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科學(xué)指導(dǎo)
能源技術(shù)14(2014)397 - 404
第二次創(chuàng)新自動(dòng)化和機(jī)電一體化工程、國(guó)際會(huì)議
ICIAME 2014
設(shè)計(jì)發(fā)展數(shù)控回轉(zhuǎn)夾具用電腦輔助質(zhì)量平衡方法 pre-mortem工具
Nirav p . Maniar a,b *,d . p . Vakharia博士
德賽Dharmsinh大學(xué)機(jī)械工程系,nadiad - 387001,印度古吉拉特邦
機(jī)械工程系,Sardar Vallabhbhai國(guó)家理工學(xué)院,蘇拉特- 395007,印度古吉拉特邦
摘要
各領(lǐng)域相關(guān)的夾具已經(jīng)被著名的學(xué)者所描述但仍迫切需要把所有這些研究成果用到工業(yè)應(yīng)用中。介紹了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的旋轉(zhuǎn)夾具加工煉油廠工業(yè)組件-流三通的過(guò)程。實(shí)際執(zhí)行所需的HMC是最好的解決方案,但HMC成本大約1250萬(wàn)盧比,而數(shù)控車(chē)削中心成本只有250萬(wàn)盧比。在這里,本文的研究工作證明。夾具設(shè)計(jì)與制造,這有助于完成所需的加工數(shù)控車(chē)削中心上的操作,因此1000萬(wàn)盧比應(yīng)用在安裝成本。質(zhì)量平衡的方法旋轉(zhuǎn)夾具由調(diào)查員設(shè)計(jì)，目的主要是充當(dāng)事后工具;計(jì)算夾具不平衡質(zhì)量。在目前的工作,pre-mortem工具用來(lái)在制造之前預(yù)測(cè)不平衡質(zhì)量。目前的研究工作也提出了三種備選方法使用Pro /機(jī)制來(lái)平衡旋轉(zhuǎn)夾具質(zhì)量。分析動(dòng)態(tài)加工已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。夾具設(shè)計(jì)質(zhì)量平衡和生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行;這篇文章列出了設(shè)計(jì)制造的經(jīng)典例子。?2014愛(ài)思唯爾有限公司。這是一個(gè)開(kāi)放存取下條CC BY-NC-ND許可證（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/)
同行評(píng)審在ICIAME 2014組委會(huì)的責(zé)任下進(jìn)行。
關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)制造;旋轉(zhuǎn)夾具;計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量平衡;數(shù)控;有限元分析.
相應(yīng)的作者。電話:+9-198-242-08587
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2212 - 0173年?2014愛(ài)思唯爾有限公司這是一個(gè)開(kāi)放存取下條CC BY-NC-ND許可證
（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/)
同行評(píng)審在ICIAME 2014組委會(huì)的責(zé)任下進(jìn)行。
doi:10.1016 / j.protcy.2014.08.051
1.介紹
機(jī)床行業(yè)隨著用戶要求經(jīng)歷了足夠的的工程系統(tǒng)改變;首先開(kāi)始于基本通用機(jī)床的制造。雖然這些機(jī)器提供更高的靈活性但并不適合大規(guī)模生產(chǎn)。在日益增長(zhǎng)的快速生產(chǎn)前景下、能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的機(jī)械是非常重要的。這些機(jī)器是高度專(zhuān)業(yè)化的但不靈活，但適合大規(guī)模生產(chǎn)的大規(guī)模生產(chǎn)的機(jī)器。這一點(diǎn)作用很好數(shù)控機(jī)床與適當(dāng)?shù)膴A具設(shè)置必須接受這激勵(lì)了設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)數(shù)控回轉(zhuǎn)夾具研究工作。夾具設(shè)計(jì)和制造被認(rèn)為是復(fù)雜的任務(wù)要求不同的知識(shí)幾何公差、尺寸、過(guò)程和制造過(guò)程等。在設(shè)計(jì)這時(shí),很多著名的作者寫(xiě)在這一課題的文獻(xiàn)得到引用。夾具計(jì)劃(FP)和加工計(jì)劃(MP)是相互依賴(lài)的。這一結(jié)論隱含的說(shuō)明,紙坐標(biāo)耦合夾具設(shè)計(jì)制造和質(zhì)量平衡通過(guò)議員和《外交政策》 。
關(guān)于這個(gè)研究的一個(gè)相關(guān)的問(wèn)題就是當(dāng)考慮到需求量時(shí)，要把它當(dāng)做一般概念來(lái)闡明兩個(gè)方面的主要意義：功能性需求(FR)和約束(C)。盡管有些貢獻(xiàn)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域相關(guān)的夾具設(shè)計(jì)與夾具設(shè)計(jì)知識(shí)模型過(guò)程,工件位置,計(jì)算機(jī)輔助在分析動(dòng)態(tài)加工的夾具設(shè)計(jì),夾具等,但是大量的緊迫性和重要性將所有這些研究工作向工業(yè)應(yīng)用方向推進(jìn)。綜述所有這些工作和研究目的是將夾具設(shè)計(jì)的理論知識(shí)轉(zhuǎn)換為實(shí)際應(yīng)用。
機(jī)械的平衡由擁有持續(xù)利益的平衡機(jī)設(shè)計(jì)師表達(dá)的解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，所涉及問(wèn)題是預(yù)防噪音、磨損和疲勞的傳播所產(chǎn)生的不平衡顫抖的力量和震動(dòng)時(shí)機(jī)器的框架和基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。它通常指振動(dòng)力和振動(dòng)力矩平衡,通過(guò)內(nèi)部質(zhì)量重新分配或全部或部分抗衡。然而,完整的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩平衡問(wèn)題是非常復(fù)雜的。旋轉(zhuǎn)夾具質(zhì)量平衡由充當(dāng)后檢驗(yàn)工具的調(diào)查員實(shí)現(xiàn);目前夾具在制造后計(jì)算不平衡質(zhì)量，pre-mortem工具在開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)不平衡質(zhì)量之前制造。通過(guò)一步一步實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)夾具的質(zhì)量平衡，提出的創(chuàng)新的方法有使用Creo 5.0元素/ Pro。目前的研究工作提出了三種備選方法分別為第四象限,第八象限和八世鉆石象限計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量平衡方法(CAMBM)平衡旋轉(zhuǎn)夾具。除組件圖和夾具圖外，包含在每一個(gè)夾具設(shè)計(jì)部分的重要細(xì)節(jié)和夾具問(wèn)題都已澄清。研究工作包括3 d &組裝夾具使用Creo的爆炸視圖元素/ Pro 5.0。數(shù)控機(jī)床夾具和提供旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的最佳工藝條件是目前的研究對(duì)象。
命名法
n 轉(zhuǎn)每分鐘
s 毎轉(zhuǎn)走刀量
t 深度削減
x 接近角
U 單位功率
每分鐘走刀量
Q 金屬去除率
a 平均芯片厚度
N 主軸
N 電機(jī)的功率
P 切向切削力
主軸轉(zhuǎn)矩
2. 旋轉(zhuǎn)夾具的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)
2.1 聲明問(wèn)題
“旋轉(zhuǎn)夾具的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)加工流三通數(shù)控車(chē)削中心。操作流程為為執(zhí)行前置,外徑,開(kāi)槽,加熱和重新校正。夾具扶輪在本質(zhì)上必須是質(zhì)量平衡的。第三，建立夾具被設(shè)計(jì)用來(lái)執(zhí)行所需的操作?！?
2.2 組件的細(xì)節(jié)
夾具的設(shè)計(jì)方法提出包括兩個(gè)階段來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一階段是幾何對(duì)象的知識(shí)像部分,加工過(guò)程、功能和詳細(xì)的夾具設(shè)計(jì)以及夾具資源的獲取。第二階段描述了推理過(guò)程(設(shè)計(jì)和解釋規(guī)則)來(lái)獲得第一個(gè)解決方案的加工夾具。
作為第一階段的一部分,幾何組件討論在這一節(jié)如圖所示。1。該組件是流三通,由低碳鋼,重達(dá)46.5公斤,是煉油廠的組件之一。組件是用作管道接頭或耦合器通過(guò)石油液體產(chǎn)品流和混合。該組件是用作管道接頭或耦合器，通過(guò)石油等液體。該組件原材料形式是偽造的,證明傳統(tǒng)的車(chē)床上加工機(jī)械加工余量為3毫米有24英寸直徑搖擺。在組件上執(zhí)行的操作,夾具設(shè)置前置,外徑、開(kāi)槽、鉆孔和重新校正。
a b
c d
圖1 (一)零件圖;(b)3 d視圖原始組件;(c)剖視圖;(d)3 d視圖
2.3 設(shè)計(jì)建立–我?jiàn)A具
定位和夾緊裝置是通過(guò)使用三個(gè)三角槽板和鎖夾如圖2所示。鎖夾夾具裝配的元素包括三角槽板,底板,垂直板,適配器板,定位器和肋骨。夾具使用三個(gè)三角槽板定位和鎖夾組件。鎖夾由兩米6螺栓直接夾緊工件。數(shù)控車(chē)削中心的查克將完全取代夾具設(shè)置使用一個(gè)適配器板。適配器板使用相同尺寸的夾盤(pán)。定位器定位使垂直板與適配器板保持正確位置。夾具組裝在基板上完成。肋骨提供固定底座和安裝鎖夾作用。數(shù)控車(chē)削中心上執(zhí)行操作時(shí)夾具轉(zhuǎn)速550 rpm。數(shù)控車(chē)削中心的軸頭是一種A2 - 8主軸,它可以載重450公斤。夾具直接安裝在軸頭主軸端。
a a c e b
圖2 (一)2 d夾具圖;(b)3 d視圖夾具沒(méi)有組件;(c)3 d后視圖夾具;(d)3 d視圖的夾具組 件(e)夾具的三維爆炸視圖 。
2.4 計(jì)算機(jī)質(zhì)量平衡輔助設(shè)置-夾具
方法開(kāi)發(fā)的大部分的研究人員充當(dāng)事后工作,計(jì)算和確定不平衡質(zhì)量夾具制造緊隨其后的是不平衡質(zhì)量取消或抗衡。,可以在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)不平衡質(zhì)量尚不發(fā)達(dá)的一個(gè)工具?，F(xiàn)在的體質(zhì)提出了獨(dú)特的方法,使用Creo元素/ Pro 5.0,這將使不平衡質(zhì)量的預(yù)測(cè)在設(shè)計(jì)階段之前制造。這種方法將在車(chē)間進(jìn)行,因?yàn)樗诠?jié)省材料成本,提高生產(chǎn)力和減少人類(lèi)勞動(dòng)有非常有用的作用。在這個(gè)工作中,夾具通過(guò)添加相等的平衡級(jí)和相反的方向來(lái)抗衡合成質(zhì)量的不平衡。夾具是不對(duì)稱(chēng)的,它必須是質(zhì)量平衡。夾具繞一軸旋轉(zhuǎn),因此它必須是關(guān)于其他兩個(gè)垂直軸平衡的。x軸是作為旋轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)目前的分析工作。三個(gè)創(chuàng)新方法提出了——第四象限,第八象限和八世鉆石象限質(zhì)量平衡裝置。
2.5 第四象限的計(jì)算機(jī)質(zhì)量平衡輔助設(shè)置
步驟1:夾具的重量和偏距的重心及旋轉(zhuǎn)軸中心如圖3（a）所示。重要結(jié)果:夾具與組件的重量= 233.12公斤,沒(méi)有不平衡質(zhì)量。重心沿著x軸-130.56毫米,y -軸-1.11毫米和z -軸2.38毫米相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸抵消。
步驟2:現(xiàn)在夾具位于4象限,垂直于軸線旋轉(zhuǎn)如圖3(b)所示。
步驟3:確定每個(gè)象限的夾具重量和重心如圖3(c);(d);(e);(f)所示。
第四步:以上輸出每個(gè)象限的夾具的重量和重心進(jìn)行了分析，x軸和y -軸計(jì)算如表1所示。
第五步:根據(jù)原則使質(zhì)量平衡。不平衡質(zhì)計(jì)算如表1所示。
第六步:質(zhì)量不平衡計(jì)算合成使用力的平行四邊形法則,如表2所示
第七步:重心的X和Y坐標(biāo)計(jì)算合成不平衡質(zhì)量如表3所示。
不平衡質(zhì)量被發(fā)現(xiàn)是24.75公斤,它的重心 落在X軸13.45 度角，與軸距離19.44毫米。因此,夾具可以通過(guò)將大小和方向的相反的不平衡質(zhì)量抵消，來(lái)使質(zhì)量平衡。
a c
d e
f
c
圖3(a)夾具的力學(xué)分析;(b)3 d視圖的夾具在4象限;(c)重量和重心夾具在1象限;(d)重量和重心第二象限的夾具;(e)在第三象限夾具的重量和重心;(f)第四象限的夾具重量和重心。
表1 總結(jié)的重量和重心設(shè)置——在所有象限的夾具。
象限（i）
重量(kg)
重心坐標(biāo)(mm)
角度
角度
角度
角度
X軸質(zhì)量（kg）
Y軸質(zhì)量（kg）
X Y
一
38.50
83.09 92.04
1.11
47.92
0.67
0.74
3198.97
3543.54
二
48.09
-103 80.78
0.78
38.11
0.79
0.62
-4953.27
3884.47
三
53.36
-101.14-77.35
0.76
37.41
0.79
0.61
-5396.83
-4127.40
四
43.82
82.35 -85.71
1.04
46.14
0.69
0.72
3608.58
-3755.81
-3542.56
-454.96
表2計(jì)算結(jié)果不平衡質(zhì)量R。
總量
量級(jí)
579.24
33.17
合成R=
24.75
13.45°
表3 合成的X和Y坐標(biāo)的計(jì)算重心不平衡質(zhì)量。
總量
量級(jí)
-19.8
-2.48
377.74
19.44
2.6 第八象限和八世鉆石象限計(jì)算機(jī)質(zhì)量平衡輔助設(shè)置-夾具
在第八象限計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量平衡方法,夾具是削減8象限4軸45度角垂直于旋轉(zhuǎn)軸。遵循相同的步驟,第四象限計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量平衡法、不平衡質(zhì)量為21.00公斤及其c . g . 19.01 度角坐落在第三象限軸距19.42毫米。因此,可以抗衡平等級(jí)和相反方向的不平衡質(zhì)量夾具可以平衡。在八世鉆石象限輔助質(zhì)量平衡方法,夾具是削減8象限鉆石切割法和垂直于旋轉(zhuǎn)軸如圖所示。4再次遵循相同的步驟質(zhì)量平衡、不平衡質(zhì)量是25.30公斤,其c . g . 第三象限11.37度角與軸的距離19.44毫米。制衡平等級(jí)和相反方向的不平衡質(zhì)量，因此夾具可以平衡。
2.7 比較三種方法的結(jié)果用于計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量平衡設(shè)計(jì)
表4 比較三種方法的結(jié)果用于計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量平衡的設(shè)置- 1裝置
參數(shù)
四象限
八象限
第八鉆石象限
不平衡質(zhì)量
24.75
21.00
25.3
該角度不平衡質(zhì)量重心位于
11.89
19.01
11.37
不平衡質(zhì)量重心位于
19.43
19.42
19.44
不平衡質(zhì)量重心所在象限
三
三
三
構(gòu)件與不平衡質(zhì)量的夾具總質(zhì)量
257.87
254.12
258.42
構(gòu)件與不平衡質(zhì)量的夾具實(shí)際質(zhì)量
269.73
269.73
269.73
絕對(duì)誤差
11.86
15.61
11.31
相對(duì)誤差
0.04
0.06
0.04
百分比誤差
4.59
6.14
4.38
2.8 有限元分析建立-夾具
夾具的要求之一是,夾具必須限制工件的變形?？紤]削減部隊(duì)以及工件的夾緊力是很重要的。過(guò)度削減和夾緊力導(dǎo)致工件變形量和變形取決于彈性的部分。有限元分析被證明是一個(gè)很好的工具來(lái)解決其中的一些問(wèn)題。有限元分析主要對(duì)組件的夾具適配器板、肋鎖夾和V塊使用Pro / Mechanica進(jìn)行分析，如圖所示。在分析所示,合力取決于夾具的重量,離心力和切削力隨著于夾具的重量和離心力在不同時(shí)刻變化而變化。
a b c d
圖5 (一)適配器板的有限元分析;(b)肋;(c)鎖夾,(d)三角槽板。
2.9 分析建立-我的夾具
作為主要執(zhí)行的操作，在組件外徑車(chē)削和最大切削力下進(jìn)行進(jìn)行此操作；計(jì)算相同切削條件下的數(shù)據(jù)：
組件低碳鋼,假設(shè)后刀面磨損校正后刀面磨損, 前角 前角校正系數(shù)
假設(shè)傳動(dòng)效率
切削力僅為519.49?N，兩個(gè)M6螺栓夾緊力2.5 kN用來(lái)夾住工件。
2.10 面向制造的設(shè)計(jì)
建立了二，三夾具如圖6（a）(b)所示；采用相同的步驟使質(zhì)量平衡，作有限元分析可隨后建立二和建立三夾具。
a b
圖6 （a）三維視圖的設(shè)置-二夾具；（b）三維視圖的建立三夾具。
結(jié)論
設(shè)計(jì)一種綜合的方法，制造和質(zhì)量平衡的旋轉(zhuǎn)夾具采用了此方法。這種方法在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中有著重要意義。實(shí)際上，HMC組件被認(rèn)為是在這項(xiàng)工作執(zhí)行所需的是最好的解決方案，但不能要求工業(yè)設(shè)計(jì)師取代現(xiàn)有的數(shù)控車(chē)削中心， HMC費(fèi)用大約12500000盧比，而數(shù)控車(chē)削中心的成本只有約2500000盧比。在這里，本文的研究工作證明；機(jī)器的安裝成本為10000000盧比。一個(gè)簡(jiǎn)化的，使用克里奧元素/ Pro 5的分析方法找到了求解平衡問(wèn)題。這種方法是很有用的因?yàn)闉橐话愕膯?wèn)題和困難的任務(wù)找到出路，如非對(duì)稱(chēng)夾具的情況一樣。然而，預(yù)計(jì)在其應(yīng)用方面將更加靈活，因?yàn)樗遣幻舾械膭?dòng)態(tài)條件。目前的研究工作提出了輔助質(zhì)量平衡方法的計(jì)算機(jī)三的替代方法，緩解了夾具設(shè)計(jì)冗長(zhǎng)繁瑣的平衡問(wèn)題的工作。四象限和第八鉆石象限方法被發(fā)現(xiàn)比八象限法更準(zhǔn)確。然而，第八鉆石象限比四象限法稍好一點(diǎn)。不平衡質(zhì)量及其位置的重心的結(jié)果在動(dòng)平衡機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中相同。夾具和生產(chǎn)制造涉及設(shè)計(jì)和質(zhì)量平衡，本文舉出許多經(jīng)典例子。
感謝
作者要感謝蘇先生先生的Pradeep thanki技術(shù)支持，印度的古吉拉特邦拉杰果德先生。
參考
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