畢業設計(論文)開題報告題目：車床組合夾具的設計系別機電信息系專業機械設計制造及其自動化班級姓名學號導師2012年12月20日1.畢業設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況）題目背景:機械制造離不開金屬切削機床，而機床夾具則是保證機械加工質量、提高生產效率、減輕勞動強度、降低對工人技術的過高要求、實現生產過程自動化不可或缺的重要工藝裝備之一。機床夾具被廣泛用于制造業中，大量專用機床夾具的使用為大批量生產提供了必要條件。夾具是工藝裝備的主要組合部分,在機械制造中占有重要地位。目前,單件、小批量生產正逐漸成為現代機械制造業新的生產模式。在這種模式中,要求加工機床和夾具裝備具有更好的柔性,以縮短生產準備時間、降低生產成本,所以,按單一品種設計專用夾具的方法已不能滿足生產發展的要求,而組合夾具正是適應這一生產模式的柔性工裝設備。它對縮短工藝裝備的設計、制造周期,以及產品換型后對原有工裝夾具延續使用起到至關重要的作用。國外為了適應這種生產模式,也把柔性制造系統作為開發新產品的有效手段,并將其作為機械制造業的主要發展。研究意義：組合夾具是一種先進的工藝裝備，它是由一套預先制造好的各種不同的形狀、不同規格、不同尺寸、具有互換性、高耐磨性和高精度的標準元件組成，其結構靈活多變，適應性廣，元件可長期循環使用。組合夾具的元件精度高、耐磨，并且實現了完全互換，元件精度一般為IT6-IT7級。用組合夾具加工的工件，位置精度一般可達IT8-IT9級，若精心調整，可以達到IT7級。由于組合夾具有很多優點，又特別適用于新產品試制和多品種小批量生產，所以近年來發展迅速應用較廣。組合夾具的主要缺點是體積較大，剛度較差，一次投資多，成本高，這使組合夾具的推廣應用受到一定限制。隨著機械制造業的飛速發展，產品的更新換代越來越快，傳統的大批量生產模式逐步被中小批量生產模式所取代，機械制造系統欲適應這種變化需具備較高的柔性。國外己把柔性制造系統(FMS)作為開發新產品的有效手段，并將其作為機械制造業的主要發展方向。柔性化的著眼點主要在機床和工裝兩個方面，組合夾具是工裝柔性化的重點。組合夾具是一種標準化、系列化、通用化程度很高的工藝裝備，它是由一套預先制造好的各種不同形狀、不同規格、不同尺寸、具有完全互換性的標準元件和組合件，按工件的加工要求組裝而成的夾具。它可以拆卸、清洗，并可重新組裝成新的夾具，其應用非常普遍，尤其適合于多品種、中小批量的生產。由于組合夾具的平均設計和組裝時間是專用夾具所花時間的5%-20%，可以認為組合夾具就是柔性夾具的代名詞。一個優良的組合夾具必須滿足下列基本要求：（1）保證工件的加工精度，穩定加工質量保證加工精度的關鍵，首先在于正確地選定定位基準、定位方法和定位元件，必要時還要進行定位誤差分析，還要注意夾具中其它零部件的結構對加工精度的影響，確保組合夾具能滿足工件的加工精度要求。（2）提高生產效率，降低成本組合夾具的復雜程度應與生產綱領相適應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產效率。（3）良好的強度、剛度和結構工藝性能組合夾具的結構應力簡單、合理，便于制造、裝配、調整、檢驗、維修等，有利于提高組合夾具的制造精度。（4）操作性能好組合夾具的操作方便、省力、安全可靠。在客觀條件允許及又經濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等機械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。（5）經濟性好組合夾具應盡量采用標準件和標準結構，力求結構簡單、制造容易，以降低組合夾具的成本。因此，設計時應根據生產綱領對組合夾具方案進行必要的技術經濟分析，以提高組合夾具在生產中的經濟效益。（6）擴大機床的使用范圍使用組合夾具可以改變原機床的用途和使用范圍，實現一機多能。（7）排屑順暢組合夾具中積集切削會影響到工件的定位精度，切削的熱量使工件和夾具產生熱變形，影響加工精度。清理切削將曾加輔助時間，降低生產率。因此組合夾具設計中要給予排屑問題充分的重視。國外的研究現狀:夾具的設計包括三個步驟:設備規劃、夾具規劃和夾具結構設計。目前,Joneja以及Ferreira等人在進行CAPP方面的研究中對設備規劃有詳細論述。計算機輔助夾具設計(CAFD)就夾具方面也作了一些工作:ChouYC,ChandruV等人提出的自動夾具定位和夾緊的一種方法；DeMeterEC提出的利用機械杠桿原理進行定位和夾緊位置選擇的一種算法；MarkusA等人提出的針對棱柱形工件進行組合夾具設計的基于規則的系統。目前,關于工件夾具的自動化配置方面的工作,自動夾具結構設計(AFCD)中很少提及。TrappeyAJC等人提出了一個二維組合夾具元件的配置算法。幾乎所有的AFCD研究者都承認,在一個成功的AFCD系統中,工件的幾何形狀是一個關鍵因素。NnajiB,AlladinS等人也對具有復雜幾何形狀的工件進行嘗試研究。然而其結果也僅僅適用于特定的幾何體,比如多邊形棱柱。Brost和Goldberg提出了一個“完整”的算法用來分析多邊形工件的組合夾具設計。并開發出一個組合夾具設計系統,針對一個任意存在的工件,能自動產生所有可行的夾具設計。并且采用力球分析的方法對產生的方案進行優化。以后的許多研究者大多借鑒了Brost和Goldberg的算法。組合夾具在動力學方面的研究也取得了一定的進步,YuandGoldberg的夾具加載規劃方案是把夾具的加載問題看作基于傳感器的集成問題并給了一個規劃算法。Cai等提出了一種指導夾具設計的方法,此方法是縮小由于工件表面與夾具安裝誤差所帶來的定位誤差。Hockenberger與DeMter提出的模式是在工件加工期間工件的靜態分析,這種方法是一種定性分析并且是在抓緊或夾緊物體的最壞的情況下的偏差,這種情況是由于在單位扭球的干涉扭矩。國內的研究現狀:我國于80年代末開始對組合夾具元件的設計與管理進行了研究和開發,在總結和吸取我國應用和發展槽系夾具經驗的基礎上,根據現代機械加工特征及夾具的發展趨勢,研制了新一代孔系組合夾具系統。此系統發揮了槽系平移可調性和孔的旋轉可調性的優勢,可直接組裝獲得任何直線尺寸和角度尺寸。此系統把大中小三個系列的元件有機融為一體,可在一塊多夾具基礎板上,既能組裝單個大工件夾具,又能組裝多個中小零件夾具,有利于裝夾具基礎板長期固定在機床工作臺上,此系統還設有孔系和槽系過渡元件,便于實現孔、槽系夾具元件混合使用。北京工商大學麻建東和劉璇開發的組合夾具元件庫,元件庫模塊的核心程序用ObjectARXSDK2.02工具包開發,界面程序用AUTOCAD提供的對話框控制語言DCL(DialogControlLanguage)語言開發,在VC+6.0下編譯和聯接,生成的ARX可執行程序在AUTOCADR14下直接加載運行。元件庫可為使用者提供7類組合夾具元件三維圖形的瀏覽以及交互設計功能,并生成三維組合夾具構形圖,在CAD環境中可進行修改或刪除山東工業大學的徐志剛在“廣義映射原理”的指導下,開發了支持“top-down”風范的夾具設計軟件自動化系統。吳玉光博士在這個領域取得了較大的突破。提出孔系基礎板組合夾具設計的系統方法。該方法利用連桿機構原理自動確定由直線和圓弧組成定位邊界的零件的全部候選定位方案。并提出定位銷可見錐概念和定位銷轉動支點的概念,進行定位方案的裝卸方便性分析。進一步提出瞬心三角形和同向邊的概念,對工件進行可夾緊性分析,確定工件邊界的可夾緊范圍。其理論水平在國內外相關領域內開拓了新的局面。2.本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施主要內容：設計一種車床的組合夾具，加工零件為三通接頭，對其進行車孔。同時，設計出來的車床組合夾具可以經過簡單拆卸、調整，能夠加工同一系列不同大小的三通接頭。擬采用的研究方案：定位裝置采用兩個大小不一的定位塊，組合成類似于V形塊，夾緊裝置采用擋鐵和三個長螺釘的組合裝置。由于加工的工件為90度的三通接頭，因此，要進行所有管內內孔的加工，一次加工是無法完成，需要兩次裝夾兩次加工過程。而這樣的設計方案減少了夾緊元件的頻繁拆換，節省了時間。研究方法：1）繪制零件圖，認真分析、研究零件圖及其加工工藝，根據要求選用孔系組合夾具。2）確定切削用量及參數要求，進行組合夾具的定位、夾緊、支承、基礎板部件設計。3）繪制組合夾具裝配圖、繪制組合夾具重要部件的零件圖3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作課題研究的重點：夾具設計本質上是一種經驗設計，且夾具分類比較多，夾具參數比較復雜，夾具設計和工件形狀、加工條件、加工工藝等很多因素有關。組合夾具的設計主要是針對所要加工的零件進行夾緊、定位等部件的設計，使之能適應系列化零件的合理裝夾。課題研究的難點：a、異型零件的工藝分析，對零件的工藝分析要求對該零件有相當熟悉的了解，由于條件有限使得對零件不熟悉，可能導致工藝分析不到位。b、組合夾具的設計，目前組合夾具的設計跟個人的經驗有直接關系，所以本課題的設計可能不夠成熟。前期已經開展的工作：查閱有關組合夾具資料，了解國內外組合夾具的發展及其新技術，積極與導師進行交流，確定研究方案及其研究方法。4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）（1）分析題目，做好開題報告，準備好開題答辯。