基于DE的仿生抓夹式夹具创新设计设计说明书完整136.pdf

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1、基于 DE的仿生抓夹式夹具创新设计设计说明书完整(可以直接使用，可编辑 优质资料，欢迎下载）天津职业技能师范大学 Tianjin University of Technology and Education 毕 业 设 计 专 业：机器制造工艺教诲 班级学号：学生姓名：指导西席：副传授 二一二 年 六 月 天津职业技能师范大学本科生结业设计 基于 DE 的仿生抓夹式夹具创新设计 Innovative design ofBionic Catch Clip type Fixture Based on DE 专业班级：机制 0711 班 学生姓名：郑 指导西席：副传授 学 院：机器工程学院 2021

2、 年 6 月 摘 要 为了明确仿生抓夹式夹具技能目前和未来生长的研究思路，拓宽其研究领域，跳出仿生抓夹式夹具固有的技能领域，从更高的理论层面对其进行阐发，为其未来生长领域寻求具有理论支持的技能偏向。本文将 TRIZ 的直接进化理论引入到仿生抓夹式夹具中来，凭据它的进化模式和多条进化路线来对仿生抓夹式夹具技能进行阐发，发明其进化潜能。这里主要通过对反馈可控性、淘汰人为干涉、动态化三条路线进行阐发，对仿生抓夹式夹具技能未来可能的生长偏向做出准确判断和预测。通过对仿生抓夹式夹具的预测，对其做出创新设计。运用 TRIZ 理论中的辩论及发明创新原理，对问题进行阐发，得出技能辩论，即适应性及多用性与系统的

3、庞大性的辩论。凭据辩论矩阵表，查出发明创新原理，运用其中的动态性和机器系统替代原理，设计出伸缩抓夹夹具和吸附式夹具。要害词：直接进化理论；仿生抓夹式夹具；进化模式；创新设计 ABSTRACT For present and future development of the fixtures technology clear thinking,broden the research field,jumped out of the inherent fixture technology category,from the theoretical level to analyze it,for t

4、he future development field of fixture looking for the technology trends of theory support.the paper quoted Directed evolution theory of TRIZ to the Bionic Catch Clip type Fixture.According to its Patterns of technological evolution and multiple evolutionary lines to analyze bionic catch clip type f

5、ixture technologies,and find its evolutionary potential.There mainly through feedback control,reducing human intervention,dynamic route for analysis,on the development direction of the possible future has made accurate judgment and the forecast.Through forecast about the bionic catch clip type fixtu

6、re,to make its innovative design.Using the theory of conflict and inventive principles to analyze the problem,we conclude that technology conflicts,the conflict,namely is adaptability and the complexity of the system.according to the conflict matrix table,find out the principle invention and innovat

7、ion,then,using the dynamic and mechanical system substitution principle,design the telescopic catch clip fixture and adsorptive fixture.Key Words:Directed evolution;Bionic Catch Clip type Fixture;Patterns of technological evolution;innovative design 目 录 1 绪论.0 1.1 设计配景及意义.0 1.2 仿生设计.0 仿生设计内容.0 仿生设计原

8、则.1 1.3 创新设计.2 2 TRIZ 理论.3 2.1 TRIZ 发明问题解决理论.3 2.2 TRIZ 的三大进化理论.3 2.2 直接进化理论.5 进化模式.5 进化路线.6 进化潜能.8 3 基于 DE 的仿生抓夹式夹具创新设计.9 3.1 夹具.9 夹具的分类.9 夹具的作用.10 夹具的组成.10 夹具的现状及生长偏向.11 3.2 柔性夹具.12 柔性夹具的分类.13 仿生抓夹式夹具.13 3.3 仿生抓夹式夹具的进化预测.14 进化路线阐发.14 预测结论.18 3.4 仿生抓夹式夹具的创新设计.18 结 论.21 参考文献.22 附录 1 技能辩论和发明原理表.24 附录

9、 2 英文资料及翻译.26 致 谢.43 1 绪论 1.1 设计配景及意义 机器制造的机器加工、焊接、热处理惩罚、查验、装配等工艺历程中，为了安装加工工件，使之占有正确的位置，以包管零件和产物的质量，并提高生产效率，所采取的工艺装备称为夹具。夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技能的不绝进步，夹具已从一种帮助东西生长成为门类齐全的工艺装备。夹具按用途分类，可分为机床夹具、装配夹具和查验夹具等；按通用化水平分类，可分为通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具。而仿生抓夹式夹具属于其中机床夹具和通用夹具。在批量生产中，企业都习惯于采取传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工场里，约有

10、数千甚至近万套专用夹具；在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 50%80%的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 10%20%，这些夹具往往留下来又很难得到重复使用，抛弃他们又实在可惜，因此造成很大的浪费。这些都是一直困扰企业的现实问题。近年来，数控机床、加工中心、成组技能、柔性制造系统等新加工技能的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：a)能迅速而方便地装备新产物的投产，以缩短生产准备周期，低落生产本钱；b)能装夹一组具有相似性特征的工件；c)能使用于精密加工的高精度机床夹具；d)能适用于种种现代化制造技能的新型机床夹具；e)采取以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高

11、劳动生产率；f)提高机床夹具的标准化水平。显然，如何设计制造出更先进的夹具是产业进步的一大要害，因此研究仿生抓夹式夹具的进化历程和夹具技能的未来生长偏向有着重要的意义。1.2 仿生设计 仿生设计是产业设计中有着深厚历史积淀与富丰富践经验的，同时又是最新鲜、最具活力的设计创新要领，是设计回归自然、追求人性化的具体、可行的要领，正逐渐成为设计生长历程中新的亮点。1.2.1 仿生设计内容 由于仿生设计的研究领域非常遍及，所以仿生设计的内容可以从差别的角度产生差别的条理和偏向。基于生物特征认知与产物的组成要素的相关性，可以将仿生设计的主要内容归纳为：仿生物体形态的设计；仿生物外貌肌理与质感设计；仿生物

12、结构的设计；仿生物成果的设计；仿生物色彩的设计；仿生物形式美感的设计；仿生物意象的设计等。（1）仿生物体形态的设计 是在对自然生物体。包罗动物、植物、微生物、人类等所具有的典范外部形态的认知底子上，寻求对产物形态的突破与创新。仿生物形态的设计是仿生设计的主要内容，强调对生物外部形态美感特征与人类审美需求的体现。（2）仿生物外貌肌理与质感设计 自然生物体的外貌机理与质感，不但仅是一种触觉或视觉的表象，更代表某种内在成果的需要，具有深条理的生命意义，通过对生物外貌肌理与质感的设计创造，增强仿生设计产物形态的成果意义和体现力。（3）仿生物结构的设计 生物结构是自然选择与进化的重要内容，是决定生命形式

13、与种类的因素，具有鲜明的生命特征与意义。结构仿生设计通过对自然生物由内而外的结构特征的认知，结合差别产物看法与设计目的进行设计创新，使人工产物具有自然生命的意义与美感特征。（4）仿生物成果的设计 成果仿生设计主要研究自然生物的客观成果原理与特征，从中得到启示以促进产物成果改造或新产物成果的开发。（5）仿生物色彩的设计 自然生物的色彩首先是生命存在的特征与需要，对设计来说更是自然美感的主要内容，其富厚、纷繁的色彩干系与本性特征，对产物的色彩设计具有重要意义。（6）仿生物形式美感的设计 从人类的审美要求出发，发明和归纳自然生物所蕴含的美感规律，更好的进行产物美感与意义的整合设计。（7）仿生物意象的

14、设计 生物的意象是在人类认识自然的经验与情感积聚的历程中产生的，仿生物意象的设计对产物语义和文化特征的体现具有重要作用。1.2.2 仿生设计原则 作为产业设计的一种创新思维与要领，仿生设计首先应该遵循产业设计的一下原则。艺术性与科学性相结合：尊重客观审美规律的同时，应用先进的科学技能进行设计的产物化与商品化。成果性：产物公道、有效的根本成果和方便、宁静、宜人等多条理成果的综合体现。经济性：满足标注化、批量生产的产物设计，同时延长使用寿命、方便运输、维修及采取。创造性：在看法、思维、要领、体现、使用等方面的独创性。需求性：对差别时间、所在、情况、年龄、人群等多元化需求的差别性设计，满足并创造需求

15、。系统性：是对产物系统的认识、掌握与创造。资源性：通过设计追求自然资源、设计资源的无限可逆性循环利用。对仿生设计来说越发强调以下几个方面：设计的公道性与合目的性：对自然生物相关看法阐发、归纳综合与设计应用的公道。设计的创造与再造：对自然生物模拟及更高条理设计应用的可连续性、可逆性创造。设计的多义性：理解自然生物有意义的形式，赋予产物更多样化的美感和寄义。1.3 创新设计 创新设计是指充实发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科技结果进行创新构思，设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用性的一种实践运动。创新设计是创新理念与设计实践的结合。发挥创造性的思维，将科学、技能、文化、艺术、社会、经济融汇

16、在设计之中，设计出具有新颖性、创造性和实用性的新产物。创新设计可以从以下几个偏重点出发：1、从用户需求出发，以人为本，满足用户的需求。2、从挖掘产物成果出发，赋予老产物以新的成果、新的用途。3、从本钱设计理念出发，采取新质料、新要领、新技能，低落产物本钱、提高产物质量、提高产物竞争力。创新是设计本质的要求，也是时代的要求。作为“为转达而设计”的视觉转达设计，如何正确充实地转达信息是每一个设计者始终要面临的中心问题。但是，在当今社会，仅仅把转达信息的要害词定位于正确和充实显然是不敷的。必须要把视觉转达设计的创新重视起来，从设计理念、视觉语言和技能体现方法的创新入手，正确充实地转达信息。2 TRI

17、Z 理论 TRIZ 是一种发明问题解决理论，由前苏联学者根里奇 阿奇舒勒创建于1946 年。TRIZ 理论乐成地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，得到最终的理想解。实践证明，运用TRIZ 理论，可大大加快人们创造发明的进程并且能得到高质量的创新产物。2.1 TRIZ 发明问题解决理论 在利用 TRIZ 解决问题历程中，设计者首先将待设计的产物表告竣为 TRIZ 问题，然后利用 TRIZ 中的东西，如发明原理、技能进化理论等，求出该 TRIZ 问题的普通解，最后设计者再把该解转化为特定解。技能辩论是指一个作用同时导致有用及有害两种结果。技能辩

18、论场体现为一个系统中两个子系统之间的辩论。通过对 250 万件专利研究的详细研究，TRIZ 理论提出39 个通用工程参数（见附录表一）描述辩论。实际应用中，首先要把组成辩论的双方内部性能用该 39 个工程参数中的两个来体现，然后在辩论矩阵中找出解决辩论的“发明原理”。TRIZ 中的发明原理是由专门研究人员对差别领域的已有创新结果进行阐发、总结，得到的具有普遍意义的经验，这些经验对指导差别领域的产物创新都有重要的参考代价。在对全世界专利进行阐发，阿奇舒勒提出了 40 条发明原理（见附录表二）。实验证明这些原理对付指导设计人员的发明创造具有重要的作用图 2-1 所示就是应用辩论解决问题的流程。图

19、2-1 应用辩论解决问题的流程 2.2 TRIZ 的三大进化理论 TRIZ 理论包罗着许多系统的、科学的而又富有可操纵的创造性思维要领和发明问题的阐发要领，而 TRIZ 技能进化理论是其中的一部分，其认为技能系统的进化存具体化 应用 40 条原理 应用 39 个参考将问题一般化 一般问题 特定问题 特定解 一般解 在着客观规律而差别领域的技能进化规律是可以相互移植的。随着 TRIZ 进化理论的生长，差别的研究者提出了差别的进化模式体系。有技能进化理论（Evolution of Technique，ET）、技能进化引导理论（Guided Technology Evolution，GTE）、直接进

20、化理论（Directed Evolution，DE）：1）技能进化理论 ET 理论偏重于 TRIZ 技能进化理论的原理诠释，它着重于研究了技能进化的动力和理论底子。该理论认为，技能系统进化的主要动力来自于人们对技能系统主要成果逐步提高的要求。ET 理论为技能系统的进化偏向及进化时间点等的选择问题提供了可行性思路，但由于这些假设自己是逻辑推测而非严格数理证明的结果，关于这些假设的实证研究也尚未开展，因此其可靠性有待进一步查验。2）技能进化引导理论 GTE 理论包罗了 6 条进化模式：增加理想度；子系统不平衡；向超系统转换；增加动态性；缩短能量转换路径；向微观级转换。GTE 理论是以技能预测理论为

21、中心的新兴应用性技能进化理论，其出发点是凭据 TRIZ 理论开发出一种结构化的要领，对技能系统生长趋势进行准确预测。3）直接进化理论 DE 理论是从如何利用技能预测理论进行战略决策或提高未来可控性的角度，对 技能进化理论进行研究，其核心思想是精益求精。DE 理论认为，传统的预测理论消极地认为期待技能进化历程的自然产生，GTE 则是机器地预测技能进化历程，而 DE理论则强调如何凭据特定的目标选择适应的技能进化模式，以到达提高未来可控性的目的。因此，与其他技能进化理论相比，DE 具有灵活性和目标导向性的特点，DE 理论的使用步调及通用流程详如图 2-2 所示。所以我们选用 DE 理论对夹具进行进化

22、预测。图 2-2 DE 理论的使用步调及通用流程图 现在是理解过去的关键 过去是理解未来的关键 理解未来是控制进化的关键 1.收集历史数据 2.DE 诊断 3.思想综合 4.决策制定 5.支撑进 化过DE 理论包罗了 10 条进化路线：进化阶段；增加理想化水平；增加资源的包罗量；系统零部件的非均衡生长；增加系统的动态性和可控性；增加系统的庞大性再简化；零件之间的匹配与不匹配；向微观进化；增加场的应用；增加自动化，淘汰人的介入。2.2 直接进化理论 直接进化理论是 TRIZ 理论的一个重要的分支，其核心是技能进化历程的治理与控制，它主要研究技能在结构上进化的趋势，即技能进化定律或进化模式、技能进

23、化路线和技能进化潜能。2.2.1 进化模式 技能系统进化模式是指技能系统在生长历程中所出现出的庞大进化趋势。随着TRIZ 理论的生长，进化模式的种数也不绝变革，进化模式，下面是 10 种进化模式:进化模式 1:进化阶段，技能系统的生命周期为出生、生长、成熟、退出。考虑到原有技能系统与新技能系统的瓜代，可描述为六个阶段：（1）系统还没有存在，但出现的重要条件已发明。（2）高级别的创新已出现，但生长很慢。（3）社会认识到新系统的代价。（4）初始系统看法的资源已用尽。（5）新一代产物开始出现，并取代原系统。（6）原系统的部分应用可能与新系统配合存在。进化模式 2:增加理想化水平。每一种系统完成的成果

24、在产生有用效应的同时都市不可制止地产生有害效应。系统改造的大抵偏向就是提高系统的理想化水平，可以通过系统改造来增大系统的有用成果和减小系统的有害成果。例如第一台盘算机质量为数吨，需占用一大房间，但确实具有盘算的成果。目前的便携式盘算机质量及体积都很小，且具有文字处理惩罚、数学盘算、通信、画图、播放多媒体等成果。进化模式 3:增加资源的包罗量。进化模式 4:系统零部件的非均衡生长。差别的子系统具有差别的生命周期，某些子系统阻碍了系统整体的进化。产物进化中常见的错误是非要害子系统得到设计人员特别的存眷。如设计人员努力开发更好地飞机发动机，但对飞机影响最大的是其空气动力学系统，因此，设计人员的努力对

25、提高飞机性能的作用不大。进化模式 5:增加系统的动态性和可控性。在系统的进化历程中，技能系统总是通过增加动态性和可控性而不绝地得到进化。也就是说，系统会增加自己的灵活性和可变性以适应不绝变革的情况和满足多种要求。例如早期的汽车是靠发动机的速度控制的，后是靠手工利用齿轮变速器控制速度，厥后又是自动变速器。进化模式 6:提供增加系统的庞大性使问题得到简化。技能系统总是首先趋向于结构庞大化（增加系统元件的数量，提高系统成果的特性），然后逐渐精简（可以用一个结构稍微简单的系统实现同样的成果大概实现更好的成果）。把一个系统转换为双系统或多系统就可以实现这些。例如组合音响将 AM/FM收音机、磁带机、VC

26、D 机、扬声器等集成为一个系统，用户可凭据需要选择自己需要的成果。进化模式 7:系统元件匹配和不匹配瓜代出现。在这种进化模式中，为了改进系统成果并消除负面效应，系统元件可以匹配，也可以不匹配。例如早期的轿车采取板簧吸收振动，这种结构式从其时马车上借用的。随着轿车的进化，板簧与轿车的其他部分已不匹配，厥后研制出轿车专用减振器。进化模式 8:由宏观系统向微观系统进化。即技能系统及其子系统在进化历程中，向着减小它们尺寸的偏向进化，进化的终点意味着元件不存在，需通过场实现其须要成果。例如烹调用的灶具开始采取烧木材或烧煤的炉子，今后的灶具烧天然气，厥后出现了微波炉及电磁炉。进化模式 9:增加场的使用。场

27、的应用是微观级的最高级别，场是无形的，产生场的作用物可以远离系统，虽为系统的一部分但可以不在系统实体组成需要考虑的范畴之内。进化模式 10:提高系统的自动化水平，淘汰人的介入。目的就是希望系统能取代人类完成那些单调乏味的事情，而让人类去完成更多富有创造性的脑力事情。例如最出洗衣服用搓板，今后出现了单杠、双杠洗衣机，厥后又出现了全自动洗衣机。这十种模式导致产物差别的进化路线，每种进化模式都有多条进化路线。2.2.2 进化路线 每条产物进化路线是从结构进化的特点描述产物核心技能所处的状态序列。进化路线指出了产物结构进化的状态序列，其实质是产物如何从一种核心技能移动到另一新的核心技能，新旧核心技能所

28、完成的根本成果相同，但新技能的性能极限提高或本钱低落。即产物沿进化路线进化的历程是新旧核心技能更替的历程。基于当前产物核心技能所处的状态，凭据进化路线，通过设计，可使其移动到新的状态。核心技能通过产物的特定结构实现，产物进化历程的实质是产物结构进化的历程。因此，TRIZ 中的技能进化理论是预测产物结构进化的理论。如图 2-3 所示是模式 5“增加动态性和可控性”下的一条进化路线和产物的进化历程。图 2-3“增加动态性和可控性”中的进化路线 技能系统的进化路线是指一个系统从结构进化的特点描述产物核心技能所处的状态序列。每种进化模式都包罗多条进化路线，目前，已经发明的产物进化路线已有300 多条，

29、典范的进化路线有 20 条。研究这些进化路线对产物创新具有很重要的意义。应用进化模式与进化路线的历程如图 2-4 所示 图 2-4 搜索具有进化潜力的进化路线 应用进化模式和进化路线历程为：凭据已有产物的结构特点选择一种或几种进化模式，然后从每种模式中选择一种或几种进化路线，从进化路线中确定新的核心技能刚性系统 一个铰链 多铰链 弹性体 液体 气体 场 单镜头 双镜头 多镜头 弹性镜头 液体镜头 气体镜头 场控镜头 本机构目前所处状态 新状态 进化模式 1 进化模式 2 进化模式 进化模式 n 问题 进化路线 1-1 进化路线 进化路线 1-m 进化路线 n-1 进化路线 进化路线 n-m 状

30、态 1 状态 3 状态 状态 2 状态 p 当前状态 最高状态 的可能的结构状态。2.2.3 进化潜能 技能进化模式、进化路线与现代产物设计要领学的融合，产生了进化潜能的新看法。TRIZ 直接进化的潜能图（也称雷达图）如图 2-5 所示，图中每一条射线体现与构件或系统相关的进化模式，外周体现进化模式沿各条路线的进化极限，阴影面积体现目前产物沿进化路线已完成的进化，而进化极限与阴影面积之间的面积差就代表该系统的进化潜能。对差别的产物，进化模式可能差别。进化潜能图可直观体现给定技能系统的进化情况，为设计人员确定未来技能开发偏向提供了理论依据。图 2-5 技能系统进化潜能图 由于直接进化的进化潜能图

31、将进化极限界说为 TRIZ 预测的产物能到达的最终进化路线，即进化潜能图是一个封闭的多边形图，这显然与技能的不绝进步不符。所以，应从生长的看法研究技能系统的进化潜能。系 统 的 进化潜能 系 统 已 进化的路线 3 基于 DE 的仿生抓夹式夹具创新设计 3.1 夹具 机器制造的机器加工、焊接、热处理惩罚、查验、装配等工艺历程中，为了安装加工工件，使之占有正确的位置，以包管零件和产物的质量，并提高生产效率，所采取的工艺装备称为夹具。机床夹具可以按差别的方法进行分类。1）按通用化水平分类 通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范畴内可用于加工差别工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，

32、铣床上的平口钳、分度头和回转事情台等。这类夹具一般由专业工场生产，常作为机床附件提供给用户。采取这类夹具可以缩短生产准备周期，淘汰夹具品种，从而低落生产本钱。其缺点是夹具的加工精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状庞大的工件，故适用于单件小批量生产。专用夹具 专用夹具是针对某一工件某一工序的加工要求而专门设计和制造设夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产物相对稳定、批量较大的生产中，常用种种专用夹具，可得到较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计制造周期较长，随着现代多品种，中、小批生产的生长，专用夹具在适应性和经济性等方面已产生许多问题。成组夹具 适用于一组零件的夹具，一般都是同类零件，经

33、过调解（如调换、增加一些元件）可用来定位，夹紧一组零件。组合夹具 由许多标准件组合而成，可凭据零件加工工序的需求拼装，用完后再拆卸，可用于单件、小批生产。随行夹具 用于自动线上，工件安装在随行夹具上，随行夹具由运输装置送往各机床，并在机床夹具或机床事情台上进行定位夹紧。2）按使用机床的类型分类 可分为车床夹具、磨床夹具、钻床夹具、镗床夹具、铣床夹具等。3）按动力源分类 可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具、自紧夹具等。4）按用途分类 可分为机床夹具、装配夹具、查验夹具、抓夹夹具等。夹具在零件加工历程中的作用主要有以下 5 点：（1）包管加工精度。用夹具装夹

34、工件时，能稳定地包管加工精度，并淘汰对其他生产条件的依赖性，故在精密加工中遍及地使用夹具。另外，它照旧全面质量治理的一个重要环节。（2）提高生产率。用夹具来定位、夹紧工件，就制止了手工操纵用划线等要领来定位工件，缩短了安装工件的时间。（3）低落生产本钱。在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技能品级较低的人工操纵，故可明显地低落生产本钱。（4）改进工人的劳动条件。用夹具装夹工件方便、省力、宁静。当采取气压、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度，包管宁静生产。（5）扩大机床的工艺范畴。在机床上安装一些夹具可以扩大其工艺范畴。如在车床上加上三爪卡盘，加工短轴类、套类零件等要方面许

35、多。有些夹具对包管发挥机床基天性能的作用是很大的，如在牛头刨床上没有虎钳是很难进行加工的。一般的夹具是由下列几部分组成：（1）定位元件。定位元件是夹具的主要成果元件之一，它的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。通常，当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就根本上确定了。（2）夹紧装置。将工件夹紧，以包管在加工时保持所限制的自由度。凭据动力源的差别，可分为手动、气动、液压和电动等夹紧装置。通常，夹紧装置的结构会影响夹具的庞大水平和性能。它的结构类型许多，设计时应注意选择。（3）导向元件和对刀装置。用来包管刀具相对付夹具的位置，对付钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀等孔加工刀具用导向元件，对付铣刀、

36、刨刀等用对刀装置。（4）连接元件。凭据机床的事情特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式：一种是安装在机床事情台上，另一种是安装在机床主轴上。连接元件用以确定夹具自己在机床上的位置。（5）夹具体。夹具体是夹具的根本骨架。定位元件、夹紧装置、导向元件、对刀装置、导向元件、对刀装置、连接元件等都装在它上面，因此夹具体一般比力庞大，它包管了各元件之间的相对位置。常用的夹具体为铸造结构、铸造结构、焊接结构，形状有回转体形和底座形等多种。（6）其他元件及装置。凭据加工需要，有些夹具还会采取分度装置、靠模装置、上下料装置、产业呆板人、顶出器宁静衡块等，这些元件或装置也需要专门设计。机床夹具和机床、刀具、工

37、件之间的干系如图 3-1 所示。图 3-1 机床夹具和机床、刀具、工件之间的干系 夹具的现状及生长偏向 夹具最早出现在 18 世纪后期，随着科学技能的不绝进步，夹具已从一种帮助东西生长成为门类齐全的工艺装备。（1）夹具的现状 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85%左右。现代生产要求企业所制造的产物品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采取传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工场里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 5080%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为

38、1020%左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技能、柔性制造系统（FMS）等新加工技能的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：能迅速而方便地装备新产物的投产，以缩短生产准备周期，低落生产本钱；能装夹一组具有相似性特征的工件；夹紧装置 连接元件 导向元件 对刀装置 定位元件 夹具体 辅助工具 其他 机床 工件 刀具 能适用于精密加工的高精度机床夹具；能适用于种种现代化制造技能的新型机床夹具；采取以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；提高机床夹具的标准化水平。（2）夹具的生长偏向 现代机床夹具的生长偏向主要体现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。标准

39、化。机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国度标准：GB/T2148T225991 以及种种通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，低落生产总本钱。精密化。随着机器产物精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型许多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪自放心卡盘，其放心精度为5m。高效化。高效化夹具主要用来淘汰工件加工的根本时间和帮助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如

40、，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高 5 倍左右；在车床上使用高速三爪自放心卡盘，可包管卡爪在试验转速为 9000r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了种种自动装夹工件的夹具以及自动调换夹具的装置，充实发挥了数控机床的效率。柔性化。机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调解、组合等方法，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹

41、具、数控夹具等。为适应现代机器产业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化水平，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，生长可调夹具结构，将是当前夹具生长的主要偏向。3.2 柔性夹具 一般说来，柔性夹具是指工件的形状和尺寸有一定变革后，夹具还能适应继承使用的应变能力。但是工件变革可以在小范畴，即在相似的形状和和尺寸变动不大的范畴内，也可在大范畴，即零件形状完全差别，尺寸变革很大。所以，柔性夹具照旧暗昧的，没有明确的界说和界限。笼统的说，就是指与 NC 机床、加工中心配合使用的、具有夹持多种差别工件能力的夹具。柔性夹具的分类 柔性夹具是指用同一夹具系统，完成多种形状尺寸各异的工件装夹的装备。大概

42、说，柔性夹具就是指与 NC 机床、加工中心配合使用的，具有加工多种差别工件的夹具。柔性夹具的主要类见表 1。表 1 柔性夹具分类表 分类 柔性事情原理 种类 主要优缺点 组合夹具 标准元件的机器装配 孔系、槽系 应用较广，特别是孔系组合夹具因刚度好而应用于数控加工中心 可调解夹具 在通用大概专用夹具底子上调换元件和调治元件位置 通用、成组 通用范畴大，适应性广，加工东西不太牢固，一般在多品种、小批量中应用遍及 模块化步伐控制式夹具 用伺服控制机构 双转台回转式 结构庞大，本钱偏高，柔性有限 适应性夹具 将定位元件大概夹紧元件剖析成更小的元素以适应工件的连续变革 涡轮叶片式 弯曲场轴式 适应范畴

43、小 相变质料 夹具 质料物理性质（相态、压强）的变革 真相变质料夹具、伪变相质料流态床夹具 工件加工精度受到相变条件 仿生抓夹 式夹具 形状影象合金 呆板人终端器夹具 本钱较高 仿生抓夹式夹具 凭据柔性夹具的分类可知，仿生抓夹式夹具是由柔性夹具生长得到的。它包罗了结构柔性，质料柔性等。比如说它的质料柔性，它的质料可为形状影象合金。形状影象合金是近几十年生长起来的一种新型成果质料，它是利用应力和温度诱发相变的机理来实现形状影象成果的一类质料。其特点是：将已在高温下定形的形状影象合金置于低温或常温下使其变形，当情况温度升高到临界温度时，合金的变形消失并可复兴到定型时的原始状态。仿生抓夹式夹具是模仿

44、生物的特点来设计和制造出来的，如生物的结构、形态、外貌肌理、成果等。主要是模仿生物的夹持能力。如下图 3-2，模仿蜘蛛的多爪抓夹夹具。仿生抓夹式夹具主要用来抓夹物体，一般用在呆板人或机器装置的终端。图 3-2 多抓仿生抓夹夹具 3.3 仿生抓夹式夹具的进化预测 经过对仿生抓夹式夹具技能的阐发，我们将从以下几条进化路线对仿生抓夹式夹具技能进行阐发，分别为增加反馈可控性、增加动态化路线、淘汰人为干涉路线。（1）增加反馈可控性 这是直接进化理论的模式 5 下的一条路线，即“增加动态性及可控性”。图 3-3 仿生抓夹式夹具的反馈可控性路线 直接控制 增加反馈 增加媒介控制 智能反馈 机械控制 液压控制

45、 增加传感器 智能控制 目前状态 新状态 通过对仿生抓夹式夹具技能的生长阐发，得出仿生抓夹式夹具反馈可控性路线，如图 3-3 所示。最初的仿生抓夹式夹具制造简单，由工人手动夹紧，操纵简单，属于机器控制，如下图 3-4 所示，为一个简单的机器控制仿生抓夹式夹具。机器控制是最根本的一种控制，它是利用机器设备自己的有关部件实现控制，但是事情效率低，精度也低。图 3-4 机器控制 图 3-5 液压控制 随着仿生抓夹夹具的生长，先后出现了液压和睦压控制，大多数使用液压控制。液压控制是仿生抓夹式夹具的一种主要的控制方法。仿生抓夹式夹具的夹持元件运动速度和操纵是凭据油的流量与压力来确定的，因而只要控制油的流

46、量与压力，就可以控制夹持元件的运动速度和夹持力。如图 3-5 所示，就是液压的事情原理。这样的改造之后，事情效率有很大的提高，且比力稳定，淘汰了人力的参加。目前在产业生产中，许多多少精密零件的加工需要精确的装夹，而一般的控制已经无法满足。所以就出现了增加反馈的仿生抓夹式夹具，在夹具中参加了反馈元件（传感器），一般为压力传感器，它能快速的、实时的、准确的反应出夹持力的巨细，以便实时调解。这样就大大的提高了工件的装夹精度。随着产物的要求越来越高，工件的加工精度越高，装夹精度也就越高。这就使人们想到了智能化，如具有高度的“触觉”和“视觉”等，且能高速准确的自动控制夹具，实时调解夹持力。目前仿生抓夹式

47、夹具在这方面技能不成熟，应用领域和范畴都非常小。所以，仿生抓夹式夹具的智能控制另有很大的研究空间 上面的阐发可以看出，仿生抓夹式夹具根本上还在增加反馈阶段，在反馈可控性路线上有一定的生长潜力，可向智能反馈偏向生长。（2）增加动态化 仿生抓夹式夹具可以凭据进化模式 5，即“增加动态性及可控性模式”来进行预测阐发。通过它来确定寻找新的替代技能的可能偏向，我们从增加动态化这条路线阐发，这条路线可分为 6 个阶段，如图 3-6 所示。最初的仿生抓夹式夹具的抓夹部分（爪子）是刚性的，不可转动的，它制造简单。但是许多庞大的零件它不可夹持，不稳定，且易损坏工件。图 3-6 增加动态化路线 为了改进上面的一些

48、不敷，就出现了单铰链的爪子，它就可以夹持一些稍微庞大或不规矩的工件了。随着产业的生长，需要制造的精度也越来越高，所以对仿生抓夹式夹具的要求也就越高了，越发朝着柔性化生长。接着就出现了多铰链的夹爪，使得它越发的柔性化，就如多指枢纽的机器手，如图 3-7 所示。图 3-7 多枢纽机器手 仿生抓夹式夹具技能正经历着向越发柔性的变革，电磁能和热能等场在仿生抓夹式夹具设计中的应用还相对简单，应用也比力少，仍然有许多值得探讨的地方，具有非常辽阔的空间。所以，仿生抓夹式夹具在增加动态性这条路线上另有很大的进化潜刚性体 单铰链 多铰链 弹性体 分子结构 场 目前状态 新状态 力，这无疑也是非常令人期待的一个新

49、突破。(3)淘汰人为干涉 这是进化模式 10“增加自动化，淘汰人的介入”下的一条进化路线。进化路线如图 3-8 所示。图中还体现了仿生抓夹式夹具技能在此条进化路线上的生长。图 3-8 淘汰人为干涉的进化路线 最开始的仿生抓夹式夹具是非常浅易的，全部由人工夹紧操纵。事情效率很低，人的事情量大，且不敷稳定，不宁静。为了淘汰人的事情量，仿生抓夹式夹具机器化，有机器驱动夹紧的，液压驱动夹紧、气压驱动夹紧、电气驱动夹紧的，如图 3-9 就是一个液压抓具的简图。这样的改造之后，事情比力可靠，事情效率高，而本钱不高，人们可以去完成更具有创造性的事情了。图 3-9 液压抓夹夹具简图 如何提高技能系统的成果效益

50、，用来实现那些枯燥的成果，这就需要往智能化方面的生长了。目前，智能化在仿生抓夹式夹具中的应用还比力小。比如如何自动的调解夹持力的巨细、智能定位、智能丈量工件的尺寸等。所以，仿生抓敬夹式夹具技能手工操作 机械化 智能化 手工夹紧 人工装夹工件 液压、气压夹紧 自动调整夹持力 机构自锁 油缸 在这方面照旧有很大的生长空间的。通过对增加反馈性路线、增加动态化路线和淘汰人为干涉路线这三条路线的进化阐发。得出仿生抓夹式夹具的偏向可以归结为两点：1）智能化。比如使夹具智能定位，自动丈量，自动调解夹持力等。这就需要自动化和电方面的知识了。可以在夹具中参加传感器、控制器等。2）结构柔性化。即仿生抓夹式夹具越发