夾具定位規(guī)劃中完整性評估和修訂CAM 實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械工程學(xué)系，伍斯特理工學(xué)院研究院， 100 路，伍斯特，碩士 01609，美國2004 年 9 月 14 日收稿;2004 年 11 月 9 日修訂;2004 年 11 月 10 日發(fā)表摘 要幾何約束是夾具設(shè)計(jì)中最重要的考慮因素之一。確定位置的解析擬訂已發(fā)達(dá)。然而，如何分析和修改在實(shí)際夾具設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中的一個(gè)非確定性的定位計(jì)劃尚未深入研究。在本文中，提出了一種方法來描述在限制約束下的重點(diǎn)夾具系統(tǒng)的幾何約束狀態(tài)。一種限制約束下狀態(tài)，如果它存在，可以識別給定定位計(jì)劃?？梢宰詣幼R別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案。這有助于改善逆差定位計(jì)劃，并為修訂提供指引，以最終實(shí)現(xiàn)確定性的定位。關(guān)鍵詞：夾具設(shè)計(jì);幾何約束;確定性定位;限制約束; 過約束1.介紹夾具是用于制造工業(yè)進(jìn)行工件牢固定位的一種機(jī)制。在零件加工過程中規(guī)劃一個(gè)關(guān)鍵的第一步，夾具設(shè)計(jì)需要，以確保定位精度和三維工件的精度。 3-2-1原則，在一般情況下，是最廣泛使用的指導(dǎo)原則發(fā)展的位置計(jì)劃。 V型塊和銷孔定位原則也常用。一個(gè)加工夾具定位方案必須滿足一些要求。最基本的要求是，必須提供工件確定的位置。這種觀點(diǎn)指出，定位計(jì)劃生產(chǎn)的確定位置，工件不能移動，而至少有一個(gè)定位不會失去聯(lián)系。這一直是夾具設(shè)計(jì)的最根本的準(zhǔn)則之一，許多研究人員關(guān)于幾何約束狀態(tài)的研究表明，工件在任何定位計(jì)劃分為以下三個(gè)類別：1、良好的約束（確定性）：工件在一個(gè)獨(dú)特的位置進(jìn)行配合，工件表面與 6 個(gè)定位器取得聯(lián)系。2、限制約束：不完全約束工件的自由度。3、過約束：工件自由度超過 6 定位的制約。在1985年,淺田[1]提出了滿秩為準(zhǔn)則雅可比矩陣的約束方程, 基于分析形成了調(diào)研后,確定定位。周等[2]在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理論。結(jié)果表明,定位矩陣的定位需要壓力滿秩達(dá)到確定的位置。該方法的確定通過無數(shù)的研究。王等[3]考慮定位工件的接觸的影響，而采用點(diǎn)接觸面積。他們介紹了接觸矩陣，并指出，兩個(gè)接觸的機(jī)構(gòu)不應(yīng)該有平等的，但在接觸點(diǎn)曲率相反?？柹璠4]認(rèn)為，可能沒有足夠的應(yīng)用，如一些不是非棱柱的表面或相對誤差近似的非小線性。他提出一個(gè)二階泰勒展開，其中也考慮到定位誤差相互作用。馬林和費(fèi)雷拉[5]應(yīng)用周對 3-2-1的位置擬訂，制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃。盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置。在淺田的擬定方案中,他們假設(shè)工件夾具元件和點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)無阻力。理想的位置q* ,而應(yīng)放置工件表面和分片，可微函數(shù)是 gi(見圖1) 。表面函數(shù)定義為:gi(q*)=0是確定的,應(yīng)該有一個(gè)獨(dú)一無二的解決方案為下列所有定位方程組。gi(q)=0,i=1,2,.,n (1)其中n是定位器的位置與 方向, 代表了工件的定位和方向。只有考慮到目標(biāo)位置q*附近在 處:淺田表明(2)hi是幾何函數(shù)的雅可比矩陣，矩陣式所示（3） 。確定定位如果雅可比矩陣滿秩，可滿足要求。 (2)只有q=q*一個(gè)解決辦法(3)在1個(gè)3-2-1定位計(jì)劃中，一個(gè)約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如表1所示。如果定位是小于6 ，工件是限制約束的，即存在至少有一個(gè)工件自由定位議案不受限制的。如果矩陣滿秩，但定位大于6 定位，工件是過約束，這表明存在至少一個(gè)定位等;而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài)。找出一個(gè)模型除了3-2-1,可以建立基準(zhǔn)框架提取等效的定位點(diǎn)。胡等 [6]已經(jīng)發(fā)展出一種系統(tǒng)的方法,對這個(gè)用途。因此,這則能適用于所有的定位方案。圖1 .夾具系統(tǒng)模型。表 1 等級 數(shù)量的定位 地位 6 Over-constrained康等 [7]遵循這些方法和他們實(shí)施制定的幾何約束分析模塊其自動化的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)的核查制度。他們的 CAFDV 系統(tǒng)可以計(jì)算出雅可比矩陣和它的排名來確定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯(cuò)誤。熊等人 [8]提出的等級檢查方法的定位矩陣 WL(見附件)。他們還介紹了左/ 右邊的定位矩陣廣義逆理論,分析了工件的幾何誤差。結(jié)果表明,定位及發(fā)展方向誤差 ΔX 和位置誤差 Δr 的工件定位相關(guān)如下:Under-constrained:Δ X=WLΔr, (4)Well-constrained :ΔX=(WTLWL)-1WLTΔr, (5)Over-constrained:ΔX=WLT(WTLWL)-1Δr+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL)λ, (6)λ是任意一個(gè)向量。他們還介紹了從這些矩陣的幾個(gè)指標(biāo)，評價(jià)定位配置，其次是通過約束非線性規(guī)劃的優(yōu)化。然而，他們的研究分析，不涉及非確定性定位的修訂。目前，還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究。2.定位完整性評價(jià)如果不確定性的位置達(dá)到夾具系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)師知道約束狀態(tài)是什么，以如何改善設(shè)計(jì)是非常重要的條件。如果夾具系統(tǒng)是過度約束，是理想定位需要的不必要的信息。而下約束時(shí)，所有有關(guān)知識約束工件的議案，可以引導(dǎo)設(shè)計(jì)師選擇額外的定位或使得修改定位計(jì)劃更有效。的總體戰(zhàn)略定位計(jì)劃表征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2。在本文中,定位矩陣秩的幾何約束的施加評價(jià)狀態(tài)(見附件為獲得的定位矩陣)。確定需要六個(gè)定位器定位提供矩陣的滿秩定位 WL:如圖 3 所示,在給定的定位器數(shù)量 n,定位法向量[ai,bi,ci]和定位的位置[xi,yi,zi]每一個(gè)定位器,i=1,2,.,n,n*6 定位矩陣可以確定如下 :（7）當(dāng)?shù)燃墸╓L）=6，n=6 時(shí)，是工件良好約束。當(dāng)?shù)燃墸╓L）=6，n6 時(shí);是工件過約束。這意味著（n-6）有不必要的定位在定位方案上。工件將不存在限制（n-6）定位器。這種狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示方法,那就是（n-6）在定位向量矩陣,可表示為線性組合的其他六行向量。圖 2 幾何約束狀態(tài)描述圖 3 一個(gè)簡化的定位方案。定位方案，提供了確定性的位置。發(fā)達(dá)國家的算法使用下列方法確定不必要的定位：1、找到所有的（ n-6）組合定位的。2、為每個(gè)組合 ,從（n-6 ）定位器確定定位方案。3、重新計(jì)算矩陣秩的定位為左六個(gè)定位器。4、如果等級不變 ,被刪除的(n-6)定位器是負(fù)責(zé)過約束狀態(tài)。這種方法可能會產(chǎn)生多種解決方案，并要求設(shè)計(jì)師來決定哪一套不必要的定位應(yīng)該被刪除以最佳定位性能。當(dāng)?shù)燃墸╓L）6,工件的限制約束。參考文獻(xiàn)[1] Asada H, By AB.。自動重構(gòu)夾具的柔性裝配夾具的運(yùn)動學(xué)分析。 IEEE J 機(jī)器人autom1985; 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The eccentric bushing with their proprietary composition accommodate inside diameter ,use the screw to realize the accommodate of inner ring’s lock-up.Byt bacause their 3clearance fit composition, they apply to non- or light- load.They are a type of frequently-used machine hardware.Key word : eccentric bushing , machine hardware, processing cycle目 錄41 零件工藝性分析----------------------------------------------------------51.1 用途-----------------------------------------------------------------------51.2 技術(shù)要求-----------------------------------------------------------------51.3 工藝性--------------------------------------------------------------------61.4 生產(chǎn)類型-----------------------------------------------------------------62 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)-------------------------------------------------62.1 確定毛坯，繪制毛坯簡圖--------------------------------------------62.2 定位基準(zhǔn)-----------------------------------------------------------------72.3 加工方法-----------------------------------------------------------------72.4 加工工序-----------------------------------------------------------------82.5 M3-6H 孔的加工余量，尺寸公差------------------------------------83 鉆削加工夾具設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------103.1 夾具定位裝置與定位方案--------------------------------------------103.2 夾緊裝置----------------------------------------------------------------123.3 鉆孔定位裝置---------------------------------------------------------133.4 夾具與機(jī)床連接元件------------------------------------------------133.5 夾具體------------------------------------------------------------------144 方案綜合評價(jià)與結(jié)論----------------------------------------------------145 體會與展望----------------------------------------------------------------156 參考文獻(xiàn)-------------------------------------------------------------------171 零件工藝性分析51.1 用途該偏心套以 30mm 孔輔以螺栓與螺絲，使得孔中的軸實(shí)現(xiàn)內(nèi)圈周向、軸向固定。查閱資料表明，該工件一般承受較小的負(fù)載。其中 Φ30H7 孔的精度應(yīng)予保證。1.2 技術(shù)要求：將該零件的技術(shù)要求列入表（1）中表（1）加工表面 尺寸及偏差（mm）公差及精度等級表面粗糙度Ra（ m）?形位公差（mm）左，右端面 0.518??IT13 12.5圓柱面 .05IT13 12.5Φ30H7 內(nèi)孔 .213?IT7 1.6上平面 0.4?IT13 12.5下平面 .306?IT13 12.5上平面方形孔 .2?IT12 6.3下平面方形孔 0.2?IT12 6.3左端面?zhèn)炔?.01?IT12 6.3方形側(cè)孔 .27?IT12 6.3E 面孔 0.2?H11 12.53mm 圓孔 .103?IT13 12.5M3-6H 螺紋孔 .1?M3—6H 12.5加工熱處理方面，要求調(diào)質(zhì)處理硬度 230-250HB。在化學(xué)處理方面，F(xiàn)e/Ct.0。1.3 工藝性分析零件圖可知，該偏心套的左，右端面精度要求并不太高，可用車削加6工。外圓柱表面用車削加工。Φ30H7 內(nèi)孔對精度要求較高，由于端面為平面，可防止鉆頭鉆偏以保證加工精度。該零件除了內(nèi)孔之外，其他加工表面精度要求均不高，因此以車床和銑床的粗加工就可達(dá)到要求。Φ30H7 內(nèi)孔較長，需以多步驟加工實(shí)現(xiàn)。1.4 生產(chǎn)類型由題目知產(chǎn)量五萬件以上，計(jì)算其年生產(chǎn)綱領(lǐng)： (1%)NQmab??N—零件年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件|年）Q—產(chǎn)品年產(chǎn)量（臺，輛|年）m—每臺（輛）產(chǎn)品中零件的數(shù)量（件|臺，輛）a%—備品率b%—廢品率Q=50000臺|年，m=1件 —|臺a取3%，b取0.5%計(jì)算得 N=51757.5 該偏心套的生產(chǎn)類型屬于大批量生產(chǎn)。2 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)2.1 確定毛坯，繪制毛坯簡圖2.1.1 選擇毛坯該零件因其一般只用于輕載，沖擊小或無沖擊的場合。考慮到大量生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率，毛坯選用圓鋼鍛件。對零件圖進(jìn)行分析計(jì)算，可以大致確定鍛件外廓包容體的尺寸。2.1.2 確定毛坯尺寸公差與機(jī)械加工余量以其技術(shù)要求確認(rèn)，普通級公差等級。外圓：粗車外圓，表面粗糙度12.5無精車，直徑為Φ52mm，零件長度180mm。根據(jù)查表判斷毛坯直徑為52+6=58mm左右端面：加工余量查表得a=1.0mm，長182mm7各加工表面粗糙度Ra均大于等于1.6 m。?綜合以上，可查表確定該零件毛坯的尺寸公差與加工余量。形狀為鍛造棒料。表（2）項(xiàng)目（mm） 機(jī)械加工余量(mm) 尺寸公差（mm）長度182 1.0 1.7085??端面R29 6.0 2.4繪制毛坯零件圖。2.2 定位基準(zhǔn)2.2.1 精基準(zhǔn)：根據(jù)其裝配要求，選定偏心套右端面與Φ30H7內(nèi)孔作為精基準(zhǔn)。因?yàn)槿缧枰獙Ｓ脢A具的側(cè)槽和上平面，下平面以及孔加工都要以它們?yōu)榛鶞?zhǔn)。另外Φ30H7內(nèi)孔為精加工。2.2.2 粗基準(zhǔn)：需要平整，無飛邊，毛刺或其他表面欠缺的加工面，本加工方案選擇偏心套外圓柱面與右端面為粗基準(zhǔn)。2.3 加工方法根據(jù)各加工表面的尺寸與表面粗糙度，列出各工件表面的加工方法，如表（3）表（3）加工表面 尺寸精度等級表面粗糙度 加工方案左，右端面 IT13 12.5 粗車圓柱面 IT13 12.5 粗車Φ30H7 內(nèi)孔 IT7 1.6 鉆—擴(kuò)—鉸上平面 IT13 12.5 粗銑下平面 IT13 12.5 粗銑上平面方形孔 IT12 6.3 粗銑下平面方形孔 IT12 6.3 粗銑左端面?zhèn)炔?IT13 12.5 粗銑方形側(cè)孔 IT12 6.3 粗銑8E 面孔 IT 12.5 鉆Φ3 孔 IT 12.5 鉆M3-6H 螺紋孔 IT 12.5 攻螺紋2.4 加工工序加工工序方面，可采用多臺機(jī)床工作，其中銑床鉆床加工階段需配備夾具。在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，以表（4）列出偏心套工藝路線。表（4）工序號工序名稱 機(jī)床設(shè)備 刀具 量具1 調(diào)質(zhì)處理 調(diào)質(zhì)爐2 車削右端面和外徑 臥式車床 C6132 外圓車刀 游標(biāo)卡尺3 車削左端面與圓錐面 臥式車床 C6132 外圓車刀 游標(biāo)卡尺4鉆、擴(kuò)、鉸 Φ30H7 孔搖臂鉆床 C6132 莫式錐柄麻花鉆，擴(kuò)孔鉆，鉸刀卡尺，塞規(guī)5 粗銑 10mm 槽 立式銑床 X5032 直柄鍵槽銑刀 游標(biāo)卡尺6 粗銑上平面 20 槽 立式銑床 X5032 直柄鍵槽銑刀 游標(biāo)卡尺7 粗銑下平面 20 槽 立式銑床 X5032 直柄鍵槽銑刀 游標(biāo)卡尺8 上方形槽 線切割機(jī)床9 下方形槽 線切割機(jī)床10 10H11 方形槽 線切割機(jī)床112-Φ4H7 孔搖臂鉆床 Z3025 直柄麻花鉆 游標(biāo)卡尺12 直徑 3mm 孔 搖臂鉆床 Z3025 直柄麻花鉆 游標(biāo)卡尺13 螺紋孔 M3-6H 搖臂鉆床 Z3025 麻花鉆、絲錐 游標(biāo)卡尺14 化學(xué)處理 化學(xué)處理裝備2.5 M3-6H螺紋孔的加工余量，尺寸公差該道工序?yàn)殂@車鉆削加工。達(dá)到設(shè)計(jì)圖的要求。表面粗糙度要求為 12.5，由絲錐加工成型。根據(jù)技術(shù)要求尺寸公差為 6H，此公差等級可由絲錐一次加工達(dá)到。92.5.1 切削用量的計(jì)算a：背吃刀量的計(jì)算取 =1.5mm。pb：進(jìn)給量的確定由查表可知，該公布的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量應(yīng)取 0.05—0.15mm，取 0.1mm r。/c：切削速度的計(jì)算查表，按工件材料為 45 鋼的結(jié)構(gòu)選取，切削速度 v 可取為 10m min。由公/式 n=1000v d，可得該工序銑刀轉(zhuǎn)速為 1061r min。參照表格所列出的轉(zhuǎn)速，/?/取轉(zhuǎn)速為 Z3025 鉆床的 1000r min。再將此轉(zhuǎn)速帶入公式，可求出該工序的實(shí)/際銑削速度。v=n d 1000=1000r min 10mm 1000=9.4m min。//??//d：時(shí)間定額1：鉆底孔基本時(shí)間 t1 的計(jì)算，根據(jù)查表結(jié)果，銑刀銑削槽的的基本時(shí)間計(jì)算公為：t1=(52-30)÷2÷1500 r min×0.1mm/r=0.1min=6.6s/該零件外徑為 52mm、內(nèi)徑為 30mm 加工深度為(52-30)÷2=11mm可求出該工序的基本時(shí)間為 6.6s2：攻絲時(shí)間為 t2，M3 螺紋螺距為 0.5mm,根據(jù)根據(jù)公式得：t2=(52-30)÷2÷1000r/min×0.5mm/r=0.022min=1.32s該零件外徑為 52mm、內(nèi)徑為 30mm 加工深度為(52-30)÷2=11mm3.輔助時(shí)間：該工序?yàn)榇笈考庸?，但是單個(gè)工序時(shí)間較短，輔助時(shí)間為工件裝夾時(shí)間、更換刀具時(shí)間和卸見時(shí)間，此時(shí)間人為因素較大不易計(jì)算初步估算為 1min。4：單件時(shí)間=6.6s+1.32s+60s=68s。djt將上述零件工藝規(guī)程設(shè)計(jì)結(jié)果填入工藝文件，制作機(jī)械加工工藝過程卡片。103 鉆削加工夾具設(shè)計(jì)根據(jù)加工工序，進(jìn)行銑床夾具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。夾具的用途與生產(chǎn)規(guī)模的大小不同，夾具的結(jié)構(gòu)形式也不同。在本例的大量生產(chǎn)中，夾具的主要作用一方面是要保證產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面還要考慮盡量提高生產(chǎn)效率的問題，應(yīng)廣泛采用多件夾緊機(jī)構(gòu)，氣動，液壓和電動夾緊裝置等高效省力的工具；若在中小批生產(chǎn)中，由于受到生產(chǎn)條件的限制，為使經(jīng)濟(jì)性良好，夾具的主要做用就是保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的應(yīng)盡量是夾具結(jié)構(gòu)簡單，廣泛采用單件加工的夾具及手動夾緊機(jī)構(gòu)，條件允許的情況下采用可調(diào)夾具，成組夾具和組合夾具等。本例在已知工件材料，鍛件，機(jī)床為 Z3025 搖臂鉆床，大量生產(chǎn)的情況下，現(xiàn)為加工M3-6H 設(shè)計(jì)專用夾具。3.1 夾具定位裝置與定位方案定位元件是用以確定工件正確位置的元件，用工件定位基準(zhǔn)或定位基面與夾具定位元件接觸或配合來實(shí)現(xiàn)工件定位。工件在夾具中定位時(shí)，根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工序加工要求選擇的定位基準(zhǔn)有各種形式。根據(jù)其形狀不同，選擇不同類型的定位元件。在定為基準(zhǔn)確定后，就可以根據(jù)工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和定位基面形狀，尺寸等選擇標(biāo)準(zhǔn)定位元件。如果沒有適合的標(biāo)準(zhǔn)定位元件可選擇，設(shè)計(jì)者可自行設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)定位元件。根據(jù)零件圖與工序條件，以工件 Φ30H7 內(nèi)孔有端面及 12H11 方槽作為定位基準(zhǔn)，采用定位芯軸及圓柱銷定位、圓柱銷與螺紋手動裝夾方案。因?yàn)榧庸ち慵枰拗迫苛鶄€(gè)自由度。根據(jù) M3-6H 的加工余量與尺寸公差,鉆孔攻絲工序的加工時(shí)的切削力較小，螺紋的裝夾力完全能滿足加工需要3.2 夾緊裝置11在加工過程中，工件會受到切削力，慣性力，離心力等外力的作用，為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保證定位的正確位置，而不至于發(fā)生位移或產(chǎn)生震動，一般來講在夾具結(jié)構(gòu)中必須設(shè)置一定的夾緊裝置，把工件夾緊壓牢在定位元件上。夾緊裝置的基本要求是：1：夾緊時(shí)不破壞工件在夾具中占有的正確位置。2：夾緊力要適當(dāng)，既要保證工件在加工過程中定位的穩(wěn)定性，又要防止因夾緊力過大損傷工件表面及產(chǎn)生夾緊變形。3：夾緊機(jī)構(gòu)操作安全，省力，夾緊迅速。4：夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，工作效率與生產(chǎn)類型相適應(yīng)，結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，便于制造與維修。5：良好的自鎖性能。本例中夾緊裝置為自行設(shè)計(jì)的螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。通過擰緊兩側(cè)壓板上兩側(cè)的夾緊螺母使壓板壓緊工件，實(shí)現(xiàn)夾緊。由于加工槽的需要，本工步在銑削過程中要限制工件的全部六個(gè)自由度。使用螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)，用壓力與摩擦力實(shí)現(xiàn)對自由度的限制。3.3 刀具定位裝置對刀，導(dǎo)向元件是用于確定或引導(dǎo)刀具的元件，其作用是使刀具與定位元件之間獲得正確的相對位置。本套夾具采用鉆套定位，準(zhǔn)確的固定了鉆孔時(shí)鉆頭的位置。3.4 夾具與機(jī)床連接元件夾具與機(jī)床連接元件負(fù)責(zé)將夾具固定在機(jī)床上并防止相對運(yùn)動，是用于保證夾具在機(jī)床上定位與夾緊用的元件。本例中夾緊裝置與定位裝置全部固定在夾具體上，其中定位裝置使用螺栓與銷，夾緊裝置則采用螺母固定在夾具體上。整套夾具與機(jī)床采用螺栓連接。3.5 夾具體夾具體是夾具的基本元件，夾具上的所有組成部分都必須最終通過這一基礎(chǔ)元件連接成一個(gè)有機(jī)整體，夾具體應(yīng)滿足如下要求：1：足夠的強(qiáng)度與剛度，在夾緊力與切削力作用下頁不會產(chǎn)生過大的變形。122：夾具安裝穩(wěn)定，機(jī)床夾具通過夾具體安裝在工作臺上，安裝應(yīng)穩(wěn)定。3：夾具體結(jié)構(gòu)工藝性良好，應(yīng)注意夾具體毛坯的制造工藝性，機(jī)械加工工藝性與裝配的工藝性。4：便于清除切削，為防止加工中切屑聚集在定位元件工作表面等敏感表面中，要考慮切屑的排除問題。通過夾具體把夾具各組成部分連接起來，并將連接部分剖視。4 方案綜合評價(jià)與結(jié)論本機(jī)械零件加工方案針對偏心套零件加工而制定，考慮到了該機(jī)械零件在工藝上要保證其內(nèi)孔的精度與表面粗糙度，針對采用機(jī)械加工的方法，分析零件圖以及該零件所在部件或總成中的位置，功用以及部件或總成對該零件提出的技術(shù)要求以明確其工作表面，加工方法，加工過程，工藝步驟與工藝規(guī)程。本方案大致包括了對零件的工藝分析，生產(chǎn)綱領(lǐng)的計(jì)算與生產(chǎn)類型的分析，毛坯的種類與制造，毛坯的尺寸與公差，工藝路線的擬定，關(guān)鍵工序的加工余量，工序尺寸與公差的計(jì)算，各個(gè)工序機(jī)床設(shè)備與刀具，量具等工藝裝備的選擇，關(guān)鍵工序的切削用量與時(shí)間定額，以及工藝文件的編寫。針對要求的關(guān)鍵步驟加工，本方案考慮到加工精度，生產(chǎn)效率，勞動強(qiáng)度與工藝范圍設(shè)計(jì)了鉆削專用夾具，以方便該工步的定位與加工。對加工中具體的時(shí)間定額等數(shù)據(jù)也有計(jì)135 體會與展望通過這次機(jī)械課程設(shè)計(jì)，我經(jīng)歷了一次完整的將二維圖紙上的圖形曲線化為在國家工業(yè)生產(chǎn)中可以使用的真正零件的設(shè)計(jì)過程。該課程設(shè)計(jì)所涉及的問題是一個(gè)機(jī)械專業(yè)的大學(xué)生所必須掌握的。這將使我們脫離紙上談兵，得以真正將自己設(shè)計(jì)的東西化為看得見，摸得著的實(shí)體。十年的紙上談兵也比不上一次真刀真槍的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，這次課程設(shè)計(jì)對我的專業(yè)知識及實(shí)際動手能力，考慮問題能力，把握全局能力都是一次很好的鍛煉。在相當(dāng)長的一個(gè)可以預(yù)見的歷史時(shí)期內(nèi)，機(jī)械工業(yè)仍然是衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化程度與工業(yè)化進(jìn)程的最主要標(biāo)準(zhǔn)，微電子工業(yè)與生物技術(shù)等產(chǎn)業(yè)要做到徹底脫離機(jī)械工業(yè)而獨(dú)立目前看來還沒有可能。而機(jī)械工業(yè)的最基本組成部分——零件的加工制造，當(dāng)然的成為衡量機(jī)械發(fā)展水平的重要指標(biāo)。即使經(jīng)過幾十年的積累，我國在零部件制造方面也只是在低端徘徊，產(chǎn)品也以低端為主。精密性和工藝性水平仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到國際先進(jìn)水平。即使在一些名為國產(chǎn)的設(shè)施上，進(jìn)口件扮演的往往是核心角色。此次汶川地震中救災(zāi)的直升機(jī)主力——20 世紀(jì) 80 年代中美蜜月期時(shí)購買的“黑鷹”直升機(jī)——至今仍然需要每年從美國進(jìn)口零備件以維持運(yùn)轉(zhuǎn)。這可以看做我國機(jī)械工業(yè)的一個(gè)縮影。前蘇聯(lián)解體后，俄羅斯能用于科研的經(jīng)費(fèi)少得可憐，但直到今天，俄式軍火出口仍然是世界主要軍火出口之一。根據(jù)前蘇聯(lián)遺留下來的家底，很多俄式武器并沒有太高的技術(shù)含量，卻因?yàn)槠渲圃旃に嚨南冗M(jìn)，材料的優(yōu)秀質(zhì)量而得以稱霸一方。以至于直到今天這個(gè)世界已經(jīng)無法忽視中國技術(shù)制造的年代，中國的軍火專家們在自豪的說“中國的技術(shù)好”后面也不得不加一句“但俄羅斯14的工藝水平是無法替代的。 ”可見僅僅是一個(gè)高級零件加工的方面，我們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于人。本課程設(shè)計(jì)所涉及的正是零件加工制造的過程。作為本行業(yè)的基礎(chǔ)是絕對必要的。當(dāng)前，隨著中國“龍芯”的問世，本為美國與日本控制的計(jì)算機(jī)處理器核心技術(shù)首次被第三世界國家掌握，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展必然帶動高精密機(jī)械加工技術(shù)。在可以預(yù)見的范圍內(nèi)，機(jī)械零件加工制造將向著一臺機(jī)床加工多種零件的集成化，以納米技術(shù)為前沿的精密化等方向發(fā)展。但對于我國來講，機(jī)械制造行業(yè)尚不具備一次就整體性的跳躍到高端的世界領(lǐng)先水平的條件。如果把機(jī)械制造行業(yè)比作一個(gè)人，美國與日本掌握著最高技術(shù)而坐在“頭”的位置上，西歐與俄羅斯等國正坐在“腰”上。我國就是低端的腳部。而世界的大部分產(chǎn)品實(shí)際上正是由技術(shù)成熟且成本可以接受的“腰”部技術(shù)水準(zhǔn)建立的。我國攤子大，底子薄，正在進(jìn)行一次極為重要的產(chǎn)業(yè)升級。汽車行業(yè)的成果和大飛機(jī)計(jì)劃重新上馬就是標(biāo)志。我國要從坐“腳”望“腰”變成坐“腰”望“頭” ，是需要鞏固整體性的技術(shù)水平。作為機(jī)械技術(shù)的基礎(chǔ)，零件加工需要更多的人才與創(chuàng)新。這是每一個(gè)機(jī)械專業(yè)的大學(xué)生的必然追求。6 參考文獻(xiàn)1 董剛，李建功，潘鳳章主編，機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)械類）第 3 版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2 孔凌嘉，張春林主編，機(jī)械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計(jì)，北京理工大學(xué)出版社3 吳宗澤主編，高等機(jī)械設(shè)計(jì)，北京：高等教育出版社4 喻子建，張磊，邵偉平，機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題與解題分析，沈陽：東北大學(xué)出版社5 吳宗澤主編，機(jī)械設(shè)計(jì)，北京：高等教育出版社6 陳鐵鳴，王連明主編，機(jī)械設(shè)計(jì)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社7 炊海春，Pro/Engineer 從零件到整體，北京：人民郵電出版社8 邱宣懷主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第七版 159 北京：高等教育出版社10 吳宗澤，黃純穎主編，機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題集（第 3 版），北京：高等教育出版11 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編，機(jī)械零件習(xí)題集12 蔡春源等主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 夾具定位規(guī)劃中完整性評估和修訂CAM 實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械工程學(xué)系，伍斯特理工學(xué)院研究院， 100 路，伍斯特，碩士 01609，美國2004 年 9 月 14 日收稿;2004 年 11 月 9 日修訂;2004 年 11 月 10 日發(fā)表摘 要幾何約束是夾具設(shè)計(jì)中最重要的考慮因素之一。確定位置的解析擬訂已發(fā)達(dá)。然而，如何分析和修改在實(shí)際夾具設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中的一個(gè)非確定性的定位計(jì)劃尚未深入研究。在本文中，提出了一種方法來描述在限制約束下的重點(diǎn)夾具系統(tǒng)的幾何約束狀態(tài)。一種限制約束下狀態(tài)，如果它存在，可以識別給定定位計(jì)劃。可以自動識別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案。這有助于改善逆差定位計(jì)劃，并為修訂提供指引，以最終實(shí)現(xiàn)確定性的定位。關(guān)鍵詞：夾具設(shè)計(jì);幾何約束;確定性定位;限制約束; 過約束1.介紹夾具是用于制造工業(yè)進(jìn)行工件牢固定位的一種機(jī)制。在零件加工過程中規(guī)劃一個(gè)關(guān)鍵的第一步，夾具設(shè)計(jì)需要，以確保定位精度和三維工件的精度。 3-2-1原則，在一般情況下，是最廣泛使用的指導(dǎo)原則發(fā)展的位置計(jì)劃。 V型塊和銷孔定位原則也常用。一個(gè)加工夾具定位方案必須滿足一些要求。最基本的要求是，必須提供工件確定的位置。這種觀點(diǎn)指出，定位計(jì)劃生產(chǎn)的確定位置，工件不能移動，而至少有一個(gè)定位不會失去聯(lián)系。這一直是夾具設(shè)計(jì)的最根本的準(zhǔn)則之一，許多研究人員關(guān)于幾何約束狀態(tài)的研究表明，工件在任何定位計(jì)劃分為以下三個(gè)類別：1、良好的約束（確定性）：工件在一個(gè)獨(dú)特的位置進(jìn)行配合，工件表面與 6 個(gè)定位器取得聯(lián)系。2、限制約束：不完全約束工件的自由度。3、過約束：工件自由度超過 6 定位的制約。在1985年,淺田[1]提出了滿秩為準(zhǔn)則雅可比矩陣的約束方程, 基于分析形成了調(diào)研后,確定定位。周等[2]在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理論。結(jié)果表明,定位矩陣的定位需要壓力滿秩達(dá)到確定的位置。該方法的確定通過無數(shù)的研究。王等[3]考慮定位工件的接觸的影響，而采用點(diǎn)接觸面積。他們介紹了接觸矩陣，并指出，兩個(gè)接觸的機(jī)構(gòu)不應(yīng)該有平等的，但在接觸點(diǎn)曲率相反。卡爾森[4]認(rèn)為，可能沒有足夠的應(yīng)用，如一些不是非棱柱的表面或相對誤差近似的非小線性。他提出一個(gè)二階泰勒展開，其中也考慮到定位誤差相互作用。馬林和費(fèi)雷拉[5]應(yīng)用周對 3-2-1的位置擬訂，制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃。盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置。在淺田的擬定方案中,他們假設(shè)工件夾具元件和點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)無阻力。理想的位置q* ,而應(yīng)放置工件表面和分片，可微函數(shù)是 gi(見圖1) 。表面函數(shù)定義為:gi(q*)=0是確定的,應(yīng)該有一個(gè)獨(dú)一無二的解決方案為下列所有定位方程組。gi(q)=0,i=1,2,.,n (1)其中n是定位器的位置與 方向, 代表了工件的定位和方向。只有考慮到目標(biāo)位置q*附近在 處:淺田表明(2)hi是幾何函數(shù)的雅可比矩陣，矩陣式所示（3） 。確定定位如果雅可比矩陣滿秩，可滿足要求。 (2)只有q=q*一個(gè)解決辦法(3)在1個(gè)3-2-1定位計(jì)劃中，一個(gè)約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如表1所示。如果定位是小于6 ，工件是限制約束的，即存在至少有一個(gè)工件自由定位議案不受限制的。如果矩陣滿秩，但定位大于6 定位，工件是過約束，這表明存在至少一個(gè)定位等;而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài)。找出一個(gè)模型除了3-2-1,可以建立基準(zhǔn)框架提取等效的定位點(diǎn)。胡等 [6]已經(jīng)發(fā)展出一種系統(tǒng)的方法,對這個(gè)用途。因此,這則能適用于所有的定位方案。圖1 .夾具系統(tǒng)模型。表 1 等級 數(shù)量的定位 地位 6 Over-constrained康等 [7]遵循這些方法和他們實(shí)施制定的幾何約束分析模塊其自動化的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)的核查制度。他們的 CAFDV 系統(tǒng)可以計(jì)算出雅可比矩陣和它的排名來確定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯(cuò)誤。熊等人 [8]提出的等級檢查方法的定位矩陣 WL(見附件)。他們還介紹了左/ 右邊的定位矩陣廣義逆理論,分析了工件的幾何誤差。結(jié)果表明,定位及發(fā)展方向誤差 ΔX 和位置誤差 Δr 的工件定位相關(guān)如下:Under-constrained:Δ X=WLΔr, (4)Well-constrained :ΔX=(WTLWL)-1WLTΔr, (5)Over-constrained:ΔX=WLT(WTLWL)-1Δr+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL)λ, (6)λ是任意一個(gè)向量。他們還介紹了從這些矩陣的幾個(gè)指標(biāo)，評價(jià)定位配置，其次是通過約束非線性規(guī)劃的優(yōu)化。然而，他們的研究分析，不涉及非確定性定位的修訂。目前，還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究。2.定位完整性評價(jià)如果不確定性的位置達(dá)到夾具系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)師知道約束狀態(tài)是什么，以如何改善設(shè)計(jì)是非常重要的條件。如果夾具系統(tǒng)是過度約束，是理想定位需要的不必要的信息。而下約束時(shí)，所有有關(guān)知識約束工件的議案，可以引導(dǎo)設(shè)計(jì)師選擇額外的定位或使得修改定位計(jì)劃更有效。的總體戰(zhàn)略定位計(jì)劃表征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2。在本文中,定位矩陣秩的幾何約束的施加評價(jià)狀態(tài)(見附件為獲得的定位矩陣)。確定需要六個(gè)定位器定位提供矩陣的滿秩定位 WL:如圖 3 所示,在給定的定位器數(shù)量 n,定位法向量[ai,bi,ci]和定位的位置[xi,yi,zi]每一個(gè)定位器,i=1,2,.,n,n*6 定位矩陣可以確定如下 :（7）當(dāng)?shù)燃墸╓L）=6，n=6 時(shí)，是工件良好約束。當(dāng)?shù)燃墸╓L）=6，n6 時(shí);是工件過約束。這意味著（n-6）有不必要的定位在定位方案上。工件將不存在限制（n-6）定位器。這種狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示方法,那就是（n-6）在定位向量矩陣,可表示為線性組合的其他六行向量。圖 2 幾何約束狀態(tài)描述圖 3 一個(gè)簡化的定位方案。定位方案，提供了確定性的位置。發(fā)達(dá)國家的算法使用下列方法確定不必要的定位：1、找到所有的（ n-6）組合定位的。2、為每個(gè)組合 ,從（n-6 ）定位器確定定位方案。3、重新計(jì)算矩陣秩的定位為左六個(gè)定位器。4、如果等級不變 ,被刪除的(n-6)定位器是負(fù)責(zé)過約束狀態(tài)。這種方法可能會產(chǎn)生多種解決方案，并要求設(shè)計(jì)師來決定哪一套不必要的定位應(yīng)該被刪除以最佳定位性能。當(dāng)?shù)燃墸╓L）6,工件的限制約束。參考文獻(xiàn)[1] Asada H, By AB.。自動重構(gòu)夾具的柔性裝配夾具的運(yùn)動學(xué)分析。 IEEE J 機(jī)器人autom1985; RA-1:86-93。[2] zhou YC，Chandru V，Barash MM。加工裝置的自動配置的數(shù)學(xué)方法分析和綜合。反ASME J 英工業(yè) 1989;111:299-306。[3] Wang MY, Liu T, Pelinescu DM.。夾具運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)上充分接觸剛體模型。 J 制造業(yè)│ 科學(xué)與工程 2003;125：316-24。[4] Carlson JS。剛性零件的裝夾和定位計(jì)劃的二次靈敏度分析“。 ASME J 制造業(yè)│2001 年科學(xué)與工程;123 （3）：462-72。[5] Marin R, Ferreira P.確定性 3-2-1 定位計(jì)劃的運(yùn)動學(xué)分析和綜合加工裝置。 ASME J 制造業(yè)│ 科學(xué)與工程 2001 年;123:708-19。[6] Hu 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