數據處理系統創(chuàng)造條件。第二階段的任務著重在設計部門推廣和應用成組工藝。通過有效地利用現有圖紙及標準化以減少圖紙數量及設計工時。依靠反復使用質量穩(wěn)定而有效的零件圖紙，保證產品質量，擴大加工批量，從而降低成本，縮短生產周期，并為采用成組夾具、專用機床以及數控機床等高效率的設備創(chuàng)造條件。
英國赫伯特(Herbert) 公司的埃奇維克 (Edgwick)和馬肯當一萊恩(Mackadown Lane)工廠也成功地應用了成組工藝?，F在埃奇維克廠有26個成組加工工段。在馬肯當一萊恩廠有18個成組加工工段。這些工段所加工的零件相當于赫伯特公司制造的機床零件的90%以上。其余零件則在非成組加工線上加工。該公司采用成組工藝后，使新產品的生產周期由原來的12~18個月減為平均6個月；其次是減少庫存和再制品數量。據該公司介紹，采用成組工藝后，生產效率可提高60%。另外該公司還特別從成組加工的觀點出發(fā)，發(fā)展了小批、中批及大批生產用的自動化車床[8]。
隨著生產的不斷發(fā)展，進一步提高勞動生產率，今后成組工藝的采用將會更加廣泛。
3 成組夾具設計的發(fā)展趨勢
成組夾具由于能夠利用加工零件工藝上的相似性，并且適應工件特征在一定范圍內的變化而得到推廣和應用，如何提高成組夾具設計效率成為需要重點解決的問題之一[9]。
組合夾具與成組夾具都適用于中小批生產和新產品試制，任何事物都不是十全十美的，組合夾具可多次重復使用，縮短生產準備周期，但制造成本高，組裝后笨重復雜，剛性差，積累誤差大，而成組夾具可克服組合夾具的不足，組裝調整時間短，生產和技術管理較方便。采用成組夾具是企業(yè)全面實行成組技術的需要，是實現成組加工的重要手段和工具，而成組加工是實施成組技術的重要領域和必要的環(huán)節(jié)[10]。夾具設計正朝著多功能、模塊化、高精度、高剛性、高強度、通用化、快速化和自動化的方向發(fā)展[11]。
4 設計成組夾具應注意的幾個問題
（1）成組夾具在設計上比可調整夾具更具有針對性。成組夾具的設計對象必須是一組形狀相似、工序內容相似、定位夾緊方式相似的零件，只有這樣成組夾具才能取得良好的技術經濟效果。所以成組夾具的設計更依賴于零件的分類方法[12]。
（2）將同類零件集中起來進行全面分析，然后合理分組，按組分別設計是成組夾具設計的重要方法。它不但有利于提高夾具的“ 三化” 程度，而且使所設計的成組夾具對現有產品有一定的適應性和通用性，并對新產品的發(fā)展具有良好的繼承性[13]。
（3）成組夾具設計的出發(fā)點是實現合理化控制，所謂合理化是指一套成組夾具不但可以加工多種零件，而且一種零件加工完畢要更換同組中另一個零件時，“機床一夾具一刀具” 系統只要作稍微調整即可[14]。
5 結束語
隨著我國國民經濟整體水平的不斷進步和制造業(yè)發(fā)展速度的不斷加快，成組夾具技術在機械加工中的運用取得了良好的實踐效果。不但實現了傳統機械加工的便利性，提高了生產效率，而且成組夾具技術在發(fā)展的過程中與工藝過程設計、計算機輔助制造等多種現代信息技術的融合運用，逐漸形成了一門較為獨立的生產技術科學，推動了我國機械制造業(yè)的不斷進步。因此工作人員在成組夾具技術的運用過程中應當對其進行合理的分析與研究，并在此基礎上通過機械加工實踐來促進我國成組夾具技術應用水平的持續(xù)提升[15]。
目前，成組夾具在車床、銑床、鉆床磨床上得到推廣應用。開展成組夾具的設計和應用，對保證產品質量，縮短生產準備周期，節(jié)約成本，提高經濟效益起到了積極作用，對我國工業(yè)發(fā)展將起到良好的推動作用[16]。
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4
1.外文翻譯
機械加工零件的工藝及夾具設計
摘 要：本文對機械加工零件的結構和工藝進行了分析，確定了機械加工工藝路線，夾具在機械加工中所占的地位和重要性，以及夾具設計。隨著科學的日益發(fā)展進步和國家產業(yè)政策的調整,工程機械行業(yè)已成為沒有政策壁壘的完全競爭行業(yè)
關鍵詞：技術背景/發(fā)展趨勢/工序/定位方案
1 機械加工歷史背景及其意義
機械制造業(yè)是一個古老而永遠充滿生命力的行業(yè)。隨著現代工業(yè)的發(fā)展，對機械產品的要求越來越高，機械制造工藝也在日新月異地發(fā)展。自新中國成立以來，我國的制造技術與制造業(yè)得到了長足發(fā)展，一個具有相當規(guī)模和一定技術基礎的機械工業(yè)體系基本形成。改革開放二十多年來，我國制造業(yè)充分利用國內國外兩方面的技術資源，有計劃地推進企業(yè)的技術改造，引導企業(yè)走依靠科技進步的道路，使制造技術、產品質量和水平及經濟效益發(fā)生了顯著變化，為推動國民經濟的發(fā)展做出了很大的貢獻。盡管我國制造業(yè)的綜合技術水平有了大幅度提高，但與工業(yè)發(fā)達國家相比，仍存在階段性差距。進入二十一世紀，我國發(fā)展經濟的主導產業(yè)仍然是制造業(yè)，特別是在我國加入世貿組織后，世界的制造中心就從發(fā)達國家遷移到了亞洲，我國有廉價的勞動力和廣大的消費市場，因此，我國工業(yè)要想發(fā)展，就需要有相應的技術和設備來支持。
機械工業(yè)是國民經濟的裝備工業(yè)；是科學技術物化的基礎；是高新技術產業(yè)化的載體；是國防建設的基礎；是實現經濟快速增長的重要支柱；也是為提高人民生活質量、提供消費類機電產品的供應工業(yè)。它對國民經濟運行的質量和效益、產業(yè)結構的調整和優(yōu)化具有極其重要的作用。
2 機械行業(yè)的現狀及發(fā)展趨勢
隨著社會的發(fā)展，各種機械逐漸運用到各個行業(yè)中，不管是在農用、軍用、工用等方面，離開了機械的操作就談不上效率，因此，從某中角度上來說，一個國家的經濟實力、社會地位，和機械行業(yè)的發(fā)展是密不可分的。各工業(yè)化國家經濟發(fā)展的歷程表明，沒有強大的裝備制造業(yè)，就不可能實現國民經濟的工業(yè)化、現代化和信息化[3]。目前裝備制造業(yè)發(fā)展滯后是制約我國經濟發(fā)展和產業(yè)升級的重要因素，加大結構調整力度，推進機械工業(yè)持續(xù)、健康、穩(wěn)定發(fā)展，對于轉變經濟增長方式，提高國民經濟整體素質，增強我國經濟的國際競爭力，保障國防安全等都具有重要而深遠的意義。
3 機械加工工藝規(guī)程制訂
3.1 機械加工工藝過程的定義
機械加工工藝過程是指用機械加工方法改變毛坯的形狀，尺寸，相對位置和性質等，使其成為成品或半成品的全過程。機械加工工藝過程直接決定零件及產品的質量和性能，對產品的成本、生產周期都有較大的影響，是整個工藝過程的重要組成部分。
3.2 機械加工工藝過程的組成
組成機械加工工藝過程的基本單元是工序。工序又是由安裝、工位、工步及走刀組成的。
⑴ 工序是指一個或一組工人，在一個工作地對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。工序是制定勞動定額、配備工人及機床設備、安排作業(yè)計劃和進行質量檢驗的基本單元。
⑵ 安裝是工件經一次裝夾后所完成的那一部分工序。
⑶ 當應用轉位（或移位）加工的機床（或夾具）進行加工時，在一次裝夾中，工件（或刀具）相對于機床要經過幾個位置依次進行加工，在每一個工作位置上所完成的那一部分工序，稱為工位。采用多工位加工可以減少裝夾的次數，減少裝夾誤差，提高生產率。
⑷ 工步是加工表面在切削刀具和切削用量（僅指主軸轉速和進給量）都不變的情況下所完成的那一部分工藝過程。
⑸ 在一個工步中，如果要切掉的金屬層很厚，可分幾次切削，每切削一次就稱為一次走刀。
3.3 機械加工工藝規(guī)程的定義
規(guī)定產品或零部件制造過程和操作方法等的工藝文件，稱為工藝規(guī)程，它是企業(yè)生產中的指導性技術文件。
3.4 機械加工工藝規(guī)程的作用及內容
機械加工工藝規(guī)程是生產準備工作的主要依據。根據它來組織原材料和毛坯的供應，進行機床調整，專用工藝裝備的設計與制造，編制生產作業(yè)計劃，調配勞動力，以及進行生產成本核算等。
機械加工工藝規(guī)程也是組織生產、進行計劃調度的依據。有了它就可以制定生產產品的進度計劃和相應的調度計劃，并能做到各工序科學地銜接，使生產均衡、順利，實現優(yōu)質、高產和低消耗。
機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片，是兩個主要的工藝文件。機械加工工藝過程卡片，是說明零件加工工藝過程的工藝文件。在單件、小批量生產中，以機械加工工藝過程卡片指導生產，過程卡的各個項目編制較為詳細。機械加工工序卡片是為每個工序詳細制定的，用于直接指導工人進行生產，多用于大批量生產的零件和成批生產中的重要零件。
3.5 制訂機械加工工藝規(guī)程的原則及步驟
在一定的生產條件下，以最少的勞動消耗和最低的費用，按計劃加工出符合圖紙要求的零件，是制訂機械加工工藝規(guī)程的基本原則。
制訂機械加工工藝規(guī)程的步驟如下：
①根據零件的生產綱領決定生產類型；
②分析零件加工的工藝性；
③選擇毛坯的種類和制造方法；
④擬訂工藝過程；
⑤工序設計；
⑥編制工藝文件。
4 夾具設計
4.1 夾具設計的意義
在機械行業(yè)中，如何去保證工件的高精度、加工的成本等實質性問題，一直是從事于機械行業(yè)人員研究的問題，其中在設計夾具的時候就要考慮以上問題，高效的夾具是工件高精度的保證，如何讓夾具更高效、更經濟，這是行業(yè)人急需要解決的。
隨著社會的發(fā)展，科技的不斷提高，各種高科技技術逐漸滲透到各個行業(yè)，如何利用這些高科技為人類服務，如何充分利用這些高科技在機械行業(yè)中，這還需要機械行業(yè)人員不斷的努力，開拓創(chuàng)新。
隨著科學技術的發(fā)展，和社會市場需要，夾具的設計在逐步的超向柔性制造系統方向發(fā)展。迄今為止,夾具仍是機電產品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已高度標準化,用戶只需要按品種、規(guī)格選用采購。而模具和夾具則和產品息息相關,產品一有變化就需重新制作,通常是屬于專用性質的工具,模具已發(fā)展成為獨立的行業(yè);夾具在國內外也正在逐漸形成一個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)。 組合夾具不僅具有標準化、模塊化、組合化等當代先進設計思想,又符合節(jié)約資源的原則,更適合綠色制造的環(huán)境保護原理。所以是今后夾具技術的一個重要發(fā)展方向單位 。
機床夾具通常是指裝夾工件用的裝置:至于裝夾各種刀具用的裝置,則一般稱為“輔助工具”。輔助工具有時也廣義地包括在機床夾具的范圍內。按照機床夾具的應用范圍,一般可分為通用夾具,專用夾具和可調整式夾具等。
通用夾具是在普通機床上一般都附有通用夾具,如車床上的卡盤,銑床上的回轉工作臺,分度頭,頂尖座等。它們都一標準化了,具有一定的通用性,可以用來安裝一定形狀尺寸范圍內的各種工件而不需要進行特殊的調整。但是,在實際生產中,通用夾具常常不能夠滿足各種零件加工的需要;或者因為生產率低而必須把通用夾具進行適當的改進;或者由于工件的形狀,加工的要求等的不同須專門設計制造一種專用夾具,以解決生產實際的需要。
用夾具是為了適應某一工件的某一工序加工的要求而專門設計制造的,其功用主要有下列幾個方面:1.保證工件被加工表面主要包括加工工件所需要的機動時間和裝卸工件等所需要的輔助時間兩部分。2.采用專用夾具后,安裝工件和轉換工位的工作都可以大為簡化,不再需要畫線和找正,縮短了工序的輔助時間并且節(jié)省了畫線這個工序,從而提高了勞動生產率.在生產中由于采用了多工件平行加工的夾具,使同時加工的幾個工件的機動時間將與加工一個工件的機動時間相同。采用回轉式多工位連續(xù)加工夾具,可以在進行切削加工某個工件的同時,進行其它工件的裝卸工作,從而使輔助時間與機動時間相重合?？傊?隨著專用夾具的采用和進一步改善,可以有效地縮短工序時間,滿足生產不斷發(fā)展的需要。3.采用專用夾具還能擴大機床的工藝范圍。例如在普通車床上附加鏜模夾具后,便可以代替鏜床工作;裝上專用夾具后可以車削成型表面等,以充分發(fā)揮通用機床的作用。4.減輕勞動強度,保障安全生產。根據生產需要,采用一些氣動,液壓或其它機械化,自動化程度較高的專用夾具,對于減輕工人的勞動強度,保障生產安全和產品的穩(wěn)質高產都有很大作用。加工大型工件時,例如加工車床床身上,下兩面上的螺孔,需要把床身工件翻轉幾次進行加工,勞動強度大而且不安全。采用電動回轉式鉆床家具后,就能夠達到提高生產效率,減輕勞動強度,保障生產安全的目的。
4.2 夾具的發(fā)展趨勢
工業(yè)設計是人類社會發(fā)展和科學技術進步的產物，從英國莫里斯的“工藝美術運動”，到德國的包豪斯設計革命以及美國的廣泛傳播與推廣，工業(yè)設計經過了醞釀，探索，形成，發(fā)展百余年的歷史滄桑。時至今日，工業(yè)設計已成為一門獨立的專業(yè)學科，并且有一套完整的研究體系。
1980年國際工業(yè)設計協會理事會（ICSID）給工業(yè)作了明確定義：“就批量生產的工業(yè)產品而言，憑借訓練，技術知識，經驗及視覺感受，而預示材料、結構、構造、形態(tài)、色彩、表面加工，裝飾以新的品質和規(guī)格，叫做工業(yè)設計。根據當時的具體情況，工業(yè)設計師應在上述工業(yè)產品全部側面或其中幾個方面進行工作，而且需要工業(yè)設計師對包裝、宣傳、展示，市場開發(fā)等問題的解決付出自己的技術知識和經驗以及視覺評價能力時，這也屬于工業(yè)設計的范疇”。
材料、結構、工藝是產品設計的物質技術基礎，一方面，技術制約著設計；另一方面，技術也推動著設計。從設計美學的觀點看，技術不僅僅是物質基礎還具有其本身的“功能”作用，只要善于應用材料的特性，予以相應的結構形式和適當的加工工藝，就能夠創(chuàng)造出實用，美觀，經濟的產品，即在產品中發(fā)揮技術潛在的“功能”。
任何設計都是時代的產物，它的不同的面貌，不同的特征反映著不同歷史時期的科學技術水平。技術是產品形態(tài)發(fā)展的先導，新材料，新工藝的出現，必然給產品帶來新的結構，新的形態(tài)和新的造型風格。材料，加工工藝，結構，產品形象有機地聯系在一起的，某個環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。
現在，機械加工工藝及夾具隨著制造技術的發(fā)展也突飛猛進。機械加工工藝以各個工廠的具體情況不同，其加工的規(guī)程也有很大的不同。突破已往的死模式。使其隨著情況的不同具有更加合理的工藝過程。也使產品的質量大大提高。制定加工工藝雖可按情況合理制定，但也要滿足其基本要求：在保證產品質量的前提下，盡可能提高勞動生產率和降低加工成本。并在充分利用本工廠現有生產條件的基礎上，盡可能采用國內、外先進工藝技術和經驗。還應保證操作者良好的勞動條件。但我國現階段還是主要依賴工藝人員的經驗來編制工藝，多半不規(guī)定工步和切削用量，工時定額也憑經驗來確定，十分粗略，缺乏科學依據，難以進行合理的經濟核算
國際生產研究協會的統計表明，目前中、小批多品種生產的工件品種已占工件種類總數的85％左右?，F代生產要求企業(yè)所制造的產品品種經常更新換代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統的專用夾具，一般在具有中等生產能力的工廠里，約擁有數千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，每隔3～4年就要更新50～80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10～20％左右。特別是近年來，數控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：
1）能迅速而方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本；
2）能裝夾一組具有相似性特征的工件；
3）能適用于精密加工的高精度機床夾具；
4）能適用于各種現代化制造技術的新型機床夾具；
5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產率；
6）提高機床夾具的標準化程度。
現代機床夾具的發(fā)展趨勢主要表現為標準化、高效化、精密化和柔性化等四個方面。
利用更好的夾具，可以提高勞動生產率，提高加工精度，減少廢品，可以擴大機床的工藝范圍，改善操作的勞動條件。因此，夾具是機械制造中的一項重要的工藝裝備。一個好的夾具是加工出合格產品的首要條件，為了讓夾具有更好的發(fā)展，夾具行業(yè)應加強產、學、研協作的力度，加快用高新技術改造和提升夾具技術水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，充分利用現代信息和網絡技術，與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術。主動與國外夾具廠商聯系，爭取合資與合作，引進技術，這是改造和發(fā)展我國夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。
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