复合材料夹具设计与制作Word文档格式.docx

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3.2夹具设计考虑因素8

4、设计夹贝常用基准及其相互关系9

4.1常用定位方法及定位组件9

4.2定位误差产生的原因9

4.3夹具的组成组件11

4.4夹紧装置设计的内容和步骤11

5、结论12

摘要

以了解钻模与夹具、模具、量具、治具等工具之基本构造、分析方法及设计原理，以培养机具设计能力，让每一位学员能正确使用各相关机具设备以及AUTOCAD、3DPro/E、SOLIDWORKS等设计软件，从事产品外观设计、治夹具设计、机构设计与模具设计等工作。

俾能从事自动化工具之设计，进能达到低成本自动化生产之目标。

可以广泛地应用于电子、通讯、机械、模具、工业设计、汽机车、自行车、航天、家电、玩具等各个行业里。

整合了零件设计、产品组立、模具开发、NC加工、板金设计、铸造设计、造型设计等功能于一体，其中Pro/EngineerWildfire让使用者在进行设计时，能实时预览设计图形，达到所见即所得的设计目的，可以协助您节省30%~50%的制作时间，藉由夹具设计制作，可有效辅助解决产品测试过程的瓶颈，有利快速测量出实验数据。

1、前言

复合材料按基材的不同，可分高分子基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料三大类，其中发展较早、技术较成熟而且应用最广的是高分子基复合材料[1,2,3]。

不过由于高分子基复合材料的使用温度一般不超过250-300°

C，不适用于高温工作环境。

因此令发展出适用于高温（≧450°

C）的金属基复合材料，此类材料通常以铝、镍、锰、钛等作为基体，以碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维或晶须为增强体，应用于发动机叶片、活塞、波导管等，但其制作技术较复杂，价格较高。

而陶瓷基复合材料改善了陶瓷材料本身的脆性弱点，除了满足耐高温（≧1000°

C）的要求外，还具有耐磨性好、硬度高的优点，适用于刀具、模具、转动摩擦件等。

高分子基复合材料产品之特性，在于其结构轻，强度高且加工方式和设计方面，弹性均大，目前已经渐渐地取代了一些传统的材料，并广泛的应用于各种不同用途上，例如：

船舶、车身、屋面浪板、管件、化学容器及房屋方面、航空、运动器材、汽车等工业上，以及家电外壳、卫浴设备、船体、飞机内装或飞行控制面板、球拍、球杆、自行车架等。

台湾早期复合材料以船体建造为主，后来发展钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍、自行车架等运动休闲器材，造就了台湾成为运动器材王国地位。

工件夹持技术的应用范围十分广泛。

您能想象如髋股关节、萨克斯风调整螺栓或罐头瓶的夹持加工，大都是大量生产制造，而且夹具设计的辅助，配合应用技术，将提升到产品生产检测的功能，对于工业产品如计算机面板、加工零件等组件，均具有十足的帮助。

2、研究方法

本计划的做法是首先将计算机的面板放置于夹具辅助上方，藉由两侧的压条给予固定面板，再经由测试机台系统量测面板承受不同受力时的变形尺寸，可探讨其受力的变化及承受扭力的变形。

2.1夹治具（FixtureJig）

一般而言，凡是在机械制造过程中，使任何加工程序能加速、方便或安全的辅助装置工具，均可称为夹具（Fixture）。

广义的夹具可包括机器夹具（MachineFixture），冲压夹具（pressFixture），热处理夹具（HeatTreatmentFixture），焊接夹具（WeldingFixture），装配夹具（AssemblingFixture）等等。

狭义的夹具，一般即指机器夹具，可简称为夹具，它主要用于机器加工，也是机器与工件、刀具之间的桥梁，目前较统称的定义为“用以装夹工件的装置工具“为夹具。

“用以装夹工件并配合引导刀具的装置工具”称为治具或钻模（Jig）。

2.2夹治具的功能

夹具的功能：

一在加工过程中，将工件维持在一安定的位置上，并吸收切削过程中产生的推力与变形力。

－让工件能得到定位，维持较安定的加工精度。

由于夹具的制作成本与所要达到的精度成正比，因此，选择适当的精度，才能达到降低成本的要求。

由于高精度的夹具一定贵，因此，我们往往必须在成本与效率做一选择。

2.3夹具辅助

本计划之夹具辅助采用方形铝挤型（20mm20mm）当支撑杆，设计成一个长方体结构，夹具上方平台藉由方形铝挤型（5mm5mm）两支可调整其距离，以固定面板的测量位置，如图1所示，经实际测试后可符合一般计算机面板之测试要求。

图1夹具结构示意图

2.4夹具的分类

一般可按夹具的通用性和使用特点，所使用的机器类型，以及所用动力源进行分类，如表1所示。

2.5夹具测试系统

图2夹具测试系统组合图

3.夹具规划

3.1夹具设计流程图

图2　夹具设计流程图

3.2夹具设计考虑因素

设计重点：

（1）构思：

－必须暸解加工方法与切削过程。

－不要仅依靠自己的知识来判断，必须保持有别的看法之柔软性。

（2）对下一工程的考虑点：

－要站在使用者的立场设计。

－优良的夹具设计是要考虑到价格、精度、安装容易与耐用。

（3）设计上的重点项目：

－单纯。

－多使用标准品（市售品、标准规格品等），尽量避免使用特殊品。

－夹持必须配合加工物且要保持充份的刚性。

－考虑充份的调配性（标准品）。

－考虑到安全第－。

－要注意基准面、基准点的设定，要统一前后工程，不可相互矛盾。

－加工物的中间尺寸与公差要确实检查。

－要考虑切屑处理。

－要设计成即使操作错误也是安全的。

－要考虑到作业者浪费动作，要提高手动机构的操作性。

－从使用频率与磨耗的关系来考虑耐久忤（零件的淬火等）。

4.设计夹贝常用基准及其相互关系

设计夹具常用基准及其相互关系

设计基准－设计图样上所采用基准

工序基准－在工程中采用的基准。

工序基准－在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状位置的基准。

定位基准一在加工中用作定位的基准。

4.1常用定位方法及定位组件

工件以平面为定位基准的定位方法及定位组件

（1）支承钉与支承板，如图3（a），（b）

（2）调节支承及浮动自位支承，如图4（a），（b）

工作以外圆柱面为定占基准的定位方法及定位组件，以工件的－个外圆柱面作为定位基准时，常用的定位方法是将外圆柱装在圆孔、半圆孔、V形块或定心夹紧机构中。

后两种最为常用。

工件以圆孔为定位基准的定位方法及定位组件，定位基准为圆孔的工作，常用定位销及定位心轴定位。

此外，还可利用定心夹紧机构进行定位。

4.2定位误差产生的原因

任意一批工件在夹具中加工时，引起加工尺寸产生误差的主要原因有两类：

（1）由于定位基准本身的尺寸和几何形状误差，以及定位基准与定位组件之间的间隙，所引起的同批工件定位基准沿加工尺寸方向的最大位移，称为定位基准位移误差，以△jy表示。

（2）由于工序基准与定位基准不重合，所引起的同批工件工序。

图3（a）　支承钉

图3（b）　支承板

图4（a）　调节支承件

图4（b）　浮动支承件

基准相对于定位基准而言沿加工尺寸方向的最大位移，称为基准不重合误差，以△jb表示。

上述两类误差之和即为定位误差，故可得

△aw＝△jy+△jb

4.3夹具的组成组件

按在夹具中的作用、地位及结构特点，组成夹只的组件可分为以下各类

（1）定位组件及定位装置

（2）夹紧组件及夹紧装置

（3）夹具体

（4）对刀及导引组件装置（包括刀具导引组件，对刀装置及靠模装置）

（5）动力装置

（6）分度、对定装置

（7）其他组件及装置（包括夹具各部份相互连接用的以及夹具与机器相连接用的锁紧螺钉、销、键和各种手柄等。

4.4夹紧装置设计的内容和步骤

设计夹紧装置时，可按以下三个步骤确定夹紧力：

（1）根据工序图绘制夹紧力示意图，在图中应表明夹紧力的作用点与方向及应考虑的其他力的作用情况。

（2）确定夹紧组件结构。

（3）确定夹紧装置所能产生的夹紧力。

5.结论

现今机械加工已由传统机器演进到CNC机器，但没有良好的工模或夹具的配合使用，仍然很难达到高质量及高产量，更无法降低生产成本。

无论工作机械的精度如何优良，如果加工物安装不良而产生变形或歪斜，都会因此降低加工精度；

这唯有依赖工模夹具之辅助，才能达到合格精度与高质量的产品。

此外，为了确实达到降低成本，在产品开发设计时即应考虑加工物安装作业的合理化，如此能大量降低夹具设计制造成本。

经由设计与制造的全盘考虑，定能有效降低生产成本，本计划所设计完成的测试挟持机构，对于计算机面板承受外加力量产生变形的情况，可以快速得知变形量及受力的大小。