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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 19 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(xiě)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(xiě)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(xiě)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(xiě)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(xiě)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(xiě)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. D. Lee 和L. S. Haynes .《柔性?shī)A具系統(tǒng)的有限元分析》交易美國(guó)ASME，工程雜志工業(yè) ：134-139頁(yè)。 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(guó)ASME，制造科學(xué)與工程雜志 ：1996 318-324頁(yè)。 3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“負(fù)載對(duì)表面平整度的影響”工件夾具制造科學(xué)研討會(huì)論文集1996，第一卷：146-152頁(yè)。 4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“適用于選拔夾具設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，美國(guó)ASME工業(yè)工程雜志：113 、 412-414，1991。 5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.《計(jì)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(yè)。 6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工過(guò)程仿真的加工裝置作用力系統(tǒng)研究”， NAMRI/SME：207–214頁(yè), 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(guó)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(guó)ASME，工程學(xué)報(bào)工業(yè)“：1989 299-306頁(yè)。 10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 《具有摩擦性的夾具規(guī)劃》 美國(guó)ASME，工業(yè)工程學(xué)報(bào)：1991，320–327頁(yè)。 11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夾緊力分析”，國(guó)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(guó)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(guó)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(jì)”方案優(yōu)化，設(shè)計(jì)和制造，4，碩士論文： 307-318，1994。 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(duì)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(yè), 1996。 南京航空航天大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 課 題 名 稱 飛錘支架的夾具設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)電學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 年 級(jí) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 2007年 5 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題目：設(shè)計(jì)飛錘支架夾具 內(nèi)容： (1)零件的工藝分析 (2)飛錘支架夾具設(shè)計(jì) 　　　　 (3)繪制夾具裝配圖 (4)夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (5)加工程序部分 原始資料：該零件圖樣一張 生產(chǎn)綱領(lǐng)為5000件/年； 大批量生產(chǎn) 目 錄 前言------------------------------------------------------------------------------------------------------------（3） 1. 零件的工藝分析---------------------------------------------------------------------------------------（4） 1.1 零件的功用、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)----------------------------------------------------------------------------（4） 1.2 主要加工表面及要求----------------------------------------------------------------------------------（4） 2. 飛錘支架夾具設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------------------------------（6） 2.1工序的工藝分析----------------------------------------------------------------------------------------（6） 2.2定位方案及定位元件選擇和設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------------------（8） 3. 繪制夾具裝配圖見(jiàn)附表一--------------------------------------------------------------------------（13） 4. 夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)----------------------------------------------------------------------------------------(15) 4. １夾具設(shè)計(jì)的基本要求---------------------------------------------------------------------------------（15） 4.２ 夾具設(shè)計(jì)的程序--------------------------------------------------------------------------------------（17） 5. 加工程序-------------------------------------------------------------------------------------------------(22) 6. 結(jié)論-----------------------------------------------------------------------------------------------------（24） 7. 參考文獻(xiàn)-----------------------------------------------------------------------------------------------（24） （1）飛錘支架零件圖------------------------------------------------------------------------------１ (2) 裝配圖--------------------------------------------------------------------------------------附表一 前 言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是每個(gè)大學(xué)生在畢業(yè)前必須完成的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)我們所學(xué)專業(yè)的一個(gè)綜合測(cè)試，也是對(duì)我們畢業(yè)生做的一次具體的、重要的考驗(yàn)。此設(shè)計(jì)密切結(jié)合高等學(xué)校的辦學(xué)宗旨。已檢測(cè)我們?cè)趯W(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)過(guò)程中對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度和運(yùn)用水平。同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中與同學(xué)互相幫助,一起去圖書(shū)館查閱畢業(yè)設(shè)計(jì)中需要得一些相關(guān)資料,共同探討課程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題,體現(xiàn)了同學(xué)之間的凝聚力,增進(jìn)了同學(xué)之間的友誼,加強(qiáng)了與老師的知識(shí)探討. 作為機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生不能僅以學(xué)好課本上的理論知識(shí)而滿足,如果不懂的運(yùn)用他們,學(xué)再多的理論知識(shí)也毫無(wú)用處。因此我們非常重視本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐,通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們各方面的能力都有所加強(qiáng),對(duì)于今后的生產(chǎn)實(shí)習(xí)以及走上工作崗位有很大幫助,是我們受益匪淺。 本設(shè)計(jì)不足之處，懇請(qǐng)老師點(diǎn)評(píng)、指正。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 設(shè)計(jì)者 2007年5月 圖1-1零件圖 1. 零件的工藝分析 1.1 零件的功用、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 功用：起支撐作用。由于該工件工作時(shí)要承受一定的力，因此要求有一定的強(qiáng)度、剛度和韌性。 1.2 主要加工表面及要求 1. 孔徑為φ7的孔，其形位公差遵守包容要求，表面粗糙度Ra1.6μm，孔的端面與寬18的槽相通，孔口倒角1×45°。 2. 飛錘支架φ11的回轉(zhuǎn)面，表面粗糙度為Ra6.3μm。 3. 飛錘支架φ15的回轉(zhuǎn)面，表面粗糙度為Ra12.5μm。 4. φ19的回轉(zhuǎn)面和右端面，表面粗糙度為Ra1.6μm，并倒角。 5. 飛錘支架表面2－φ6.5锪平φ12的沉孔，銑上表面及其輪廓，表面粗糙度不作要求。 6. 4－φ6的孔，表面粗糙度為Ra6.3μm，倒角1×45°。 7. 寬18的槽，表面粗糙度為Ra6.3μm。 機(jī)械加工加工方案 表（1） 工序號(hào) 內(nèi)容 設(shè)備 10 熱處理 熱處理 20 1) 粗車φ11、φ15、φ19回轉(zhuǎn)面和右端面 CA6140臥式車床 2) 鉆φ7的孔至φ6 3) 擴(kuò)φ7的孔至φ6.8 25 1) 半精車φ19及右端面至圖樣要求 CA6140臥式車床 2) 鉸φ7的孔至圖樣要求 3) 孔口倒角 30 銑飛錘支架上端面及2—φ6.5锪平φ12沉孔 鉆床 40 1) 鉆4—φ6的孔至φ5.8 TX612鏜床 2) 鉸4—φ6的孔，倒角 50 銑寬18的槽 XA6132銑床 60 去毛刺 鉗工 70 清洗 80 檢驗(yàn) 工藝路線如表１所示，根據(jù)18的加工要求選擇φ18的三面刃銑刀和XA6132銑床。 　 　　　　 ２.飛錘支架夾具設(shè)計(jì) ２.１工序的工藝分析 零件為飛錘支架，材料為QT62—2。生產(chǎn)類型為：大批量生產(chǎn)。該零件工藝規(guī)程見(jiàn)工藝卡。先要求設(shè)計(jì)第4道工序銑18槽的銑床夾具。 零件的加工要求為：寬mm，表面粗糙度為Ra6.3um.本工序的加工條件為XA6132銑床及φ12端面銑刀，工件右側(cè)回轉(zhuǎn)體，φ孔、4-φ孔、及2-φ6.5锪平φ12孔均已加工，達(dá)到圖樣要求。 正火處理，毛坯上銑18槽的經(jīng)濟(jì)精度可達(dá)IT8，表面粗糙度Ra6.3um，在銑夾具上加工時(shí)適當(dāng)控制進(jìn)給速度，可以保證槽的尺寸精度和表面粗糙要求。因此在本工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮要如何保證槽的寬度偏差。 　　　　　　　　　　　　　　　　圖１-１工序圖 2.2定位方案及定位元件選擇和設(shè)計(jì) 2.2.1定位方案的選擇 1.根據(jù)工序加工要求，工件在夾具中的定位方案如下： 如圖1-1所示：要夾住的工件主要尺寸。 方案一：以φ19回轉(zhuǎn)面及其端面為主要定位基準(zhǔn)，限制６個(gè)自由度X、Y、X、Y、Z，以φ19回轉(zhuǎn)面為止推基準(zhǔn)，限制２個(gè)自由度，以零件左端面外型輪廓寬30的長(zhǎng)方體外型輪廓作為防轉(zhuǎn)基準(zhǔn)，限制３個(gè)自由度。工件在夾金緊的時(shí)候又限制了一個(gè)自由度。 方案一草圖 方案二：以φ19回轉(zhuǎn)面及其端面為主要定位基準(zhǔn),限制６個(gè)自由度X、Y、X、Y、Z，以φ19回轉(zhuǎn)面為止推基準(zhǔn)，限制２個(gè)自由度,以φ45的圓外型輪廓作為防轉(zhuǎn)基準(zhǔn)，限制３個(gè)自由度。同樣工件在夾金緊的時(shí)候又限制了一個(gè)自由度。 方案二草圖 方案三:以φ19回轉(zhuǎn)面及其端面為主要定位基準(zhǔn),限制６個(gè)自由度X、Y、X、Y、Z，以φ19回轉(zhuǎn)面為止推基準(zhǔn)，限制２個(gè)自由度,以2－φ6.5锪平12的兩個(gè)孔為防轉(zhuǎn)基準(zhǔn),限制３個(gè)自由度。同樣工件在夾金緊的時(shí)候又限制了一個(gè)自由度。此方案是用螺栓固定達(dá)到防轉(zhuǎn)的目的，其作用了力方向如下圖受Ｆ１和Ｆ２的作用力。 方案三草圖 選擇基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)保證工件安裝可靠,夾具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便。 方案一：按照基準(zhǔn)重合原則確定的，用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn),以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差。有利于保證加工精度，夾緊力可以抵消部分切削力。有利于提高夾緊剛度，缺點(diǎn)是夾緊力大容易引起定位元件變形。夾具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,裝夾方便。 方案二:和方案一差不多,只有裝夾的方向有點(diǎn)不同,不存在基準(zhǔn)不重合誤差，有利于保證加工精度，夾緊力可以抵消部分切削力。 方案三:按照基準(zhǔn)統(tǒng)一原則確定的,有利于夾具的設(shè)計(jì)制造,夾緊力方向指向定位元件剛性較大的方向。缺點(diǎn)是不容易保證槽的的精確度,銑刀進(jìn)給的軸向力完全由工件承受,會(huì)引起定位元件變形。 本工序加工18的槽,從夾具制造的簡(jiǎn)單方便考慮,可以選擇方案三。但是方案三在裝夾是麻煩,大量的時(shí)間浪費(fèi)在裝夾上 ,故不采用。從加工的切削力和夾緊力方面考慮,加工時(shí)夾緊力不需要太大。綜合兩方面的考慮故選擇方案一。 　?。?定位元件設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)定位元件的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。夾具與零件的外型輪廓相似。 圖1-2 這樣能較容易、較穩(wěn)定地保證加工精度。用夾具裝夾工件時(shí)，工件相對(duì)與刀具的位置由夾具保證，基本不受工人技術(shù)水平的影響，因而能較容易、教穩(wěn)定地保證工件的加工精度。能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用夾具后，工件不需劃線找正，裝夾方便迅速，顯著地減少了輔助時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。 夾緊力的計(jì)算:因采用的是手動(dòng)夾具故夾緊力無(wú)須計(jì)算。 3． 繪制夾具零件圖 　　　　　　　　　　　圖1-3 4、夾緊裝置設(shè)計(jì) 夾緊機(jī)構(gòu)的三要素是夾緊力方向的確定、夾緊力作用點(diǎn)的確定、夾緊力大小的確定。 夾緊里的方向如圖3左視圖所示夾具左端固定不動(dòng),裝夾時(shí)工件受夾緊力F和與其相對(duì)的反作用力F1。 　　夾緊力作用點(diǎn)的選擇應(yīng)遵循的規(guī)則： （１） 為了使定位穩(wěn)定，夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)該落在主要的定位支承面上，活絡(luò)在主要的定位支承面上的支承點(diǎn)所圍成的面積內(nèi)； （２） 夾緊力應(yīng)作用在工件剛性較好的部位上，不應(yīng)該使工件產(chǎn)生夾緊變形或使工件產(chǎn)生翻磚力矩； （３） 為了防止工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)，夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近被加工表面； （４） 夾緊力作用點(diǎn)的數(shù)目，應(yīng)盡量在工件的整個(gè)接觸面上分布均勻，以減小夾緊變形。 夾具三維圖 　　該夾具是用平口鉗固定，是手動(dòng)夾具為絲桿傳動(dòng)。在裝夾過(guò)程中方便簡(jiǎn)單，節(jié)約了大量的裝夾時(shí)間。操作方便，使用安全、可靠，且改善工人的勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。在夾緊過(guò)程中用不會(huì)使工件產(chǎn)生變形。 零件三維造型 3. 繪制夾具裝配圖見(jiàn)附表一 　　夾具總圖繪制完畢后，對(duì)夾具上的非標(biāo)準(zhǔn)件要繪制零件工作圖，并規(guī)定相應(yīng)在的技術(shù)要求。零件工作圖應(yīng)嚴(yán)格遵照所規(guī)定的比例繪制。視圖、投影應(yīng)完整，尺寸要標(biāo)注齊全，所標(biāo)注的公差及技術(shù)條件應(yīng)符合總圖要求，加工精度及表面光潔度應(yīng)選擇合理。 在夾具設(shè)計(jì)圖紙全部完畢后，還有待于精心制造和實(shí)踐和使用來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的科學(xué)性。經(jīng)試用后，有時(shí)還可能要對(duì)原設(shè)計(jì)作必要的修改。因此，要獲得一項(xiàng)完善的優(yōu)秀的夾具設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員通常應(yīng)參與夾具的制造、裝配，鑒定和使用的全過(guò)程。 　 夾具體是夾具的基本件，它既要把夾具的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置連接成一個(gè)整體，而且還要考慮工件裝卸的方便。因此，夾具體的形狀和尺寸主要取決于夾具各組成件的分布位置、工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等。在設(shè)計(jì)夾具體時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求。 ??? ①、具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 ??? ②、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，在保證強(qiáng)度和剛度前提下結(jié)構(gòu)近可能簡(jiǎn)單緊湊，體積小、質(zhì)量輕和便于工件裝卸。 ??? ③、安裝穩(wěn)定牢靠。 ??? ④、結(jié)構(gòu)的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗(yàn) ??? ⑤、尺寸要穩(wěn)定且具有一定精度。 ?⑥、清理方便。 夾具體毛坯制造方法的選擇?? 綜合考慮結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)化以及各種夾具體的優(yōu)缺點(diǎn)等，選擇夾具體毛坯制造方法為鑄造夾具體； ??? 夾具體的外形尺寸?? 在繪制夾具總圖時(shí)，根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置及其輔助機(jī)構(gòu)在總體上的配置，夾具體的外形尺寸便已大體確定。然后進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，再根據(jù)強(qiáng)度和剛度要求選擇斷面的結(jié)構(gòu)形狀和壁厚尺寸。夾具體的壁厚20mm，長(zhǎng)度326mm，寬度128mm；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，夾具體上設(shè)計(jì)有螺孔、銷孔，并且要求定位定位器和夾緊器的銷孔在裝配時(shí)配作。 4.夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 夾具設(shè)計(jì)一般是在零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程制訂之后按照某一工序的具體要求進(jìn)行的。制訂工藝過(guò)程，應(yīng)充分考慮夾具實(shí)現(xiàn)的可能性，而設(shè)計(jì)夾具時(shí)，如確有必要也可以對(duì)工藝過(guò)程提出修改意見(jiàn)。夾具的設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低，應(yīng)以能否穩(wěn)定地保證工件的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、維護(hù)容易等為其衡量指標(biāo)。 4.１夾具設(shè)計(jì)的基本要求 　1精基準(zhǔn)選擇的原則:在選擇基準(zhǔn)時(shí),主要應(yīng)考慮保證加工精度和工件安裝方便可靠。其選擇原則應(yīng)遵循a.基準(zhǔn)重合原則，用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn),以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差。B基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，應(yīng)采用同一基準(zhǔn)電位加工零件上盡可能多的表面,基準(zhǔn)重合和統(tǒng)一原則是選擇精基準(zhǔn)的兩個(gè)重要原則,但實(shí)際生產(chǎn)中有時(shí)回遇到兩者想互矛盾的情況。C自為基準(zhǔn)原則,某些要求加工余量小而均勻的精加工工序,選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)。D互為基準(zhǔn)原則,對(duì)工件上兩個(gè)相互位置精度要求很高的表面進(jìn)行加工時(shí),需要兩個(gè)表面互相作為基準(zhǔn),反復(fù)進(jìn)行加工,以保證位置精度要求。 　2夾具設(shè)計(jì)精度的設(shè)計(jì)原則，要保證設(shè)計(jì)的夾具制造成本低，規(guī)定零件的精度要求時(shí)應(yīng)遵循以下原則： （1）對(duì)一般精度的夾具 1）應(yīng)使主要組成零件具有相應(yīng)終加工方法的平均經(jīng)濟(jì)精度； 2）應(yīng)按獲得夾具精度的工藝方法所達(dá)到的平均經(jīng)濟(jì)精度，規(guī)定基礎(chǔ)件夾具體加工孔的形位公差。 （2）對(duì)一般精度或精度要求低的夾具，組成零件的加工精度按此規(guī)定，既達(dá)到了制造成本低，又使夾具具有較大精度裕度，能使設(shè)計(jì)的夾具獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效果。 　　　對(duì)精密夾具 除遵循一般精度夾具的兩項(xiàng)原則外，對(duì)某個(gè)關(guān)鍵零件，還應(yīng)規(guī)定與偶件配作或配研等，以達(dá)到無(wú)間隙滑動(dòng)等。 對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)的基本要求如下： ??? ①、夾緊作用準(zhǔn)確，處于夾緊狀態(tài)時(shí)應(yīng)能保持自鎖，保證夾緊定位的安全可靠。 ??? ②、夾緊動(dòng)作迅速，操作方便省力，夾緊時(shí)不應(yīng)損害零件表面質(zhì)量 ??? ③、夾緊件應(yīng)具備一定的剛性和強(qiáng)度，夾緊作用力應(yīng)是可調(diào)節(jié)的。 ??? ④、結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，便于制造和維修 夾緊誤差是指工件在夾緊力的作用下,工序基準(zhǔn)相對(duì)于理想位置的最大偏移值在加工尺寸方向上的投影和工件變形所造成的加工表面的形狀誤差。產(chǎn)生夾緊變形的因素有兩個(gè)方面:工件的彈性變形、工件定位面與夾具定位面之間的接觸變形。 3一個(gè)優(yōu)良的機(jī)床夾具必須滿足下列基本要求： （1）保證工件的加工精度 保證加工精度的關(guān)鍵，首先在于正確地選定定位基準(zhǔn)、定位方法和定位元件，必要時(shí)還需進(jìn)行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度的影響，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。 （2）提高生產(chǎn)效率 專用夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，應(yīng)盡量采用各種快速高效的裝夾機(jī)構(gòu)，保證操作方便，縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。 （3）工藝性能好 專用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、合理，便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)、維修等。 專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當(dāng)最終精度由調(diào)整或修配保證時(shí)，夾具上應(yīng)設(shè)置調(diào)整和修配結(jié)構(gòu)。 （4）使用性能好 專用夾具的操作應(yīng)簡(jiǎn)便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經(jīng)濟(jì)適用的前提下，應(yīng)盡可能采用氣動(dòng)、液壓等機(jī)械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。專用夾具還應(yīng)排屑方便。必要時(shí)可設(shè)置排屑結(jié)構(gòu)，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來(lái)大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。 （5）經(jīng)濟(jì)性好 專用夾具應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對(duì)夾具方案進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益。 4.２ 夾具設(shè)計(jì)的程序 4.2.1夾具設(shè)計(jì)規(guī)范化概述 1．夾具設(shè)計(jì)規(guī)范化的意義 研究夾具設(shè)計(jì)規(guī)范化程序的主要目的在于： （1）保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高設(shè)計(jì)效率 夾具設(shè)計(jì)質(zhì)量主要表現(xiàn)在： 1）設(shè)計(jì)方案與生產(chǎn)綱領(lǐng)的適應(yīng)性； 2）高位設(shè)計(jì)與定位副設(shè)置的相容性； 3）夾緊設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性； 4）精度控制項(xiàng)目的完備性以及各控制項(xiàng)目公差數(shù)值規(guī)定的合理性； 5）夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性； 6）夾具制造成本的經(jīng)濟(jì)性。 有了規(guī)范的設(shè)計(jì)程序，可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員有步驟、有計(jì)劃、有條理地進(jìn)行工作，提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期。 （2）有利于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 有了規(guī)范化的設(shè)計(jì)程序，就可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕設(shè)計(jì)人員的負(fù)擔(dān)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，除了進(jìn)行精度設(shè)計(jì)之外，還可以尋找最佳夾緊狀態(tài)，利用有限元法對(duì)零件的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)包括繪圖在內(nèi)的設(shè)計(jì)過(guò)程的全部計(jì)算機(jī)控制。 （3）有利于初學(xué)者盡快掌握夾具設(shè)計(jì)的方法 近年來(lái)，關(guān)于夾具設(shè)計(jì)的理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)已日見(jiàn)完備，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的夾具規(guī)范化設(shè)計(jì)程序，使初級(jí)夾具設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作提高到了一個(gè)新的科學(xué)化水平。 4.2.2 夾具設(shè)計(jì)的規(guī)范程序 工藝人員在編制零件的工藝規(guī)程時(shí)，便會(huì)提出相應(yīng)的夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，經(jīng)有關(guān)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后下達(dá)給夾具設(shè)計(jì)人員。夾具設(shè)計(jì)人員根據(jù)任務(wù)書(shū)提出的任務(wù)進(jìn)行夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)將夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范化程序具體分述如下。 　　1．明確設(shè)計(jì)要求，認(rèn)真調(diào)查研究，收集設(shè)計(jì)資料 　　（1）仔細(xì)研究零件工作圖、毛坯圖及其技術(shù)條件。 （2）了解零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、投產(chǎn)批量以及生產(chǎn)組織等有關(guān)信息。 （3）了解工件的工藝規(guī)程和本工序的具體技術(shù)要求，了解工件的定位、夾緊方案，了解本工序的加工余量和切削用量的選擇。 （4）了解所使用量具的精度等級(jí)、刀具和輔助工具等的型號(hào)、規(guī)格。 （5）了解本企業(yè)制造和使用夾具的生產(chǎn)條件和技術(shù)現(xiàn)狀。 （6）了解所使用機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)、性能、規(guī)格、精度以及與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系尺寸等。 （7）準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)夾具用的各種標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)定、典型夾具圖冊(cè)和有關(guān)夾具的設(shè)計(jì)指導(dǎo)資料等。 （8）收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)設(shè)計(jì)、制造同類型夾具的資料，吸取其中先進(jìn)而又能結(jié)合本企業(yè)實(shí)際情況的合理部分。 　２．繪制夾具總圖 　繪制夾具總圖通常按以下步驟進(jìn)行： （1）遵循國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)，繪圖比例應(yīng)盡可能選取1﹕1，根據(jù)工件的大小時(shí)，也可用較大或較小的比例；通常選取操作位置為主視圖，以便使所繪制的夾具總圖具有良好的直觀性；視圖剖面應(yīng)盡可能少，但必須能夠清楚地表達(dá)夾具各部分的結(jié)構(gòu)。 （2）用雙點(diǎn)劃線繪出工件輪廓外形、定位基準(zhǔn)和加工表面。將工件輪廓線視為“透明體”，并用網(wǎng)紋線表示出加工余量。 （3）根據(jù)工件定位基準(zhǔn)的類型和主次，選擇合適的定位元件，合理布置定位點(diǎn)，以滿足定位設(shè)計(jì)的相容性。 （4）根據(jù)定位對(duì)夾緊的要求，按照夾緊五原則選擇最佳夾緊狀態(tài)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的夾緊系統(tǒng)，畫(huà)出夾緊工件的狀態(tài)。對(duì)空行和較大的夾緊機(jī)構(gòu)，還應(yīng)用雙點(diǎn)劃線畫(huà)出放松位置，以表示出和其他部分的關(guān)系。 （5）圍繞工件的幾個(gè)視圖依次繪出對(duì)刀、導(dǎo)向元件以及定向鍵等。 （6）最后繪制出夾具體及連接元件，把夾具的各組成元件和裝置連成一體。 （7）確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸 夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注的有以下五類尺寸： 　1）夾具的輪廓尺寸：即夾具的長(zhǎng)、寬、高尺寸。若夾具上有可動(dòng)部分，應(yīng)包括可動(dòng)部分極限位置所占的空間尺寸。 　2）工件與定位元件的聯(lián)系尺寸：常指工件以孔在心軸或定位銷上（或工件以外圓在內(nèi)孔中）定位時(shí)，工件定位表面與夾具上定位元件間的配合尺寸。 　3）夾具與刀具的聯(lián)系尺寸：用來(lái)確定夾具上對(duì)刀、導(dǎo)引元件位置的尺寸。對(duì)于銑、刨床夾具，是指對(duì)刀元件與定位元件的位置尺寸；對(duì)于鉆、鏜床夾具，則是指鉆（鏜）套與定位元件間的位置尺寸，鉆（鏜）套之間的位置尺寸，以及鉆（鏜）套與刀具導(dǎo)向部分的配合尺寸等。 4）夾具內(nèi)部的配合尺寸：它們與工件、機(jī)床、刀具無(wú)關(guān)，主要是為了保證夾具裝置后能滿足規(guī)定的使用要求。 5）夾具與機(jī)床的聯(lián)系尺寸：用于確定夾具在機(jī)床上正確位置的尺寸。對(duì)于車、磨床夾具，主要是指夾具與主軸端的配合尺寸；對(duì)于銑、刨床夾具，則是指夾具上的定向鍵與機(jī)床工作臺(tái)上的T型槽的配合尺寸。標(biāo)注尺寸時(shí)，常以?shī)A具上的定位元件作為相互位置尺寸的基準(zhǔn)。 　　上述尺寸公差的確定可分為兩種情況處理：一是夾具上定位元件之間，對(duì)刀、導(dǎo)引元件之間的尺寸公差，直接對(duì)工件上相應(yīng)的加工尺寸發(fā)生影響，因此可根據(jù)工件的加工尺寸公差確定，一般可取工件加工尺寸公差的1/3~1/5；二是定位元件與夾具體的配合尺寸公差，夾緊裝置各組成零件間的配合尺寸公差等，則應(yīng)根據(jù)其功用和裝配要求，按一般公差與配合原則決定。 （8）規(guī)定總圖上應(yīng)控制的精度項(xiàng)目，標(biāo)注相關(guān)的技術(shù)條件 夾具的安裝基面、定向鍵側(cè)面以及與其相垂直的平面（稱為三基面體系）是夾具的安裝基準(zhǔn)，也是夾具的測(cè)量基準(zhǔn)，因而應(yīng)該以此作為夾具的精度控制基準(zhǔn)來(lái)標(biāo)注技術(shù)條件。在夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)條件（位置精度要求）有如下幾個(gè)方面： 1）定位元件之間或定位元件與夾具體底面間的位置要求，其作用是保證工件加工面與工件定位基準(zhǔn)面間的位置精度。 2）定位元件與連接元件（或找正基面）間的位置要求。 3）對(duì)刀元件與連接元件（或找正基面）間的位置要求。 4）定位元件與導(dǎo)引元件的位置要求。 5）夾具在機(jī)床上安裝時(shí)位置精度要求。 上述技術(shù)條件是保證工件相應(yīng)的加工要求所必需的，其數(shù)量應(yīng)取工件相應(yīng)技術(shù)要求所規(guī)定數(shù)值的1/3~1/5。當(dāng)工件沒(méi)注明要求時(shí)，夾具上的那些主要元件間的位置公差，可以按經(jīng)驗(yàn)取為（100﹕0.02）~（100﹕0.05）mm，或在全長(zhǎng)上不大于0.03~0.05mm。 （9）編制零件明細(xì)表 夾具總圖上還應(yīng)畫(huà)出零件明細(xì)表和標(biāo)題欄，寫(xiě)明夾具名稱及零件明細(xì)表上所規(guī)定的內(nèi)容。 ３．夾具精度校核 在夾具設(shè)計(jì)中，當(dāng)結(jié)構(gòu)方案擬定之后，應(yīng)該對(duì)夾具的方案進(jìn)行精度分析和估算；在夾具總圖設(shè)計(jì)完成后，還應(yīng)該根據(jù)夾具有關(guān)元件的配合性質(zhì)及技術(shù)要求，再進(jìn)行一次復(fù)核。這是確保產(chǎn)品加工質(zhì)量而必須進(jìn)行的誤差分析。 4.確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 　在廣泛收集和研究有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，著手?jǐn)M定夾具的結(jié)構(gòu)方案，主要包括： 　 （1）根據(jù)工藝的定位原理，確定工件的定位方式，選擇定位元件。 （2）確定工件的夾緊方案和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)。 （3）確定夾具的其它組成部分，如分度裝置、對(duì)刀塊或引導(dǎo)元件、微調(diào)機(jī)構(gòu)等。 （4）協(xié)調(diào)各元件、裝置的布局，確定夾具體的總體結(jié)構(gòu)和尺寸。 　在確定方案的過(guò)程中，會(huì)有各種方案供選擇，但應(yīng)從保證精度和降低成本的角度出發(fā)，選擇一個(gè)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)的最佳方案。 5.程序部分 加工１８的槽的程序如下： %0001 G90 G54 G00 X0 Y0 Z100; M03 S1800 M08; X-36 Y3; Z10; G01 Z0 F300; M98 %002 L5; G01 Z-11 F300; X36; Y-3; X-36; Y3; G00 X0 Y0 Z100 M9; M05; M30 %002 G01 Z-2 F300; G01 X36; Y-3; X-36; Y3; M99 　　 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是理工類學(xué)生必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，在老師和同學(xué)們的共同努力下已取得了初步的結(jié)果，從整體上看，畢業(yè)設(shè)計(jì)是鍛煉我們理工類學(xué)生的一種思維能力和實(shí)踐能力，雖然我們的能力有限，但是通過(guò)初步的嘗試，我們已經(jīng)能基本符合我們這個(gè)專業(yè)的理論和實(shí)踐。 數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的典型代表，在制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域如，航天航空，汽車，摩托車，模具，精密機(jī)械，家用電器等方面有著日益廣泛的應(yīng)用，已成為這些行業(yè)中不可缺少的加工手段，拌隨著全球制造業(yè)向我國(guó)逐漸轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)數(shù)控加工的要求必將呈現(xiàn)出高速持續(xù)的增長(zhǎng)，人才市場(chǎng)急需一批既懂得數(shù)控加工相關(guān)技術(shù)，有熟悉ＣＡＤ／ＣＡＭ軟件編程的人才。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們感受到了對(duì)專業(yè)知識(shí)的缺乏和不足，也使我們的專業(yè)知識(shí)得到進(jìn)一步提高，感謝學(xué)校給我們這次難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。 參考文獻(xiàn) 1. 王孝達(dá)主編，金屬工藝學(xué). 高等教育出版社 2. 陳于萍主編，互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ). 機(jī)械工業(yè)出版社 3. 張廣玉主編，機(jī)械制造技術(shù)　　　　機(jī)械工業(yè)出版社 　 4. 劉長(zhǎng)青主編，機(jī)械制造技術(shù). 華中科技大學(xué)出版社 5. 楊叔子主編，機(jī)械加工工藝手冊(cè). 機(jī)械工業(yè)出版社 6. 李洪主編，機(jī)械加工工藝手冊(cè). 北京出版社 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