钻缝纫机底板侧面孔夹具的设计

前言

1 选题背景
本设计题目来源是社会实际,本课题主要是设计钻缝纫机底版侧面孔夹具,此课题是本人在中捷缝纫机股份有限公司实习时的内容,为便于我在将来岗位上尽快的投入工作状态。那里有经验的设计师让我在校期间对夹具有一定的了解。
1.1 夹具的特点
在机床上加工工件时,我们可以看到两种不同的情况:一种是用划针或指示表等量具,按工件的某一表面,或者按工件表面上所划的线进行找正,使工件在机床上处于所需要的正确位置,然后夹紧工件进行加工;另一种是把工件安装字夹具上进行加工。为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面,一般都按工件的结构形状,加工方法和生产批量的不同,采用各种不同的装置将工件准确,方便的而可靠地安装在机床上,然后进行加工.这种用来安装的工件以确定工件与切削刀具的相对位置并将工件夹紧的装置称为“机床夹具”。在实际的生产中,例如活塞,连杆的生产线上,几乎每道工序中都采用了夹具。十分明显,如果不采用夹具,不但工件的加工精度难以保证,而且加工生产率也会大大降低,有时甚至会造成无法加工的情况。除了机床加工时需要使用夹具外,有时在检验,装配等的工序中也要用到夹具,因之在这种场合中用到的夹具可分别称为“检验夹具”和“装配夹具”。
机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。
通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具,如车床上的卡盘,铣床上的回转工作台,分度头,顶尖座等。它们都一标准化了,具有一定的通用性,可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。但是,在实际生产中,通用夹具常常不能够满足各种零件加工的需要;或者因为生产率低而必须把通用夹具进行适当的改进;或者由于工件的形状,加工的要求等的不同须专门设计制造一种专用夹具,以解决生产实际的需要。
专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的,其功用主要有下列几个方面:1.保证工件被加工表面的位置精度,例如与其他表面间的距离精度,平行度,同轴度等。对于外行比较复杂,位置精度要求比较高的工件,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度要求。2.缩短了工序时间,从而提高了劳动生产率。进行某一工序所需要的时间,其中主要包括加工工件所需要的机动时间和装卸工件等所需要的辅助时间两部分。采用专用夹具后,安装工件和转换工位的工作都可以大为简化,不再需要画线和找正,缩短了工序的辅助时间并且节省了画线这个工序,从而提高了劳动生产率.在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具,使同时加工的几个工件的机动时间将与加工一个工件的机动时间相同。采用回转式多工位连续加工夹具,可以在进行切削加工某个工件的同时,进行其它工件的装卸工作,从而使辅助时间与机动时间相重合。总之,随着专用夹具的采用和进一步改善,可以有效地缩短工序时间,满足生产不断发展的需要。3.采用专用夹具还能扩大机床的工艺范围。例如在普通车床上附加镗模夹具后,便可以代替镗床工作;装上专用夹具后可以车削成型表面等,以充分发挥通用机床的作用。4.减轻劳动强度,保障安全生产。根据生产需要,采用一些气动,液压或其它机械化,自动化程度较高的专用夹具,对于减轻工人的劳动强度,保障生产安全和产品的稳质高产都有很大作用。加工大型工件时,例如加工车床床身上,下两面上的螺孔,需要把床身工件翻转几次进行加工,劳动强度大而且不安全。采用电动回转式钻床家具后,就能够达到提高生产效率,减轻劳动强度,保障生产安全的目的。
专用夹具在生产上起着很大的作用,那么是不是在任何场合都要设计和采用呢!这个问题就是具体问题具体的分析。上面说的关于专用夹具在生产中的作用,只是事物的一个方面。另一方面,由于夹具的设计,制造和所用的材料等须消耗一定的费用,增加了产品的成本。因之,在什么情况下采用什么样的夹具才是经济合算的,这是一个大问题,特别对于重大的,设计制造工作量大的专用夹具需与工人师傅等三结合共同研究解决。事物总是一分为二的,专用夹具也存在缺点,即专用夹具的专用性和产品多样性的矛盾。由于专用夹具只适用于一个工件加工的某一个工序,因而随着产品品种的不断增多,夹具数量也不断上升,造成存放和管理上的困难;而当某产品不再进行生产时,原来的夹具一般都无法重新利用,造成浪费.同时,专用夹具的设计生产时间周期长,与生产的迅速发展也有矛盾。但是在当前成批生产的机械工厂中,多数还是采用通用机床加上专用夹具进行工件的机械加工。
可调整夹具是为了扩大夹具的使用范围,弥补专用夹具只适用与一个工件的某一特定工序的缺点,正在逐步推广使用可调整式的夹具。可调整式夹具一般可分为标准化夹具,成组夹具和组合夹具等。1.标准化夹具:标准化夹具就是利用本厂已规格化了的部分或全部标准零件装配成的专用夹具。专用夹具中的大件,如夹具体,以及定位元件,夹紧件和机械夹紧用的气缸部件等,经过标准化,尺寸规格化后有利于工厂成批准备配件,成批加工,这样可使夹具的设计,制造工作加快,节省费用。另外,当产品更改,夹具不再使用时可以拆开,把标准零件保存起来,备以后使用。2.成组夹具:多品种,小批量生产的机械加工车间中,往往可以采用成组加工法。采用成组加工法,是把多种产品的零件按加工所用的机床和刀具,夹具等工艺装备的共性分组,同一组的零件能在同一台机床上用共同的工艺装备和调整方法进行加工。例如分成轴类,套类,盘类,齿轮,杠杆,支架类等各种零件。成组夹具就是根据一组安装方法相类似的零件而设计的,只要稍作调整或更换夹具上的某些定位,夹紧件,就可以从加工某一工件转为加工另一工件。3.组合夹具:组合夹具是有一套专门设计制造,便于组装和拆卸的有各种不同的形状,不同尺寸规格并且有完全互换性和耐磨性的标准元件和合件所组成。利用这些元件和合件,根据加工工件的需要可以组装成车,磨,铣,刨,钻,镗等工序用的各种不同的机床夹具。夹具使用完毕,可以方便的拆开,洗净元件存放起来,留待以后组装新夹具时再用。因之组合夹具是具有高度标准化和系列化元件的新型工艺装备。关于组合夹具的问题,其设计原理基本相同。
在实际生产中应用的夹具很多,分类方法也有很多种。通常还可按使用夹具的工序不同分为车床夹具,铣床夹具……等;还可以根据在机床上运动的特点归并成以下几类,(1)车床类夹具:包括车床,内外圆磨床,螺纹磨床用夹具,其特点是夹具与工件一起作旋转运动。(2)铣床类夹具:包括铣床,刨床,平面磨床等机床用夹具,其特点是夹具固定字工作台上,只作纵向或横向往复运动或回转运动。(3)钻,镗床类夹具:用于在钻床上钻,扩,铰等工序或在镗孔工序,其实就是夹具固定在机床上,刀具通过夹具上的导向装置进行送进运动。
上述的各种夹具都是固定在机床上的,但是在自动线加工中,有的夹具带着工件由生产线的输送装置,挨着每台机床逐步向前输送,这类夹具通常称为“随行夹具”。自动线上的随行夹具除了完成工件的定位,支承和夹紧外,还带着工件沿自动线的加工机床进行定位(相对于每台机床的刀具位置),夹紧,待加工完了再自动送至下一台机床加工,以便通过自动线的各台机床,完成工件的全部工序加工。随行夹具主要适用于采用组合机床自动线加工,但又无良好的输送基面和定位基面的工件,以便将这种畸形工件先装夹于基面完整的随行夹具上,然后在通过自动线进行加工。对一些有色金属等软件性材料的工件,虽然具有良好的输送基面,但为了保护工件的基面不受划伤,有时也采用随行夹具。
通用可调夹具,若产品中有若干零件具有相似性,有选用通用可调整夹具的可能,应进一步探索,应用下面三方面分析判断(1)工件结构要素的相似性,主要是被加工表面形式和部位的相似,工序内容和技术要求基本相似;能有相似或相同的定位基准和定位方式。(2)有可能采用功能相同的定位方式和夹紧方式(包括夹紧动力源)。(3)工件尺寸要素相似,如定位基准和外廓尺寸的近似程度,看能否使用,可调夹具结构紧凑,布局协调的夹具。
综上所述,机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。
1.2 研究夹具的目的和意义
随着我国改革开放的不断深入，市场经济体系的不断完善，我国工业逐渐向成熟化发展。在整个机械工业中，设计在其中占有的地位日益显现出来。工业设计主要包括三个方面的内容。第一是产品设计,第二是与产品有关的视觉传达设计，如产品的包装、商业广告等平面设计。第三是由产品设计扩展的环境设计．如产品的展示与陈列，商品橱窗设计以及室内设计等。

产品设计作为工业设计的核心，它涉及的面广，从人们的衣食住行，到社会的各行各业，产品设计无时不有，无时不在。产品设计的对象既包括一般的日用生活制品，也包括工业生产的机床，加工工具；既包括家用小电器产品，也包括专业的仪器，仪表；既包括私有的自行车，摩托车，也包括大型的汽车，飞机等交通工具；“从口红到宇宙飞船”都是属于产品的设计的范畴，本论文主要针对加工工具设计，在一定范围内又称“加工辅助设计”，即机床夹具体的设计。
机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程中应深人实际，进行调查研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。而深入生产实际调查研究中，应当掌握下面的一些资料：
(1)工件图纸；详细阅读工件的图纸，了解工件被加工表面是技术要求，该件在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。
(2)工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。
(3)生产纲领：夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应，做到经济合理。
(4)制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。
夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。
1.3 夹具的国内外现状和发展趋势
工业设计是人类社会发展和科学技术进步的产物，从英国莫里斯的“工艺美术运动”，到德国的包豪斯设计革命以及美国的广泛传播与推广，工业设计经过了酝酿，探索，形成，发展百余年的历史沧桑。时至今日，工业设计已成为一门独立的专业学科，并且有一套完整的研究体系。
1980年国际工业设计协会理事会（ICSID）给工业作了明确定义：“就批量生产的工业产品而言，凭借训练，技术知识，经验及视觉感受，而预示材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工，装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。根据当时的具体情况，工业设计师应在上述工业产品全部侧面或其中几个方面进行工作，而且需要工业设计师对包装、宣传、展示，市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴”。
材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。
任何设计都是时代的产物，它的不同的面貌，不同的特征反映着不同历史时期的科学技术水平。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。
1.4 夹具的基本结构和工作原理
按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类:
(1)定位元件及定位装置；
(2)夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)；
(3)夹具体；
(4)对刀,引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等)；
(5)动力装置；
(6)分度,对定装置；
(7)其它的元件及装置(包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等)；
每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。
2 导向装置设计
根据产品加工图纸和产品技术要求,知此套夹具需要在7地方钻8次孔,其简图如下:
从产品侧面图了解,需要分别在1、2、3、4、5、6、7这些部位加工满足条件的孔,其中在1、2、3、6处钻孔后需要继续攻丝,钻4、5、7处的孔达到装配要求即可。
2.1钻套类型的选择与设计
由于加工孔的要求不同,那么对导向装置的长度,同轴度等一些要求也不尽相同。钻1、2、3、6处的孔还需要计算钻孔的直径。

根据产品的图纸得到1、2、3处的孔大小相同，3X0.85=2.55mm，此时查工厂的常用刀具型号选直径2.5mm的标准麻花钻。从而确定钻套的导向直径，取2.5mm，从整体设计的已知条件来看，钻模板厚20mm，缝纫机底板最宽处达178mm，又下垫块厚14mm。由设计的框架数据计算，钻模板与底板的最小间距为200mm-14mm-178mm＝8mm，由以上数据综合分析，取钻套1总长为30mm,其中沉孔部分长15mm，导向定位孔长15mm，带肩部分长5mm。查设计资料表确定钻套1的带肩部分直径12mm，下体直径8mm，沉孔直径4mm，导向孔直径2.5mm。
从产品的三维尺寸和假象安装情形看，钻套2、3的长度不完全受底板的最宽长度的限制，为提高和保证一定的精度，取钻套2、3的总长度为35mm，其中带沉孔15mm，导向定位长20mm，带肩部分长5mm，查设计资料表确定钻套2、3的带肩部分直径12mm，下体直径8mm，沉孔直径4mm，导向孔直径2.5mm。
钻套4的选取和设计参数为，总长为35mm,其中沉孔部分长15mm，导向定位孔长20mm，带肩部分长5mm。查设计资料表确定钻套4的带肩部分直径14mm，下体直径10mm，沉孔直径6mm，导向直径5mm。
钻套5的选取和设计参数为，总长为35mm，其中沉孔部分长15mm，导向定位孔长20mm，带肩部分长5mm，查设计资料表确定钻套5的带肩部分直径14mm，下体直径10mm，沉孔直径5mm，导向直径3.7mm。
钻套7的选取和设计参数为，总长为35mm,其中沉孔部分长15mm，导向定位孔长20mm，带肩部分长5mm，查设计资料表确定钻套7的带肩部分直径20mm，下体直径16mm，沉孔直径8mm，导向直径6.5mm。
与1、2、3、4、5、7不同的是首先要在6处钻深度为10mm，直径为7mm的孔，然后再钻直径为5.7mm的孔(通),其参数分别为，总长为35mm,其中沉孔部分长15mm，导向定位孔长20mm，带肩部分长5mm，带肩部分直径16mm，下体直径12mm，沉孔直径8mm，导向直径7mm。第2孔参数总长为35mm,其中沉孔部分长15mm，导向定位孔长20mm，带肩部分长5mm，带肩部分直径16mm，下体直径12mm，沉孔直径8mm，导向直径5.7mm。
生产技术要求为:1.d对D的径向跳动不大于0.01毫米;2.d公称尺寸系刀具的最大尺寸,其允许差为+0.003~+0.013;3.热处理：T10A,淬火HRC60~64;渗碳深度0.8~1.2mm。4.表面发蓝或其它的防锈处理,锐边无毛刺。
2.2 衬套的选择与设计
衬套的主要作用是为了避免在更换钻套的时候，对钻模板的孔口造成过多的摩擦而不断的扩大，从而影响钻孔的精度，不能达到精度和加工的要求，致使生产的产品成为废品。此套夹具采用固定衬套。
根据已有条件确定衬套的外径为18mm，公差范围为+0.02mm~+0.032mm，内孔径为+0.011mm~+0.019mm。
生产技术要求为：1.d对D的径向跳动不大于0.01毫米;2.d公称尺寸系钻套的最大尺寸,其允许差为+0.004~+0.017;3.热处理:T10A,淬火HRC60~64；渗碳深度0.8~1.2mm；4.表面发蓝或其它的防锈处理，锐边无毛刺。
3 定位元件的确定
在选择定位方案时，由于定位方式多种多样，对定位基准、限位基准的确定也有几种不同方法，此处采用以下观点:
1)当工件以回转面(内、外圆柱面、圆锥面、球面等)作为定位基面时，其轴线为定位基准。当工件以平面与定位元件接触，此平面就是定位基面，它的理想状态(平面度误差为零)是定位基准。但对于已经加工过的平面，通常忽略其平面度误差，所以认为，定位基面就是定位基准，二者重合。
2)当定位元件以回转面作为限位基面时，其轴线作为限位基准。
此夹具定位元件采用两平面和一定位柱,拟用不完全限位方式定位。定位三面，夹紧两面，有一面未限定的正好与加工的方向反向。可以不作要求，在夹紧的时候，留有稍微大点的余量即可。其夹紧方式从总装图上可以清晰地看出，在此不在作过多的叙述。
型号1垫块的尺寸为150X30X14毫米，型号2垫块为65X20X14毫米。定位柱的尺寸为总长83毫米，轴孔配合部分长22毫米，定位柱主挡长35毫米.轴孔配合图上已经标注。
工件的定位误差分析，是设计的重点和难点之一。基准位移误差如：基准不重合误差，构成了定位误差，这些基本概念定义准确严密，在实际的设计过程中需要费一定的时间，用实际例子来说明基准位移和基准不重合这两项误差产生的原因及对加工尺寸的影响，但一涉及到两项误差的合成问题，即定位误差对工序要求的影响，常常容易混淆。与其他定位误差相比较，此夹具取用最基本的定位方式。
定位柱加工要求：1.表面发蓝或其它的防锈处理；2.热处理:T10A，淬火HRC60~64；渗碳深度0.8~1.2mm；3.锐边无毛刺。垫块加工要求：1.表面发蓝或其它的防锈处理；2.热处理：T10A,淬火HRC60~64，渗碳深度0.8~1.2mm；3.锐边无毛刺。4.留0.2~0.3mm余量，装配时磨削至所需要求。

4 夹紧装置
4.1 夹紧基本原理理论
夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度都有很大的影响。

分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类：第一类是性能要求，主要指定位唯一性、定位稳定性,夹紧稳定性及总体约束；第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。
夹紧对象特征项目：包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。
加工信息特征项：加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。
夹紧要求特征项：主要指性能要求，包括定位要求、定位基准选择，如特征点、特征面。夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率，自锁性等。
元件功能分析：夹紧功能主要包括四种元功能：定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。传动功能由中间递力机构完成，该机构一般有三个作用；改变作用力的力一向、大小和自锁作用。目前常用的有以下机构：斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。
设计夹紧装置时,应满足下述主要要求：
1.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位,为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。
2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。
3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。
4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。
4.2 夹紧座
在不考虑重力和其它的伴生力的情况下，夹紧力的大小既与切削力的大小有 关，也与切削力对支承的作用有关。
W=KM(f1Rf1+f2Rf2)N(其中K=K1K2K3K4,K1=1.5~2,K2=1.2,K3=1.1~1.3,K4=1.2)
W=1.8X1.2X1.2X1.2X85X(0.2X7+0.2X7) N=740.28N       M(切削扭矩)
Q 需=KP/(f1+f2)=1.8X1.2X1.2X1.2X100/(0.2+0.2)=777.4N    Q 需(切削力)
为简化夹具的成本及考虑工厂实际情况，拟用螺钉夹紧装置。计算螺钉的夹紧力：W=2QL/ D中/tg(α+φ1)。此公式采用中的数据以M16标准螺纹计算。
α为螺纹升角;tgα=S/лD中; φ1螺纹摩擦角；D中螺纹中径；Q人工作用力；其中有f=0.1(螺母端面与工件间的摩擦系数)，φ1=6。34，；计算W=836.8公斤力。
很明显，可以使用螺钉夹紧机构。见总装图：
夹紧座加工要求：1.表面发蓝或其它的防锈处理；2.热处理:T10A,淬火HRC60~64；渗碳深度0.2 ~0.6mm；3.锐边无毛刺；4.螺纹孔以国家标准的M16配做。
4.3 夹紧支板
夹紧支板和夹紧座的目的相同，都是夹紧工件的，保证在加工过程中工件不移动，限制它的自由度，夹紧支板的工件接触装置拟用夹紧螺钉，支板在其中是辅助支承的，最终起决定作用的还是人的操作，不同人操作同样的夹具或者是在夹紧的过程中用力和速度的不同，都对工件的加工精度有影响。由于取用的夹紧螺钉是一样的，前面已经计算过了，在此不重复了。具体的结构见零件图。
夹紧支板加工要求：1.表面发蓝或其它的防锈处理；2.热处理:T10A，淬火HRC38~45；渗碳深度0.2~0.6mm；3.锐边无毛刺；4.螺纹孔以国家标准的M16配做。
4.4 夹紧螺钉
根据公司的实际情况选用夹紧螺钉，人工操作。节省成本，制造夹具的时间缩短并以国家标准的规格生产。
夹紧功能的原理方案设计目录是设计目录应用的具体体现，由于夹具种类繁多，如何对其进行抽象化整理，以利于运用设计目录的结构形式，还需要更深入的研究。建立原理方案设计目录涉及的知识面较广，难度较大，目录本身的构造规律也很复杂。这里仅作最基本的原理方案设计研究。
5 夹具体的结构设计
夹具体整体轮廓尺寸如下：底座尺寸525X145X30毫米，上贴板尺寸200X25X145毫米。加强筋尺寸16X35X200(80°)毫米。此模型是取用最基本的也是目前中捷公司大众化模型。夹紧拟取方案：定位柱与夹紧座对称分布，此夹紧可以尽量的避免多余的加工扭矩和定位旋转误差。两不同面内的垫块主要垫在受力大的地方或者是产品的主筋上，在人为的基础上消除夹紧和加工弹性变形。
6 夹具在安装和操作时应注意的事项
6.1夹具的安装
当夹具的各个零件生产出来后，就要对它进行安装。安装夹具看起来是非常简单的事情，但是不同的人安装同样的夹具，其安装的夹具误差都不一样。(从瑞士手表的安装准确度，其秒针走时误差一年相隔一秒与一星期相隔一秒的例子得启示)公司有专人安装夹具的队伍，在某些程度上提高了安装精度。在安装夹具的过程中要注意一些事项：
(1)先以平衡的方式把钻模板和夹具体以两个锥销定位，接着依次上固定螺钉。
(2)垫铁留有余量，在安装上去后，等检验精度的时候再磨削部分余量至达到要求。按照磨损规则是尽量的初次磨削最少的余量，可以使使用时间加长,减少成本。
(3)衬套用专用的夹钳装入，实际装入时应有一定的阻力，最佳效果是一次性装入。钻套以旋转的方式逐渐装入，当装入大约2/3时候旋出，再完全装入。
(4)定位柱套入后即旋紧螺母，当需要调整精度时再作更换，一般情况是不需要调整和更换的。
(5)安装夹紧座时，需同时上两个固定螺钉。如果螺孔已经回孔，就有一次性装入，未回孔的先独立旋进1/2后旋出，然后整体旋进即可。
(6)装支板对照总装图的形式装入，其中有一反向螺栓，装在第2支板上即可(支板序号以总装图从左往右为序) 。
(7)最后,以总装图的标准配上夹紧螺钉。
6.2夹具在操作时应注意的事项
现代化生产要想有好的经济效益，必须提高劳动生产率而影响生产率的因素很多,金属加工中一个重要的影响因素就是工件在夹具上的装夹。夹具设计依据的原则是简捷、实用、快速、可靠.这里的“快速”指的就是快速装夹。根据工件的种类、结构特征的不同，可采用不同的形式。合理的装夹形式不但能达到快速、高效的目的而且能减轻工人的劳动强度，一般夹具设计出来成为产品后,就有一个装夹模式。
装夹模式在快速装夹的过程中，应该注意一些事项:
(1)分别松开支板1和2的上下螺栓(只需要稍微松一点，约2~3毫米)，依次旋转扳开支板1和2，逆时针松动夹紧座的的夹紧螺钉。
(2)把工件以10~15度倾斜角靠定位柱放入夹具内，同时旋转支板2并相应的拧紧螺栓和轻微的拧夹紧螺钉至与工件接触水平。回位支板1及其上的夹紧螺钉，一次性旋紧夹紧座上的夹紧螺钉，最后依次拧紧支板1和2的夹紧螺钉。
(3)工件加工过程中不要手去接触铁屑，让其自动排屑.按规定是每间隔1小时有工人清除铁屑。
(4)取工件时是先松支板1和2的夹紧螺钉，再松螺栓后旋转支板至水平，一手扶工件，一手松夹紧座的夹紧螺钉,方可取出工件。
(5)定位柱有明显的磨损后，更换新定位柱或调整定位柱 (原则上该公司每隔一段时间就检验一次精度，不需要操作工负责) 。
7 夹具的经济效益分析
机床夹具费用是工艺成本的组成部分，它直接影响工艺过程的经济性及产品成本,机床夹具的经济性用下述不等式评价:
SN≥C
式中S------使用机床夹具后生产费用的节约,即经济效果；
式中N------用机床夹具全年加工的工件数量,即工件的年产量；
式中C------使用机床夹具全年的费用。
(1)使用机床夹具的经济效果：机床夹具的使用减少了生产单件的时间，一个工件的某一工序因使用机床夹具而减少的单件时间是：△T=T1-T2，式中T1和T2分别为使用机床夹具前后工件的单件时间。
若比较两种机床夹具的经济性， T1和T2又分别代表两种夹具加工工件的单件时间,由于使用机床夹具而节约的工人工资额为：
△Z=Z1T1-Z2T2
式中Z1，T2分别为使用机床夹具前后机床工人每分钟的工资额，若考虑杂费方面H的节约，使用机床夹具的经济效果为：
S=△Z(1+0.01H)
(2)使用机床夹具的的全年费用,一套专用夹具的费用为：

式中As------专用夹具的设计系数,通常为0.5；
式中Ay ------专用夹具的使用系数，一般取用专用夹具制造价格的0.2~0.3；
式中T------专用夹具的使用年限,简单夹具=1年，中等复杂的夹具=2~3年，复杂夹具是=4~5年；
Cz专用夹具的制造价格由下式计算 Cz =δθ+tZp(1+0.01H)；
式中δ------材料的平均价格   元/kg；
式中θ------夹具元件的重量；
式中t------夹具制造工时   h；
式中Zp------工人的平均工资   元/人；
式中H------工具车间杂费百分比；
通过原理，已经可以从该方案中检索到实现设计可行性原理方案。实现某一功能可能有多个解，其优劣程序要视具体情况而论。评价项给出了评价准则和评价的特性值，反映了原理方案在技术性、经济性和社会性上的效用。
以上所述原理中有关项目中所表达的评价决策的方方面面，为设计展示出统率全局的设计信息空间。
8 单工位夹具与成组夹具的分析
成组技术是近年来在国内外机械制造领域内得到迅速发展的一种新的作业方式。而成组夹具则是按成组技术原理，在零件分组的基础上，针对一组 （或几组）相似零件的一道（或几道）工序而设计的夹具。它具有专用夹具的若干特点，又具有对工件特征在一定范围内变化的适应性，它能使产品多品种、中小批量生产达到大批量生产的效果，因此，成组夹具在产品不断更新换代的今天，有着不可比拟的优势。
零件的分析与分组, 如某厂生产的交、直流起动机机壳，由于结构简单，采用10号无缝钢管加工而成。本道工序为半精车内孔，其品种有12种之多。轴向长度尺寸最大为1820+0.023，最小为900+0.18 ,止口定位尺寸最大为φ0-0.087，最小为φ710-0.046，轴向止口长度一律为3 ，由于尺寸段相距较远，轴向长度考虑压板尺寸，将其分为两组。第1组轴向长度为90~135 ，第2组为140~182，止口定位尺寸由于需更换定位元件不再分组。把这类使用机床、夹紧方式、加工内容相同的零件挑选出来，形成所需要的成组工序（见图 ）。

成组夹具的结构设计：成组夹具设计与专用夹具的设计方法相似，但具有一定的针对性，它是为加工某些几何形状相似、工艺过程和定位夹紧相似的零件而设计的。设计时仍然需要选择合理的定位基准、定位元件;选择合适的夹紧力、夹紧元件；设计好合理的基体件。
   8.1定位基准与定位元件的选择制定设计方案时需选择合理的定位基准、定位元件。以图工件为例，选φ1020-0.07处止口为定位基准，止口平面为辅助定位。夹具采用定位盘定位，这样定位基准与设计基准重合，无基准不重合误差。但在实际中考虑多种因素的影响，往往采用增大定位盘内圆柱孔的方法。定位盘内圆柱孔最小增大尺寸为：
δ=hXtgα=3X(0.05/123)=0.0012
   8.2夹紧元件与夹紧力的选择
夹紧力的选择，除夹紧力方向和作用点外，还要使工件产生尽可能小的夹紧变形，这是选择夹紧元件和夹紧力的主要因素。本例采用压板压紧，夹紧力方向平行工件外圆母线，夹紧牢靠，工件保持正确位置，既防止了薄壁零件装夹变形，又满足了成组的要求。
8.3夹具基体的设计夹具基体是成组夹具的基础，在设计夹具基体时，除应保证结构合理外，还应保证夹具基体有足够的刚度，而且在可能的范围内，力求能加工零件组的全部。对其基体件还应根据相似件形状、尺寸、精度、毛坯种类及其工艺方法来确定基体件形状、尺寸，以满足加工所有相似件的要求。该基体件与其它夹具元件组成的夹具结构紧凑，操作方便，更换元件容易，可以加工不同产品的相似件，详见下图，通过它组成半精车内孔成组夹具，可以完成不同产品机壳内孔的加工。

8.4机壳成组夹具结构 机壳成组夹具由基体件、调换件、标准件三部分组成，见下图。该夹具由基体件与机床连接，使用机床可视厂方具体情况而定。为保证工件轴线与机床轴线相重合，使用法兰盘(过渡件)与机床内锥孔配合，完成定位。与夹具定位则依靠基体件上的外止口(本例为φ240处)，准确定位后，予以轴向锁紧。夹紧采用双压板球铰压紧，由大拉杆1带动两个小拉杆2来完成。两小拉杆做为调换件，以适应分段两组中不同轴向长度的需要。
  
4成组夹具的误差分析(1)机床回转中心与夹具安装不同轴时，使夹具在机床上定位脱离理想状态，造成安装误差。
解决办法:可在车床上重新车一次定位盘止口，保证定位盘中心和机床主轴中心同轴度小于0.015。
(2)工件在夹具上定位时，定位脱离理想位置，产生加工偏差，产生的原因有：
   ①定位元件制造超差；
   ②工件与定位元件间定位面间隙太大，或定位元件与机床主轴不垂直；
    解决办法：
    a)确保元件制造精度，定位盘与基体件的配合可按公差等级5级或6级精度。
    b)夹具基体件上与定位元件的配合需在机床上精车，以确保定位元件安装后，处于正确位置。如图2中甲120H6及其端面A，并保证尺寸公差和精度要求。
    c)定位盘内孔尺寸，取工件最大实体尺寸加(或减)制造公差的1/5~1/8即:102+0.1 x1/7 =102.0143。
    5成组夹具的经济效益分析
1)节约设计时间：成组夹具只需设计调换件，可单独出图或提供元件号填表选用，一般只占总夹具设计量的5~15%，以本夹具为例，调换件只占设计总量的10%。
2)节约制造工时：只需制造调换件即可，因此节约工时，缩短生产周期，减轻工具车间负荷。
3)节约原材料：一般调换件所需原材料只占夹具用料的5~15%。
4)便于管理，减少库存面积。
5)为工装标准化、系列化、规格化打下基础。
目前，成组夹具和组合夹具在车床、铣床、钻床、磨床上得到推广应用。开展成组夹具的设计和应用，对保证产品质量，缩短生产准备周期，提高经济效益起到积极作用，对我国工业发展将起到良好的推动作用。
9 误差分析
9.1定位误差分析
工件的定位就是使同一工序中的所有工件逐次放置到夹具中，使之占有正确的位置的工艺过程。一批工件逐个在夹具中定位时，由于定位基准与工序基准不重合、定位副制造不准确等原因，使得各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，势必产生定位误差，即工件在夹具中因定位不准确而产生的工件加工误差。
定位误差实际上是一批工件采用调整法加工时，由于定位所造成的工件加工面相对于工序基准的位置误差。假定在加工时，夹具相对于刀具及切削成形运动的位置经调整后不再变动，那么可以认为加工面的位置是固定的，这样工件加工面相对于其工序基准的位置误差就是由于工序基准的位置变动所引起的。所以，定位误差也就是工件定位时工序基准在工序加工要求(位置尺寸或位置精度)方向上的位置变动量。
应用夹具CAD系统设计夹具时，在未选定夹具定位方案的具体结构之前，尚不能建立定位尺寸链。在系统确定了夹具定位结构之后，就可以根据具体结构建立定位尺寸链进行正计算或反计算。a)正计算就是当已知定位结构中有关定位元件尺寸的公差时，用定位尺寸链求解封闭环公差(即定位误差)。如果所求的定位误差值在允许的公差范围之内，则表明所确定的定位元件的尺寸公差能满足精度要求。否则不能保证精度，就需调整定位结构中定位元件的尺寸公差。如果这些公差无调整的余地则需考虑重新确定定位结构。b)反计算就是已知封闭环的尺寸及公差,确定各组成环的公差,即将允许的定位误差合理地分配到各组成环中去。
9.2 装备误差分析
“机床夹具装配调整及夹具精度检验”实验，认识到夹具制造工艺特点和工件加工精度的保证方法，认识到夹具总装图公差配合与技术要求的实际意义。从而使我在进行夹具设计时明白到底应标注哪些技术要求有其意义。
安装误差与定位误差：在应用夹具安装工件时,往往由于下列几种因数引起工件的安装误差：
1.夹具本身的误差;
2.夹具在机床上的安装,调整误差;
3.夹紧时,整个夹具或其它元件受力后产生弹性变形;
4.工件的定位基准与定位元件接触后的变形;
5.由于工件的定位基准与设计基准不重合而引起的误差;
6.由于工件的定位基准面与定位元件之间的间隙(如内,外圆柱面定位时)引起的工件可能的最大的位移。
小结:在实际工作中，应多读些典型机床夹具总图，多调试一些夹具，多了解一些夹具结构方案，从中多学习一些结构工艺性方面的知识，使设计能力有所提高。
10 人工智能的思考
随着现代科学技术的迅速发展，机电产品种类日益繁多，而且要求产品的质量和品种不断提高和更新，生产周期也越来越短。而且新产品的生产规模多属中小批量。为此，在现代机械制造中，要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性，近20年来数控机床和柔性制造系统迅猛发展，正是迎合多品种、中小批量生产方式的需要。在这种生产方式中，组合夹具得到了广泛的应用。
在专家系统的帮助下，输入了有关工件的几何尺寸和定位、压紧等有关信息后，计算机可通过专家系统的知识库和推理机自动进行元件的选择、工件在基础板上位置的确定、元件空间位置相互干涉的避免，最后生成组合夹具装配图和元件清单。
该公司开始组合夹具计算机辅助设计以来，已先后完成了槽系和孔系两种组合夹具计算机辅助设计软件包，这两种计算机辅助设计软件都采用了计算机绘图法和计算机检索法相结合的设计方法。计算机绘图法实际上就是由人设计，计算机辅助绘图。设计时设计者在计算机上将所需的元件调出，然后就象在组装室现场组装夹具一样，将计算机屏幕作为图板，绘制组合夹具装配图。计算机检索法首先要求按工件的形状和装夹特征进行编码，在确定了工件的分类编码后，按编码检索出所需的夹具图形文字，如果已有该零件或相似零件的夹具图形文件，则可将其调出，在计算机上对检索出的图形进行修改，然后用绘图仪绘制装配交给工人组装。目前，该公司自行开发的三维槽系组合夹具计算机辅助软件包已经交工厂试用。
但目前已有的组合夹具CAD系统虽有节省绘图工作量，减少人工反复试装造成元件磨损等优点，但它无法帮助设计人员思维，从某种角度来讲，它只是把反复试装的过程从组装现场搬到了计算机房，仍然费时费工，其设计质量还要靠设计人员的经验来保证。因此，在已有工作的基础上，开展了智能组合夹具CAD的研究工作，初步研究结果证明，利用基于规则的专家系统，可以大大提高组装设计的速度并有效的提高设计质量。
专家系统是一个程序。它的工作就象一个有限应用领域的专家。因此，专家系统必须能以某种方式与用户交流信息。一般来说，有几种形式的输入方式可供选择：(l)会话方式；(2)菜单方式；(3)图形方式；(4)声音输入方式。由于软、硬件条件限制，该系统主要采用前两种方式同计算机进行对话。
对于独立的组合夹具辅助设计系统，零件形状的输入是一件复杂而难以解决的问题。对于组合夹具辅助设计而言，并不需要完整的零件形状。因此，我们采取两种简化的描述方法：一是利用AutoCAD的实体造形技术，画出带有零件特征的三维简图，并以图块方式存入计算机；二是在进入本系统时，以对话方式将零件的长、宽、高输入计算机。两者相比，后者显然简便得多，但不如前一种方式形象。
为了便于用户使用，定位方式的输入采用了菜单形式，而定位点，压紧点和压紧方位等则采用人机对话方式输入。为了能更形象地显示定位点和压紧点的位置和方向，利用Turbo PRPLOG语言的图象功能，把输入的数据用图形方式显示出来，以帮助设计人员及时发现输入过程中的问题。
专家系统的输出为组合夹具明细表和用AutoLISP语言编写的自动绘图程序。利用该自动绘图程序调用AutoCAD命令画出所需的组合夹具装配图，如下图示。
   
专家系统的特征是有一个完整的知识库。组合夹具组装专家系统的知识库应具有两方面的知识，确定性知识和非确定性知识。确定性知识由组合夹具元件库和有关计算方法组成。非确定性知识主要包括组装工作经验、技术和窍门。我们研究的组合夹具专家系统是一个产生式系统，用Turbo PROLOG语言编写。采用谓词逻辑、产生式规则和过程模式相结合的方式来描述组合夹具组装所需的知识和信息。
对于组合夹具元件数据库中的元件信息，可采用谓词逻辑以如下形式来描述：元件名(元件代码，参量1，参量2，…)以基础件中的方形基础板为例，如1块长X宽X高为BXLXH的基础板可表示为：
base_plate(Code，L，W，H)
其中base_Plate是谓词，它表示参量性质或多个参量之间的关系。
对于元件选择，各种元件安装位置的确定等所需的启发性知识，系统采用产生式规则，即如果…则…来描述。例如，选择用于立式加工中心的组合夹具长方形基础板可采用如下规则:
     select_base_plate:
workpiece(W_length，w_width，_，_)，
base_plate(B_name，B_length，B_width，_)，
B_length>W_length+180，
B width>W width+180，!
assert(base plate_name，(B_name)).
其含义是，如果在元件库中有一长方形基础板，其长和宽都比工件长180mm以上，则选用此基础板.并把洗中的基础板存入动态数据库。
推理策略可分为正向推理和逆向推理。在一般的诊断系统中，系统先暂时地接受一个最终目标，并逆向推理试图证实该目标。如果用该目标匹配搜索失败，那么系统转到下一个目标企图证实它，对于有限个最终目标，上述推理过程是有效的。然而，对于本组合夹具组装专家系统来说，其最终目标无法预先确定，因而采用正向推理策略，系统首先扫描初始数据(工件尺寸，加工方式等)，并试图用它与最低层次的目标匹配(选择基础件)，如匹配成功则把规则的结论事实(选中的基础板的代码)存入动态数据库并继续扫描其它数据(有关定位和压紧的信息)，并匹配新目标(选择各种元件，并安排它们在基础板上的位置)直至达到最终目标(完成整个夹具组装设计)为止，如下图所示。
   
通过本项研究，我们认为，利用专家系统，设计人员可大大提高计算机辅助设计的速度。而设计质量的提高则依赖专家系统中专家知识的水平。本系统所需的有关装夹方式、定位点和压紧点的位置等有关信息，可从工艺卡上得到。
一个全自动的组合夹具计算机辅助设计系统必须能从CAPP中得到有关加工方法和装夹方式方面的信息。这就需要有创成式的计算机辅助工艺设计系统以及相应的接口。
近年来，国内外对于创成式的计算机辅助工艺设计进行了大量的工作。现有的创成式工艺规划系统已可自动生成简单零件的工艺规划，其中包括加工工序，推荐使用的机床类型以及工件的定位和装夹方式等。虽然可应用于实际的创成式的计算机辅助工艺设计系统还有待于进一步开发，目前对基于特征的计算机辅助设计，STEP标准的研究和应用以及迅速发展的专家系统为这种方法提供了光明的前景。
11 钻模的钻孔精度计算
以在第6处钻的孔为例计算钻模板的精度，选第6处的原因是第6处的离定位基准较远，并且有衬套的配合，当这个位置满足条件了，其它的就可以不需要在计算了，只要加工和装配上不出现大问题，此套夹具就能投入生产，提高生产效率了。
据圆柱与垫块的定位的条件,确定计算精度的公式。
    ±δL≥±F ±K(d3-d2)/2
       ≥±K(d-d1)/2±me
       ≥±P(d-d1)(h+b)/L   (mm)
(1)±δL≥±F ±K(d3-d2)/2     (mm)
         ≥0.8X(±0.01) ±0.5X( - )/2
         ≥0.8X(±0.01) ±0.5X( - )/2
≥±0.008 ±0.5X(±0.027/2)
≥±0.008 ±0.00675=±0.01475
(2)  ±δL≥±K(d-d1)/2±me    (mm)
          ≥±0.5X( )/2±0.4X0.006
          ≥±0.5X( )/2±0.4X0.006
        ≥±0.5X0.0205/2±0.0024
        ≥±0.005125±0.0024
        ≥±0.007525
(3) ±δL ≥±P(d-d1)(h+b)/L   (mm)
          ≥±P(d-d1)(h+b)/L
          ≥±0.35X ( )40/257.3
          ≥±0.35X 0.0205X0.15546
          ≥±0.00111
e钻套的的偏心量；
d1刀具的最小直径（mm）；
δL工件的加工尺寸的偏差（mm）;
钻模上固定称套中心位置的偏差（毫米）（普通精度的钻模取±0.05mm, 高精度的钻模上取±0.02 mm）；
F固定称套中心位置偏差的概率系数；
m可换钻套的偏心的概率系数；
K配合间隙的概率系数；
P钻套偏斜的概率系数；
h钻套下端面到工件上端面间的间隙（mm）；
d可换钻套孔最大直径（mm）；
d1刀具最小直径（mm）；
d2可换钻套最小直径（mm）；
d3固定称套孔最大直径（mm）；
b钻孔的深度（mm）；
12 机床夹具公差的灰色综合设计理论与方法
机床夹具是机械制造业中的一种高效工艺装备，易于保证稳定的加工精度,降低工人的劳动强度，这在批量生产中显得特别重要。随着现代制造技术的发展和计算机的应用，夹具设计与制造的水平不断提高,发挥的作用也越来越大。如何设计与制造高质量、低消耗和性能稳定的夹具，是现代机械制造生产的重要条件，也是保证机械零件质量的关键因素。在夹具设计中，由于夹具公差直接影响工件的加工精度(尺寸、位置公差)，因此，夹具公差的选择是否合理，对于工件的加工精度起着决定性的作用,而且影响夹具的制造、使用维护和检验。因此，如何合理地确定夹具公差是夹具人员不断探讨的课题之一。由于夹具公差的优化选择是多影响因素对单一目标最优解的问题，它不仅受工件精度、生产类型、工厂技术水平等因素的影响，而且各个因素又相互制约，难以建立数学模型。目前，夹具公差的选择是依据误差不等式，在工件公差δk的(1/5～1/2)的范围内取值，在实际工作中,往往要经过反复的误差分析，依据同类夹具及夹具人员的经验修改公差数值，其本身有一定的误差，加之实际加工环境具有多变性。因此,夹具公差的选取具有明显的不确切意向，且影响选择夹具公差的许多因素是部分信息已知、部分信息未知的，是灰色的。夹具公差影响因素信息的不完全性，是客观存在的。而灰色系统理论的中心内容在于充分利用已知信息，将灰色系统的灰色性淡化、白化。因此用灰色系统的有关理论和方法选择工艺参数就会更符合客观实际，结果更为合理。此套夹具就是运用灰色理论确定公差的，该方法应用于实际确定夹具公差提供了可靠依据，从而对夹具设计中的公差取值进行优化选择。
灰色聚类综合评判的原理：灰色聚类综合评判是建立在灰数的白化函数生成的基础上，将聚类对象对于不同的聚类指标所拥有的白化数，按几个灰类归纳后进行综合评判的方法。

4 夹紧装置
4.1 夹紧基本原理理论
夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度都有很大的影响。

分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类：第一类是性能要求，主要指定位唯一性、定位稳定性,夹紧稳定性及总体约束；第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。
夹紧对象特征项目：包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。
加工信息特征项：加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。
夹紧要求特征项：主要指性能要求，包括定位要求、定位基准选择，如特征点、特征面。夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率，自锁性等。
元件功能分析：夹紧功能主要包括四种元功能：定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。传动功能由中间递力机构完成，该机构一般有三个作用；改变作用力的力一向、大小和自锁作用。目前常用的有以下机构：斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。
设计夹紧装置时,应满足下述主要要求：
1.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位,为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。
2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。
3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。
4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。
4.2 夹紧座
在不考虑重力和其它的伴生力的情况下，夹紧力的大小既与切削力的大小有 关，也与切削力对支承的作用有关。
W=KM(f1Rf1+f2Rf2)N(其中K=K1K2K3K4,K1=1.5~2,K2=1.2,K3=1.1~1.3,K4=1.2)
W=1.8X1.2X1.2X1.2X85X(0.2X7+0.2X7) N=740.28N       M(切削扭矩)
Q 需=KP/(f1+f2)=1.8X1.2X1.2X1.2X100/(0.2+0.2)=777.4N    Q 需(切削力)
为简化夹具的成本及考虑工厂实际情况，拟用螺钉夹紧装置。计算螺钉的夹紧力：W=2QL/ D中/tg(α+φ1)。此公式采用中的数据以M16标准螺纹计算。
α为螺纹升角;tgα=S/лD中; φ1螺纹摩擦角；D中螺纹中径；Q人工作用力；其中有f=0.1(螺母端面与工件间的摩擦系数)，φ1=6。34，；计算W=836.8公斤力。
很明显，可以使用螺钉夹紧机构。见总装图：
夹紧座加工要求：1.表面发蓝或其它的防锈处理；2.热处理:T10A,淬火HRC60~64；渗碳深度0.2 ~0.6mm；3.锐边无毛刺；4.螺纹孔以国家标准的M16配做。
4.3 夹紧支板
夹紧支板和夹紧座的目的相同，都是夹紧工件的，保证在加工过程中工件不移动，限制它的自由度，夹紧支板的工件接触装置拟用夹紧螺钉，支板在其中是辅助支承的，最终起决定作用的还是人的操作，不同人操作同样的夹具或者是在夹紧的过程中用力和速度的不同，都对工件的加工精度有影响。由于取用的夹紧螺钉是一样的，前面已经计算过了，在此不重复了。具体的结构见零件图。
夹紧支板加工要求：1.表面发蓝或其它的防锈处理；2.热处理:T10A，淬火HRC38~45；渗碳深度0.2~0.6mm；3.锐边无毛刺；4.螺纹孔以国家标准的M16配做。
4.4 夹紧螺钉
根据公司的实际情况选用夹紧螺钉，人工操作。节省成本，制造夹具的时间缩短并以国家标准的规格生产。
夹紧功能的原理方案设计目录是设计目录应用的具体体现，由于夹具种类繁多，如何对其进行抽象化整理，以利于运用设计目录的结构形式，还需要更深入的研究。建立原理方案设计目录涉及的知识面较广，难度较大，目录本身的构造规律也很复杂。这里仅作最基本的原理方案设计研究。
5 夹具体的结构设计
夹具体整体轮廓尺寸如下：底座尺寸525X145X30毫米，上贴板尺寸200X25X145毫米。加强筋尺寸16X35X200(80°)毫米。此模型是取用最基本的也是目前中捷公司大众化模型。夹紧拟取方案：定位柱与夹紧座对称分布，此夹紧可以尽量的避免多余的加工扭矩和定位旋转误差。两不同面内的垫块主要垫在受力大的地方或者是产品的主筋上，在人为的基础上消除夹紧和加工弹性变形。
6 夹具在安装和操作时应注意的事项
6.1夹具的安装
当夹具的各个零件生产出来后，就要对它进行安装。安装夹具看起来是非常简单的事情，但是不同的人安装同样的夹具，其安装的夹具误差都不一样。(从瑞士手表的安装准确度，其秒针走时误差一年相隔一秒与一星期相隔一秒的例子得启示)公司有专人安装夹具的队伍，在某些程度上提高了安装精度。在安装夹具的过程中要注意一些事项：
(1)先以平衡的方式把钻模板和夹具体以两个锥销定位，接着依次上固定螺钉。
(2)垫铁留有余量，在安装上去后，等检验精度的时候再磨削部分余量至达到要求。按照磨损规则是尽量的初次磨削最少的余量，可以使使用时间加长,减少成本。
(3)衬套用专用的夹钳装入，实际装入时应有一定的阻力，最佳效果是一次性装入。钻套以旋转的方式逐渐装入，当装入大约2/3时候旋出，再完全装入。
(4)定位柱套入后即旋紧螺母，当需要调整精度时再作更换，一般情况是不需要调整和更换的。
(5)安装夹紧座时，需同时上两个固定螺钉。如果螺孔已经回孔，就有一次性装入，未回孔的先独立旋进1/2后旋出，然后整体旋进即可。
(6)装支板对照总装图的形式装入，其中有一反向螺栓，装在第2支板上即可(支板序号以总装图从左往右为序) 。
(7)最后,以总装图的标准配上夹紧螺钉。
6.2夹具在操作时应注意的事项
现代化生产要想有好的经济效益，必须提高劳动生产率而影响生产率的因素很多,金属加工中一个重要的影响因素就是工件在夹具上的装夹。夹具设计依据的原则是简捷、实用、快速、可靠.这里的“快速”指的就是快速装夹。根据工件的种类、结构特征的不同，可采用不同的形式。合理的装夹形式不但能达到快速、高效的目的而且能减轻工人的劳动强度，一般夹具设计出来成为产品后,就有一个装夹模式。
装夹模式在快速装夹的过程中，应该注意一些事项:
(1)分别松开支板1和2的上下螺栓(只需要稍微松一点，约2~3毫米)，依次旋转扳开支板1和2，逆时针松动夹紧座的的夹紧螺钉。
(2)把工件以10~15度倾斜角靠定位柱放入夹具内，同时旋转支板2并相应的拧紧螺栓和轻微的拧夹紧螺钉至与工件接触水平。回位支板1及其上的夹紧螺钉，一次性旋紧夹紧座上的夹紧螺钉，最后依次拧紧支板1和2的夹紧螺钉。
(3)工件加工过程中不要手去接触铁屑，让其自动排屑.按规定是每间隔1小时有工人清除铁屑。
(4)取工件时是先松支板1和2的夹紧螺钉，再松螺栓后旋转支板至水平，一手扶工件，一手松夹紧座的夹紧螺钉,方可取出工件。
(5)定位柱有明显的磨损后，更换新定位柱或调整定位柱 (原则上该公司每隔一段时间就检验一次精度，不需要操作工负责) 。
7 夹具的经济效益分析
机床夹具费用是工艺成本的组成部分，它直接影响工艺过程的经济性及产品成本,机床夹具的经济性用下述不等式评价:
SN≥C
式中S------使用机床夹具后生产费用的节约,即经济效果；
式中N------用机床夹具全年加工的工件数量,即工件的年产量；
式中C------使用机床夹具全年的费用。
(1)使用机床夹具的经济效果：机床夹具的使用减少了生产单件的时间，一个工件的某一工序因使用机床夹具而减少的单件时间是：△T=T1-T2，式中T1和T2分别为使用机床夹具前后工件的单件时间。
若比较两种机床夹具的经济性， T1和T2又分别代表两种夹具加工工件的单件时间,由于使用机床夹具而节约的工人工资额为：
△Z=Z1T1-Z2T2
式中Z1，T2分别为使用机床夹具前后机床工人每分钟的工资额，若考虑杂费方面H的节约，使用机床夹具的经济效果为：
S=△Z(1+0.01H)
(2)使用机床夹具的的全年费用,一套专用夹具的费用为：

式中As------专用夹具的设计系数,通常为0.5；
式中Ay ------专用夹具的使用系数，一般取用专用夹具制造价格的0.2~0.3；
式中T------专用夹具的使用年限,简单夹具=1年，中等复杂的夹具=2~3年，复杂夹具是=4~5年；
Cz专用夹具的制造价格由下式计算 Cz =δθ+tZp(1+0.01H)；
式中δ------材料的平均价格   元/kg；
式中θ------夹具元件的重量；
式中t------夹具制造工时   h；
式中Zp------工人的平均工资   元/人；
式中H------工具车间杂费百分比；
通过原理，已经可以从该方案中检索到实现设计可行性原理方案。实现某一功能可能有多个解，其优劣程序要视具体情况而论。评价项给出了评价准则和评价的特性值，反映了原理方案在技术性、经济性和社会性上的效用。
以上所述原理中有关项目中所表达的评价决策的方方面面，为设计展示出统率全局的设计信息空间。
8 单工位夹具与成组夹具的分析
成组技术是近年来在国内外机械制造领域内得到迅速发展的一种新的作业方式。而成组夹具则是按成组技术原理，在零件分组的基础上，针对一组 （或几组）相似零件的一道（或几道）工序而设计的夹具。它具有专用夹具的若干特点，又具有对工件特征在一定范围内变化的适应性，它能使产品多品种、中小批量生产达到大批量生产的效果，因此，成组夹具在产品不断更新换代的今天，有着不可比拟的优势。
零件的分析与分组, 如某厂生产的交、直流起动机机壳，由于结构简单，采用10号无缝钢管加工而成。本道工序为半精车内孔，其品种有12种之多。轴向长度尺寸最大为1820+0.023，最小为900+0.18 ,止口定位尺寸最大为φ0-0.087，最小为φ710-0.046，轴向止口长度一律为3 ，由于尺寸段相距较远，轴向长度考虑压板尺寸，将其分为两组。第1组轴向长度为90~135 ，第2组为140~182，止口定位尺寸由于需更换定位元件不再分组。把这类使用机床、夹紧方式、加工内容相同的零件挑选出来，形成所需要的成组工序（见图 ）。

成组夹具的结构设计：成组夹具设计与专用夹具的设计方法相似，但具有一定的针对性，它是为加工某些几何形状相似、工艺过程和定位夹紧相似的零件而设计的。设计时仍然需要选择合理的定位基准、定位元件;选择合适的夹紧力、夹紧元件；设计好合理的基体件。
   8.1定位基准与定位元件的选择制定设计方案时需选择合理的定位基准、定位元件。以图工件为例，选φ1020-0.07处止口为定位基准，止口平面为辅助定位。夹具采用定位盘定位，这样定位基准与设计基准重合，无基准不重合误差。但在实际中考虑多种因素的影响，往往采用增大定位盘内圆柱孔的方法。定位盘内圆柱孔最小增大尺寸为：
δ=hXtgα=3X(0.05/123)=0.0012
   8.2夹紧元件与夹紧力的选择
夹紧力的选择，除夹紧力方向和作用点外，还要使工件产生尽可能小的夹紧变形，这是选择夹紧元件和夹紧力的主要因素。本例采用压板压紧，夹紧力方向平行工件外圆母线，夹紧牢靠，工件保持正确位置，既防止了薄壁零件装夹变形，又满足了成组的要求。
8.3夹具基体的设计夹具基体是成组夹具的基础，在设计夹具基体时，除应保证结构合理外，还应保证夹具基体有足够的刚度，而且在可能的范围内，力求能加工零件组的全部。对其基体件还应根据相似件形状、尺寸、精度、毛坯种类及其工艺方法来确定基体件形状、尺寸，以满足加工所有相似件的要求。该基体件与其它夹具元件组成的夹具结构紧凑，操作方便，更换元件容易，可以加工不同产品的相似件，详见下图，通过它组成半精车内孔成组夹具，可以完成不同产品机壳内孔的加工。

8.4机壳成组夹具结构 机壳成组夹具由基体件、调换件、标准件三部分组成，见下图。该夹具由基体件与机床连接，使用机床可视厂方具体情况而定。为保证工件轴线与机床轴线相重合，使用法兰盘(过渡件)与机床内锥孔配合，完成定位。与夹具定位则依靠基体件上的外止口(本例为φ240处)，准确定位后，予以轴向锁紧。夹紧采用双压板球铰压紧，由大拉杆1带动两个小拉杆2来完成。两小拉杆做为调换件，以适应分段两组中不同轴向长度的需要。
  
4成组夹具的误差分析(1)机床回转中心与夹具安装不同轴时，使夹具在机床上定位脱离理想状态，造成安装误差。
解决办法:可在车床上重新车一次定位盘止口，保证定位盘中心和机床主轴中心同轴度小于0.015。
(2)工件在夹具上定位时，定位脱离理想位置，产生加工偏差，产生的原因有：
   ①定位元件制造超差；
   ②工件与定位元件间定位面间隙太大，或定位元件与机床主轴不垂直；
    解决办法：
    a)确保元件制造精度，定位盘与基体件的配合可按公差等级5级或6级精度。
    b)夹具基体件上与定位元件的配合需在机床上精车，以确保定位元件安装后，处于正确位置。如图2中甲120H6及其端面A，并保证尺寸公差和精度要求。
    c)定位盘内孔尺寸，取工件最大实体尺寸加(或减)制造公差的1/5~1/8即:102+0.1 x1/7 =102.0143。
    5成组夹具的经济效益分析
1)节约设计时间：成组夹具只需设计调换件，可单独出图或提供元件号填表选用，一般只占总夹具设计量的5~15%，以本夹具为例，调换件只占设计总量的10%。
2)节约制造工时：只需制造调换件即可，因此节约工时，缩短生产周期，减轻工具车间负荷。
3)节约原材料：一般调换件所需原材料只占夹具用料的5~15%。
4)便于管理，减少库存面积。
5)为工装标准化、系列化、规格化打下基础。
目前，成组夹具和组合夹具在车床、铣床、钻床、磨床上得到推广应用。开展成组夹具的设计和应用，对保证产品质量，缩短生产准备周期，提高经济效益起到积极作用，对我国工业发展将起到良好的推动作用。
9 误差分析
9.1定位误差分析
工件的定位就是使同一工序中的所有工件逐次放置到夹具中，使之占有正确的位置的工艺过程。一批工件逐个在夹具中定位时，由于定位基准与工序基准不重合、定位副制造不准确等原因，使得各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，势必产生定位误差，即工件在夹具中因定位不准确而产生的工件加工误差。
定位误差实际上是一批工件采用调整法加工时，由于定位所造成的工件加工面相对于工序基准的位置误差。假定在加工时，夹具相对于刀具及切削成形运动的位置经调整后不再变动，那么可以认为加工面的位置是固定的，这样工件加工面相对于其工序基准的位置误差就是由于工序基准的位置变动所引起的。所以，定位误差也就是工件定位时工序基准在工序加工要求(位置尺寸或位置精度)方向上的位置变动量。
应用夹具CAD系统设计夹具时，在未选定夹具定位方案的具体结构之前，尚不能建立定位尺寸链。在系统确定了夹具定位结构之后，就可以根据具体结构建立定位尺寸链进行正计算或反计算。a)正计算就是当已知定位结构中有关定位元件尺寸的公差时，用定位尺寸链求解封闭环公差(即定位误差)。如果所求的定位误差值在允许的公差范围之内，则表明所确定的定位元件的尺寸公差能满足精度要求。否则不能保证精度，就需调整定位结构中定位元件的尺寸公差。如果这些公差无调整的余地则需考虑重新确定定位结构。b)反计算就是已知封闭环的尺寸及公差,确定各组成环的公差,即将允许的定位误差合理地分配到各组成环中去。
9.2 装备误差分析
“机床夹具装配调整及夹具精度检验”实验，认识到夹具制造工艺特点和工件加工精度的保证方法，认识到夹具总装图公差配合与技术要求的实际意义。从而使我在进行夹具设计时明白到底应标注哪些技术要求有其意义。
安装误差与定位误差：在应用夹具安装工件时,往往由于下列几种因数引起工件的安装误差：
1.夹具本身的误差;
2.夹具在机床上的安装,调整误差;
3.夹紧时,整个夹具或其它元件受力后产生弹性变形;
4.工件的定位基准与定位元件接触后的变形;
5.由于工件的定位基准与设计基准不重合而引起的误差;
6.由于工件的定位基准面与定位元件之间的间隙(如内,外圆柱面定位时)引起的工件可能的最大的位移。
小结:在实际工作中，应多读些典型机床夹具总图，多调试一些夹具，多了解一些夹具结构方案，从中多学习一些结构工艺性方面的知识，使设计能力有所提高。
10 人工智能的思考
随着现代科学技术的迅速发展，机电产品种类日益繁多，而且要求产品的质量和品种不断提高和更新，生产周期也越来越短。而且新产品的生产规模多属中小批量。为此，在现代机械制造中，要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性，近20年来数控机床和柔性制造系统迅猛发展，正是迎合多品种、中小批量生产方式的需要。在这种生产方式中，组合夹具得到了广泛的应用。
在专家系统的帮助下，输入了有关工件的几何尺寸和定位、压紧等有关信息后，计算机可通过专家系统的知识库和推理机自动进行元件的选择、工件在基础板上位置的确定、元件空间位置相互干涉的避免，最后生成组合夹具装配图和元件清单。
该公司开始组合夹具计算机辅助设计以来，已先后完成了槽系和孔系两种组合夹具计算机辅助设计软件包，这两种计算机辅助设计软件都采用了计算机绘图法和计算机检索法相结合的设计方法。计算机绘图法实际上就是由人设计，计算机辅助绘图。设计时设计者在计算机上将所需的元件调出，然后就象在组装室现场组装夹具一样，将计算机屏幕作为图板，绘制组合夹具装配图。计算机检索法首先要求按工件的形状和装夹特征进行编码，在确定了工件的分类编码后，按编码检索出所需的夹具图形文字，如果已有该零件或相似零件的夹具图形文件，则可将其调出，在计算机上对检索出的图形进行修改，然后用绘图仪绘制装配交给工人组装。目前，该公司自行开发的三维槽系组合夹具计算机辅助软件包已经交工厂试用。
但目前已有的组合夹具CAD系统虽有节省绘图工作量，减少人工反复试装造成元件磨损等优点，但它无法帮助设计人员思维，从某种角度来讲，它只是把反复试装的过程从组装现场搬到了计算机房，仍然费时费工，其设计质量还要靠设计人员的经验来保证。因此，在已有工作的基础上，开展了智能组合夹具CAD的研究工作，初步研究结果证明，利用基于规则的专家系统，可以大大提高组装设计的速度并有效的提高设计质量。
专家系统是一个程序。它的工作就象一个有限应用领域的专家。因此，专家系统必须能以某种方式与用户交流信息。一般来说，有几种形式的输入方式可供选择：(l)会话方式；(2)菜单方式；(3)图形方式；(4)声音输入方式。由于软、硬件条件限制，该系统主要采用前两种方式同计算机进行对话。
对于独立的组合夹具辅助设计系统，零件形状的输入是一件复杂而难以解决的问题。对于组合夹具辅助设计而言，并不需要完整的零件形状。因此，我们采取两种简化的描述方法：一是利用AutoCAD的实体造形技术，画出带有零件特征的三维简图，并以图块方式存入计算机；二是在进入本系统时，以对话方式将零件的长、宽、高输入计算机。两者相比，后者显然简便得多，但不如前一种方式形象。
为了便于用户使用，定位方式的输入采用了菜单形式，而定位点，压紧点和压紧方位等则采用人机对话方式输入。为了能更形象地显示定位点和压紧点的位置和方向，利用Turbo PRPLOG语言的图象功能，把输入的数据用图形方式显示出来，以帮助设计人员及时发现输入过程中的问题。
专家系统的输出为组合夹具明细表和用AutoLISP语言编写的自动绘图程序。利用该自动绘图程序调用AutoCAD命令画出所需的组合夹具装配图，如下图示。
   
专家系统的特征是有一个完整的知识库。组合夹具组装专家系统的知识库应具有两方面的知识，确定性知识和非确定性知识。确定性知识由组合夹具元件库和有关计算方法组成。非确定性知识主要包括组装工作经验、技术和窍门。我们研究的组合夹具专家系统是一个产生式系统，用Turbo PROLOG语言编写。采用谓词逻辑、产生式规则和过程模式相结合的方式来描述组合夹具组装所需的知识和信息。
对于组合夹具元件数据库中的元件信息，可采用谓词逻辑以如下形式来描述：元件名(元件代码，参量1，参量2，…)以基础件中的方形基础板为例，如1块长X宽X高为BXLXH的基础板可表示为：
base_plate(Code，L，W，H)
其中base_Plate是谓词，它表示参量性质或多个参量之间的关系。
对于元件选择，各种元件安装位置的确定等所需的启发性知识，系统采用产生式规则，即如果…则…来描述。例如，选择用于立式加工中心的组合夹具长方形基础板可采用如下规则:
     select_base_plate:
workpiece(W_length，w_width，_，_)，
base_plate(B_name，B_length，B_width，_)，
B_length>W_length+180，
B width>W width+180，!
assert(base plate_name，(B_name)).
其含义是，如果在元件库中有一长方形基础板，其长和宽都比工件长180mm以上，则选用此基础板.并把洗中的基础板存入动态数据库。
推理策略可分为正向推理和逆向推理。在一般的诊断系统中，系统先暂时地接受一个最终目标，并逆向推理试图证实该目标。如果用该目标匹配搜索失败，那么系统转到下一个目标企图证实它，对于有限个最终目标，上述推理过程是有效的。然而，对于本组合夹具组装专家系统来说，其最终目标无法预先确定，因而采用正向推理策略，系统首先扫描初始数据(工件尺寸，加工方式等)，并试图用它与最低层次的目标匹配(选择基础件)，如匹配成功则把规则的结论事实(选中的基础板的代码)存入动态数据库并继续扫描其它数据(有关定位和压紧的信息)，并匹配新目标(选择各种元件，并安排它们在基础板上的位置)直至达到最终目标(完成整个夹具组装设计)为止，如下图所示。
   
通过本项研究，我们认为，利用专家系统，设计人员可大大提高计算机辅助设计的速度。而设计质量的提高则依赖专家系统中专家知识的水平。本系统所需的有关装夹方式、定位点和压紧点的位置等有关信息，可从工艺卡上得到。
一个全自动的组合夹具计算机辅助设计系统必须能从CAPP中得到有关加工方法和装夹方式方面的信息。这就需要有创成式的计算机辅助工艺设计系统以及相应的接口。
近年来，国内外对于创成式的计算机辅助工艺设计进行了大量的工作。现有的创成式工艺规划系统已可自动生成简单零件的工艺规划，其中包括加工工序，推荐使用的机床类型以及工件的定位和装夹方式等。虽然可应用于实际的创成式的计算机辅助工艺设计系统还有待于进一步开发，目前对基于特征的计算机辅助设计，STEP标准的研究和应用以及迅速发展的专家系统为这种方法提供了光明的前景。
11 钻模的钻孔精度计算
以在第6处钻的孔为例计算钻模板的精度，选第6处的原因是第6处的离定位基准较远，并且有衬套的配合，当这个位置满足条件了，其它的就可以不需要在计算了，只要加工和装配上不出现大问题，此套夹具就能投入生产，提高生产效率了。
据圆柱与垫块的定位的条件,确定计算精度的公式。
    ±δL≥±F ±K(d3-d2)/2
       ≥±K(d-d1)/2±me
       ≥±P(d-d1)(h+b)/L   (mm)
(1)±δL≥±F ±K(d3-d2)/2     (mm)
         ≥0.8X(±0.01) ±0.5X( - )/2
         ≥0.8X(±0.01) ±0.5X( - )/2
≥±0.008 ±0.5X(±0.027/2)
≥±0.008 ±0.00675=±0.01475
(2)  ±δL≥±K(d-d1)/2±me    (mm)
          ≥±0.5X( )/2±0.4X0.006
          ≥±0.5X( )/2±0.4X0.006
        ≥±0.5X0.0205/2±0.0024
        ≥±0.005125±0.0024
        ≥±0.007525
(3) ±δL ≥±P(d-d1)(h+b)/L   (mm)
          ≥±P(d-d1)(h+b)/L
          ≥±0.35X ( )40/257.3
          ≥±0.35X 0.0205X0.15546
          ≥±0.00111
e钻套的的偏心量；
d1刀具的最小直径（mm）；
δL工件的加工尺寸的偏差（mm）;
钻模上固定称套中心位置的偏差（毫米）（普通精度的钻模取±0.05mm, 高精度的钻模上取±0.02 mm）；
F固定称套中心位置偏差的概率系数；
m可换钻套的偏心的概率系数；
K配合间隙的概率系数；
P钻套偏斜的概率系数；
h钻套下端面到工件上端面间的间隙（mm）；
d可换钻套孔最大直径（mm）；
d1刀具最小直径（mm）；
d2可换钻套最小直径（mm）；
d3固定称套孔最大直径（mm）；
b钻孔的深度（mm）；
12 机床夹具公差的灰色综合设计理论与方法
机床夹具是机械制造业中的一种高效工艺装备，易于保证稳定的加工精度,降低工人的劳动强度，这在批量生产中显得特别重要。随着现代制造技术的发展和计算机的应用，夹具设计与制造的水平不断提高,发挥的作用也越来越大。如何设计与制造高质量、低消耗和性能稳定的夹具，是现代机械制造生产的重要条件，也是保证机械零件质量的关键因素。在夹具设计中，由于夹具公差直接影响工件的加工精度(尺寸、位置公差)，因此，夹具公差的选择是否合理，对于工件的加工精度起着决定性的作用,而且影响夹具的制造、使用维护和检验。因此，如何合理地确定夹具公差是夹具人员不断探讨的课题之一。由于夹具公差的优化选择是多影响因素对单一目标最优解的问题，它不仅受工件精度、生产类型、工厂技术水平等因素的影响，而且各个因素又相互制约，难以建立数学模型。目前，夹具公差的选择是依据误差不等式，在工件公差δk的(1/5～1/2)的范围内取值，在实际工作中,往往要经过反复的误差分析，依据同类夹具及夹具人员的经验修改公差数值，其本身有一定的误差，加之实际加工环境具有多变性。因此,夹具公差的选取具有明显的不确切意向，且影响选择夹具公差的许多因素是部分信息已知、部分信息未知的，是灰色的。夹具公差影响因素信息的不完全性，是客观存在的。而灰色系统理论的中心内容在于充分利用已知信息，将灰色系统的灰色性淡化、白化。因此用灰色系统的有关理论和方法选择工艺参数就会更符合客观实际，结果更为合理。此套夹具就是运用灰色理论确定公差的，该方法应用于实际确定夹具公差提供了可靠依据，从而对夹具设计中的公差取值进行优化选择。
灰色聚类综合评判的原理：灰色聚类综合评判是建立在灰数的白化函数生成的基础上，将聚类对象对于不同的聚类指标所拥有的白化数，按几个灰类归纳后进行综合评判的方法。

记Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、…为聚类对象，k=1，2，…，K，即要评价的切削参数；
记1#、2#、3#、…为聚类指标，,j=1，2，…，m；
记1、2、3、…为聚类灰类,即灰类，i=1，2，…，n；
记dki为第k个聚类对象对第i个聚类指标所拥有的白化数据(样本)(k=1，2，…，K；i=1，k，…，m)。
灰色聚类按以下步骤进行：
划分灰类：在夹具公差选择进行灰色聚类时，聚类的灰类是把夹具公差值的经验取值范围划成几个等间距的小区间，记为V，V={V1，V2，…，Vn}，聚类指标是指工件精度、生产类型、工厂技术水平、同类夹具公差及其它因素等，记为U，U={U1，U2，…，Um}。灰类划分见表1，表中rij为第j个指标第i个灰类的无量纲化值(j=1～m，i=1～n)。
给出聚类白化样本数据dkj
按不同k与j可得下述样本矩阵　指标1　2　3　…　m
               
如：d12代表被第一要评价的夹具公差在第二项指标的得分。
表1 灰类划分
确定灰类的白化权函数：每个评价指标的等级都是一个变化范围，该范围是一个灰数，灰数不是一个确定的数，而是一个区间范围。在这个确切范围内的任何一白化数对该区间所对应的灰数亲疏程度并非相等，因此用白化函数来表征。白化函数有3种基本形式，图1为第一类白化函数图，λ1j为第j个指标第一类白化函数的阈值，λ2j为第j个指标第二类白化函数的阈值；图2为第2至n-1类白化函数图，λ(i-1)j为第j个指标第i-1类白化函数的阈值，λij为第j个指标第i类白化函数的阈值，λ(i+1)j为第j个指标第i+1类白化函数的阈值；图3为第n类白化函数图，λ(n-1)j为第j个指标第n-1类白化函数的阈值，λnj为第j个指标第n类白化函数的阈值；阈值即为灰类的中心值。当白化函数为λij时，该白化函数对第j个指标的第i个灰类最亲密(函数值最大为1)。λ1j=r1j/2，λnj=2rnj-λ(n-1)j，λij=(rij+r(i-1)j)/2(1)式中：i=2～(n-1)，j=1～m。其中，第n类白化函数的等级范围为[λ(n-1)j,∞]，无灰类中心值，其阈值按第(n-1)类与第n类的交界处两类白化函数值相等的原则来确定。                                               


记fij(dkj)为第j个指标对于第k个灰类的白化
函数值。其中:i=1，2，…，n；j=1，2，…,m；k=1,2,…,K,白化函数的形式如下:①灰类 ∈[0,λ1j,λ2j], 如图1所示。




②灰类 ∈[λ(i-1)j,λij,λ(i+1)j]，如图2所示。
③灰类 ∈[λ(n-1)jj,∞],如图3所示。
  (4)求标定聚类权ηij
  记ηij为j个指标属于第i个灰类的标定聚类权，则
(5)求聚类系数(聚类权)σik
(6)确定聚类向量σk，σik=(σ1k，σ2k，…，σnk)，σk是σik的向量。
(7)进行灰类聚类综合评价
灰类聚类综合评价有2种方法：一种方法是按最大聚类评价，即：
如果满足σi k=maxσik=max(σ1k,σ2k,…,σnk)，则称聚类对象k属于灰类i ，即第k个被评价参数属于的区间，以该参数区间均值为最后评价结果。另一种方法是加权平均,即取第k个被评价参数相应的区间均值Vik与聚类向量σik加权平均，计算式为：
据公司设计师的经验，一般按加权平均取值较为合适。该公司的生产工件相应加工尺寸的公差为IT6~IT5,其公差数值为δk，工厂夹具制造水平为一般，现场同类夹具公差要求严格，其它因素对夹具影响较小。优化设计夹具公差。
由文献查得该类夹具公差值的经验取值范围为(0.5～0.2)δk，将其离散为(0.50，0.44)、(0.44，0.38)、(0.38，0.32)、(0.32，0.26)、(0.26，0.20)等五个区间。将工件精度、生产类型、工厂技术水平、同类夹具公差及其它因素等划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ,即机床性能综合评价得分在0 950以上为Ⅴ类,0 90～0 95为Ⅳ类,0 85～0 90为Ⅲ类,0 80～0 85为Ⅱ类,0 80以下为Ⅰ类,其余类推见表2,阈值见表3,评价的公差对于灰类评价标准取值见表4。

表2　灰类划分(rij)

注:rij为j个指标第i个灰类的无量纲化值(i=1～n,j=1～m,其中n=m=5)
表3　阈值(λij)

  　　注:rij为j个指标第i个灰类的无量纲化值(i=1～n,j=1～m,其中n=m=5)
表4　被评价对象
    利用灰色聚类综合评价软件,求得聚类系数见表5。
表5　聚类系数
按加权平均得夹具公差T=0.2905δk,如果按最大聚类取值则为T=0.23δk。一般按加权平均取值,即取υw=0.2905δk。经工作验证该夹具满足零件加工的精度要求。
灰色聚类综合评价方法不需临界判据,只需根据夹具公差的影响因素建立评价等级即可获得评判结果,避免了人的主观随意性,结果更符合实际情况。灰色聚类综合评价方法简便可行、实用性强、通用性好,便于微机编程。当指标多、分级多、选择的公差评价参数多时,更能显示它的优越性。(该评价方法的计算和表格数据来源于中捷计量专用部门,是本人于公司实习时培训的部分内容) 。







结束语
本次毕业设计虽然仅仅经历了短暂的三个月，但是它浓缩了大学四年学习的全过程，体现了我们对所学知识的掌握和领悟程度。由于我们是第一次进行整体性地设计，不可避免地碰到了许多困难，有时甚至会感到无法下手。无论碰到什么样的困难，我都没有退缩，凭借着一股求知的热情，再加上指导老师的帮助，然后再回到书本攻克一个又一个的难题，最终圆满地完成了本次设计。通过本次毕业设计，使我在各个方面都有了很大的提高，具体地表现在以下几个方面：
1.对大学四年所学到的东西进行了归纳总结，找到了各种学科之间的交叉点，同时构成了一个知识网络，形成了一个整体的知识体系，进一步完善了自己的知识结构。
2.对所学习知识点进行查漏补缺，并了解学习了新的知识，开阔了视野，拓宽了自己的知识面。养成了勤学好问的习惯，同时具有了一定的创新思维。
3.利用理论知识解决实际问题的能力得到了提高，为以后正确解决工作和学习中的问题打下了坚实的基础。
4.学会了充分地利用网络资源查阅相关资料，以及借助前人的研究成果寻求解决问题的思维方法，对新信息和新知识及时做笔记。
5.敢于面对困难，同时也懂得了互助合作的重要性。
6.利用计算机（AutoCAD2002，Word2002,Excel2002）的能力得到很大的提高，学会了利用计算机设计软件进行相关的设计与计算。
但是，设计研究过程中仍然存在不足之处，有的问题还待于进一步深入，具体如下：
1.缺乏实际工厂经验，对一些参数和元件的选用可能不是非常合理，有一定的浪费。
2.与夹具相关的刀具和量具的了解还不太清楚。
3.系统的设计不太完善，在与计算机配合进行精确的数据采集和控制上还有一些不足。
4.使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨损度在实际中尚不明确。


参 考 文 献
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