板类零件加工工艺及典型工序夹具设计-右下端板钻孔-图10

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Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目 录 摘 要 II ABSTRCT III 序 言 - 1 - 1.零件的分析 - 2 - 1.1零件的作用 - 2 - 1.2零件的工艺分析 - 2 - 2.工艺规程设计 - 2 - 2.1确定毛坯的制造形式 - 3 - 2.2基面的选择的选择 - 3 - 2.3制定工艺路线 - 3 - 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 - 3 - 2.5确定切削用量及基本工时 - 3 - 3 夹具设计 - 7 - 3.1概述 - 7 - 3.2方案设计 - 7 - 3.3定位基准的选择 - 7 - 3.4切削力和夹紧力的计算 - 7 - 3.5定位误差分析 - 8 - 3.6导向装置设计 - 8 - 3.7夹具设计及操作说明 - 9 - 总 结 - 10 - 致 谢 - 11 - 参 考 文 献 - 12 - -- 13 -- 序 言 机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。 机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。这个就比较有针对性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。 总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。 右下端板零件加工工艺及钻孔钻床夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 1.零件的分析 1.1零件的作用 右下端板是整体装置的重要零件，它支撑中心部分，承受着部分静载荷。 1.2零件的工艺分析 右下端板有2个加工面他们有位置度要求。这三个加工面的分别为： 1，以四周轮廓面为基准的加工面，这组加工面包括四周轮廓面。 2：以2个直径为25孔的轴线为基准，这组面包括2个直径为25孔 2.工艺规程设计 2.1确定毛坯的制造形式 零件的材料为Q235，根据生产纲领以及零件在工作过程中所受的载荷情况，选用型材钢板。 2.2基面的选择的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出。 粗基准的选择：对右下端板这样的零件来说，选择好粗基准是至关重要。以零件的上端面加工平面作为粗基准。 2.3制定工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。通过仔细考虑零件的技术要求后，制定以下两种工艺方案： 方案一 工序1：材料符合Q235（20mm钢板）的质量要求，并具有质保书。 工序2：用剪板机下料，确保100×160外形尺寸。 工序3：以图示端面为基准，用PJ0010-G02工装进行钻孔2-Ø25，确保中心距离尺寸73，修毛刺 工序4：按图纸技术要求，对本零件的尺寸、形状、位置和表面质量等要素进行全面检查。 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 右下端板零件材料为Q235，生产类型为大批量生产，采用型材钢板毛坯。 1、 不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由毛坯可直接获得。 2、 右下端板的四周 四周轮廓采用钢板剪板裁剪的办法 3、右下端板的孔直径为25、孔毛坯为实心。孔的精度要求介于IT7—IT8之间， 2.5确定切削用量及基本工时 工序1：材料符合Q235（20mm钢板）的质量要求，并具有质保书。 工序2：用剪板机下料，确保100×160外形尺寸。 工序3：以图示端面为基准，用PJ0010-G02工装进行钻孔2-Ø25，确保中心距离尺寸73，修毛刺 选择钻床：Z35钻床 1、刀具的选择：选择高速钢麻花钻，其直径。 依据，根据表2.1及表2.2，可选择钻头的几何形状为：标准，，，，，。 2、选择切削用量 1）依据，根据表2.7，可得钢的强度，钻头的直径时，。 因为，所以不需要乘孔深修正系数。 2）依据，根据表2.8，根据钻头强度决定进给量：当，，钻头强度允许的进给力。 3）依据，根据表2.9，按机床进给机构强度决定进给量：当，，机床进给机构允许的轴向力为8330N(查，表2.35)时，进给量为。 从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为。根据Z35钻床说明书，选择。 查，根据表2.19，当，时，查得轴向力。 轴向力的修正系数为： 故。 查Z35钻床的使用说明书，机床进给机构所允许的最大轴向力为，由于，所以可用。 （2）决定钻头磨钝标准及寿命 查，可取得钻头的后刀面最大磨损量取为0.4mm（0.4~0.6），刀具的寿命T=15min。 （3）决定切削速度 查，根据表2.30，可查得，，，，，。则。 = 查，根据表2.31，可查得，，，，故： r/min 查，根据Z35钻头的使用说明书，可以考虑选择，但因为所选转数计算转数较高，会使刀具寿命下降，所以可将进给量降一级，即取，也可以选择较低一级的转数 ，仍用，比较这两种选择方案： 1）第一方案 , 2）第二方案 , 因为第一方案的乘积较大，基本工时较少，故第一方案好。这时, 。 （4）检验机床扭矩及功率 查，根据表2.20，当，时，。扭矩的修正系数为可查得，所以。根据Z35钻床的使用说明书，当时，。 由于，故选择之切削用量可用，即 f=0.17mm/r, , 。 3 夹具设计 3.1概述 在机床对零件进行机械加工时，为保证工件加工精度，首先要 保证工件在机床上占有正确的位置，然后通过夹紧机构使工件 正确位置固定不动，这一任务就是由夹具来完成。 对于单件、小批生产，应尽量使用通用夹具，这样可以降低工件 的生产成本。但由于通用夹具适用各种工件的装夹，所以夹紧时 往比较费时间，并且操作复杂，生产效率低。 本零件属于大量生产，零件外形也不适于使用通用夹具，为了保证 工件精度， 提高生产效率，设计专用夹具就显得非常必要。 3.2方案设计 方案设计是夹具设计的第一步，也是夹具设计关键的一步，方案 设计的好、坏将直接影响工件的加工精度、加工效率，稍不注意就 会造成不能满足工件加工要求，或加工精度不能达到设计要求，因 此必须慎重考虑。 设计方案的拟定必须遵循下列原则： 1、 定位装置要确保工件定位准确和可靠，符合六位定位原理。 2、 夹具的定位精度能满足工件精度的要求。 3、 夹具结构尽量简单，操纵力小而夹紧可靠，力争造价低 3.3定位基准的选择 我们采用已经加工好的孔及其端面作为定位基准，孔和端面 共限制5个自由度，这样还有一个旋转的自由度没有限制，为了保证空 间工件定位准确，我们需要限制6个自由度，因此我们采用一支撑杆来限 制旋转方向的自由度。这样空间6个自由度就限制完了。 3.4切削力和夹紧力的计算 由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由《切削手册》得： 钻削力 式（5-2） 钻削力矩 式（5-3） 式中 代入公式（5-2）和（5-3）得 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧力计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。 这样能较容易、较稳定地保证加工精度。用夹具装夹工件时，工件相对与刀具的位置由夹具保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、教稳定地保证工件的加工精度。能提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。采用夹具后，工件不需划线找正，装夹方便迅速，显著地减少了辅助时间，提高了劳动生产率。 夹紧力的计算:因采用的是手动夹具故夹紧力无须计算。 3.5定位误差分析 （1） 定位元件尺寸及公差确定。 由资料[10]《机床夹具设计手册》可得： ① 定位误差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。即：故 ② 夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： ⑵ 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查[5]表1～2～15有。 ⑶ 磨损造成的加工误差：通常不超过 ⑷ 夹具相对刀具位置误差：取 误差总和： 从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。 3.6导向装置设计 因为我们所加工的孔是通孔我们是批量生产，查机床夹具设计手册知，快换钻套的结构和具体尺寸如下 3.7夹具设计及操作说明 如前所述，在设计夹具时，为提高生产率，首先想到是怎么样方便的安装和拆卸，本道工序就是采用了星形压紧的方式。由于本夹具是对工件进行钻削加工面，因此工件的主要受力是钻削力，因为钻削力是向下的，我们采用的是铰链压板压紧，压紧力也是向下的，钻削力和压紧力方向相同。 总 结 毕业设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入社会打下了好的基础。 毕业设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此我们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了很多，也非常珍惜大学给我们的这次设计的机会，它将是我们毕业设计完成的更出色的关键一步。 致 谢 这次毕业设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了毕业设计。 这次毕业设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师，特别是每次都放下他的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从题目的选择到项目的最终完成，他都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，他不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩指导老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 参 考 文 献 [1] 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学，机床夹具设计手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1980。 [2] 张进生。机械制造工艺与夹具设计指导［Ｍ］。机械工业出版社，1995。 [3] 李庆寿。机床夹具设计［Ｍ］。机械工业出版社，1991。 [4] 李洪。机械加工工艺手册［Ｍ］。北京出版社，1996。 [5] 上海市金属切削技术协会。金属切削手册［Ｍ］。上海科学技术出版社，2544。 [6] 黄如林，刘新佳，汪群。切削加工简明实用手册［Ｍ］。化学工业出版社，2544。 [7] 余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计[M]，重庆：重庆大学出版社，1995。 [8] [周永强，高等学校毕业设计指导[M]，北京：中国建材工业出版社，2542。 [9] 刘文剑，曹天河，赵维，夹具工程师手册[M]，哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987。 [10] 王光斗，王春福。机床夹具设计手册［Ｍ］。上海科学技术出版社，2542。 [11] 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学。机床夹具设计手册［Ｍ］.上海科学技术出版社，1984。 [12] 李庆寿，机械制造工艺装备设计适用手册[M]，银州：宁夏人民出版社，1991。 [13] 廖念钊，莫雨松，李硕根，互换性与技术测量[M]，中国计量出版社，2540：9-19。 [14] [王光斗，王春福，机床夹具设计手册[M]，上海科学技术出版社，2540。 [15] 乐兑谦，金属切削刀具，机械工业出版社，25Q235：4-17。 [16] Machine Tools N.chernor 1984. [17] Machine Tool Metalworking John L.Feirer 1973. 夹具夹紧力的优化及对工件定位精度的影响 B.Li 和 S.N.Mellkote 布什伍德拉夫机械工程学院，佐治亚理工学院，格鲁吉亚，美国研究所 由于夹紧和加工，在工件和夹具的接触部位会产生局部弹性变形，使工件尺寸发生变化，进而影响工件的最终加工质量。这种效应可通过最小化夹具设计优化，夹紧力是一个重要的设计变量，可以得到优化，以减少工件的位移。本文提出了一种确定多夹紧夹具受到准静态加工部位的最佳夹紧力的新方法。该方法采用弹性接触力学模型代表夹具与工件接触，并涉及制定和解决方案的多目标优化模型的约束。夹紧力的最优化对工件定位精度的影响通过3-2-1式铣夹具的例子进行了分析。 关键词：弹性 接触 模型 夹具 夹紧力 优化 前言 定位和夹紧的工件加工中的两个关键因素。要实现夹具的这些功能，需将工件定位到一个合适的基准上并夹紧，采用的夹紧力必须足够大，以抑制工件在加工过程中产生的移动。然而，过度的夹紧力可诱导工件产生更大的弹性变形 ，这会影响它的位置精度，并反过来影响零件质量。所以有必要确定最佳夹紧力，来减小由于弹性变形对工件的定位误差，同时满足加工的要求。在夹具分析和综合领域上的研究人员使用了有限元模型的方法或刚体模型的方法。大量的工作都以有限元方法为基础被报道[参考文献1-8]。随着得墨忒耳[8]，这种方法的限制是需要较大的模型和计算成本。同时，多数的有限元基础研究人员一直重点关注的夹具布局优化和夹紧力的优化还没有得到充分讨论，也有少数的研究人员通过对刚性模型[9-11]对夹紧力进行了优化，刚型模型几乎被近似为一个规则完整的形状。得墨忒耳[12，13]用螺钉理论解决的最低夹紧力，总的问题是制定一个线性规划，其目的是尽量减少在每个定位点调整夹紧力强度的法线接触力。接触摩擦力的影响被忽视，因为它较法线接触力相对较小，由于这种方法是基于刚体假设，独特的三维夹具可以处理超过6个自由度的装夹，复和倪[14]也提出迭代搜索方法，通过假设已知摩擦力的方向来推导计算最小夹紧力，该刚体分析的主要限制因素是当出现六个以上的接触力是使其静力不确定，因此，这种方法无法确定工件移位的唯一性。 这种限制可以通过计算夹具——工件系统[15]的弹性来克服，对于一个相对严格的工件，该夹具在机械加工工件的位置会受夹具点的局部弹性变形的强烈影响。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用经验的接触力变形的关系（称为元功能），解决由于夹紧和准静态加工力工件刚体位移。同一作者还考察了加工工件夹具位移对设计参数的影响[17]。桂 [18] 等 通过工件的夹紧力的优化定位精度弹性接触模型对报告做了改善，然而，他们没有处理计算夹具与工件的接触刚度的方法，此外，其算法的应用没有讨论机械加工刀具路径负载有限序列。李和Melkote [19]和乌尔塔多和Melkote [20]用接触力学解决由于在加载夹具夹紧点弹性变形产生的接触力和工件的位移，他们还使用此方法制定了优化方法夹具布局[21]和夹紧力[22]。但是，关于multiclamp系统及其对工件精度影响的夹紧力的优化并没有在这些文件中提到 。 本文提出了一种新的算法，确定了multiclamp夹具工件系统受到准静态加载的最佳夹紧力为基础的弹性方法。该法旨在尽量减少影响由于工件夹紧位移和加工荷载通过系统优化夹紧力的一部分定位精度。接触力学模型，用于确定接触力和位移，然后再用做夹紧力优化，这个问题被作为多目标约束优化问题提出和解决。通过两个例子分析工件夹紧力的优化对定位精度的影响，例子涉及的铣削夹具3-2-1布局。 1． 夹具——工件联系模型 1．1 模型假设 该加工夹具由L定位器和带有球形端的c形夹组成。工件和夹具接触的地方是线性的弹性接触，其他地方完全刚性。工件——夹具系统由于夹紧和加工受到准静态负载。夹紧力可假定为在加工过程中保持不变，这个假设是有效的，在对液压或气动夹具使用。在实际中，夹具工件接触区域是弹性分布，然而，这种模式的发展，假设总触刚度（见图1）第i夹具接触力局部变形如下： (1) 其中（j=x，y，z）表示，在当地子坐标系切线和法线方向的接触刚度 第 19 页 共 15 页 图1 弹簧夹具—— 工件接触模型。 表示在第i个 接触处的坐标系 （j=x，y，z）是对应沿着xyz方向的弹性变形，分别 （j= x，y，z）的代表和切向力接触 ，法线力接触。 1．2 工件——夹具的接触刚度模型 集中遵守一个球形尖端定位，夹具和工件的接触并不是线性的，因为接触半径与随法线力呈非线性变化 [23]。由于法线力接触变形作用于半径和平面工件表面之间，这可从封闭赫兹的办法解决缩进一个球体弹性半空间的问题。对于这个问题， 是法线的变形，在[文献23 第93页]中给出如下： （2） 其中式中 和是工件和夹具的弹性模量，、分别是工件和材料的泊松比。 切向变形沿着和切线方向）硅业切力距有以下形式[文献23第217页] （3） 其中、 分别是工件和夹具剪切模量 一个合理的接触刚度的线性可以近似从最小二乘获得适合式 （2），这就产生了以下线性化接触刚度值：在计算上述的线性近似， （4） (5) 正常的力被假定为从0到1000N，且最小二乘拟合相应的R2值认定是0.94。 2．夹紧力优化 我们的目标是确定最优夹紧力，将尽量减少由于工件刚体运动过程中，局部的夹紧和加工负荷引起的弹性变形，同时保持在准静态加工过程中夹具——工件系统平衡，工件的位移减少，从而减少定位误差。实现这个目标是通过制定一个多目标约束优化问题的问题，如下描述。 2.1 目标函数配方 工件旋转，由于部队轮换往往是相当小[17]的工件定位误差假设为确定其刚体翻译基本上，其中 、、和 是 沿，和三个正交组件（见图2）。 图2 工件刚体平移和旋转 工件的定位误差归于装夹力，然后可以在该刚体位移的范数计算如下： （6） 其中表示一个向量二级标准。 但是作用在工件的夹紧力会影响定位误差。当多个夹紧力作用于工件，由此产生的夹紧力为,有如下形式： （7） 其中夹紧力是矢量，夹紧力的方向矩阵，是夹紧力是矢量的方向余弦，、和 是第i个夹紧点夹紧力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。 在这个文件中，由于接触区变形造成的工件的定位误差，被假定为受的作用力是法线的，接触的摩擦力相对较小，并在进行分析时忽略了加紧力对工件的定位误差的影响。意指正常接触刚度比，是通过（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常刚度相乘，并假设工件、、取决于、、的方向，各自的等效接触刚度可有下式计算得出（见图3），工件刚体运动，归于夹紧行动现在可以写成： (8) 工件有位移，因此，定位误差的减小可以通过尽量减少产生的夹紧力向量 范数。因此，第一个目标函数可以写为： 最小化 （9） 要注意，加权因素是与等效接触刚度成正比的在、和 方向上。通过使用最低总能量互补参考文献[15，23]的原则求解弹性力学接触问题得出A的组成部分是唯一确定的，这保证了夹紧力和相应的定位反应是“真正的”解决方案，对接触问题和产生的“真正”刚体位移，而且工件保持在静态平衡，通过夹紧力的随时调整。因此，总能量最小化的形式为补充的夹紧力优化的第二个目标函数，并给出： 最小化 （10） 其中代表机构的弹性变形应变能互补，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守对角矩阵的， 和是所有接触力的载体。 如图3 加权系数计算确定的基础 内蒙古科技大学本科生毕业设计（外文翻译） 2.2 摩擦和静态平衡约束 在（10）式优化的目标受到一定的限制和约束，他们中最重要的是在每个接触处的静摩擦力约束。库仑摩擦力的法律规定（是静态摩擦系数）,这方面的一个非线性约束和线性化版本可以使用，并且[19]有： （11） 假设准静态载荷，工件的静力平衡由下列力和力矩平衡方程确保（向量形式）： (12) 其中包括在法线和切线方向的力和力矩的机械加工力和工件重量。 2.3界接触力 由于夹具——工件接触是单侧面的，法线的接触力只能被压缩。这通过以下的的约束表（i=1，2…,L+C） （13） 它假设在工件上的法线力是确定的，此外，在一个法线的接触压力不能超过压工件材料的屈服强度（）。这个约束可写为： （i=1，2，…,L+C） (14) 如果是在第i个工件——夹具的接触处的接触面积，完整的夹紧力优化模型，可以写成：最小化 (15) 3．模型算法求解 式（15）多目标优化问题可以通过求解约束[24]。这种方法将确定的目标作为首要职能之一，并将其转换成一个约束对。该补充（）的主要目的是处理功能，并由此得到夹紧力（）作为约束的加权范数最小化。对为主要目标的选择，确保选中一套独特可行的夹紧力，因此，工件——夹具系统驱动到一个稳定的状态（即最低能量状态），此状态也表示有最小的夹紧力下的加权范数。 的约束转换涉及到一个指定的加权范数小于或等于，其中是 的约束，假设最初所有夹紧力不明确，要确定一个合适的。在定位和夹紧点的接触力的计算只考虑第一个目标函数（即）。虽然有这样的接触力，并不一定产生最低的夹紧力，这是一个“真正的”可行的解决弹性力学问题办法，可完全抑制工件在夹具中的位置。这些夹紧力的加权系数，通过计算并作为初始值与比较，因此，夹紧力式（15）的优化问题可改写为: 最小化 （16） 由： (11)–(14) 得。 类似的算法寻找一个方程根的二分法来确定最低的上的约束, 通过尽可能降低上限，由此产生的最小夹紧力的加权范数。 迭代次数K，终止搜索取决于所需的预测精度和，有参考文献[15]： （17） 其中表示上限的功能，完整的算法在如图4中给出。 图4 夹紧力的优化算法（在示例1中使用）。 图5 该算法在示例2使用 4． 加工过程中的夹紧力的优化及测定 上一节介绍的算法可用于确定单负载作用于工件的载体的最佳夹紧力，然而，刀具路径随磨削量和切割点的不断变化而变化。因此，相应的夹紧力和最佳的加工负荷获得将由图4算法获得，这大大增加了计算负担，并要求为选择的夹紧力提供标准， 将获得满意和适宜的整个刀具轨迹 ，用保守的办法来解决下面将被讨论的问题，考虑一个有限的数目（例如m）沿相应的刀具路径设置的产生m个最佳夹紧力，选择记为， ， …,在每个采样点，考虑以下四个最坏加工负荷向量： (18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的数字1，2，3分别代替对应的和另外两个正交切削分力，而且有： 虽然4个最坏情况加工负荷向量不会在工件加工的同一时刻出现，但在每次常规的进给速度中，刀具旋转一次出现一次，负载向量引入的误差可忽略。因此，在这项工作中，四个载体负载适用于同一位置，（但不是同时）对工件进行的采样 ，夹紧力的优化算法图4，对应于每个采样点计算最佳的夹紧力。夹紧力的最佳形式有： (i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19) 其中是最佳夹紧力的四个情况下的加工负荷载体，(C=1，2，…C)是每个相应的夹具在第i个样本点和第j负荷情况下力的大小。是计算每个负载点之后的结果，一套简单的“最佳”夹紧力必须从所有的样本点和装载条件里发现，并在所有的最佳夹紧力中选择。这是通过在所有负载情况和采样点排序，并选择夹紧点的最高值的最佳的夹紧力，见于式 （20）： （k=1，2，…，C） （20） 只要这些具备，就得到一套优化的夹紧力，验证这些力，以确保工件夹具系统的静态平衡。否则，会出现更多采样点和重复上述程序。在这种方式中，可为整个刀具路径确定“最佳”夹紧力 ，图5总结了刚才所描述的算法。请注意，虽然这种方法是保守的，它提供了一个确定的夹紧力，最大限度地减少工件的定位误差的一套系统方法。 5．影响工件的定位精度 它的兴趣在于最早提出了评价夹紧力的算法对工件的定位精度的影响。工件首先放在与夹具接触的基板上，然后夹紧力使工件接触到夹具，因此，局部变形发生在每个工件夹具接触处，使工件在夹具上移位和旋转。随后，准静态加工负荷应用造成工件在夹具的移位。工件刚体运动的定义是由它在、和方向上的移位和自转（见图2）， 如前所述，工件刚体位移产生于在每个夹紧处的局部变形，假设为相对于工件的质量中心的第i个位置矢量定位点，坐标变换定理可以用来表达在工件的位移，以及工件自转如下: (21) 其中表示旋转矩阵,描述当地在第i帧相联系的全球坐标系和是一个旋转矩阵确定工件相对于全球的坐标系的定位坐标系。假设夹具夹紧工件旋转，由于旋转很小，故也可近似为： （22） 方程（21）现在可以改写为： （23） 其中是经方程（21）重新编排后变换得到的矩阵式，是夹紧和加工导致的工件刚体运动矢量。工件与夹具单方面接触性质意味着工件与夹具接触处没有拉力的可能。因此，在第i装夹点接触力可能与的关系如下： （24） 其中是在第i个接触点由于夹紧和加工负荷造成的变形，意味着净压缩变形，而负数则代表拉伸变形; 是表示在本地坐标系第i个接触刚度矩阵，是单位向量. 在这项研究中假定液压/气动夹具，根据对外加工负荷，故在法线方向的夹紧力的强度保持不变，因此，必须对方程（24）的夹紧点进行修改为： （25） 其中是在第i个夹紧点的夹紧力，让表示一个对外加工力量和载体的6×1矢量。并结合方程（23）—（25）与静态平衡方程，得到下面的方程组： （26） 其中，其中表示相乘。由于夹紧和加工工件刚体移动，q可通过求解式（26）得到。工件的定位误差向量， （见图6）， 现在可以计算如下： （27） 其中是考虑工件中心加工点的位置向量，且 6．模拟工作 较早前提出的算法是用来确定最佳夹紧力及其对两例工件精度的影响例如： 1．适用于工件单点力。 2．应用于工件负载准静态铣削序列 如左图7 工件夹具配置中使用的模拟研究 工件夹具定位联系; 、和全球坐标系。 3-2-1夹具图7所示，是用来定位并控制7075 - T6铝合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱状块。假定为球形布局倾斜硬钢定位器/夹具在表1中给出。工件——夹具材料的摩擦静电对系数为0.25。使用伊利诺伊大学开发EMSIM程序[参考文献26] 对加工瞬时铣削力条件进行了计算，如表2给出例（1），应用工件在点（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬时加工力，图4中表3和表4列出了初级夹紧力和最佳夹紧力的算法 。该算法如图5所示 ，一个25.4毫米铣槽使用EMSIM进行了数值模拟，以减少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和结束时（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四种情况下加工负荷载体， （见图8）。模拟计算铣削力数据在表5中给出。 图8最终铣削过程模拟例如2。 表6中5个坐标列出了为模拟抽样调查点。最佳夹紧力是用前面讨论过的排序算法计算每个采样点和负载载体最后的夹紧力和负载。 7．结果与讨论 例如算法1的绘制最佳夹紧力收敛图9， 图9 对于固定夹紧装置在图示例假设（见图7），由此得到的夹紧力加权范数有如下形式：.结果表明，最佳夹紧力所述加工条件下有比初步夹紧力强度低得多的加权范数，最初的夹紧力是通过减少工件的夹具系统补充能量算法获得。由于夹紧力和负载造成的工件的定位误差，如表7。结果表明工件旋转小，加工点减少错误从13.1％到14.6％不等。在这种情况下，所有加工条件改善不是很大，因为从最初通过互补势能确定的最小化的夹紧力值已接近最佳夹紧力。图5算法是用第二例在一个序列应用于铣削负载到工件，他应用于工件铣削负载一个序列。最佳的夹紧力，，对应列表6每个样本点，随着最后的最佳夹紧力，在每个采样点的加权范数和最优的初始夹紧力绘图10，在每个采样点的加权范数的，，和绘制。 结果表明，由于每个组成部分是各相应的最大夹紧力，它具有最高的加权范数。如图10所示，如果在每个夹紧点最大组成部分是用于确定初步夹紧力，则夹紧力需相应设置，有比相当大的加权范数。故是一个完整的刀具路径改进方案。上述模拟结果表明，该方法可用于优化夹紧力相对于初始夹紧力的强度，这种做法将减少所造成的夹紧力的加权范数，因此将提高工件的定位精度。 图10 8．结论 该文件提出了关于确定多钳夹具，工件受准静态加载系统的优化加工夹紧力的新方法。夹紧力的优化算法是基于接触力学的夹具与工件系统模型，并寻求尽量减少应用到所造成的工件夹紧力的加权范数，得出工件的定位误差。该整体模型，制定一个双目标约束优化问题，使用-约束的方法解决。该算法通过两个模拟表明，涉及3-2-1型，二夹铣夹具的例子。今后的工作将解决在动态负载存在夹具与工件在系统的优化，其中惯性，刚度和阻尼效应在确定工件夹具系统的响应特性具有重要作用。 9．参考资料： 1、J. 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