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畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目 葉片泵轉(zhuǎn)子加工葉片槽的臥軸分度銑床夾具設(shè)計 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 李玲芳 教研室 或外聘單位 機械制造教研室 起止時間 2013 年 3 月 4 日 至 2013 年 5 月 17 日 畢業(yè)設(shè)計 任務(wù) 目的與基本要求 任務(wù) 1 編制葉片泵轉(zhuǎn)子零件的機械加工工藝規(guī)程 完成工藝過程卡和部分工藝卡 2 設(shè)計銑葉片泵轉(zhuǎn)子加工葉片槽的臥軸分度銑床夾具設(shè)計專用夾具 繪制裝配圖一份 3 進(jìn)行專用夾具零件工作圖設(shè)計 4 編寫設(shè)計計算說明書一份 目的 1 培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn) 實事求是的科學(xué)精神 2 培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識 獨立完成課題的工作能力 3 對學(xué)生的知識面進(jìn)行考核 包括掌握知識的深度 運用理論解決實際問題的能力 實 驗?zāi)芰?外語水平 計算機運用水平 書面及口頭表達(dá)能力等 基本要求 1 要理論聯(lián)系實際 運用科學(xué)的研究方法對選題進(jìn)行綜合分析 應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析 和方案的比較與選擇 2 要綜合運用本專業(yè)所學(xué)知識解決論文 設(shè)計 中的問題 論文的主要觀點與前人研 究成果相比 應(yīng)有改進(jìn)或有自己的見解 設(shè)計中涉及的工藝 技術(shù)問題要有改進(jìn)和提高 3 畢業(yè)論文 設(shè)計 中的理論依據(jù)要充分 數(shù)據(jù)資料要準(zhǔn)確 立論要正確 論證要嚴(yán) 密 公式推導(dǎo)要正確 邏輯推理性要強 5 畢業(yè)論文 或設(shè)計說明書 原則上不少于 1 萬字 外語專業(yè)的論文不少于 5 千個 外文單詞 6 圖紙總量必須達(dá)到 3 張 A0 以上 主要參考文獻(xiàn)與資料 1 倪曉丹 楊繼榮 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 北京 清華大學(xué)出版社 2007 2 熊良山 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2012 3 吳拓 現(xiàn)代機床夾具設(shè)計 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2011 4 吳拓 現(xiàn)代機床夾具典型結(jié)構(gòu)圖冊 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2011 5 朱耀祥 浦林祥 現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2010 6 李旦 邵東向 王杰 機床專用夾具圖冊 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005 7 吳拓 機械制造工藝與機床夾具 北京 機械工業(yè)出版社 2011 畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度安排 畢業(yè)設(shè)計準(zhǔn)備 資料查找階段 第 10 周至 13 周 2012 年 11 月 5 日至 11 月 30 日 畢業(yè)調(diào)研階段 2013 年 1 月 5 日至 2013 年 3 月 5 日 寒假期間要求學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)實 習(xí)與畢業(yè)設(shè)計課題調(diào)研 并結(jié)合畢業(yè)設(shè)計課題寫出調(diào)研報告 畢業(yè)設(shè)計開題報告階段 2013 年春季學(xué)期 第 1 周 2013 年 3 月 4 日至 3 月 8 日 可提前到 2012 年 11 月 30 前開題 畢業(yè)設(shè)計中期檢查 2013 年上學(xué)期 第 6 周 4 月 8 日至 4 月 12 日 畢業(yè)設(shè)計主要工作階段 2013 年上學(xué)期 第 1 周至 11 周 2013 年 3 月 4 日至 5 月 17 日 建議在 2011 年下學(xué)期 提前進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計工作階段 指導(dǎo)教師應(yīng)根據(jù)具體情況對本 階段的設(shè)計工作進(jìn)行細(xì)化 畢業(yè)設(shè)計答辯階段 2013 年上學(xué)期 第 11 周至第 12 周 2013 年 5 月 18 日至 5 月 26 日 指導(dǎo)教師 簽名 2012 年 10 月 日 課 題 申 報 與 審 查 教研室主任 簽名 2012 年 10 月 日 學(xué)院教學(xué)院長 簽名 2012 年 10 月 31 日 產(chǎn)品型號 零 部 件圖號 設(shè)計者 機械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 零 部 件名稱 葉片泵轉(zhuǎn)子 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加 粗車粗鏜 45 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄造 53 27 1 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 車床 C620 1 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 三爪卡盤 無 工序工時 工位器具編號 工位器具名稱 準(zhǔn)終 單件 工 步 號 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備 含 刀具 量 具 專用工具 主軸轉(zhuǎn)速 r min 切削速度 m min 進(jìn)給量 mm r 切削深度 mm 進(jìn)給次數(shù) 工 步 工 時s 1 車右端面 倒角 YG6 硬質(zhì)合金車刀 游標(biāo) 卡尺 150 45 6 0 96 2 1 14 輔助 2 粗車外圓 50mm YG6 硬質(zhì)合金車刀 游標(biāo) 卡尺 150 45 6 0 96 1 1 14 機械加工工藝過程卡 產(chǎn)品型號 零 部件 圖號機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品名稱 零 部件 名稱 葉片泵轉(zhuǎn)子 共 1 頁 第 1 頁 材料牌號 40Cr 毛坯種類 毛坯外型尺寸 53X27 每毛坯可制件數(shù) 每臺件數(shù) 備注 工時 s工序號 工序 名稱 工序內(nèi)容 車間 工段 設(shè)備 工藝裝備 準(zhǔn)終 單件 1 粗車 車該左端面 粗車外圓 53mm 先轉(zhuǎn) 15mm 孔 C620 1 臥式車床 三爪自定心卡盤 2 粗車 車該右端面 粗車外圓 50mm C620 1 臥式車床 三爪自定心卡盤 3 半精車 半精車 51mm 半精鏜 17 5mm 孔 C616A 型臥式車床 三爪自定心卡盤 4 精車 精車 50mm 然后倒角 C616A 型臥式車床 三爪自定心卡盤 5 粗鏜 粗鏜小孔 銑床 專用夾具 6 半精鏜 粗鏜小孔 銑床 專用夾具 7 去毛刺 倒角和毛刺 鉗工臺 8 終檢 按零件圖樣要求全面檢查 描圖 描校 底圖號 裝訂號 設(shè)計 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 請輸入您所在的學(xué)院名 1 XX 學(xué)院 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 論文 題目 葉片泵轉(zhuǎn)子加工葉片槽的臥軸分度銑床夾具設(shè)計 姓 名 班級 學(xué)號 系 部 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 開題時間 完成時間 摘 要 請輸入您所在的學(xué)院名 2 工藝學(xué)是以研究機械加工工藝技術(shù)和夾具設(shè)計為主技術(shù)學(xué)科 具有很強的實踐性 要求 學(xué)習(xí)過程中應(yīng)緊密聯(lián)系生產(chǎn)實踐 同時它又具有很強的綜合性 本次畢業(yè)設(shè)計的課題是法蘭盤加工工藝規(guī)程及某一工序?qū)Ｓ脢A具設(shè)計 主要內(nèi)容如下 首先 對零件進(jìn)行分析 主要是零件作用的分析和工藝分析 通過零件分析可以了解零 件的基本情況 而工藝分析可以知道零件的加工表面和加工要求 根據(jù)零件圖提出的加工要 求 確定毛坯的制造形式和尺寸的確定 第二步 進(jìn)行基面的選擇 確定加工過程中的粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn) 根據(jù)選好的基準(zhǔn) 制訂 工藝路線 通常制訂兩種以上的工藝路線 通過工藝方案的比較與分析 再選擇可以使零件 的幾何形狀 尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理的保證的一種工序 第三步 根據(jù)已經(jīng)選定的工序路線 確定每一步的切削用量及基本工時 并選擇合適的 機床和刀具 對于粗加工 還要校核機床功率 最后 設(shè)計第三道工序 設(shè)計夾具 先提出設(shè)計問題 再選擇定位基準(zhǔn) 然后開始切削 力 夾緊力的計算和定位誤差的分析 然后把設(shè)計的過程整理為圖紙 通過以上的概述 整個設(shè)計基本完成 關(guān)鍵詞 機械 加工工藝 夾具設(shè)計 ABSTRACT A specialized main specialized course that mechanical manufacturing engineering is studied is machinery rely mainly on studying machining 請輸入您所在的學(xué)院名 3 technology and jig to design technological discipline have very strong practicality require that should contact production practices closely in the learning process at the same time it has comprehensive the very strong one The subject of this graduation project is that lathe ring flange processing technology rules and special purpose jig of a certain process are designed the main content is as follows First of all analyse it is mainly analysis of the function of the part and craft analysis to the part through part analyse can find out about basic situation of part and craft analyse may know the processing surface of the part and is it require to process The processing demand put forward according to the part picture confirm the manufacture form of the blank and sureness of the size The second step carry on the choice the base confirm thick datum and precise datum in the processing course According to the datum chosen make the craft route usually make the craft route of more than two kinds with analysing through the comparison of the craft scheme and then choosing be able to make such specification requirements as the precision of geometry form size of the part and precision of position etc get a kind of process of the rational assurance s The third step according to the already selected process route confirm for every steps of cutting consumption and basic man hour choose suitable lathe and cutter To rough machining will check the power of the lathe Finally design the third process the jig getting into the hole of the ring flange Put forward the question of designing first and then choose to orient the datum then the calculation that begins to cut strength clamp strength and analysis of the localization error Then put the design course in order as the drawing Through the summary of the above design and finish basically entirely Keywords machine Process the craft The tongs design 請輸入您所在的學(xué)院名 4 目 錄 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 3 2 1 確定毛坯的制造形式 3 2 2 基面的選擇 3 2 3 制定工藝路線 3 2 4 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6 2 5 確定切削用量及基本工時 9 3 夾具設(shè)計 30 3 1 問題的提出 30 3 2 夾具設(shè)計 30 參考文獻(xiàn) 33 1 緒論 請輸入您所在的學(xué)院名 5 畢業(yè)設(shè)計是我們在學(xué)完大學(xué)的全部課程后進(jìn)行的 是我們對大學(xué)四年的學(xué)習(xí)的一次深入 的綜合性的總考核 也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練 這次設(shè)計使我們能綜合運用機械制造工 藝學(xué)中的基本理論 并結(jié)合實習(xí)中學(xué)到的實踐知識 獨立地分析和解決工藝問題 初步具備 了設(shè)計一個中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程的能力和運用夾具設(shè)計的基本原理和方法 擬訂夾 具設(shè)計方案 完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力 也是熟悉和運用有關(guān)手冊 圖表等技術(shù)資料及編寫 技術(shù)文件等基本技能的一次實踐機會 因此 它在我們大學(xué)生活中占有重要地位 就我個 人而言 我也希望通過這次設(shè)計對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性心理 從中鍛煉自 己分析問題 解決問題的能力 對未來的工作發(fā)展打下一個良好的基礎(chǔ) 由于能力所限 設(shè) 計尚有許多不足之處 懇請各位老師給予指教 機床夾具是在切削加工中 用以準(zhǔn)確確定工件位置 并將其牢固地夾緊的工藝裝備 它 的主要作用是 可靠地保證工件的加工精度 提高加工效率 減輕勞動強度 充分發(fā)揮和擴 大機床的工藝性能 因此 機床夾具在機械制造中占有重要的地位 機床夾具設(shè)計是工藝裝備設(shè)計中的一個重要組成部分 是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn) 率的一項重要技術(shù)措施 在設(shè)計過程中 應(yīng)深入生產(chǎn)實際 進(jìn)行調(diào)查研究 吸取國內(nèi)外的先 進(jìn)技術(shù) 制定出合理的設(shè)計方案 一般夾具設(shè)計步驟如下 1 深入生產(chǎn)實際調(diào)查研究 在深入生產(chǎn)實際調(diào)查研究中 應(yīng)掌握下面一些資料 1 工件圖紙 詳細(xì)閱讀工件圖紙 了解工件被加工表面的技術(shù)要求 該件在機器中的 位置和作用 以及裝配中的特殊要求 2 工藝文件 了解工件的工藝過程 本工序的加工要求 工件已加工面及待加工面的 狀態(tài) 基準(zhǔn)面選擇的情況 可用的機床設(shè)備的主要規(guī)格 與夾具連接部分的尺寸及切削用量 等 3 生產(chǎn)綱領(lǐng) 夾具的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與工件批量大小相適應(yīng) 做到經(jīng)濟合理 4 制造與使用夾具的情況 有無通用零部件可供選用 工廠有無壓縮空氣站 制造和 使用夾具的工人的技術(shù)狀況等 2 確定工件的定位方法和刀具的導(dǎo)向方式 工件在夾具中的定位應(yīng)符合定位原理 合理地設(shè)置定位件和導(dǎo)向件 設(shè)計定位件和導(dǎo)向 件時 應(yīng)盡量采用通用標(biāo)準(zhǔn) 3 確定工件的夾緊方式和設(shè)計夾緊機構(gòu) 夾緊力的作用點和方向應(yīng)符合夾緊原則 進(jìn)行夾緊力的分析和計算 以確定夾緊元件和 傳動裝置的主要尺寸 請輸入您所在的學(xué)院名 6 4 確定夾具其他部分的結(jié)構(gòu)形式 如分度裝置 對刀元件和夾具體等 5 繪制夾具總裝配圖 在繪制總裝配圖時 盡量采用 1 1 比例 主視圖應(yīng)選取面對操作者的工作位置 繪圖 時 先用紅線或雙點劃線畫出工件的輪廓和主要表面 如定位表面 夾緊表面和被加工表面 等 其中 被加工表面用網(wǎng)紋線或粗實線畫出加工余量 工件在夾具上可看成是一個假想的 透明體 按定位元件 導(dǎo)向元件 夾緊機構(gòu) 傳動裝置等順序 畫出具體結(jié)構(gòu) 最后畫夾具 體 6 標(biāo)注各部分主要尺寸 公差配合和技術(shù)要求 7 標(biāo)注零件編號及編制零件明細(xì)表 在標(biāo)注零件編號時 標(biāo)準(zhǔn)件可直接標(biāo)出國家標(biāo)準(zhǔn)代號 明細(xì)表要注明夾具名稱 編號 序號 零件名稱及材料 數(shù)量等 8 繪制夾具零件圖 拆繪夾具零件圖的順序和繪制夾具總裝配圖的順序相同 在機床上加工工件時 為了要使該工序所加工的表面 能達(dá)到圖紙規(guī)定的尺寸 幾何形 狀以及與其他表面的互相位置精度等技術(shù)要求 在加工前 必須首先將工件裝好夾牢 把工 件裝好就是要在機床上確定工件相對刀具的正確加工位置 工件只有處在這一位置上接受加 工 才能保證其被加工表面達(dá)到工序所規(guī)定的各項技術(shù)要求 在夾具設(shè)計的術(shù)語中 把工件 裝好稱為定位 把工件夾牢 就是指在已經(jīng)定好的位置上將工件可靠地夾住 以防止在加工 時工件因受到切削力 離心力 沖擊和振動等的影響 發(fā)生不應(yīng)有的位移而破壞了定位 在 夾具設(shè)計的術(shù)語中把夾牢工件稱做夾緊 由此可知 工件裝夾的實質(zhì) 就是在機床上對工件 進(jìn)行定位和夾緊 裝夾工件的目的 則是通過定位和夾緊而使工件在加工過程中始終保持其 正確的加工位置 以保證達(dá)到該工序所規(guī)定的加工技術(shù)要求 在機械制造過程中 用來固定加工對象 使之占有正確的位置 以接受施工或檢驗的裝 置 都可以統(tǒng)稱為夾具 例如 焊接過程中用于拚焊的焊接夾具 檢驗過程中用的檢驗夾具 裝配過程中用的裝配夾具 機械加工中用的機床夾具等 都屬于泛指的夾具范疇 2 現(xiàn)代夾具的發(fā)展 2 1 柔性夾具的主要發(fā)展方向 由于經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)控 加工中心機床的特點 對機床夾具的使用性能和結(jié)構(gòu) 提出了更高更新的要求 需要一種結(jié)構(gòu)簡單 精度高 強度高和通用性好 適應(yīng)性強 柔性 請輸入您所在的學(xué)院名 7 高的新型夾具系統(tǒng) 這種夾具能適應(yīng)不同的機床 不同的產(chǎn)品或同一產(chǎn)品不同的規(guī)格型號 能最大限度地滿足各種機床夾具的需要 以組合夾具為基礎(chǔ)的柔性夾具就是根據(jù)以上的要求 設(shè)計制造的 這種柔性夾具的特點是 元件規(guī)格統(tǒng)一化 元件性能多功能化 元件結(jié)構(gòu)簡單化 模塊化 夾緊工件快速自動化 重復(fù)使用可調(diào)化 組裝管理微機化 柔性夾具是現(xiàn)代夾具的 一個主要發(fā)展方向 柔性夾具是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀 不同尺寸規(guī)格 不同功能的系列化 標(biāo) 準(zhǔn)化元件 合件組裝而成的 柔性夾具元件 合件具有較好的互換性和較高的精度及耐磨性 柔性夾具能保證工件在規(guī)定的坐標(biāo)位置上準(zhǔn)確定位和牢固的夾緊 也就是說能保證工件相對 于機床坐標(biāo)原點具有準(zhǔn)確和穩(wěn)定可靠的坐標(biāo)位置 這種夾具具有較高的剛度和精度 在粗加 工時能承受較大的切削用量 以充分發(fā)揮數(shù)控 加工中心機床的生產(chǎn)能力 在精加工時能更好 地保證工件定位基準(zhǔn)和加工表面的位置精度 還能根據(jù)數(shù)控 加工中心機床的要求保證夾具 應(yīng)允許刀具接近盡可能更多的被加工表面甚至全部被加工表面 可減少機床的停機時間 在夾 具上還能一次裝夾多個工件同時依次加工 可以減少夾具 刀具 工件系統(tǒng)的調(diào)整時間 還能 減少刀具的更換次數(shù)和刀具的調(diào)整時間 更好地發(fā)揮數(shù)控 加工中心機床的高效性能 柔性 夾具元件可以通過組裝 使用 拆卸 再組裝重復(fù)使用 柔性夾具元件分三個系列 槽系列夾具元件 孔系列夾具元件 光面系列夾具元件 2 2 夾具的發(fā)展趨勢 a 夾具元件多功能模塊化 能單獨使用也能與其他元件組合在一起使用的多功能模塊化單元體的比例將進(jìn)一步增加 如現(xiàn)在使用的各種定位夾緊座 定位壓緊支承 精密虎鉗等模塊式單元體具有定位 夾緊以 及調(diào)節(jié)的綜合功能 可以一件單獨使用 也可以幾件組裝在一起使用 T 形基礎(chǔ) 方箱能組裝 成一次能裝夾多件相同或不相同的工件的夾具 使用這種夾具可以減少機床的停機時間 最大 限度發(fā)揮數(shù)控 加工中心機床的高效性能 b 高強度 高剛性 高精度 為了提高勞動生產(chǎn)率 縮短工件的加工工時 工件的加工已向著高速 大切削量方向發(fā)展 工 序高度集中 工件定位夾緊后要依次完成銑 鉆 鏜等多工序的加工 切削力的大小 方向 在不斷地變化 這就需要柔性夾具本身要有較高的使用強度和剛度 才能滿足工件的加工精度 c 專用夾具 組合夾具 成組夾具一體化 現(xiàn)代化加工設(shè)備的多功能化 使工藝過程高度集中 工件一次定位裝夾后能完成多工序 加工 這就需要一種通用而又能重復(fù)使用的組合可調(diào)式的夾具系統(tǒng) 它是由一系列統(tǒng)一化 請輸入您所在的學(xué)院名 8 標(biāo)準(zhǔn)化的元件和合件組成 利用這些元件 合件組裝成各種不同形式 不同結(jié)構(gòu) 可重復(fù)使 用的夾具 供單件或中小批量生產(chǎn)使用 這種夾具系統(tǒng)保留了組合夾具的各種優(yōu)點 組裝又像 專用夾具那樣簡單可靠 又有可調(diào)整元件 保留了成組夾具的優(yōu)點 為了便于夾具與機床定位 連接 夾具基體有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的定位連接位置 使之專用 組合 成組夾具向著一體化 組合化 方向發(fā)展 以滿足現(xiàn)代化加工設(shè)備的需要 d 工件夾緊快速化 自動化 為縮短工件加工中的輔助時間 減輕工人的勞動強度 工件的裝夾 拆卸也需要機械化 自動化 工件的夾緊由原來的單一功能的壓緊件 緊固件發(fā)展為可以調(diào)整的模塊 以便實現(xiàn) 快速組裝和快速夾緊 對于批量大的一些零件的加工 液壓夾具 氣動夾具可實現(xiàn)工件自動 化快速夾緊 2 3 組合夾具的應(yīng)用 隨著機械制造業(yè)的飛速發(fā)展 產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快 傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式逐步被 中小批量生產(chǎn)模式所取代 機械制造系統(tǒng)欲適應(yīng)這種變化需具備較高的柔性 國外已把柔性 制造系統(tǒng) FMS 作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段 并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展方向 柔性 化的著眼點主要在機床和工裝兩個方面 組合夾具是工裝柔性化的重點 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異 先進(jìn)制造技術(shù)不斷得到發(fā)展 柔性制造技術(shù) 集成制造技術(shù) 將是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的主流 未來制造過程將變得更智能化 制造企業(yè)適應(yīng)市場的能 力更強 柔性制造技術(shù)由于其高效 靈活的特性使其成為實施敏捷制造 并行工程 精益生 產(chǎn)和智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ) 且應(yīng)用日益廣泛 已成為整個機構(gòu)制造領(lǐng)域的核心技術(shù) 而組 合夾具由于其靈活性 已成為現(xiàn)代夾具的主要發(fā)展方向 在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用 3 設(shè)計任務(wù) 待加工工件及加工要求 要求設(shè)計一臥式銑床夾具 加工凸輪軸的半圓形鍵槽 該零件的技術(shù)要求為 大端直徑 40h6mm 加工段直徑 28 45 0 0 1mm 半圓形槽深5 10 半徑為14mm 槽寬 mm 鍵槽的501 2 對程度公差為0 1 凸輪軸的軸線對于機床工作臺面的水平度誤差為0 02 鍵槽的表面粗糙 度為3 2 請輸入您所在的學(xué)院名 924js6 50h60 1A 旋 轉(zhuǎn)D8 14c AA2 5H715 01葉 片 泵 轉(zhuǎn) 子 4Cr 夾具體的基本要求 1 能保證工件的加工要求 保證加工質(zhì)量 是必須首先滿足的要求 保證加工質(zhì)量的關(guān)鍵 就在于 正確選定定位基準(zhǔn) 定位方法和定位元件 必要時需進(jìn)行誤差的分析計算 2 能提高生產(chǎn)率 降低成本 應(yīng)盡量采用各種快速高效的結(jié)構(gòu) 縮短輔助時間 提高生產(chǎn)率 同時盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元 件與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 力求結(jié)構(gòu)簡單 制造容易 以降低夾具制造成本 3 操作方便 省力和安全 在客觀條件許可且又經(jīng)濟的前提下 盡可能采用氣動 液壓和氣液等機械化夾緊裝置 以減輕操作者的勞動強度 操作位置應(yīng)正確符合操作工人的操作習(xí)慣 并注意操作安全 4 便于排屑 排屑問題是夾具設(shè)計中的一個重要問題 因為切屑積聚在夾具中 會破壞工件正確可靠 地定位 切屑帶來的大量熱量會引起熱變形 影響加工質(zhì)量 清掃切屑又要花費一部分輔助 時間 4 定位方案的設(shè)計 在工藝學(xué)中已經(jīng)知道 工件在加工前 必須首先使它在機床上相對刀具占有正確的加工 位置 這就是定位 夾具在工件定位過程中起著決定的作用 工件正是通過夾具相對機床 刀具占有正確的加工位置 工件在夾具中定位的目的 就是要使同一批工件在夾具中占有一 致的正確加工位置 要使工件完全定位 就必須限制工件在空間的六個自由度 此即為工件的 六點定位原 則 加工件圖 請輸入您所在的學(xué)院名 10 在定位設(shè)計中 會遇到以下幾種情況 1 完全定位 限制了工件全部的六個自由度 稱為工件的 完全定位 2 不完全定位 在對工件的加工精度沒有影響的情況下 允許少于六點的定位稱為 不完全定位 3 欠定位 工件的定位支承點數(shù)少于應(yīng)限制的自由度數(shù) 這種工件定位點不足的情況 稱為 欠定 位 欠定位在實際生產(chǎn)中是不允許的 4 過定位 工件的某一個自由度同時被兩個或多個定位支承點重復(fù)限制 這種情況稱為 過定位 也叫 重復(fù)定位 本設(shè)計因加工需要 對六個自由度均有限制的要求 所以選用完全定位 4 1定位機構(gòu) 定位心軸 請輸入您所在的學(xué)院名 11 4 2夾具總體設(shè)計圖 請輸入您所在的學(xué)院名 12 S S S S S 60H7n A 50H7g6 25H7g6 285 210135E B C0 1CC10 2BA12345678F 向 715152 408h6EBBBD c 910 4 3 定位誤差的計算 在機械加工過程中 工件的加工允差 k要大于與夾具有關(guān)的加工誤差和其他一些因素 有關(guān)的加工誤差之和 即 jk 式中 工件的加工允差 k 與夾具有關(guān)的加工誤差 j 其它因素引起的加工誤差 其中 mjzajwdj 式中 定位誤差 夾緊誤差 j 請輸入您所在的學(xué)院名 13 夾具的安裝誤差 za 導(dǎo)引誤差 id 夾具磨損引起的加工誤差 mj 在夾具設(shè)計制造中 要盡可能減少與夾具有關(guān)的加工誤差 如果這部分誤差所占比重很 大 則留給補償其它誤差的比例就很小 結(jié)果不是降低了工件的加工精度 就是有可能造成 超差而導(dǎo)致工件報廢 下面主要討論工件在夾具中定位時所產(chǎn)生的定位誤差 定位誤差的計算 如圖所示 誤差示意圖 定位誤差產(chǎn)生的原因有兩個 1 定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合 必然產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差 j b 2 由于定位副制造不準(zhǔn)確 而引起的定位誤差 d b 所以 定位誤差 bdjwd 由圖可知 基準(zhǔn)不重合誤差 2KLbj 其中 為工件的公差 K m1 0 所以 bj5 由圖可知 定位副不準(zhǔn)確誤差 2asin Kbd 請輸入您所在的學(xué)院名 14 所以 mbd071 45sin2 因此 總的定位誤差為 2siaKwd 即 mwd 12 045sin1 0sin mK1 0mbj bd7 mwd12 0 5 工件的夾緊設(shè)計 5 1 夾緊裝置的組成 1 動力裝置 夾緊力的來源 一是人力 二是某種裝置所產(chǎn)生的力 能產(chǎn)生力的裝置稱為夾具的動力 裝置 常用的動力裝置有 氣動裝置 液壓裝置 電動裝置 電磁裝置 氣 液聯(lián)動裝置和 真空裝置等 由于手動夾具的夾緊力來自人力 所以它沒有動力裝置 2 夾緊部分 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 一般由下列機構(gòu)組成 1 接受原始作用力的機構(gòu) 如手柄 螺母及用來連接氣缸活塞桿的機構(gòu)等 2 中間遞力機構(gòu) 如鉸鏈 杠桿等 3 夾緊元件 如各種螺釘壓板等 其中中間遞力機構(gòu)在傳遞原始作用力至夾緊元件的過程中可以起到諸如改變作用力的方 向 改變作用力的大小以及自鎖等作用 3 夾緊裝置的基本要求 在不破壞工件定位精度 并保證加工質(zhì)量的前提下 應(yīng)盡量使夾緊裝置做到 1 夾緊作用準(zhǔn)確 安全 可靠 2 夾緊動作迅速 操作方便省力 3 夾緊變形小 4 結(jié)構(gòu)簡單 制造容易 5 2 夾緊機構(gòu)的選擇 本夾具采用斜楔夾緊機構(gòu) 特點 1 斜楔具有良好的自鎖性能 請輸入您所在的學(xué)院名 15 2 斜楔可以改變夾緊作用力的方向 3 斜楔具有增力作用 4 斜楔的夾緊行程很小 綜合以上特點 本夾具設(shè)計可以優(yōu)先選用斜楔夾緊機構(gòu) 夾緊力的計算 5 3 夾緊力的計算 為夾緊力 為使工件夾緊的推力 WQ 查手冊可知 增力比 1 atgtip 其中 斜楔夾緊機構(gòu)的斜楔角 a 平面摩擦?xí)r作用在斜楔面上的摩擦角 1 移動柱塞雙頭導(dǎo)向時導(dǎo)向孔對移動柱塞的摩擦角 3 移動柱塞單頭導(dǎo)向時導(dǎo)向孔對移動柱塞的摩擦角 3 31 tght 移動柱塞導(dǎo)向孔的中點至斜楔面德距離 l 移動柱塞導(dǎo)向孔長 所以 6 1 63 取 0 7 h 則 21 07 3 tgtg 5 4120 tip 所以 外力 取200NQ NiWp9025 4 夾緊力符合加工要求 631 7 1h21 0 3 tg 請輸入您所在的學(xué)院名 16 5 4 pi NQ20 NW90 6 連接元件和夾具體的設(shè)計 6 1 連接元件的設(shè)計 銑床夾具的連接元件由兩部分組成 1 定位鍵 銑床夾具以定位鍵和機床工作臺 T 型槽配合 每個夾具一般設(shè)置兩個定位鍵 起到夾具 在機床上的定向作用 并用埋頭螺釘把定位鍵固定在夾具體的鍵槽中 材料選用45鋼 2 帶 U 型槽的耳座 在銑床夾具縱向兩端底邊上 設(shè)計帶 U 型槽的耳座 供 T 型槽用螺栓穿過 將夾具體緊 固在工作臺上 材料 HT30 6 2 夾具體的設(shè)計 本夾具體采用鑄造結(jié)構(gòu) 優(yōu)點 1 可以鑄出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀 2 鑄鐵件的抗壓強度的 耐振性好 因此特別適用于加工時振動大 切削負(fù)荷大的場合 3 鑄鐵件易于加工 價格低廉 可降低夾具成本 鑄造的生產(chǎn)周期長 而且因鑄造時的內(nèi)應(yīng)力緣故 易引起變形 從而影響夾具體精度的 持久性 因此鑄造夾具體必須進(jìn)行時效處理 與焊接結(jié)構(gòu)相比 鑄造可以鑄出形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 因此 本夾具采用鑄造結(jié)構(gòu)比較合適 材料 選用 HT20 壁厚 20mm 7 機械加工工藝規(guī)程設(shè)計 7 1 確定毛坯的制造形式 零件材料為 40Cr 零件輪廓尺寸不大 故采用金屬模鑄造 因毛坯比較簡單 采用鑄 造毛坯時一般是成隊鑄造 再進(jìn)行機械加工 這從提高生產(chǎn)率 保證加工精度上考慮也是應(yīng) 該的 7 2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一 基面選擇得正確與合理 可以使加工質(zhì) 請輸入您所在的學(xué)院名 17 量得到保證 生產(chǎn)率得以提高 否則 加工工藝過程中會問題百出 更有甚著 還會造成零 件大批報廢 使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行 1 粗基準(zhǔn)的選擇 選擇粗基準(zhǔn)主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準(zhǔn) 以便為后續(xù)的工序提供精基準(zhǔn) 選擇粗基準(zhǔn)的出發(fā)點是 一要考慮如何分配各加工表面的余量 二要考慮怎樣保證不加工面 與加工面間的尺寸及相互位置要求 這兩個要求常常是不能兼顧的 但對于一般的軸類零件 來說 以外圓作為粗基準(zhǔn)是完全合理的 對本零件而言 由于每個表面都要求加工 為保證 各表面都有足夠的余量 應(yīng)選加工余量最小的面為粗基準(zhǔn) 2 精基準(zhǔn)的選擇 主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題 當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時 應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算 這在以后還要專門計算 此處不在重復(fù) 7 3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點 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 在生產(chǎn)綱領(lǐng)一確定為中批生產(chǎn)的條件下 可以考慮采用萬能性的機床配以 專用工夾具 并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率 除此以外 還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果 以便使生 產(chǎn)成本盡量下降 一 工藝路線方案一 工序 1 驗料 52Xm 工序 2 夾持工件伸出卡盤外 25mm 工序 3 光端面 工序 4 利用分度盤加工 12 個小孔 工序 5 利用分度盤加工 2 25 的平行槽 工序 6 鉆通孔內(nèi)徑 15m 工序 7 鏜孔 8 工序 8 粗精車外圓 工序 9 掉頭 裝夾 光端面去總長 工序 10 倒 C1 角 工序 11 卸工件去毛刺 二 工藝方案二 工序 1 驗料 5327Xm 工序 2 夾持工件伸出卡盤外 23mm 請輸入您所在的學(xué)院名 18 工序 3 光端面 工序 4 鉆通孔內(nèi)徑 15m 工序 5 鏜孔 8 工序 6 粗精車外圓 工序 7 掉頭 裝夾 光端面去總長 工序 8 利用分度盤加工 12 個小孔 工序 9 利用分度盤加工 2 25 的平行槽 工序 10 倒 C1 角 工序 11 卸工件去毛刺 三 工藝方案的比較與分析 上述兩個方案的特點在于 以上加工方案大致看來還是合理的 但通過仔細(xì)考慮零件的 技術(shù)要求以及可能采取的加工手段之后 就會發(fā)現(xiàn)仍有問題 主要表現(xiàn)在工序 4 分度鉆孔 孔 由于在設(shè)計夾用夾具時要以 18mm 圓柱面上的一個平面來定位 所以應(yīng)把轉(zhuǎn) 18mmmm 圓柱 面上的兩個平面這一道工序放在鉆 4 孔 因此最后確定的加工工藝路線如下 工序 1 驗料 5327Xm 工序 2 夾持工件伸出卡盤外 23mm 工序 3 光端面 工序 4 鉆通孔內(nèi)徑 15 工序 5 鏜孔 8 工序 6 粗精車外圓 工序 7 掉頭 裝夾 光端面去總長 工序 8 利用分度盤加工 12 個小孔 工序 9 利用分度盤加工 2 25 的平行槽 工序 10 倒 C1 角 工序 11 卸工件去毛刺 7 4 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 零件材料為 40Cr 硬度 200HBS 毛坯重量約為 2 8KG 生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn) 采用鑄 造毛坯 根據(jù)上述原始資料及加工工藝 分別確定各加工表面的機械加工余量 工序尺寸及毛坯 尺寸下 請輸入您所在的學(xué)院名 19 1 50mm 外圓表面 此外圓表面為 IT6 級 參照 實用機械加工工藝手冊 確定各工序尺寸及加工余量 工序名稱 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 精車外圓 0 6 50 0 017 0 175 半精車外圓 1 4 50 6 0 1 6 粗車外圓 3 51 0 3 0 12 毛坯 5 53 0 5 53 2 孔 18mm 參照 實用機械加工工藝手冊 確定各工序尺寸及加工余量 工序名稱 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 鉸孔 0 2 18 0 045 18 045 擴孔 0 9 17 5 0 1 17 5 1 鉆孔 9 15 0 6 15 6 0 毛坯 10 8 感受與總結(jié) 在這次歷時兩周的課程設(shè)計中 發(fā)現(xiàn)自己在理論與實踐中有很多的不足 自己知識中存 在著很多漏洞 看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏 理論到實踐的能力還急需提高 讓我 認(rèn)識到了仔細(xì)認(rèn)真的重要性 我們這次進(jìn)行的小設(shè)計 是入大學(xué)以來一次較為正式 知識面 涉及較廣的設(shè)計 與前幾次不同的是 這次設(shè)計的對象是實際生產(chǎn)中經(jīng)常用到的機床附件 夾具 在這次小設(shè)計之前 我們大學(xué)四年所有的課程 幾乎全部結(jié)束 學(xué)校安排這樣一次實 踐項目 就是要讓我們對大學(xué)四年所學(xué)的東西進(jìn)行一次鞏固和深化 重新把各科的知識匯總 梳理了一遍 這對我們將來踏上社會工作是很有好處的 書本上的理論知識可能掌握了 但 是關(guān)鍵是要如何吸納為自己的東西 并投入到實踐創(chuàng)新中去 做到能融會貫通 舉一反三 能實實在在地解決實際問題 用電腦繪圖也是這次小設(shè)計的重要內(nèi)容 我們在大二學(xué)過 AUTOCAD 制圖 但在自己實際 操作中還是遇到了很多困難 比如 線型的選擇 布圖等等 經(jīng)過了一段時間的熟悉 還是 掌握了許多 AUTOCAD 制圖的秘訣 感覺在這次小設(shè)計中真是學(xué)到許多在課堂上學(xué)不到的知識 當(dāng)然 本次設(shè)計也遇到了很多困難 比如在參考資料的尋找 獨立完成制圖到打印的過程以 請輸入您所在的學(xué)院名 20 及對說明書的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐虐娴鹊?整個設(shè)計也還有諸多不足之處及遺忘之處 將來可以引以為 戒 會成為以后的學(xué)習(xí)及工作中寶貴的財富 最后 我還要感謝導(dǎo)師在這段時間對我的指導(dǎo) 讓我能夠更快 更好地完成這次設(shè)計 同時我還要感謝我的同組同學(xué) 正是有了你們的幫助才使得我的論文在這么短的時間內(nèi)得以 完成 最后 我還要感謝我的母校 9 參考文獻(xiàn) 1 方和平 柔性夾具的發(fā)展與應(yīng)用 現(xiàn)代制造工程 J 2002 071064 55 57 2 安琦 顧大強 機械設(shè)計 M 北京 科學(xué)出版社 2008 3 龔定安 蔡建國 機床夾具設(shè)計原理 M 陜西 陜西科學(xué)技術(shù)出版社 1981 4 王光斗 王春福 機床夾具設(shè)計手冊 M 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1979 5 朱輝 畫法幾何及工程制圖 M 第五版 上海 上海科學(xué)技術(shù)出版社 2005 6 劉友才 肖繼德 機床夾具設(shè)計 M 北京 機械工業(yè)出版社 1991 7 倪曉丹 楊繼榮 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 北京 清華大學(xué)出版社 2007 8 熊良山 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2012 9 吳拓 現(xiàn)代機床夾具設(shè)計 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2011 10 吳拓 現(xiàn)代機床夾具典型結(jié)構(gòu)圖冊 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2011 11 朱耀祥 浦林祥 現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2010 12 李旦 邵東向 王杰 機床專用夾具圖冊 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005 13 吳拓 機械制造工藝與機床夾具 北京 機械工業(yè)出版社 2011 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 第 1 頁 共 15 頁 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 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ixyz 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 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 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TwwdXYZ wX wY 是 沿 和 三個正交組件 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)計算如下 2L 第 4 頁 共 15 頁 6 222wwwdXYZ 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 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 個夾緊點夾緊力在 和 方向上的向量角度 i 1 2 3 C gXYgZ 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 計算gZ 111 XYZNNssszizizikk 和 得出 見圖 3 工件剛體運動 歸于夾緊行動現(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 222iiiL CL CL Cx 111FFUW kkyziii TQ 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 W 完成 是遵守對角矩陣的 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 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 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 yS i 1 2 L C 14 iyiPSA 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)換成一個約束對 該補充 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 為主要2f 2L1f 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 2Lf 2L 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f 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1f 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 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 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 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 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 1optP2t3optPopt 考慮以下四個最壞加工負(fù)荷向量 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 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 分別代替對應(yīng)的 和 另外兩個正交切削分力 而且maxXYmaxZ 有 222maxrXYZFF 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 max12 TiiijjcjPC 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ij ikjC 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)maxijP 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 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)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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 外文翻譯 第 11 頁 共 15 頁 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)生于在每個夾緊處的局部變形 假設(shè)Tiiixyzd 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 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1iR wcR 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 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)致的工件剛體運動矢量 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 裝夾點接觸力 可能與 的關(guān)系如下 iFid 24 0 iiiKdzFotherws 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 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 外文翻譯 第 12 頁 共 15 頁 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 01Tze 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 TyiiixFp 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 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 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)在可以計算如下 27 rmBq 其中 是考慮工件中心加工點的位置向量 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 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 外文翻譯 第 15 頁 共 15 頁 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 外文翻譯 第 16 頁 共 15 頁 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 maxaxmax iiiiij yzrPP 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opt 2L 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 外文翻譯 第 17 頁 共 15 頁 點的加權(quán)范數(shù) 的 和 繪制 2LmaxiPaxiymaxizaxirP 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opt 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 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 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