一种卡盘油缸夹紧装置的设计开题报告

背景：数控机床常用零件夹紧装置种类繁多，在零件的主轴夹具中采用液压三爪卡盘和液压回转油缸是数控机床行业中一种应用极为广泛的零件夹紧装置之一，卡盘油缸零件夹紧装置是通过液压卡盘的卡爪对零件实施可靠夹紧并完成零件的全工序切削。油缸及卡盘的种类（中空或中实）根据零件切削加工需要选择，这种采用卡盘油缸零件夹紧装置的显著优点是结构简单、性能可靠并可有效提高机床的自动化程度。

意义：数控机床是机械生存中无法避开的一个环节，而夹具则是机床中一个重要的部件。夹具在生产过程中可以提高生产率，保证加工质量，降低工人工作强度，扩大机床工艺范围。夹具的整体刚度对工件加工的动态误差产生非常特殊的影响。当夹具的整体刚度远大于其他环节，工件加工的动态误差基本上只取决于夹具的制造精度和安装精度。因此设计夹具时，对夹具的整体刚度应给予足够重视。如因工艺系统其他环节的刚度不足而引起较大的系统动态误差时，也可以采取修正夹具定位元件的方法进行补偿。

拟解决关键问题：

1. 寻找标准化，能满足结构，工艺要求的夹具设计数据和例子

夹具的设计有许多方面的要求，例如夹具需满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性，要有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程。所以在设计先需明白设计夹具需要关注的问题和例子便是必不可少的基础。

2. 设计结构紧凑合理，满足强度、刚度、寿命以及经济型、安全性方面的要求，满足技术参数及工作性能的要求。

这方面知识需要多向老师请教和查阅大量书籍，更需要从实际角度出发考虑夹具的设计是否符合实际，能否生产，是否符合工艺指标。

课题的主要难点：

1. 没有实际生产设计经验

2. 缺乏夹具方面的专有知识

3. 不知道设计的夹具实际使用是否符合标准。

4. 夹具设计中夹具接触工件的形变所需要的力学知识。

前言

夹具出现于18世纪，随着时代变更，科技的进步，夹具由辅助工具发展到现在面面俱到的加工装备，在机械加工，热处理，装配中有不可取代的作用。在机械加工过程中，为了保证加工精度，固定工件，使之占在正确位置以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具。其组成包括定位元件、夹紧装置、夹具与机床之间的连接元件、对刀或导向元件、其他装置或元件、夹具体。夹具在保证工具精度方面有重要的工艺作用。夹具在生产过程中可以提高生产率，夹具为工件提供基准定位，在工件运动时保证工件的动态精度。夹具可以缩短辅助时间，原本需要对刀，刻线等动作的时间可以用使用夹具来减少。夹具的可替换性扩大了机床的使用范围，通过更替夹具，可部分实现机床更多的功能。夹具的便利性降低了工人的劳动强度和技术水平要求，提高了生产率。

正文

组合夹具

在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对它进行分类。组合夹具

组合夹具是指按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标准元件和组件组合而成的夹具。标准元件包括基础件、支承元件、定位元件、导向元件、夹紧元件、紧固元件、辅助元件和组件八类。这些元件相互配合部分尺寸精度高、硬度高及耐磨性好，并有互换性。用这些元件组装的夹具用完之后可以拆卸存放，重新组装新夹具时可再次使用。采用组合夹具可减轻专用夹具设计和制造的工作量，缩短生产准备周期，具有灵活多变、重复使用的特点，因此，在多品种、单件小批量生产及新产品试制中使用。

国外对组合夹具研究的状况

在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对它进行分类。组合夹具

组合夹具是指按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标准元件和组件组合而成的夹具。标准元件包括基础件、支承元件、定位元件、导向元件、夹紧元件、紧固元件、辅助元件和组件八类。这些元件相互配合部分尺寸精度高、硬度高及耐磨性好，并有互换性。用这些元件组装的夹具用完之后可以拆卸存放，重新组装新夹具时可再次使用。采用组合夹具可减轻专用夹具设计和制造的工作量，缩短生产准备周期，具有灵活多变、重复使用的特点，因此，在多品种、单件小批量生产及新产品试制中使用。

国外对组合夹具研究的状况

夹具的设计包括三个步骤:设备规划、夹具规划和夹具结构设计。Markus A[1]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。

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。TrappeyAJC[2]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[3]等人也对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究。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[4]。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。

以后的许多研究者大多借鉴了Brost和Goldberg的算法。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。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。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,这种情况的出现是由于在单位扭球的干涉扭矩[5]。

结语

夹具的现状与发展今天仍有广阔的前景。如今物联网时代到来，机床与网络紧密地结合在一起，夹具也在不断更新着。

[1] MarkusA,Markusek E,Farkas J.Fixture Design usingProlog:an Expert System[J].Int JRobotics CIMS,1984,1(2):167-72.

[2] Trappey AJC,SuCS,Huang SH.Methodology for Loca-tion and Orientation of Modular Fixtures[C].InProcASME WAM,New Orleans,LA,1993,PED-64:333-42.

[3] Nnaji B,AlladinS Lyu P.A Framework for a Rule-based Expert Fixturing System for Face MillingPlanarSurfaces on a CAD System Using Flexible Fixtures[J].JManufacturingSystem,1988,7(3):194-207.

[4] 徐志刚.基于广义映射原理的组合夹具结构设计自动化[J].工程设计,2000(1):31-36.

[5] 麻建东,刘璇.三维组合夹具元件库的建立[J].北京轻工业学院学报,2001,19(2).

方案设计：

课程的设计方案构思

1、在焊接夹具设计之前，首先要了解整个的结构特点，确定生产纲领，明确焊装线的初步规划，运用机械工程学的知识，先期切入到骨架数据设计阶段，做好充分的工艺准备工作，再结国内外先进的夹具结构的实际情况，规划出夹具的总体方案。最终确定是用固定式夹具还是随行夹具、自动化程度的高低、是否考虑多种共用等。

2、根据数据及焊点规划方案，规划出焊接树状图，规划出整个焊装线方案，同时结合饭金件的模具工艺方案和总装的装配工艺，规划出合理的定位孔、支撑面及压紧方式。

3、根据夹具焊点规划和焊接树状图确定的焊装线规划，确定夹具的辅助设备和公用动力。

4、焊装夹具的整体坐标要和设计坐标一致，这样就保证整个从设计到制造的基准统一，同时考虑夹具的模块化，系列化，包括基板的模块化、L座、垫片、连接块等，这样即保证了精度又缩短了生产周期。

课程研究方案

一、研究原始资料、分析设计任务

根据相应的夹具设计任务书，其中对定位基准、夹紧方案及有关要求作了说明。夹具设计应根据任务书进行夹具的结构设计。为了使所设计的具具能够满足上述基本要求，设计前要认真收集和研究下列资料：

（一）零件图及工序图

（二）零件工艺规程

（三）夹具结构及标准

二．确定课题的结构方案

确定夹具的主要结构方案主要包括：

(一)根据工件的定位原理，确定工件的定位方式，选择定位元件；

(二)确定刀具的对准及引导方式，选择刀具的对准及导引元件；

（三)确定工件的夹紧方式，选择适宜的夹紧机构；

(四)确定其他元件或装置的结构型式，如定向元件、分度装置等；

(五)协调各装置、元件的布局，确定夹具具体结构尺寸和总体结构。

在确定夹具结构方案的过程中．定位、夹紧、对定等各个部分的结构以及总体布局都会有几种不同方案可供选择．应画出草图，经过分析比较，从中选取较为合理的方案。

三.绘制课题总图并标注有关尺寸、配合和技术条件

四．绘制课题零件图并标注有关尺寸、配合和技术条件

方案论证：本课题研究所要达到的预期效果是在数控车床加工过程中，当使用卡盘油缸夹紧装置装夹时，使用本课题所设计的夹持机构可以提高加工过程的机械自动化程度，提高生产效率，降低工人的劳动强度，降低企业成本。在这次毕业设计中复习和巩固自己的专业知识，加强对绘图软件的熟练程度，提高自己的专业设计技能。设计过程中可参考一些国内外的文献资料，优化其结构设计，并对回转油缸进行推拉力计算，完成对卡盘油缸夹紧装置课题的设计。

2023.1.2～2023.1.15

完成译文翻译，查阅文献，完成开题报告并上传毕设网。

2023.1.16～2023.2.5

指导老师审核译文和开题报告，根据指导老师意见完成修改。

2023.2.6～2023.3.19

按照开题报告的方案，开始课题计算，完成机床卡盘油缸夹紧装置中对回转油缸进行拉杆推拉力大小的计算。

2023.3.20～2023.3.26

在“毕设网”上完成“中期检查报告”的填写，指导老师完成中期任务的审核。

2023.3.27～2023.4.23

完成装配图、液压原理图、零件图的全部设计，并进行AutocCAD绘图。

2023.4.24～2023.5.6

完成“毕业设计报告（论文）”的撰写、论文检测，上传毕设网，指导老师批阅和确认。

2023.5.6～2023.5.12

答辩，存档。