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文獻(xiàn)綜述 論文題目 左支座零件制造工藝分析及夾具設(shè)計(jì) 英 文 Design of process analysis and fixture manufacturing left bearing parts 學(xué) 院 專 業(yè) 姓 名 xxxxxxxx 學(xué) 號(hào) xxxxxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師 2014 年 3 月 20 日 文獻(xiàn)綜述 1 前言 機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法等的 工藝文件 是一切有關(guān)工生產(chǎn)人員都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行 認(rèn)真貫徹的紀(jì)律性文件 生 產(chǎn)規(guī)模的大小 工藝水平的高低以及解決各種工藝問(wèn)題的方法和手段都要通過(guò) 機(jī)械加工工藝規(guī)程來(lái)體現(xiàn) 而機(jī)床夾具是在機(jī)床上用以裝夾工件的一種裝置 其作用是使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具有個(gè)正確的位置 并在加工過(guò)程中保持這個(gè) 位置不變 它們的研究對(duì)機(jī)械工業(yè)有著很重要的意義 機(jī)械的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是在完成了大學(xué)的全部課程之后 進(jìn)行的一次理論聯(lián)系實(shí) 際的綜合運(yùn)用 使我對(duì)專業(yè)知識(shí) 技能有了進(jìn)一步的提高 為以后從事專業(yè)技術(shù)的工作打 下基礎(chǔ) 機(jī)械加工工藝是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì) 保證產(chǎn)品質(zhì)量 節(jié)約能源 降低成本的重要手段 是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備 計(jì)劃調(diào)度 加工操作 生產(chǎn)安全 技術(shù)檢測(cè)和健全勞動(dòng)組織的重要 依據(jù) 也是企業(yè)上品種 上質(zhì)量 上水平 加速產(chǎn)品更新 提高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)保證 然 而夾具又是制造系統(tǒng)的重要組成部分 不論是傳統(tǒng)制造 還是現(xiàn)代制造系統(tǒng) 夾具都是十 分重要的 因此 好的夾具設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品勞動(dòng)生產(chǎn)率 保證和提高加工精度 降低生 產(chǎn)成本等 還可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍 從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下提高效率 降低 成本 當(dāng)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和企業(yè)信息化的要求 企業(yè)對(duì)夾具的設(shè)計(jì)及制造提出了更高的要 求 2 發(fā)展歷史 從 1949 年以來(lái) 我國(guó)機(jī)械工業(yè)有了很大的發(fā)展 已經(jīng)成為工業(yè)中產(chǎn)品門(mén)類(lèi) 比較齊全 具有相當(dāng)規(guī)模和一定技術(shù)基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)部門(mén)之一 其機(jī)械加工和夾具 也有很大的發(fā)展 但是與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比 我們這方面的水平還存在著階段 性的差距 主要表現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量和水平不夠高 加工工藝過(guò)程不合理 夾 具應(yīng)用也比較少 使其加工工人勞動(dòng)強(qiáng)度大 加工出來(lái)的產(chǎn)品也不理想 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在 大約可以分為三個(gè)階段 第一個(gè)階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合 上 這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具 是加工過(guò)程加速和趨于完善 第二階段 夾具成為人與機(jī)床之間的橋梁 夾具的機(jī)能發(fā)生變化 它主要用于工件的定位和夾 夾具 與操作人員改進(jìn)工作及機(jī)床性能的提高有著密切的關(guān)系 所以對(duì)夾具引起了重視 第三階 段表現(xiàn)為夾具與機(jī)床的結(jié)合 夾具作為機(jī)床的一部分 成為機(jī)械加工緊 人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí) 到中不可缺少的工藝裝備 3 發(fā)展現(xiàn)狀 長(zhǎng)期以來(lái) 加工工藝編制是由工藝人員憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的 如果由幾位工藝員 各自編制同一個(gè)零件的工藝規(guī)程 其方案一般各不相同 而且很可能都不是最 佳方案 這是因?yàn)楣に囋O(shè)計(jì)涉及的因素多 因果關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜 CAPP 將是機(jī)械 加工工藝的發(fā)展趨勢(shì) 它不僅提高了工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量 而且使工藝人員從繁瑣 重復(fù)的工作中擺脫出來(lái) 集中精力去考慮提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題 制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ) 隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展 以 時(shí)間驅(qū)動(dòng) 為特征的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快 商品需求的多樣化 用戶素質(zhì)的 提高等使制造業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn) 特別像后鋼板彈簧吊耳類(lèi)不規(guī)則零件的加工就出現(xiàn)了 一些問(wèn)題 在現(xiàn)階段像后鋼板彈簧吊耳類(lèi)的加工還沒(méi)達(dá)到現(xiàn)代自動(dòng)化的水平 在現(xiàn)代的中 小批量生產(chǎn)中 它的加工工藝還需人工畫(huà)線的方法來(lái)保證其精度 而對(duì)工件的裝夾也是通 過(guò)人工的方法進(jìn)行的 因此我國(guó)對(duì)后鋼板彈簧吊耳類(lèi)不規(guī)則零件的加工還處于效率低 成 本高的階段 機(jī)床夾具最早出現(xiàn)在 18 世紀(jì)后期 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步 夾具已從一 種輔助工具發(fā)展成為門(mén)類(lèi)齊全的工藝裝備 國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明 目前中 小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占 工件種類(lèi)總數(shù)的 85 左右 現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代 以適應(yīng)市場(chǎng)的需求與競(jìng)爭(zhēng) 然而 一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾 具 一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里 約擁有數(shù)千甚至近萬(wàn)套專用夾具 另 一方面 在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中 每隔 3 4 年就要更新 50 80 左右專用夾 具 而夾具的實(shí)際磨損量?jī)H為 10 20 左右 特別是近年來(lái) 數(shù)控機(jī)床 加工 中心 成組技術(shù) 柔性制造系統(tǒng) FMS 等新加工技術(shù)的應(yīng)用 對(duì)機(jī)床夾具提出 了如下新的要求 1 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn) 以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期 降低生產(chǎn)成 本 2 能裝夾一組具有相似性特征的工件 3 能適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具 4 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具 5 采用以液壓站等為動(dòng)力源的高效夾緊裝置 以進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提 高勞動(dòng)生產(chǎn)率 6 提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度 4 發(fā)展趨勢(shì) 隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展 對(duì)產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來(lái)愈高的要求 使多品種 中小批生產(chǎn)作為機(jī)械生產(chǎn)的主流 為了適應(yīng)機(jī)械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢(shì) 必然對(duì)機(jī)床夾具提 出更高的要求 特別像后鋼板彈簧吊耳類(lèi)不規(guī)則零件的加工還處于落后階段 在今后的發(fā) 展過(guò)程中 應(yīng)大力推廣使用組合夾具 半組合夾具 可調(diào)夾具 尤其是成組夾具 在機(jī)床 技術(shù)向高速 高效 精密 復(fù)合 智能 環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下 夾具技術(shù)正朝著高精高 效模塊組合通用經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展 1 特種加工 它是指一些物理的 化學(xué)的加工方法 如電火花加工 電 解加工 超聲波加工 激光加工 離子束加工等 特種加工方法的主要對(duì)象是 難加工材料的加工 如金剛石 陶瓷等超硬材料的加工 其加工精度可達(dá)分子 級(jí)加工單位或原子級(jí)加工單位 所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要 手段 特種加工與傳統(tǒng)加工相結(jié)合的復(fù)合加工有較大的發(fā)展前途 2 快速成形 利用離散 堆積成形概念 可將一個(gè)三維實(shí)體分解為若干 二維實(shí)體制造出來(lái) 再經(jīng)堆積而構(gòu)成三維實(shí)體 3 精密工程 它包括精密加工的超精密加工技術(shù) 微細(xì)加工和超微細(xì)加 工技術(shù) 微型機(jī)械和納米技術(shù)等方面 當(dāng)前 以納米技術(shù)為代表的超精密加工 技術(shù)和以微細(xì)加工為手段的微型機(jī)械技術(shù)有重要意義 它們代表了這一時(shí)期精 密工程的方向 4 傳統(tǒng)加工工藝的改造和革新 這一方面的技術(shù)潛力很大 如高速切削 超高速切削 強(qiáng)力磨削 超硬材料磨具的出現(xiàn)都對(duì)加工理論的發(fā)展 加工質(zhì)量 和效率的提高有重要意義 另一方面 舊設(shè)備的改造和挖潛 如普通機(jī)床改造 成數(shù)控機(jī)床等 對(duì)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展和提高是不容忽視的 5 設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題 在設(shè)計(jì)中 需要對(duì)零件加工工藝方案和夾具進(jìn)行設(shè)計(jì) 在確定加工工藝方案時(shí) 可能 會(huì)出現(xiàn)工藝路線的不合理 甚至出現(xiàn)不能保證加工所要求達(dá)到的精度 在進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)時(shí) 可能因定位基準(zhǔn)選擇不合理 出現(xiàn)過(guò)定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保證 在 選擇夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)由于機(jī)構(gòu)的大小 尺寸等不合理 而達(dá)不到夾緊的目的 也可能因夾緊力 作用點(diǎn)或作用面的位置不合理而使工件產(chǎn)生翻轉(zhuǎn) 所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)制訂多套方案 以 供比較選擇最優(yōu) 同時(shí)還要多請(qǐng)教指導(dǎo)老師和同學(xué) 并多查閱相關(guān)的書(shū)籍來(lái)盡可能好的完 成設(shè)計(jì) 6 總結(jié) 在機(jī)械制造中 為完成需要的加工工序 裝配工序及檢驗(yàn)工序等 使用著大量的夾具 利用夾具 可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 提高加工精度 減少?gòu)U品 可以擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍 改善操作的勞動(dòng)條件 因此 夾具是機(jī)械制造中的一項(xiàng)重要的工藝裝備 夾具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 理論一個(gè)好的機(jī)床夾具 首先要保證能加工出合格的產(chǎn)品 為此 所設(shè)計(jì)的夾具首先應(yīng)滿 足以下兩項(xiàng)要求 第一 在未受外力作用時(shí) 加工件對(duì)刀具和機(jī)床應(yīng)保持正確的位置 即 加工件應(yīng)有正確的定位 第二 在加工過(guò)程中 作用于加工件上的各種外力 不應(yīng)當(dāng)破壞 加工件原有的正確定位 即對(duì)加工件應(yīng)有正確的夾緊 綜上 機(jī)械加工藝及夾具隨著科技的發(fā)展都使計(jì)算機(jī)技術(shù) 數(shù)控技術(shù) 控 制論及系統(tǒng)工程與制造技術(shù)的結(jié)合為制造系統(tǒng) 形成現(xiàn)代制造工程學(xué) 而物料 流 能量流 信息流是組成制造系統(tǒng)的三個(gè)基本要素 現(xiàn)代加工都為集成化的 系統(tǒng)加工 這雖減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 但同時(shí)對(duì)工人的知識(shí)水平要求較高 這需要我們?nèi)轿坏恼J(rèn)知現(xiàn)代科技知識(shí) 因此 在以后的學(xué)習(xí)中需要我們?nèi)?位的學(xué)習(xí)其各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí) 不能只注重一點(diǎn) 為將來(lái)的人才戰(zhàn)略提出了 新的要求 參考文獻(xiàn) 1 孫麗媛 機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo) 北京 冶金工業(yè)出版社 2002 2 東北重型機(jī)械學(xué)院等 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 上海 上海科學(xué)技術(shù)出版社 1979 3 劉守勇等 機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1994 7 4 王啟平 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) M 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1988 5 林文煥 陳本通 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) M 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 1987 6 徐發(fā)仁 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) M 重慶 重慶大學(xué)出版社 1996 7 7 王昆等 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) M 武漢 高等教育出版社 1995 8 邱宣懷 機(jī)械設(shè)計(jì) M 第四版 北京 高等教育出版社 1997 9 柯明揚(yáng) 機(jī)械制造工藝學(xué) M 北京 北京航天航空大學(xué)出版社 1995 10 孟少龍 機(jī)械加工工藝手冊(cè)第 1 卷 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1991 11 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) 修訂組 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) 上海 上?？?學(xué)技術(shù)出版社 1979 12 Haffman E G Jig and Fixture Design America VNR Co 1980 13 Boyes W E Jigs and Fixture America SME 1982 外文翻譯資料 1 機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究 1 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展 機(jī)電一體化是機(jī)械 微 控制 機(jī) 信息處理等多學(xué)科的交叉融合 其發(fā) 展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展 其主要發(fā)展方向有數(shù)字化 智能化 模塊化 化 人性化 微型化 集成化 帶源化和綠色化 1 1 數(shù)字化 微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ) 如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床 和機(jī)器人 而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起 為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路 如虛 擬設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)集成制造等 數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性 易操作性 可維護(hù)性 自診斷能力以及友好人機(jī)界面 數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn) 程操作 診斷和修復(fù) 1 2 智能化 即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能 使它具有類(lèi)似人的邏輯思考 判斷推理 自 主決策等能力 例如在 CNC 數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能 設(shè)置智能 I O 接口 和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù) 會(huì)給使用 操作和維護(hù)帶來(lái)極大的方便 隨著模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 灰色 小波理論 混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展 為機(jī) 電一體化技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊天地 1 3 模塊化 由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠家繁多 研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口 動(dòng)力接口 環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作 如研制具有集減速 變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元 具有視覺(jué) 圖像處理 識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)一體控制單元等 這樣 在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí) 可以利 用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品 1 4 網(wǎng)絡(luò)化 由于網(wǎng)絡(luò)的普及 基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾 而遠(yuǎn)程 控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器 網(wǎng)絡(luò)化成為可能 利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算 機(jī)集成家用電器系統(tǒng) 使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的好處 因此 機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 1 5 人性化 機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人 如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智 能 情感和人性顯得愈來(lái)愈重要 機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外 還要求 外文翻譯資料 2 在色彩 造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào) 使用這些產(chǎn)品 對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種享受 如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化 1 6 微型化 微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然 也是提高效率的需要 微機(jī)電系統(tǒng) Micro Electronic Mechanical Systems 簡(jiǎn)稱 MEMS 是指可批量制作的 集微型 機(jī)構(gòu) 微型傳感器 微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路 直至接口 通信和 電源等于一體的微型器件或系統(tǒng) 自 1986 年美國(guó)斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用 微探針 1988 年美國(guó)加州大學(xué) Berkeley 分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來(lái) 國(guó)內(nèi)外 在 MEMS 工藝 材料以及微觀機(jī)理方面取得了很大進(jìn)展 開(kāi)發(fā)出各種 MEMS 器件和系統(tǒng) 如各種微型傳感器 壓力傳感器 微加速度計(jì) 微觸覺(jué)傳感器 各種微構(gòu)件 微膜 微粱 微探針 微連桿 微齒輪 微軸承 微泵 微彈簧 以及微機(jī)器人等 1 7 集成化 集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透 相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 與復(fù)合 又包含在生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)處理加工 裝配 檢測(cè) 管理等多種工序 為了實(shí)現(xiàn)多品種 小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率 應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性 首先可將系統(tǒng)分解為若干層次 使系統(tǒng)功能分散 并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地 運(yùn)轉(zhuǎn) 然后再通過(guò)軟 硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來(lái) 使其性能最優(yōu) 功能 最強(qiáng) 1 8 帶源化 是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源 如太陽(yáng)能電池 燃料電池和大容量電 池 由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能 因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品 自帶動(dòng) 力源具有獨(dú)特的好處 帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一 1 9 綠色化 技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來(lái)巨大變化 在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來(lái)資源減 少 生態(tài)環(huán)境惡化的后果 所以 人們呼喚保護(hù)環(huán)境 回歸 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展 綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生 綠色產(chǎn)品是指低能耗 低材耗 低污染 舒適 協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品 在其設(shè)計(jì) 制造 使用和銷(xiāo)毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保 和人類(lèi)健康的要求 機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài) 環(huán)境 產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí) 產(chǎn)品可分解和再生利用 2 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵中應(yīng)用 外文翻譯資料 3 在鋼鐵企業(yè)中 機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心 把微機(jī) 工控機(jī) 數(shù)據(jù)通訊 顯示裝置 儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái) 采用組裝合并方式 為實(shí) 現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件 增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度 質(zhì)量和可靠性 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面 2 1 智能化控制技術(shù) IC 由于鋼鐵具有大型化 高速化和連續(xù)化的特點(diǎn) 傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難 以克服的困難 因此非常有必要采用智能控制技術(shù) 智能控制技術(shù)主要包括專 家系統(tǒng) 模糊控制和神經(jīng)等 智能控制技術(shù)廣泛于鋼鐵的產(chǎn)品設(shè)計(jì) 生產(chǎn) 控 制 設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面 如高爐控制系統(tǒng) 電爐和連鑄車(chē)間 軋 鋼系統(tǒng) 煉鋼 連鑄 軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng) 冷連軋等 2 2 分布式控制系統(tǒng) CS 分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和 智能控制單元 分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的 三級(jí)的或更多級(jí)的 利用計(jì)算 機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視 操作 管理和分散控制 隨著測(cè)控技術(shù)的 分布 式控制系統(tǒng)的功能越來(lái)越多 不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制 而且還可以實(shí)現(xiàn)在 線最優(yōu)化 生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)調(diào)度 生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能 成為一種測(cè) 控 管 一體化的綜合系統(tǒng) CS 具有特點(diǎn)控制功能多樣化 操作簡(jiǎn)便 系統(tǒng)可以擴(kuò)展 維護(hù)方便 可靠性高等特點(diǎn) CS 是監(jiān)視集中控制分散 故障面小 而且系統(tǒng) 具有連鎖保護(hù)功能 采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)控制操作措施 使系統(tǒng)可靠性高 分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比 其功能更強(qiáng) 具有更高的安全性 是 當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流 2 3 開(kāi)放式控制系統(tǒng) OCS 開(kāi)放控制系統(tǒng) Open Control System 是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體 系概念 開(kāi)放 意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持 按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè) 計(jì)的系統(tǒng) 可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換 且資源共享 開(kāi)放控制系統(tǒng) 通過(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備 管理計(jì)算機(jī)互聯(lián) 實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營(yíng) 管理 決策的集成 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián) 實(shí)現(xiàn)測(cè)量與 控制一體化 2 4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS 鋼鐵企業(yè)的 CIMS 是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng) 生產(chǎn)管理以及過(guò)程控制連成一體 外文翻譯資料 4 用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠 生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全局和過(guò)程一體化 控制 目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過(guò)程自動(dòng)化 但這種 自動(dòng)化孤島 式的單 機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)一管理 難以適應(yīng)鋼鐵生產(chǎn)的要 求 未來(lái)鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種 小批量生產(chǎn) 質(zhì)優(yōu)價(jià)廉 及時(shí)交貨 為了提高生產(chǎn)率 節(jié)能降耗 減少人員及現(xiàn)有庫(kù)存 加速資金周轉(zhuǎn) 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn) 經(jīng)營(yíng) 管理整體優(yōu)化 關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理 獲取必須的效益 提高了企業(yè)的競(jìng) 爭(zhēng)力 美國(guó) 日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在 20 世紀(jì) 80 年代已廣泛實(shí)現(xiàn) CIMS 化 2 5 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) BT 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) ie Bus Technology 是連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控 制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式 雙向 多站通信鏈路 采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取 代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù) 如 4 20mA C 直流傳輸 就能使更多的信息在智能 化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接可省去 66 或更多的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接導(dǎo)線 現(xiàn)場(chǎng)總線的引入導(dǎo) 致 CS 的變革和新一代圍繞開(kāi)放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線化儀表 如智能變送器 智能執(zhí)行器 現(xiàn)場(chǎng)總線化檢測(cè)儀表 現(xiàn)場(chǎng)總線化 PLC Programmable Logic Controller 和現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展 2 6 交流傳動(dòng)技術(shù) 傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用 隨著電力技術(shù)和微電子技術(shù) 的發(fā)展 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速 由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性 電氣傳動(dòng)技 術(shù)在不久的將來(lái)由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng) 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展 使復(fù)雜的矢 量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn) 交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過(guò)直流調(diào)速 水平 現(xiàn)在無(wú)論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí) 現(xiàn)可逆平滑調(diào)速 交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎 應(yīng)用 不斷擴(kuò)大 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 第 1 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 iijjFkd 其中 j x y z 表示 在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線和法線方向的接觸剛度ij 第 2 頁(yè) 共 15 頁(yè) 圖1 彈簧夾具 工件接觸模型 表示在第i個(gè)ixyz 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ijd 和 切向力接觸 法線力接觸 ixFiyizF 1 2 工件 夾具的接觸剛度模型 集中遵守一個(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iPiR 面工件表面之間 這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個(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 in 2 1 3296 iiniPRE 其中 式中 和 是工件和夾具的彈性模量 22 11fw wEf w 分別是工件和材料的泊松比 f 切向變形 沿著 和 切線方向 硅業(yè)切力距ity iittx 或 者 ixiy 有以下形式 文獻(xiàn) 23 第 217 頁(yè) iyQiix或 者 3 t28 ifi wiaG 其中 分別是工件和夾具剪切模量 1 3134ifi wPRE fGw 一個(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 第 3 頁(yè) 共 15 頁(yè) 4 1 32 68 9iizREk 5 1 24jii iwxy zf kG 正常的力被假定為從 0 到 1000N 且最小二乘擬合相應(yīng)的 R2 值認(rèn)定是 0 94 2 夾緊力優(yōu)化 我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力 將盡量減少由于工件剛體運(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TwwdXYZ wX wY 是 沿 和 三個(gè)正交組件 見(jiàn)圖 2 Zxgygz 圖 2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn) 工件的定位誤差歸于裝夾力 然后可以在該剛體位移的 范數(shù)計(jì)算如下 2L 第 4 頁(yè) 共 15 頁(yè) 6 222wwwdXYZ 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 TRRCXYZP 7 RC 其中夾緊力 是矢量 夾緊力的方向 矩陣 1 TLCC 1 TCLCRn 是夾緊力是矢量的方向余弦 和 coscosLiLiiin i i Li 是第 i 個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在 和 方向上的向量角度 i 1 2 3 C gXYgZ 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zkii 的所有定位器正常剛度 相乘 并假設(shè)工件 取決于 zks xNyzgXY 的方向 各自的等效接觸剛度可有下式 計(jì)算gZ 111 XYZNNssszizizikk 和 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 wd 8 111XYZ TRRRwNNNsssziziziPPdkk 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 2L 最小化 XYZ 222RRERCNNw111PP iii 9 第 5 頁(yè) 共 15 頁(yè) 要注意 加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在 和 方向上 通gXYgZ 過(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 222iiiL CL CL Cx 111FFUW kkyziii TQ 其中 代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ) 代表由外部力量和力矩配合 W 完成 是遵守對(duì)角矩陣的 和Q1 LCxyzxyzcc 1iijjck 是所有接觸力的載體 TxyzzFF 如圖 3 加權(quán)系數(shù) 計(jì)算確定的基礎(chǔ)2L 2 2 摩擦和靜態(tài)平衡約束 在 10 式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束 他們中最重要的是在每個(gè) 接觸處的靜摩擦力約束 庫(kù)侖摩擦力的法律規(guī)定 是 22iiixyszFF is 靜態(tài)摩擦系數(shù) 這方面的一個(gè)非線性約束和線性化版本可以使用 并且 19 有 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 6 頁(yè) 共 15 頁(yè) 11 iiixyszF 假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)載荷 工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保 向量形式 12 0F 0M 其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機(jī)械加工力和工件重量 2 3 界接觸力 由于夾具 工件接觸是單側(cè)面的 法線的接觸力 只能被壓縮 這通過(guò)iP 以下的 的約束表 i 1 2 L C 13 iP0i 它假設(shè)在工件上的法線力是確定的 此外 在一個(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 yS i 1 2 L C 14 iyiPSA 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i 模型 可以寫(xiě)成 最小化 15 12fTRCwQP 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1f 理功能 并由此得到夾緊力 作為約束的加權(quán)范數(shù) 最小化 對(duì) 為主要2f 2L1f 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 2Lf 2L 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f 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1f 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 7 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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2L 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 12TfQ 由 11 14 得 RCwP 類(lèi)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RCwP 可能降低 上限 由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù) 迭代次數(shù) K 終止搜 2L 索取決于所需的預(yù)測(cè)精度 和 有參考文獻(xiàn) 15 TwxyzTiiiziidrXYZ 2Klog 17 其中 表示上限的功能 完整的算法在如圖 4 中給出 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 8 頁(yè) 共 15 頁(yè) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 9 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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) 1optP2t3optPopt 考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 10 頁(yè) 共 15 頁(yè) max1axTXYZF 2maxaxTYXYZF 3maxaxTXYZF 4aTrXYZF 18 和 表示在 和 方向上的最大值 和 上gg 的數(shù)字 1 2 3 分別代替對(duì)應(yīng)的 和 另外兩個(gè)正交切削分力 而且maxXYmaxZ 有 222maxrXYZFF 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 max12 TiiijjcjPC 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ij ikjC 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)maxijP 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 maxkC k 1 2 C 20 maxikkjC 只要這些具備 就得到一套優(yōu)化的夾緊力 驗(yàn)證這Tmaxax12C optP 些力 以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡 否則 會(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)optP 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 11 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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gXY 方向上的移位 和自轉(zhuǎn) 見(jiàn)圖 2 gZTdwwXYZ Twxyz 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)Tiiixyzd 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 TiirXYZ 可以用來(lái)表達(dá)在工件的位移 以及工件自轉(zhuǎn)idwwXYZ 如下 21 wxyz 1Tii iiRrd 其中 表示旋轉(zhuǎn)矩陣 描述當(dāng)?shù)卦诘?i 幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和 是一個(gè)1iR wcR 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 w wcR 22 w 1R1zyzxyx 方程 21 現(xiàn)在可以改寫(xiě)為 23 TiiidRBq 其中 是經(jīng)方程 21 重新編排后變換得到的矩 ii ii10YBZ0Xi 陣式 是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量 yqTwwxzX 工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒(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 iFid 24 0 iiiKdzFotherws 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 Tiz 0iz 味著凈壓縮變形 而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形 是表示在本地坐標(biāo)iixyzKdagk 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 12 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 01Tze 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 TyiiixFp 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 1i EF 矢量 并結(jié)合方程 23 25 與靜態(tài)平衡方程 得到下面的方程組 26 1L C1 0iEiiiRFfr 其中 其中 表示相乘 由于夾緊和加工工件剛體移動(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 rrTXYZmm 現(xiàn)在可以計(jì)算如下 27 rmBq 其中 是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量 且rTmXYZ 100mmYBX 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 13 頁(yè) 共 15 頁(yè) 如左圖 7 工件夾具配置中使用的模 擬研究 工件夾具定位聯(lián)系 16L 和 全球坐標(biāo)系 gXYgZ 3 2 1 夾具圖 7 所示 是用來(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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 14 頁(yè) 共 15 頁(yè) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 15 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 16 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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2L 下形式 結(jié)果表明 最佳夾緊力所述加工 222 3RRRCXYZPP 條件下有比初步夾緊力強(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù) 最初的夾緊力是通過(guò)減少工2L 件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得 由于夾緊力和負(fù)載造成的工件的定位誤差 如表 7 結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小 加工點(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 maxaxmax iiiiij yzrPP 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opt 2L 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 17 頁(yè) 共 15 頁(yè) 點(diǎn)的加權(quán)范數(shù) 的 和 繪制 2LmaxiPaxiymaxizaxirP 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opt 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2 緊力 則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置 有比 相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù) 故 是一個(gè)inPopt 2LoptP 完整的刀具路徑改進(jìn)方案 上述模擬結(jié)果表明 該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對(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2 提高工件的定位精度 圖 10 8 結(jié)論 該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具 工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力 的新方法 夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型 并尋求 盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù) 得出工件的定位誤差 該2L 整體模型 制定一個(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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 18 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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