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機械加工工序卡片 工件名稱 工序號 零件名稱 左支座 零件號 左支座 零件重量 同時加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號 硬度 型號 重量 HT200 HBS220-285 鑄件 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱 型號 專用夾具 立式銑床 X51 安裝 工步 安裝及工步說明 刀具 量具 走刀長度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min 1 銑Φ55下端面 端銑刀 游標(biāo)卡尺 55 1 1.5 0.2 750 141.3 0.44 設(shè)計者 指導(dǎo)老師 共 1 頁 第 1 頁 機械加工工序卡片 工件名稱 工序號 零件名稱 左支座 零件號 左支座 零件重量 同時加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號 硬度 型號 重量 HT200 HBS220-285 鑄件 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱 型號 專用夾具 立式銑床 X51 安裝 工步 安裝及工步說明 刀具 量具 走刀長度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min 1 銑Φ55上端面 端銑刀 游標(biāo)卡尺 55 1 1.5 0.2 750 141.3 0.44 設(shè)計者 指導(dǎo)老師 共 1 頁 第 1 頁 機械加工工序卡片 工件名稱 工序號 零件名稱 左支座 零件號 左支座 零件重量 同時加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號 硬度 型號 重量 HT200 HBS220-285 鑄件 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱 型號 專用夾具 立式鉆床 Z525 安裝 工步 安裝及工步說明 刀具 量具 走刀長度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min 1 鉆Φ32孔 麻花鉆 游標(biāo)卡尺 100 1 1.5 0.25 175 71.98 1.19 設(shè)計者 指導(dǎo)老師 共 1 頁 第 1 頁 機械加工工序卡片 工件名稱 工序號 零件名稱 左支座 零件號 左支座 零件重量 同時加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號 硬度 型號 重量 HT200 HBS220-285 鑄件 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱 型號 專用夾具 立式銑床 X51 安裝 工步 安裝及工步說明 刀具 量具 走刀長度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min 1 銑92x28端面 端銑刀 游標(biāo)卡尺 92 1 1.5 0.2 1450 159.3 0.3 設(shè)計者 指導(dǎo)老師 共 1 頁 第 1 頁 機械加工工序卡片 工件名稱 工序號 零件名稱 左支座 零件號 左支座 零件重量 同時加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號 硬度 型號 重量 HT200 HBS220-285 鑄件 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱 型號 專用夾具 立式鉆床 Z525 安裝 工步 安裝及工步說明 刀具 量具 走刀長度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min 1 鉆2-Φ14.5孔 麻花鉆 游標(biāo)卡尺 15 1 1.5 0.13 1450 25.3 0.355 設(shè)計者 指導(dǎo)老師 共 1 頁 第 1 頁 機械加工工序卡片 工件名稱 工序號 零件名稱 左支座 零件號 左支座 零件重量 同時加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號 硬度 型號 重量 HT200 HBS220-285 鑄件 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱 型號 專用夾具 立式銑床 X51 安裝 工步 安裝及工步說明 刀具 量具 走刀長度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min 1 銑Φ15端面 端銑刀 游標(biāo)卡尺 15 1 1.5 0.2 750 117.5 0.18 設(shè)計者 指導(dǎo)老師 共 1 頁 第 1 頁 機械加工工序卡片 工件名稱 工序號 零件名稱 左支座 零件號 左支座 零件重量 同時加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號 硬度 型號 重量 HT200 HBS220-285 鑄件 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱 型號 專用夾具 立式鉆床 Z525 安裝 工步 安裝及工步說明 刀具 量具 走刀長度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min 1 鉆M8螺紋底孔 麻花鉆 游標(biāo)卡尺 10 1 1 0.28 545 6.8 0.17 2 攻絲M8 絲錐 游標(biāo)卡尺 10 1 0.5 1.25 272 6.8 0.05 設(shè)計者 指導(dǎo)老師 共 1 頁 第 1 頁 夾具夾緊力的優(yōu)化及對工件定位精度的影響 B.Li 和 S.N.Mellkote 布什伍德拉夫機械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國研究所 由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會產(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)可通過最小化夾具設(shè)計優(yōu)化，夾緊力是一個重要的設(shè)計變量，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)化對工件定位精度的影響通過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關(guān)鍵因素。要實現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個合適的基準(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程中產(chǎn)生的移動。然而，過度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會影響它的位置精度，并反過來影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來減小由于彈性變形對工件的定位誤差，同時滿足加工的要求。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算成本。同時，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對剛性模型[9-11]對夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個規(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，總的問題是制定一個線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個定位點調(diào)整夾緊力強度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因為它較法線接觸力相對較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨特的三維夾具可以處理超過6個自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(dǎo)計算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無法確定工件移位的唯一性。 這種限制可以通過計算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，對于一個相對嚴(yán)格的工件，該夾具在機械加工工件的位置會受夾具點的局部彈性變形的強烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗的接觸力變形的關(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設(shè)計參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對報告做了改善，然而，他們沒有處理計算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒有討論機械加工刀具路徑負(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)及其對工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒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，這個問題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對定位精度的影響，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程中保持不變，這個假設(shè)是有效的，在對液壓或氣動夾具使用。在實際中，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)系切線和法線方向的接觸剛度 第 19 頁 共 15 頁 圖1 彈簧夾具—— 工件接觸模型。 表示在第i個 接觸處的坐標(biāo)系 （j=x，y，z）是對應(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 ，法線力接觸。 1．2 工件——夾具的接觸剛度模型 集中遵守一個球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因為接觸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面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個球體彈性半空間的問題。對于這個問題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁]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方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁] （3） 其中、 分別是工件和夾具剪切模量 一個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：在計算上述的線性近似， （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動過程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實現(xiàn)這個目標(biāo)是通過制定一個多目標(biāo)約束優(yōu)化問題的問題，如下描述。 2.1 目標(biāo)函數(shù)配方 工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊輪換往往是相當(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，和三個正交組件（見圖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)計算如下： （6） 其中表示一個向量二級標(biāo)準(zhǔn)。 但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差。當(dāng)多個夾緊力作用于工件，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個夾緊點夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。 在這個文件中，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，接觸的摩擦力相對較小，并在進(jìn)行分析時忽略了加緊力對工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過（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算得出（見圖3），工件剛體運動，歸于夾緊行動現(xiàn)在可以寫成： (8) 工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個目標(biāo)函數(shù)可以寫為： 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。通過使用最低總能量互補參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問題得出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，對接觸問題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過夾緊力的隨時調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補充的夾緊力優(yōu)化的第二個目標(biāo)函數(shù)，并給出： 最小化 （10） 其中代表機構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。 如圖3 加權(quán)系數(shù)計算確定的基礎(chǔ) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（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接觸處的靜摩擦力約束。庫侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個非線性約束和線性化版本可以使用，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) 其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機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。這通過以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13） 它假設(shè)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個法線的接觸壓力不能超過壓工件材料的屈服強度（）。這個約束可寫為： （i=1，2，…,L+C） (14) 如果是在第i個工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫成：最小化 (15) 3．模型算法求解 式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問題可以通過求解約束[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)換成一個約束對。該補充（）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。對為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動到一個穩(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，要確定一個合適的。在定位和夾緊點的接觸力的計算只考慮第一個目標(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“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問題辦法，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)，通過計算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為: 最小化 （16） 由： (11)–(14) 得。 類似的算法尋找一個方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，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． 加工過程中的夾緊力的優(yōu)化及測定 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刀具軌跡 ，用保守的辦法來解決下面將被討論的問題，考慮一個有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個采樣點，考慮以下四個最壞加工負(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分別代替對應(yīng)的和另外兩個正交切削分力，而且有： 雖然4個最壞情況加工負(fù)荷向量不會在工件加工的同一時刻出現(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，在這項工作中，四個載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時）對工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對應(yīng)于每個采樣點計算最佳的夾緊力。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情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個相應(yīng)的夾具在第i個樣本點和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計算每個負(fù)載點之后的結(jié)果，一套簡單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過在所有負(fù)載情況和采樣點排序，并選擇夾緊點的最高值的最佳的夾緊力，見于式 （20）： （k=1，2，…，C） （20） 只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會出現(xiàn)更多采樣點和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個確定的夾緊力，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價夾緊力的算法對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。工件剛體運動的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2）， 如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對于工件的質(zhì)量中心的第i個位置矢量定位點，坐標(biāo)變換定理可以用來表達(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)系和是一個旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標(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)致的工件剛體運動矢量。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有拉力的可能。因此，在第i裝夾點接觸力可能與的關(guān)系如下： （24） 其中是在第i個接觸點由于夾緊和加工負(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個接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項研究中假定液壓/氣動夾具，根據(jù)對外加工負(fù)荷，故在法線方向的夾緊力的強度保持不變，因此，必須對方程（24）的夾緊點進(jìn)行修改為： （25） 其中是在第i個夾緊點的夾緊力，讓表示一個對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，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6）， 現(xiàn)在可以計算如下： （27） 其中是考慮工件中心加工點的位置向量，且 6．模擬工作 較早前提出的算法是用來確定最佳夾緊力及其對兩例工件精度的影響例如： 1．適用于工件單點力。 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系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對加工瞬時銑削力條件進(jìn)行了計算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時加工力，圖4中表3和表4列出了初級夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個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（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體， （見圖8）。模擬計算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。 圖8最終銑削過程模擬例如2。 表6中5個坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點。最佳夾緊力是用前面討論過的排序算法計算每個采樣點和負(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 對于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見圖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度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過減少工件的夾具系統(tǒng)補充能量算法獲得。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，加工點減少錯誤從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，因為從最初通過互補勢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)載一個序列。最佳的夾緊力，，對應(yīng)列表6每個樣本點，隨著最后的最佳夾緊力，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。 結(jié)果表明，由于每個組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個夾緊點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)化夾緊力相對于初始夾緊力的強度，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，制定一個雙目標(biāo)約束優(yōu)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個模擬表明，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. D. Lee 和L. S. Haynes .《柔性夾具系統(tǒng)的有限元分析》交易美國ASME，工程雜志工業(yè) ：134-139頁。 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ASME，制造科學(xué)與工程雜志 ：1996 318-324頁。 3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“負(fù)載對表面平整度的影響”工件夾具制造科學(xué)研討會論文集1996，第一卷：146-152頁。 4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“適用于選拔夾具設(shè)計與優(yōu)化方法，美國ASME工業(yè)工程雜志：113 、 412-414，1991。 5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.《計算機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。 6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工過程仿真的加工裝置作用力系統(tǒng)研究”， NAMRI/SME：207–214頁, 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》，國際機床制造， 碩士論文 1998。 9、Y.-C. Chou, V. Chandru, M. M. Barash .《加工夾具機械構(gòu)造的數(shù)學(xué)算法：分析和合成》，美國ASME，工程學(xué)報工業(yè)“：1989 299-306頁。 10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 《具有摩擦性的夾具規(guī)劃》 美國ASME，工業(yè)工程學(xué)報：1991，320–327頁。 11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夾緊力分析”，國際機床制造，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”方案優(yōu)化，設(shè)計和制造，4，碩士論文： 307-318，1994。 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, 1996。 （論文）開題報告 題 目 左支座的加工工藝與夾具設(shè)計（Ⅱ） 學(xué) 院 專 業(yè) 姓 名 班 級 指導(dǎo)教師 設(shè)計地點 起止日期 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 一、設(shè)計目的意義 畢業(yè)設(shè)計是教學(xué)計劃中最后一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基本技能，進(jìn)行工程設(shè)計、工程技術(shù)研究、軟件工程設(shè)計和應(yīng)用等的綜合訓(xùn)練，是前面各個教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深化和拓寬，是學(xué)生綜合素質(zhì)和工程實踐能力培養(yǎng)的重要階段。通過畢業(yè)設(shè)計可對學(xué)生的創(chuàng)新思維、綜合素質(zhì)與工程實踐能力培養(yǎng)效果進(jìn)行全面的檢驗，使學(xué)生受到設(shè)計、生產(chǎn)、管理第一線所必須的崗位能力訓(xùn)練，便于學(xué)生向工作崗位過渡。 通過畢業(yè)設(shè)計可以培養(yǎng)學(xué)生運用機械制造工藝學(xué)及有關(guān)課程（工程材料與熱處理、機械設(shè)計、互換性與測量技術(shù)、金屬切削機床、金屬切削原理與刀具等）的知識，結(jié)合生產(chǎn)實踐中學(xué)到的知識，獨立地分析和解決工藝問題，具備設(shè)計一個中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程的能力。 二、主要設(shè)計（研究）內(nèi)容 1、完成左支座的零件圖、毛坯圖 2、編寫左支座的加工工藝 3、繪制左支座的工藝卡 4、設(shè)計一套專用夾具 5、完成畢業(yè)設(shè)計說明書一套 三、設(shè)計（研究）方案 工藝路線方案一： 工序10：銑Φ55下端面 工序20：銑Φ55上端面 工序30：鉆，擴，鉸￠32孔 工序40：銑Φ92x28端面 工序50：鉆2-Φ14.5孔 工序60：銑Φ15端面 工序70：鉆M8螺紋孔 2、工藝路線方案二 鑄造； 時效； 涂底漆； 工序10：銑Φ55下端面 工序20：銑Φ55上端面 工序30：鉆，擴，鉸￠32孔 工序40：端面銑Φ15端面 工序50：鉆M8螺紋孔 工序60：銑Φ92x28 工序70：鉆2-Φ15 方案一和方案的對比分析，方案二是先銑Φ15端面，然后在加工的Φ14.5孔，而方案一則是先加工Φ14.5孔，然后開始加工銑Φ15端面，這樣的好處是可以通過已經(jīng)加工好的Φ14.5孔作為定位基準(zhǔn)加工銑Φ15端面，這樣為后續(xù)的加工提供的基準(zhǔn)，適合于批量生產(chǎn) 四、預(yù)期成果 開題報告一份 零件圖一張 毛坯圖一張 機械加工工藝卡片一套 機械加工工序卡一套 夾具裝配圖一張 說明書一份 五、主要參考文獻(xiàn) [1]吳惟信.合理計算裝配零件的尺寸公差[J].機械設(shè)計，1986,12(01):23-25 [2]王剛.在薄板的厚度方向上鉆鉸孔的工藝裝備[J].現(xiàn)代制造裝備，2008,11(15):38-39 [3]孫杰.鉆削殼體類零件軸向孔系的成組夾具設(shè)計[J].成組技術(shù)與現(xiàn)代生產(chǎn)，2006，23 (4)：56-58 [4]周建強.UG在零件設(shè)計和加工中的應(yīng)用[J].揚州職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，（03）：10-11 [5]葉又東.數(shù)控銑削加工中的工藝分析及處理[J].現(xiàn)代制造工程（月刊）2004，11（3）：10-23 [6]賀永富.銑床用快換夾頭[J].湖北機械，1985，12（6）：15-26 [7]張紅梅.組合夾具組裝CAD[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，14（02）：22-26 [8]陳子辰.組合夾具設(shè)計的幾何原理[J].機械工程學(xué)報（月刊）2002，16（01）：23-26 [9]徐志剛.創(chuàng)新式組合夾具設(shè)計自動化[J].工程圖學(xué)學(xué)報2001，18（01）：22-26 [10]孫曉斌.基于特征的夾具設(shè)計方法研究[J]．機械科學(xué)與技術(shù),2000, 18（03）：22-26 [11]艾興.切削用量簡明手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1993 [12]李旦.機床專用夾具圖冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998 [13]東北重型機械學(xué)院.機床夾具設(shè)計手冊[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1992 [14]Tool and Manufacturing Engineers Handbook.Volume Ⅰ[M],Machinery, SME,1983 [15]Hiram E, Grand. Jigs and Fixtures-Non-staudard Clamping Devices[M]. Mc Graw-Hill, Inc, USA.1967. 指導(dǎo)教師意見（對課題設(shè)計（研究）內(nèi)容的深度、廣度及設(shè)計（研究）方案的意見和對畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測等） 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系審核意見： 系主任簽名： 年 月 日 注：開題報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由學(xué)生填寫，經(jīng)指導(dǎo)教師及系審核后生效。 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 1 頁 第 1 頁 材 料 牌 號 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 1 每 臺 件 數(shù) 備 注 工 序 號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時 準(zhǔn)終 單件 1 鑄造 鑄造 2 時效處理 時效處理 3 銑 銑Φ55下端面 X51 專用夾具，端銑刀，游標(biāo)卡尺 4 銑 銑Φ55上端面 X51 專用夾具，端銑刀，游標(biāo)卡尺 5 鉆 鉆，擴，鉸Φ32孔 Z525 專用夾具，麻花鉆，擴孔鉆，鉸刀，游標(biāo)卡尺 6 銑 銑92x28的面 X51 專用夾具，端銑刀，游標(biāo)卡尺 7 鉆 鉆2-Φ14.5孔 Z525 專用夾具，麻花鉆，游標(biāo)卡尺 8 銑 銑Φ15端面 X51 專用夾具，端銑刀，游標(biāo)卡尺 9 鉆 鉆M8螺紋孔 Z525 專用夾具，麻花鉆，絲錐，螺紋量規(guī)游標(biāo)卡尺 11 檢驗 檢驗 12 入庫 入庫 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 蘇州科技學(xué)院天平學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目 左支座零件工藝及工裝設(shè)計 院 (系) 天平學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 起迄日期 2011年 2月27日～2011 年 6 月15日 設(shè)計地點 天平學(xué)院 指導(dǎo)教師 曹自洋 職稱 講師 填寫日期: 2011 年 12 月 26日 任務(wù)書填寫要求 1．畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)教研室審查、教研室主任簽字后生效； 2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫； 4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“院（系）”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號，不能只寫最后2位或1位數(shù)字； 5．在任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”一欄中，指導(dǎo)教師可列出必讀的參考文獻(xiàn)，但不能給出太多的參考文獻(xiàn)。“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國標(biāo)GB7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》（見蘇科教通[2006]95號文件中的附件7）的要求書寫，不能有隨意性； 6．任務(wù)書封面上“起迄日期”是指從畢業(yè)設(shè)計開始到畢業(yè)設(shè)計答辯結(jié)束為止； 7．有關(guān)年、月、日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2006年9月25日”或“2006-09-25”。 1．畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括技術(shù)要求、設(shè)計條件、工作要求等）： 1. 課題的意義 零件機械加工工藝規(guī)程制訂及夾具設(shè)計是產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)的重要步驟。此次畢業(yè)設(shè)計圖紙為左支座零件。畢業(yè)設(shè)計要求作為機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生，能夠熟練繪制符合機械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求滿足產(chǎn)品使用要求的零件圖、裝配圖，正確編制常規(guī)零件的機械制造工藝規(guī)程，同時要求學(xué)生具有初步夾具設(shè)計能力。 本課題為一種支架零件的機械加工工藝及夾具設(shè)計。 2．任務(wù)要求 （1） 寫出開題報告一份； （2） 翻譯資料一份；要求翻譯不少于5000中文文字的外文資料，內(nèi)容為機械工程、機械制造類。 （3） 讀懂所給左支座零件圖。并用CAD軟件繪制零件圖紙； （4）進(jìn)行左支座零件的工藝規(guī)程設(shè)計，編寫零件的機械制造工藝路線和機械制造工藝卡； （5） 針對所選定的工藝規(guī)程，采用CAD軟件，有選擇的設(shè)計相應(yīng)的夾具（完成成套的工裝圖紙，包括裝配圖和全部零件圖。要求所繪圖紙總量不少于1.5～2A0。 （6）按畢業(yè)設(shè)計論文撰寫規(guī)范要求，撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 3．知識體系要求： （1） 熟練掌握機械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范； （2） 能正確運用CAD軟件，繪圖要求圖層分明（線型、線寬、顏色的設(shè)置）； （3） 掌握零件的機械制造工藝過程和機械加工工藝等知識； （4） 初步掌握產(chǎn)品夾具設(shè)計的相關(guān)知識； （5） 熟悉設(shè)計說明書的撰寫規(guī)范。 2．畢業(yè)設(shè)計應(yīng)提交的成果（明細(xì)列出計算書、設(shè)計說明書、圖紙、計算成果、硬件實物、實驗報告及工作過程中應(yīng)提交的材料等）： 1、開題報告一份； 2、翻譯資料一份； 3、支架零件零件工程圖紙（含立體造型圖）一張； 4、支架零件機械制造工藝規(guī)程和機械制造工藝卡一套；（可作為附件附在畢業(yè)設(shè)計說明書后面） 5、所繪制的夾具圖紙； 6、畢業(yè)設(shè)計說明書一份。 7、以上資料中具有電子文檔的部分集中刻制的光盤一張。 3．主要參考文獻(xiàn)： 1 李云.機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊.機械工業(yè)出版社，1996 2 薛源順.機床夾具設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2000 3 李益民.機械制造工藝設(shè)計簡明手冊.機械工藝出版社，1993 4 上海標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.機械精度設(shè)計手冊.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990 5 袁長良.機械制造工藝裝備設(shè)計手冊.中國計量出版社，1989 6 王之煦.簡明機械設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社，1997 7 朱龍根.簡明機械零件設(shè)計手冊. 機械工業(yè)出版社，1997 8 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會.金屬切削手冊.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1982 9 孔德淳.化學(xué)熱處理.航空工業(yè)出版社，1992 10 艾興.金屬切削用量手冊.機械工業(yè)出版社，1996 11 李益民.機械制造工藝設(shè)計簡明手冊.機械工藝出版社，1994 4．畢業(yè)設(shè)計工作進(jìn)度安排：（包括序號、起迄日期、工作內(nèi)容）： 1、2011-2-27～2011-3-23 查閱資料，撰寫開題報告和翻譯外文資料； 2、2011-3-24～2011-4-7 識讀零件圖，并采用CAD軟件繪制符合機械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的零件圖圖紙； 3、2011-4-8～2011-5-2 查閱相關(guān)資料，編制產(chǎn)品零件的機械制造工藝規(guī)程和機械加工工藝卡片； 4、2011-5-3～2011-5-26 查閱相關(guān)資料，根據(jù)所制訂的機械制造工藝規(guī)程，自主選擇設(shè)計相應(yīng)的夾具； 5、2011-5-27～2010-6-7 整理完善設(shè)計文檔，撰寫設(shè)計說明書； 6、2011-6-8～2010-6-15 畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備及參加畢業(yè)答辯。 指導(dǎo)教師簽字： 教研室/系 主任簽字： 年 月 日