1、国内外夹具技术现状及发展趋势标准化文件发布号：（9456EUATWKMWUBWUNNINNUL-DDQTY-KII国内外夹具技术现状及发展趋势机械制造业是制造业炭亜要组成之一，也是国民经济賦垂耍的基础产业之一，口担 负着向国民经济的各个那门提供机械装备的任务。无论是传统制造业还是现代柔性制造 系统，由于人量的加工操作需要装夹，夹具就显得尤托重要，它直接影响加工质龟、生 产效率及制造成加等.夹具是指机械加工、热处理及装配等工艺过程中，为了安装加工 工件，使之占有正确的位置，以保证零件和产品的质址，并提髙生产效率所采用的工艺 装配。好的夹具设计可以提离产品生产率，保证加工精度.降低生产成衣及减轻劳 2、动 强度等。此外使用专用夹具还可以改变原机床的用途及扩大机床的使用范围，实现i机 多能。在一个柔性制适系统中，夹具设计制适的费用占到整个系统费用的10%20%1% 机床夹具在机械加工中发挥若重耍的作用，大量号用机床夹具的便用为大批彊生产 提供了必要的条件。例如：20世纟己之初类国只能生产数千辆汽车s福特汽车公司推出T 型轿车后订单急增,为了保证零件的互换性在当时精皮较差的机床上如何保证孔距耕度 成为提高生产率的瓶颈，钻模和随后出现的锤模有效地解决了这一问题。到了 20世纪 20年代初，美国汽车工业的年产量己达到百万辆以上。“普通通用机床事七用夹具这 一生产方式拉开了近现代大批量生产的雌無叫在实 3、际生产中，如果通用夹具在生产效 率、工件安装或加工希度等方而还不能满足工件加工的需要，或安裝工件不方便时，就 必须设计专门为某一工件的某道匸序所需耍的夹具。其特点泉结构紧凑、操作迅速方便; 可以保证较高加丄蒂度和生产率；但设计和制造周期长，制造费用高：在产品变更后无 法利用而导致报废。#夬具最早出现在1787年，其发展经历了三个阶段，第-阶段表观为夹具与人的结 合。在丁业发展初期，机械制造的棒度较低，机械产品的加工质呈主娶疥赖干劳动者个 人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的-种辅助工具；第二阶段足随着机 床 汽牟、飞机等制造业的发展,夹具的门类才逐步发展齐全夹具的定位、夹绘、导 向元 4、件的结构也日趋完會 逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段是近代由 于世界科学技术的进步及社会生产力的迅連提高，夹具在系统中占据柑当柬要的地位， 该阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应、激烈的市场竞爭.尽管国 际生产研究协会的统计表明：多品种生产的工件己占工件种类的85%左右，然而目询， 一般企业习惯于采用传统的专用天具，在一个具有单一生产的能力工厂中约拥有 130（X5000套专用夹具另一方面，在名品种生产的企业中，约騙4年就要更新80% 左右的专用夹具，而夹具的实际詹损员只有15%左右。近年来柔性制造系统（FMS）、 数控机床N 5、C）、加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术的应用和推广,使中小 批生产的生产率逐步趋近于大批虽生产的能力随着制造技术的发展.产品的设计周期缩短.更新换代加快、因而传统的大批最生 产模式逐步破中小批量生产模式所取代。机掠制选业须具备较离的柔性才能适应这种变 化，国外己把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制迭业的主要 发展方向一般将组合夹具视为柔性夹具餡代名词.组合夹具系统一股有两利类型： 基于销钉和基干T型槽系统。基于销钉的塑合夹具主要是通过基座上的定位孔实现对 夹具元件档确定位和紧固作用，主要有：BluoTechnik（徳風，美国），Kipp（德国），Stevens （ 6、芙国）、SAFE （美国、TJMGS （中国）及CPU （俄罗斯）。基于T型槽的组合夹具 是通过基座上互相垂宜祁半行的T型解实规对工件的精确定位、比较耆名的系统有：3Wharton Unitool （英格兰）、YCII （俄罗斯）、CAT1C （中国）、Halder （德国叫 而应 用纵合夹具的关键技术是计算机辅助夹具设计技术（CAFD）,它正炯眷集成化、标准化、 并行化及智能化方向发展凹。为了适应现代机械工业向高、精、尖方向发展的需要以及多品种、小批虽生产的特 点，现代夹具正朝着精密化、髙效化、柔件化、标淮北四个方向发展。（1）精密化随者机械产品梧度的提高，势必对其箭度提出更高的要求。荊密化 7、夹貝的结构类住 繁多，例如分度可达0.1用于精密分度的釦片盘,用于粕密车削的髙精度二爪卡盘, 其定心精度为5叫（2）髙效化离效化夹具可以减少工件加工的总时间，以便提高劳动生产率，就少工人劳动强度。 常见的高效化夹具有：臼动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使 用电动虎钳装夹T件，可使工件效率比普通虎钳提窩5倍左右：而高速卡盘则可保证卡 爪在转速9000r/niin的条件下能正常夹紧工件，使切削速度大菊度提高。（3）柔性化夹具的柔性化与机床的柔件化类似，它通过调组合方式以适应工艺可变因素具有 柔性化的新型夹具种类主要有！红合夹黑、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控 夹具等，庄 8、较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。4）标准化夹具的标准化与通用化是柑互联系的商个方面，在制造典型夹具结构的基础上.首 先进疔夹具元件和部件的通用化，建立典犁尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹 具元件，舍弃一些功能低劣的结构。目前，我国己有夹貝零件 部件的国家标淮： GB2148-2249-80, GB2262-2269-80以及通用夹只标毎，组合夹具标准等。夹貝的标准 化也是夹具柔性化高效化的垂础，作为发展趋势，这类夹具的标准化有利于夹具的专业 化生产及缩短生产周期，降低生产成本。金属切削加工过程是一个高度的动态性、非线性的过程，其过程涉及到材料学 弹 塑性力学、断裂力学、热

9、力学及摩擦学等许多问题，这毗碍了实验硏究的进行。随着计愆机技术的发寵，有限元法开始被应用于切削工艺的模拟中。有限元方法鼓早被应用在切削工艺的模拟是在70年代，与其它传统方法柑比，它 犬大提高了分析的精度 1973年美国Illinois大学的B.EKamccki何最先系统地研充了 金属切削加工中切屑形成的原理.1980年美国的NoithCarolina州立大学的M.R LajczokIII应用有限元法初步分析了切削工艺。19&2年，Usui和Shirakashitl：!为了建立稳 态的正交切削模世，第一次提出刀面角、切屑儿何形状和流线等，预测了应力应变和覷 度等参数。1984邙，Iwata1等将

10、材料假定为刚須性材料，利用刚塑性有限元法分析了 低速切削、低应变速率时的稳态正交切削。但由于忽略了弹性变形，因而耒能计算出残 余应力。Strcbjiwsjum和Carroll1141工件材料假定为弹塑性，在工件和切屑之间采用绝 热模型，模拟了从切削开始剑切屑稳定成形的过程。他们采用等效塑性应变作为切屑弁 离的准则,而等效塑性应变值的选择影响了加工表面的应力分布，1990年,Strenkowski 和Moo嗾拟了切屑形状，用Eu】ci有限元模塑研允正交切削，忽珞了弹性变形，预 测了工件、刀具以及切眉中的温度分布。Komvopoulos和Erpenbeck11用咋仑檸擦定律 通过正交切册解析方法得 11、到了刀具与切屑Z何的摩擦力和法向力。用弹塑性有限元模型 研究了钢质材料正交切削屮刀具侧面磨损、积屑卿及工件中的残余应力等。Furukawa 和Moronuki用实验方法研究了铝合金超精密切削中工件表面的光洁度对加工质量的笏 响。Naoyo lka、用精密切削机床在实验中漁虽了红铜材料切屑形成和切期深度之间 的关系。Toshi咏hiMoriwdk円等用刚塑性有限元模型模拟了上述实验。他们模拟了切 削深度在毫米到纳米范围内红铜材料正交切削过程中的谥度场.J.V.C. Souza , M.C.A. No叫M.V. Ribeiro131等研沆了氮化硅陶瓷刀貝切削灰铸佚时刀具性能，并对切削用量 对切削力 12、的影响进行了分析。国内研究切削加工的学者任模拟切和过程方血也取得了不少的研究成果星空体育。黄志超 等论述了有限元中网格划分技术，分析了各种网格生成方法的特点，并对有限元网格划 分技术的发展趋势进行展钛陈明创等徑有限元环境F建立了三维铳和航空铝合金的温 度场模型，分折了切削速度、进给曲:对切削温度的够响。并通过红外热像仪的观测，验 证了仿真结果与试验结果的吻合度。武凯吗等结合有限元技术和切削力数学模型，对薄 壁件加工变形进行了分析和计算，提出了研究薄壁件加工稱度的系统方案。黄志刚凹 等建立金属正交切削加丄的热力耦合有限元模型，并利用软件模拟了材料切削过程，通 过与试验结果的比较讦明了有限元模型的正确fL 13、随后他们继续利用铳削温度、铳削力 的分析模型求解了三维铳削加工的嶙态温度和瞬态切削力，将英作为动态我荷应用于三 维切削模型，模拟f三维铳削加丄过程预测了零件的变形.梁文杰以通用有限元软 件为平台,建立了刀具车削材料的二维热力耦合有限元模拟。阮景奎I通过对髙速铳削 合金铸佚时的错齿状切屑形成过程的仿真分析，提出了钿洛合金铸铁材料的髙速饶削锯 齿状切胛是由绝热剪切和塑性断裂共同引起的观点，并研咒了切削参数对IS齿状切関形 成的影响规律。唐志祷岡等人建立了基于有限变形理论、虚功原理和更新的拉格朗日公 式的热一弹塑性本构方程，导岀了热一弹塑性大变形耦合控制方程有效预测了正交切 削航空宦合金的切屑形态、切削力、切削溫度以及应力场和应变场等物理场的分布“解 鹏，苏桂生的对钛合金进行仿氏和实验硏究，得出了切削力的的回归方程及最佳切削参 数。韦伟，任家隆I圏建立了热力耦合、平面应变模型和正交试