【銑床夾具】杠桿臂加工工藝及夾具設(shè)計(全套含CAD圖紙)
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購買后包含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396XX學(xué)院課程設(shè)計(論文)說明書作 者: 學(xué) 號: 系 部: 專 業(yè): 購買后包含有CAD圖紙和論文,咨詢Q401339828 題 目: 杠桿臂加工工藝及銑床夾具設(shè)計 指導(dǎo)者:評閱者: 2014 年 11 月 課程設(shè)計(論文)中文摘要 杠桿臂零件加工工藝及鉆床夾具設(shè)計是包括零件加工的工藝設(shè)計、工序設(shè)計以及專用夾具的設(shè)計三部分。在工藝設(shè)計中要首先對零件進(jìn)行分析,了解零件的工藝再設(shè)計出毛坯的結(jié)構(gòu),并選擇好零件的加工基準(zhǔn),設(shè)計出零件的工藝路線;接著對零件各個工步的工序進(jìn)行尺寸計算,關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量;然后進(jìn)行專用夾具的設(shè)計,選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件,如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件;計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差,分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處,并在以后設(shè)計中注意改進(jìn)。關(guān)鍵詞 工藝,工序,切削用量,夾緊,定位,誤差購買后包含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396課程設(shè)計(論文)外文摘要Title: The deflector rod and the fixture design process Abstract:The deflector rod parts processing technology and drilling fixture design is the design of process design, including machining process design and fixture three. In process design should first of all parts for analysis, to understand part of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design the process routes of the parts; then the parts of each step in the process to the size calculation, the key is to determine the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure design; then the special fixture, the fixture for the various components of the design, such as the connecting part positioning devices, clamping element, a guide element, fixture and machine tools and other components; positioning error calculated by the analysis of fixture, jig structure the rationality and the deficiency, pay attention to improving and will design in.Keywords:process, cutting dosage, clamping, positioningI目 錄目 錄II1 序 言42 零件的分析52.1零件的形狀52.2零件的工藝分析53 工藝規(guī)程設(shè)計63.1 確定毛坯的制造形式63.2 基面的選擇63.3 制定工藝路線73.3.1 工藝路線方案一73.3.2 工藝路線方案二83.3.3 工藝方案的比較與分析83.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備93.4.1 機(jī)床選用93.4.2 選擇刀具93.4.3 選擇量具93.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定103.6確定切削用量及基本工時114 銑尺寸12mm兩端面夾具設(shè)計174.1研究原始質(zhì)料174.2定位基準(zhǔn)的選擇174.3 切削力及夾緊分析計算174.4 誤差分析與計算194.5 零、部件的設(shè)計與選用204.5.1定位銷選用204.5.2 定向鍵與對刀裝置設(shè)計204.6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明22總 結(jié)23參考文獻(xiàn)24致 謝25 1 序 言機(jī)械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品,并把它們裝備成機(jī)械裝備的行業(yè)。機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用,也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備,社會上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè),因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè),是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講,機(jī)械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟(jì)綜合實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。杠桿臂零件加工工藝及鉆床夾具設(shè)計是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械工程材料等的基礎(chǔ)下,進(jìn)行的一個全面的考核。正確地解決一個零件在加工中的定位,夾緊以及工藝路線安排,工藝尺寸確定等問題,并設(shè)計出專用夾具,保證尺寸證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計綜合性和實踐性強(qiáng)、涉及知識面廣。所以在設(shè)計中既要注意基本概念、基本理論,又要注意生產(chǎn)實踐的需要,只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合,才能很好的完成本次設(shè)計。本次設(shè)計水平有限,其中難免有缺點錯誤,敬請老師們批評指正。2 零件的分析2.1零件的形狀題目給的零件是杠桿臂零件,主要作用是起傳動連接作用。零件的實際形狀如上圖所示,從零件圖上看,該零件是典型的零件,結(jié)構(gòu)比較簡單。具體尺寸,公差如下圖所示。2.2零件的工藝分析由零件圖可知,其材料為HT200,該材料為灰鑄鐵,具有較高強(qiáng)度,耐磨性,耐熱性及減振性,適用于承受較大應(yīng)力和要求耐磨零件。杠桿臂零件主要加工表面為:1.車端面,表面粗糙度值為3.2。2.車端面,表面粗糙度值3.2。3.車配合面,表面粗糙度值3.2。4.兩側(cè)面粗糙度值、12.5,法蘭面粗糙度值6.3。杠桿臂共有兩組加工表面,他們之間有一定的位置要求。現(xiàn)分述如下:(1)左端的加工表面: 這一組加工表面包括:左端面。這一部份只有端面有6.3的粗糙度要求。其要求并不高,粗車后半精車就可以達(dá)到精度要求。(2).右端面的加工表面: 這一組加工表面包括:右端面;粗糙度為12.5;其要求也不高,粗車可以達(dá)到精度要求。3 工藝規(guī)程設(shè)計本杠桿臂來自假設(shè)年產(chǎn)量為12000臺,每臺需要該零件1個,備品率為19%,廢品率為0.25%,每日工作班次為1班。該零件材料為HT200,考慮到零件在工作時要有高的耐磨性,所以選擇鑄鐵鑄造。依據(jù)設(shè)計要求Q=12000件/年,n=1件/臺;結(jié)合生產(chǎn)實際,備品率和 廢品率分別取19%和0.25%代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領(lǐng) N=Qn(1+)(1+)=17850件/年3.1 確定毛坯的制造形式零件材料為HT200,鑄件的特點是液態(tài)成形,其主要優(yōu)點是適應(yīng)性強(qiáng),即適用于不同重量、不同壁厚的鑄件,也適用于不同的金屬,還特別適應(yīng)制造形狀復(fù)雜的鑄件??紤]到零件在使用過程中起連接作用,分析其在工作過程中所受載荷,最后選用鑄件,以便使金屬纖維盡量不被切斷,保證零件工作可靠。年產(chǎn)量已達(dá)成批生產(chǎn)水平,而且零件輪廓尺寸不大,可以采用砂型鑄造,這從提高生產(chǎn)效率,保證加工精度,減少生產(chǎn)成本上考慮,也是應(yīng)該的。3.2 基面的選擇基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一,基面選擇的正確與合理,可以使加工質(zhì)量得到保證,生產(chǎn)效率得以提高。否則,不但使加工工藝過程中的問題百出,更有甚者,還會造成零件大批報廢,使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。粗基準(zhǔn)的選擇,對像杠桿臂這樣的零件來說,選好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要的。對本零件來說,如果外圓的端面做基準(zhǔn),則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對稱,按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則(即當(dāng)零件有不加工表面時,應(yīng)以這些不加工表面做粗基準(zhǔn),若零件有若干個不加工表面時,則應(yīng)以與加工表面要求相對應(yīng)位置精度較高的不加工表面做為粗基準(zhǔn))。對于精基準(zhǔn)而言,主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題,當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時,應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算,這在以后還要專門計算,此處不在重復(fù)。3.3 制定工藝路線制定工藝路線的出發(fā)點,應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外,還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果,以便使生產(chǎn)成本盡量下降。3.3.1 工藝路線方案一1鑄造木模,手工造型2冷作清砂,澆冒口3熱處理人工時效4油漆非加工表面涂紅色底漆5車(1) 夾40外圓,找正不加工表面。鉆擴(kuò)鉸孔至圖紙要求,保證尺寸1mm;倒角C1;(2) 翻面車總長72mm,倒角至圖紙要求6銑以mm孔和端面定位銑臺階,將尺寸12mm加工到圖紙要求7鉆以mm孔和端面定位,鉆鉸10mm孔至圖紙要求8銑以mm孔、孔端面和mm孔定位銑22凸臺,將尺寸40mm加工到圖紙要求9銑以mm孔、孔端面和mm孔定位銑寬為8的槽,將尺寸32mm加工到圖紙要求10鉆劃5mm孔位置線,鉆孔至圖紙要求11檢驗按圖紙要求檢驗各部尺寸及形位公差12入庫清洗,加工表面涂防銹油,入庫3.3.2 工藝路線方案二1鑄造木模,手工造型2冷作清砂,澆冒口3熱處理人工時效4油漆非加工表面涂紅色底漆5銑(3) 夾40外圓,找正不加工表面外圓端面。鉆擴(kuò)鉸孔至圖紙要求,保證尺寸1mm;倒角C1;(4) 翻面銑總長72mm40外圓端面,倒角至圖紙要求6銑以mm孔和端面定位銑臺階,將尺寸12mm加工到圖紙要求7鉆以mm孔和端面定位,鉆鉸10mm孔至圖紙要求8銑以mm孔、孔端面和mm孔定位銑22凸臺,將尺寸40mm加工到圖紙要求9銑以mm孔、孔端面和mm孔定位銑寬為8的槽,將尺寸32mm加工到圖紙要求10鉆劃5mm孔位置線,鉆孔至圖紙要求11檢驗按圖紙要求檢驗各部尺寸及形位公差12入庫清洗,加工表面涂防銹油,入庫3.3.3 工藝方案的比較與分析上述兩個方案的特點在于:方案一的定位和裝夾等都比較方便,但是要更換多臺設(shè)備,加工過程比較繁瑣,而且在加工過程中位置精度不易保證。方案二減少了裝夾次數(shù),但是要及時更換刀具,因為有些工序在車床上也可以加工等等,需要換上相應(yīng)的刀具。因此綜合兩個工藝方案,取優(yōu)棄劣,具體工藝過程如下:1鑄造木模,手工造型2冷作清砂,澆冒口3熱處理人工時效4油漆非加工表面涂紅色底漆5車(5) 夾40外圓,找正不加工表面。鉆擴(kuò)鉸孔至圖紙要求,保證尺寸1mm;倒角C1;(6) 翻面車總長72mm,倒角至圖紙要求6銑以mm孔和端面定位銑臺階,將尺寸12mm加工到圖紙要求7鉆以mm孔和端面定位,鉆鉸10mm孔至圖紙要求8銑以mm孔、孔端面和mm孔定位銑22凸臺,將尺寸40mm加工到圖紙要求9銑以mm孔、孔端面和mm孔定位銑寬為8的槽,將尺寸32mm加工到圖紙要求10鉆劃5mm孔位置線,鉆孔至圖紙要求11檢驗按圖紙要求檢驗各部尺寸及形位公差12入庫清洗,加工表面涂防銹油,入庫3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備3.4.1 機(jī)床選用.工序30、40、50、60、70是粗車、精車。各工序的工步數(shù)不多,成批量生產(chǎn),故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大,精度要求屬于中等要求,選用最常用的CA6140型臥式車床。參考根據(jù)機(jī)械制造設(shè)計工工藝簡明手冊表4.2-7。.工序80、90是鉆孔,選用Z525搖臂鉆床。3.4.2 選擇刀具.在車床上加工的工序,一般選用硬質(zhì)合金車刀和鏜刀。加工刀具選用YG6類硬質(zhì)合金車刀,它的主要應(yīng)用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)性,可選用可轉(zhuǎn)位車刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。.鉆孔時選用高速鋼麻花鉆,參考機(jī)械加工工藝手冊(主編 孟少農(nóng)),第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數(shù)。3.4.3 選擇量具本零件屬于成批量生產(chǎn),一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種:一是按計量器具的不確定度選擇;二是按計量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。3.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定“杠桿臂” 零件材料為HT200,查機(jī)械加工工藝手冊(以后簡稱工藝手冊),表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較,灰鑄鐵的硬度HB為143269,表2.2-23 灰鑄鐵的物理性能,HT200密度=7.27.3(),計算零件毛坯的重量約為2。表3-1 機(jī)械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì)生產(chǎn)類別同類零件的年產(chǎn)量件重型(零件重2000kg)中型(零件重1002000kg)輕型(零件重100kg)單件生產(chǎn)5以下10以下100以下小批生產(chǎn)510010200100500中批生產(chǎn)1003002005005005000大批生產(chǎn)30010005005000500050000大量生產(chǎn)1000以上5000以上50000以上根據(jù)所發(fā)的任務(wù)書上的數(shù)據(jù),該零件的月工序數(shù)不低于3050,毛坯重量21202506.04.0頂、側(cè)面底 面鑄孔的機(jī)械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機(jī)械加工余量選擇。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(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。3.6確定切削用量及基本工時切削用量一般包括切削深度、進(jìn)給量及切削速度三項。確定方法是先是確定切削深度、進(jìn)給量,再確定切削速度?,F(xiàn)根據(jù)切削用量簡明手冊(第三版,艾興、肖詩綱編,1993年機(jī)械工業(yè)出版社出版)確定本零件各工序的切削用量所選用的表格均加以*號,與機(jī)械制造設(shè)計工工藝簡明手冊的表區(qū)別。3.6.1 工序5夾40外圓,找正不加工表面B。鉆擴(kuò)鉸、孔至圖紙要求,保證尺寸1mm;倒角C1;翻面車總長45mm,倒角至圖紙要求所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)切削用量簡明手冊表1.1,由于CA6140機(jī)床的中心高為200(表1.30),故選刀桿尺寸=,刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃傾角=,刀尖圓弧半徑=。.確定切削深度由于單邊余量可在一次走刀內(nèi)完成.確定進(jìn)給量根據(jù)切削加工簡明實用手冊可知:表1.4刀桿尺寸為,工件直徑400之間時, 進(jìn)給量=0.51.0按CA6140機(jī)床進(jìn)給量(表4.29)在機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊可知: =0.7確定的進(jìn)給量尚需滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求,故需進(jìn)行校驗根據(jù)表130,CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。根據(jù)表1.21,當(dāng)強(qiáng)度在174207時,=時,徑向進(jìn)給力:=950。切削時的修正系數(shù)為=1.0,=1.0,=1.17(表1.292),故實際進(jìn)給力為: =950=1111.5 (3-2)由于切削時進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力,故所選=可用。.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取為,車刀壽命=。.確定切削速度切削速度可根據(jù)公式計算,也可直接有表中查出。根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.11,當(dāng)硬質(zhì)合金刀加工硬度200219的鑄件,切削速度=。切削速度的修正系數(shù)為=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(見表1.28),故: =63 (3-3) =120 (3-4)根據(jù)CA6140車床說明書選擇 =125這時實際切削速度為: = (3-5).校驗機(jī)床功率切削時的功率可由表查出,也可按公式進(jìn)行計算。由切削用量簡明使用手冊表1.25,=,切削速度時, =切削功率的修正系數(shù)=0.73,=0.9,故實際切削時間的功率為: =1.7=1.2 (3-6)根據(jù)表1.30,當(dāng)=時,機(jī)床主軸允許功率為=,故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行,最后決定的切削用量為:=3.75,=,=,=.倒角 為了縮短輔助時間,取倒角時的主軸轉(zhuǎn)速與鉆孔相同 換車刀手動進(jìn)給。. 計算基本工時 (3-7)式中=+,=由切削用量簡明使用手冊表1.26,車削時的入切量及超切量+=,則=+= = (3-8)工序6 以mm孔和端面定位銑臺階,將尺寸12mm加工到圖紙要求已知工件材料為HT200,選擇高速鋼圓柱銑刀直徑d=60mm,齒數(shù)z=10。根據(jù)資料選擇銑刀的基本形狀,r=10,a=12,=45已知銑削寬度a=2.5mm,銑削深度a=50mm故機(jī)床選用X52K立式銑床。1.確定每齒進(jìn)給量f根據(jù)資料所知,X52K立式臥式銑床的功率為7.5kw,工藝系統(tǒng)剛性為中等。查得每齒進(jìn)給量f=0.160.24mm/z、現(xiàn)取f=0.16mm/z。2.選擇銑刀磨損標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)資料所知,銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為1.5mm,銑刀直徑d=60mm,耐用度T=180min。3.確定切削速度 根據(jù)資料所知,依據(jù)銑刀直徑d=60mm,齒數(shù)z=10,銑削寬度a=2.5mm,銑削深度a=50mm,耐用度T=180min時查取Vc98mm/s,n=439r/min,Vf=490mm/s。 根據(jù)X52K立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表查取,nc=300r/min,Vfc=475mm/s。則實際切削:Vc =Vc=56.52m/min 實際進(jìn)給量: f=f=0.16mm/z3.校驗機(jī)床功率 根據(jù)資料所知,銑削時的功率(單位kw)為:當(dāng)f=0.16mm/z, a=50mm, a=2.5mm, Vf=490mm/s時由切削功率的修正系數(shù)k=1,則P= 3.5kw,P=0.8 kw。 根據(jù)X52K型立式銑床說明書可知:機(jī)床主軸主電動機(jī)允許的功率P= PP P=7.50.8=6P= 3.5kw 因此機(jī)床功率能滿足要求。基本時間 根據(jù)資料所知高速鋼圓柱銑刀銑面基本時間為: t= t=3.6min工序7 以mm孔和端面定位,鉆鉸10mm孔至圖紙要求鉆孔選用機(jī)床為Z525搖臂機(jī)床,刀具選用GB1436-85直柄短麻花鉆,機(jī)械加工工藝手冊第2卷。根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊第2卷表10.4-2查得鉆頭直徑小于10的鉆孔進(jìn)給量為0.200.35。 則取確定切削速度,根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊第2卷表10.4-9切削速度計算公式為 (3-20)查得參數(shù)為,刀具耐用度T=35則 =1.6所以 =72選取 所以實際切削速度為=2.64確定切削時間(一個孔) =工序10 劃5mm孔位置線,鉆孔至圖紙要求本工序采用計算法。表3-5高速鋼麻花鉆的類型和用途標(biāo)準(zhǔn)號類型直徑范圍(mm)用途GB1436-85直柄麻花鉆2.020.0在各種機(jī)床上,用鉆?;虿挥勉@模鉆孔GB1437-85直柄長麻花鉆1.031.5在各種機(jī)床上,用鉆?;虿挥勉@模鉆孔GB1438-85錐柄麻花鉆3.0100.0在各種機(jī)床上,用鉆?;虿挥勉@模鉆孔GB1439-85錐柄長麻花鉆5.050.0在各種機(jī)床上,用鉆?;虿挥勉@模鉆孔選用Z525搖臂鉆床,查機(jī)械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編,查機(jī)表2.4-37鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度可得,耐用度為4500,表10.2-5標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆的直徑系列選擇錐柄長,麻花鉆,則螺旋角=30,鋒交2=118,后角a=10,橫刃斜角=50,L=197mm,l=116mm。表3-6 標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆的全長和溝槽長度(摘自GB6137-85) mm直徑范圍直柄麻花鉆ll111.8013.20151101表3-7 通用型麻花鉆的主要幾何參數(shù)的推存值(根據(jù)GB6137-85) ()d (mm)2f8.618.0030118124060表3-8 鉆頭、擴(kuò)孔鉆和鉸刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度(1)后刀面最大磨損限度mm刀具材料加工材料鉆頭直徑d0(mm)20高速鋼鑄鐵0.50.8(2)單刃加工刀具耐用度T min刀具類型加工材料刀具材料刀具直徑d0(mm)1120鉆頭(鉆孔及擴(kuò)孔)鑄鐵、銅合金及合金高速鋼60鉆頭后刀面最大磨損限度為0.50.8mm刀具耐用度T = 60 min.確定進(jìn)給量查機(jī)械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編,第二卷表10.4高速鋼鉆頭鉆孔的進(jìn)給量為f=0.250.65,根據(jù)表4.13中可知,進(jìn)給量取f=0.60。.確定切削速度 查機(jī)械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編,表10.4-17高速鋼鉆頭在灰鑄鐵(190HBS)上鉆孔的切削速度軸向力,扭矩及功率得,V=12,參考機(jī)械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編,表10.4-10鉆擴(kuò)鉸孔條件改變時切削速度修正系數(shù)K=1.0,R=0.85。 V=12=10.32 (3-17)則 = =131 (3-18) 查表4.2-12可知, 取 n = 150則實際切削速度 = = =11.8.確定切削時間查機(jī)械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編,表10.4-43,鉆孔時加工機(jī)動時間計算公式: T= (3-19)其中 l= l=5 l=23則: t= =9.134 銑尺寸12mm兩端面夾具設(shè)計4.1研究原始質(zhì)料利用本夾具主要用來粗、精銑尺寸12mm兩端面,該尺寸12mm兩端面對孔的中心線要滿足對稱度要求以及其銑尺寸12mm兩端面兩邊的平行度要求。在銑此銑尺寸12mm兩端面時,為了保證技術(shù)要求,最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時,應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強(qiáng)度。4.2定位基準(zhǔn)的選擇由零件圖可知:在對銑尺寸12mm兩端面進(jìn)行加工前,底平面進(jìn)行了粗、精銑加工,孔進(jìn)行了鉆、擴(kuò)、鉸加工。因此,定位、夾緊方案有:銑該銑尺寸12mm兩端面時其對孔的中心線有對稱度以及兩邊的平行度要求。為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi),采用一面一定位銷兩個左右支撐件的定位方式,這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。一面即為底平面;4.3 切削力及夾緊分析計算刀具:錯齒三面刃銑刀(硬質(zhì)合金) 刀具有關(guān)幾何參數(shù): 由參考文獻(xiàn)55表129 可得銑削切削力的計算公式: 有: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: 式中:為各種因素的安全系數(shù),查參考文獻(xiàn)5121可知其公式參數(shù): 由此可得: 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,決定選用手動螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。查參考文獻(xiàn)51226可知移動形式壓板螺旋夾緊時產(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(xiàn)5可查得: 其中: 螺旋夾緊力:該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu),用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件,受力簡圖如2.1.由表得:原動力計算公式 即: 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(jī)構(gòu)。4.4 誤差分析與計算該夾具采用一面一定位銷兩個左右支撐件的定位方式,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(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差,一般可用下式表示: 由參考文獻(xiàn)5可得:采用一面一定位銷兩個左右支撐件的定位方式定位誤差 : 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。4.5 零、部件的設(shè)計與選用4.5.1定位銷選用本夾具選用一定位銷和固定棱形銷來定位,其參數(shù)如下表:表5.1 定位銷dHD公稱尺寸允差221816220.01122514M1944.5.2 定向鍵與對刀裝置設(shè)計定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中,一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠(yuǎn)些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合,使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進(jìn)方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩,可減輕夾緊夾具的螺栓的負(fù)荷,加強(qiáng)夾具在加工中的穩(wěn)固性。根據(jù)GB220780定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示: 圖2.1 夾具體槽形與螺釘根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如表5.4:表5.4 定向鍵 BLHhD夾具體槽形尺寸公稱尺寸允差d允差公稱尺寸允差D180.0190.03525194194.518+0.0195對刀裝置由對刀塊和塞尺組成,用來確定刀具與夾具的相對位置。塞尺選用平塞尺,其結(jié)構(gòu)如圖5.3所示: 圖2.3 平塞尺塞尺尺寸參數(shù)如表5.5:表2.5 塞尺公稱尺寸H允差dC30.0060.254.6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明如前所述,應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率,但該夾具設(shè)計采用了手動夾緊方式,在夾緊和松開工件時比較費時費力。由于該工件體積小,經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較,選用了手動夾緊方式(螺旋夾緊機(jī)構(gòu))。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大,在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。此外,當(dāng)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(jìn)行調(diào)整換取???結(jié)加工工藝的編制和專用夾具的設(shè)計,使對零件的加工過程和夾具的設(shè)計有進(jìn)一步的提高。在這次的設(shè)計中也遇到了不少的問題,如在編寫加工工藝時,對所需加工面的先后順序編排,對零件的加工精度和勞動生產(chǎn)率都有相當(dāng)大的影響。在對某幾個工序進(jìn)行專用夾具設(shè)計時,對零件的定位面的選擇,采用什么方式定位,夾緊方式及夾緊力方向的確定等等都存在問題。這些問題都直接影響到零件的加工精度和勞動生產(chǎn)率,為達(dá)到零件能在保證精度的前提下進(jìn)行加工,而且方便快速,以提高勞動生產(chǎn)率,降低成本的目的。通過不懈努力和指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下,針對這些問題查閱了大量的相關(guān)資料。最后,將這些問題一一解決,并夾緊都采用了手動夾緊,由于工件的尺寸不大,所需的夾緊力不大。完成了本次設(shè)計,通過做這次的設(shè)計,使對專業(yè)知識和技能有了進(jìn)一步的提高,為以后從事本專業(yè)技術(shù)的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 黃如林,切削加工簡明實用手冊M,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004。2 余光國,馬俊,張興發(fā),機(jī)床夾具設(shè)計M,重慶:重慶大學(xué)出版社,1995。3 李洪,機(jī)械加工工藝手冊M,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990。4 方昆凡,公差與配合手冊M,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999。5 王光斗,王春福,機(jī)床夾具設(shè)計手冊M,上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2000。6 東北重型機(jī)械學(xué)院等,機(jī)床夾具設(shè)計手冊M,上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1979。7 吳宗澤,機(jī)械設(shè)計實用手冊M,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000。8 劉文劍,曹天河,趙維,夾具工程師手冊M,哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1987。9 上海金屬切削技術(shù)協(xié)會,金屬切削手冊M,上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1984。10 周永強(qiáng),高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)M,北京:中國建材工業(yè)出版社,2002。11 楊叔子,機(jī)械加工工藝師手冊M,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004。19 上海金屬切削技術(shù)協(xié)會,金屬切削手冊M,上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2004。13 東北重型機(jī)械學(xué)院,洛陽農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院,長春汽車廠工人大學(xué),機(jī)床夾具設(shè)計手冊M,上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1980。致 謝我要特別感謝我的導(dǎo)師的精心指導(dǎo),不僅指導(dǎo)我們解決了關(guān)鍵性技術(shù)難題,更重要的是為我們指引了設(shè)計的思路并給我們講解了設(shè)計中用到的實際工程設(shè)計經(jīng)驗,從而使我們設(shè)計中始終保持著清晰的思維也少走了很多彎路,也使我學(xué)會綜合應(yīng)用所學(xué)知識,提高分析和解決實際問題的能力。不僅如此,老師的敬業(yè)精神更是深深的感染了我,鞭策著我在以后的工作中愛崗敬業(yè),導(dǎo)師是真真正正作到了傳道、授業(yè)、解惑。同時也要感謝其他同學(xué)、老師和同事的熱心幫助,感謝院系領(lǐng)導(dǎo)對我們課程設(shè)計的重視和關(guān)心,為我們提供了作圖工具和場所,使我們能夠全身心的投入到設(shè)計中去,為更好、更快的完成課程設(shè)計提供了重要保障。同時也要感謝其他同學(xué)、老師和同事的熱心幫助,感謝院系領(lǐng)導(dǎo)對我們課程設(shè)計的重視和關(guān)心,為我們提供了作圖工具和場所,使我們能夠全身心的投入到設(shè)計中去,為更好、更快的完成課程設(shè)計提供了重要保障。XX學(xué)院機(jī)械加工工序卡產(chǎn)品型號及規(guī)格圖 號名 稱工藝文件編號3/5杠桿臂材料牌號及名稱毛坯外型尺寸HT200杠桿臂零件毛重零件凈重硬 度220HBS設(shè) 備 型 號設(shè) 備 名 稱X52K銑床專 用 工 藝 裝 備名 稱代 號專用夾具機(jī)動時間單件工時定額每合件數(shù)5min1技 術(shù) 等 級冷 卻 液中工序號工步號工 序 及 工 步 內(nèi) 容刃 具量 檢 具切 削 用 量代 號名 稱代 號名稱切削速度(米/分)切削深度(毫米)進(jìn)給量(毫米/轉(zhuǎn))轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)61以mm孔和端面定位銑臺階,將尺寸12mm加工到圖紙要求面銑刀游標(biāo)卡尺95.4561.70.8380編 制校 對會 簽復(fù) 制修改標(biāo)記處 數(shù)文件號簽 字日 期修改標(biāo)記處 數(shù)文件號簽 字日 期夾具夾緊力的優(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(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。 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 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(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) 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 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(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(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: (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 (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(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 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(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: (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(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=1,2L)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(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。通過使用最低總能量互補參考文獻(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)其中代表機(jī)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(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(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(qiáng)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(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(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 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(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“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(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,考慮以下四個最壞加工負(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(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)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)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): (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(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(biāo)變換定理可以用來表達(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: (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(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(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)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(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,(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(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(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(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個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(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:1、J. 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