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====================== XX學院 畢業(yè)設計 課 題： 蝸輪軸加工工藝設計 專 題： 專 業(yè)： 機械制造及自動化 學 生 姓 名： 班 級： 學 號： 指 導 教 師： 完 成 時 間： 摘 要 本設計蝸輪軸零件加工過程的基礎上。主要加工部位是外圓和孔加工。在一般情況下，確保比保證精密加工孔很容易。因此，設計遵循的原則是先加工面后加工孔表面?？准庸て矫娣置黠@的階段性保證粗加工和加工精度加工孔的基礎上，通過底面作一個良好的基礎過程的基礎。 關(guān)鍵詞：蝸輪軸類零件；工藝； ABSTRACT Basic process of machining the chemical pipeline. The main processing parts processing plane and holes. In general, ensure easy to guarantee precision machining holes than. Therefore, the design principle is first machined surface after machining hole surface. Periodic hole machining planar obvious basis to ensure the rough machining and machining precision machining hole, a good foundation on the bottom surface of the process. The main flow arrangement is supported in the positioning hole of the first, and then the processing hole plane and the hole positioning technology support. The whole process is a combination of the selection tool. Special fixture fixture selection, a self-locking mechanism, therefore, higher production efficiency, for large quantities, to meet the design requirements. Keywords:chemical pipe parts; technology; fixture; 目 錄 摘 要 II ABSTRACT III 第一章 機械加工工藝規(guī)程設計 2 1.1 零件的分析 2 1.1.1 零件的作用 2 1.1.2 零件的工藝分析 2 1.2加工的問題和設計所采取措施 3 1.3 蝸輪軸加工定位基準的選擇 3 1.3.1 粗基準的選擇 3 1.3.2 精基準的選擇 3 1.4 蝸輪軸加工主要工序安排 3 1.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5 1.6 毛坯種類的選擇 5 1.7 選擇加工設備和工藝裝備 6 1.7.1 機床選用 6 1.7.2 選擇刀具 6 1.7.3 選擇量具 6 1.8 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6 1.9確定加工用量及基本工時（機動時間） 7 總 結(jié) 17 參考文獻 18 致 謝 19 19 第一章 機械加工工藝規(guī)程設計 1.1 零件的分析 1.1.1 零件的作用 題目給出的零件是蝸輪軸。蝸輪軸零件的加工質(zhì)量，并確保蝸輪箱組件正確安裝。 圖1.1 零件圖 三維視圖如圖1.2所示 圖1.2 三維視圖 1.1.2 零件的工藝分析 由蝸輪軸零件圖可知。蝸輪軸是一個軸類零件，它的外表面上需要進行加工。因此可將其分加工表面。有一定的位置要求。現(xiàn)分析如下： （1）以左端面加工面。這包括：左外圓及端面臺階端面加工， （2）以右端面加工面。這包括：左外圓及端面臺階端面加工。 （3）以鍵槽主要加工面。 1.2加工的問題和設計所采取措施 由以上分析可知。蝸輪軸應對孔與平面間的關(guān)系。由于是大生產(chǎn)量生產(chǎn)。要考慮因素如何滿足提高加工過程中的效率問題。 蝸輪軸類加工按照先面后孔，按照粗、精加工互相原則。處理應遵循先加工面后來加工孔，第一個基準，定位基準的表面處理。然后，整個系統(tǒng)的過程。地基處理的管道應遵循這一原則。平平面定位可保證定位牢固可靠，保證各個鍵槽的加工粗糙度和精度。其次，首先先加工面可以去除毛坯不均勻表面，進而為孔加工提供前提，也有利于保護刀具。 1.3 蝸輪軸加工定位基準的選擇 1.3.1 粗基準的選擇 基準的選擇應滿足下列要求： （1）保證每個重要支持均勻的加工余量； （2）保證零件一定的差距。 為了滿足要求，主要支持應作主要參考孔。作粗基準輸入軸和輸出軸。因此，主軸承孔的精定位，孔的加工余量必須統(tǒng)一。因與孔的位置，墻是相同的核心的位置。 1.3.2 精基準的選擇 從孔與孔的位置，孔與平面，平面與平面的位置，支撐孔平行并覆蓋大面積的平面與主軸，適合用作精基準。但與平面定位只能三自由度的限制，如果使用一二孔定位方法對典型的全過程，基本能夠滿足定位要求的參考。最后，雖然是裝配基準，但因它是對垂直主軸承孔的基礎。 1.4 蝸輪軸加工主要工序安排 工序安排應該是盡可能地先加工表面然后再加工孔。首先粗加工面，然后粗加工孔。螺紋孔鉆床的鉆頭，加工力大，也應在粗加工階段完成。對于工件，需要精加工是支持前孔與平面結(jié)束后。根據(jù)以上原則應該先完成加工平面加工孔，但在本裝置實際生產(chǎn)不易保證孔和端面互相垂直的。因此，工藝方案實際上是用于精加工軸承孔，從而支持擴孔芯棒定位端處理，故容易保證的端部的圖紙上的全跳動公差。螺紋孔攻絲時，加工力小，可以分散在后期階段。 用于零件的批量生產(chǎn)，總是首先產(chǎn)生均勻的基準?；艿奶幚淼牡谝徊绞翘幚硪粋€統(tǒng)一的基礎。具體安排第一孔定位粗后，加工頂平面。第二步是定位兩個工藝孔。由于頂面處理后到管道基礎處理已經(jīng)完成，除了定位基準。因此，孔底面也應在兩個工藝孔加工工藝處理。加工完成后，還要檢驗入庫等操作，衛(wèi)生打掃干凈。 工藝路線一： 10、下料?30X160 20、粗車右端面 30、粗車左邊端面 40、粗車右端面外圓及臺階 50、粗車左邊外圓及臺階 60、熱處理調(diào)質(zhì) 70、精車右端外圓及臺階 80、車M20X1.5螺紋 90、精車左側(cè)外圓及臺階 100、車1處退刀槽 110、銑鍵槽(2處) 120、精磨?17、?17外圓 130、檢驗入庫 工藝路線二： 10、下料?30X160 20、銑右端面 30、銑左邊端面 40、粗車右端面外圓及臺階 50、粗車左邊外圓及臺階 60、熱處理調(diào)質(zhì) 70、精車右端外圓及臺階 80、車M20X1.5螺紋 90、精車左側(cè)外圓及臺階 100、車1處退刀槽 110、銑鍵槽(2處) 120、精磨?17、?17外圓 130、檢驗入庫 方案二把端面的加工改為銑床加工，而方案一端面的加工采取銑削的方法，如果采用銑端面的方式加工而需要專門設計對于的夾具。綜合選擇方案一： 10、下料?30X160 20、粗車右端面 30、粗車左邊端面 40、粗車右端面外圓及臺階 50、粗車左邊外圓及臺階 60、熱處理調(diào)質(zhì) 70、精車右端外圓及臺階 80、車M20X1.5螺紋 90、精車左側(cè)外圓及臺階 100、車1處退刀槽 110、銑鍵槽(2處) 120、精磨?17、?14外圓 130、檢驗入庫 1.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “蝸輪軸”零件材料采用45制造。硬度HB170到240，大批量生產(chǎn)，型材毛坯。 （1）外圓及端面的加工余量。 根據(jù)工步余量如下： 粗銑：參照《工藝手冊》取。 精銑：參照《工藝手冊》，其余量值規(guī)定為。 （2）鍵槽加工余量 毛坯為實心，不沖孔。 1.6 毛坯種類的選擇 零件材料為45，零件和材料，適應性強等優(yōu)點，適用于不同重量，不同厚度的毛坯，也適用于不同的金屬，特別是能制造形狀復雜的毛坯。工件端面加工余量3mm； 工件右端面機加工余量3mm； 工件左端面機加工余量3mm； 繪制毛坯圖 詳見附圖：毛坯圖 1.7 選擇加工設備和工藝裝備 1.7.1 機床選用 ①.工序端面加工是粗車、精車。臺階端面加工是粗，精車。每個過程步驟的數(shù)量不多，大批量生產(chǎn)，故臥式車床的選擇能滿足要求。這一部分概述了尺寸精度，屬于中等的要求，對CA6140型臥式車床的選擇是最常用的。 ②.工序銑鍵槽，選X52K銑床。 1.7.2 選擇刀具 ①.在車床上加工的工序, 一般采用硬質(zhì)合金刀具和刀具。為了提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益，可轉(zhuǎn)位車刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。 ②. 銑鍵槽時選用高速鋼銑鍵槽銑刀 1.7.3 選擇量具 本零件屬于成批量生產(chǎn)，一般采用常規(guī)。量具方法一是測量儀器選擇的不確定性；二是根據(jù)測量極限誤差測量裝置的選擇。 1.8 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 對45零件和材料，ρ= 7.3（7.2 到計算），質(zhì)量約為2kg 表1-1 機械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì) 生產(chǎn)類別 同類零件的年產(chǎn)量 重型 中型 輕型 單件生產(chǎn) 5以下 10以下 100以下 小批生產(chǎn) 5到100 10到200 100到500 中批生產(chǎn) 100到300 200到500 500到5000 大批生產(chǎn) 300到1000 500到5000 5000到50000 大量生產(chǎn) 1000以上 5000以上 50000以上 根據(jù)數(shù)據(jù)，不少于30 到 50每月，毛坯重量2＜100，鑒定為大批量的生產(chǎn)。 在查表基本毛坯的尺寸超過100至160，8級公差值的公差水平為1.8。 選擇公差等級為CT7級。 1-3 毛坯尺寸公差數(shù)值 毛坯尺寸 公差等級CT 大于 至 8 63 100 160 100 160 250 1.6 1.8 2.0 1.9確定加工用量及基本工時（機動時間） 工序20. 粗車右端面 已知加工材料灰鑄鐵 CA6140普通車床 所可轉(zhuǎn)位車刀(YG6硬質(zhì)合金材料)。根 故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。 ①.確定加工深度 一次走刀內(nèi)完成 ②.確定進給量 根據(jù)《加工手冊》可知 刀桿尺寸為，，進給量=0.5～1.0 按進給量在《工藝手冊》可知： =0.7 CA6140進給力=3530。 ，，=時， 進給力：=950。 實際進給力為： =950=1111.5 （1-2） 所選=可用。 ③.選擇磨鈍標準耐用度 根據(jù)《加工手冊》，最大磨損量取為，車刀壽命=。 ④.確定加工速度 故： ==63 （1-3） ===120 （1-4） 根據(jù)CA6140車床選擇 =125 這時實際速度為： == （1-5） ⑤.校驗機床功率 由《加工手冊》=～，，，加工速度時， = 實際功率為： =1.7=1.2 （1-6） 在CA6140上進行，最后用量為： =3.75，=，==，= 工序30 粗車左邊端面 所可轉(zhuǎn)位車刀(YG6硬質(zhì)合金材料)。 選刀桿尺寸=，刀片厚度為。 ①.確定加工深度 可在一次走刀內(nèi)完成 ②.確定進給量 根據(jù)《加工手冊》可知 刀桿尺寸為， 進給量=0.5～1.0 按CA6140進給量 =0.7 CA6140進給機構(gòu)允許進給力=3530。 =950=1111.5故所選=可用。 ③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據(jù)《加工手冊》車刀后刀面磨損量，車刀壽命=。 ④.確定加工速度 當硬質(zhì)合金刀度200～219毛坯， ，，加工速度=。 ==63 ===120 （3-13） 根據(jù)CA6140車床=125 實際速度為： == （3-14） ⑤.校驗機床功率 由《加工手冊》加工速度時， = 加工功率修正系數(shù)=0.73=0.9， 時間功率為： =1.7=1.2 =1.25，=，==，= 工序40. 粗車右端面外圓及臺階 所可轉(zhuǎn)位車刀(YG6硬質(zhì)合金材料)。 由于CA6140機床的中心高為200， 故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。 ①.確定加工深度 可在一次走刀內(nèi)完成 ②.確定進給量 根據(jù)《加工手冊》可知 刀桿尺寸為， 進給量=0.5～1.0 按CA6140進給量 =0.7 CA6140進給力=3530。 故實際進給力為： =950=1111.5 故所選=可用。 ③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據(jù)《加工手冊》車刀后刀面磨損量，車刀壽命=。 ④.確定加工速度 當 200～219毛坯， ，，加工速度=。 ==63 （3-12） ===120 （3-13） 根據(jù)CA6140車床=125 實際速度為： == （3-14） ⑤.校驗機床功率 由《加工手冊》加工速度時， = 功率為： =1.7=1.2 加工用量為： =1.25，=，==，= 工序50 粗車左邊外圓及臺階 所可轉(zhuǎn)位車刀(YG6硬質(zhì)合金材料)。 選刀桿尺寸=，刀片厚度為。 ①.確定加工深度 可一次走刀內(nèi)完成 ②.確定進給量 根據(jù)《加工手冊》可知 進給量=0.5～1.0 按CA6140進給量 =0.7 CA6140進給機構(gòu)允許進給力=3530。 實際進給力為： =950=1111.5 故所選=可用。 ③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據(jù)《加工手冊》車刀后刀面磨損量，車刀壽命=。 ④.確定加工速度 ==63 （3-12） ===120 （3-13） 根據(jù)CA6140車床=125 實際速度為： == （3-14） ⑤.校驗機床功率 由《加工手冊》加工速度時， = 功率為： =1.7=1.2 加工用量為： =1.25，=，==，= 工序70精車右端外圓及臺階 所可轉(zhuǎn)位車刀(YG6硬質(zhì)合金材料)。 由于CA6140機床的中心高為200， 故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。 ①.確定加工深度 可在一次走刀內(nèi)完成 ②.確定進給量 根據(jù)《加工手冊》可知 刀桿尺寸為， 進給量=0.5～1.0 按CA6140進給量 =0.7 CA6140進給力=3530。 故實際進給力為： =950=1111.5 故所選=可用。 ③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據(jù)《加工手冊》車刀后刀面磨損量，車刀壽命=。 ④.確定加工速度 當 200～219毛坯， ，，加工速度=。 ==63 （3-12） ===120 （3-13） 根據(jù)CA6140車床=125 實際速度為： == （3-14） ⑤.校驗機床功率 由《加工手冊》加工速度時， = 功率為： =1.7=1.2 加工用量為： =1.25，=，==，= 工序80 精車左側(cè)外圓及臺階 所可轉(zhuǎn)位車刀(YG6硬質(zhì)合金材料)。 選刀桿尺寸=，刀片厚度為。 ①.確定加工深度 可一次走刀內(nèi)完成 ②.確定進給量 根據(jù)《加工手冊》可知 進給量=0.5～1.0 按CA6140進給量 =0.7 CA6140進給機構(gòu)允許進給力=3530。 實際進給力為： =950=1111.5 故所選=可用。 ③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據(jù)《加工手冊》車刀后刀面磨損量，車刀壽命=。 ④.確定加工速度 ==63 （3-12） ===120 （3-13） 根據(jù)CA6140車床=125 實際速度為： == （3-14） ⑤.校驗機床功率 由《加工手冊》加工速度時， = 功率為： =1.7=1.2 加工用量為： =1.25，=，==，= 工序80 車螺紋M20X1.5（配螺母）機床： CA6140臥式車床 刀具：材料為，刀桿， 切削深度：單邊余量，進行次走刀； 進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》15-10可得：選用； 計算切削速度： 確定主軸轉(zhuǎn)速： 按機床選取，所以實際切削速度： 切削工時: 其中 故 工序100、車1處退刀槽 刀具：采用高速鋼切槽刀 《機床加工工藝手冊》表。 切削深度：單邊余量，進行次走刀；進給量：選用； 計算切削速度：， 確定主軸轉(zhuǎn)速： 切削工時: 其中 故 工序110 銑鍵槽 根據(jù)《機械加工工藝設計手冊》第一卷表選用硬質(zhì)合金直柄鍵槽銑刀 銑削深度，一次走刀切除。 確定每齒進給量，給據(jù)《機械加工工藝設計手冊》表選取 確定銑刀的磨鈍標準及耐用度 按《機械加工工藝手冊》表，銑刀后刀面最大磨損限度 按《機械加工工藝手冊》表，刀具的耐用度 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表的 故采用X52K銑床由根據(jù)《機械加工工藝手冊》表取 則實際車削速度 此時工作臺每分鐘的進給量應為： 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表銑削工時： 式中 所以 工序120 精磨?17、?14外圓 機床：外圓磨床 《機械加工工藝設計實用手冊》表 砂輪： 《機械加工工藝設計實用手冊》表 由《機械加工工藝設計手冊》表得 工件速度,工件轉(zhuǎn)速 選取砂輪主軸轉(zhuǎn)速為 故最大的切削速度： 選擇工件轉(zhuǎn)速《機械制造工藝金屬切削機床設計指導》表 工件的縱向進給量時，橫向進給量 《機械制造工藝金屬切削機床設計指導》表 工件的切削余量，每次切削深度，切削次數(shù)為次。 動機時間：《機械制造工藝金屬切削機床設計指導》表 且 由《機械制造工藝金屬切削機床設計指導》表 則 總 結(jié) 機械制造過程更系統(tǒng)的了解一般的過程，學習和掌握整個設計過程中，有一個科學的設計方法是更嚴格的。通過這次畢業(yè)設計，畢業(yè)設計的基本理論知識，可以學習使用，定位和夾緊工件加工的正確的解決方案，選擇合理的設計方案，進行必要的計算，效率高的項目的設計以滿足高質(zhì)量的要求，基于降低成本基本理論知識，進行必要的計算設計，高質(zhì)量，高效率夾具，成本低。清晰的過程，了解情況之前，機床刀具和加工，畢業(yè)設計有很大的收獲我的。但也有許多地方都在辛苦的工作。但教師思想教育比平常更多，認為他們的社會責任感的未來，思想在世界上是因為一些小錯誤，我不提醒自己，要形成良好的習慣的高度負責，一絲不茍。 在設計和分析使我感到更多的設計思路，提高我們的學習能力，和我們討論的問題，所以我要了解分析更清晰，使我受益不淺。通許多計算有時會讓我感到心煩意亂；有時是不小心計算誤差，只能被無情地重做。過這次的畢業(yè)設計，我深深感到，做任何事都要有耐心，細心。 參考文獻 參考文獻 1.《機床夾具設計》 第2版 肖繼德 陳寧平主編 機械工業(yè)出版社 2.《機械制造工藝及專用夾具設計指導》 孫麗媛主編 冶金工業(yè)出版社 3.《機械制造工藝學》 周昌治、楊忠鑒等 重慶大學出版社 4. 《機械制造工藝設計簡明手冊》李益民 主編 機械工業(yè)出版社 5. 《工藝師手冊》 楊叔子主編 機械工業(yè)出版社 6. 《機床夾具設計手冊》　　　王光斗、王春福主編 上海科技出版社 7. 《機床專用夾具設計圖冊》南京市機械研究所 主編 機械工業(yè)出版社 8. 《機械原理畢業(yè)設計手冊》 鄒慧君主編 機械工業(yè)出版社 9.《金屬加工手冊》第三版 上海市金屬加工技術(shù)協(xié)會 上?？茖W技術(shù)出版社 10.《幾何量公差與檢測》第五版 甘永立 主編 上?？茖W技術(shù)出版社 11．《機械設計基礎》 第三版 陳立德主編 高等教育出版社 12．《工程材料》 丁仁亮主編 機械工業(yè)出版社 13．《機械制造工藝學畢業(yè)設計指導書》， 機械工業(yè)出版社 14．《機床夾具設計》 王啟平主編 哈工大出版社 15.《現(xiàn)代機械制圖》 呂素霞 何文平主編 機械工業(yè)出版社 致 謝 畢業(yè)設計是大學知識的綜合運用，相關(guān)的專業(yè)知識，是知識在實踐中的應用。通過本次畢業(yè)設計，使我的專業(yè)知識是在原有的基礎上鞏固和提高，也不能沒有老師和同學的幫助。 本畢業(yè)設計是在老師的指導下完成的。老師讓我受益不淺，他淵博的知識，嚴謹?shù)娘L格，高度的責任感。在做設計的過程中也遇到了很多問題，老師給了我很多的關(guān)心和幫助，并總是問指導我們的設計過程。分析設計是在老師的指導下完成的，在分析過程中，的老師給了我很大的鼓勵，在設計和分析使我感到更多的設計思路，提高我們的學習能力，和我們討論的問題，所以我要了解分析更清晰，使我受益不淺。通過這次的畢業(yè)設計，我深深感到，做任何事都要有耐心，細心。通過這次的畢業(yè)設計，我深深感到，做任何事都要有耐心，細心。設計的過程，許多計算有時會讓我感到心煩意亂；有時是不小心計算誤差，只能被無情地重做。但教師思想教育比平常更多，病人，認為他們的社會責任感的未來，思想在世界上是因為一些小錯誤，我不提醒自己，要形成良好的習慣的高度負責，一絲不茍。說實話，畢業(yè)設計真是有點累了。然而，其設計結(jié)果，畢業(yè)設計仔細回味的旅程，一個罕見的成功立刻讓我昏昏欲睡。頓消。雖然這是我剛學的第一個走，一點在我的生命中的成功，但它讓我覺得更成熟了。畢業(yè)設計的過程，許多計算有時會讓我感到心煩意亂；有時是不小心計算誤差，只能被無情地重做。但教師思想教育比平常更多，認為他們的社會責任感的未來，思想在世界上是因為一些小錯誤，我不提醒自己，要形成良好的習慣的高度負責，一絲不茍。因為畢業(yè)的時候，很多人應該知道的地方都沒有時間去仔細地去追求，但是我相信，方向是最重要的，因為方向，將用最少的精力去做事情，這工作，我的人生。因為在實際生產(chǎn)生活，工作是千差萬別的，只有找到自己最喜歡的，最有前途的工作，有更多的熱心人士，但也是最有可能在自己的崗位上做出一定的貢獻。 43 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院，佐治亞理工學院，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。這種效應可通過最小化夾具設計優(yōu)化，夾緊力是一個重要的設計變量，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，獨特的三維夾具可以處理超過6個自由度的裝夾，復和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設已知摩擦力的方向來推導計算最小夾緊力，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 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的定位反應是“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 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計（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，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）沿相應的刀具路徑設置的產(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（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用于銑削負載到工件，他應用于工件銑削負載一個序列。最佳的夾緊力，，對應列表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，則夾緊力需相應設置，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的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應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，剛度和阻尼效應在確定工件夾具系統(tǒng)的響應特性具有重要作用。 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用有限元分析和數(shù)學優(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)學算法：分析和合成》，美國ASME，工程學報工業(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復和AYC倪.“核查和工件夾持的夾具設計”方案優(yōu)化，設計和制造，4，碩士論文： 307-318，1994。 15、T. H. Richards、埃利斯 霍伍德.1977,《應力能量方法分析》，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用程序，制造科學雜志與工程： 325–331頁, 1996。