1、 柔性制造单元的夹具 摘要 在现代 ，切割速度的增加（主要切削时间的减少）对生产率的提高没有任何影响。由于这个原因，我们必须缩短的额外时间，主要是重复的操作。附加时间缩短是生产成本提高和降低生产成本的主要条件之一。 其手段可以通过使用最佳的夹紧装置，或者夹紧操作的自动化。使用适当的夹紧装置，将导致质量和生产率的提高，以及降低生产成本。 在开发新一代制造设备和制造系统的需要，必须配备适当的夹紧装置。这就是为什么夹紧装置与制造机器一起发展。 这样的开发装置，可用于制造系统具有高重复性的生产浴，但它们主要是分配一块制造， 更复杂的工件夹紧 。这样的夹紧装置，可使制造系统具有高再现性的生产率，但它们主
2、要是用于单件生产，作为更复杂的工件的夹紧装置。智能夹紧装置不仅是其设计不同于传统的夹紧装置，而且其性能也不同。它的发展与更高一代机器的设计有关。 1.简介 在未来的一段时间内 是制造业的客户导向。产品范围正在拓宽而创新周期在缩短 。同时，产品的外形正在改变，它的材料也有新的功能加入。 短的周期创新周期需要实际生产结构变成柔性的制造单元的生产结构。 受到这种制造策略的影响，传统制造业的重要性正在渐渐变小， 缩短制造时间变得越来越重要。以时间为导 向的制造策略正在改变制造产业中的生产单元和生产线结构。柔性制造单元制造变成越来越重要的思想体系。 这个制造思想体系是基于： 制造产品相似 制造 方式相似
3、 产品相似识别允许其根据使用的制造机器来进行分组。通过制造这样的产品群是可能达到经济效果，这是未来的高系列或大规模生产的一种方法。柔性制造单元是一种以透明生产工艺的开放的制造单元。这些制造单元代表着制造业发展和生产率增长的趋势。 如何减少额外的制造时间的一个可能性是选择适当的夹紧装置，如类似的帮助活动的自动化。 工件必须夹紧，以减少由外力（例如切削力）所引起的 可能的工件运动。工件的工作位置相对于夹具的位置在整个工艺过程中必须是确定的。在某些工艺过程中，由夹具来主要保证其工件的位置。 这样的功能一般是由夹紧装置来保证的。 使用适当的夹具装置类型将会使质量的增加，制造时间的减少和整个生产过程的有
4、效性增加。在许多情况下，使用适当的夹紧机构是必要的，因为它关系到一些技术操作的实现。 夹具的具体设计方法基于制造生产系列的要求。在小批量生产的情况下，可以使用通用的夹紧设备，或者使用简单的模块化的夹具装置。在大批量生产或者规模化的生产情况下，通常使用专用夹具 。 专用夹具是根据具体 的 某一 工件类型来设计和优化 ，或者该工件的尺寸系列是小范围的变化。夹紧系统通常都有有这些基本功能： 工件的定位与夹紧是在机械设备的坐标系之中； 防止工件因外力引起的变形； 在必要的情况下，通过夹具设计设计来工件的加工实现。 这些夹具的功能是通过定位、夹紧和支承元件的使用来实现。这些工件可以单独放置在技术设备的
5、某些 部分 ，或者它们被放置在一个复杂形式的夹紧装置，或者作为技术装备的单独一部分。 2.“智能”制造系统 自动化设备是制造强化和满足客户的灵活需求的基本条件。如今，制造工艺研究的主要趋势包括集成化、柔 性化和智能化。 根据对机械生产的不断研究，计算技术的应用相对其他制造系统的发展是不够的，同样，使用经典的自动化设备和灵活的制造系统也不是很有效。对于其他有效性的增加，研究新一代的制造系统是很有必要的。这些新一代的制造系统将包括新的智能功能，这将保证该系统能够独自控制一些制造工艺参数。这样的自我控制功能同样也能确保 系统能够基于通过系统产生的实际数据来不断优化系统。 非常重要的任务将由组织系统独
6、自完成，并且整个生产过程将跟随定义目标函数的变化。所有的智能制造系统的子系统必须包含适当的实现智能的要素。这种系统的运行实 践，可以消除最不靠谱的制造系统的元素 操作者。对于这些智能制造系统的主要 要求将是制造时间的缩短，提高生产率，高效而最小的劳动需求及减小对制造过程的干预。 目前，自动化设备 配备的各种制造设备和帮助服务是自动化在多样化上的设计水平。智能制造系统的使用是基于所有的子系统的有效性，这又用于系统建设上。基于这个原因，新的智能制造系统和他的所有子系统一起被设计。 这是因为这样的设计的子系统不会妨碍到整个智能制造系统的有效应用。 柔性制造系统的范畴包括一个或多个技术工作场合的自动化
7、控制。 这样的系统的基本分类可能 是根据 技术工作 场所 的数量， 或者这些系统可以根据系统的灵活性 进行 分类 。 智能制造系统能够 处理 意想不到的事件， 不论是 系统中进行， 还是 在其周围 的 。 复杂制造自动化技术的基础是工艺过程的自动化，同样 在运输、操作、送料、控制、刀具更换、夹具的变化、存储系统等诸多活动方面也有重要的自动化。 3.新一代的“智能”夹具 每一个生产工艺的目标都是 使产品的质量能满足要求。这里自动化生产 制造系统 和传统的生产 制造系统存在一定的差异。 这些差异是 立足于 在从生产系统的操作 上来解决 问题。自动化制造系统必须能够 长期 提供需要的质量水平 。 这
8、一质量水平必须在没有人工干预的情况下达到。这意味着，所有的自动化制造系统子系统处理结果的质量实现 。 自动化制造系统中的质量实现必须建立一个单独的子系统的单一功能组合。 精确的时间协调，这样的功能是非常重要的。在这样的过程中，尊重系统的动态性是非常重要的 。 新一代的制造机械的发展需要与这样的机械相配合的夹紧系统。 这种夹紧系统和设备通常是 和 生产机器同时开发和设计的 。 这是因为坏的夹紧装置可以减少使用 整 机的性能 ，夹紧装置的有效性影响整个生产设备或制造系统的有效性 。 夹紧装置在工艺设备上夹紧工件。这种夹紧操作必须实现工件 和工具之间的位置的固定。 在整个工艺过程中，这个位置必须精确
9、固定。为了提高产品的质量和加工的效率而使用夹具。 这种质量和有效性的提高也导致生产成本的降低。在许多情况下，使用适当的夹具装置 能够取得 较好的工艺性 。 一个技术操作提供的参数是在没有正确的夹紧装置能实现。使用夹具的方法的设计也是基于生产类型。 在 生产产品较小 的情况下，通常采用通用的夹紧装置，可对每一种生产设备都有一个小的调整 ，也可以使用模块化的夹具设计，这样的模块化的夹具通常不是很贵。这样也使这种产品的最终价格不是很贵。 在大批量生产和 大 量生产的情况下，通常使 用一个专用的夹紧装置或专用夹具系统，其特点是具有很高的效率 。这样的夹具系统还可以 实现一些先进的功能，如制造设备和控制
10、系统的连线。 在大批量 生产或大 量 生产的情况下， 使用 这样的设备的 成本 是不是问题，因为这样的 高成本随着生产效率的提高而得到补偿。根据小批量生产的产量上升，当效率能够达到相同的大量生产时，也能达到相同的经济效益。这意味着， 生产商正在进行关于降低生产成本的 大量 研究 。 在这样一个生产阶段 使用不同层次的柔性制造系统有着不一样的效率，它的优点是使用范围大。 这样的制造系统必须配备 合适的夹紧 装置， 获得最大的机器使 用效率 。 这样新一代的夹紧系统有不一样的设计和先进的功能。 图 1：夹紧力控制的液压夹紧夹具 在标准生产中所有机械外围设备的 控制由机器操作。 在自动化生产的情况下
11、这样的设置是需要的，所有的外围设备将在全自动化模式下一起运行。这意味着，所以的外围设备必须 配备自己的代理（ 气动执行器、电动执行器、液动执行机构），但他们也必须配备的传感器。 传感器将监测技术操作，并且他们也将监视整个夹紧系统的内部停留和它的 元 件。 在同一时间内，夹紧系统必须能够与上位控制系统进行通信 （通常是生产机器的控制系统）。 控制系统将协调夹具的活动， 并在某些情况下 的 故障，控制系统将正确 应对 这种情况 。许多现代 的夹紧系统提供这样的控制功能，但在 现在并没有包括所有需要的功能的夹紧系统在市场上 。这些功能包括 夹紧周期监测，内部停留夹紧装置监控。 这样的复杂的夹紧系统现
12、在还存在于研究阶段，他们被称为智能卡装夹具。 智能 夹 具应用的主要领域是 如 下 ： 切割系统中的夹紧 装配作业时的夹紧 在功能测验中夹紧 智能夹紧系统能够提供许多先进的（智能）功能，如 ： 力和转矩测量 夹紧周期监测 单一功能部件监测 其他工作导向功能 力和扭矩监测的目的，监视夹紧工件在制造过程 的实际装夹。 这种监控还保护工件 不 深部变形或表面损坏 。 采用气 动或液压作动器，可实现夹紧力的调节。在这种情况下，夹紧力与压力 作用于活塞 。 这种夹紧力可以被测量和用压力进行调节。 当需要精确测量夹紧力时，我们可以使用专用传感器，将其放置在夹紧机构上。在不正确夹紧工件之前，对锁 定 进行保
13、护 。这样，夹紧循环监控程序可以保护机器、工具、夹紧装置以及工件的定位。在单功能 部件 监控中的夹紧装置，该系统具有单一系统单元功能的信息。 在单功能部件监控中的夹紧装置，该系统具有单一系统单元功能的信息。自动化生产和装配是新一代的夹紧系统的 应用 领域。自动化装配区是制造过程中最复杂的操作之一，每 一个增加效率的可能性 都是一个很好的补充。 增加使用的智能夹紧系统对灵活性的增加是非常重要的，同样对于自动换刀系统和末端效应识别系统。 4.智能夹具的基本设计 在研究所的实验室里实现了一个机器人的工作场所。这工作地点配备 SMC工业机器人与存储系统。这两个系统都是与送料旋转装置相连的。该系统配有自
14、动夹持系统，并配有气动夹紧系统，具有一定的智能夹紧系统的基本功能。气动夹紧装置将被放置在工业机器人的工作区域。该设备将按这些要求设计 ： 夹紧尺寸的范围在 70mm以内 这部分 没有操纵， 当超过 这个维度 时，机械臂承载力为 100N。 对于旋转零件的夹紧，需要同步夹紧运动 。 打开夹具信号 当有一零件放在夹具上时，防止操作和夹紧部分或者将零件放在夹具上。 部分夹紧在夹具装置信号 防止部分被放置 在夹具上的零件与 夹具的碰撞 或者是 夹持在机器人手臂 上的零件 。 夹紧的形状变形 各种形状的夹紧 气缸、正方形 。 使用可变的夹具 夹具将在夹子的帮助下改变 。 合适的夹具在夹紧信号中 防止 夹 持 椭圆形部分 尤其是 不能用于椭圆形零件的夹具 。
