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外文翻譯資料 1 機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究 1 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展 機(jī)電一體化是機(jī)械 微 控制 機(jī) 信息處理等多學(xué)科的交叉融合 其發(fā) 展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展 其主要發(fā)展方向有數(shù)字化 智能化 模塊化 化 人性化 微型化 集成化 帶源化和綠色化 1 1 數(shù)字化 微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ) 如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床 和機(jī)器人 而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起 為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路 如虛 擬設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)集成制造等 數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性 易操作性 可維護(hù)性 自診斷能力以及友好人機(jī)界面 數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn) 程操作 診斷和修復(fù) 1 2 智能化 即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能 使它具有類似人的邏輯思考 判斷推理 自 主決策等能力 例如在 CNC 數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能 設(shè)置智能 I O 接口 和智能工藝數(shù)據(jù)庫 會(huì)給使用 操作和維護(hù)帶來極大的方便 隨著模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 灰色 小波理論 混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展 為機(jī) 電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地 1 3 模塊化 由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多 研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口 動(dòng)力接口 環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作 如研制具有集減速 變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元 具有視覺 圖像處理 識(shí)別和測距等功能的電機(jī)一體控制單元等 這樣 在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí) 可以利 用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品 1 4 網(wǎng)絡(luò)化 由于網(wǎng)絡(luò)的普及 基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾 而遠(yuǎn)程 控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品 現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器 網(wǎng)絡(luò)化成為可能 利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算 機(jī)集成家用電器系統(tǒng) 使人們在家里可充分享受各種高技術(shù)帶來的好處 因此 機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 1 5 人性化 機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人 如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智 能 情感和人性顯得愈來愈重要 機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外 還要求 外文翻譯資料 2 在色彩 造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào) 使用這些產(chǎn)品 對(duì)人來說還是一種享受 如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化 1 6 微型化 微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然 也是提高效率的需要 微機(jī)電系統(tǒng) Micro Electronic Mechanical Systems 簡稱 MEMS 是指可批量制作的 集微型 機(jī)構(gòu) 微型傳感器 微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路 直至接口 通信和 電源等于一體的微型器件或系統(tǒng) 自 1986 年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用 微探針 1988 年美國加州大學(xué) Berkeley 分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來 國內(nèi)外 在 MEMS 工藝 材料以及微觀機(jī)理方面取得了很大進(jìn)展 開發(fā)出各種 MEMS 器件和系統(tǒng) 如各種微型傳感器 壓力傳感器 微加速度計(jì) 微觸覺傳感器 各種微構(gòu)件 微膜 微粱 微探針 微連桿 微齒輪 微軸承 微泵 微彈簧 以及微機(jī)器人等 1 7 集成化 集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透 相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 與復(fù)合 又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工 裝配 檢測 管理等多種工序 為了實(shí)現(xiàn)多品種 小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率 應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性 首先可將系統(tǒng)分解為若干層次 使系統(tǒng)功能分散 并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地 運(yùn)轉(zhuǎn) 然后再通過軟 硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來 使其性能最優(yōu) 功能 最強(qiáng) 1 8 帶源化 是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源 如太陽能電池 燃料電池和大容量電 池 由于在許多場合無法使用電能 因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品 自帶動(dòng) 力源具有獨(dú)特的好處 帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一 1 9 綠色化 技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化 在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來資源減 少 生態(tài)環(huán)境惡化的后果 所以 人們呼喚保護(hù)環(huán)境 回歸 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展 綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生 綠色產(chǎn)品是指低能耗 低材耗 低污染 舒適 協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品 在其設(shè)計(jì) 制造 使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保 和人類健康的要求 機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài) 環(huán)境 產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí) 產(chǎn)品可分解和再生利用 2 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵中應(yīng)用 外文翻譯資料 3 在鋼鐵企業(yè)中 機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心 把微機(jī) 工控機(jī) 數(shù)據(jù)通訊 顯示裝置 儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來 采用組裝合并方式 為實(shí) 現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件 增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度 質(zhì)量和可靠性 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面 2 1 智能化控制技術(shù) IC 由于鋼鐵具有大型化 高速化和連續(xù)化的特點(diǎn) 傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難 以克服的困難 因此非常有必要采用智能控制技術(shù) 智能控制技術(shù)主要包括專 家系統(tǒng) 模糊控制和神經(jīng)等 智能控制技術(shù)廣泛于鋼鐵的產(chǎn)品設(shè)計(jì) 生產(chǎn) 控 制 設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面 如高爐控制系統(tǒng) 電爐和連鑄車間 軋 鋼系統(tǒng) 煉鋼 連鑄 軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng) 冷連軋等 2 2 分布式控制系統(tǒng) CS 分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場測控計(jì)算機(jī)和 智能控制單元 分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的 三級(jí)的或更多級(jí)的 利用計(jì)算 機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視 操作 管理和分散控制 隨著測控技術(shù)的 分布 式控制系統(tǒng)的功能越來越多 不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制 而且還可以實(shí)現(xiàn)在 線最優(yōu)化 生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)調(diào)度 生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能 成為一種測 控 管 一體化的綜合系統(tǒng) CS 具有特點(diǎn)控制功能多樣化 操作簡便 系統(tǒng)可以擴(kuò)展 維護(hù)方便 可靠性高等特點(diǎn) CS 是監(jiān)視集中控制分散 故障面小 而且系統(tǒng) 具有連鎖保護(hù)功能 采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)控制操作措施 使系統(tǒng)可靠性高 分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比 其功能更強(qiáng) 具有更高的安全性 是 當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流 2 3 開放式控制系統(tǒng) OCS 開放控制系統(tǒng) Open Control System 是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體 系概念 開放 意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持 按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè) 計(jì)的系統(tǒng) 可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換 且資源共享 開放控制系統(tǒng) 通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備 管理計(jì)算機(jī)互聯(lián) 實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營 管理 決策的集成 通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián) 實(shí)現(xiàn)測量與 控制一體化 2 4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS 鋼鐵企業(yè)的 CIMS 是將人與生產(chǎn)經(jīng)營 生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體 外文翻譯資料 4 用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠 生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過程全局和過程一體化 控制 目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過程自動(dòng)化 但這種 自動(dòng)化孤島 式的單 機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理 難以適應(yīng)鋼鐵生產(chǎn)的要 求 未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點(diǎn)是多品種 小批量生產(chǎn) 質(zhì)優(yōu)價(jià)廉 及時(shí)交貨 為了提高生產(chǎn)率 節(jié)能降耗 減少人員及現(xiàn)有庫存 加速資金周轉(zhuǎn) 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn) 經(jīng)營 管理整體優(yōu)化 關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理 獲取必須的效益 提高了企業(yè)的競 爭力 美國 日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在 20 世紀(jì) 80 年代已廣泛實(shí)現(xiàn) CIMS 化 2 5 現(xiàn)場總線技術(shù) BT 現(xiàn)場總線技術(shù) ie Bus Technology 是連接設(shè)置在現(xiàn)場的儀表與設(shè)置在控 制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式 雙向 多站通信鏈路 采用現(xiàn)場總線技術(shù)取 代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù) 如 4 20mA C 直流傳輸 就能使更多的信息在智能 化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送 通過現(xiàn)場總線連接可省去 66 或更多的現(xiàn)場信號(hào)連接導(dǎo)線 現(xiàn)場總線的引入導(dǎo) 致 CS 的變革和新一代圍繞開放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線化儀表 如智能變送器 智能執(zhí)行器 現(xiàn)場總線化檢測儀表 現(xiàn)場總線化 PLC Programmable Logic Controller 和現(xiàn)場就地控制站等的發(fā)展 2 6 交流傳動(dòng)技術(shù) 傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用 隨著電力技術(shù)和微電子技術(shù) 的發(fā)展 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速 由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性 電氣傳動(dòng)技 術(shù)在不久的將來由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng) 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展 使復(fù)雜的矢 量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn) 交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過直流調(diào)速 水平 現(xiàn)在無論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí) 現(xiàn)可逆平滑調(diào)速 交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎 應(yīng)用 不斷擴(kuò)大 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 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 在加工過程中產(chǎn)生的移動(dòng) 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(huì)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(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)化還沒有得到充分討論 也有少數(shù) 的研究人員通過對(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 6 個(gè)自由度的裝夾 復(fù)和倪 14 也提出迭代搜索方法 通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(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 這種方法無法確定工件移位的唯一性 第 1 頁 共 15 頁 這種限制可以通過計(jì)算夾具 工件系統(tǒng) 15 的彈性來克服 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(gè)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(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 共 15 頁 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題 對(duì)于這個(gè)問題 是法線的變形 在 文獻(xiàn) 23 第 93 頁 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 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 共 15 頁 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)是通過制 定一個(gè)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(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 共 15 頁 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 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 見圖 3 工件剛體運(yùn)動(dòng) 歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫成 wd 8 111XYZ TRRRwNNNsssziziziPPdkk 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(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫為 2L 最小化 XYZ 222RRERCNNw111PP iii 9 第 5 頁 共 15 頁 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(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 共 15 頁 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壓 工件材料的屈服強(qiáng)度 這個(gè)約束可寫為 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 可以寫成 最小化 15 12fTRCwQP 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(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 共 15 頁 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(jì)算并作為2L 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 12TfQ 由 11 14 得 RCwP 類似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來確定最低的 上的約束 通過盡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 共 15 頁 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 共 15 頁 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(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 用保守的辦法來解 決下面將被討論的問題 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 共 15 頁 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 共 15 頁 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 共 15 頁 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 可通過求解式 26 得到 工件的定位誤差向量 見圖 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 共 15 頁 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 共 15 頁 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 共 15 頁 見圖 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 共 15 頁 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^互補(bǔ)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(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 共 15 頁 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)化問題 使用 約束的方法解決 該算法通 過兩個(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 共 15 頁 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(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 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 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 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(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 ASME 工程學(xué)報(bào)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(bào) 1991 320 327 頁 11 S Jeng L Chen 和 W Chieng 最小夾緊力分析 國際機(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 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(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 共 15 頁 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 1996 1 1 左支座零件制造工藝分析及夾具設(shè)計(jì) 1 課題研究的目的和意義 左支座零件加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是本人在基本完成大學(xué)的學(xué)習(xí)任務(wù)后完成 的一次由理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)的一個(gè)過程 將我在大學(xué)期間學(xué)習(xí)到的東西全部 整合到一起運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中去 使本人對(duì)自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí) 專業(yè)技能 和 專業(yè)所從事的方向有了更深層次的學(xué)習(xí)與了解 為我以后的工作打下基礎(chǔ) 機(jī) 械加工工藝主要是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì) 保證產(chǎn)品質(zhì)量 節(jié)約能源 降低成本的重 要手段 是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備 計(jì)劃調(diào)度 加工操作 生產(chǎn)安全 技術(shù)檢測和 健全勞動(dòng)組織的重要依據(jù) 然而夾具在制造系統(tǒng)中也是一個(gè)非常重要的組成部 分 好的夾具可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 保證和提高加工精度 降低生產(chǎn)成本 還 可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍 而這個(gè)左支座零件的精度 材料的好壞 加工的工 藝將直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的使用效率和壽命 所以本次設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì) 保證產(chǎn)品質(zhì)量還要在保證產(chǎn)品加工精度的同時(shí)提高生產(chǎn)率 節(jié)約成本 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1 國外研究現(xiàn)狀 工業(yè)設(shè)計(jì)是人類社會(huì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物 從英國莫里斯的 工藝 美術(shù)運(yùn)動(dòng) 到德國的包豪斯設(shè)計(jì)革命以及美國的廣泛傳播與推廣 工業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng) 過了醞釀 探索 形成 發(fā)展百余年的歷史滄桑 時(shí)至今日 工業(yè)設(shè)計(jì)已成為 一門獨(dú)立的專業(yè)學(xué)科 并且有一套完整的研究體系 1980 年國際工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)理事會(huì) ICSID 給工業(yè)作了明確定義 就批量生 產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品而言 憑借訓(xùn)練 技術(shù)知識(shí) 經(jīng)驗(yàn)及視覺感受 而預(yù)示材料 結(jié) 構(gòu) 構(gòu) 造 形態(tài) 色彩 表面加工 裝飾以新的品質(zhì)和規(guī)格 叫做工業(yè)設(shè)計(jì) 根據(jù)當(dāng)時(shí)的具體情況 工業(yè)設(shè)計(jì)師應(yīng)在上述工業(yè)產(chǎn)品全部側(cè)面或其中幾個(gè)方面 進(jìn)行工作 而且 需要工業(yè)設(shè)計(jì)師對(duì)包裝 宣傳 展示 市場開發(fā)等問題的解決 付出自己的技術(shù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及視覺評(píng)價(jià)能力時(shí) 這也屬于工業(yè)設(shè)計(jì)的范疇 材料 結(jié)構(gòu) 工藝是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ) 一方面 技術(shù)制約著設(shè)計(jì) 另 一方面 技術(shù)也推動(dòng)著設(shè)計(jì) 從設(shè)計(jì)美學(xué)的觀點(diǎn)看 技術(shù)不僅僅是物質(zhì)基礎(chǔ)還 具有其本身的 功能 作用 只要善于應(yīng)用材料的特性 予以相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式 和適當(dāng)?shù)募庸すに?就能夠創(chuàng)造出實(shí)用 美觀 經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品 即在產(chǎn)品中發(fā)揮 技術(shù)潛在的 功能 任 何設(shè)計(jì)都是時(shí)代的產(chǎn)物 它的不同的面貌 不同的特征反映著不同歷史時(shí)期 的科學(xué)技術(shù)水平 技術(shù)是產(chǎn)品形態(tài)發(fā)展的先導(dǎo) 新材料 新工藝的出現(xiàn) 必然 給產(chǎn)品帶來 新的結(jié)構(gòu) 新的形態(tài)和新的造型風(fēng)格 材料 加工工藝 結(jié)構(gòu) 產(chǎn) 品形象有機(jī)地聯(lián)系在一起的 某個(gè)環(huán)節(jié)的變革 便會(huì)引起整個(gè)機(jī)體的變化 2 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 2 改革開放以來 隨著中國與世界的接軌 中國不斷的引進(jìn)了西方先進(jìn)的加 工技術(shù) 而且隨著世界科技的飛速發(fā)展 數(shù)控機(jī)床 加工中心 柔性制造單元 柔性制造系統(tǒng)等一系列高端設(shè)備得以廣泛的運(yùn)用 使得我國的加工精度和加工 方法也發(fā)生了革命性的改變 產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快 產(chǎn)品需求的多樣化 是制 造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn) 特別像左支座零件這種不規(guī)則零件就出現(xiàn)了重大問題 現(xiàn) 階段左支座零件零件加工還打不到自動(dòng)化加工 它的工藝好需要人工畫線的方 法來保證 而零件的裝夾也是通過人工來完成的 所以現(xiàn)階段我國對(duì)左支座零 件這種不規(guī)則零件的加工的效率還是比較低的階段 夾具方面人們也從過去傳 統(tǒng)的夾具的裝夾 定位 刀具的引導(dǎo)定位為夾具的裝夾和定位 隨著數(shù)字化加 工設(shè)備的擴(kuò)大化 已經(jīng)將夾具的引導(dǎo)刀具功能完全替代 給今后的夾具的快速 裝夾與定位提出了更高的要求 近年來 機(jī)械制造工藝有著飛速的發(fā)展 比如 應(yīng)用人工智能選擇零件的 工藝規(guī)程 因?yàn)樘胤N加工的微觀物理過程非常復(fù)雜 往往涉及電磁場 熱力學(xué) 流體力學(xué) 電化學(xué)等諸多領(lǐng)域 其加工機(jī)理的理論研究極其困難 通常很難用簡 單的解析式來表達(dá) 近年來 雖然各國學(xué)者采用各種理論對(duì)不同的特種加工技 術(shù)進(jìn)行了深入的研究 并取得了卓越的理論成就 但離定量的實(shí)際應(yīng)用尚有一 定的距離 然而采用每一種特種加工方法所獲得的加工精度和表面 質(zhì)量與加工 條件參數(shù)間都有其規(guī)律 因此 目前常采用研究傳統(tǒng)切削加工機(jī)理的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì) 方 法來了解特種加工的工藝規(guī)律 以便實(shí)際應(yīng)用 但還缺乏系統(tǒng)性 受其限制 目前特種加工 的工藝參數(shù)只能憑經(jīng)驗(yàn)選取 還難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和自動(dòng)化 例如 電火花成形電極的沉入式 加工工藝 它在占電火花成形機(jī)床總數(shù) 95 以上的非 數(shù)控電火花成形加工機(jī)床和較大尺寸的模具型腔加工中得到廣泛應(yīng)用 雖然已 有學(xué)者對(duì)其 CAD CAPP 和 CAM 原理開展了一些研究 并取得了一些成果 但由 于工藝數(shù)據(jù)的缺乏 仍未有成熟的商品化的 CAD CAM 系統(tǒng)問世 通常 只能采用 手工的方法或部分借助于 CAD 造型 部分生成復(fù)雜電極的三維型面數(shù)據(jù) 隨著 模糊 數(shù)學(xué) 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及專家系統(tǒng)等多種人工智能技術(shù)的成熟發(fā)展 人們開始 嘗試?yán)眠@一技術(shù) 來建立加工效果和加工條件之間的定量化的精度 效率 經(jīng) 濟(jì)性等實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?并得到了初步 的成果 因此 通過實(shí)驗(yàn)建模 將典型加工實(shí) 例和加工經(jīng)驗(yàn)作為知識(shí)存儲(chǔ)起來 建立描述特 種加工工藝規(guī)律的可擴(kuò)展性開放 系統(tǒng)的條件已經(jīng)成熟 并為進(jìn)一步開展特種加工加工工藝過程的計(jì)算機(jī)模擬 應(yīng)用人工智能選擇零件的工藝規(guī)程和虛擬加工奠定基礎(chǔ) 同時(shí) 在機(jī)械加工過程中 夾具占有非常重要的地位 它可靠地保證了工 件的加工精度 提高了加工效率 減輕了勞動(dòng)的強(qiáng)度 夾具的設(shè)計(jì)過程中 應(yīng) 深入生產(chǎn)實(shí)際 對(duì)工件的圖紙 工藝文件 生產(chǎn)綱領(lǐng)等分析 精心調(diào)查研究 吸取國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù) 制訂出合理的設(shè)計(jì)方案 我們都知道減少停工檢修期是提高生產(chǎn)力 使生產(chǎn)能力利用系數(shù)最大化的一項(xiàng) 重要因素 然而零件加工過程中的精確定位和裝夾的重復(fù)精度也是改進(jìn)效率和 質(zhì)量的關(guān)鍵 譬如柔性加工中心的產(chǎn)生就是為了減少產(chǎn)品循環(huán)周期 目前中國制造業(yè)發(fā)展迅猛 以前的我國制造業(yè)普遍使用剛性專機(jī)加工各種各樣 的零部件 導(dǎo)致改型和生產(chǎn)個(gè)零部件周期較長 隨著我國制造業(yè)發(fā)展和各種各 種零件的需求與日俱增 加工設(shè)備和工藝也向著柔性化的方向轉(zhuǎn)變 加工裝備 的柔性概念和需求主要體現(xiàn)在對(duì)設(shè)備快速性和適應(yīng)性的需求上 因此制造商不 得不尋求柔性和產(chǎn)量之間的最佳組合 當(dāng)然 在滿足了柔性的條件下 也有著 不同的解決方案 如 模塊化 可變換化 可重新配置化 在線兼容性等 不 3 3 論采用哪種方案 使用高性能的液壓夾具都顯得尤為重要 現(xiàn)在 柔性專機(jī) 可重新配置的機(jī)床及專用加工中心的組合應(yīng)用 使得發(fā)動(dòng)機(jī)零件的加工變得越 來越柔性化 具體情況取決于每個(gè)加工項(xiàng)目的產(chǎn)量配額 使用液壓夾具的主要優(yōu)勢是能節(jié)省夾緊和松卸工件時(shí)所花的大量的時(shí)間 有關(guān) 統(tǒng)計(jì)資料表明液壓夾緊相比機(jī)械夾緊節(jié)省 90 95 的時(shí)間 縮小了生產(chǎn)循環(huán)周 期 從而增加了產(chǎn)量也就意味著降低了成本 當(dāng)加工一長型鋁合金零件時(shí) 刀具通過時(shí)旋轉(zhuǎn)油缸可快速讓開 刀具通過后可 快速復(fù)位 液壓夾具系統(tǒng)的第二項(xiàng)重要特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)非常高的定位精度 關(guān)鍵 在于夾緊力在定位和夾緊過程中保持恒定不變 從而確保了同一道工序下的加 工質(zhì)量一致性 由于變形造成的廢品率將會(huì)微乎其微 夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件 在機(jī)床技術(shù)向高速 高效 精密 復(fù)合 智 能 環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下 夾具技術(shù)正朝著高精 高效 模塊 組合 通用 經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展 3 設(shè)計(jì)思路 通過網(wǎng)絡(luò) 期刊 教材 廠家資料及國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)查閱 根據(jù)要求完成 對(duì)左支座零件加工工藝和夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 完成設(shè)計(jì)圖紙的繪制并進(jìn)行相關(guān) 校核工作 完成設(shè)計(jì)說明書的編寫 左支座零件加工工藝 1 制訂左支座零件加工工藝規(guī)程 關(guān)鍵是工序的劃分和定位基準(zhǔn)的選 擇 在設(shè)計(jì)開始的過程中 我們必須要認(rèn)真分析零件圖 了解其左支座零件零 件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相關(guān)的技術(shù)要求 對(duì)左支座零件零件的每一個(gè)細(xì)節(jié) 都應(yīng)仔細(xì) 的分析 如左支座零件加工表面的平行度 粗糙度 垂直度 特別是要注意左 支座零件零件各孔系自身精度 同左支座零件度 圓度 粗糙度等 和它們的 相互位置精度 左支座零件線之間的平行度 垂直度以及左支座零件線與平面 之間的平行度 垂直度等要求 左支座零件零件的尺寸是整個(gè)零件加工的關(guān)鍵 必須弄清左支座零件零件的每一個(gè)尺寸 繪制零件圖是一個(gè)重點(diǎn) 同時(shí)因?yàn)樽?支座零件零件比較復(fù)雜 所以也是一個(gè)難點(diǎn) 我們采用 autoCAD 軟件繪制零件圖 一方面增加我們對(duì)零件的了解認(rèn)識(shí) 另一方面增加我們對(duì) autoCAD 軟件的熟悉 工序的劃分 確定加工順序和工序內(nèi)容 安排工序的集中和分散程度 劃分工序階段 這項(xiàng)工作與生產(chǎn)綱領(lǐng)有密切關(guān)系 具體可以根據(jù)生產(chǎn)類型 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 技術(shù)要求和機(jī)床設(shè)備等 生產(chǎn)條件確定工藝過程的工序次數(shù) 如批量小時(shí)可采 用在通用機(jī)床上工序集中原則 批量大時(shí)即可按工序分散原則 組織流水線生 產(chǎn) 也可利用高生產(chǎn)率的通用設(shè)備 按工序集中原則組織生產(chǎn) 2 夾具設(shè)計(jì)可能遇到的問題 工件定位是否正確 定位精度是否滿足要求 工件夾緊牢固是否可靠等等 工件在夾具中的定位精度 主要與定位基準(zhǔn)是否與工序基準(zhǔn)重合 定位基 準(zhǔn)與定位元件的配合狀況等因素有關(guān) 可提高夾具的制造精度 減少配合間隙 就能提高夾具在機(jī)床上的定位精度 夾具中出現(xiàn)過定位時(shí) 可通過撤消多余定 位元件 使多余定位元件失去限制重復(fù)自由度的能力 增加過定位元件與定位 4 4 基準(zhǔn)的配合間隙等辦法來解決 夾緊必須可靠 但夾緊力不可過大 以免工件或夾具產(chǎn)生過大變形 可采 用多點(diǎn)夾緊或在工件鋼性薄弱部位安放適當(dāng)?shù)妮o助支撐 夾具的設(shè)計(jì)必須要保 證夾具的定位準(zhǔn)確和機(jī)構(gòu)合理 考慮夾具的定位誤差和安裝誤差 我們將通過對(duì) 工件與夾具的認(rèn)真分析 結(jié)合一些夾具的具體設(shè)計(jì)事例 查閱相關(guān)的夾具設(shè)計(jì)資料 聯(lián) 系在工廠看到的一些左支座零件零件加工的夾具來解決這些問題 上述即為遇到困難的解決措施 3 本課題擬采用的研究手段 途徑 和可行性分析 根據(jù)不同的研究對(duì)象擬采用不同的研究手段 途徑 本課題包括兩方面內(nèi) 容 左支座零件加工工藝的設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì) 制定工藝規(guī)程的研究途徑和可行性分析 毛坯的選擇 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和零件結(jié)構(gòu)選擇毛坯 毛坯的類型一般在零件圖上已有規(guī)定 對(duì)于鑄件和鍛件應(yīng)了解其分模面 澆口 冒口位置和拔模率 以便在選擇定位 基準(zhǔn)和計(jì)算加工余量時(shí)有所考慮 如果毛坯是棒料或型材 則按其標(biāo)準(zhǔn)確定尺 寸規(guī)格 并決定每批加工件數(shù) 毛坯的種類和其質(zhì)量對(duì)機(jī)械加工的質(zhì)量有密切的關(guān)系 同時(shí)對(duì)提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率 節(jié)約材料 降低成本有很大的影響 擬訂工藝路線 表示零件的加工順序及加工方法 分出工序 安裝或工位及工步等 并選 擇各工序所使用的機(jī)床型號(hào) 刀具 夾具及量具等 擬訂工藝路線從實(shí)際出發(fā) 理論聯(lián)系實(shí)際和工人結(jié)合起來 常常需要提出幾個(gè)方案 進(jìn)行分析比較后再確 定 計(jì)算切削用量 加工余量及工時(shí)定額 查閱 切削用量手冊 等資料并進(jìn)行計(jì)算確定 目前 對(duì)單件小批量生產(chǎn) 不規(guī)定切削用量 而是由操作工人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)自行選定 但對(duì)于自動(dòng)線和流水線 為保證生產(chǎn)的節(jié)拍 必須規(guī)定切削用量 并不能隨意改變 計(jì)算加工余量 工 序尺寸及公差是要控制各工序的加工質(zhì)量以保證最終加工質(zhì)量 工時(shí)定額一般 按各工廠的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)積累起來的統(tǒng)計(jì)資料來估算 隨著生產(chǎn)的發(fā)展 工藝的改 進(jìn) 新工藝 新技術(shù)的不斷出現(xiàn) 工時(shí)定額應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的修改 對(duì)機(jī)械加工工藝規(guī)程基本要求可歸結(jié)為質(zhì)量 生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性 雖然有時(shí) 互相矛盾 但只要把它們處理好 就會(huì)成為一個(gè)統(tǒng)一體 在三個(gè)要求中 質(zhì)量 是首要的 質(zhì)量表現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo) 質(zhì)量不能保證 根本談 不上數(shù)量 質(zhì)量和生產(chǎn)率之間是密切聯(lián)系的 在保證質(zhì)量的前提下 應(yīng)該不斷 地最大限度地提高生產(chǎn)率 滿足生產(chǎn)量的要求 如果兩者矛盾 則生產(chǎn)率要服 從于質(zhì)量 應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下解決生產(chǎn)率問題 在保證質(zhì)量的前提下 應(yīng) 盡可能的節(jié)約耗費(fèi) 減少投資 降低制造成本 這就是經(jīng)濟(jì)性 因此 左支座零件的工藝規(guī)程研究途徑應(yīng)該體現(xiàn)質(zhì)量 生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的 統(tǒng)一 達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理及可行的最優(yōu)方案 夾具設(shè)計(jì)的研究途徑和可行性分析 左支座零件 銑 鉆等工序使用的專用夾具 此類夾具的特點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng) 結(jié)構(gòu)緊湊 操作簡便 生產(chǎn)率高 夾具設(shè)計(jì)最關(guān)鍵是要求對(duì)工件定位正確 且滿足定位精度要求 為了解決 此問題 首先得了解影響定位精度的因素 然后采取措施解決具體的問題 如 5 5 定位基準(zhǔn)與定位元件的配合狀況和影響定位精度 那么可以提高夾具的制造精 度 減小配合間隙就能提高夾具在機(jī)床上的定位精度 除此之外 選擇夾具的類型與結(jié)構(gòu)型式必須與零件生產(chǎn)批量大小相適應(yīng) 夾具結(jié)構(gòu)與零部件應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度 從而保證夾具操作方便 夾緊可 靠 使用安全 并有合理的裝卸空間 課題研究的主要方法 1 搜集資料 了解并掌握左支座零件加工工藝結(jié)構(gòu)和工作原理 2 確定設(shè)計(jì)大體思路 撰寫開題報(bào)告 要求完成具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容及計(jì)算 3 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求 熟悉相關(guān)軟件 AutoCAD 確定設(shè)計(jì)方法及 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 按要求完成完整的設(shè)計(jì)計(jì)劃及預(yù)期達(dá)到的結(jié)果 進(jìn)行相關(guān) 設(shè)計(jì)及計(jì)算 4 對(duì)所設(shè)計(jì)夾具設(shè)計(jì)相關(guān)校核 準(zhǔn)備相關(guān)資料 5 對(duì)設(shè)計(jì)說明書初稿進(jìn)行相關(guān)格式修改 對(duì)設(shè)計(jì)圖紙并進(jìn)行修改 研究過程中的主要問題和解決的方法 4 工作進(jìn)度與安排 2 15 3 15 理解和消化課題內(nèi)容 完成課題的調(diào)研 開題報(bào)告 翻譯 文獻(xiàn)綜 的撰寫等 3 16 4 01 完成左支座零件制造工藝分析及夾具設(shè)計(jì)方案 4 02 4 15 完成左支座零件制造工藝分析及夾具設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算 4 16 4 20 完成左支座零件制造工藝分析及夾具設(shè)計(jì)各元件設(shè)計(jì) 4 21 5 15 左支座零件的工藝工裝裝配圖和主要零件圖設(shè)計(jì) 5 16 5 31 完成論文的撰寫和答辯準(zhǔn)備工作 6 6 參考文獻(xiàn) 1 于勇 我國機(jī)械制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 J 山西焦煤科技 2010 S1 75 76 2 應(yīng)雷 淺談我國機(jī)械制造業(yè)的困境和發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)策 J 科技資訊 2010 27 112 3 侯志楠 淺析機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展歷程 現(xiàn)狀及趨勢 J 2010 20 4 濮良貴 紀(jì)名剛 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