831010后鋼板彈簧吊耳銑4mm工藝槽夾具設計【帶三維】
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畢業(yè)設計（論文）
后鋼板彈簧吊耳加工工藝及夾具設計
學 生 姓 名：
指 導 教 師：
合作指導教師：
專業(yè)名稱：
所在系別：
III
I
目 錄
目 錄 I
摘要 I
ABSTRACT II
1、緒論 1
2、后鋼板彈簧吊耳加工工藝規(guī)程設計 2
2.1零件的分析 2
2.1.1零件的作用 2
1.1.2零件的工藝分析 2
2.2工藝過程設計所應采取的相應措施 3
2.3后鋼板彈簧吊耳加工定位基準的選擇 3
2.3.1 確定毛坯的制造形式 3
2.3.2粗基準的選擇 3
2.3.3精基準的選擇 4
2.4 工藝路線的制定 4
2.4.1 工藝方案一 4
2.4.2 工藝方案二 4
2.4.3 工藝方案的比較與分析 5
2.5機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5
2.6確定切削用量及基本工時（機動時間） 6
2.7時間定額計算及生產(chǎn)安排 16
2.8 本章小結 18
結論 30
致謝 31
參考文獻 32
摘要
本次設計是對后鋼板彈簧吊耳零件的加工工藝規(guī)程及一些工序的專用夾具設計。后鋼板彈簧吊零件的主要加工表面是平面及孔。由加工工藝原則可知，保證平面的加工精度要比保證孔的加工精度容易。所以本設計遵循先面后孔的原則。并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證加工精度?；鶞蔬x擇以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面作為粗基準，以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面與兩個工藝孔作為精基準。主要加工工序安排是先以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面互為基準加工出端面，再以端面定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個別工序外均用端面和工藝孔定位加工其他孔與平面。整個加工過程均選用組合機床。
關鍵詞:后鋼板彈簧吊耳，加工工藝，專用夾具
I
I
ABSTRACT
The design of the plate after spring lug parts of the processing order of the processes and some special fixture design. Spring plate after hanging parts of the main plane of the surface and pore. By the principle known Processing , the plane guarantee precision machining holes than guarantee the machining precision easy. So the design follows the surface after the first hole principle. Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of processing to ensure accuracy. After selecting base plate spring lug large cylindrical face as a rough benchmark, After the leaf spring lug large cylindrical end with two holes as a precision technology benchmarks. main processes arrangements after the first spring plate lug large cylindrical face each other benchmarks machined face, End position to further processing out of holes. In addition to the follow-up processes are individual processes with end-positioning technology and other processing Kong and plane. The entire process of processing machine combinations were selected.
Key words：The empress steel plate spring coil mourns the ear,Process the craft,Appropriation tongs
II
1、緒論
機械的加工工藝及夾具設計是在完成了大學的全部課程之后，進行的一次理論聯(lián)系實際的綜合運用，使我對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術的工作打下基礎。機械加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品設計，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)進行生產(chǎn)準備，計劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術檢測和健全勞動組織的重要依據(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)濟效益的技術保證。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，好的夾具設計可以提高產(chǎn)品勞動生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴大機床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設計及制造提出了更高的要求。所以對機械的加工工藝及夾具設計具有十分重要的意義。
夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。
在夾具設計過程中，對于被加工零件的定位、夾緊等主要問題,設計人員一般都會考慮的比較周全，但是，夾具設計還經(jīng)常會遇到一些小問題，這些小問題如果處理不好，也會給夾具的使用造成許多不便，甚至會影響到工件的加工精度。我們把多年來在夾具設計中遇到的一些小問題歸納如下：清根問題在設計端面和內(nèi)孔定位的夾具時，會遇到夾具體定位端面和定位外圓交界處清根問題。端面和定位外圓分為兩體時無此問題,。夾具要不要清根，應根據(jù)工件的結構而定。如果零件定位內(nèi)孔孔口倒角較小或無倒角,則必須清根,如果零件定位孔孔口倒角較大或孔口是空位，則不需要清根，而且交界處可以倒為圓角R。端面與外圓定位時，與上述相同。讓刀問題在設計圓盤類刀具(如銑刀、砂輪等)加工的夾具時，會存在讓刀問題。設計這類夾具時，應考慮銑刀或砂輪完成切削或磨削后，銑刀或砂輪的退刀位置，其位置大小應根據(jù)所使用的銑刀或砂輪的直徑大小，留出超過刀具半徑的尺寸位置即可。更換問題在設計加工結構相同或相似，尺寸不同的系列產(chǎn)品零件夾具時，為了降低生產(chǎn)成本,提高夾具的利用率，往往會把夾具設計為只更換某一個或幾個零件的通用型夾具。
隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求，使多品種，中小批生產(chǎn)作為機械生產(chǎn)的主流，為了適應機械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，必然對機床夾具提出更高的要求。特別像后鋼板彈簧吊耳類不規(guī)則零件的加工還處于落后階段。在今后的發(fā)展過程中，應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。在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精高效模塊組合通用經(jīng)濟方向發(fā)展。
1
2、后鋼板彈簧吊耳加工工藝規(guī)程設計
2.1零件的分析
2.1.1零件的作用
題目給出的零件是CA10B解放牌汽車后鋼板彈簧吊耳。后鋼板彈簧吊耳的主要作用是載重后，使鋼板能夠得到延伸，伸展，能有正常的緩沖作用。因此汽車后鋼板彈簧吊耳零件的加工質(zhì)量會影響汽車的工作精度、使用性能和壽命。汽車后鋼板彈簧吊耳主要作用是減震功能、阻尼緩沖部分功能、導向功能。
圖2.1 后鋼板彈簧吊耳零件圖
1.1.2零件的工藝分析
由后鋼板彈簧吊耳零件圖知可將其分為兩組加工表面。它們相互間有一定的位置要求?，F(xiàn)分析如下：
（1）以兩外圓端面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：。兩外圓端面的銑削，加工的孔，其中兩外圓端面表面粗糙度要求為，的孔表面粗糙度要求為
（2）以孔為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：2個的孔，2個的孔、2個孔的內(nèi)外兩側面的銑削，寬度為4的開口槽的銑削，2個在同一中心線上數(shù)值為的同軸度要求。其中2個的孔表面粗糙度要求為，2個的孔表面粗糙度要求為，2個孔的內(nèi)側面表面粗糙度要求為，2個孔的外側面表面粗糙度要求為，寬度為4的開口槽的表面粗糙度要求為。
2.2工藝過程設計所應采取的相應措施
由以上分析可知。該零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對于該零件來說，加工過程中的主要問題是保證平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關系。
該類零件的加工應遵循先面后孔的原則：即先加工零件的基準平面，以基準平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。后鋼板彈簧吊耳的加工自然應遵循這個原則。這是因為平面的面積大，用平面定位可以確保定位可靠夾緊牢固，因而容易保證孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去鑄件表面的凹凸不平。為提高孔的加工精度創(chuàng)造條件，便于對刀及調(diào)整，也有利于保護刀具。
后鋼板彈簧吊耳零件的加工工藝應遵循粗精加工分開的原則，將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。
由于后鋼板彈簧吊耳的生產(chǎn)量很大。怎樣滿足后鋼板彈簧吊耳生產(chǎn)率要求也是過程中的主要考慮因素。
2.3后鋼板彈簧吊耳加工定位基準的選擇
2.3.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為Q235。由于生量已達到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故可以采用鑄造成型，這對提高生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量也是有利的。
2.3.2粗基準的選擇
粗基準選擇應當滿足以下要求：
（1） 粗基準的選擇應以加工表面為粗基準。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。
（2） 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。例如：機床床身導軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導軌面作為粗基準，加工床身的底面，再以底面作為精基準加工導軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細致的組織，以增加耐磨性。
（3） 應選擇加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。
（4） 應盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準，必要時需經(jīng)初加工。
（5） 粗基準應避免重復使用，因為粗基準的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。
為了滿足上述要求，基準選擇以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面作為粗基準，先以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面互為基準加工出端面，再以端面定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個別工序外均用端面和工藝孔定位加工其他孔與平面。
2.3.3精基準的選擇
精基準的選擇主要考慮基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合時，應當進行尺寸換算。
2.4 工藝路線的制定
由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，應盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此之外，還應降低生產(chǎn)成本。
2.4.1 工藝方案一
表 2.1 工藝方案一表
工序1：
銑兩外圓端面
工序2：
鉆，擴，鉸孔，倒角
工序3：
鉆，擴孔
工序4：
鉆，擴，鉸孔，倒角
工序5：
銑孔的內(nèi)側面
工序6：
銑孔的外側面
工序7：
銑寬度為4的開口槽
工序8：
終檢
2.4.2 工藝方案二
表 2.2 工藝方案二表
工序1：
銑孔的內(nèi)側面
工序2：
銑孔的外側面
工序3：
鉆，擴孔
工序4：
鉆，擴，鉸孔，倒角
工序5：
銑寬度為4的開口槽
工序6：
銑兩外圓端面
工序7：
鉆，擴，鉸孔，倒角
工序8：
終檢
2.4.3 工藝方案的比較與分析
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工兩外圓端面，然后再以此為基面加工孔，再加工孔，孔，最后加工孔的內(nèi)外側面以及寬度為4的開口槽銑，則與方案二相反，先加工孔的內(nèi)外側面，再以此為基面加工孔，孔，寬度為4的開口槽，最后加工兩外圓端面，孔，
經(jīng)比較可見，先加工兩外圓端面，以后位置度較易保證，并且定位及裝夾都較方便，但方案一中先加工孔，孔，再加工孔的內(nèi)外側面，不符合先面后孔的加工原則，加工余量更大，所用加工時間更多，這樣加工路線就不合理，同理，寬度為4的開口槽應放在最后一個工序加工。所以合理具體加工藝如下：
表 2.3 工藝方案表
工序1：
銑兩外圓端面
工序2：
鉆，擴，鉸孔，倒角
工序3：
銑孔的內(nèi)側面
工序4：
銑孔的外側面
工序5：
鉆，擴，鉸孔，倒角
工序6：
鉆，擴孔
工序7：
銑寬度為4的開口槽
工序8：
終檢
2.5機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“后鋼板彈簧吊耳”零件材料為Q235，硬度HBS為149～187，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
(1) 銑兩外圓端面
考慮其加工表面粗糙度要求為，可以先粗銑，再精銑，根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3-5，取2Z=5已能滿足要求
(2) 加工孔
其表面粗糙度要求較高為，其加工方式可以分為鉆，擴，鉸三步，根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3-48，確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：
擴孔： 2Z=1.8
鉸孔： 2Z=0.2
(3) 銑孔的內(nèi)側面
考慮其表面粗糙度要求為，只要求粗加工，根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3-5，取2Z=3已能滿足要求。
(4) 銑孔的外側面
考慮其表面粗糙度要求為，只要求粗加工，根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3-5，取2Z=3已能滿足要求。
(5) 加工孔
其表面粗糙度要求較高為，其加工方式可以分為鉆，擴，鉸三步，根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3-48，確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：
擴孔： 2Z=1.8
鉸孔： 2Z=0.2
(6) 加工孔
其表面粗糙度要求較高為，其加工方式可以分為鉆，擴，兩步，根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3-48，確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：
擴孔： 2Z=1.8
(7) 銑寬度為4的開口槽
考慮其表面粗糙度要求為，只要求粗加工，根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3—48，取2Z=2已能滿足要求。
2.6確定切削用量及基本工時（機動時間）
工序1：粗、精銑兩外圓端面
機床：專用組合銑床
刀具：高速剛圓柱形銑刀 粗齒數(shù)，細齒數(shù)
（1）、粗銑
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表30-13，取
銑削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表30-23，取，
機床主軸轉(zhuǎn)速： 式（2-1）
取=30, =63代入公式（2-1）得：
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表11-4，取
實際銑削速度：
工作臺每分進給量： 式（2-2）
取=，，=代入公式（2-2）得：
取
根據(jù)《機械加工工藝手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間： 式（2-3）
取，，, 代入公式（2-3）得：
以上為銑一個端面的機動時間，故本工序機動工時為
（2）、精銑
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表30-13，取
銑削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表30-23，取，
取=30, =63代入公式（2-1）得：
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表11-4，取
實際銑削速度：
取=，，=代入公式（2-2）得：
工作臺每分進給量：
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
取，，代入公式（2-3）得：
機動時間：以上為銑一個端面的機動時間，故本工序機動工時為
工序2：鉆，擴，鉸孔，倒角
機床：專用組合鉆床
刀具：麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀
（1）、鉆孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-10，取
由于本零件在加工孔時屬于底剛度零件，故進給量應乘系數(shù)0.75，則
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-13，取
取切削速度
取=24, =35代入公式（2-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表9-3，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間： 式 (2-4)
取，，, ,代入公式（2-4）得：
（2）、擴孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-30，
參照《機械加工工藝師手冊》表28-31，取
切削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表28-31，取
取=19, =36.8代入公式（2-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表9-3取
實際切削速度：
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-42
被切削層長度：
刀具切入長度
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
取，，, ,代入公式（2-4）得：
機動時間：
（3）鉸孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-35，取
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-36，取
取切削速度
取=9.1, =37代入公式（2-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表9-3，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
取，，, ,代入公式（2-4）得：
機動時間：
（4）倒角。采用锪鉆。為縮短輔助時間，取倒角是的主軸轉(zhuǎn)速與擴孔時相同：，手動進給。
工序3：粗銑孔的內(nèi)側面
機床：專用組合銑床
刀具：高速剛圓柱形銑刀 粗齒數(shù)
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表30-29，取
銑削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表30-29，取，
取=24, =50代入公式（2-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表11-4，取
實際銑削速度：
取=，，=代入公式（2-2）得：
工作臺每分進給量：
取
根據(jù)《機械加工工藝手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
取，，,代入公式（2-3）得：
機動時間：
以上為銑一個端面的機動時間，故本工序機動工時為
工序4：粗銑孔的外側面
機床：專用組合銑床
刀具：高速剛圓柱形銑刀 粗齒數(shù)
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表30-29，取
銑削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表30-29，取，
取=24, =50代入公式（2-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表11-4，取
實際銑削速度：
取=，，=代入公式（2-2）得：
工作臺每分進給量：
取
根據(jù)《機械加工工藝手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
取，，,代入公式（2-3）得：
機動時間：
以上為銑一個端面的機動時間，故本工序機動工時為
工序5：鉆，擴，鉸孔
機床：專用組合鉆床
刀具：麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀
（1）、鉆孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-10，取
由于本零件在加工孔時屬于底剛度零件，故進給量應乘系數(shù)0.75，則
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-13，取
取切削速度
取=24, =28代入公式（2-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表9-3，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
取，，, ,代入公式（2-4）得：
機動時間：
以上為鉆一個孔的機動時間，故本工序機動工時為
（2）、擴孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-30，
參照《機械加工工藝師手冊》表28-31，取
切削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表28-31，取
取=19.8, =29.8代入公式（2-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表9-3取
實際切削速度：
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-42
被切削層長度：
刀具切入長度
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
取，，, ,代入公式（2-4）得：
機動時間：
以上為擴一個孔的機動時間，故本工序機動工時為
（3）鉸孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-35，取
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-36，取
取切削速度
取=9.9, =30代入公式（2-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表9-3，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
取，，, ,代入公式（2-4）得：
機動時間：
以上為鉸一個孔的機動時間，故本工序機動工時為
4）倒角。采用锪鉆。為縮短輔助時間，取倒角是的主軸轉(zhuǎn)速與擴孔時相同：，手動進給。
工序6：鉆，擴孔
機床：專用組合鉆床
刀具：麻花鉆、擴孔鉆、
（1）、鉆孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-10，取
由于本零件在加工孔時屬于底剛度零件，故進給量應乘系數(shù)0.75，則
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-13，取
取切削速度
取=24, =9代入公式（2-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表9-3，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
取，，, ,代入公式（2-4）得：
機動時間：
以上為鉆一個孔的機動時間，故本工序機動工時為
（2）、擴孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-30，
參照《機械加工工藝師手冊》表28-31，取
切削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表28-31，取
取=25, =10.5代入公式（2-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表9-3取
實際切削速度：
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表28-42
被切削層長度：
刀具切入長度
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
取，，, ,代入公式（2-4）得：
機動時間：
以上為擴一個孔的機動時間，故本工序機動工時為
工序7：粗銑寬度為4的開口槽
機床：專用組合銑床
刀具：高速剛鋸片銑刀 粗齒數(shù)
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表30-13，取
銑削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表30-23，取，
取=30, =63代入公式（2-1）得：
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表11-5，取
實際銑削速度：
取=，，=代入公式（2-2）得：
工作臺每分進給量：
根據(jù)《機械加工工藝手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
取，，, 代入公式（2-3）得：
機動時間：
2.7時間定額計算及生產(chǎn)安排
參照《機械加工工藝手冊》表2.5-2，機械加工單件（生產(chǎn)類型：中批以上）時間定額的計算公式為：
（大量生產(chǎn)時）
因此在大批量生產(chǎn)時單件時間定額計算公式為：
式 (2-5)
其中： —單件時間定額
—基本時間（機動時間）
—輔助時間。用于某工序加工每個工件時都要進行的各種輔助動作所消耗的時間，包括裝卸工件時間和有關工步輔助時間
—布置工作地、休息和生理需要時間占操作時間的百分比值
工序1：粗、精銑兩外圓端面
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5-45，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5-48，
取，，k=0.13代入公式（2-5）得
單間時間定額：
工序2：鉆，擴，鉸孔，倒角
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5-41，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5-43，
取，，k=0.1214代入公式（2-5）得
單間時間定額：
工序3：銑孔的內(nèi)側面
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5-45，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5-48，
取，，k=0.13代入公式（2-5）得
單間時間定額：
工序4：銑孔的外側面
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5-41，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5-43，
取，，k=0.1214代入公式（2-5）得
單間時間定額：
工序5：鉆，擴，鉸孔，倒角
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5-41，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5-48，
取，，k=0.1214代入公式（2-5）得
單間時間定額：
工序6：鉆，擴孔
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5-41，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5-43，k=12.14
取，，k=0.1214代入公式（2-5）得
單間時間定額：
工序7：銑寬度為4的開口槽
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5-45，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5-48，
取，，k=0.13代入公式（2-5）得
單間時間定額：
2.8 本章小結
本章主要是對后鋼板彈簧吊耳的加工工藝進行設計。先要明確零件的作用 ，本次設計的后鋼板彈簧吊耳的主要作用就是載重后，使鋼板能夠得到延伸，伸展，能有正常的緩沖作用。確定了零件的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后，就可以對零件的工藝路線進行分析，制定出幾套工藝方案，然后對這幾套方案進行分析比較，選擇最優(yōu)方案，最后進行時間定額計算及生產(chǎn)安排。優(yōu)良的加工工藝是能否生產(chǎn)出合格，優(yōu)質(zhì)零件的必要前提，所以對加工工藝的設計十分重要，設計時要反復比較，選擇最優(yōu)方案。
18
6、夾具設計計算及結構參數(shù)確定
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。經(jīng)過小組成員討論，并與指導老師溝通，確定銑4mm槽為最后一道工序。本說明書僅包含此工序（工序12）的夾具設計。所選銑床為X51系列立銑床，刀具為鋸盤銑刀，對零件進行粗銑加工。本夾具設計結構簡單，方便操作，并且定位元件可拆卸，磨損后可予以更換，以保證加工精度。
6. 1定位基準的選擇
本工序為零件的最后一道工序，其余設計基準都已加工，因此應該選擇設計基準為定位基準，實現(xiàn)基準重合。因此選擇Φ60mm孔的一個端面與Φ37mm孔作為定位基準，使用一個平面一個短銷，其限制5自由度，再加一個支撐釘，一共限制工件的六個自由度，符合六點定位原理。綜上，本夾具采用了一面一孔一支撐釘?shù)亩ㄎ环绞健?
6. 2切削力及夾緊力的計算
刀具：硬質(zhì)合金鋼鋸盤銑刀，直徑Φ80mm，z=20。
根據(jù)《金屬切削機床夾具設計手冊》表3-56，
其中：,,,,,,
因此
水平分力：
在計算切削力的時候，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù)。
其中 為基本安全系數(shù)1.5
為加工狀態(tài)系數(shù)1.2
為切削特點系數(shù)1.2；
為夾緊動力穩(wěn)定性系數(shù)1.3
為手動夾緊是手柄位置系數(shù)1.2
為力矩使工件旋轉(zhuǎn)時，考慮的支撐面接觸情況系數(shù)1.5。
所以
查《金屬切削機床夾具設計手冊》中表3-19，工件與壓緊元件之間的摩擦系數(shù)為，所以所需壓緊力。
夾具采用梯形螺紋旋轉(zhuǎn)壓緊機構，所需夾緊扭矩的計算公式為：
其中Q為夾緊力946.4N
r為螺紋的平均半徑13.86mm
為螺紋升角
n為螺紋線數(shù)1
P為螺紋螺距3.5
螺紋摩擦角10
支撐表面的摩擦系數(shù)，一般取0.15~0.3，此處取0.2
支撐表面的計算力臂，根據(jù)支撐面的形式，這里取0
所以
當螺紋公稱直徑時，按《金屬切削機床夾具設計手冊》中表3-26，許用夾緊力
=3619kg，所以M<，固所用螺紋夾緊裝置符合要求。
6.3定位誤差的分析
本工序選用的工件以圓孔在間隙心軸上定位，心軸為水平放置，由于定位副間存在徑向間隙，因此必將引起徑向基準位移誤差。這時的徑向定位誤差只是單向的，在垂直面內(nèi)發(fā)生。見下圖。
式中——定位副間的最小配合間隙（mm）；
——工件圓孔直徑公差（mm）；
——心軸外圓直徑公差（mm）
夾具設計及操作的簡要說明
夾具體的設計主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個整體。這些主要元件設計好后即可畫出夾具的設計裝配草圖。整個夾具的結構見夾具裝配圖所示。
本夾具裝配時將零件套在定位軸上即可，夾緊用帶肩六角螺母夾緊，定位元件可更換，以避免磨損影響定位精度。操作簡單，成本低廉，提高了生產(chǎn)效率。
結論
后鋼板彈簧吊耳的加工工藝及夾具設計，主要是對后鋼板彈簧吊耳的加工工藝和夾具進行設計。后鋼板彈簧吊耳的加工工藝設計主要是確定加工工藝路線，機械加工余量和切削用量、基本工時的確定，夾具的設計主要是要設計出正確的定位夾緊機構。在本設計中工件的加工工藝路線正確合理，夾具的定位夾緊機構也能達到定位夾緊的目的，能保證加工工件的精度。在設計中遇到了很多問題，如出現(xiàn)工藝路線的不合理，甚至出現(xiàn)不能保證加工所要求達到的精度。在進行夾具設計時，因定位基準選擇不合理，出現(xiàn)過定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保證。在選擇夾緊機構時由于機構的大小，尺寸等不合理，而達不到夾緊的目的，也可能因夾緊力作用點或作用面的位置不合理而使工件產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。不過在指導老師的悉心認真的指導下，經(jīng)過三個多月自身的不斷努力，這些問題都一一解決。在這個過程中，對機械加工工藝和夾具設計有關的知識有了更深的理解，增強了對本專業(yè)綜合知識運用的能力，使我對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術的工作打下基礎。
22
致謝
首先，我要感謝XX對我的畢業(yè)設計指導。在畢業(yè)設計中，他給予了我學術和指導性的意見。我萬分的感謝他們給我的寶貴的指導意見和鼓勵。
我也非常感謝我的父母。在學習和生活上，他們一直都很支持我，使我能全身心地投入到學習中。
最后，很感謝閱讀這篇畢業(yè)設計（論文）的人們。感謝你們抽出寶貴的時間來閱讀這篇畢業(yè)設計（論文）。
24
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25
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 18 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范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個指定的加權范數(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范數(shù)有如下形式：.結果表明，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范數(shù)的，，和繪制。
結果表明，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，有比相當大的加權范數(shù)。故是一個完整的刀具路徑改進方案。上述模擬結果表明，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范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。
圖10
8．結論
該文件提出了關于確定多鉗夾具，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。
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