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夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)工件定位精度的影響 B.Li 和 S.N.Mellkote 布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國(guó)研究所 由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過(guò)最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對(duì)工件定位精度的影響通過(guò)3-2-1式銑夾具的例子進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞：彈性 接觸 模型 夾具 夾緊力 優(yōu)化 前言 定位和夾緊的工件加工中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過(guò)度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會(huì)影響它的位置精度，并反過(guò)來(lái)影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來(lái)減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)滿(mǎn)足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報(bào)道[參考文獻(xiàn)1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒(méi)有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過(guò)對(duì)剛性模型[9-11]對(duì)夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問(wèn)題是制定一個(gè)線(xiàn)性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的法線(xiàn)接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線(xiàn)接觸力相對(duì)較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過(guò)6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過(guò)假設(shè)已知摩擦力的方向來(lái)推導(dǎo)計(jì)算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無(wú)法確定工件移位的唯一性。 這種限制可以通過(guò)計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來(lái)克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)受夾具點(diǎn)的局部彈性變形的強(qiáng)烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗(yàn)的接觸力變形的關(guān)系（稱(chēng)為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過(guò)工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對(duì)報(bào)告做了改善，然而，他們沒(méi)有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒(méi)有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點(diǎn)彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對(duì)工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒(méi)有在這些文件中提到 。 本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準(zhǔn)靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個(gè)問(wèn)題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題提出和解決。通過(guò)兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對(duì)定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。 1． 夾具——工件聯(lián)系模型 1．1 模型假設(shè) 該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線(xiàn)性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過(guò)程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對(duì)液壓或氣動(dòng)夾具使用。在實(shí)際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見(jiàn)圖1）第i夾具接觸力局部變形如下： (1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線(xiàn)和法線(xiàn)方向的接觸剛度 第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè) 圖1 彈簧夾具—— 工件接觸模型。 表示在第i個(gè) 接觸處的坐標(biāo)系 （j=x，y，z）是對(duì)應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線(xiàn)力接觸。 1．2 工件——夾具的接觸剛度模型 集中遵守一個(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線(xiàn)性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線(xiàn)力呈非線(xiàn)性變化 [23]。由于法線(xiàn)力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題， 是法線(xiàn)的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁(yè)]中給出如下： （2） 其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。 切向變形沿著和切線(xiàn)方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁(yè)] （3） 其中、 分別是工件和夾具剪切模量 一個(gè)合理的接觸剛度的線(xiàn)性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線(xiàn)性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線(xiàn)性近似， （4） (5) 正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認(rèn)定是0.94。 2．夾緊力優(yōu)化 我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過(guò)程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過(guò)制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題的問(wèn)題，如下描述。 2.1 目標(biāo)函數(shù)配方 工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)輪換往往是相當(dāng)小[17]的工件定位誤差假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個(gè)正交組件（見(jiàn)圖2）。 圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn) 工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計(jì)算如下： （6） 其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 但是作用在工件的夾緊力會(huì)影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式： （7） 其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。 在這個(gè)文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線(xiàn)的，接觸的摩擦力相對(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過(guò)（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計(jì)算得出（見(jiàn)圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫(xiě)成： (8) 工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過(guò)盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫(xiě)為： 最小化 （9） 要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過(guò)使用最低總能量互補(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問(wèn)題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對(duì)接觸問(wèn)題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過(guò)夾緊力的隨時(shí)調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并給出： 最小化 （10） 其中代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ)，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。 如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)算確定的基礎(chǔ) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯） 2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束 在（10）式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫(kù)侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個(gè)非線(xiàn)性約束和線(xiàn)性化版本可以使用，并且[19]有： （11） 假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）： (12) 其中包括在法線(xiàn)和切線(xiàn)方向的力和力矩的機(jī)械加工力和工件重量。 2.3界接觸力 由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線(xiàn)的接觸力只能被壓縮。這通過(guò)以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13） 它假設(shè)在工件上的法線(xiàn)力是確定的，此外，在一個(gè)法線(xiàn)的接觸壓力不能超過(guò)壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫(xiě)為： （i=1，2，…,L+C） (14) 如果是在第i個(gè)工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫(xiě)成：最小化 (15) 3．模型算法求解 式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)約束對(duì)。該補(bǔ)充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對(duì)為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個(gè)指定的加權(quán)范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設(shè)最初所有夾緊力不明確，要確定一個(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問(wèn)題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過(guò)計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問(wèn)題可改寫(xiě)為: 最小化 （16） 由： (11)–(14) 得。 類(lèi)似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來(lái)確定最低的上的約束, 通過(guò)盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測(cè)精度和，有參考文獻(xiàn)[15]： （17） 其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。 圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用 4． 加工過(guò)程中的夾緊力的優(yōu)化及測(cè)定 上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負(fù)載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點(diǎn)的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負(fù)荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿(mǎn)意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來(lái)解決下面將被討論的問(wèn)題，考慮一個(gè)有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量： (18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有： 雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)在工件加工的同一時(shí)刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進(jìn)給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負(fù)載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有： (i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19) 其中是最佳夾緊力的四個(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過(guò)在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見(jiàn)于式 （20）： （k=1，2，…，C） （20） 只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請(qǐng)注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。 5．影響工件的定位精度 它的興趣在于最早提出了評(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個(gè)工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準(zhǔn)靜態(tài)加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運(yùn)動(dòng)的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖2）， 如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對(duì)于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來(lái)表達(dá)在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21) 其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為： （22） 方程（21）現(xiàn)在可以改寫(xiě)為： （23） 其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒(méi)有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下： （24） 其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)外加工負(fù)荷，故在法線(xiàn)方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變，因此，必須對(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為： （25） 其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)外加工力量和載體的6×1矢量。并結(jié)合方程（23）—（25）與靜態(tài)平衡方程，得到下面的方程組： （26） 其中，其中表示相乘。由于夾緊和加工工件剛體移動(dòng)，q可通過(guò)求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見(jiàn)圖6）， 現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27） 其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且 6．模擬工作 較早前提出的算法是用來(lái)確定最佳夾緊力及其對(duì)兩例工件精度的影響例如： 1．適用于工件單點(diǎn)力。 2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列 如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標(biāo)系。 3-2-1夾具圖7所示，是用來(lái)定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對(duì)系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開(kāi)發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對(duì)加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級(jí)夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)25.4毫米銑槽使用EMSIM進(jìn)行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時(shí)（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體， （見(jiàn)圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。 圖8最終銑削過(guò)程模擬例如2。 表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過(guò)的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)載。 7．結(jié)果與討論 例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9， 圖9 對(duì)于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見(jiàn)圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過(guò)減少工件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得。由于夾緊力和負(fù)載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點(diǎn)減少錯(cuò)誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因?yàn)閺淖畛跬ㄟ^(guò)互補(bǔ)勢(shì)能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個(gè)序列應(yīng)用于銑削負(fù)載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個(gè)序列。最佳的夾緊力，，對(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。 結(jié)果表明，由于每個(gè)組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個(gè)夾緊點(diǎn)最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個(gè)完整的刀具路徑改進(jìn)方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對(duì)于初始夾緊力的強(qiáng)度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。 圖10 8．結(jié)論 該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具，工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題，使用-約束的方法解決。該算法通過(guò)兩個(gè)模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動(dòng)態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。 9．參考資料： 1、J. 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設(shè)計(jì)者：賀巧鳳 指導(dǎo)老師：張晶 共6頁(yè) 第2頁(yè) 鎮(zhèn)江高等專(zhuān)科學(xué)校 機(jī)械加工工藝卡片 工件名稱(chēng) 撥 叉 工序號(hào) 5 零件名稱(chēng) 撥 叉 零件號(hào) 零件重量 同時(shí)加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號(hào) 硬度 型號(hào) 重量 35 鍛件 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱(chēng) 型號(hào) 專(zhuān)用夾具 臥式銑床 X62W 安裝 工步 安裝及工步說(shuō)明 刀具 量具 走刀長(zhǎng)度mm 走刀次數(shù) 切削深度mm 進(jìn)給量mm/r 主軸轉(zhuǎn)速r/min 切削速度m/min 基本工 時(shí)min 1 銑寬13的槽 三面刃銑刀 塞尺、卡尺 22 7 2 0.2 275 21.6 3.436 設(shè)計(jì)者：賀巧鳳 指導(dǎo)老師：張晶 共 6 頁(yè) 第3頁(yè) 鎮(zhèn)江高等專(zhuān)科學(xué)校 機(jī)械加工工藝卡片 工件名稱(chēng) 撥叉 工序號(hào) 7 零件名稱(chēng) 撥叉 零件號(hào) 零件重量 同時(shí)加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號(hào) 硬度 型號(hào) 重量 35 鍛件 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱(chēng) 型號(hào) 專(zhuān)用夾具 臥式銑床 X62W 安裝 工步 安裝及工步說(shuō)明 刀具 量具 走刀長(zhǎng)度mm 走刀次數(shù) 切削深度mm 進(jìn)給量mm/r 主軸轉(zhuǎn)速r/min 切削速度m/min 基本工 時(shí)min 1 銑叉口寬7的兩端面 三面刃銑刀 塞尺、卡尺 20 2 0.75 0.2 275 86.4 0.909 設(shè)計(jì)者：賀巧鳳 指導(dǎo)老師：張晶 共6 頁(yè) 第5頁(yè) 鎮(zhèn)江高等專(zhuān)科學(xué)校 機(jī)械加工工藝卡片 工件名稱(chēng) 撥叉 工序號(hào) 8 零件名稱(chēng) 撥叉 零件號(hào) 零件重量 同時(shí)加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號(hào) 硬度 型號(hào) 重量 35 鍛件 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱(chēng) 型號(hào) 專(zhuān)用夾具 臥式銑床 X62W 安裝 工步 安裝及工步說(shuō)明 刀具 量具 走刀長(zhǎng)度mm 走刀次數(shù) 切削深度mm 進(jìn)給量mm/r 主軸轉(zhuǎn)速r/min 切削速度m/min 基本工 時(shí)min 1 1 銑叉口寬50H12的面 三面刃銑刀 塞尺、卡尺 20 2 3.5 0.2 275 86.4 0.964 設(shè)計(jì)者：賀巧鳳 指導(dǎo)老師：張晶 共6頁(yè) 第6頁(yè) 鎮(zhèn)江市高等專(zhuān)科學(xué)校 工 藝 過(guò) 程 卡 產(chǎn)品型號(hào) 零（部）件圖號(hào) 共1 頁(yè) 產(chǎn)品名稱(chēng) 零（部）件名稱(chēng) 撥叉 第1 頁(yè) 材料牌號(hào) 毛坯種類(lèi) 鑄件 毛坯外形尺寸 162X50X120 每毛坯件數(shù) 1 每臺(tái)件數(shù) 1 備注 工序號(hào) 工序名稱(chēng) 工 序 內(nèi) 容 車(chē)間 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時(shí) 名稱(chēng)、型號(hào) 編號(hào) 夾 具 量具 刀具 準(zhǔn)終 單件 10 鑄造 鑄 20 時(shí)效處理 熱 30 銑Φ15H8右端面 金 立式銑床X51 專(zhuān)用夾具 游標(biāo)卡尺 端銑刀，塞尺 40 鉆，擴(kuò)，鉸Φ15H8孔、倒角 金 立式轉(zhuǎn)床Z525 專(zhuān)用夾具 游標(biāo)卡尺 麻花鉆，擴(kuò)孔鉆，鉸刀 50 銑寬13的槽 金 臥式鉆床X62W 專(zhuān)用夾具 游標(biāo)卡尺 三面刃銑刀，塞尺 60 鉆、鉸Φ5H14孔 金 立式轉(zhuǎn)床Z525 專(zhuān)用夾具 游標(biāo)卡尺 麻花鉆、鉸刀 70 銑叉口的寬7的兩端面 金 臥式銑床X62W 專(zhuān)用夾具 游標(biāo)卡尺 三面刃銑刀，塞尺 80 銑叉口寬50H12的面 金 臥式銑床X62W 專(zhuān)用夾具 游標(biāo)卡尺 三面刃銑刀，塞尺 90 熱處理 熱 100 磨 金 M7120A 磨夾具 卡尺 砂輪 110 清洗去毛刺 120 驗(yàn)收 130 入庫(kù) 編 制 審 核 會(huì) 簽 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 標(biāo) 記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 鎮(zhèn) 江 高 專(zhuān) ZHENJIANG COLLEGE 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū) 題 目∶ 撥叉的工藝工裝設(shè)計(jì) 系 名： 機(jī)械工程系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)電W072 學(xué)生姓名： 賀 巧 鳳 學(xué) 號(hào)： 070108235 指導(dǎo)教師姓名： 張 晶 指導(dǎo)教師職稱(chēng)： 副教授 二○一二 年 二 月 十五 日 課題名稱(chēng) 撥叉的工藝工裝設(shè)計(jì) 同組學(xué)生姓名 無(wú) 設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容及要求： 一、內(nèi)容： 1、（抄畫(huà)）被加工零件零件圖 1張(A3) 2、被加工零件毛坯圖 1張(A3) 3、被加工零件工藝過(guò)程卡 1套 4、被加工零件工序卡 1套 5、夾具裝配圖（兩道工序） 2套(2XA1） 6、夾具體零件圖 2張(2XA3) 7、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（≥5000字） 1份 二、要求： 必須獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，需完成裝配圖和零件圖，折合成0號(hào)圖紙1.5張以上；設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)5000字以上；圖紙統(tǒng)一編號(hào)（參照全隸屬編號(hào)）；圖紙上采用的所有標(biāo)準(zhǔn)必須是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)；圖紙必須用Auto CAD(2004或以上版本)畫(huà)圖(若是A2／A3大小,必須拼裝成A1格式存盤(pán)，以方便打印)，說(shuō)明書(shū)的文字一律用WORD2002或2004打印輸出。必須按規(guī)定時(shí)間完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，各環(huán)節(jié)須經(jīng)審核通過(guò)方可進(jìn)行下一步工作。畢業(yè)實(shí)習(xí)不合格者不得參加畢業(yè)設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)不合格者不得參加畢業(yè)答辯。 注：1、具體技術(shù)要求見(jiàn)圖紙。 2、其它要求見(jiàn)“畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃” 參考文獻(xiàn)： 1、機(jī)械制造工藝學(xué) 2、機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 3、金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) 4、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)手冊(cè) 5、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)圖冊(cè) 6、實(shí)用機(jī)械加工手冊(cè)（有電子版） 7、機(jī)械加工余量手冊(cè)（有電子版） 8、機(jī)械加工工藝師手冊(cè)（有電子版） 進(jìn) 度 計(jì) 劃 表 序號(hào) 起止 日期 計(jì)劃完成內(nèi)容 實(shí)際完成情況 檢 查 日 期 檢查人簽名 1 2月15日 -2月28日 畢業(yè)實(shí)習(xí) 1、提前完成 （ ） 2、按時(shí)完成 （ ） 3、基本完成 （ ） 4、未完成 （ ） 張晶 2 3月1日 -3月15日 讀懂零件圖，明確要求,準(zhǔn)備參考資料,制定工作計(jì)劃 1、提前完成 （ ） 2、按時(shí)完成 （ ） 3、基本完成 （ ） 4、未完成 （ ） 張晶 3 3月16日 -3月31日 方案論證，完成工藝方案論證 1、提前完成 （ ） 2、按時(shí)完成 （ ） 3、基本完成 （ ） 4、未完成 （ ） 張晶 4 4月1日 -4月20日 確定夾具設(shè)計(jì)內(nèi)容，擬定夾具設(shè)計(jì)的基本方案，繪制夾具裝配草圖 1、提前完成 （ ） 2、按時(shí)完成 （ ） 3、基本完成 （ ） 4、未完成 （ ） 張晶 5 4月21日 -4月30日 審定夾具設(shè)計(jì)內(nèi)容及夾具裝配草圖 1、提前完成 （ ） 2、按時(shí)完成 （ ） 3、基本完成 （ ） 4、未完成 （ ） 張晶 6 5月1日 -5月10日 修改夾具裝配草圖、完善夾具結(jié)構(gòu) 1、提前完成 （ ） 2、按時(shí)完成 （ ） 3、基本完成 （ ） 4、未完成 （ ） 張晶 7 5月11日 -5月31日 基本完成草圖,草編設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 1、提前完成 （ ） 2、按時(shí)完成 （ ） 3、基本完成 （ ） 4、未完成 （ ） 張晶 8 6月1日 -6月5日 完善工藝方案并修改夾具裝配圖 1、提前完成 （ ） 2、按時(shí)完成 （ ） 3、基本完成 （ ） 4、未完成 （ ） 張晶 9 6月6日 -6月10日 完成夾具裝配圖及相關(guān)零件圖的繪制，填寫(xiě)工藝文件、上機(jī)編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 1、提前完成 （ ） 2、按時(shí)完成 （ ） 3、基本完成 （ ） 4、未完成 （ ） 張晶 10 6月10日 完成全部任務(wù)，作答辯前的準(zhǔn)備工作 1、提前完成 （ ） 2、按時(shí)完成 （ ） 3、基本完成 （ ） 4、未完成 （ ） 張晶 （該頁(yè)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)及評(píng)分（指導(dǎo)教師專(zhuān)用） 學(xué)生姓名 賀巧鳳 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)電W072 設(shè)計(jì)總分 評(píng) 分 內(nèi) 容 評(píng) 分 等 級(jí) 好 較好 一般 差 應(yīng)用文獻(xiàn)資料和調(diào)研能力 分析與解決問(wèn)題的能力（包括計(jì)算方法、數(shù)據(jù)處理等） 計(jì)算機(jī)能力（包括編程、數(shù)據(jù)、圖形及文字處理） 論文質(zhì)量（論點(diǎn)、論據(jù)、實(shí)驗(yàn)分析、推理、深度等） 設(shè)計(jì)質(zhì)量（方案、技術(shù)路線(xiàn)、設(shè)計(jì)水平、圖面質(zhì)量等） 工作量、工作態(tài)度 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力（包括技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性的分析評(píng)價(jià)） 創(chuàng)新 （包括創(chuàng)新意識(shí)、獨(dú)特見(jiàn)解） 寫(xiě)作的規(guī)范性 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 該同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)態(tài)度（端正、較好、尚可、較差），（能、基本能、不能）遵守畢業(yè)設(shè)計(jì)紀(jì)律和相關(guān)規(guī)定，（設(shè)計(jì)工作量（多、飽滿(mǎn)、較輕、不足），（完成、基本完成、沒(méi)用完成）相關(guān)的畢業(yè)實(shí)習(xí)和調(diào)研任務(wù)，（能較好地、尚能、不能）處理好畢業(yè)設(shè)計(jì)與工作實(shí)習(xí)的關(guān)系。 該同學(xué)（獨(dú)立、基本獨(dú)立、根據(jù)參考、不能獨(dú)立）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定的任務(wù)。設(shè)計(jì)方案（正確、基本正確、尚正確、不夠正確），結(jié)構(gòu)（合理、較合理、尚合理、不夠合理）；圖面質(zhì)量（好、較好、一般、較差）；說(shuō)明書(shū)的寫(xiě)作（規(guī)范、較規(guī)范、尚規(guī)范、不夠規(guī)范），計(jì)算能力（好、較好、一般、尚可、較差）。 本設(shè)計(jì)已達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)為（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）。 指導(dǎo)教師 簽字 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)及評(píng)分（主審教師專(zhuān)用） 學(xué)生姓名 賀巧鳳 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)電W072 主審總分 評(píng) 分 內(nèi) 容 評(píng) 分 等 級(jí) 好 較好 一般 差 1 總體設(shè)計(jì)方案 2 零部件設(shè)計(jì)方案 3 圖 紙 質(zhì) 量 和 有 關(guān) 技 術(shù) 標(biāo) 準(zhǔn) 視圖 4 圖紙幅面 5 標(biāo)注 6 技術(shù)條件 7 標(biāo)題欄 8 明細(xì)欄 9 圖號(hào) 10 說(shuō) 明 書(shū) 質(zhì) 量 格式的規(guī)范性 11 內(nèi)容的完整性 12 分析的正確性 13 深度 14 創(chuàng)新 15 其它（資料袋、裝訂要求等） 主審教師 簽字 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)及評(píng)分（答辯小組專(zhuān)用） 學(xué)生姓名 賀巧鳳 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)電W072 答辯總分 評(píng) 分 內(nèi) 容 評(píng) 分 等 級(jí) 好 較好 一般 差 學(xué)生陳述清楚、精練、正確、邏輯性強(qiáng) 論文質(zhì)量（論點(diǎn)、論據(jù)、實(shí)驗(yàn)分析、推理、深度、創(chuàng)新等） 設(shè)計(jì)質(zhì)量（方案、技術(shù)路線(xiàn)、設(shè)計(jì)水平、圖面質(zhì)量、創(chuàng)新等） 問(wèn)題： 1、 2、 3、 答辯小組意見(jiàn)： 該同學(xué)設(shè)計(jì)方案（正確、基本正確、尚正確、不夠正確），結(jié)構(gòu)（合理、較合理、尚合理、不夠合理）；圖面質(zhì)量（好、較好、一般、較差）；說(shuō)明書(shū)寫(xiě)作（規(guī)范、較規(guī)范、尚規(guī)范、不夠規(guī)范）。在答辯中的陳述(清楚、較清楚、尚清楚、不夠清楚) ，對(duì)所提問(wèn)題的回答（正確、基本正確、尚正確、不夠正確）， 對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基本掌握（好、較好、一般、尚好、較差），（已達(dá)到、未達(dá)到）畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。 答辯小組成員： 答辯小組組長(zhǎng) 年 月 日 最 終 評(píng) 定 成 績(jī)