夹具设计

一、 题目来源

夹具在实际的应用中非常广泛，同时也是工程设计的主要对象之一，因此，本设计题目即来自生产实际，又来源于科研真题。

二、 研究的目的和意义

机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。

随着我国现代工业技术的发展，对机械传动装置的技术性能和经济指标提出了越来越高的要求，普通夹具已经不能满足现代工业大批量高效生产的需要，而研制新型随行夹具是机械行业中重要的课题之一。

随行夹具主要是在自动生产线、加工中心、柔性制造系统等自动化生产中，用于外形不太规则、不便于自动定位、夹紧和运送的工件。工件在随行夹具上安装定位后，由运送装置把随行夹具运送到各个工位上。随行夹具一般以其底平面和两定位孔在机床上定位，并由机床工作台的夹紧机构夹紧，从而保证工件与刀具的相对位置。当工件加工精度要求较高时，常把随行夹具的底平面分开成为定位基面和运输基面，以保护定位基面的精度。随行夹具属于专用夹具范围，其装夹工件部分需按工件外形和工艺要求设计。

三、 阅读的主要参考文献及资料名称

【1】 李名望·机床夹具设计实例教程·化学工业·2009。

【2】 蔡元顺·机床夹具设计·机械工业出版社·2001。

【3】 肖继德，陈宁平·机床夹具设计·第2版·机械工业出版社·2001。

【4】 吴拓·现代机床夹具设计·化学工业出版社·2009。

【5】 李庆寿·机床夹具设计．机械工程出版社·1984。

【6】 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职业大学·机床夹具设计手册·上海科学技术出版社·1988。

【7】 孙己德·机床夹具图册．机械工业出版社.1983。

【8】 南京机械研究所·金属切削机床夹具图册·机械工业出版社·1984。

【9】 哈尔滨工业大学，上海工业大学·机床夹具设计·上海科学技术出版社·1989。

【10】王启平·机床夹具设计·哈尔滨工业大学出版社·1988。

【11】林文焕，陈本通·机床夹具设计·国防工业出版社·1987。

【12】孟宪栋·机床夹具图册·机械工业出版社·1992。

【13】杨黎明·机床夹具设计手册·国防工业出版社·1996。

【14】于光国·机床夹具设计·重庆大学出版社·1995。

【15】白成轩·机床夹具设计原理·机械工业出版社·1997

四、 国内外研究现状和发展趋势与研究的主攻方向

【1】国内外对夹具的研究现状

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。

1.1 国内夹具发展史

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800万件的水平。20世纪80年代以后，两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少NC机床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国内配套，节约了大量外汇。

1.2 国外夹具发展史

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。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。

1.3国内外机床夹具发展现状

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3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20％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。

【2】发展趋势

近些年来，随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代或加工设备的广泛应用，使传统的机械加工的指导方法发生了重大变革，夹具的功能已经从过去的装夹、定位、引导刀具，转变为装夹、定位。而数字化的设备加工功能的广大化。给今后夹具的快速定位、快速装夹提出了更高的要求。

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。

高 精

随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达±5μm，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler(戴美乐)公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为±0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5μm以内；夹具重复安装的定位精度高达±5μm；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达2~5μm。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。

高 效

为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。了 减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用1~2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens(杰金斯)公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。 模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。

通用、经济

夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler(戴美乐)公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。

专家们建议组合夹具行业加强产、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组合夹具行业较为行之有效的途径。

五、 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路

主要研究内容：

加工角形轴承箱时，钻孔、铰孔和扩孔所用的夹具。初步设定为随行夹具，这样在大批量加工时提高效率。

关键问题：

由于角形轴承箱的形状特殊，所设计的夹具要考虑钻孔时定位的精确度，能否夹紧，夹紧后能否自锁以及夹紧力的调节。

解决思路：

1、在一侧面采用左右对称的V形架约束。

2、在一端面用以特殊的支撑板约束。

3、在外圆上用圆锥止动销。

4、把以上三种定位元件组合。

5、设计较为复杂，但零件品种少，采用了组合夹具，结构并不复杂，制造工艺简单。

六、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件及解决方法

〔1〕已具备的条件：指导老师给定的原始数据及任务书；基本的专业基础知识及个人分析能力；相关绘图软件（AUTOCAD,PRO/E）等。

〔2〕尚缺条件：相关资料；上机时间不能保证。

〔3〕拟解决方法：借阅相关书籍杂志，充分利用数字图书馆；充分利用网络资源。

七、工作的主要阶段进度与时间安排

1、分析题目，搞好相关外文翻译，做好开题报告。（7～8周）

2、根据设计内容的要求，查阅相关资料，明确设计方向，对存在的疑问咨询指导老师。（9周）

3、进行毕业设计，包括：相关方面的计算、确定参数，绘制相关图纸并建立图库，对资料进行整理。（11～16周）

4、对毕业设计进行整理，与老师进行讨论修改，校核定稿。（17周）

5、审查、阅读设计内容准备答辩。（18周）

6、进行毕业答辩。(19周)

八、指导老师审查意见

第二篇：三工位夹具设计开题报告

南京工程学院

毕业设计开题报告

课 题 名 称：车床镗削的三工位夹具设计

学 生 姓 名：

指 导 教 师：

所在院(系)部：机械工程学院

专 业 名 称：机械设计制造及其自动化（机械设计）

课 题 类 型：工程技术研究

20XX 年 03 月 05 日

毕业设计(论文)开题报告

毕业设计的内容和意义：

课题背景：

近年来，机械制造工艺有着飞速的发展。比如，应用人工智能选择零件的工艺规程。因为特种加工的微观物理过程非常复杂，往往涉及电磁场、热力学、流体力学、电化学等诸多领域，其加工机理的理论研究极其困难，通常很难用简单的解析式来表达。近年来，虽然各国学者采用各种理论对不同的特种加工技术进行了深入的研究，并取得了卓越的理论成就，但离定量的实际应用尚有一定的距离。然而采用每一种特种加工方法所获得的加工精度和表面质量与加工条件参数间都有其规律。因此，目前常采用研究传统切削加工机理的实验统计方法来了解特种加工的工艺规律，以便实际应用，但还缺乏系统性。受其限制，目前特种加工的工艺参数只能凭经验选取，还难以实现最优化和自动化，例如，电火花成形电极的沉入式加工工艺，它在占电火花成形机床总数95%以上的非数控电火花成形加工机床和较大尺寸的模具型腔加工中得到广泛应用。虽然已有学者对其CAD、CAPP和CAM原理开展了一些研究，并取得了一些成果，但由于工艺数据的缺乏，仍未有成熟的商品化的CAD/CAM系统问世。通常只能采用手工的方法或部分借助于CAD造型、部分生成复杂电极的三维型面数据。随着模糊数学、神经元网络及专家系统等多种人工智能技术的成熟发展，人们开始尝试利用这一技术来建立加工效果和加工条件之间的定量化的精度、效率、经济性等实验模型，并得到了初步的成果。因此，通过实验建模，将典型加工实例和加工经验作为知识存储起来，建立描述特种加工工艺规律的可扩展性开放系统的条件已经成熟。并为进一步开展特种加工加工工艺过程的计算机模拟，应用人工智能选择零件的工艺规程和虚拟加工奠定基础。

同时，在机械加工过程中，夹具占有非常重要的地位，它可靠地保证了工件的加工精度，提高了加工效率，减轻了劳动的强度，夹具的设计过程中，应深入生产实际，(对工件的图纸，工艺文件，生产纲领等分析)，精心调查研究，吸取国内外的先进技术，制订出合理的设计方案。

课题内容：

1.提出：DBL型脉动无级变速器是由相位差为90”的四相并列连杆机构与单向超越离合器组成的机械式小型无级变速器。箱体是该无级变速器的一个重要零件，其三个孔系的加工尺寸精度和位置精度将直接关系到无级变速器的寿命。在批量加工变速箱体的三个孔系时，通常在卧式镗床上采用镗孔工艺来解决。但由于受到设备条件等因素的限制和影响，在普通车床上对箱体部件镗孔很难保证加工质量。

2.解决方法：分析零件加工工艺，完成车床镗孔夹具设计，该夹具使工件一次安装，通过分度机构在三个工位上加工箱体的三个孔系，从而保证了变速箱孔系的加工精度级孔系之间的平行度。使用UG软件进行动态模拟来优化结构，得到满足工程精度的近似结果。

3.设计内容：无级变速箱体的材料为ZL104，毛坯采用精密铸造。镗孔夹具设计的指导思想是，采用工序集中原则，在普通车床上对箱体部件三孔加工一次定位完成，减少了定位误差，确保箱体孔系加工质量。由于分度机构相对夹具体中心偏置，分度机构本身又不对称，该镗孔夹具设计应该有平衡措施，消除回转不平衡现象，以减少振动等不利因素对箱体加工质量的影响。

参考文献：

1.王贤民，机械设计（M），北京大学出版社。

2.朱理，机械原理（M)，高等教育出版社。

3.王启平，机械制造工艺学，哈尔滨工业大学出版社。

4.周世平，机械制造工艺与夹具，北京理工大学出版社。

5.樊琳，在车床上镗削变速箱孔系的三工位夹具，《机械制造》2002年06.

6.丁雪生，我国数控车床现状和技术发展方向，《机电产品市场》2007年02.

7.王琦，NC车床的现状和课题，《世界制造技术与装备市场》1999年02.

8.张彦民，CA6140型普通车床的数控化改造研究，《煤矿机械》2013年03.

9.蔡翰志，CA6140杠杆加工工艺及夹具设计，《机械制造与自动化》2011年02

10.李绍华，数控机床和工装夹具设计，《科技资讯》2009年04.

研究计划：

第一周：熟悉课题内容，查阅相关资料，搜索配套件厂家，获取相关样本：

第二周：阅读相关文献，撰写开题报告，初步拟定总体技术工作方案；

第三周：初步制订零件加工工艺规程：完成外文文献资料翻译和开题报告的撰写：

第四周：零件加工工艺规程制订：

第五周：零件加工工艺规程制订，并对工艺方案进行对比分析：

第六周：零件加工工艺规程调整设计：

第七周：零件加工工艺规程调整设计：

第八周：夹具设计：

第九周：夹具设计：

第十周：夹具设计；

第十一周：完善加工工艺规程；

第十二周：完善加工工艺规程；

第十三周：编写设计计算说明书：

第十四周：编写设计计算说明书，完善开题报告；

第十五周：全部完善；

第十六周：最终完成设计计算说明书（论文)，打印图纸，参加答辩。