国内外夹具设计研究现状与发展趋势

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迄今为止夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具刀具、夹具、量具、模具之一。夹具国内外在也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。

1 国内夹具发展史与现状 60229

我国国内的夹具始于20世纪60年代当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂和面向航空工业的保定向阳机械厂以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件万件的水平。我国于80 年代末开始对组合夹具元件的设计与管理进行了研究和开发,在总结和吸取我国应用和发展槽系夹具经验的基础上,根据现代机械加工特征及夹具的发展趋势,研制了新一代孔系组合夹具系统。此系统发挥了槽系平移可调性和孔的旋转可调性的优势,可直接组装获得任何直线尺寸和角度尺寸【1】。此系统把大中小三个系列的元件有机融为一体,可在一块多夹具基础板上,既能组装单个大工件夹具,又能组装多个中小零件夹具,有利于装夹具基础板长期固定在机床工作台上,此系统还设有孔系和槽系过渡元件,便于实现孔、槽系夹具元件混合使用【2】。北京工商大学麻建东和刘璇开发的组合夹具元件库,元件库模块的核心程序用ObjectARX SDK2. 02工具包开发,界面程序用AU TOCAD 提供的对话框控制语言DCL (Dialog Cont rol Language) 语言开发,在VC + + 6. 0 下编译和联接,生成的ARX 可执行程序在AU TOCADR14 下直接加载运行【3】。元件库可为使用者提供7 类组合夹具元件三维图形的浏览以及交互设计功能,并生成三维组合夹具构形图,在CAD 环境中可进行修改或删除山东工业大学的徐志刚在“广义映射原理”的指导下,开发了支持“top - down”风范的夹具设计软件自动化系统【4】。吴玉光博士在这个领域取得了较大的突破。提出孔系基础板组合夹具设计的系统方法。该方法利用连杆机构原理自动确定由直线和圆弧组成定位边界的零件的全部候选定位方案。并提出定位销可见锥概念和定位销转动支点的概念,进行定位方案的装卸方便性分析。进一步提出瞬心三角形和同向边的概念,对工件进行可夹紧性分析,确定工件边界的可夹紧范围。其理论水平在国内外相关领域内开拓了新的局面【5】。

2 国外夹具发展史与现状

从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种【6】。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料但欧美市场上一套用于加工中心的央具而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势随着我国加入WTO和制造业全球一体化的趋势特别是电子商务的日益发展其中蕴藏着很大的商机具有进一步扩大出口良好前景。目前，T. Tanaka以及Ferreira等人在进行CAPP 方面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助夹具设计(CAFD) 就夹具方面也作了一些工作【4】:Chou YC ,Chandru V等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法; Markus A等人提出的针对棱柱形工件进行组合夹具设计的基于规则的系统【4】。目前,关于工件夹具的自动化配置方面的工作,自动夹具结构设计( AFCD) 中很少提及【7】。TrappeyAJC等人提出了一个二维组合夹具元件的配置算法。几乎所有的AFCD 研究者都承认,在一个成功的AFCD 系统中, 工件的几何形状是一个关键因素。Nnaji B ,Alladin S等人也对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究【8】。然而其结果也仅仅适用于特定的几何体,比如多边形棱柱。Brost 和Goldberg 提出了一个“完整”的算法用来分析多边形工件的组合夹具设计[9]。并开发出一个组合夹具设计系统,针对一个任意存在的工件,能自动产生所有可行的夹具设计。并且采用力球分析的方法对产生的方案进行优化论文网。组合夹具在动力学方面的研究也取得了一定的进步,Yu and Goldberg 的夹具加载规划方案是把夹具的加载问题看作基于传感器的集成问题并给了一个规划算法【9】。Cai 等提出了一种指导夹具设计的方法,此方法是缩小由于工件表面与夹具安装误差所带来的定位误差[10]。Hockenberger 与DeMter 提出的模式是在工件加工期间工件的静态分析,这种方法是一种定性分析并且是在抓紧或夹紧物体的最坏的情况下的偏差,这种情况是由于在单位扭球的干涉扭矩[11]。