軸承座工藝和鉆25孔夾具設(shè)計【K145】【含圖紙及及檔全套】

喜歡就充值下載吧，，資源目錄下展示的全都有，，下載后全都有，所見即所得，歡迎充值購買哦======================喜歡就充值下載吧，，資源目錄下展示的全都有，，下載后全都有，所見即所得，歡迎充值購買哦======================喜歡就充值下載吧，，資源目錄下展示的全都有，，下載后全都有，所見即所得，歡迎充值購買哦====================== 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸承座 共 1 頁 第 1 頁 材 料 牌 號 35 毛 坯 種 類 鍛件 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 1 每 臺 件 數(shù) 1 備 注 工序 號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 01 備料 鍛造 02 熱處理 調(diào)質(zhì)處理 03 銑 粗銑、半精銑、精銑基準面A 金工 X51 端銑刀、游標卡尺 04 鉆 鉆4-Φ7孔，擴4-Φ7孔至Φ11孔深7 金工 Z3025 麻花鉆、擴孔鉆、游標卡尺 05 銑 粗銑、半精銑、精銑Φ25孔端面 金工 X51 立銑刀、游標卡尺 06 鉆 擴Φ23孔至Φ24.8，鉸Φ24.8孔至Φ25 金工 Z525 擴孔鉆、鉸刀、游標卡尺 07 鉆 配作2-Φ4H7銷孔 金工 Z525 麻花鉆、游標卡尺 08 去毛刺 去毛刺 鉗工 09 質(zhì)檢 檢驗至圖紙要求 10 入庫 入庫 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院（東方科技學(xué)院） 課程設(shè)計說明書 課程名稱： 軸承座的工藝設(shè)計 題目名稱： 班 級：20 級 專業(yè) 班 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 評定成績： 教師評語： 指導(dǎo)老師簽名： 20 年 月 日 摘要 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型；分析產(chǎn)品裝配圖，對零件圖樣進行審查；確定毛坯的種類、形狀、尺寸及精度；擬定工藝路線（劃分工藝過程的級成、選擇定位基準、選擇零件表面的加工方法、安排加工順序、選擇機床設(shè)備等）；進行工序設(shè)計（確定各工序余量、切削用量、工序尺寸及公差，選擇工藝裝備，計算時間定額等）；確定工序的技術(shù)要求及檢驗方法，填寫工藝文件。 根據(jù)生產(chǎn)、技術(shù)條件和對產(chǎn)品的使用要求，從工藝的角度出發(fā)，對零件圖樣進行如下 內(nèi)容的審查：零件圖樣的視圖、尺寸、公差和技術(shù)要求的完整性與正確性；加工要求的合理 性；零件結(jié)構(gòu)的工藝性等。 關(guān)鍵詞：工序，工藝，工序余量，公差 Abstract Calculations of the production program, determine the type of production; analysis of product assembly drawing, the drawings are reviewed; rough determine the type, shape, size and precision; the proposed process route ( dividing the process into the locating datum, choose, select parts of the surface processing methods, processing order of arrangement, selection of machine tools and other equipment ); working procedure design ( the process of determining residual, cutting dosage, process dimension and tolerance, selection of process equipment, computing time quota ); determine process technical requirement and test method of process documents, fill in. According to the production, technical conditions and the use of the product requirements, from the technology point of view, the part drawings for the following review: drawings view, size, tolerance and technology request of completeness and correctness; processing requirements of the reasonable parts as well as the technology of structure. Keyword: Process, process, procedure allowance, tolerance 2 目錄 第1章 前言 1 第2章 零件的工藝分析…………………………………………………………………………………2 2.1 零件的工藝分析………………………………………………………………………………2 2.2 確定毛坯的制造形式…………………………………………………………………………2 第3章 擬定軸承座的工藝路線 ………………………………………………………………………4 3.1 定位基準的選擇………………………………………………………………………………4 3.1.1 粗基準的選擇 …………………………………………………………………………4 3.1.2精基準的選擇 …………………………………………………………………………4 3.2 加工路線的擬定………………………………………………………………………………4 第4章 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 ………………………………………………6 第5章 確定切削用量及基本工時 ……………………………………………………………7 5.1 工序03 粗銑、半精銑、精銑基準面A………………………………………………………7 5.2 工序04鉆4-Φ7孔，擴4-Φ7孔至Φ11孔深7………………………………………7 5.3 工序05粗銑、半精銑、精銑Φ25孔端面 ……………………………………………9 5.4 工序06擴Φ23孔至Φ24.8，鉸Φ24.8孔至Φ25 …………………………………10 5.5 工序07配作2-Φ4H7銷孔 ………………………………………………………………11 結(jié) 論 ………………………………………………………………………………………………12 致 謝 ………………………………………………………………………………………………13 參考文獻 ………………………………………………………………………………………………14 第1章 前言 軸承座在使用過程中以下幾點要特別注意： 　?。?）軸承座冷卻系統(tǒng)的使用。軸承座冷卻水在正確使用的情況下不僅延長軸承座的使用壽命，而且提高生產(chǎn)效率。軸承座的材料一般都是專用的軸承座鋼通過各種處理制作出來的，再好的軸承座鋼也都有它們使用的極限性，就比如溫度。軸承座在使用狀態(tài)下，如果模溫太高，很容易就會使模芯表面早早出現(xiàn)龜裂紋，有的軸承座甚至還沒有超過2000模次龜裂紋就大面積出現(xiàn)。甚至軸承座在生產(chǎn)中因為軸承座溫度太高模芯都變了顏色，經(jīng)過測量甚至達到四百多度，這樣的溫度再遇到脫模劑激冷的狀態(tài)下很容易出現(xiàn)龜裂紋，生產(chǎn)的產(chǎn)品也容易變形，拉傷，粘模等情況出現(xiàn)。在使用軸承座冷卻水的情況下可大大減少脫模劑的使用，這樣操作工就不會利用脫模劑去降低軸承座的溫度了。其好處在于有效延長軸承座壽命，節(jié)省壓鑄周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少粘模和拉傷及粘鋁的情況發(fā)生，減少脫模劑的使用。還能減少因軸承座溫度過熱而造成頂桿和型芯的損耗。 　?。?）軸承座在開始生產(chǎn)的過程中必須對軸承座進行預(yù)熱，防止在冷的軸承座突然遇到熱的金屬液而導(dǎo)致龜裂紋的出現(xiàn)，較復(fù)雜的軸承座可以用噴燈，液化氣，條件好的用模溫機，比較簡單的軸承座可以利用慢壓射預(yù)熱。 　　（3）對軸承座分型面的清理，這一點是很費事的，也是很容易忽視的，操作工應(yīng)用煤油徹底對軸承座分型面清洗一遍，不但能防止軸承座不會被擠傷，而且經(jīng)過清洗，能把軸承座上被脫模劑的殘留物或者其它污垢堵塞的排氣槽打通，有利于壓射過程中型腔內(nèi)氣體的排出提高產(chǎn)品質(zhì)量。 　　（4）如果軸承座配備有中子控制，則注意絕對禁止壓鑄機與軸承座之間的信號線有接頭現(xiàn)象，原因很明確，在日常生產(chǎn)中，很難避免信號線上沾水，或者是接頭包扎的地方容易破，從而造成與機床短接，如果造成信號錯誤，輕則報警自動停機耽誤時間，重則信號紊亂，把軸承座頂壞。造成不必要的損失。行程開關(guān)注意防水　 　　第2章 零件工藝的分析 2.1 零件的工藝分析 零件共有五組加工表面，現(xiàn)分述如下： 1． 基準面A 2． 4-Φ7孔、4-Φ11孔 3． Φ25孔端面 4． Φ25孔 5． 2-Φ4銷孔配作 2.2 確定毛坯的制造形式 鍛造毛坯圖的設(shè)計步驟：閱讀零件圖樣，了解零件材料、結(jié)構(gòu)特點、使用要求；審核零件結(jié)構(gòu)的模鍛工藝性，協(xié)調(diào)基準，工藝凸臺等冷、熱加工工藝要求；選擇鍛造方法和分模位置；繪制圖形，加放余量、確定起模角、圓角、孔腔形狀；校核壁厚。 鍛件技術(shù)條件： 1、鍛件熱處理及硬度要求，測定硬度的位置。 2、需要取樣檢查試件的金相組織和機械性能時，應(yīng)注明取樣位置。 3、未注明的起模角、圓角半徑、尺寸公差。 4、鍛件表面質(zhì)量要求，清理氧化皮方法，表面允許缺陷深度等。 5、鍛件外形允許的偏差，分模面上，上、下模允許的錯差，允許的殘留飛邊寬度，鍛件允許的彎曲和翹曲量，允許的壁厚差等。 6、鍛件質(zhì)量。 7、鍛件內(nèi)在質(zhì)量要求。 8、鍛件檢驗等級及驗收的技術(shù)條件。 9、打印零件號和熔批號的位置等。 第3章 擬定導(dǎo)軌滑座加工的工藝路線 3.1 定位基準的選擇 定位基準分為粗基準、精基準和輔助基準。 3.1.1 粗基準的選擇 粗基準選擇應(yīng)當滿足以下要求： 1）如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面 之間的位置要求，應(yīng)以不加工表面作為粗基準。如果在工件上有很多不需加工的表面，則應(yīng)以其中與加工面位置精度要求較高的表面作粗基準。 2）如果必須首先保證工件某重要表面的加工余量均勻，應(yīng)選擇該表面作精基準。 3）如需保證各加工表面都有足夠的加工余量，應(yīng)選加工余量較小的表面作粗基準。 4）選作粗基準的表面應(yīng)平整，沒有澆口、冒口、飛邊等缺陷，以便定位可靠。 5）粗基準一般只能使用一次，特別是主要定位基準，以免產(chǎn)生較大的位置誤差。 由上及對軸承座的分析可知，選用Φ25孔的毛坯底孔及Φ25孔端面作為定位粗基準。 3.1.2精基準的選擇 精基準選擇應(yīng)當滿足以下要求： 1） 用設(shè)計基準作為定位基準，實現(xiàn)“基準重合”，以免產(chǎn)生基準不重合誤差。 2） 當工件以某一組精基準定位可以較方便地加工很多表面時，應(yīng)盡可能采用此組精基準定位，實現(xiàn)“基準統(tǒng)一”，以免生產(chǎn)基準轉(zhuǎn)換誤差。 3） 當精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時，應(yīng)選擇加工表面本身作為精基準，即遵循“自為基準”原則。該加工表面與其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。 4） 為獲得均勻的加工余量或較高 的位置精度，可遵循“互為基準”、反復(fù)加工的原則。 5） 有多種方案可供選擇時應(yīng)選擇定位準確、穩(wěn)定、夾緊可靠，可使夾具結(jié)構(gòu)簡單的表面作為精基準。 由上及零件圖知，選用基準面A及2-Φ7孔作為定位精基準。 3.2 加工路線的擬定 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 工藝裝備 01 備料 鍛件 02 熱處理 調(diào)質(zhì)處理 03 銑 粗銑、半精銑、精銑基準面A X51 04 鉆 鉆4-Φ7孔，擴4-Φ7孔至Φ11孔深7 Z3025 05 銑 粗銑、半精銑、精銑Φ25孔端面 X51 06 鉆 擴Φ23孔至Φ24.8，鉸Φ24.8孔至Φ25 Z525 07 鉆 配作2-Φ4H7銷孔 Z525 08 去毛刺 去毛刺 09 檢 檢驗至圖紙要求 10 入庫 入庫 第4章 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 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，工序尺寸及毛坯的尺寸如下： 零件材料屬于35，毛坯為鍛件，根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）查表2.2-25及表2.2-24，知工件機械加工余量Z=1.0mm 1.基準面A，表面粗糙度為Ra2.5 um，根據(jù)《工藝手冊》，表2.2-25知，加工余量Z=1.0mm，需要經(jīng)過粗銑——半精銑——精銑方可滿足精度要求。 粗 銑 單邊余量Z=0.7mm 半精銑 單邊余量Z=0.2mm 精 銑 單邊余量Z=0.1mm 2.4-Φ7、4-Φ11孔，根據(jù)《工藝手冊》，表2.2-24知，孔的直徑較小，很難直接鍛造成型，故采用實心鍛造，需經(jīng)鉆——擴二步加工，即可滿足其要求。 鉆 單邊余量2Z=7mm 擴 單邊余量2Z=4mm 3. Φ25孔端面，表面粗糙度為Ra2.5 um，根據(jù)《工藝手冊》，表2.2-25知，加工余量Z=1.0mm，需要經(jīng)過粗銑——半精銑——精銑方可滿足精度要求。 粗 銑 單邊余量Z=0.7mm 半精銑 單邊余量Z=0.2mm 精 銑 單邊余量Z=0.1mm 4.Φ25孔，表面粗糙度為Ra1.25 um，根據(jù)《工藝手冊》，表2.2-24知，根據(jù)《工藝手冊》，表2.2-25知，加工余量Z=1.0mm，經(jīng)過擴——鉸即可滿足其精度要求。 擴 單邊余量2Z=1.8mm 鉸 單邊余量2Z=0.2mm 5. 2-Φ4H7銷孔，根據(jù)《工藝手冊》，表2.2-24知，孔的直徑較小，很難直接鍛造成型，故采用實心鍛造。 第5章 確定切削用量及基本工時 5.1 工序03 銑基準面A （1）加工條件： 工件材料：35 加工要求：銑基準面A 機床：立式銑床X51 刀具：采用端銑刀 量具：游標卡尺 （2）計算銑削用量 1） 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選取＝1300 當＝1300r/min時 按機床標準選取 2） 計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15×0.338=0.051min 其他時間計算： tb+tx=6%×(0.338+0.051)=0.023min 故工序03加工工時： tdj=tm+tf+tb+tx =0.338+0.051+0.023=0.412min 5.2 工序04 鉆4-Φ7孔、擴4-Φ7孔至Φ11深7 （1）加工條件： 工件材料：35 加工要求：鉆4-Φ7孔 機床：搖臂鉆床Z3025 刀具：采用麻花鉆、擴孔鉆 量具：游標卡尺 （2）計算鉆削用量 工步一：鉆孔至Φ7 確定進給量：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-7，當鋼的，時，。由于本零件在加工Φ7孔時屬于低剛度零件，故進給量應(yīng)乘以系數(shù)0.75，則 根據(jù)Z3025機床說明書，現(xiàn)取 切削速度：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度所以 根據(jù)機床說明書，取，故實際切削速度為 切削工時：，，，則機動工時為 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15×0.430=0.065min 其他時間計算： tb+tx=6%×(0.43+0.065)=0.030min 故工步一的加工工時： tdj=tm+tf+tb+tx =0.430+0.065+0.030=0.525min 工步二：擴Φ7孔至Φ11深7 利用鉆頭將孔擴大至，根據(jù)有關(guān)手冊規(guī)定，擴鉆的切削用量可根據(jù)鉆孔的切削用量選取 根據(jù)機床說明書，選取 則主軸轉(zhuǎn)速為，并按鉆床說明書取，實際切削速度為 切削工時：，，，則機動工時為 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15×1.238=0.186min 其他時間計算： tb+tx=6%×(1.238+0.186)=0.085min 故工步二的加工工時： tdj=tm+tf+tb+tx =1.238+0.186+0.085=1.509min 5.3 工序05粗銑、半精銑、精銑Φ25孔端面 （1）加工條件： 工件材料：35 加工要求：粗銑、半精銑、精銑Φ25孔端面 機床：立式銑床X 51 刀具：采用立銑刀 量具：游標卡尺 （2）計算銑削用量 1）每次進給量及切削速度 根據(jù)X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選?。?600 當＝1600r/min時 按機床標準選取 2）工時 切削工時：，，，則機動工時為 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15×0.263=0.039min 其他時間計算： tb+tx=6%×(0.263+0.039)=0.018min 故工序05加工工時： tdj=tm+tf+tb+tx =0.263+0.039+0.018=0.320min 5.4 工序06擴Φ23孔至Φ24.8，鉸Φ24.8孔至Φ25 （1）加工條件： 工件材料：35 加工要求：擴、鉸Φ25孔 機床：立式鉆床Z525 刀具：采用擴孔鉆、鉸刀 量具：游標卡尺 （2）計算鉆削用量 工步一：擴Φ23孔至Φ24.8 利用鉆頭將孔擴大至，根據(jù)有關(guān)手冊規(guī)定，擴鉆的切削用量可根據(jù)鉆孔的切削用量選取 根據(jù)機床說明書，選取 則主軸轉(zhuǎn)速為，并按鉆床說明書取，實際切削速度為 切削工時：，，，則機動工時為 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15×0.617=0.092min 其他時間計算： tb+tx=6%×(0.617+0.092)=0.043min 故工步一的加工工時： tdj=tm+tf+tb+tx =0.617+0.092+0.043=0.752min 工步二：鉸孔 根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-25，，，得 查參考文獻Ⅴ表4.2-2，按機床實際進給量和實際轉(zhuǎn)速，取，，實際切削速度。 切削工時：，，，則機動工時為 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15×0.333=0.050min 其他時間計算： tb+tx=6%×(0.333+0.050)=0.023min 故工步二的加工工時： tdj=tm+tf+tb+tx =0.333+0.050+0.023=0.406min 5.5 工序7 配作2-Φ4H7銷孔 （1）加工條件： 工件材料：35 加工要求：配作2-Φ4H7銷孔 機床：立式鉆床Z525 刀具：麻花鉆 量具：游標卡尺 （2）計算鉆削用量 確定進給量：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-7，當鋼的，時，。由于本零件在加工Φ4孔時屬于低剛度零件，故進給量應(yīng)乘以系數(shù)0.75，則 根據(jù)Z525機床說明書，現(xiàn)取 切削速度：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度所以 根據(jù)機床說明書，取，故實際切削速度為 切削工時：，，，則機動工時為 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15×0.114=0.017min 其他時間計算： tb+tx=6%×(0.114+0.017)=0.008min 故工序7的加工工時： tdj=tm+tf+tb+tx =0.114+0.017+0.008=0.139min 結(jié)論 為期兩周的機械制造工藝學(xué)設(shè)計即將結(jié)束了，兩周是時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這兩周的設(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)計手冊和資料，為我們的設(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(xué)好書本上的知識是不夠的，還應(yīng)該更好的做到理論和實踐的結(jié)合。因此同學(xué)們非常感謝老師給我們的辛勤指導(dǎo)，使我們學(xué)到了好多，也非常珍惜學(xué)院給我們的這次設(shè)計的機會，它將是我們設(shè)計完成的更出色的關(guān)鍵一步。 最后，衷心的感謝老師的精心指導(dǎo)和悉心幫助，使我順利的完成此次設(shè)計。謝謝?。。?！ 致謝 這次課程設(shè)計使我收益不小，為我今后的學(xué)習(xí)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(fù)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(dǎo)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，最終我很順利的完成了課程設(shè)計。 這次課程設(shè)計成績的取得，與指導(dǎo)老師的細心指導(dǎo)是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導(dǎo)老師，特別是每次都放下她的休息時間，耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題，他嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，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(dǎo)和不懈的支持。多少個日日夜夜，她不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，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(dǎo)老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹向指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 參考文獻 1. 切削用量簡明手冊,艾興、肖詩綱主編,機械工業(yè)出版社出版，1994年 2.機械制造工藝設(shè)計簡明手冊，李益民主編，機械工業(yè)出版社出版，1994年 3.機床夾具設(shè)計，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海工業(yè)大學(xué)主編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版，1983年 4.機床夾具設(shè)計手冊，東北重型機械學(xué)院、洛陽工學(xué)院、一汽制造廠職工大學(xué)編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版，1990年 5.金屬機械加工工藝人員手冊，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1981年10月 6.機械制造工藝學(xué)，郭宗連、秦寶榮主編，中國建材工業(yè)出版社出版，1997年 15 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(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(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(yīng)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(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 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(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線力接觸。 1．2 工件——夾具的接觸剛度模型 集中遵守一個球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因為接觸半徑與隨法線力呈非線性變化 [23]。由于法線力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進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(yīng)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(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)化的第二個目標函數(shù)，并給出： 最小化 （10） 其中代表機構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。 如圖3 加權(quán)系數(shù)計算確定的基礎(chǔ) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（外文翻譯） 2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束 在（10）式優(yōu)化的目標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(xué)問題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過計算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為: 最小化 （16） 由： (11)–(14) 得。 類似的算法尋找一個方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測精度和，有參考文獻[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(yīng)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(dān)，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(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個采樣點，考慮以下四個最壞加工負荷向量： (18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對應(yīng)的和另外兩個正交切削分力，而且有： 雖然4個最壞情況加工負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(yīng)于每個采樣點計算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有： (i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19) 其中是最佳夾緊力的四個情況下的加工負荷載體，(C=1，2，…C)是每個相應(yīng)的夾具在第i個樣本點和第j負荷情況下力的大小。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(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。 5．影響工件的定位精度 它的興趣在于最早提出了評價夾緊力的算法對工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準靜態(tài)加工負荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運動的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2）， 如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對于工件的質(zhì)量中心的第i個位置矢量定位點，坐標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(dǎo)致的工件剛體運動矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒有拉力的可能。因此，在第i裝夾點接觸力可能與的關(guān)系如下： （24） 其中是在第i個接觸點由于夾緊和加工負荷造成的變形，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(yīng)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(xué)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(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(yīng)用于銑削負載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負載一個序列。最佳的夾緊力，，對應(yīng)列表6每個樣本點，隨著最后的最佳夾緊力，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。 結(jié)果表明，由于每個組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個夾緊點最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當大的加權(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(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個雙目標約束優(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(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。 9．參考資料： 1、J. D. Lee 和L. S. Haynes .《柔性夾具系統(tǒng)的有限元分析》交易美國ASME，工程雜志工業(yè) ：134-139頁。 2、W. Cai, S. J. Hu 和J. X. Yuan .“柔性鈑金夾具：原理，算法和模擬”，交易美國ASME，制造科學(xué)與工程雜志 ：1996 318-324頁。 3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“負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(fù)和AYC倪.“核查和工件夾持的夾具設(shè)計”方案優(yōu)化，設(shè)計和制造，4，碩士論文： 307-318，1994。 15、T. H. Richards、埃利斯 霍伍德.1977,《應(yīng)力能量方法分析》，1977。 16、M. J. Hockenberger and E. C. DeMeter. 對工件準靜態(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。