摘 要为了实现中国制造2025发展规划，加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，推进生产过程智能化，培育新型生产方式。本文设计一款用于配合数控机床、机械手等自动化设备所使用的螺母通用自动化夹具，该夹具包含支撑组件、夹紧机构以及动力机构。采用NX-CAD对螺母通用自动化夹具进行了三维建模及二维工程图的绘制，采用理论公式对夹紧力进行了校核；采用NX-高级仿真模块对夹具关键件结构强度进行了校核；采用NX-MCD对其进行了运动仿真分析，验证了该夹具设计方案的可行性；最后对夹具实物进行了装配。
目 录
一、引言 1
（一）研究背景 1
（二）常见螺母的加工方式 1
（三）本文的主要研究内容 3
二、螺母通用自动化夹具的设计 4
（一）螺母通用自动化夹具的总体方案 4
（二）支撑组件的设计 4
（三）夹紧组件的设计 6
1、夹紧组件的整体结构 6
2、夹紧装置的工作原理 10
（四）动力组件的设计 10
1、动力组件的结构设计 10
2、气缸及电磁阀的选型 12
三、螺母通用自动化夹具的校核 13
（一）夹紧力的校核 13
1、切削力的计算 13
2、所需夹紧力的计算 13
3、所需气缸推力的计算 13
4、气缸实际推力的计算 13
（二）垂直运动块的强度校核 14
1、创建仿真项目 14
2、创建解算方案及材料选择 14
3、创建解物理属性及网格收集器 15
4、创建解物理属性及网格收集器 15
5、检查网格质量及仿真文件激活 15
6、添加约束 16
7、添加载荷 16
8、仿真结果分析 16
四、螺母通用自动化夹具的运动仿真 17
（一）螺母通用自动化夹具的运动仿真方案 18
（二）螺母通用自动化夹具的运动仿真过程 18
1、刚体的设置 18
2、碰撞体的设置 19
3、运动副设置 19 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072* 

4、执行器的设置及仿真 20
五、螺母通用自动化夹具的装配 22
（一）支撑组件的装配 22
1、支撑组件底板、支撑柱及支撑板的装配 22
2、上层板组件的装配 23
（二）动力组件的装配 23
1、中间板、切边法兰西直线轴的装配 24
2、气缸、气缸支撑板、气缸固定块的装配 24
3、装配动力组件的总体装配 24
（三）上层板组件与动力组件之间的装配 25
（四）上层板组件与支撑组件其余零件之间的装配 25
（五）夹紧组件的装配 26
1、水平运动装置滑轨的装配 26
2、水平运动装置滑动体的装配 27
3、定位基座的装配 27
4、定位基准块的装配 28
5、水平运动装置的装配 28
（六）垂直运动块的装配 28
总 结 29
参考文献 30
谢 辞 31
附件一 32
一、引言
（一）研究背景
螺母是机器上不可或缺的零件，紧固螺母在连接中起着重要的作用，丝杠螺母是螺旋传动机构的重要部件，据新闻报导，2021年5月，一批锁紧螺母制造参数出错，超过万辆汽车被召回，其中包括奥迪A4、Q7、卡宴登高端品牌汽车。可见，螺母的加工质量对机器安全性能起着至关重要的作用。
如图11所示，螺母的形状种类繁多，根据材质的不同、作用的不同，分为碳钢、不锈钢、有色金属等几大类型。其中，为了使螺母的防松效果更加有效，越来越多的异型螺母被设计并实用，图12为一种偏心型自锁螺母的工作原理，诸如此类的螺母加工已经不是传统的加工方式能够满足，需要优化工艺流程并且匹配专门的工装夹具[1]。本文设计一款螺母自动化内孔加工夹具，能够实现自动化产线加工异型螺母螺纹时对螺母的夹持，同时通过更换夹紧装置，也能够实现对常规螺母的夹持。
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(a)异形螺母 (b)防滑锁紧螺母
图11 不同种类的螺母
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图12 自锁螺母
（二）常见螺母的加工方式
螺母的发展历史悠久，从开始的发现到探索到追寻根源再到研究其特定的功能以及性能，螺母的生产加工方式被基本分为三大类型，冷挤压成型、车削加工和铣削加工，如图13所示。
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（a）数控车削加工螺母 （b）数控铣削加工螺母
图13 螺母加工方式分类
（1）国内成都飞机工业（集团）有限公司和成都三洪高科科技有限公司已经使用冷挤压加工方式批量生产托板螺母，其具有良好的防松效果、结构简单、附加重量轻、强度高等特点，被广泛应用于航空领域。这种加工方法使用压力机，将球形毛坯挤压成螺母零件，具有生产效率高的特点，适合大批量生产固定型号的螺母。但生产少量的高精度的螺母和特殊螺纹的螺母更换模具的成本太高[2]。
（2）国内沈阳黎明航空发动机（集团）有限公司、天津市江天型钢有限公司和中国第一重型机械集团公司利用数控车削和铣削的方法生产高精度的螺母和特殊螺纹的螺母。但是在生产加工过程中还是采用人工装夹的方式，生产效率较低[35]。
（3）广东机电职业技术学院和长江职业学院分别设计了汽车转向器螺母孔加工专用夹具和圆型薄壁螺母批量加工专用夹具，可以配合生产线对汽车转向器螺母和圆型薄壁螺母进行快速装夹。提高了机械加工效率，但是并不适用其它形状和结构的螺母[6,7]。
综上可见，目前加工螺母螺纹的设备比较单一，无法适用于所有种类的螺母，且生产繁琐，效率并不高。为了实现2025年中国制造计划，加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向着力发展智能装备和智能产品，推进生产过程智能化，培育新型生产方式。本项目设计了用于配合数控机床、机械手等自动化设备所使用的螺母通用自动化夹具，其大体功能如图14所示。
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图14 螺母通用自动化夹具功能原理图

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