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1、天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业： 机械制造工艺教育 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 副教授 二一二 年 六 月天津职业技术师范大学本科生毕业设计基于DE的仿生抓夹式夹具创新设计Innovative design ofBionic CatchClip type Fixture Based on DE专业班级：机制0711班学生姓名：郑指导教师： 副教授学 院：机械工程学院2012年 6月摘 要为了明确仿生抓夹式夹具技术目前和未来发展的研究思路，拓宽其研究领域，跳出仿生抓夹式夹具固有的技术范畴
2、，从更高的理论层面对其进行分析，为其未来发展领域寻求具有理论支持的技术方向。本文将TRIZ的直接进化理论引入到仿生抓夹式夹具中来，根据它的进化模式和多条进化路线来对仿生抓夹式夹具技术进行分析，发现其进化潜能。这里主要通过对反馈可控性、减少人为干预、动态化三条路线进行分析，对仿生抓夹式夹具技术将来可能的发展方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TRI中的冲突及发明创新原理，对问题进行分析，得出技术冲突，即适应性及多用性与系统的复杂性的冲突。根据冲突矩阵表，查出发明创新原理，运用其中的动态性和机械系统替代原理，设计出伸缩抓夹夹具和吸附式夹具。 关键词：直接进化理
3、论；仿生抓夹式夹具；进化模式；创新设计 ABSTRACTFor 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 the future development field of fixture looking for the technology
4、 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 fixture technologies, and find its evolutionary potential. There
5、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 fixture, to make its innovative design. Using the theory of conf
6、lict 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 innovation, then, using the dynamic and mechanical system s
7、ubstitution 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11.1 设计背景及意义11.2 仿生设计11.2.1 仿生设计内容11.2.2 仿生设计原则21.3 创新设计32 TRI42.1 TRIZ发明问题解决理论42.2 TRI
8、Z的三大进化理论42.2 直接进化理论62.2.1 进化模式62.2.2 进化路线72.2.3 进化潜能93 基于DE的仿生抓夹式夹具创新设计103.1 夹具103.1.1 夹具的分类103.1.2 夹具的作用113.1.3 夹具的组成113.1.4 夹具的现状及发展方向123.2 柔性夹具133.2.1 柔性夹具的分类143.2.2 仿生抓夹式夹具143.3 仿生抓夹式夹具的进化预测153.3.1 进化路线分析153.3.2 预测结论193.4 仿生抓夹式夹具的创新设计19结 论22参考文献23附录1 技术冲突和发明原理表25附录2 英文资料及翻译27致 谢431 绪论1.1 设计背景及意义
9、机械制造的机械加工、焊接、热处理、检验、装配等工艺过程中，为了安装加工工件，使之占有正确的位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产效率，所采用的工艺装备称为夹具。夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展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、装配夹具和检验夹具等；按通用化程度分类，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，企业都习惯于采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约有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
10、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、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用，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品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；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) 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；e) 采用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；f) 提高机床夹具的标准化程度。显然，如何设计制造出更先进的夹具是工业
11、进步的一大关键，因此研究仿生抓夹式夹具的进化历程和夹具技术的未来发展方向有着重要的意义。1.2 仿生设计 仿生设计是工业设计中有着深厚历史积淀与丰富实践经验的，同时又是最新鲜、最具活力的设计创新方法，是设计回归自然、追求人性化的具体、可行的方法，正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。1.2.1 仿生设计内容由于仿生设计的研究领域非常广泛，所以仿生设计的内容可以从不同的角度产生不同的层次和方向。基于生物特征认知与产品的构成要素的相关性，可以将仿生设计的主要内容归纳为：仿生物体形态的设计；仿生物表面肌理与质感设计；仿生物结构的设计；仿生物功能的设计；仿生物色彩的设计；仿生物形式美感的设计；仿生物意象的
12、设计等。（1）仿生物体形态的设计是在对自然生物体。包括动物、植物、微生物、人类等所具有的典型外部形态的认知基础上，寻求对产品形态的突破与创新。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表现。（2）仿生物表面肌理与质感设计自然生物体的表面机理与质感，不仅仅是一种触觉或视觉的表象，更代表某种内在功能的需要，具有深层次的生命意义，通过对生物表面肌理与质感的设计创造，增强仿生设计产品形态的功能意义和表现力。（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
13、知，结合不同产品概念与设计目的进行设计创新，使人工产品具有自然生命的意义与美感特征。（4）仿生物功能的设计功能仿生设计主要研究自然生物的客观功能原理与特征，从中得到启示以促进产品功能改进或新产品功能的开发。（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，其丰富、纷繁的色彩关系与个性特征，对产品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，发现和归纳自然生物所蕴含的美感规律，更好的进行产品美感与意义的整合设计。（7）仿生物意象的设计生物的意象是在人类认识自然的经验与情感积累的过程中产生的，仿生物意象的设计对产品语义和文化
14、特征的体现具有重要作用。1.2.2 仿生设计原则 作为工业设计的一种创新思维与方法，仿生设计首先应该遵循工业设计的一下原则。艺术性与科学性相结合：尊重客观审美规律的同时，应用先进的科学技术进行设计的产品化与商品化。功能性：产品合理、有效的基本功能和方便、安全、宜人等多层次功能的综合体现。经济性：满足标注化、批量生产的产品设计，同时延长使用寿命、方便运输、维修及回收。创造性：在概念、思维、方法、表现、使用等方面的独创性。需求性：对不同时间、地点、环境、年龄、人群等多元化需求的差异性设计，满足并创造需求。系统性：是对产品系统的认识、把握与创造。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
15、利用。对仿生设计来说更加强调以下几个方面：设计的合理性与合目的性：对自然生物相关概念分析、概括与设计应用的合理。设计的创造与再造：对自然生物模拟及更高层次设计应用的可持续性、可逆性创造。设计的多义性：理解自然生物有意义的形式，赋予产品更多样化的美感和含义。1.3 创新设计创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科技成果进行创新构思，设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用性的一种实践活动。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、技术、文化、艺术、社会、经济融汇在设计之中，设计出具有新颖性、创造性和实用性的新产品。创新设计可以从以下几个侧重点出发： 1、从用户需求出发，以人为本，满足用户的需求。 2、从挖掘产品功能出发，赋予老产品以新的功能、新的用途。 3、从成本设计理念出发，采用新材料、新方
