偏心儀夾具設計【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設計開題報告</b></p><p>　　機械設計制造及其自動化</p><p><b>　　偏心儀夾具設計</b></p><p><b>　　1前言部分</b></p><p>　　社會的各行各業(yè)，包括動力、交通、農牧、采選、石油、化工、電

2、力、電子、建筑、煤炭、輕紡、儀表、宇航、軍事、通訊、醫(yī)療、科研等，都不離不開各種各樣的機械設備，而且其生產效率、經濟效益、等很大程度上依賴于這些設備的性能、品種和數(shù)量。而所有這些機械裝備制造過程中都需要夾具。夾具直接制約著生產周期長短和產品質量好壞，是工藝裝備中的一個重要環(huán)節(jié)，但也是制造業(yè)的一個瓶頸。目前中國制造業(yè)發(fā)展非常迅猛。</p><p>　　而在球面光學系統(tǒng)設計中，需要嚴格地保證系統(tǒng)的共軸性——共軸光學系

3、統(tǒng)，即所有透鏡的球面曲率中心（簡稱球心）都在同一直線上，所有透鏡或其他零件的平面均需垂直于這條直線。這條直線就是光學系統(tǒng)的光軸。要想保證系統(tǒng)的共軸性，就要求透鏡的磨邊、膠合與裝校都十分精確，避免出現(xiàn)象散、慧差、色散等象差。為了保證所有球心都不偏離光學系統(tǒng)的光軸，這就要求我們研究一種夾具，能精確地使鏡片定心，而且要便于操作，提高效率。</p><p>　　本文將從夾具設計的現(xiàn)狀、要求、設計中遇到的問題以及如何提高夾

4、具設計等方面來進行研究。</p><p><b>　　2主題部分</b></p><p>　　國內外夾具設計起步時間不同，但隨著信息的全球化，國內外夾具設計發(fā)展有了更多的溝通。</p><p>　　國內對夾具設計的研究綜述</p><p>　　國內學者主要從夾具設計發(fā)展現(xiàn)狀、提高夾具設計水平以及發(fā)展方向等方面進行研究。&

5、lt;/p><p><b>　　1.夾具發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p>　　迄今為止，夾具仍是機電產品制造中必不可缺的四大工具（刀具、夾具、量具、模具）之一。刀具量具已高度標準化，用戶只需要按品種和規(guī)格選用采購，而模具和夾具則和產品息息相關，產品一有變化就要重新制作，屬于專用工具；夾具在國內外正在逐漸形成一個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)[1]。</p>&l

6、t;p>　　我國國內的夾具設計始于20世紀60年代，當時建立了面向機械行業(yè)的天津組合夾具廠和面向航空工業(yè)的保定向陽機械廠，以后有建立了數(shù)個生產組合夾具元件的工廠。在當時曾經達到全國年產組合夾具元件800萬件的水平。20世紀80年代后，兩廠又各自獨立開發(fā)了適合NC機床、加工中心的孔系組合夾具系統(tǒng)，不僅滿足了我國國內的需求，還出口到美國等國家。當前我國每年還需要進口不少NC機床、加工中心，而由國外配套孔系夾具，價格非常昂貴，現(xiàn)大都有國

7、內配套，節(jié)約了大量外匯，隨著我國加入WTO和制造業(yè)全球化一體化的大趨勢，特別是電子商務的日益發(fā)展，其中蘊藏著巨大的上級，具有進一步擴大出口的良好前景[2]。</p><p>　　國際生產研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，當前中、小批多品種生產的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右。現(xiàn)代生產要求企業(yè)制造的工件產品品種能經常更新?lián)Q代，以適應市場的需求和競爭。然而，一般企業(yè)仍然習慣于沿用以前的模式，即大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具

8、背中等生產能力的工廠里，擁有數(shù)千乃至近萬套專用夾具；而另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，每隔3~4年就可能要更新50~80％左右的專用夾具，這些夾具的實際磨損量僅僅達到10~20％左右。特別是近些年來，隨著數(shù)控機床、成組技術、加工中心、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新的加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：</p><p>　　(1)能迅速而方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本；</p&

9、gt;<p>　　(2)能裝夾一組具有相似性特征的工件；</p><p>　　(3)能適用于精密加工的高精度機床夾具；</p><p>　　(4)能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具；</p><p>　　(5)采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產率；</p><p>　　(6)提高機床夾

10、具的標準化程度[3]。</p><p>　　劉登平教授在他的著作中指出，隨著科技的迅猛發(fā)展、市場需求的日新月異以及產品競爭的日益激烈，工件產品更新?lián)Q代周期越來越短，小批量制造的比例越來越高；同時對機械產品的精度和質量要求越來越高；機床夾具的計算機輔助設計日益成熟。在這個形勢下，他對夾具提出一系列的新要求。（1）推行機床夾具的標準化、系列化和通用化，旨在變零部件的小批量生產為專業(yè)化批量制造，可以提高夾具質量和精度，

11、縮短產品的生產周期和減少成本，使之適應現(xiàn)代制造業(yè)的需要。（2）發(fā)展可調夾具。可調夾具可用于同類型多種工件的制造，具備良好的通用性，能縮短生產周期，大大減少專用夾具數(shù)量，從而降低了成本。（3）提高機床夾具的精度。隨著對產品精度要求的提高以及數(shù)控機床和高精度機床的使用，促進了高精度夾具的發(fā)展。(4)提高機床夾具高效化和自動化水平。這類夾具一般裝有自動上、下料機構和獨立的自動夾緊單元，很大程度上提高了工件裝夾效率，縮短了生產周期[4]。<

12、;/p><p>　　在我們日常的夾具設計中，總是會遇到一些不可預知的問題，除工件的定位和夾緊外，仍有許多問題有待解決，例如專用夾具的設計步驟、夾具體設計、夾具總圖上尺寸公差和技術要求的標注、工件加工的精度分析等[5]。除了以上這些主要問題，夾具設計還經常遇到一些小問題，如果這些小問題處理不當，也會給夾具的使用帶來諸多不便，甚至會直接影響到工件的加工精度。董玉明、楊洪玉把多年來在夾具設計中遇到的小問題，總結如下：（1）

13、清根問題。（2）更換問題。（3）防松問題。（4）防磕碰問題[6]。牛文志作為一名機床夾具設計員，結合自身設計經驗，提出了以下幾點注意事項：（1）做好設計前的準備工作。（2）設計員要深入工作現(xiàn)場。（3）夾具總裝配圖上主要尺寸公差的確定。（4）繪制夾具圖樣時注意校驗。（5）夾具精度高時要做精度分析。（6）標注總裝配圖上主要尺寸形位公差及其他技術條件[7]。</p><p><b>　　2.夾具發(fā)展方向<

14、;/b></p><p>　　現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、高效化、精密化和柔性化等四個方面。</p><p>　?。?）標準化 目前我國已有夾具零部件的國家標準：GB/T2148~T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具的標準等。夾具的標準化，有利于夾具的大批量化生產，有助于縮短生產準備周期，降低了生產成本。</p><p>　?。?）高效化

15、高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。此外，各種能自動裝夾工件的夾具和自動更換夾具的裝置，都能充分發(fā)揮出數(shù)控機床的工作效率。</p><p>　?。?）精密化 伴隨機械產品精度的提高，對夾具的精度要求也相應提高了。精密化夾具的結構種類很多，例如多齒盤用于精密分度，其分度精度達±0.1”；

16、用于精密車削的三爪自定心卡盤，定心精度為5μm。</p><p>　　（4）柔性化 機床夾具的柔性化,是指機床夾具通過組合、調整等方式，以適應工藝因素不斷變化的能力。為適應現(xiàn)代機械產品多品種、中小批量生產的需要，提高夾具的柔性化水平，把專用夾具的不可拆結構變?yōu)榭刹鸾Y構，并發(fā)展可調夾具結構，將會是當前夾具發(fā)展的主要方向[8]。</p><p>　　隋聚艷指出夾具要向著模塊化和通用化發(fā)展。夾具

17、元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎，省時、省工、節(jié)能、節(jié)財。夾具通用性直接影響其經濟性，這就需要元件的功能強，具備可重構性、可重組性及可擴展性，應用范圍廣，利用率高，才有推廣應用的價值[9]。</p><p>　　隨著機械制造業(yè)的迅猛發(fā)展，市場競爭日漸激烈，對今后夾具的快速定位、快速裝夾等都提出了更高的要求。</p><p>　　在光學器件制造行業(yè)，目前應用的定心法有光學定心法、機械定心法和光電

18、定心法。目前應用最廣泛的是球心反射象定心法。雙光路球心反射膠合定心儀中半透鏡組分別沿軸移動，并定好負透鏡的2個球心，旋轉精密鏡座軸，同時獲得2個靜止的自準球心象，膠上正透鏡，移動半透鏡組找正正透鏡的上表面球心，這樣既避免了負透鏡的磨邊誤差的影響，也避免了“假定心”現(xiàn)象，提高了膠合中心的精度；對于精度要求不高的透鏡組可以將暗場亮十字分劃板象在膠合透鏡的焦面上，是膠合透鏡出射平行光束，利用反射鏡得到二次投射的焦點象，精度比一次投射法提高了一

19、倍[12]。</p><p>　　國外對夾具設計的研究綜述</p><p>　　國外學者主要從夾具設計方法及夾具設計自動化等方面來進行研究。</p><p>　　國外夾具設計者越來越多地應用計算機來輔助設計工作。計算機輔助夾具設計系統(tǒng)為設計人員提供一個良好的設計服務環(huán)境，具備快速獲取相關信息、分析計算、檢索定位、輸入輸出、生成和存儲、圖形設計和處理能力及良好的人機交

20、互等功能。因此，基于pro/E的計算機夾具設計系統(tǒng)借鑒人工設計夾具過程，面向夾具設計全過程，融數(shù)據庫管理技術、三維參數(shù)化圖形技術、交互式界面設計技術于一體。在系統(tǒng)的夾具元件設計模塊，對檢索的歷史方案進行變異或創(chuàng)新設計，引用具有典型功能的夾具標準件或標準元件進行替換，利用交互式設計和圖形庫設計夾具的裝配，直至完成最后的夾具方案設計[10]。</p><p>　　1997年，德國學者Imhof和Grahl率先對夾具C

21、AD進行了深入研究，1980年法國學者Ingrand和Latombe開發(fā)了第一個CAFD專家系統(tǒng)，CAFD技術可以實現(xiàn)對夾具的組成元件的虛擬規(guī)劃、組裝并進行仿真評價，極高地提高了效率[11]。而wu＆Rong運用幾何分析法，對自動夾具規(guī)劃進行根本性研究；建立了組合夾具裝配的條件，確定了夾具組件和待分析工件之間的幾何關系,闡述了CAFD的內容和設計要求，CAFD設計方法[14]。</p><p>　　而在夾具設計自

22、動化研究方面，Culpepper，Varadarajan等人基于壓力激勵和彎曲軸承提出了一種雙重目的的定位夾具(DPF)和偏心的球一軸夾具，用以彌補夾具元件的公差和軸承磨損[13,15]，Kulankara等人 對工件尺寸和精度有較大影響的夾具布局過程進行了研究，提出了一種基于遺傳算法(GA)的夾具布局優(yōu)化技術，可以減少由于夾緊力所引起的加工表面的變形[16]。</p><p>　　在光學儀器制造業(yè)，隨著科學技術

23、的飛速發(fā)展，尤其是一些高像質鏡頭的出現(xiàn)，人們越來越感覺到繼續(xù)應用傳統(tǒng)的透鏡中心偏差定義量已不能適應生產的需要。近幾年來，國外已有用透鏡光學表面面傾角或球心偏來代替透鏡中心偏的趨勢。德國的施乃德光學公司（Schneider Kreuznach) 成立于1913年，設計開發(fā)了超高精度的Schneider定心儀。日本研發(fā)了日本富士FSK 偏心儀分為P-1、P-2、P-3型。</p><p><b>　　3總結

24、部分</b></p><p>　　近些年來，隨著現(xiàn)代化加工設備的廣泛應用，使傳統(tǒng)的機械加工的制造方法發(fā)生了重大變革，夾具的功能已經從過去的裝夾、定位轉變?yōu)榭焖傺b夾、定位。夾具技術必將朝著高精、高效發(fā)展。而我所要設計的偏心儀夾具要在固定透鏡后，要保證透鏡是水平的，以此來確保嚴格的光學系統(tǒng)共軸性，此外還能較方便地撥動鏡片。我準備用可活動的三爪卡盤，三爪卡盤的中心與準直管的光軸精確地重合，每個爪上還必須做出

25、V型槽，以此來擺放透鏡，使透鏡的圓柱面緊貼V型槽，V型槽設計的有點是操作簡單，效率高。膠合透鏡定中心時，將正透鏡相對負透鏡轉動，直至在目鏡中觀察不到準直管十字分劃線的象在移動，或其移動量在顯微鏡的分劃板上的公差范圍之內，這就完成膠合透鏡的定中心。</p><p><b>　　4參考文獻</b></p><p>　　[1]孫學強.機械加工技術[M].機械工業(yè)出版社，19

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