柴油機(jī)惰輪A軸進(jìn)油孔鉆夾具設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、PROE三維】

柴油機(jī)惰輪A軸進(jìn)油孔鉆夾具設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、PROE三維】,含CAD圖紙、PROE三維,柴油機(jī),軸進(jìn)油孔鉆,夾具,設(shè)計(jì),CAD,圖紙,PROE,三維 學(xué)院(系)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))完成情況登記卡 姓 名 性別 男 學(xué)號(hào) 院(系) 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造 班級(jí) 論文(設(shè)計(jì))題 目 柴油機(jī)惰輪A軸鉆夾具設(shè)計(jì) 完成情況 完成提綱時(shí)間 2009年4月10日 完成初稿時(shí)間 2009年4月30日 成二稿時(shí)間 2009年5月15日 定 稿 時(shí) 間 2009年5月23日 所 用 主 要 參 考 資 料 索 引 畢 業(yè) 論 文 、 設(shè) 計(jì) 指 導(dǎo) 情 況 指導(dǎo)次數(shù) 指導(dǎo)日期 求教事項(xiàng) 指導(dǎo)內(nèi)容 指導(dǎo)教師簽名 柴油機(jī)惰齒輪柴油機(jī)惰齒輪A軸鉆夾具設(shè)計(jì)軸鉆夾具設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)者：設(shè)計(jì)者：一、零件圖一、設(shè)計(jì)任務(wù)v1.工件在夾具體上有準(zhǔn)確定位 v 2.實(shí)現(xiàn)工件在夾具體上的夾緊要求v3.鉆夾具的精度要求二、設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)1.工件的定位：零件在夾具體通過(guò)小間隙配合定位孔實(shí)現(xiàn)定位，且是夾具總體設(shè)計(jì)的第一定位基準(zhǔn)。2.工件的夾緊：零件在加工過(guò)程中主要防止鉆削過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩，故采用壓板用螺栓聯(lián)結(jié)對(duì)工件實(shí)現(xiàn)夾緊。3.夾具的定位基準(zhǔn)：第一基準(zhǔn):零件定位孔 (小間隙配合)第二基準(zhǔn):夾具體上的定位銷孔（過(guò)盈配合）第三基準(zhǔn):鉆模板上的定位銷孔(小間隙配合)第一、第二、第三基準(zhǔn)的定位誤差分析是采用極限位置法進(jìn)行計(jì)算。4.夾具體的精度選擇原則：夾具相應(yīng)尺寸公差占工件尺寸公差的1/3-1/5.v夾具誤差必須滿足如下公式：vdw是定位誤差：dw=0.03;vjw是基準(zhǔn)位置誤差：jw=0.015;vjd是鉆床夾具的對(duì)刀誤差：vjd=ShvS塞尺的制造誤差；h對(duì)刀塊工作表面至定位元件的尺寸公差。查表可知：S=0.0005。因?yàn)閷?duì)刀塊是用就地加工法加工的，所以可以認(rèn)為：h=0。由此我們可知：jd=0.0005結(jié)束畢業(yè)論文題目 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目： 柴油機(jī)惰輪A軸進(jìn)油孔鉆夾具設(shè)計(jì) 學(xué) 院 姓 名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 年 級(jí) 指導(dǎo)教師 二O 年 五 月 - 21 - 柴油機(jī)惰輪A軸進(jìn)油孔鉆夾具 摘 要 本文是鉆夾具的設(shè)計(jì)說(shuō)明，其中包括十三部分。 一．零件的作用： 二．夾具方案確定: 三．夾具設(shè)計(jì)和制造的特點(diǎn)： 四．夾具設(shè)計(jì)的基本要求： 五．鉆床專用夾具的設(shè)計(jì)： 六．工件定位方案設(shè)計(jì)： 6.1 工件的工藝分析： 6.2 工件自由度的限制： 6.3定位基準(zhǔn)的選擇：工件的定位及定位件6.4 工件的定位6.5 定位銷的選擇 七．工件的夾緊及夾緊裝置的設(shè)計(jì)： 7.1.工件夾緊的原則： 7.2.夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求： 7.3.夾緊力的選擇： 7.4.工件的夾緊方案： 7.5.夾具的夾緊裝置和定心裝置八．導(dǎo)引方案的設(shè)計(jì): 8.1. 夾具的導(dǎo)向8.2.鉆套的選擇： 8.3.鉆孔與工件之間的切屑間隙8.4.鉆模板九、夾具體的設(shè)計(jì): 十、夾具精度分析： 十一.夾具三維實(shí)體圖： 十二、參考文獻(xiàn): 十三、致謝: 關(guān)鍵詞：夾具體 鉆模板 菱形定位銷 Abstract This article is about a 150T-2 (HD) components side blanking punch and die design,Through the analysising of the graphical parts of the structure and production process, so decided to adopt the gang dies which the pierceing and the shearing in the same process, At the same time taking into account the waste of gang dies directly pung down from the punch-die by press lineBecause of no lifting equipment, The Structure is Simple,and easy to operate.So select the gang dies . The design of the gang dies include 1 Analysising of the process of the part. Then select a number of possible program , calculate and comparison the process program.Finally choose the gang dies.2 Formulation the process process flows.Stocking layout , calculating the utilization of materials.3 Choose the structure of the punching dies initially include Specific forms of dies, locating device, discharging device, guiding parts, die carrier. 4 Calculating the blanking force.5 Calculating the dimension of the cutting edge. 6 Designing and Calculating the main parts of the dies .7. Designing and Calculating the standard components include die carrier, guide pillar, guide sleeve, punch set, lower die base, discharging bolt 8 Bearing components include die shank, fixing plate, shim plate, 9 Choosing the fastener. Key words: punching hole, blanking, flip-over type, gang dies 目錄 一．零件的作用： - 1 - 二．夾具方案確定: - 2 - 三．夾具設(shè)計(jì)和制造的特點(diǎn)： - 2 - 四．夾具設(shè)計(jì)的基本要求： - 3 - 五．鉆床專用夾具的設(shè)計(jì)： - 3 - 六．工件定位方案設(shè)計(jì)： - 5 - 6.1 工件的工藝分析： - 5 - 6.2 工件自由度的限制： - 5 - 6.3定位基準(zhǔn)的選擇：工件的定位及定位件 - 5 - 6.4 工件的定位 - 6 - 6.5 定位銷的選擇 - 8 - 七．工件的夾緊及夾緊裝置的設(shè)計(jì)： - 9 - 7.1.工件夾緊的原則： - 9 - 7.2.夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求： - 9 - 7.3.夾緊力的選擇： - 9 - 7.4.工件的夾緊方案： - 12 - 7.5.夾具的夾緊裝置和定心裝置 - 12 - 八．導(dǎo)引方案的設(shè)計(jì): - 13 - 8.1. 夾具的導(dǎo)向 - 13 - 8.2.鉆套的選擇： - 13 - 8.3.鉆孔與工件之間的切屑間隙 - 14 - 8.4.鉆模板 - 15 - 九、夾具體的設(shè)計(jì): - 15 - 十、夾具精度分析： - 17 - 十一.夾具三維實(shí)體圖： - 17 - 十二、參考文獻(xiàn): - 21 - 十三、致謝: - 22 - 一．零件的作用： 柴油機(jī)惰輪A軸的作用是在柴油機(jī)內(nèi)部用于連接、固定惰輪，以實(shí)現(xiàn)改變齒輪傳動(dòng)方向的效果。惰輪A軸與惰輪采用小間隙配合的連接方式，而惰輪A軸上的三個(gè)進(jìn)油孔，是提供必要的輪滑油和機(jī)內(nèi)其它部件的用油需求。因?yàn)槎栎嗇S上的進(jìn)油孔作用單一，且不是其它部件的安裝、定位、設(shè)計(jì)和加工的基準(zhǔn)和參考，故進(jìn)油孔的設(shè)計(jì)、加工精度要求不高。因此，在設(shè)計(jì)制造實(shí)現(xiàn)該鉆孔工序的專用夾具時(shí)，通過(guò)查找相應(yīng)的夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)采用較低的精度要求，以實(shí)現(xiàn)降低成本，縮短生產(chǎn)周期，提高經(jīng)濟(jì)性的目的。 二．夾具方案確定: 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，可知，此夾具是為實(shí)現(xiàn)鉆孔這一特定的工序而設(shè)計(jì)的專用夾具，即是鉆床的專用夾具。 根據(jù)加工零件的孔的加工尺寸和自身的幾何形狀，查相應(yīng)的機(jī)床手冊(cè)可知，可采用立式鉆床，且型號(hào)可以是Z5060。 鉆夾具的主要任務(wù)是保證刀具旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)工件定位表面有正確的相互位置，根據(jù)工件的集合形狀和尺寸結(jié)構(gòu)及工藝特性，選擇不同形式的鉆模以保證產(chǎn)品精度和生產(chǎn)率。 三．夾具設(shè)計(jì)和制造的特點(diǎn)： 1.在夾具設(shè)計(jì)工作中，一般有下列的一些特點(diǎn): 1.1夾具設(shè)計(jì)周期較短，一般不進(jìn)行剛度和強(qiáng)度計(jì)算。 夾具設(shè)計(jì)是直接為產(chǎn)品生產(chǎn)服務(wù)的一項(xiàng)生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，其設(shè)計(jì)周期要求短，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)一般不進(jìn)行剛度和強(qiáng)度的計(jì)算，而采用“憑經(jīng)驗(yàn)確定”的辦法來(lái)保證;或者采用一些簡(jiǎn)便的計(jì)算公式和圖表作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考。 1.2專用夾具的設(shè)計(jì)，對(duì)產(chǎn)品零件有較強(qiáng)的針對(duì)性。 專用夾具是夾具中數(shù)量最大的一類，是為某一產(chǎn)品零件某一道工序進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此有較強(qiáng)的針對(duì)性。 1.3確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率是夾具設(shè)計(jì)工作的首要任務(wù)。 產(chǎn)品零件的加工質(zhì)量，一般包括兩種特性： 被加工表面的本身精度; 被加工表面的位置精度。 對(duì)于第一種加工精度，主要由加工方法和刀具來(lái)保證，而夾具在這方面的影響一般是保證夾具本身的剛度和防止夾緊工件時(shí)不發(fā)生嚴(yán)重的變形。 對(duì)于第二種加工精度，主要由夾具來(lái)保證的，這是設(shè)計(jì)夾具的首要任務(wù)。保證這個(gè)精度，應(yīng)與夾具中各種裝置的結(jié)構(gòu)形式、制造精度、受力情況和工作條件有著密切的關(guān)系。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)通過(guò)必要的誤差分析以確保加工精度要求，這是設(shè)計(jì)夾具的主要任務(wù)之一。 另一個(gè)主要任務(wù)，就是設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 1.4夾緊裝置的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)夾具的結(jié)構(gòu)具有決定性的影響。 因?yàn)閵A緊裝置的結(jié)構(gòu)型式，種類很多，選用的靈活性較大。特別是夾緊裝置中的力源及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)夾具結(jié)構(gòu)的影響更大。 2. 在夾具制造工作中，一般有下列的一些特點(diǎn): 2.1單件生產(chǎn)及高精度要求。 夾具的制造一般都屬單件生產(chǎn)，多用萬(wàn)能方法加工，盡量不用或少用專用二級(jí)工夾具。夾具的制造精度要求較高，在一般情況下遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于產(chǎn)品零件的精度要求。 2.2常用組合加工的方法。 組合加工在夾具制造中應(yīng)用廣泛，如銷子孔的配作等，這樣可以使夾具零件的制造容易。如對(duì)于鉆具上的鉆套安裝孔，常用按總圖鏜孔的辦法來(lái)保證它和定位件之間的要求。 2.3廣泛采用“修配法”加工。 對(duì)于間隙和運(yùn)動(dòng)靈活性要求較高的配合面，常用研配的辦法來(lái)保證，而不是用公差來(lái)保證。對(duì)精度要求高的型面也常用鉗工修正的辦法來(lái)保證最后的精度和粗糙度要求。 2.4在保證設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量考慮加工方便。 為了便于加工，減少鉗工加工的勞動(dòng)量，一般可采用組合式的結(jié)構(gòu)使零件便于加工，以替代整體式結(jié)構(gòu)。 四．夾具設(shè)計(jì)的基本要求： 夾具設(shè)計(jì)的原則使經(jīng)濟(jì)和適用。夾具設(shè)計(jì)的基本要求分為以下三個(gè)方面：好用、好造、好修。 具體要求有下列幾點(diǎn): 1. 夾具的構(gòu)造應(yīng)與其用途及生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)。 2. 保證工件精度。 3. 保證使用方便與安全。 4. 正確處理作用力的平橫問(wèn)題。 5. 注意結(jié)構(gòu)的工藝性，便于制造和維修。 6. 注意夾具與機(jī)床、輔助工具、刀具、量具之間的聯(lián)系。 五．鉆床專用夾具的設(shè)計(jì)： 鉆床夾具的主要類型： 鉆床夾具簡(jiǎn)稱鉆模，主要用于加工孔及螺紋。它主要由鉆套、鉆模板、定位及夾緊裝置夾具體組成。其主要類型有以下幾種。 （1）固定式鉆模 在使用中，這類鉆模在機(jī)床上的位置固定不動(dòng)，而且加工精度較高，主要用于立式鉆床上加工直徑較大的單孔或搖臂鉆床加工平行孔系。 （2）回轉(zhuǎn)式鉆模 這類鉆模上有分度裝置，因此可以在工件上加工出若干個(gè)繞軸線分布的軸向或徑向孔系。 （3）翻轉(zhuǎn)式鉆模 主要用于加工小型工件不同表面上的孔，孔徑小于f8~f10mm。它可以減少安裝次數(shù)，提高被加工孔的位置精度。其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，加工鉆模一般手工進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，所以?shī)A具及工件應(yīng)小于10 kg為宜。 （4）蓋板式鉆模 這種鉆模無(wú)夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鉆模板上。鉆模板在工件上裝夾，適合于體積大而笨重的工件上的小孔加工。夾具、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，易清除切屑；但是每次夾具需從工件上裝卸，較費(fèi)時(shí)，故此鉆模的質(zhì)量一般不宜超過(guò)10 kg。 （5）滑柱式鉆模 滑柱式鉆模是帶有升降鉆模板的通用可調(diào)夾具。這種鉆模有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、動(dòng)作迅速、制造周期短的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。 此次我設(shè)計(jì)的夾具工件是發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸進(jìn)油孔工件.如圖1. 圖1. 如圖.工件上表面三個(gè)孔為進(jìn)油孔,此設(shè)計(jì)針對(duì)這三個(gè)進(jìn)油孔設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)式鉆孔夾具. 翻轉(zhuǎn)式夾具特點(diǎn) 翻轉(zhuǎn)式鉆模用于加工小型工件上分布在幾個(gè)面上的孔或同一面上的孔.在使用過(guò)程中易于在機(jī)床工作臺(tái)上用手翻轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)加工表面的轉(zhuǎn)換,因此夾具連同工件的總重一般不超過(guò)十公斤. 如 圖2 圖 2 采用翻轉(zhuǎn)式鉆?？梢詼p少工件的安裝次數(shù),提高工件加工時(shí)各被加工孔之間的位置精度..翻轉(zhuǎn)式鉆模加工孔軸線對(duì)工件定位基面的垂直度要求較高,同時(shí)在工件的鉆孔前后采用雙面導(dǎo)向的結(jié)構(gòu). 六．工件定位方案設(shè)計(jì)： 6.1 工件的工藝分析： 此工件是中批量生產(chǎn)數(shù)目多，應(yīng)設(shè)計(jì)加工的專用夾具以提高生產(chǎn)效率。工件的尺寸合理，能用常用方法加工，零件結(jié)構(gòu)也合理。其通孔Ф9.5和通孔Ф6.7深度均為27.5，孔的定位公差均限制在0.25之范圍內(nèi)，加工精度中等。應(yīng)先加工孔Ф6.7，完成后，可通過(guò)孔Ф6.7內(nèi)加入圓柱銷對(duì)工件進(jìn)行再次夾緊定位，然后再加工大孔Ф9.5?？椎募庸た梢栽诹⑹姐@床加工。 6.2 工件自由度的限制： 采用定位孔和壓板實(shí)現(xiàn)零件的完全定位。 6.3定位基準(zhǔn)的選擇：工件的定位及定位件 第一基準(zhǔn)：夾具體上的工件定位孔 第二基準(zhǔn)：夾具體上的菱形定位銷定位孔 第三基準(zhǔn)：鉆模板上銷定位孔 6.4 工件的定位 該套夾具采用”一面雙孔”的定位.通過(guò)一個(gè)平面及軸心線垂直該平面的兩個(gè)孔進(jìn)行定位. 工件以平面在夾具中定位時(shí),定位件為定位板.定位板常裝在以鑄鐵制造的或者其他不耐磨損的夾具體上.如圖3 定位板可用兩個(gè)或三個(gè)螺釘固定在本體上,這種定位板的缺點(diǎn)是螺釘頭處的凹坑容易聚集細(xì)小的切屑,清楚不易.定位板應(yīng)盡可能作成狹而短,同時(shí)應(yīng)有主夠的剛度,使淬火時(shí)不致翹曲. 圖3 定位板緊固在夾具本體的凸出表面上,為了使所有定位表面能保持在同一平面內(nèi),裝配后應(yīng)經(jīng)過(guò)磨削. 一面雙孔定位中,平面可以限制Z方向,X旋轉(zhuǎn),Y旋轉(zhuǎn)三個(gè)自由度,若定位銷為長(zhǎng)銷.,則出現(xiàn)過(guò)定位.所以兩個(gè)定位銷都為短定位銷.但這種情況依然出現(xiàn)了過(guò)定位.因?yàn)殇N子和孔為間隙配合,存在孔距(Lg)和銷距(Lj)誤差(±alg和±alj).如圖4 圖4 這種誤差是無(wú)法消除的,只能從兩個(gè)銷子上想辦法.則可以縮小銷2的直徑.d2必須小于AB.又因?yàn)? d2/2≤O″d2B 2O″d2B=D2- O′d1 O″d2-BC 又 BC=2aL 所以d2≤D2-2alj-2alg; 若考慮銷2和第二個(gè)孔還必須留有最小間隙Δ2和孔1與銷1之間的最小配合間隙Δ1 則 d2=D2-2(alg+alj)- Δ2+Δ1 可見(jiàn)d2比D2的尺寸小很多,比如導(dǎo)致轉(zhuǎn)角誤差.則必須減小銷2的直徑來(lái)消除過(guò)定位.選擇銷2的樣式為削邊銷. 如圖 5 圖 5 6.5 定位銷的選擇 從上可知此套夾具選取的定位銷為一圓柱銷和菱型銷實(shí)現(xiàn)定位. 按表選取 D=12 B=D-2=10 b=4 b1=3 H=12 根據(jù)尺寸選取的固定圓柱定位銷為A型:A12n6*12 720-073 固定菱形定位銷為A型:A12n6*12 720-073 在一面雙孔定位方式中,菱形削邊銷是限制Z旋轉(zhuǎn)自由度的,因此削邊銷的長(zhǎng)軸一定要垂直雙孔中心連線,否則會(huì)失去限制該轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的作用.如圖六 同時(shí)在裝配中,當(dāng)削邊銷調(diào)整后,一定要采取防轉(zhuǎn)措施.在夾具體上放置兩個(gè)定位銷的定位孔不在同一軸上,,則,菱形定位銷將轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度,限制轉(zhuǎn)動(dòng)自由度. 圖6 工件以”一面雙孔”定位時(shí)的定位誤差 設(shè)計(jì)中兩銷為垂直放置,孔和銷皆為Ф12H7/k6 由公差和配合表可知,定位孔為Ф12+0.035/0.006,定位銷為Ф12+0.006/-0.023 ε01XW=δg1+δj1+Δ1=0.029+0.029+0=0.058 ε1YW=|x/L*[ε02YW+ε01YW]-ε01YW| =|41/110*[0.058+0.058]-0.058|=0.015 εⅡ=ε01XW+εB=0.058+0.1=0.158 由上述分析可知,欲減少一面雙孔定位系統(tǒng)定位誤差,可以采取:提高定位孔,定位銷的精度或配合類別,采用消除間隙的結(jié)構(gòu),選取孔距大的雙孔定位等, 我選擇的工件定位孔是Ф12,精度是7級(jí) 孔距公差為±0.015,定位平面的平面度為0.02.粗糙度為7級(jí). 七．工件的夾緊及夾緊裝置的設(shè)計(jì)： 7.1.工件夾緊的原則： 為使工件在定位件上所占有的規(guī)定位置在加工過(guò)程中保持不變，就要用夾緊裝置將工件夾緊。才能保證工件的定位基準(zhǔn)與夾具上的定位表面可靠地接觸，防止在加工過(guò)程中移動(dòng)、振動(dòng)或變形。 由于工件的夾緊是和定位緊密聯(lián)系的，因此，夾緊方法的選擇應(yīng)與定位方法的選擇一起考慮。 在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)考慮夾緊力的選擇，夾緊機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)及其傳動(dòng)方法的確定。夾緊裝置選擇合適，不僅可以顯著地縮短輔助時(shí)間，保證產(chǎn)品質(zhì)量；提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，并且還可以方便工人操作，減輕體力勞動(dòng)。 7.2.夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，必須注意夾緊力對(duì)工件加工表面所產(chǎn)生的松緊問(wèn)題，以保證工件加工表面的精度和粗糙度。因此，在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)應(yīng)滿足以下一些基本要求： 注意夾緊力的大小、方向和作用點(diǎn)的選擇。 夾緊裝置應(yīng)與生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)率的要求相適應(yīng)。 結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，制造維修方便。 使用安全可靠。 盡量減少夾緊時(shí)夾具體所受的彎曲力矩。 7.3.夾緊力的選擇： 在確定夾緊方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)先決定幾個(gè)主要因素：即夾緊力的方向和作用點(diǎn)的選擇及夾緊力的大小，然后再根據(jù)這些要素，進(jìn)一步選擇合理的傳動(dòng)方法與設(shè)計(jì)合理的夾緊機(jī)構(gòu)。 夾緊力的大小重要取決于切削P和重力G ,重力是可認(rèn)為不變的,而切削力在切削的過(guò)程中是變化的.影響切削力的大小因素很多,如工件質(zhì)量的不均勻,加工質(zhì)量的不均勻,刀具磨損以及切削用量的變化等等.同時(shí)夾緊力也和其他因素有關(guān),如夾緊件和工件及工件與定位件間接觸表面的光潔度,工藝系統(tǒng)的剛性等等,因此夾具夾緊力的設(shè)計(jì)只能對(duì)其做初略的估算. W:實(shí)際夾緊力 Wi:理論夾緊力 K:安全系數(shù) 安全系數(shù):K=K1K2K3K4 式中: K1-基本安裝系數(shù) K2-加工安裝系數(shù) K3-刀具鈍化系數(shù) K4-切削特點(diǎn)系數(shù) 工件切削孔的位置標(biāo)注如圖7: 圖7 此套夾具的夾緊力計(jì)算如表1: 孔號(hào) 孔坐標(biāo)(毫米) 孔徑 (毫米) 走刀量 (毫米/轉(zhuǎn)) x y 1 20 40 φ9.5 0.10 2 50 40 φ9.5 0.10 3 35 25 φ6.7 0.119 表 1 切削力P:P=2.6*D*S0.8*HB0.6 式中:D-鉆孔直徑 S-走刀量 HB-材料布氏硬度 HB=Hbmax-(Hbmax-Hbmin)/3=230 P1=P2=2.6*9.5*0.100.8*2300.6=102.3 (公斤力) P3=2.6*6.7*0.1190.8*2300.6=82.9 (公斤力) 切削合力P=Σpi=P1+P2+P3 =102.3+102.3+82.9=287.5 (公斤力) 合力的位置: x=Σpixi/Σpi ; y=Σpiyi/Σpi 如表2 孔號(hào) pi xi pixi yi piyi 1 102.3 20 2046 40 4092 2 102.3 50 5115 40 4092 3 82.9 35 2901.5 25 2072.5 表 2 X=35mm y=36mm 安全系數(shù)K: K=K1*K2*K3*K4 取:K1=1.75 K2=1.2 K3=1.2 K4=1.0 得: K=1.75*1.2*1.2*1.0=2.52 夾緊力的計(jì)算 夾緊工件所需的夾緊力W W=K*P/（ f1+f2）=2.52*287.5/(0.4+0.2) =1207.5(公斤力) 驗(yàn)算加緊工件的螺栓直徑尺寸： 其中取 tg=tg =2.94 當(dāng)Q=W時(shí)，驗(yàn)算螺桿的直徑 d2>9.23 故可取d2=12mm 7.4.工件的夾緊方案： 為使工件在定位件上所占有的規(guī)定位置在加工過(guò)程中保持不變,就要用夾緊裝置將工件夾緊.報(bào)紙工件的定位基準(zhǔn)與夾具上的定位表面可靠的接觸,防止在加工過(guò)程中移動(dòng)、振動(dòng)、或變形. 因?yàn)榇颂讑A具加工的工件剛度較好,防止了切削力作用是所引起的振動(dòng),側(cè)面在加上移動(dòng)壓板的定位,免除夾緊力對(duì)加工表面幾何形狀精度的不利影響夾具的夾緊選用加工表面的松態(tài)夾緊,夾緊力的作用線不通過(guò)加工表面的周圍,使加工表面的材料處在自由狀態(tài)下. 在夾具體上對(duì)工件進(jìn)行定位后，用壓板垂直壓在工件上并夾緊，首先對(duì)工件上的小通孔Ф6.7進(jìn)行加工，需要對(duì)加工通孔Ф6.7時(shí)的夾緊力計(jì)算。為保證工件在夾具上的夾緊、定位的效果，在加工完通孔Ф6.7后，在通孔Ф6.7內(nèi)加入以圓柱銷，從而完全限制工件自由度，隨后再加工兩個(gè)通孔Ф9.5，且可省略計(jì)算其夾緊力的過(guò)程。 7.5.夾具的夾緊裝置和定心裝置 夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動(dòng)裝置和夾緊裝置,在此套夾具中,中間傳動(dòng)裝置和夾緊元件合二為一.力源為機(jī)動(dòng)夾緊,通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板.達(dá)到夾緊和定心作用.如圖8 圖 8 圖中工件通過(guò)定位銷的定位限制了橫向的移動(dòng),通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板,實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊.并且移動(dòng)壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動(dòng)壓板,通過(guò)精確的圓弧定位,實(shí)現(xiàn)定心.此套移動(dòng)壓板制作簡(jiǎn)單,便于手動(dòng)調(diào)整.通過(guò)松緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓板的前后移動(dòng),以達(dá)到壓緊的目的.壓緊的同時(shí),實(shí)現(xiàn)工件的定心,使其定位基準(zhǔn)的對(duì)稱中心在規(guī)定位置上. 具體尺寸詳見(jiàn)后附的零件圖。 八．導(dǎo)引方案的設(shè)計(jì): 8.1. 夾具的導(dǎo)向 鉆床夾具中用以確定刀具對(duì)工件的相對(duì)位置，以及避免或減少在加工過(guò)程中偏移的元件時(shí)是鉆套。鉆套是鉆具的一種主要元件，因?yàn)殂@頭的引導(dǎo)作用是通過(guò)鉆套來(lái)實(shí)現(xiàn)的。有了鉆套，加工前工件不用進(jìn)行劃線和找正，因而可以提高生產(chǎn)率，并容易保證工件加工表面的精度。 在鉆床上加工孔時(shí),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(guò)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(guò)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(duì)于保證工件的加工精度有這十分重要的作用. 8.2.鉆套的選擇： 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9.直接壓入鉆模板或夾具體的孔中.鉆套內(nèi)孔進(jìn)口處應(yīng)做成圓角,以利于導(dǎo)屑. 圖9 鉆模板與固定鉆套外圓一般采用H7/p6的配合.且必須有很高的耐磨行,材料選擇T10A.,淬火HRC60.工件上不同孔徑選擇不同的鉆套:9.5F8╳24 720-053和6.7F8╳24 720-053. 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(gè)固定襯套.選取的標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào)為12╳12 720-055.材料仍選取T10A, 淬火HRC60.公差也采用H7/k6的配合. 8.3.鉆孔與工件之間的切屑間隙 鉆套下端面與工件表面之間應(yīng)留一定的空隙C,使開(kāi)始鉆孔時(shí),鉆頭切屑刃不位于鉆套的孔中,以免刮傷鉆套內(nèi)孔.如圖10 圖10 切屑間隙 C=(0.3 ～1)d 取C=0.5d d 為鉆頭直徑 工件加工鉆孔為9.5mm于6.7mm 故 C1=4.75mm C2=3.85mm 因兩孔都在同一面上，所以,取C=4.75mm 8.4.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(dòng)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(shí)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.如圖11 圖11 如圖11.圖中央三個(gè)孔為加工鉆孔. 九、夾具體的設(shè)計(jì): 夾具體是一般是夾具上最大和最復(fù)雜的基礎(chǔ)元件。在夾具體上，要安放組成該夾具所需要的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置，并且還要考慮便于裝卸以及在機(jī)床上的固定。因此夾具體的形狀和尺寸應(yīng)滿足如下基本要求： 1． 有足夠的強(qiáng)度和剛度； 2． 合理設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，盡量減輕重量，便于操作； 3． 安放穩(wěn)定、可靠； 4． 結(jié)構(gòu)緊湊、工藝性好； 5． 尺寸穩(wěn)定、有一定的精度； 6． 排屑方便； 7． 應(yīng)吊裝方便、使用安全。 根據(jù)以上要求，采用HT200灰鑄鐵為材料設(shè)計(jì)制造如下圖所示的夾具體。 具體尺寸見(jiàn)附圖。 夾具體構(gòu)造的工藝性要求： 1. 夾具體幾何形狀的選擇應(yīng)便于加工； 2. 夾具的構(gòu)形應(yīng)考慮裝配的可能性和方便性； 3. 夾具體零件圖上的尺寸標(biāo)注應(yīng)便于測(cè)量。 夾具裝配后在鉆床上不用固定，且自重較大，工件減輕，切削力較小，為提高生產(chǎn)率，可將夾具直接放在鉆床的工作臺(tái)上。 零件圖 十、夾具精度分析： 夾具誤差必須滿足如下公式： dw是定位誤差：dw=0.03; jw是基準(zhǔn)位置誤差：jw=0.015; jd是鉆床夾具的對(duì)刀誤差： Δjd =δS＋δh δS——塞尺的制造誤差；δh——對(duì)刀塊工作表面至定位元件的尺寸公差。查表可知：δS=0.0005。因?yàn)閷?duì)刀塊是用就地加工法加工的，所以可以認(rèn)為：δh=0。由此我們可知：jd=0.0005 得 =0.034 0.034<=0.0667 夾具精度符合要求。 十一.夾具三維實(shí)體圖： 十二、參考文獻(xiàn): 1.林文煥主編 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 中國(guó)鐵道出版局 1987 2.王秀倫主編 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 國(guó)防工業(yè)出版社 1983 3.編輯委員會(huì)編 機(jī)械工程手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1979 4.李家寶編 夾具設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 1964 5.唐用中編 組合夾具組裝技術(shù) 國(guó)防工業(yè)出版社 1979 6.長(zhǎng)春第一汽車制造廠工裝設(shè)計(jì)室編 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理 1976 7.湖南大學(xué)機(jī)制教研室編 機(jī)床夾具 湖南人民出版社 1976 8.機(jī)床夾具零部件 第一機(jī)械工業(yè)部機(jī)床研究所 1965 9.吳克堅(jiān)主編 機(jī)械原理 高等教育出版社 1989 10.劉鴻文主編 材料力學(xué) 高等教育出版社 1991 11.吳宗澤主編 機(jī)械設(shè)計(jì)高等教育出版社 1990 12、成大先 主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M] 1994年4月第三版第五卷，化學(xué)工業(yè)出版社。 13、王啟平主編。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005。 14、陶崇德，葛鴻翰主編。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1982。 15、浦林祥主編。金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)。機(jī)械工業(yè)出版社，1987。 十三、致謝: 經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的時(shí)間，在指導(dǎo)老師和自己努力下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于圓滿完成了。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)各種方式收集、查找相關(guān)資料。同時(shí)，為了增加感性認(rèn)識(shí)，也為了更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)。指導(dǎo)老師親自帶我們?cè)啻紊钊肽喜S進(jìn)行實(shí)地考察。在考察參觀的過(guò)程中，我們仔細(xì)觀察，虛心請(qǐng)教，不放過(guò)任何難點(diǎn)與疑問(wèn)。設(shè)計(jì)中的很多機(jī)器結(jié)構(gòu)都參照工廠的現(xiàn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)。 通過(guò)這次完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們系統(tǒng)地回顧和復(fù)習(xí)了大學(xué)四年所學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也深刻體會(huì)到學(xué)習(xí)的重要性并領(lǐng)會(huì)到設(shè)計(jì)也是一種學(xué)習(xí)的方式。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們綜合運(yùn)用了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和相關(guān)設(shè)計(jì)軟件（如AutoCAD、Word等），且應(yīng)用熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)資料（包括手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算等方面有了一定程度的提高，深刻的感受到計(jì)算機(jī)和工具書及手冊(cè)在設(shè)計(jì)中帶來(lái)的便利和幫助。 夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)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(guó)研究所 由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)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(guò)最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)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(duì)工件定位精度的影響通過(guò)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(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)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(guò)程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過(guò)度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會(huì)影響它的位置精度，并反過(guò)來(lái)影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來(lái)減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)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(bào)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(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒(méi)有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過(guò)對(duì)剛性模型[9-11]對(duì)夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)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(wèn)題是制定一個(gè)線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)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?yàn)樗^法線接觸力相對(duì)較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過(guò)6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過(guò)假設(shè)已知摩擦力的方向來(lái)推導(dǎo)計(jì)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(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無(wú)法確定工件移位的唯一性。 這種限制可以通過(guò)計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來(lái)克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)受夾具點(diǎn)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(yàn)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(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過(guò)工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對(duì)報(bào)告做了改善，然而，他們沒(méi)有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒(méi)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(diǎn)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(duì)工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒(méi)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(guò)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(gè)問(wèn)題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題提出和解決。通過(guò)兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對(duì)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(guò)程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對(duì)液壓或氣動(dòng)夾具使用。在實(shí)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(jiàn)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(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線和法線方向的接觸剛度 第 18 頁(yè) 共 15 頁(yè) 圖1 彈簧夾具—— 工件接觸模型。 表示在第i個(gè) 接觸處的坐標(biāo)系 （j=x，y，z）是對(duì)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(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因?yàn)榻佑|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(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁(yè)]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(xiàn)23第217頁(yè)] （3） 其中、 分別是工件和夾具剪切模量 一個(gè)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(jì)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(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(yùn)動(dòng)過(guò)程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過(guò)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(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過(guò)制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題的問(wèn)題，如下描述。 2.1 目標(biāo)函數(shù)配方 工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)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 是 沿，和三個(gè)正交組件（見(jiàn)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(jì)算如下： （6） 其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 但是作用在工件的夾緊力會(huì)影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)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(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。 在這個(gè)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(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過(guò)（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(jì)算得出（見(jiàn)圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)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(guò)盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)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(guò)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(wèn)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(duì)接觸問(wèn)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(guò)夾緊力的隨時(shí)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(gè)目標(biāo)函數(shù)，并給出： 最小化 （10） 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完成，是遵守對(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。 如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)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(jì)（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(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫(kù)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(gè)非線性約束和線性化版本可以使用，并且[19]有： （11） 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) 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(guò)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(gè)法線的接觸壓力不能超過(guò)壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫為： （i=1，2，…,L+C） (14) 如果是在第i個(gè)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(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)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(gè)約束對(duì)。該補(bǔ)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(duì)為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到一個(gè)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(gè)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(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)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(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問(wèn)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(guò)計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問(wèn)題可改寫為: 最小化 （16） 由： (11)–(14) 得。 類似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來(lái)確定最低的上的約束, 通過(guò)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(cè)精度和，有參考文獻(xiàn)[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(guò)程中的夾緊力的優(yōu)化及測(cè)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(diǎn)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(jì)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(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來(lái)解決下面將被討論的問(wèn)題，考慮一個(gè)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(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)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(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有： 雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)在工件加工的同一時(shí)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(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)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(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)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(guò)在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見(jiàn)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(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)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(qǐng)注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)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(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)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(gè)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(yùn)動(dòng)的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖2）， 如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對(duì)于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來(lái)表達(dá)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(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)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： （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(yùn)動(dòng)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(méi)有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下： （24） 其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)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(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為： （25） 其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)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(dòng)，q可通過(guò)求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見(jiàn)圖6）， 現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27） 其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且 6．模擬工作 較早前提出的算法是用來(lái)確定最佳夾緊力及其對(duì)兩例工件精度的影響例如： 1．適用于工件單點(diǎn)力。 2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)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(biāo)系。 3-2-1夾具圖7所示，是用來(lái)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(duì)系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開(kāi)發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對(duì)加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級(jí)夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)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(shí)（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體， （見(jiàn)圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。 圖8最終銑削過(guò)程模擬例如2。 表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過(guò)的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)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(duì)于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見(jiàn)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(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過(guò)減少工件的夾具系統(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(diǎn)減少錯(cuò)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?yàn)閺淖畛跬ㄟ^(guò)互補(bǔ)勢(shì)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(gè)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(gè)序列。最佳的夾緊力，，對(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。 結(jié)果表明，由于每個(gè)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(gè)夾緊點(diǎn)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(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個(gè)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(duì)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。該整體模型，制定一個(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題，使用-約束的方法解決。該算法通過(guò)兩個(gè)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(dòng)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： 1、J. 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