销轴轴端的槽、面铣成组夹具设计【三维UG】【含图纸及及档全套】
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毕业设计(论文)
译文及原稿
译文题目:
夹具配置的稳健性设计
原稿题目:
Robust design of fixture configuration
原稿出处:
Giovanni Moroni,Stefano Petro,Wilma Polini.ScienceDirect.
2014(21):189~194.
浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 外文翻译
夹具配置的稳健性设计
摘要
本文介绍了夹具配置的稳健设计。它的目标是调查机床夹具元件偏差和体积错误影响加工操作质量。然后定位器位置配置设计的偏差最小化加工特性对应用几何公差。该方法是一个设计步骤进一步确定的定位基于螺旋理论的部分,可用于寻找简单和容易适用于一般通用规则的工业环境。是通过仿真和简单的工业案例研究验证。
1 介绍
当工件夹具加工或检查操作时,操作的精度主要取决于装夹方法的效率。在一般情况下,加工可能已经在它的形态和位置的几何误差相对于工件的基准参考系。如果有存在的工件基准面之间的错位误差框架和机床的坐标系,这是已知的定位误差或数据建立误差。一个定位误差主要是由位置偏差引起的一个定位器与工件之间的接触表面的标称规范。在本文中,这样的一个理论接触点被称为菲克塞尔点或菲克塞尔,并从它的标称位置定位偏差称为菲克塞尔错误。在刚体的分析框架内,菲克塞尔误差对定位误差直接影响所定义的工件表面和之间的运动学特征通过他们的接触约束关系。
定位误差是高度依赖于配置的位置相对于定位器的工件。一个合适的配置(或定位器的设计定位器布局)可能会减少产生重大影响定位错误。这是通常被称为夹具布局优化。
这项工作的主要目的是研究几何错误的加工表面(或生产错误)有关菲克塞尔错误的主要来源。一个数学框架提出了一个制造误差、机床体积误差、和菲克塞尔错误之间的关系分析。此外,优化夹具布局设计是规定为减少加工误差的过程。这论文超越了艺术的状态,因为它考虑了公差中的体积误差。虽然文献表明这个简单的静态体积误差只考虑一小部分总容积误差,一个通用框架包含的体积误差公差建立了。
有几个正式的夹具分析为基础的方法在经典螺旋理论或几何干扰技术。在90年代,由于夹具的偏差许多研究已经致力于模型部分偏差。Sodenberg计算稳定性评价定位方案的拟合指数。小位移非共面直线对概念用于该支架一部分的几何偏差的模型。传统的计算机辅助夹具设计的程序在传统的设计手册和最近的文献中都有描述,特别是对于模块化夹具设计。大量的定位误差分析和还原的方法已被记录。一个定位误差表达式给出了使用位移螺旋矢量的概念。
提出了减少定位误差向量的优化技术或几何变化的关键特性。Chouduri and De Meter分析描述了定位器的形状误差与最坏情况下几何误差加工特性的关系。Chouduri and De Meter也分析了工件基准面的几何偏差、轮廓和角制造公差的情况。对加工特性的影响,比如通过钻孔和铣削都有说明。Carlson提出了二级定位误差分析。夹具布局设计的计算问题进行了研究客观来降低三维工件整体的定位误差如涡轮空气箔。最近的一篇论文解释了一个稳健性夹具的布局方法来解决多目标问题的演算法。它认为一个柱体刚性工件,如果夹具和工件之间的没有摩擦,那么机床体积误差是不用考虑的。
在文献中提出了几个关于建模体积误差的模型。Ferreira提出了二次建模的体积误差,每个轴都是单独考虑,与模型参数的评价方法。Kiridena 和 Ferreira在一系列的三篇论文中讨论如何在建模中补偿体积误差,对模型的参数进行评估,然后基于模型及其参数的误差补偿,补偿一个三轴发动机。Dorndorf 描述体积误差模型可以帮助机器的误差预算。最后,Smith描述体积的应用误差补偿在大型单片部分制造中,带来了严重的传统体积误差补偿。无论如何,值得注意的是,所有这些方法都是针对体积误差补偿:一般体积误差不考虑仿真公差。
在以前的论文中用统计方法来估算这个定位误差是错误的,由于不精确的所有六个定位器3-2-1的定位方案是基于二维和三维模块。在下面,一个夹具配置的稳健性设计方法被提出。它的目标是调查菲克塞尔错误和机床体积误差如何影响机械加工质量。在§2中介绍了理论上的方法,在§3中提出了一个简单的工业案例分析,并在§4中讨论了一些简单和通用规则容易适用在一个工业竞争。
2 钻孔精度的方法模拟
为了说明所提出的方法,对案例研究钻孔将予以考虑。案例所示图1。一个位置公差指定孔位。三个定位器在主基准面,两个在副基准面,和一个在第三基准面确定工件的位置。每个定位坐标与机床参考系,由以下六个表示:
p1 (x1,y1,z1) p2 (x2,y2,z2) p3 (x3,y3,z3)
p4 (x4,y4,z4) p5 (x5,y5,z5) p6 (x6,y6,z6) (1)
该方法考虑了不确定性的来源加工孔的定位误差的错误定位的定位器,体积错误的机床。模型的最终目的是定义实际的工件的孔的坐标参考系统。模型的输入包括名义定位器配置,名义上的孔的位置(应该与钻头上一致)和方向(与钻的方向应该一致),和的特点,典型的错误,会影响这个名义参数。
2.1 定位误差的影响
6个定位器的位置是完全由他们的十八个坐标轴确定的。根据高斯分布推测每一个坐标轴受一个独立的行为误差的影响。
那么实际的定位坐标将确定工件参照系。特别是,z轴构成由直线垂直于平面通过定位器的实际位置,p1,p2和p2,轴是直线与轴垂直的直线通过定位器的实际位置p4和p5和最后,轴和垂直简单的计算和轴。基准帧的原点可以是得到的三个平面具有作为法线相交在,,和轴,通过定位器p4,p6和分别p1。轴的计算公式向量和原点坐标与实际定位器的坐标这里省略了,由Armillotta 仅供参考。
轴方向向量和原点坐标定义齐次变换矩阵,其允许频转换钻尖坐标表示在机床参考帧到相同的坐标的表示工件坐标系时,通过下式:
(2)
2.2 机床体积误差的影响
由于钻井模拟孔位置偏差操作,即体积误差的机床,古典模型三轴机床的考虑[27]。就会被假定钻具轴是一致的机床z轴,这样,在名义上和条件钻井作业开始时,其位置可以被定义名义上的孔位和齐次向量。目的是识别位置误差钻尖的机床参考系统,和方向错误工具的轴。根据三轴机床模型是可能的状态:
(3)
是名义上的钻尖的位置在机床参考系统(x,y,和z是机床轴,l是钻头长度),是钻尖的位置在第三(z轴)参考系,、、分别是沿着x,y,和z轴的转换矩阵。这些矩阵有着相似形式,例如:
(4)
其中δ和ε包括平移和旋转误差并沿着x,y和z轴(例如,是由于旋转误差沿着z轴平移到x轴)。考虑到3个变换矩阵,有18个误差项。这些误差的体积函数位置(即沿着三个轴),但由于体积误差补偿,他们的系统组件可以忽略不计,并可以将它们假定为纯粹随机均值等于零。由公式(3)推导出复合方程式,例如:
(5)
然而,一般体积误差应该远远小于沿着轴平移,所以例(3)的第一组件通常是重要的。最后,假设钻孔轴与z轴相配合,例(3)也可以通过替换方向误差计算
如果只考虑一阶组件,它可以证明和与δ、ε的线性组合。特别是,我们把定义为
(6)
六个部分向量包含和。应用例(3),忽略二阶以上,可以证明(请注意,由于格式的限制,在例(7)表明,矩阵在多行坏了一行,所以整个矩阵线性组合出现在这里是一个6*18矩阵)。
(7)
现在,让我们假设每个δ独立分布是高斯分布,而且每个ε也是独立分布的。然后可能Δ遵循多元高斯分布,空预期值和协方差矩阵可以由公式计算,Σ是d的协方差矩阵,它正好是一个18 *18的对角线,前9个对角矩阵元素等于,剩下的对角元素等于。
2.3 加工孔的实际定位
现在,根据§2.2中描述的模型它可以模拟尖端定位和方向,根据§2.1并将其转换为所述工件参考系:
(9)
这些信息可以在工件参考系中确定进入和退出工件孔的位置。点和矢量K定义一条直线,这只不过是一种孔轴,比如:
(10)
p是一个通用的点属于的一个参数。定义T板厚度,是可能的计算的值s,分别等于0和T:
(11)
这些值取代例(10)分别出口和入口点的坐标的孔产量。
最后,它可以计算两个出口和入口之间的距离和名义钻孔的点:
(12)
定义为孔的退出点。钻孔轴的位置公差范围内如果孔的距离计算低于一半的位置公差值t:
(13)
3 结论
这项工作提出了一个方法的稳健设计夹具配置考虑到定位器位置的随机误差(由于定位器安装在机表,在不规则表面接触的工件,等等)和体积误差采用机床的操作。
钻孔作业被认为是简单的工业案例研究。然而,一些简单和通用规则由实验分析得出:(1)三分基准定位器(的三个定位器z定位器配置)应该涵盖尽可能多表面接触。如果更多的配置分享相似的表面覆盖,定位器的建议重心尽可能接近的一个加工特性(孔的案例研究)的孔。(2)两点基准定位器(两个定位器的x定位器配置)的最大距离从对方。如果更多的分布相似距离,配置与定位器最重心附近的一个加工特性(孔的案例研究)应该被选中。(3)单一第三基准定位器(y定位器之一应该位于对应配置)重心的加工特性(孔的案例研究)。(4)即使定位器的高度的影响,和很小,建议他们位于最低高度。
未来的发展将在于扩展其他的方法,更复杂的几何特性和公差。
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