LX-31軸承蓋零件機械加工工藝規(guī)程及鏜Φ120孔夾具設(shè)計【含4張CAD圖紙】

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Mechanical manufacturing technology foundation course design, is already machinery manufacturing technology and equipment for the design of content. Namely in the given a medium-sized complex degree of small and medium-sized machinery parts as the object, in determining the blank casts manufacturing technology, on the basis of compiling the machining process planning, and one process machine special fixture design. 1.軸承蓋的工藝性分析71.1軸承蓋用途71.2軸承蓋的技術(shù)要求81.3 確定軸承蓋生產(chǎn)類型82.軸承蓋的機械加工工藝規(guī)程設(shè)計92.1確定毛坯、繪制毛坯圖92.1.1 選擇毛坯92.1.2 確定毛坯尺寸和機械加工余量92.1.3 繪制軸承蓋鑄件毛坯圖102.2擬定軸承蓋工藝路線112.2.1 選擇定位基準112.2.2 表面加工方法的確定122.2.3 加工階段的劃分122.2.4 工序的集中于分散132.2.5 工序順序的安排132.2.6 確定工藝路線132.3機械加工余量、工序尺寸及公差的確定142.3.1圓柱表面工序尺寸：142.3.2平面工序尺寸：152.3.3孔加工工序尺寸:152.3.4其他尺寸直接鑄造得到152.4 確定切削用量152.4.1 對鉆26mm的內(nèi)孔的切削用量的確定：152.4.2 對擴26mm內(nèi)孔的切削用量的確定：152.4.3 對粗鉸26mm的內(nèi)孔的切削用量的確定：162.4.4 對精鉸26mm的內(nèi)孔的切削用量的確定：162.5 確定時間定額162.5.1 時間額定的計算：162.5.2 輔助時間計算：172.5.3 其他時間計算：172.5.4 單件時間計算：173.加工26孔工序的專用機床夾具設(shè)計183.1問題的提出183.2夾具設(shè)計183.2.1定位基準的選擇183.2.2、夾具設(shè)計及操作的簡要說明183.2.3確定導向裝置193.3夾緊裝置的設(shè)計193.3.1夾緊裝置的組成和要求193.3.2夾緊力的計算193.4夾具體的設(shè)計193.4.1夾具體的材料193.4.2夾具體的外形尺寸203.4.3夾具體的排屑措施203.4.4夾具體定位誤差分析224.方案的綜合評價與結(jié)論225.體會與展望236.參考文獻251.軸承蓋的工藝性分析1.1軸承蓋用途軸承蓋的主要作用是軸承外圈的軸向定位；防塵和密封，除它本身可以防塵和密封外，它常和密封件配合以達到密封的作用。還能在一定程度上防止?jié)L動體保持架等易損件受外力作用而損壞。軸承蓋零件圖如圖1.1所示。圖1.1 軸承蓋零件圖1.2軸承蓋的技術(shù)要求零件的材料為HT150，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削,零件的主要技術(shù)要求分析如下：(1).由零件圖可知，零件的底座底面、內(nèi)孔、端面及軸承座的頂面有粗糙度要求，其余的表面精度要求并不高，也就是說其余的表面不需要加工，只需按照鑄造時的精度即可。底座底面的精度為Ra6.3、內(nèi)孔、端面及內(nèi)孔的精度要求均為Ra12.5。軸承座在工作時，靜力平衡。(2).鑄件要求不能有砂眼、疏松等缺陷，以保證零件的強度、硬度及疲勞度，在靜力的作用下，不至于發(fā)生意外事故。表1 軸承蓋零件技術(shù)要求表加工表面尺寸及偏差mm公差mm及精度等級表面粗糙度Ra m形位公差mm軸承蓋前后端面IT1212.5軸承蓋孔內(nèi)表面 IT103.226mm固定孔26 IT1212.5 54mm凸臺端面4IT103.2軸承蓋兩側(cè)階梯下表面80IT116.3軸承蓋中心50mm凸臺端面120IT1212.5軸承蓋左右兩側(cè)階梯側(cè)表面IT103.2/0.06A 軸承蓋下端面120IT116.31.3 確定軸承蓋生產(chǎn)類型已知此軸承蓋零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批或大批生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設(shè)備以通用設(shè)備為主，大量采用專用工裝。2.軸承蓋的機械加工工藝規(guī)程設(shè)計2.1確定毛坯、繪制毛坯圖2.1.1 選擇毛坯零件材料為HT150。考慮零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇木摸手工砂型鑄件毛坯。參閱機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導書表2-1，選用鑄件尺寸公差等級為CT-12。選用鑄件尺寸公差等級為CT-10。這對提高生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量有幫助。此外為消除殘余應力還應安排人工時效。2.1.2 確定毛坯尺寸和機械加工余量參閱機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導書表2-4，選用加工余量為RMA-H級，并查表2.2-4確定各個加工面的鑄件機械加工余量，鑄件的分型面的選用及加工余量。 表2 軸承蓋鑄造毛坯尺寸公差及機械加工余量項目機械加工余量/mm尺寸公差/mm毛坯尺寸/mm備注軸承蓋前后端面3166軸承蓋孔內(nèi)表面4 11226mm固定孔426 1854mm凸臺端面448軸承蓋兩側(cè)階梯下表面38083軸承蓋中心50mm凸臺端面3120123軸承蓋左右兩側(cè)階梯側(cè)表面4178軸承蓋下端面41201242.1.3 繪制軸承蓋鑄件毛坯圖由表2所得結(jié)果，繪制毛坯圖如圖2.1所示。圖2.1軸承蓋毛坯圖2.2擬定軸承蓋工藝路線2.2.1 選擇定位基準根據(jù)零件圖紙及零件的使用情況分析，知50的圓柱，軸承蓋外端面、26的孔均需正確定位才能保證。故對基準的選擇應予以分析。（1）粗基準的選擇 按照粗基準的選擇原則為保證不加工表面和加工表面的位置要求，應選擇不加工表面為粗基準。根據(jù)零件圖所示，故應選軸承蓋下表面為粗基準.(2 )精基準的選擇考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以粗加工后的底面為主要的定位精基準，即以軸承蓋的下底面為精基準。2.2.2 表面加工方法的確定根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。參閱機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導書表1-7、表1-8，確定加工件個表面的加工方法，如表3所示。表3 軸承蓋零件各表面加工方案項目尺寸精度等級表面粗糙度Ra m加工方案備注軸承蓋前后端面IT1212.5粗銑表1-8軸承蓋孔內(nèi)表面IT103.2粗鏜半精鏜精鏜表1-726mm固定孔IT1212.5鉆、擴、鉸表1-754mm凸臺端面IT103.2粗銑半精銑表1-8軸承蓋兩側(cè)階梯下表面IT116.3粗銑半精銑表1-8軸承蓋中心50mm凸臺端面IT1212.5粗銑表1-8軸承蓋左右兩側(cè)階梯側(cè)表面IT103.2粗銑精銑表1-8軸承蓋下端面IT116.3粗銑半精銑表1-82.2.3 加工階段的劃分該壓緊蓋的加工精度要求較高，可將加工階段劃分成粗加工和半精加工兩個階段。在粗加工階段，首先將精基準準備好，使后續(xù)工序都可以采用精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求；在半精加工階段，完成端面的加工，完成孔的鉆加工。2.2.4 工序的集中于分散選用工序集中的原則安排軸承蓋的加工工序。該軸承蓋的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工具、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多加工表面，有利于保證各加工表面之間的相對位置精度要求。2.2.5 工序順序的安排機械加工工序：1.遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，再安排精加工工序。2.遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準。3.遵循“先主后次”原則，先加工主要表面壓緊蓋的右端面和26mm孔，后加工次要表面。4.遵循“先面后孔”原則，先加工壓緊蓋端面，再加工26mm孔。2.2.6 確定工藝路線在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)，表4列出了軸承蓋的工藝路線方案。表4 軸承蓋零件工藝路線及設(shè)備、工裝的選用工序號工序名稱機床設(shè)備刀具量具1鑄造2時效處理3粗銑、半精銑54mm凸臺端面立式銑床X51銑刀千分尺4銑軸承蓋中心50mm凸臺端面立式銑床X51銑刀千分尺5鉆、擴、鉸26mm孔立式鉆床Z535麻花鉆，擴孔鉆，鉸刀千分尺6粗銑半精銑軸承蓋下端面立式銑床X51銑刀千分尺7粗銑、精銑軸承蓋軸承蓋左右兩側(cè)階梯側(cè)表面立式銑床X51銑刀千分尺8粗銑、半精銑軸承蓋兩側(cè)階梯下表面立式銑床X51銑刀千分尺9粗鏜、半精鏜、精鏜軸承蓋孔內(nèi)表面立式銑床X51鏜刀千分尺10銑軸承該前后端面立式銑床X51銑刀千分尺11清洗12終檢2.3機械加工余量、工序尺寸及公差的確定2.3.1圓柱表面工序尺寸：54mm凸臺端面的加工余量為4,粗刨3,精刨1;軸承蓋中心50mm凸臺端面的加工余量為3,粗刨3;2.3.2平面工序尺寸：軸承蓋下端面的加工余量為4,粗刨3,精刨1;軸承蓋前后端面的加工余量為3, 粗刨3.軸承蓋兩側(cè)階梯下表面3mm軸承蓋左右兩側(cè)階梯側(cè)表面4mm2.3.3孔加工工序尺寸:軸承蓋孔內(nèi)表面的加工余量為4,粗鏜2,半精鏜1.3,精鏜0.7; 26mm固定孔的加工余量為4,鉆2，擴1，鉸1。2.3.4其他尺寸直接鑄造得到 由于本設(shè)計規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn)，應該采取調(diào)整加工。因此在計算最大，最小加工余量時應按調(diào)整法加工方式予以確認。2.4 確定切削用量2.4.1 對鉆26mm的內(nèi)孔的切削用量的確定：1）背吃刀量的確定 取=14mm。2）進給量的確定 查指導書表5-22，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量=0.25mm/r。3）切削速度的計算 查指導書表5-22。，按工件材料為HT200選取，切削速度=15m/min。由公式，可球的該工序鉆頭轉(zhuǎn)速，參照指導書表4-9系列Z535型立式鉆床，取轉(zhuǎn)速，再將次轉(zhuǎn)速代入=17.584m/min2.4.2 對擴26mm內(nèi)孔的切削用量的確定：1）背吃刀量的確定 取=1.85mm。2）進給量的確定 查指導書表5-23，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量=0.7mm/r。3）切削速度的計算 查指導書表5-24。，按工件材料為HT200選取，切削速度=95m/min。由公式，可球的該工序鉆頭轉(zhuǎn)速，參照指導書表4-9系列Z535型立式鉆床，取轉(zhuǎn)速，再將次轉(zhuǎn)速代入=54.75m/min2.4.3 對粗鉸26mm的內(nèi)孔的切削用量的確定：1）背吃刀量的確定 取=0.1mm。2）進給量的確定 查指導書表5-31，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量=0.5mm/r。3）切削速度的計算 查指導書表5-31。，按工件材料為HT200選取，切削速度=4m/min。由公式，可球的該工序鉆頭轉(zhuǎn)速，參照指導書表4-9系列Z535型立式鉆床，取轉(zhuǎn)速，再將次轉(zhuǎn)速代入=5m/min2.4.4 對精鉸26mm的內(nèi)孔的切削用量的確定：1）背吃刀量的確定 取=0.05mm。2）進給量的確定 查指導書表5-22，選取該公布的每轉(zhuǎn)進給量 =0. 5mm/r。3）切削速度的計算 查指導書表5-22。，按工件材料為HT200選取，切削速度=6m/min。由公式，可球的該工序鉆頭轉(zhuǎn)速，參照指導書表4-9系列Z535型立式鉆床，取轉(zhuǎn)速，再將次轉(zhuǎn)速代入=6.6m/min2.5 確定時間定額2.5.1 時間額定的計算：1）鉆孔工步 根據(jù)指導書表5-41，鉆孔的基本事件可由公式求得，其中，；=0.25mm/r；，代入公式，求得。2）擴孔工步根據(jù)指導書表5-41，鉆孔的基本事件可由公式求得，其中，；=0.7mm/r；，代入公式，求得。3）粗鉸工步 根據(jù)指導書表5-41，鉆孔的基本事件可由公式求得，其中，由指導書表5-42；按，條件查得，=0.5mm/r；，代入公式，求得。4）精鉸工步 根據(jù)指導書表5-41，鉆孔的基本事件可由公式求得，其中，由指導書表5-42；按，條件查得，=0.5mm/r；，代入公式，求得。2.5.2 輔助時間計算：1）鉆孔工步輔助時間2）擴孔工步輔助時間3）粗鉸工步輔助時間4）精鉸工步輔助時間2.5.3 其他時間計算：1）鉆孔工步其他時間2）擴孔工步其他時間3）粗鉸工步其他時間4）精鉸工步其他時間2.5.4 單件時間計算：1）鉆孔工步其他時間2）擴孔工步其他時間3）粗鉸工步其他時間4）精鉸工步其他時間單件時間3.加工26孔工序的專用機床夾具設(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。本夾具設(shè)計用于26孔的鉆、擴加工，適用于Z525型號立式鉆床（組合鉆床），加工所用道具有麻花鉆，擴孔鉆，鉸刀。3.1問題的提出本夾具主要用來加工26孔,在本工序加工時還應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，而其位置尺寸為自由公差，精度不是主要問題。3.2夾具設(shè)計3.2.1定位基準的選擇本道工序為鉆26孔，本夾具用階梯面4個支撐釘限制工件3個自由度，用側(cè)面2個支撐釘限制工件2個自由度，在夾具體上安裝一個定位銷于中心限制工件最后一個自由度，這樣工件空間6個自由度都已經(jīng)限制完畢，可以開始夾緊，加工工件。3.2.2、夾具設(shè)計及操作的簡要說明如前所述，在設(shè)計夾具時，應該考慮提高勞動生產(chǎn)率。為此，設(shè)計采用了快換裝置。拆卸時，松開壓板，轉(zhuǎn)動鉆套板，即可取下工件，實現(xiàn)工件的快換。3.2.3確定導向裝置加工26內(nèi)孔時需要導向元件為鉆套。因為該孔的精度較高，所以需要多到工序進行加工。在鉆孔后要擴孔，粗鉸，精鉸。所以需要經(jīng)常更換鉆套，所以采用快換鉆套。鉆套軸線在夾具上的位置與加工的孔軸線重合。具體標注見夾具裝配圖，如圖3。3.3夾緊裝置的設(shè)計3.3.1夾緊裝置的組成和要求夾緊裝置有三部分組成。1、動力裝置，本夾具采用氣缸施加夾緊力。2、夾緊元件，本夾具采用壓板夾緊。3、中間傳動機構(gòu)，本夾具采用楔式鉸鏈機構(gòu)傳動。本夾具通過壓板擠壓工價連接板右端面來實現(xiàn)工件的夾緊。具體見夾具裝配圖，如圖3。3.3.2夾緊力的計算本夾具夾緊力方向與切削力方向一致，查指導書10-1，知，本夾具僅需要較小的夾緊力來防止工件在加工過程中產(chǎn)生的震動和轉(zhuǎn)動即可。3.4夾具體的設(shè)計3.4.1夾具體的材料因為鑄造的工藝性良好，幾乎不受零件大小、形狀、重量和結(jié)構(gòu)復雜程度的限制；并且，鑄造夾具體的吸振性良好，可減小或避免其受力而產(chǎn)生的震動；另外，鑄造夾具體承受抗壓能力大，可承受切削力、夾緊力等力的作用。所以，本工件采用鑄造工藝，材料選為，HT150，并進行時效處理，來消除內(nèi)應力。3.4.2夾具體的外形尺寸夾具體制造屬于單件生產(chǎn)，可以按照類似結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗類比的方法確定結(jié)構(gòu)尺寸，查指導書表11-1，得：夾具體壁厚h?。?20mm；加強肋厚度：10mm；夾具體壁與壁連接的鑄造圓角取： 1/5(15mm+15mm)=6mm夾具體座耳的結(jié)構(gòu)見夾具體裝配圖 ，其螺栓直徑取：10mm3.4.3夾具體的排屑措施因為夾具體上與連接板配合的面是在夾具上的凸臺面，所以在夾具體與工價之間存在一定間隙，通過該間隙就可以使切屑方便的排出，也就不用在另行設(shè)計和考慮排屑的問題了。具體形狀見夾具體零件圖如圖3.1所示，裝配圖如圖3.2所示。圖3.1 軸承蓋夾具體零件圖圖3.2 軸承蓋夾具裝配圖3.4.4夾具體定位誤差分析本夾具定位基準與工序基準重合，故無基準不重合誤差。工價余夾具配合面較光整，故無定位副造成的不準確誤差。4.方案的綜合評價與結(jié)論由于軸承蓋的加工精度要求較高，要通過較高精加工才能達到進度要求。在夾具的設(shè)計的過程中符和夾具的工作過程，在定位時對工件的自由度有這合適的限制，即沒有欠定位，也沒有過定位。工件的夾緊機構(gòu)采用楔式鉸鏈機構(gòu)，其主要特點為結(jié)構(gòu)簡單，夾緊可靠。通過導向裝置夾具與工件的對中性較好，且設(shè)計夾具的零件大多為標準件，使其提高了零件的互換性。也有利于夾具體的調(diào)整與修配。從而能保證零件的加工精度。綜上所述，該夾具能滿足對零件的孔加工要求。但在設(shè)計中難免有些缺點和不足，希望老師能提出批評和指正。5.體會與展望三個星期的課程設(shè)計的過程中學到了一些除技能以外的其他東西,領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì),更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機制,最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化.在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。通過這次課程設(shè)計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 在這次課程設(shè)計中也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。 不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。 通過機械制造課程設(shè)計的過程，了解并認識一般機器零件的生產(chǎn)工藝過程，鞏固和加深已學過的技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的知識，理論聯(lián)系實際，對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，初步具有設(shè)計中等難度的零件加工工藝以及設(shè)計夾具的能力，為今后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)，并且為后續(xù)課程的學習大好基礎(chǔ)。在此要感謝我們的指導老師孫老師對我們悉心的指導，感謝老師們給我的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。6.參考文獻1機床夾具設(shè)計（第二版） 肖繼德、陳寧平主編 機械工業(yè)出版社 2000.52機床夾具的現(xiàn)代設(shè)計方法 秦國華、張衛(wèi)紅主編 航空工業(yè)出版社 2006.113機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 黃健求主編 機械工業(yè)出版社 2005.114機床夾具設(shè)計 秦寶榮主編 中國建材工業(yè)出版社 1998.25機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南 崇凱主編 化學工業(yè)出版社 2007.26機械制造與模具制造工藝學 陳國香主編 情話大學出版社 2006.57機械精度設(shè)計與檢測技術(shù) 李彩霞主編 上海交通大學出版社 2006.18機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 方子良主編 上海交通大學出版社 2005.1 9敏捷夾具設(shè)計理論及應用 武良臣、郭培紅等主編 煤炭工業(yè)出版社 2003.910機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導 孫麗媛 冶金工業(yè)出版社 2002.1211機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導教程 鄒青主編 機械工業(yè)出版社 2004.8第3章 鏜120孔夾具設(shè)計3.1 研究原始質(zhì)料利用本夾具主要用來加工鏜120孔夾具設(shè)計，加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。3.2 設(shè)計要求在對工件進行機械加工時，為了保證加工的要求，首先要使工件相對道具及機床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動。因此，在進行機械加工前，先要將工件裝夾好。機床夾具的組成 1、定位裝置 其作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。2、夾緊裝置 其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力（切削力等）作用時不離開已經(jīng)占據(jù)的正確的正確位置。3、對刀或?qū)蜓b置 其作用是確定刀具相對定位元件的正確位置。4、連接原件 其作用是確定夾具在機床上的正確位置。5、夾具體 夾具體是機床夾具的基礎(chǔ)件，通過它將夾具的所有元件連接成一個整體。6、其他元件或裝置 是指家家具中因特殊需要而設(shè)置的元件或裝置。根據(jù)加工需要，有些夾具上設(shè)置分度裝置、靠模裝置；為能方便、準確定位，常設(shè)置預定位裝置；對于大型夾具，常設(shè)置吊裝元件等。以上各組成部分中，定位元件、夾緊裝置和夾具體是機床夾具的基礎(chǔ)組成部分。機床的分類機床夾具種類繁多，可以從不同的角度對機床夾具進行分類。按夾具的使用特點可分為：通用夾具，專用夾具，可調(diào)夾具，組合夾具，拼裝夾具。按使用機床可分為：車床夾具，銑床夾具，鉆床夾具，鏜床夾具，齒輪機床夾具，數(shù)控機床夾具，自動機床夾具，自動線隨行夾具以及其他機床夾具。3.3 夾具的組成(1) 定位元件 夾具上的圓柱銷5、菱形銷9和支承板4都是定位元件，通過它們使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。(2) 夾緊裝置 夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力(切削力等)作用時不離開已經(jīng)占據(jù)的正確位置。圖3-3中的螺桿8(與圓柱銷合成一個零件)、螺母7和開口墊圈6就起到了上述作用。(3) 對刀或?qū)蜓b置 對刀或?qū)蜓b置用于確定刀具相對于定位元件的正確位置。如圖3-3中鉆套l和鉆模板2組成導向裝置，確定了鉆頭軸線相對定位元件的正確位置。銑床夾具上的對刀塊和塞 尺為對刀裝置。 (4) 連接元件 連接元件是確定夾具在機床上正確位置的元件。如圖3-3中夾具體3的底面為安裝基面，保證了鉆套1的軸線垂直于鉆床工作臺以及圓柱銷5的軸線平行于鉆床工作臺。因此，夾具體可兼作連接元件。車床夾具上的過渡盤、銑床夾具上的定位鍵都是連接元件。 (5) 夾具體 夾具體是機床夾具的基礎(chǔ)件，如圖3-3中的件3，通過它將夾具的所有元件連接成一個整體。 (6) 其它裝置或元件 它們是指夾具中因特殊需要而設(shè)置的裝置或元件。3.4 夾具的分類和作用（1）按專業(yè)程度劃分1）通用夾具 通用夾具是指已經(jīng)標準化的，在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。例如，車床上三爪卡盤和四爪單動卡盤，銑床上的平口鉗、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等。這類夾具一般由專業(yè)工廠生產(chǎn)，常作為機床附件提供給用戶。其特點是適應性廣，生產(chǎn)效率低，主要適用于單件、小批量的生產(chǎn)中。 2）專用夾具 專用夾具是指專為某一工件的某道工序而專門設(shè)計的夾具。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便、省力，可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率，但設(shè)計制造周期較長、制造費用也較高。當產(chǎn)品變更時，夾具將由于無法再使用而報廢。只適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。 3）通用可調(diào)夾具和成組夾具 其特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應不同零件的加工。用于相似零件的成組加工所用的夾具，稱為成組夾具。通用可調(diào)夾具與成組夾具相比，加工對象不很明確，適用范圍更廣一些。 4）組合夾具 組合夾具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的標準元件和部件組裝而成的夾具。由專業(yè)廠家制造，其特點是靈活多變，萬能性強，制造周期短、元件能反復使用，特別適用于新產(chǎn)品的試制和單件小批生產(chǎn)。 5）隨行夾具 隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具。該夾具既要起到裝夾工件的作用，又要與工件成為一體沿著自動線從一個工位移到下一個工位，進行不同工序的加工。 （2）按使用的機床分類由于各類機床自身工作特點和結(jié)構(gòu)形式各不相同，對所用夾具的結(jié)構(gòu)也相應地提出了不同的要求。按所使用的機床不同，夾具又可分為：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具和其他機床夾具等。 （3）按夾緊動力源分類根據(jù)夾具所采用的夾緊動力源不同，可分為：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等。夾具的作用：1縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率夾具的使用一般包括兩個過程：其一是夾具本身在機床上的安裝和調(diào)整，這個過程主要是依靠夾具自身的定向鍵、對刀塊來快速實現(xiàn)，或者通過找正、試切等方法來實現(xiàn)，但速度稍慢；其二是被加工工件在夾具中的安裝，這個過程由于采用了專用的定位裝置(如V形塊等)，因此能迅速實現(xiàn)。2確保并穩(wěn)定加I精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量 加工過程中，工件與刀具的相對位置容易得到保證，并且不受各種主觀因素的影響，因而工件的加工精度穩(wěn)定可靠。 3降低對操作工人的技術(shù)要求和工人的勞動強 由于多數(shù)專用夾具的夾緊裝置只需廠人操縱按鈕、手柄即可實現(xiàn)對工件的夾緊，這在很大程度上減少了工人找正和調(diào)整工件的時間與難度，或者根本不需要找正和調(diào)整，所以，這些專用夾具的使用降低了對工人的技術(shù)要求并減輕了工人的勞動強度。按夾緊的動力源可分為：手動夾具，氣動夾具，液壓夾具，氣液增力夾具，電磁夾具以及真空夾具等。工件的裝夾方法工件裝夾的方法有兩種：將工件直接裝夾在機床的工作臺或花盤上將工件裝夾在家具上采用第一種方法裝夾的效率低，一般要求先按圖紙要求在工件的表面上劃線，劃出加工表面的尺寸和位置，裝夾時，用劃針或面分表找正后再夾緊。一般用于單件和小批生產(chǎn)。批量較大時，都采用夾具裝夾工件。采用夾具裝夾工件有如下優(yōu)點：a、保證加工精度，穩(wěn)定加工質(zhì)量b、縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率c、擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)“一機多能”d、改善工人的勞動條件，降低生產(chǎn)成本本夾具無嚴格的技術(shù)要求，因此，應主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，精度不是主要考慮的問題。3.5 定位、夾緊方案的選擇由零件圖可知：在對加工軸承孔夾具設(shè)計行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，底面孔進行了鉆、擴加工。因此，定位、夾緊方案有：選一面兩銷定位方式，工藝孔用短圓柱銷，用棱形銷定位，夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi)，采用一面兩銷的定位方式，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。一面即底平面。3.6 切削力及夾緊力的計算鏜刀材料：（硬質(zhì)合金鏜刀）刀具的幾何參數(shù)： 由參考文獻5查表可得：圓周切削分力公式： 式中 查5表得： 查5表 取 由表可得參數(shù)： 即：同理：徑向切削分力公式 ： 式中參數(shù)： 即：軸向切削分力公式 ： 式中參數(shù)： 即：根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：安全系數(shù)K可按下式計算有：式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻5表可得： 所以有： 該孔的設(shè)計基準為中心軸，故以回轉(zhuǎn)面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則；參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力之間的關(guān)系F夾KF軸向力：F夾KF （N）扭距：Nm在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)實際所需夾緊力：由參考文獻16機床夾具設(shè)計手冊表得： 安全系數(shù)K可按下式計算，由式（2.5）有：式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻16機床夾具設(shè)計手冊表 可得： 所以 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機構(gòu)。由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。夾緊力的確定夾緊力方向的確定夾緊力應朝向主要的定位基面。夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。(1) 夾緊力作用點的選擇 a. 夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)。 b. 夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位上，這樣可以防止或減少工件變形變形對加工精度的影響。c. 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。(3)夾緊力大小的估算理論上確定夾緊力的大小，必須知道加工過程中，工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等，然后利用夾緊力的作用應與上述各力的作用平衡而計算出。但實際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復雜的問題，只能進行粗略的估算。估算的方法：一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力；二是只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響。估算的步驟：a.建立理論夾緊力FJ理與主要最大切削力FP的靜平衡方程：FJ理= (FP)。b.實際需要的夾緊力FJ需，應考慮安全系數(shù)，F(xiàn)J需=KFJ理。c.校核夾緊機構(gòu)的夾緊力FJ是否滿足條件：FJFJ需。夾具的夾緊裝置和定位裝置1 2夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。僅僅定好位在大多數(shù)場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設(shè)置相應的夾緊裝置對工件進行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務。夾緊裝置的基本任務是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機構(gòu)即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務的部分。他包括中間遞力機構(gòu)和夾緊元件。考慮到機床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。螺旋夾緊機構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構(gòu)組成復合夾緊機構(gòu)來夾緊工件。是應用最廣泛的一種夾緊機構(gòu)。螺旋夾緊機構(gòu)中所用的螺旋，實際上相當于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。典型的螺旋夾緊機構(gòu)的特點：（1）結(jié)構(gòu)簡單；（2）擴力比大；（3）自瑣性能好；（4）行程不受限制；（5）夾緊動作慢。夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn)，通過螺栓夾緊移動壓板，實現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現(xiàn)工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規(guī)定位置上。查參考文獻51226可知螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有：式中參數(shù)由參考文獻5可查得： 其中： 螺旋夾緊力：該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu)， 由上述計算易得： 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。3.7 誤差分析與計算該夾具以一面兩銷定位，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。與機床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示： 由參考文獻5可得： 兩定位銷的定位誤差 ： 其中：， 夾緊誤差 ： 其中接觸變形位移值： 查5表1215有。 磨損造成的加工誤差：通常不超過 夾具相對刀具位置誤差：取誤差總和：從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。3.8 夾具設(shè)計及操作的簡要說明為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構(gòu)）。這類夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進行調(diào)整換取。10夾具夾緊力的優(yōu)化及對工件定位精度的影響B(tài).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 11 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 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。12 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=1，2L）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61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108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. 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