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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 法線接觸力 接觸摩擦力的影響被忽視 因?yàn)樗^法線接觸力相對(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 第 1 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 iijjFkd 其中 j x y z 表示 在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線和法線方向的接觸剛度ij 第 2 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)ixyz 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ijd 和 切向力接觸 法線力接觸 ixFiyizF 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性的 因?yàn)榻佑| 半徑與隨法線力呈非線性變化 23 由于法線力 接觸變形作用于半徑 和平iPiR 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 是法線的變形 在 文獻(xiàn) 23 第 93 頁(yè) 中給出如下 in 2 1 3296 iiniPRE 其中 式中 和 是工件和夾具的彈性模量 22 11fw wEf w 分別是工件和材料的泊松比 f 切向變形 沿著 和 切線方向 硅業(yè)切力距ity iittx 或 者 ixiy 有以下形式 文獻(xiàn) 23 第 217 頁(yè) iyQiix或 者 3 t28 ifi wiaG 其中 分別是工件和夾具剪切模量 1 3134ifi wPRE fGw 一個(gè)合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 2 這就 產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值 在計(jì)算上述的線性近似 第 3 頁(yè) 共 15 頁(yè) 4 1 32 68 9iizREk 5 1 24jii iwxy zf kG 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TwwdXYZ wX wY 是 沿 和 三個(gè)正交組件 見(jiàn)圖 2 Zxgygz 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 2L 第 4 頁(yè) 共 15 頁(yè) 6 222wwwdXYZ 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 TRRCXYZP 7 RC 其中夾緊力 是矢量 夾緊力的方向 矩陣 1 TLCC 1 TCLCRn 是夾緊力是矢量的方向余弦 和 coscosLiLiiin i i Li 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 gXYgZ 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zkii 的所有定位器正常剛度 相乘 并假設(shè)工件 取決于 zks xNyzgXY 的方向 各自的等效接觸剛度可有下式 計(jì)算gZ 111 XYZNNssszizizikk 和 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 wd 8 111XYZ TRRRwNNNsssziziziPPdkk 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 2L 最小化 XYZ 222RRERCNNw111PP iii 9 第 5 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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gXYgZ 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 222iiiL CL CL Cx 111FFUW kkyziii TQ 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 W 完成 是遵守對(duì)角矩陣的 和Q1 LCxyzxyzcc 1iijjck 是所有接觸力的載體 TxyzzFF 如圖 3 加權(quán)系數(shù) 計(jì)算確定的基礎(chǔ)2L 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 22iiixyszFF is 靜態(tài)摩擦系數(shù) 這方面的一個(gè)非線性約束和線性化版本可以使用 并且 19 有 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 6 頁(yè) 共 15 頁(yè) 11 iiixyszF 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 0F 0M 其中包括在法線和切線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 法線的接觸力 只能被壓縮 這通過(guò)iP 以下的 的約束表 i 1 2 L C 13 iP0i 它假設(shè)在工件上的法線力是確定的 此外 在一個(gè)法線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 yS i 1 2 L C 14 iyiPSA 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i 模型 可以寫(xiě)成 最小化 15 12fTRCwQP 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1f 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2f 2L1f 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 2Lf 2L 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f 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1f 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 7 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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2L 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 12TfQ 由 11 14 得 RCwP 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RCwP 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 2L 索取決于所需的預(yù)測(cè)精度 和 有參考文獻(xiàn) 15 TwxyzTiiiziidrXYZ 2Klog 17 其中 表示上限的功能 完整的算法在如圖 4 中給出 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 8 頁(yè) 共 15 頁(yè) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 9 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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) 1optP2t3optPopt 考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 10 頁(yè) 共 15 頁(yè) max1axTXYZF 2maxaxTYXYZF 3maxaxTXYZF 4aTrXYZF 18 和 表示在 和 方向上的最大值 和 上gg 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maxXYmaxZ 有 222maxrXYZFF 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 max12 TiiijjcjPC 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ij ikjC 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)maxijP 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 maxkC k 1 2 C 20 maxikkjC 只要這些具備 就得到一套優(yōu)化的夾緊力 驗(yàn)證這Tmaxax12C optP 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)optP 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 11 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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gXY 方向上的移位 和自轉(zhuǎn) 見(jiàn)圖 2 gZTdwwXYZ Twxyz 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)Tiiixyzd 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 TiirXYZ 可以用來(lái)表達(dá)在工件的位移 以及工件自轉(zhuǎn)idwwXYZ 如下 21 wxyz 1Tii iiRrd 其中 表示旋轉(zhuǎn)矩陣 描述當(dāng)?shù)卦诘?i 幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和 是一個(gè)1iR wcR 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 w wcR 22 w 1R1zyzxyx 方程 21 現(xiàn)在可以改寫(xiě)為 23 TiiidRBq 其中 是經(jīng)方程 21 重新編排后變換得到的矩 ii ii10YBZ0Xi 陣式 是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量 yqTwwxzX 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 iFid 24 0 iiiKdzFotherws 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 Tiz 0iz 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)iixyzKdagk 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 12 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 01Tze 動(dòng)夾具 根據(jù)對(duì)外加工負(fù)荷 故在法線方向的夾緊力的強(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 TyiiixFp 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 1i EF 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 1L C1 0iEiiiRFfr 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 rrTXYZmm 現(xiàn)在可以計(jì)算如下 27 rmBq 其中 是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量 且rTmXYZ 100mmYBX 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 13 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 16L 和 全球坐標(biāo)系 gXYgZ 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 14 頁(yè) 共 15 頁(yè) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 15 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 16 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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2L 下形式 結(jié)果表明 最佳夾緊力所述加工 222 3RRRCXYZPP 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2L 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 maxaxmax iiiiij yzrPP 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opt 2L 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 17 頁(yè) 共 15 頁(yè) 點(diǎn)的加權(quán)范數(shù) 的 和 繪制 2LmaxiPaxiymaxizaxirP 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opt 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2 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)inPopt 2LoptP 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2 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2L 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 18 頁(yè) 共 15 頁(yè) 1 J D Lee 和 L S Haynes 柔性?shī)A具系統(tǒng)的有限元分析 交易美國(guó) ASME 工程雜志工業(yè) 134 139 頁(yè) 2 W Cai S J Hu 和 J X Yuan 柔性鈑金夾具 原理 算法和模擬 交 易美國(guó) ASME 制造科學(xué)與工程雜志 1996 318 324 頁(yè) 3 P Chandra S M Athavale R E DeVor 和 S G Kapoor 負(fù)載對(duì)表面平 整度的影響 工件夾具制造科學(xué)研討會(huì)論文集 1996 第一卷 146 152 頁(yè) 4 R J Menassa 和 V R DeVries 適用于選拔夾具設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法 美國(guó) ASME 工業(yè)工程雜志 113 412 414 1991 5 A J C Trappey C Su 和 J Hou 計(jì)算機(jī)輔助夾具分析中的應(yīng)用有限元 分析和數(shù)學(xué)優(yōu)化模型 1995 ASME 程序 MED 777 787 頁(yè) 6 S N Melkote S M Athavale R E DeVor S G Kapoor 和 J Burkey 基于加工過(guò)程仿真的加工裝置作用力系統(tǒng)研究 NAMRI SME 207 214 頁(yè) 1995 7 考慮工件夾具 夾具接觸相互作用布局優(yōu)化模擬的結(jié)果 341 346 1998 8 E C DeMeter 快速支持布局優(yōu)化 國(guó)際機(jī)床制造 碩士論文 1998 9 Y C Chou V Chandru M M Barash 加工夾具機(jī)械構(gòu)造的數(shù)學(xué)算法 分析和合成 美國(guó) ASME 工程學(xué)報(bào)工業(yè) 1989 299 306 頁(yè) 10 S H Lee 和 M R Cutkosky 具有摩擦性的夾具規(guī)劃 美國(guó) ASME 工業(yè)工程學(xué)報(bào) 1991 320 327 頁(yè) 11 S Jeng L Chen 和 W Chieng 最小夾緊力分析 國(guó)際機(jī)床制造 碩 士論文 1995 年 12 E C DeMeter 加工夾具的性能的最小 最大負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó) ASME 工業(yè)工程雜志 1994 13 E C DeMeter 加工夾具最大負(fù)荷的性能優(yōu)化模型 美國(guó) ASME 工 業(yè)工程雜志 1995 14 JH 復(fù)和 AYC 倪 核查和工件夾持的夾具設(shè)計(jì) 方案優(yōu)化 設(shè)計(jì)和制 造 4 碩士論文 307 318 1994 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè) 15 T H Richards 埃利斯 霍伍德 1977 應(yīng)力能量方法分析 1977 16 M J Hockenberger and E C DeMeter 對(duì)工件準(zhǔn)靜態(tài)分析功能位移在加 工夾具的應(yīng)用程序 制造科學(xué)雜志與工程 325 331 頁(yè) 1996 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 論文題目 銷(xiāo)接連接板零件加工工藝及鉆孔夾具 班 級(jí) 專 業(yè) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 日 期 I 摘 要 本文主要介紹銷(xiāo)接連接板工藝及鉆孔專用夾具設(shè)計(jì) 通過(guò) CAD 軟件完成對(duì)鉆床夾具的設(shè)計(jì)制造 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是選定零件鉆孔夾具 通過(guò) CAD 設(shè)計(jì)軟件對(duì)鉆床夾具進(jìn)行繪制設(shè)計(jì) 然后將各零件 進(jìn)行裝配 完成設(shè)計(jì) 以及利用對(duì)夾具進(jìn)行虛擬制造 因此本文要全面的多方位的介紹 cad 軟件 并詳細(xì)對(duì)各個(gè)零件的設(shè)計(jì)與繪制的過(guò)程 進(jìn)行專 用夾具的設(shè)計(jì) 選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個(gè)組成部件 如定位元件 夾緊元件 引導(dǎo)元件 夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件 計(jì)算出夾具定位時(shí)產(chǎn) 生的定位誤差 分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處 并在以后設(shè)計(jì)中注意改進(jìn) 關(guān)鍵詞 工藝 工序 切削用量 夾緊 定位 誤差 II ABSTRCT This paper mainly introduces the pin connecting plate technology and drilling special fixture design Through the CAD software to complete the design and manufacture of drilling fixture The design focuses on selected parts of drilling fixture drilling fixture drawing design through the CAD design software and then the part assembly complete the design and the use of virtual manufacturing fixture This paper introduces the multidimensional should fully CAD software and the detailed design of each part and drawing process Special fixture design fixture for the various components of the design such as the connecting part positioning device clamping device a guide element clamp and the machine tool and other components calculate fixture positioning errors when positioning reasonableness and shortcomings of fixture structure pay attention to improving and will design in Keywords process process cutting clamping positioning III 目 錄 摘 要 I ABSTRCT II 序 言 1 1 零件的分析 2 1 1 零件的作用 2 1 2 零件的工藝分析 2 2 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3 2 1 確定毛坯的制造形式 3 2 2 基面的選擇的選擇 3 2 3 制定工藝路線 3 2 4 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 3 2 5 確定切削用量及基本工時(shí) 4 3 夾具設(shè)計(jì) 1 3 1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 1 3 2 夾具的導(dǎo)向 1 3 3 定位方案分析與比較 列舉了 3 種方案 2 3 4 鉆孔與工件之間的切屑間隙 4 3 5 鉆模板 5 3 6 定位誤差的分析 5 3 7 鉆套設(shè)計(jì)與選用 5 3 8 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 7 3 9 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 8 總 結(jié) 9 致 謝 10 參 考 文 獻(xiàn) 11 1 序 言 機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法等的工藝文件之一 它是 在具體的生產(chǎn)條件下 把較為合理的工藝過(guò)程和操作方法 按照規(guī)定的形式書(shū)寫(xiě) 成工藝文 件 經(jīng)審批后用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn) 機(jī)械加工工藝規(guī)程一般包括以下內(nèi)容 工件加工的工藝路線 各工序的具體內(nèi)容及所用的設(shè)備和工藝裝備 工件的檢驗(yàn)項(xiàng)目及 檢驗(yàn)方法 切削用量 時(shí) 間定額等 制訂工藝規(guī)程的步驟 1 計(jì)算年生產(chǎn)綱領(lǐng) 確定生產(chǎn)類(lèi)型 2 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖 對(duì)零件進(jìn)行工藝分析 3 選擇毛坯 4 擬訂工藝路線 5 確定各工序的加工余量 計(jì)算工序尺寸及公差 6 確定各工序所用的設(shè)備及刀具 夾具 量具和輔助工具 7 確定切削用量及工時(shí)定額 8 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法 9 填寫(xiě)工藝文件 在制訂工藝規(guī)程的過(guò)程中 往往要對(duì)前面已初步確定的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整 以提高經(jīng)濟(jì)效 益 在執(zhí)行工藝規(guī)程過(guò)程中 可能會(huì)出現(xiàn)前所未料的情況 如生產(chǎn)條件的變化 新技術(shù) 新工藝的引進(jìn) 新材料 先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用等 都要求及時(shí)對(duì)工藝規(guī)程進(jìn)行修訂和完善 銷(xiāo)接連接板零件加工工藝及鉆孔鉆床夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制圖 機(jī)械 制造技術(shù)基礎(chǔ) 機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械工程材料等的基礎(chǔ)下 進(jìn)行的一個(gè)全面的考核 正確地解決一個(gè)零件在加工中的定位 夾緊以及工藝路線安排 工藝尺寸確定 等問(wèn)題 并設(shè)計(jì)出專用夾具 保證零件的加工質(zhì)量 本次設(shè)計(jì)水平有限 其中 難免有缺點(diǎn)錯(cuò)誤 敬請(qǐng)老師們批評(píng)指正 2 1 零件的分析 1 1 零件的作用 銷(xiāo)接連接板是整體裝置的重要零件 它支撐中心部分 承受著部分靜載荷 因?yàn)殇N(xiāo)接連接板與整個(gè)銷(xiāo)接連接板連接 并且中心部分與該零件是孔連接 因 而該零件的承受著一定載荷 以及一定的沖擊力 所以該零件承受著靜 動(dòng)載 荷 1 2 零件的工藝分析 銷(xiāo)接連接板有 2 個(gè)加工面他們有位置度要求 這三個(gè)加工面的分別為 1 以四周輪廓為基準(zhǔn)的加工面 這組加工面包括四周輪廓 2 以直徑為 25 孔的軸線為基準(zhǔn) 3 2 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 2 1 確定毛坯的制造形式 零件的材料為 Q235 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)以及零件在工作過(guò)程中所受的載荷情況 選用圓鋼 2 2 基面的選擇的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一 基面選擇的正確合理 可 以使加工質(zhì)量得到保證 生產(chǎn)率得到提高 否則 加工工藝過(guò)程中會(huì)問(wèn)題百出 粗基準(zhǔn)的選擇 對(duì)銷(xiāo)接連接板這樣的零件來(lái)說(shuō) 選擇好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要 以零件的上端面加工平面作為粗基準(zhǔn) 選取已加工的內(nèi)圓為精基準(zhǔn) 2 3 制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn) 應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀 尺寸精度及位置精度 等技術(shù)要求能得到合理的保證 通過(guò)仔細(xì)考慮零件的技術(shù)要求后 制定以下兩 種工藝方案 方案一 工序 1 材料符合 Q235 16mm 鋼板 的質(zhì)量要求 并具有質(zhì)保書(shū) 工序 2 用剪板機(jī)下料 確保 100 126 5 外形尺寸 工序 3 以圖示端面為基準(zhǔn) 用 PJ0025 G02 工裝進(jìn)行鉆孔 25 確保距離邊界尺寸 80 和 38 修毛刺 工序 4 按圖紙技術(shù)要求 對(duì)本零件的尺寸 形狀 位置和表面質(zhì)量等要素進(jìn)行全面 檢查 2 4 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 銷(xiāo)接連接板零件材料為 Q235 生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn) 采型材毛坯 1 不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件圖給定尺寸為自由度公差 由鑄造可直接獲得 2 銷(xiāo)接連接板的四周輪廓 由于銷(xiāo)接連接板四周輪廓精度要求不高 粗糙度要求是 12 5 可采用剪板機(jī)裁 剪可以實(shí)現(xiàn) 4 3 銷(xiāo)接連接板的孔直徑為 25 孔毛坯為實(shí)心 孔的精度要求介于 IT7 IT8 之 間 參照參數(shù)文獻(xiàn) 確定工藝尺寸余量為 鉆 孔25 2 5 確定切削用量及基本工時(shí) 工序 1 材料符合 Q235 16mm 鋼板 的質(zhì)量要求 并具有質(zhì)保書(shū) 工序 2 用剪板機(jī)下料 確保 100 126 5 外形尺寸 工序 3 以圖示端面為基準(zhǔn) 用 PJ0025 G02 工裝進(jìn)行鉆孔 25 確保距離邊界尺寸 80 和 38 修毛刺 1 3 夾具設(shè)計(jì) 3 1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個(gè)過(guò)程緊密聯(lián)系在一起的 定位問(wèn)題已在前面研究過(guò) 其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度 僅僅定好位在大多數(shù)場(chǎng)合下 還無(wú)法進(jìn)行加工 只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝 置對(duì)工件進(jìn)行夾緊 才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù) 夾緊裝置的基本任務(wù)是保持工件在定位中所獲得的即定位置 以便在切削力 重力 慣性力等外力作用下 不發(fā)生移動(dòng)和震動(dòng) 確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全 有時(shí)工件的定位是 在夾緊過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的 正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確 一般夾緊裝置由動(dòng)源即產(chǎn)生原始作用力的部分 夾緊機(jī)構(gòu)即接受和傳遞原始作用力 使之 變?yōu)閵A緊力 并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分 他包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件 考慮到機(jī)床的性能 生產(chǎn)批量以及加工時(shí)的具體切削量決定采用手動(dòng)夾緊 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式 利用螺旋桿直接夾緊元件 或者與其他元件 或機(jī)構(gòu)組成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)來(lái)夾緊工件 是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機(jī)構(gòu) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋 實(shí)際上相當(dāng)于把契繞在圓柱體上 因此他的作用原理與 斜契是一樣的 也利用其斜面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)夾緊工件的 不過(guò)這里上是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng) 螺旋 使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來(lái)夾緊的 典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 2 擴(kuò)力比大 3 自瑣性能好 4 行程不受限制 5 夾緊動(dòng)作慢 夾緊裝置可以分為力源裝置 中間傳動(dòng)裝置和夾緊裝置 在此中心軸夾具中 中間傳 動(dòng)裝置和夾緊元件合二為一 力源為機(jī)動(dòng)夾緊 通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板 達(dá)到夾緊和定心 作用 工件通過(guò)定位銷(xiāo)的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn) 通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板 實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊 并且移動(dòng)壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動(dòng)壓板 通過(guò)精確的圓弧定位 實(shí) 現(xiàn)定心 此中心軸移動(dòng)壓板制作簡(jiǎn)單 便于手動(dòng)調(diào)整 通過(guò)松緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓板的前后移動(dòng) 以達(dá)到壓緊的目的 壓緊的同時(shí) 實(shí)現(xiàn)工件的定心 使其定位基準(zhǔn)的對(duì)稱中心在規(guī)定位置 上 2 3 2 夾具的導(dǎo)向 在鉆床上加工孔時(shí) 大都采用導(dǎo)向元件或?qū)蜓b置 用以引導(dǎo)刀具進(jìn)入正確的加工位 置 并在加工過(guò)程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移 提高刀具的剛性 從而保 證零件上孔的精度 在鉆床上加工的過(guò)程中 導(dǎo)向裝置保證同軸各孔的同軸度 各孔孔距 精度 各軸線間的平行度等 因此 導(dǎo)向裝置如同定位元件一樣 對(duì)于保證工件的加工精 度有這十分重要的作用 導(dǎo)向元件包括刀桿的導(dǎo)向部分和導(dǎo)向中心軸 在這中心軸鉆床夾具上用的導(dǎo)向中心軸是鉆中心軸 鉆中心軸按其結(jié)構(gòu)可分為固定鉆中心軸 可換鉆中心軸 快換鉆中心軸及特殊鉆中心 軸 因此中心軸鉆夾具加工量不大 磨損較小 孔距離精度要求較高 則選用固定鉆中心 軸 如圖4 2 直接壓入鉆模板或夾具體的孔中 圖4 2 鉆中心軸 鉆模板與固定鉆中心軸外圓一般采用H7 h6的配合 且必須有很高的耐磨性 材料選擇 20Mn2 淬火HRC35 我選擇的鉆中心軸 12 5F7 22K6 35 GB2264 1980 相同的 為了防止定位銷(xiāo)與模板之間的磨損 在模板定位孔之間中心軸上兩個(gè)固定襯 中心軸 選取的標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào)為12 18 GB2263 1980 材料仍選取T10A 淬火HRC35 公差采 用H7 p6的配合 3 3 定位方案分析與比較 列舉了 3 種方案 方案 3 首先必須明確其加工時(shí)應(yīng)如圖所示 這樣水平放置 便于鉆床加工 那么要使其完全定 位 可以采用 一面加固定 V 型塊和滑動(dòng) V 型塊定位 這樣既簡(jiǎn)單又方便 如上圖所示 一 底面限制的自由度有 3 個(gè) 一個(gè)固定 V 型塊限制兩個(gè)自由度 一個(gè)滑動(dòng) V 型塊限制限制一 個(gè)自由度 為使定位可靠 加工穩(wěn)定 我所設(shè)計(jì)的定位方案 總共限制了工件的全部 6 個(gè) 自由度 屬于完全定位 方案 2 選底平面一面 V 型塊定位 夾緊方式選用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)夾緊 4 方案 3 一面加固定 V 型塊和固定 V 型塊定位 這樣既簡(jiǎn)單 如上圖所示 一底面限制的自由 度有 3 個(gè) 一個(gè)固定 V 型塊限制兩個(gè)自由度 一個(gè)固定 V 型塊限制限制一個(gè)自由度 為使 定位可靠 加工穩(wěn)定 我所設(shè)計(jì)的定位方案 總共限制了工件的全部 6 個(gè)自由度 屬于完 全定位 可是這種方案無(wú)法調(diào)節(jié) 如果毛坯超差還得通過(guò)螺絲調(diào)節(jié) 在該定位方案中 一個(gè)支撐面頂住 限制了 z 軸的移動(dòng) z 軸的旋轉(zhuǎn) y 軸的旋轉(zhuǎn)三個(gè) 移動(dòng)自由度 一個(gè)固定 V 型塊限制了 y 軸的移動(dòng) x 軸的移動(dòng) 一個(gè)滑動(dòng) V 型塊限制了 z 軸的旋轉(zhuǎn) 這樣 6 個(gè)自由度全部被限制 綜合上面所述 方案是根據(jù)外圓輪廓進(jìn)行的定位 方案一和方案三不如方案二方便操 作 根據(jù)上面敘述選擇方案二 3 4 鉆孔與工件之間的切屑間隙 鉆中心軸的類(lèi)型和特點(diǎn) 1 固定鉆中心軸 鉆中心軸直接壓入鉆模板或夾具體的孔中 鉆模板或夾具體的孔 與鉆中心軸外圓一般采用 H7 n6 配合 主要用于加工量不大 磨損教小的中小批生產(chǎn)或加 工孔徑甚小 孔距離精度要求較高的小孔 2 可換鉆中心軸 主要用在大批量生產(chǎn)中 由于鉆中心軸磨損大 因此在可換鉆中 心軸和鉆模板之間加一個(gè)襯中心軸 襯中心軸直接壓入鉆模板的孔內(nèi) 鉆中心軸以 F7 m6 或 F7 k6 配合裝入襯中心軸中 3 快換鉆中心軸 當(dāng)對(duì)孔進(jìn)行鉆鉸等加工時(shí) 由于刀徑不斷增大 需要不同的導(dǎo)中 心軸引導(dǎo)刀具 為便于快速更換采用快換鉆中心軸 4 特殊鉆中心軸 尺寸或形狀與標(biāo)準(zhǔn)鉆中心軸不同的鉆中心軸統(tǒng)稱特殊鉆中心軸 5 鉆中心軸下端面與工件表面之間應(yīng)留一定的空隙C 使開(kāi)始鉆孔時(shí) 鉆頭切屑刃不位于 鉆中心軸的孔中 以免刮傷鉆中心軸內(nèi)孔 如圖4 3 圖4 3 切屑間隙 C 0 3 1 2 d 在本次夾具鉆模設(shè)計(jì)中考慮了多方面的因素 確定了設(shè)計(jì)方案后 選擇了C 8 因?yàn)榇?鉆的材料是鑄件 所以C可以取較小的值 3 5 鉆模板 在導(dǎo)向裝置中 導(dǎo)中心軸通常是安裝在鉆模板上 因此鉆模板必須具有足夠的剛度和 強(qiáng)度 以防變形而影響鉆孔精度 鉆模板按其與夾具體連接的方式 可分為固定式鉆模板 鉸鏈?zhǔn)姐@模板 可卸式鉆模板 滑柱式鉆模板和活動(dòng)鉆模板等 在此中心軸鉆模夾具中選用的是可卸式鉆模板 在裝卸工件時(shí)需從夾具體上裝上或卸下 鉆模板在夾具體上采用定位銷(xiāo)一面雙孔定位 螺栓緊固 鉆模精度較高 4 3 6 定位誤差的分析 制造誤差 ZZ 1 中心線對(duì)定位件中心線位置精度 取 m05 3 2 m04 2 2 V 型塊同軸度誤差 查表 P297 故 8 3 mDW 142 06 05 8 04 125 222225422 則 3014 0 知此方案可行 3 7 鉆套設(shè)計(jì)與選用 工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求 故選用可換鉆中心軸 其結(jié)構(gòu)如下圖所 6 示 以減少更換鉆中心軸的輔助時(shí)間 為了減少輔助時(shí)間采用可換鉆孔 以來(lái)滿足達(dá)到孔的加工的要求 表 d D D1 H t 基本 極限 偏差 F7 基本 極限 偏差 D6 0 1 3 0 010 0 004 6 1 1 8 4 7 1 8 2 6 5 8 6 9 2 6 3 0 016 0 006 3 3 3 6 0 016 0 008 9 3 3 4 7 10 4 5 8 11 8 12 16 5 6 0 022 0 010 10 0 019 0 010 13 6 8 12 15 10 16 20 8 10 0 028 0 013 15 18 10 12 18 0 023 0 012 22 12 20 25 12 15 22 26 0 008 15 18 0 034 0 016 26 30 16 28 19 18 22 30 0 028 0 015 34 22 26 35 39 20 19 HT 200 26 30 0 041 0 020 42 46 30 35 0 050 48 0 033 0 017 52 25 HT20 0 56 0 012 7 35 42 55 59 42 48 62 66 48 50 0 025 70 0 039 0 020 74 30 56 67 0 040 鉆模板選用固定鉆模板 用沉頭螺釘錐銷(xiāo)定位于夾具體上 3 8 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 對(duì)夾具體的設(shè)計(jì)的基本要求 1 應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面 如安裝接觸位置 安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的 足夠的 精度 之間的位置精度穩(wěn)定夾具體 夾具體應(yīng)該采用鑄造 時(shí)效處理 退火等處理方式 2 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 保證在加工過(guò)程中不因夾緊力 切削力等外力變形和振動(dòng)是不允許的 夾具應(yīng)有足夠的厚 度 剛度可以適當(dāng)加固 3 結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯(cuò) 夾較大的工件的外觀 更復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 之間的相互位置精度與每個(gè)表面的要求高 所 以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過(guò)程中 應(yīng)處理的工件 夾具 維修方便 再滿足功能性要求 剛度 和強(qiáng)度 前提下 應(yīng)能減小體積減輕重量 結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單 4 應(yīng)便于鐵屑去除 在加工過(guò)程中 該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累 如果不及時(shí)清除 切削熱的積累會(huì)破壞夾 具定位精度 鐵屑投擲可能繞組定位元件 也會(huì)破壞的定位精度 甚至發(fā)生事故 因此 在這個(gè)過(guò)程中的鐵屑不多 可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間 對(duì)切削過(guò)程中產(chǎn)生更多的 一般應(yīng)在夾具體上面 5 安裝應(yīng)牢固 可靠 夾具安裝在所有通過(guò)夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的 當(dāng)夾安裝在重力的中心 夾具應(yīng)盡可能低 支撐面積應(yīng)足夠大 以安裝精度要高 以確保穩(wěn)定和可靠的安裝 夾具 底部通常是中空的 識(shí)別特定的文件夾結(jié)構(gòu) 然后繪制夾具布局 圖中所示的夾具裝配 加工過(guò)程中 夾具必承受大的夾緊力切削力 產(chǎn)生沖擊和振動(dòng) 夾具的形狀 取決于 夾具布局和夾具和連接 在因此夾具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度 在加工過(guò)程中的切屑形成 的有一部分會(huì)落在夾具 積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠 所以?shī)A具設(shè)計(jì) 必須考 慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑 此外 夾點(diǎn)技術(shù) 經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作 安裝方便等特點(diǎn) 在設(shè)計(jì) 中還應(yīng)考慮 在加工過(guò)程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具 切割積累太多會(huì)影響工件 的定位與夾緊可靠 所以?shī)A具設(shè)計(jì) 必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑 8 3 9 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 由于是大批大量生產(chǎn) 主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 因此設(shè)計(jì)時(shí) 需要更換零件加工時(shí) 速度要求快 本夾具設(shè)計(jì) 用底部大平面定位三個(gè)自由度 V 型塊定位兩個(gè)自由度 再用 一個(gè)壓塊限制最后一個(gè)自由度 9 總 結(jié) 通過(guò)此次設(shè)計(jì) 使我們基本掌握了零件的加工過(guò)程分析 工藝文件的編制 專用夾具設(shè)計(jì)的方法和步驟等 學(xué)會(huì)了查相關(guān)手冊(cè) 選擇使用工藝裝備等等 總的來(lái)說(shuō) 這次設(shè)計(jì) 使我們?cè)诨纠碚摰木C合運(yùn)用及正確解決實(shí)際問(wèn)題 等方面得到了一次較好的訓(xùn)練 提高了我們的思考 解決問(wèn)題創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力 為以后的設(shè)計(jì)工作打下了較好的基礎(chǔ) 加工工藝的編制和專用夾具的設(shè)計(jì) 使對(duì)零件的加工過(guò)程和夾具的設(shè)計(jì)有 進(jìn)一步的提高 在這次的設(shè)計(jì)中也遇到了不少的問(wèn)題 如在編寫(xiě)加工工藝時(shí) 對(duì)所需加工面的先后順序編排 對(duì)零件的加工精度和勞動(dòng)生產(chǎn)率都有相當(dāng)大的 影響 在對(duì)某幾個(gè)工序進(jìn)行專用夾具設(shè)計(jì)時(shí) 對(duì)零件的定位面的選擇 采用什 么方式定位 夾緊方式及夾緊力方向的確定等等都存在問(wèn)題 這些問(wèn)題都直接 影響到零件的加工精度和勞動(dòng)生產(chǎn)率 為達(dá)到零件能在保證精度的前提下進(jìn)行 加工 而且方便快速 以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 降低成本的目的 通過(guò)不懈努力和 指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下 針對(duì)這些問(wèn)題查閱了大量的相關(guān)資料 最后 將這些 問(wèn)題一一解決 并夾緊都采用了手動(dòng)夾緊 由于工件的尺寸不大 所需的夾緊 力不大 因此手動(dòng)夾緊滿足夾緊要求 通過(guò)做這次的設(shè)計(jì) 使對(duì)專業(yè)知識(shí)和技能有了進(jìn)一步的提高 為以后從事 本專業(yè)技術(shù)的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 10 致 謝 經(jīng)過(guò)了的很長(zhǎng)時(shí)間 終于比較圓滿完成了設(shè)計(jì)任務(wù) 回顧這日日夜夜 感覺(jué) 經(jīng)過(guò)了一場(chǎng)磨練 通過(guò)圖書(shū) 網(wǎng)絡(luò) 老師 同學(xué)等各種可以利用的方法 鞏固 了自己的專業(yè)知識(shí) 對(duì)所學(xué)知識(shí)的了解和使用都有了更加深刻的理解 此時(shí)此刻 我要特別感謝我的導(dǎo)師的精心指導(dǎo) 不僅指導(dǎo)我們解決了關(guān)鍵 性技術(shù)難題 更重要的是為我們指引了設(shè)計(jì)的思路并給我們講解了設(shè)計(jì)中用到 的實(shí)際工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 從而使我們?cè)O(shè)計(jì)中始終保持著清晰的思維也少走了很多 彎路 也使我學(xué)會(huì)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí) 提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力 不僅 如此 老師的敬業(yè)精神更是深深的感染了我 鞭策著我在以后的工作中愛(ài)崗敬 業(yè) 導(dǎo)師是真真正正作到了傳道 授業(yè) 解惑 同時(shí)也要感謝其他同學(xué) 老師和同事的熱心幫助 感謝院系領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我們畢業(yè) 設(shè)計(jì)的重視和關(guān)心 為我們提供了作圖工具和場(chǎng)所 使我們能夠全身心的投入 到設(shè)計(jì)中去 為更好 更快的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了重要保障 11 參 考 文 獻(xiàn) 1 陳宏鈞 實(shí)用金屬切削手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 1 2 強(qiáng) 毅 設(shè)計(jì)制圖實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè) 北京 科學(xué)出版社 2000 1 3 李 洪 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 北京出版社 1996 1 4 陳宏鈞 實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 1 5 楊叔子 機(jī)械加工工藝師手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 8 6 馬賢智 機(jī)械加工余量與公差手冊(cè) 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 1994 12 7 王先逵 機(jī)械制造工藝學(xué) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1995 11 8 莫雨松 互換性與技術(shù)測(cè)量 中國(guó)計(jì)量出版社 2000 1 9 何玉林 賀元成 機(jī)械制圖 重慶大學(xué)出版社 2000 8 10 王光斗 王春福 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2000 11 11 唐云支 機(jī)床夾具 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障 2001 1 12 李家寶 夾具工程師手冊(cè) 黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社 1987 13 李慶余 張 佳 機(jī)械制造裝配設(shè)計(jì) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 8 14 紀(jì)名剛 濮良貴 機(jī)械設(shè)計(jì) 北京 高等教育出版社 2001 8 15 李旦 邵東向 機(jī)床專用夾具圖冊(cè) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005 2 16 Ball and Roller Screw Engineering Material and Design 19 12 1975 17 Rajput R K Elements of Mechanical Engineering Katson Publ House 1986 18 Kuehnle M R Toroidal Drive Combines Product Engingneering Aug 1979