热能驱动夹具技术的研究与创新设计

摘要

随着数控加工为代表的先进制造技术的迅速发展，夹紧装置日益显得重要.目前制造业中广泛使用的夹紧装置基本上是液压或气动夹紧装置.然而，液压与气动夹紧装置存在着以下显著缺点：（1）夹紧力所需要的机械能，要经过很多能量形式转换环节，造成能量损耗大，能源利用率低。（2）存在高速旋转的机械传动装置，噪声污染较为严重。（3）液压传动夹具在很多环节上无法避免油液泄漏，并由此造成较为严重的地面及空气污染。
　　 为了提高能源的利用效率和减少对环境的污染，本文提出了一种新概念的夹紧装置设计方法。夹紧装置由温控微量位移驱动装置、面积效应行程放大装置和自锁双边单作用增力铰杆机构组成。其原理是：利用半导体制热/制冷快速转换技术使得温度敏感材料产生微量位移，通过基于帕斯卡原理的面积效应行程放大装置，进行100倍左右的放大而变成显著位移，然后作用于过临界点铰杆增力自锁机构上，对工件进行夹紧。这种新概念的夹具装置，不仅能够实现切削加工过程零耗能，而且具有结构简单、能源利用效率高、稳定性好、无噪声污染、自锁性能优良的优点.
　　 论文的主要研究内容如下：
　　 （1）构建了夹紧力能源驱动方式的分类体系。这一分类体系，便于人们从整体上全面认识和掌握能源驱动方式的差异，并为科学选择驱动方式提供理论依据。
　　 （2）对适用于夹具的制冷技术和行程放大装置做了重点的总结和研究。为今后能源驱动央紧装置的创新设计提供了相关技术背景，给出了能够指导相关驱动力选取的建议。
　　 （3）对热管线膨胀的低速夹紧装置以及石蜡驱动等长度及体积致非相变夹紧装置，进行了一定研究。结合工作原理图，对所创新设计的央紧装置做了相关介绍和说明。
　　 （4）对基于热致相变的夹紧装置，进行了较为系统的整理和总结，创新设计了基于利用半导体制热/制冷快速转换技术使得温度敏感材料产生微量位移，通过基于帕斯卡原理的面积效应行程放大装置，作用于过临界点铰杆增力自锁机构上产生夹紧力的夹紧装置.对所创新设计的夹紧装置进行了力学建模和力学分析，给出了力学计算公式。
　　 （5）总结了热能驱动夹紧装置的发展现状及未来的发展趋势，并对论文所涉及的夹紧技术，进行了分析和展望。