軸承座工藝和鉆25孔夾具設(shè)計【K145】【含CAD圖紙、文檔打包終稿】

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機(jī)制教研室 機(jī)械加工工序卡片 05 銑 軸承座 鍛件 設(shè)備名稱及型號 立式銑床 X51 夾具名稱及編號 專用夾具 牌號 35 規(guī)格 毛重公斤 凈重 材料 硬度 機(jī)動 輔助 合計工時定額 分 0 263 0 039 0 320 冷卻潤滑液 上道工序 下道工序 工歩號 工歩內(nèi)容 刀具 輔助工具 量具 轉(zhuǎn)數(shù) 分 走刀次數(shù) 走刀量 切削深度 01 粗銑 25 孔端面 端銑刀 塞尺 游標(biāo)卡尺 1600 1 0 2 0 7 02 半精銑 25 孔端面 端銑刀 塞尺 游標(biāo)卡尺 1600 1 0 2 0 2 03 精銑 25 孔端面 端銑刀 塞尺 游標(biāo)卡尺 1600 1 0 2 0 1 擬定 日期 指導(dǎo) 日期 第 5 頁 共 3 頁 車間 工序號 工序名稱 零件號 零件名稱 毛坯種類湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)制教研室 機(jī)械加工工序卡片 06 鉆 軸承座 鍛件 設(shè)備名稱及型號 立式鉆床 Z525 夾具名稱及編號 專用夾具 牌號 35 規(guī)格 毛重公斤 凈重 材料 硬度 機(jī)動 輔助 合計工時定額 分 0 617 0 092 0 752 冷卻潤滑液 上道工序 下道工序 工歩號 工歩內(nèi)容 刀具 輔助工具 量具 轉(zhuǎn)數(shù) 分 走刀次數(shù) 走刀量 切削深度 01 擴(kuò) 23 孔至 24 8 擴(kuò)孔鉆 鉆套 游標(biāo)卡尺 68 1 0 57 0 9 02 鉸 24 8 孔至 25 鉸刀 襯套 游標(biāo)卡尺 198 1 0 35 0 1 擬定 日期 指導(dǎo) 日期 第 5 頁 共 4 頁 車間 工序號 工序名稱 零件號 零件名稱 毛坯種類湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)制教研室 機(jī)械加工工序卡片 07 鉆 軸承座 鍛件 設(shè)備名稱及型號 立式鉆床 Z525 夾具名稱及編號 專用夾具 牌號 35 規(guī)格 毛重公斤 凈重 材料 硬度 機(jī)動 輔助 合計工時定額 分 0 114 0 017 0 139 冷卻潤滑液 上道工序 下道工序 工歩號 工歩內(nèi)容 刀具 輔助工具 量具 轉(zhuǎn)數(shù) 分 走刀次數(shù) 走刀量 切削深度 01 配作 2 4H7 銷孔 麻花鉆 鉆套 游標(biāo)卡尺 1400 2 0 25 2 0 擬定 日期 指導(dǎo) 日期 第 5 頁 共 5 頁 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(jī)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(qiáng)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(jī)械加工工件的位置會受夾具點的局部彈性變形的強(qiáng) 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(jī)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(bǔ)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(bǔ)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(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ) 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(jī)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(qiáng)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(bǔ)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(qiáng)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(qiáng)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(bǔ)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(bǔ)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(qiáng)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(jī)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(jī)床制造 碩士論文 1998 9 Y C Chou V Chandru M M Barash 加工夾具機(jī)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(jī)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 第 4 章 鉆 25 孔夾具設(shè)計 4 1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 本夾具是鉆 25 孔夾具設(shè)計 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(jìn)行加工 只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾 緊裝置對工件進(jìn)行夾緊 才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù) 夾緊裝置的基本任務(wù)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(jī)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(wù)的部分 他包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件 考慮到機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)組成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)來夾緊工件 是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機(jī)構(gòu) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋 實際上相當(dāng)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(jī)構(gòu)的特點 1 結(jié)構(gòu)簡單 2 擴(kuò)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(jī)動夾緊 通過螺栓夾緊移動壓板 達(dá)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(dá)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(zhǔn)的對 稱中心在規(guī)定位置上 切削力及夾緊力的計算 刀具 鉆頭 25 則軸向力 見 工藝師手冊 表 28 4 F C d f k 3 1F0zFy 式中 C 420 Z 1 0 y 0 8 f 0 35FF k 07 1 92 103 nHB F 420 1 0 8253723 N 轉(zhuǎn)矩 T C d f kT0ZTy 式中 C 0 206 Z 2 0 y 0 8TT T 0 206 34 170 35 28 0 MN 功率 P mKWdV26 90 在計算切削力時 必須考慮安全系數(shù) 安全系數(shù) K K K K K1234 式中 K 基本安全系數(shù) 1 5 K 加工性質(zhì)系數(shù) 1 1 2 K 刀具鈍化系數(shù) 1 1 3 K 斷續(xù)切削系數(shù) 1 14 則 F KF 1 5 42391 1 N 鉆削時 T 17 34 N M 切向方向所受力 F 1L T2670534 取 f F 4416f 41N F Ff1 所以 時工件不會轉(zhuǎn)動 故本夾具可安全工作 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 FKW 安全系數(shù) K 可按下式計算有 6543210 式中 為各種因素的安全系數(shù) 查參考文獻(xiàn) 5 表 可得 6 12 01 310 56C 25223PK f 所以有 19308 KCWFN 76 P 5 Kf 該孔的設(shè)計基準(zhǔn)為中心軸 故以回轉(zhuǎn)面做定位基準(zhǔn) 實現(xiàn) 基準(zhǔn)重合 原則 參考文獻(xiàn) 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 Nm93 103 24 05 14 3108 90 MYFXKfdC 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) 2K 由資料 機(jī)床夾具設(shè)計手冊 查表 可得 7 切削力公式 式 2 17 PffDF75 02 14 式中 25mr 3 查表 得 81 95 0 1 6 HBKp 即 69 0NFf 實際所需夾緊力 由參考文獻(xiàn) 16 機(jī)床夾具設(shè)計手冊 表 得 12 WfK 安全系數(shù) K 可按下式計算 由式 2 5 有 6543210 式中 為各種因素的安全系數(shù) 見參考文獻(xiàn) 16 機(jī)床夾具設(shè)計手60 K 冊 表 可得 12 25 01 32 所以 4656980NFWfK 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(jī)構(gòu) 4 2 夾具的導(dǎo)向 在鉆床上加工孔時 大都采用導(dǎo)向元件或?qū)蜓b置 用以引導(dǎo)刀具進(jìn)入正確的加 工位置 并在加工過程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移 提高刀具的剛性 從而保證零件上孔的精度 在鉆床上加工的過程中 導(dǎo)向裝置保證同軸各孔的同軸度 各孔孔距精度 各軸線間的平行度等 因此 導(dǎo)向裝置如同定位元件一樣 對于保證 工件的加工精度有這十分重要的作用 導(dǎo)向元件包括刀桿的導(dǎo)向部分和導(dǎo)向套 在這套鉆床夾具上用的導(dǎo)向套是鉆套 鉆套按其結(jié)構(gòu)可分為固定鉆套 可換鉆套 快換鉆套及特殊鉆套 因此套鉆夾具加工量不大 磨損較小 孔距離精度要求較高 則選用固定鉆套 如圖4 2 直接壓入鉆模板或夾具體的孔中 圖4 2 鉆套 鉆模板與固定鉆套外圓一般采用H7 h6的配合 且必須有很高的耐磨性 材料選擇 20Mn2 淬火HRC60 我選擇的鉆套 12 5F7 22K6 35 GB2264 1980 相同的 為了防止定位銷與模板之間的磨損 在模板定位孔之間套上兩個固定襯 套 選取的標(biāo)準(zhǔn)件代號為12 18 GB2263 1980 材料仍選取T10A 淬火HRC60 公差采 用H7 p6的配合 4 3 鉆孔與工件之間的切屑間隙 鉆套的類型和特點 1 固定鉆套 鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中 鉆模板或夾具體的孔與鉆 套外圓一般采用 H7 n6 配合 主要用于加工量不大 磨損教小的中小批生產(chǎn)或加工孔 徑甚小 孔距離精度要求較高的小孔 2 可換鉆套 主要用在大批量生產(chǎn)中 由于鉆套磨損大 因此在可換鉆套和鉆 模板之間加一個襯套 襯套直接壓入鉆模板的孔內(nèi) 鉆套以 F7 m6 或 F7 k6 配合裝入 襯套中 3 快換鉆套 當(dāng)對孔進(jìn)行鉆鉸等加工時 由于刀徑不斷增大 需要不同的導(dǎo)套 引導(dǎo)刀具 為便于快速更換采用快換鉆套 4 特殊鉆套 尺寸或形狀與標(biāo)準(zhǔn)鉆套不同的鉆套統(tǒng)稱特殊鉆套 鉆套下端面與工件表面之間應(yīng)留一定的空隙C 使開始鉆孔時 鉆頭切屑刃不位于 鉆套的孔中 以免刮傷鉆套內(nèi)孔 如圖4 3 圖4 3 切屑間隙 C 0 3 1 2 d 在本次夾具鉆模設(shè)計中考慮了多方面的因素 確定了設(shè)計方案后 選擇了C 8 因 為此鉆的材料是鑄件 所以C可以取較小的值 4 4 鉆模板 在導(dǎo)向裝置中 導(dǎo)套通常是安裝在鉆模板上 因此鉆模板必須具有足夠的剛度和 強(qiáng)度 以防變形而影響鉆孔精度 鉆模板按其與夾具體連接的方式 可分為固定式鉆 模板 鉸鏈?zhǔn)姐@模板 可卸式鉆模板 滑柱式鉆模板和活動鉆模板等 在此套鉆模夾具中選用的是可卸式鉆模板 在裝卸工件時需從夾具體上裝上或卸下 鉆模板在夾具體上采用定位銷一面雙孔定位 螺栓緊固 鉆模精度較高 4 4 5 定位誤差的分析 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 gwj 與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差 一般可用下式表示 j MjjWDAZWj 由參考文獻(xiàn) 5 可得 銷的定位誤差 11minDWd 1 21min2min DdDdJarctgL 其中 10 52D 20D dm 3d in in4m 0 63DW 2J 夾緊誤差 cos minaxyj 其中接觸變形位移值 1 9 62nHBZyRaZkNcl 查 5 表 1 2 15 有 104 0 6 42 0 7RazHBKCn cos 8jym 磨損造成的加工誤差 通常不超過Mj m5 夾具相對刀具位置誤差 取AD01 誤差總和 0 853jw 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 4 6 鉆套 襯套 鉆模板設(shè)計與選用 工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求 故選用可換鉆套 其結(jié)構(gòu)如下圖所 示 以減少更換鉆套的輔助時間 為了減少輔助時間采用可換鉆套 以來滿足達(dá)到孔的加工的要求 表 d D D1 H t 基本 極限 偏差 F7 基本 極限 偏差 D6 0 1 3 0 010 0 004 6 1 1 8 4 7 1 8 2 6 5 8 6 9 2 6 3 0 016 0 006 3 3 3 6 0 016 0 008 9 3 3 4 7 10 4 5 8 11 8 12 16 5 6 0 022 0 010 10 0 019 0 010 13 6 8 12 15 10 16 20 8 10 0 028 0 013 15 18 10 12 18 0 023 0 012 22 12 20 25 12 15 22 26 0 008 15 18 0 034 0 016 26 30 16 28 36 18 22 30 0 028 0 015 34 22 26 35 39 20 36 HT 200 26 30 0 041 0 020 42 46 30 35 48 0 033 0 017 52 25 HT20 0 56 35 42 55 59 42 48 62 66 0 012 48 50 0 050 0 025 70 0 039 0 020 74 30 56 67 0 040 鉆模板選用翻轉(zhuǎn)鉆模板 用沉頭螺釘錐銷定位于夾具體上 4 7 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 對夾具體的設(shè)計的基本要求 1 應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面 如安裝接觸位置 安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的 足 夠的精度 之間的位置精度穩(wěn)定夾具體 夾具體應(yīng)該采用鑄造 時效處理 退火等處 理方式 2 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 保證在加工過程中不因夾緊力 切削力等外力變形和振動是不允許的 夾具應(yīng)有足夠 的厚度 剛度可以適當(dāng)加固 3 結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯 夾較大的工件的外觀 更復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 之間的相互位置精度與每個表面的要求高 所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過程中 應(yīng)處理的工件 夾具 維修方便 再滿足功能性要求 剛度和強(qiáng)度 前提下 應(yīng)能減小體積減輕重量 結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單 4 應(yīng)便于鐵屑去除 在加工過程中 該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累 如果不及時清除 切削熱的積累會破 壞夾具定位精度 鐵屑投擲可能繞組定位元件 也會破壞的定位精度 甚至發(fā)生事故 因此 在這個過程中的鐵屑不多 可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的 鐵屑空間 對切削過程中產(chǎn)生更多的 一般應(yīng)在夾具體上面 5 安裝應(yīng)牢固 可靠 夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的 當(dāng)夾安裝在重力的 中心 夾具應(yīng)盡可能低 支撐面積應(yīng)足夠大 以安裝精度要高 以確保穩(wěn)定和可靠的 安裝 夾具底部通常是中空的 識別特定的文件夾結(jié)構(gòu) 然后繪制夾具布局 圖中所 示的夾具裝配 加工過程中 夾具必承受大的夾緊力切削力 產(chǎn)生沖擊和振動 夾具的形狀 取 決于夾具布局和夾具和連接 在因此夾具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度 在加工過程中的 切屑形成的有一部分會落在夾具 積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠 所以夾具 設(shè)計 必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑 此外 夾點技術(shù) 經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作 安裝方 便等特點 在設(shè)計中還應(yīng)考慮 在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具 切 割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠 所以夾具設(shè)計 必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵 屑 4 8 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 由于是大批大量生產(chǎn) 主要考慮提高勞動生產(chǎn)率 因此設(shè)計時 需要更換零件加 工時速度要求快 本夾具設(shè)計 用底部大平面定位三個自由度 V 型塊定位兩個自由 度 再用一個壓塊限制最后一個自由度