英语原文共 17 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
气动柔性夹具及托盘的概念设计与开发
摘要：夹具性能直接影响产品的制造质量、生产效率和成本。柔性夹具（FF）解决了由于待制造零件的尺寸/几何形状变化而导致的夹具重新设计成本高昂的问题。与自由流速度设计相关的各个领域已经被许多著名的作者很好地描述过了。本文对气动加工（钻、铣）用FF和托盘进行了概念设计。气缸和电动机都是由发动机驱动的。考虑了随着时间的推移夹具的重要研究和要求的介绍和文献回顾。在此基础上，从夹具设计的各个方面对钻铣头夹具设计及其准则进行了深入、快速的理解。然后，讨论了气动控制FF和托盘的概念设计。指出了现有研究的不足，并提出了今后的研究方向。
关键词：柔性制造系统；夹具；柔性夹具；柔性托盘；三维实体；钻削头；铣削头。
1、简介
在制造业中，夹具设计是一个重要的关注问题。夹具是一种重要的工具，在制造、装配、检验和其他操作过程中使用，它们根据设计规范在操作过程中固定工件所需的方向和位置。夹具设计用于具有特定尺寸和几何形状的零件，因此即使尺寸或几何形状差异很小，也不能用于抓取或定位零件。因此，基于设计零件的精度、精度和产品，精确的夹具设计对产品质量至关重要。定制设计的夹具不能灵活地处理不同形状和尺寸的零件或组件。它们也很耗时，而且建造成本也很高。缺乏灵活性会导致与夹具相关的大量制造成本。为了降低制造成本，应设计一个柔性夹具系统，使其能够尽可能多地固定工件。对定制化产品的需求不断增加，导致选择和产品变化的数量急剧增加。FMS能够产生各种各样的零件通过机器的柔性路径，而不是在直线上运行零件。柔性制造系统（FMS）可用于处理动态和不确定的生产条件。FMS在保证低成本的高质量产品的同时，保持较短的交货期。公司作为满足生产安装要求的手段。因此，柔性制造系统正被越来越多的制造商所采用，他们试图通过缩短生产周期和控制好成本来保持在这个快速变化的市场中的竞争力。要使柔性制造系统真正具有柔性，所有子系统也必须具有柔性。夹具是传输系统中最敏感的部件之一。在制造过程中，夹具消除了频繁的检查、定位、单独的标记和不均匀的质量。这将提高生产率并缩短操作时间。FMS托盘通常既可以作为夹具，当零件在机床工作台上加工时不需要进一步定位，也可以在机器之间运输时固定零件。与通用托盘相关的操作灵活性的增加可能是柔性制造系统高效调度的关键。与夹具设计和制造相关的成本占制造系统总成本的10%-20%。柔性夹具被认为是缓解和克服重新设计问题的一个明显解决方案，因为它们能够适应各种不同形状和尺寸的零件和组件。约40%的不合格零件是由于尺寸误差造成的，而尺寸误差是由于夹具设计不当造成的。因此，一组用于精确定位零件。夹具的设计和制造被认为是需要了解不同领域知识的复杂过程，如几何、公差、尺寸、程序和制造过程。计算机辅助夹具设计（CAFD）已成为实现FMS和CIMS的研究热点。在柔性夹具中，夹具系统承受着与各种形状和尺寸零件的制造操作相关的各种外力场和扭矩（甘地和汤普森，1984；汤普森，1984；汤普森和甘地，1986）。尽管夹具的制造操作包括机加工（包括车削、铣削、磨削、钻孔）、焊接、装配、精加工和检验等，但其关注范围仅限于机加工应用。此类夹具设计的主要考虑因素包括：在夹具中定位或定位部件，在加工时固定部件，相对于机床定位夹具，将机床相对于工件定位，最大限度地减少装卸过程中的非生产性机器时间。加工用夹具的要求与装配用夹具的要求有许多不同。例如，用于机械加工的夹具承受较大的力和扭矩，而用于装配、精加工和检验的夹具承受较小的力和扭矩。当利用人类在夹具设计方面的经验时，夹具的设计和制造可能需要几天甚至更长的时间才能完成，而一个好的夹具设计通常是基于设计师的经验、他对产品的理解和一个试错过程。为了显著降低设计成本和周期时间，设计师必须非常有经验。
2、文献综述
随着全球竞争的日益激烈，促使各制造企业通过提高产品质量、压缩生产成本、缩短新产品投放市场的前置时间，努力提高竞争力，升级换代的愿望越来越强烈夹具设计方法学，以期使夹具设计更有效、成本更低。在这些情况下，新技术支持提高制造灵活性和自动化。柔性制造系统由于其广泛的灵活性而成为一种强大的系统，在这种高度动态的环境中保持竞争力至关重要。FMS填补了大批量生产线和高柔性制造之间的空白，它被用来快速、平稳、廉价地应对产品市场和生产技术的未知变化。柔性夹具和托盘是FMS和计算机集成制造系统（CIMS）的重要组成部分。该系统在新产品引进和实际生产部件组合计划方面具有整体灵活性。夹具设计中的一个主要复杂因素是，夹具在很大程度上是制造链中与工件和工艺相关的部分。准确的夹具设计对加工零件的精度、精度和精加工质量有着至关重要的影响。夹具设计受工件规格、加工方法和模具的综合影响性能等夹具减少了对加工零件质量控制的开支，因为它有助于制造中的统一质量，并增加了要执行的加工操作的通用性（Liu，2004）。一个设计不好的固定装置会导致夹紧和过度振动，这会导致尺寸不准确、表面质量降低以及工件和固定装置之间的分离，导致零件被释放，最终损坏加工站，停止生产，有时甚至伤害人员（Bakker等人，2012年）。夹具设计需要计算机化和自动化，以降低夹具设计领域产品开发的成本和提前期。在夹具设计和自动化方面的相关期刊和会议上发表了大量的研究论文，通过自动化和柔性化生产来降低成本。（2014b）讨论了夹具设计的概念和CAFD方法的回顾。Manin和Vakharia讨论了计算机数控（CNC）夹具设计的概念。Bakker等人。在他们的研究工作中讨论了主动夹具的概念。Boyle等人。（2010）讨论了CAFD的研究工作，包括自动设计和夹具布局优化。Nee等人。（1995、2004）还讨论了计算机辅助设计和夹具设计验证。Boyle等人。（2006）开发了一种方法，将夹具设计信息分为两个库：概念设计信息和夹具单元信息。此外，王将夹具设计信息重组为三层：工件（设计要求）、夹具计划（夹具配置）和夹具单元。Bi和Zang（2001）讨论了柔性夹具设计和自动化、可重构夹具组件。Shirinzadeh（1995）从柔性策略的角度讨论了柔性夹具系统（FFS）的分类问题。Hargrove和Kusiak（1994）和Hargrove（1995）提出了计算机辅助夹具设计研究的新方向：
1．与其他计算机辅助工程工具集成进行总体夹具设计
2．定性推理技术可应用于夹具设计
3．与数控编程方案集成。
讨论了加工过程夹具规划问题。初步的夹具元件分类和一次定位夹具元件的选择方案。自动化夹具设计，20世纪80年代的夹具硬件设计，揭示了夹具综合自动化设计系统还没有完全开发出来，建议在专家系统中建立一个覆盖足够领域的庞大规则库，并将自动夹具设计（a f d）软件和the fixture-hai结合起来研究。在夹具设计和自动化方面已经做了很多工作，但在文献中还存在一些空白：
bull;大多数研究都是在夹具设计的不同方面进行的，如夹具规划、布局优化、夹具设计验证和夹具的自动化装配等。但目前还没有一个完整的计算机辅助夹具设计系统。
bull;文献中关于柔性夹具的报道不多。
bull;柔性夹具的不同组成部分、其可用性、成本效益及其实施是需要进行测量研究的测量问题。
bull;很少考虑夹具应用环境中出现的实际问题。
- 柔性夹具的各个方面
工件的规格，如形状、尺寸和公差，应通过在不同操作过程中正确固定来实现。其他因素也影响工件质量，包括不同的操作顺序、成本考虑、作用在工件上的力的方向和强度、机床的能力和方向。就固定工件而言，夹具用于安全地定位和夹紧工件，以便执行所需的加工操作。夹具设计是生产周期中的一项关键制造活动，对产品质量、交货期和成本目标有很大影响。根据Edurne等人的说法。应确定夹具的设计，以确保待制造工件的稳定性、重复性和固定性。固定装置必须满足两个似乎相反的特点：
bull;在加工过程中尽量减少工件的位移
bull;避免夹紧工件上的过度张力和应变。
3.1柔性夹具定位原则（3-2-1原则）
根据Black and Kohser（2008）提出的定位是一个关键因素，应考虑以彻底完成所需加工过程的方式定位和定位工件。夹具用作工件夹紧装置，定位和夹紧支持制造操作的零件表面（Hashemi等人，2 0 1 4 b）。为了便于定位，定位器用于限制工件的自由度（DOF），如图1所示；这些定位器应足够强大，以抵抗切削力，使工件保持原位（Krsulja等人，2009）。Rong和Li（1997）将定位方法分为5大类，即3-2-1原理、平面和销孔定位、长销定位、V形块和V形垫定位。3-2-1原则是最常用的方法。为了满足正定位准则，夹具必须将工件定位在三个平面中的每一个平面上。这种正定位准则包括在第一个平面的三个点处提供支撑，然后指定与第一个平面垂直的第二个平面。这是通过将第二个平面中的零件朝向任意两点来完成的。垂直的第三个平面然后通过指定一个点来定义其他两个点。如图2、3和4所示，p a r t I与第一平面上的三个点、第二平面上的两个点和第三平面上的一个点（三二一法则）接触；然后确定该零件的正位置。为了保证最大的稳定性，各平面内的支承点尽量选择。此外，可能有必要提供冗余支撑，以满足对振动水平和挠度施加的额外约束（甘地和汤普森，2008年）。
3.2柔性夹具元件
一般来说，夹具由三个元件组成（Bakker等人，2012）：
bull;定位器：定位器是夹具的固定部件，不具有驱动能力。它用于将工件定位在所需的位置和方向。一个典型的夹具至少有六个定位器。
bull;夹具：夹具是夹具的静态定位、力驱动机构。它用于施加力，使工件在其位置上牢固固定，以抵抗作用在工件上的所有力。一个典型的夹具至少有两个夹具。
bull;支架：支架是夹具的固定或可调元件。当在施加的夹紧力和加工力的作用下预计会出现严重的零件位移/变形时，则在工件下方添加并放置支撑，以防止或限制变形。它们还可以提高固定工件系统的稳定性。夹具中使用的支撑件数量没有限制。图5显示了一个带有其元素的夹具。
3.3夹具和托盘设计的重要考虑因素。
对这些因素进行分析，以获得夹具和托盘的设计输入。这些因素的列表如下所述：
bull;工件尺寸和几何形状
bull;机器的类型和容量，其自动化程度
bull;在机器中提供定位装置
bull;刀具导向和刀具设置元件bull;机器中可用的夹紧装置
bull;夹具和工件bull;可用的分度装置及其精度bull;操作夹紧元件的动力装置
bull;评估机床性能结果的可变性bull;加载和卸载安排bull;考虑中的机床刚度
bull;喷射装置、安全装置的研究，等。
bull;所需的工作精度和生产质量水平
bull;托盘、夹具底座、主体或框架的制造方法
bull;允许的在制品（WIP）水平
bull;所需夹具的灵活性
bull;托盘的容量
bull;夹具的成本效益
bull;夹具所需的夹紧力。
3.4气动动力固定装置
文献[1]已经提出了不同的执行机构解决方案，以满足每个应用的固定要求，包括：解决方案的刚度、几何应用领域（大型或小型固定装置），定位精度和成本。最常用的有：机电执行器、液压或气动执行器和压电执行器。对于气动执行机构，通过可压缩气体能量使执行机构工作。气动系统广泛应用于工业部门，用于自动机械的驱动。在使用气动解决方案固定大型且难以处理的零件方面，最具创新性的解决方案之一是针阵列式柔性加工夹具。这些固定装置的特点是有一系列的销子，这些销子通过符合零件的形状来固定零件。气动执行机构具有节能、清洁、结构和操作简单、效率高等特点，适合在恶劣环境下工作。除了提高生产速度和生产率外，它还有一些优点，如清洁度：气动系统的运行不会产生污染物。释放的空气也以特殊方式处理。因此，气动系统可以在要求高度清洁的环境中工作。由于工作流体是气体，气缸的泄漏不会滴落并污染周围环境，因此在需要清洁的地方，气动技术更为可取。
bull;设计和控制简单：机器易于使用标准气缸和其他部件进行设计，并通过简单的开关控制进行操作。
bull;可靠性：气动系统通常使用寿命长，几乎不需要维护。与电动元件相比，气动元件更耐用可靠。因为气体是可压缩的，所以设备不易受到冲击损坏。气体吸收过多的力，而液压系统中的流体直接传递力。压缩气体可以储存起来，所以如果失去电力，机器仍会运行一段时间。
bull;安全：气动系统比液压系统更安全，因为它们可以在易燃环境中工作，而不会引起火灾或爆炸。较新的机器通常超载安全。
bull;一致和可重复的操作：一致的夹紧压力，安全允许更高的加工进给率。一旦正确设置，它将在整个生产运行过程中执行相同的操作。
bull;控制夹紧力：可以调整电源系统的夹紧力，以适应工件要求。
bull;经济：因为气动元件并不昂贵。由于气动系统非常耐用，因此维修成本明显低于其他系统。
bull;自动调整工作支架：必须支撑工件，以防止工作支架的自动调整产生变形或偏转。
bull;远程夹具操作：通常大型工件可能需要更多夹具（gt;6）来完全固定零件，夹具需要大量时间。单个远程操作点大大减少了手动定位和夹紧每个夹具的时间和费用。
bull;自动定序：系统可提供定序功能，在气动回路中安装一个定序阀。在适当的时间启动夹具和其他设备。因此，功率排序安排比手动操作夹具更快、更可靠。
bull;对恶劣环境适应性强：与其他系统元件相比，压缩空气受高温、粉尘、腐蚀等影响较小。
4、柔性夹具的概念设计
夹具应在相对于机床或测量机的参考框架的位置和方向上重复准确地定位工件。本文介绍了一种气动式夹具各种不同形状和尺寸的零件的概念设计，并对其进行了微小的改动，以便对钻铣头进行不同的操作。这些机器操作简单，用户友好，技术先进。在传统的钻床上，一次只能进行一项工作，而带有多轴钻头附件的传统钻床一次只能进行一次操作，因此，也可以同时进行钻
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[236798]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
