閥蓋零件的工藝規(guī)程及其銑后端面的工裝夾具設(shè)計【含CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 機械加工工藝過程卡片 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零(部)件圖號 產(chǎn)品名稱 閥蓋 零(部)件名稱 閥蓋 共 頁 第 頁 材料牌號 HT200 毛坯種類 鑄件 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件數(shù) 1 每臺件數(shù) 1 備注 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 車間 工段 設(shè)備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 01 備料 鑄造 02 熱 時效處理 03 銑 粗銑、半精銑結(jié)合面 金工 X52立式銑床 專用夾具、端面銑刀、游標卡尺 04 銑 粗銑、半精銑R25孔后端面 金工 X52立式銑床 專用夾具、端面銑刀、游標卡尺 05 鉆 鉆2-Φ16孔 金工 Z525立式鉆床 專用夾具、麻花鉆、游標卡尺 06 合件 閥蓋與閥座裝配圖在一起 07 銑 粗銑、半精銑R25孔前端面 金工 X52立式銑床 專用夾具、端面銑刀、游標卡尺 08 銑 粗銑、半精銑90×12面 金工 X52立式銑床 專用夾具、端面銑刀、游標卡尺 09 鏜 粗鏜、半精鏜、精鏜Φ50孔 金工 T68金鋼鏜床 專用夾具、鏜刀、游標卡尺 10 去毛刺 去毛刺 11 質(zhì)檢 檢驗至圖紙要求 12 入庫 入庫 機械加工工序卡片 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 產(chǎn)品名稱 零（部）件名稱 閥蓋 共 頁 第 頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 04 銑后端面 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 立式銑床 X52 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用夾具 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 準終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 r/min 切削速度 m/min 進給量 mm/r 切削深度 mm 進給次數(shù) 工步工時 機動 輔動 1 粗銑R25孔后端面 端面銑刀、游標卡尺 600 150.7 0.2 2.0 1 1.325 2 半精銑R25孔后端面 端面銑刀、游標卡尺 600 150.7 0.2 0.5 1 1.313 機械加工工藝過程卡片 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零(部)件圖號 產(chǎn)品名稱 閥蓋 零(部)件名稱 閥蓋 共 頁 第 頁 材料牌號 HT200 毛坯種類 鑄件 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件數(shù) 1 每臺件數(shù) 1 備注 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 車間 工段 設(shè)備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 01 備料 鑄造 02 熱 時效處理 03 銑 粗銑、半精銑結(jié)合面 金工 X52立式銑床 專用夾具、端面銑刀、游標卡尺 04 銑 粗銑、半精銑R25孔后端面 金工 X52立式銑床 專用夾具、端面銑刀、游標卡尺 05 鉆 鉆2-Φ16孔 金工 Z525立式鉆床 專用夾具、麻花鉆、游標卡尺 06 合件 閥蓋與閥座裝配圖在一起 07 銑 粗銑、半精銑R25孔前端面 金工 X52立式銑床 專用夾具、端面銑刀、游標卡尺 08 銑 粗銑、半精銑90×12面 金工 X52立式銑床 專用夾具、端面銑刀、游標卡尺 09 鏜 粗鏜、半精鏜、精鏜Φ50孔 金工 T68金鋼鏜床 專用夾具、鏜刀、游標卡尺 10 去毛刺 去毛刺 11 質(zhì)檢 檢驗至圖紙要求 12 入庫 入庫 設(shè)計說明書 題目：閥蓋零件的工藝規(guī)程及其銑后端面的工裝夾具設(shè)計 學 生： 學 號： 專 業(yè)：機械制造設(shè)計及其自動化 班 級： 指導老師： 摘 要 本次設(shè)計內(nèi)容涉及了機械制造工藝及機床夾具設(shè)計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。 閥蓋零件的加工工藝規(guī)程及其銑后端面的夾具設(shè)計是包括零件加工的工藝設(shè)計、工序設(shè)計以及專用夾具的設(shè)計三部分。在工藝設(shè)計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設(shè)計出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準，設(shè)計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設(shè)計，選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(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)計中注意改進。 關(guān)鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。 目 錄 序言…………………………………………………………………1 1. 零件分析 ……………………………………………………2 1.1 零件作用 ………………………………………………2 1.2零件的工藝分析 …………………………………………2 2. 工藝規(guī)程設(shè)計…………………………………………………4 2.1確定毛坯的制造形式 ……………………………………4 2.2基面的選擇傳 ……………………………………………4 2.3制定工藝路線 ……………………………………………4 2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 …………5 2.5確定切削用量及基本工時 ………………………………7 3 . 夾具設(shè)計 ……………………………………………………10 3.1問題的提出………………………………………………10 3.2切削力及夾緊力計算……………………………………10 3.3定位誤差分析……………………………………………12 3.4定向鍵和對刀裝置的設(shè)計………………………………12 3.5夾具設(shè)計及操作簡要說明………………………………15 總 結(jié)………………………………………………………………16 致 謝………………………………………………………………17 參考文獻 …………………………………………………………18 序 言 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術(shù)水平的重要指標。 閥蓋零件的加工工藝規(guī)程及其銑后端面的夾具設(shè)計是在學完了機械制圖、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機械設(shè)計、機械工程材料等進行課程設(shè)計之后的下一個教學環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設(shè)計出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設(shè)計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計。 本次設(shè)計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。 1 零件的分析 1.1 零件的作用 閥蓋的作用，裝有閥桿密封件的閥零件，用于連接或是支承執(zhí)行機構(gòu)。 1.2 零件的工藝分析 閥蓋的加工面他們之間沒有任何要求，現(xiàn)分述如下： 1：結(jié)合面 2：R25孔后端面 3：2-Φ16孔 4：R25孔前端面 5：90×12面 6：半圓孔 技術(shù)要求： 1.材料:HT200。 2.時效處理。 3.鑄件表面上不允許有冷隔、裂紋、縮孔和穿透性缺陷及嚴重的殘缺類缺陷（如欠鑄、機械損傷等）。 2 工藝規(guī)程設(shè)計 2.1 確定毛坯的制造形式 零件的材料為HT200，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)以及零件在工作過程中所受的載荷情況，選用砂型鑄造。 2.2 基面的選擇的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一?；孢x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，加工工藝過程中會問題百出。 粗基準的選擇：對閥蓋這樣的不規(guī)則零件來說，選擇好粗基準是至關(guān)重要。我們選擇R25孔后端面、90×12面及50×12面作為定位粗基準。 精基準的選擇：精基準 的選擇要考慮基準重合的原則， 設(shè)計基準要和工藝基準重合，這在以后的工序里要進行專門的計算，在這里就不多做說明。 2.3 制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當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。通過仔細考慮零件的技術(shù)要求后，制定以下工藝方案： 工序01：鑄造 工序02：時效處理 工序03：粗銑、半精銑結(jié)合面 工序04：粗銑、半精銑R25孔后端面 工序05：鉆2-Φ16孔 工序06：閥蓋與閥座裝配圖在一起 工序07：粗銑、半精銑R25孔前端面 工序08：粗銑、半精銑90×12面 工序09：粗鏜、半精鏜、精鏜半圓孔 工序10：去毛刺 工序11：檢驗至圖紙要求 工序12：入庫 2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 閥蓋零件材料為HT200，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用砂型機鑄造毛坯。 1，結(jié)合面的加工余量 結(jié)合面的表面粗糙度為6.3,尺寸公差等級CT-8，加工余量等級MA-F級，查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表2.2-4，得Z=2.5mm，再由《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表1.4-8知，需要經(jīng)過兩步加工（即粗銑——半精銑）方能滿足其精度要求。 粗銑 單邊余量Z=2.0 半精銑 單邊余量Z=0.5 2. R25后端面的加工余量 后端面的表面粗糙度為6.3,尺寸公差等級CT-8，加工余量等級MA-F級，查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表2.2-4，得Z=2.5mm，再由《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表1.4-8知，需要經(jīng)過兩步加工（即粗銑——半精銑）方能滿足其精度要求。 粗銑 單邊余量Z=2.0 半精銑 單邊余量Z=0.5 3. 2-Φ16孔的加工余量 2-Φ16孔的尺寸不大，故采用實心鑄造，因孔的表面粗糙度要求不高，由《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表1.4-7知，一步鉆削即可滿足其精度要求。 4. R25孔前端面的加工余量 R25孔前端面的表面粗糙度為6.3，尺寸公差等級CT-8，加工余量等級MA-F級，查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表2.2-4，得Z=2.5mm，再由《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表1.4-8知，需要經(jīng)過兩步加工（即粗銑——半精銑）方能滿足其精度要求。 粗銑 單邊余量Z=2.0 半精銑 單邊余量Z=0.5 5. 90×12面的加工余量 90×12面的表面粗糙度為6.3，尺寸公差等級CT-8，加工余量等級MA-F級，查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表2.2-4，得Z=2.0mm，再由《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表1.4-8知，需要經(jīng)過兩步加工（即粗銑——半精銑）方能滿足其精度要求。 粗銑 單邊余量Z=1.5 半精銑 單邊余量Z=0.5 6. 半圓孔的加工余量 半孔的表面粗糙度為1.6，尺寸公差等級CT-7，加工余量等級MA-F級，查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表2.2-4，得Z=1.5mm，再由《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，表1.4-8知，需要經(jīng)過三步加工（即粗鏜——半精鏜——精鏜）方能滿足其精度要求。 粗鏜 單邊余量Z=1.0 半精鏜 單邊余量Z=0.4 精鏜 單邊余量Z=0.1 7.其他不加工表面，鑄造即可滿足其精度要求。 2.5 確定切削用量及基本工時 工序04：粗銑、半精銑R25孔后端面 工步一：粗銑R25孔后端面 1. 選擇刀具 刀具選取端面銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1） 決定銑削深度 因為加工余量不大，一次加工完成 2） 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X52型立式銑床說明書，其功率為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選?。?00 當＝600r/min時 按機床標準選取 3） 計算工時 切削工時：，，， 則機動工時為 工步二：半精銑R25孔后端面 1. 選擇刀具 刀具選取端面銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，一次加工完成 2）決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X52型立式銑床說明書，其功率為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選取＝600 當＝600r/min時 按機床標準選取 3）計算工時 切削工時：，，， 則機動工時為 3 夾具設(shè)計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。 工序04：粗銑、半精銑R25后端面的銑床夾具。 3.1選取定位 我們選用已經(jīng)加工好的2-Φ16孔及其端面來定位 3.2切削力和夾緊力的計算 （1）刀具： 采用端銑刀 φ80mm z=24, 機床： X52K立式銑床 由[3] 所列公式 得 查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù) z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 安全系數(shù) K= 其中：為基本安全系數(shù)1.5 為加工性質(zhì)系數(shù)1.1 為刀具鈍化系數(shù)1.1 為斷續(xù)切削系數(shù)1.1 所以 （2）夾緊力的計算 選用夾緊螺釘夾緊機 由 其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取 F=+G G為工件自重 夾緊螺釘：公稱直徑d=8mm，材料45鋼 性能級數(shù)6.8級 螺釘疲勞極限： 極限應力幅： 許用應力幅： 螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應力為 [s]=3.5~4 取[s]=4 得 滿足要求 經(jīng)校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠， 3.3定位誤差分析 一批工件在卡具中定位時，各個工件所占據(jù)的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成誤差，即工件定位時造成的加工表面相對工序基準的誤差。 形成原因有兩個，一是由于定位基準 與設(shè)計基準不重合而造成。二是定位基準與限位基準不重合而造成。 根據(jù)零件圖可知，T=0.28mm， Td=0.25mm，，。 已知孔的形狀公差為0.28，根據(jù)經(jīng)驗公式，易知此結(jié)果符合。 3.4定向鍵與對刀裝置設(shè)計 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。 根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖3.1所示： 圖 3.1 夾具體槽形與螺釘圖 根據(jù)T形槽的寬度 a=12mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如下： 表 3-1 定向鍵數(shù)據(jù)表 B L H h D 夾具體槽形尺寸 公稱尺寸 允差d 允差 公稱尺寸 允差D 12 -0.014 -0.045 20 8 3 10 5.7 12 +0.023 3 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。 由于本道工序是用來銑R25孔后端面，所以選用圓形對刀塊。圓形對刀塊的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖3.2所示： 圖 3.2 對刀塊圖 塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如下圖3.3所示： 圖 3.3 平塞尺圖 塞尺尺寸為： 表 3-2 平塞尺尺寸表 公稱尺寸H 允差d C 2 -0.006 0.25 3.5夾具設(shè)計及操作的簡要說明 本夾具的定位基準為R25孔前端面、結(jié)合面和一側(cè)面，其中R25孔前端面作為第一定位基準，與定位塊相配合限制三個自由度，結(jié)合面和側(cè)面作為第二定位基準，與支承板相配合限制兩個自由度，工作共被限制五個自由，Y軸移動的沒被限制，因是加工R25孔后端面，此時那個自由度可以不被限制。夾緊則是兩移動壓板、螺母等組成的夾緊機構(gòu)來實現(xiàn)。裝配圖如下圖所示。 裝配圖 總 結(jié) 設(shè)計即將結(jié)束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設(shè)計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結(jié)合進行實實在在的設(shè)計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設(shè)計的步驟和要領(lǐng)，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設(shè)計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入設(shè)計打下了好的基礎(chǔ)。 設(shè)計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結(jié)合。因此同學們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了好多，也非常珍惜學院給我們的這次設(shè)計的機會，它將是我們畢業(yè)設(shè)計完成的更出色的關(guān)鍵一步。 致 謝 這次設(shè)計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎(chǔ)。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經(jīng)驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向. 這次設(shè)計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下他的休息時間，耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題，他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，他都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，他不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 參 考 文 獻 [1]柯建宏，饒錫新，王慶霞，等.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計[M].武漢：華中科技大學出版社，2008 [2]昆明理工大學.機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計[C]//陳關(guān)龍，吳昌林.中國機械工程專業(yè)課程設(shè)計改革案例集.北京：清華大學出版社，1991. [3]孟少農(nóng).機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1991. [4]蔡蘭.機械零件工藝性手冊[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2007. [5]黃如龍，汪群.金屬加工工藝及工裝設(shè)計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006. [6]成大先.機械設(shè)計手冊：單行版.常用設(shè)計資料[M].5版.北京：化學工業(yè)出版社，2010. [7]王先逵.機械加工工藝手冊[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2007. 17 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院，佐治亞理工學院，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，進而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應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計算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當出現(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，其算法的應用沒有討論機械加工刀具路徑負載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學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靜態(tài)負載。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?shù)刈幼鴺讼登芯€和法線方向的接觸剛度 第 18 頁 共 15 頁 圖1 彈簧夾具—— 工件接觸模型。 表示在第i個 接觸處的坐標系 （j=x，y，z）是對應沿著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的R2值認定是0.94。 2．夾緊力優(yōu)化 我們的目標是確定最優(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荷引起的彈性變形，同時保持在準靜態(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)這個目標是通過制定一個多目標約束優(yōu)化問題的問題，如下描述。 2.1 目標函數(shù)配方 工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊輪換往往是相當小[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準。 但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差。當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[15，23]的原則求解彈性力學接觸問題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應的定位反應是“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)化的第二個目標函數(shù)，并給出： 最小化 （10） 其中代表機構(gòu)的彈性變形應變能互補，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）多目標優(yōu)化問題可以通過求解約束[24]。這種方法將確定的目標作為首要職能之一，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測精度和，有參考文獻[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，相應的夾緊力和最佳的加工負荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計算負擔，并要求為選擇的夾緊力提供標準， 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)的進給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項工作中，四個載體負載適用于同一位置，（但不是同時）對工件進行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對應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荷載體，(C=1，2，…C)是每個相應的夾具在第i個樣本點和第j負荷情況下力的大小。是計算每個負載點之后的結(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，準靜態(tài)加工負荷應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，坐標變換定理可以用來表達在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21) 其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標系和是一個旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標系的定位坐標系。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荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標系第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．應用于工件負載準靜態(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。使用伊利諾伊大學開發(fā)EMSIM程序[參考文獻26] 對加工瞬時銑削力條件進行了計算，如表2給出例（1），應用工件在點（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載載體最后的夾緊力和負載。 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用于銑削負載到工件，他應用于工件銑削負載一個序列。最佳的夾緊力，，對應列表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，則夾緊力需相應設(shè)置，有比相當大的加權(quán)范數(shù)。故是一個完整的刀具路徑改進方案。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的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應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，剛度和阻尼效應在確定工件夾具系統(tǒng)的響應特性具有重要作用。 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，制造科學與工程雜志 ：1996 318-324頁。 3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“負載對表面平整度的影響”工件夾具制造科學研討會論文集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用有限元分析和數(shù)學優(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)學算法：分析和合成》，美國ASME，工程學報工業(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——最大負荷標準》 美國ASME，工業(yè)工程雜志 ：1994 13、E. C. DeMeter .《加工夾具最大負荷的性能優(yōu)化模型》 美國ASME，工業(yè)工程雜志 1995。 14、JH復和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,《應力能量方法分析》，1977。 16、M. J. Hockenberger and E. C. DeMeter. 對工件準靜態(tài)分析功能位移在加工夾具的應用程序，制造科學雜志與工程： 325–331頁, 1996。