機床夾具常用計算計算機輔助設計含開題報告及文獻綜述、任務書

機床夾具常用計算計算機輔助設計含開題報告及文獻綜述、任務書,機床,夾具,常用,經常使用,計算,計算機輔助設計,開題,報告,講演,呈文,文獻,綜述,任務書 機床夾具常用計算計算機輔助設計 附錄1：外文翻譯 原文 中尺度機床多道工序的優(yōu)化設計與分析 樸賢旭·樸斌英·梁.史提芬 2010年6月25日發(fā)出/2011年1月4日收到 2011年施普林格出版社倫敦有限公司 摘要 由于這種方法產生的技術和經濟上的優(yōu)勢，傳統(tǒng)的機床正在被微型化。除了這些優(yōu)勢外，市場化的中尺度機床反應時間也逐漸縮短。因此，在早期設計階段這方面的進一步發(fā)展將需要一個系統(tǒng)的設計方案以減少主觀條件影響?；趥€人建模和關鍵參數的模擬，比如體積誤差和機器的工作空間，以及靜態(tài)、熱、和動態(tài)剛度參數方面的綜合設計策略，本文介紹了一個小型銑床結構上的最優(yōu)化設計。微型銑床在優(yōu)化設計中使用基于數字化模型的計算機產生一個處理函數來決定它的最優(yōu)結構。這種集成方法使用的分析法進行開發(fā)，然后實驗驗證。本文還討論了各種敏感性加權因素，從而來確定哪一個加權因素是最有效的優(yōu)化解決方案。這項研究有助于發(fā)展更可靠的中尺度機床。 關鍵詞： 多工序的優(yōu)化設計；中尺度機床；結構優(yōu)化；靜態(tài)/動態(tài)剛度；體積誤差 1 簡介 由于對微尺度零件和部件的需求，加工工業(yè)和學術行業(yè)在中尺度機床方面已經做出很多的研究。雖然與其他機械制造加工技術相比，微細加工技術仍然是一個相對年輕的研究領域，但是隨著迅速變化和高競爭市場領域的發(fā)展，未來的幾十年里在生存的行業(yè)中它最終將成為一個關鍵因素。因此，為了滿足日益嚴格的要求和期望，新的設計概念、程序、和機器配置將會被需要。支撐以理論和定量為基礎的微制造，在這個領域中傳統(tǒng)機床的微型化成為一個重要的研究區(qū)域。 微型化所帶來的技術和經濟上的優(yōu)勢已經激發(fā)了多樣微型機床模型的建立。大多數研究在這一領域的工作重點集中在對合適的小型機床和組件配合于特定的微型零件的開發(fā)。這些微型機床的模型可以生產出高質量的微型零件。然而，現(xiàn)有的對于微型機床設計的研究是不夠的；因此，在這些系統(tǒng)微型化過程中我們需要積累相對貧乏的理論知 識或經驗。盡管經過多次嘗試，迄今為止系統(tǒng)的微型化最優(yōu)設計大部分還是不成功的，但是對于這些系統(tǒng)的設計研究為了其進一步發(fā)展是必須的。 在早期的微型化設計研究中，三島由紀夫等人提出了一個設計的評價方法。和田口方法結合，運用一個運動代表機構去評估每一個局部誤差分量所起作用，在此過程中這個方法扮演一個指導角色。陳等人開發(fā)出了一種新型的虛擬工具機（虛擬制造技術）集成設計環(huán)境，其中運動功能是嵌入在描述的所屬組件中。對于微型機床虛擬制造技術結構結果的分析類似于配置傳統(tǒng)機床零部件。在這些研究中，對于各種各樣機械配置的體積誤差在微型機床評定合適的配置中被用來作為一個關鍵的標準。李等人負責進行了對于一個中度尺寸機床動態(tài)行為特征的測量，從實驗和數值上調查了機床尺寸大小的一項工作?；舻热艘惭芯苛艘粋€綜合設計方法來處理，從而決定微型機床的動態(tài)性能，并把它應用到頂部臺置式微型銑床機構的最優(yōu)設計。不過。在早期設計階段，這方面進一步的發(fā)展需要一個系統(tǒng)的設計方案來有效地減少主觀性判斷和提高優(yōu)化效率。 在傳統(tǒng)和微型機床設計中所有關鍵元件的概念設計階段是很重要的。這一階段決定了傳統(tǒng)和微型機床的特征和性能。因為微型機床所生產出來的產品整體尺寸明顯小于傳統(tǒng)機床制造生產的，所以對于微型機床而言，這個階段的設計占據著越來越重要的作用。微機床的設計必須與機床可能的有影響的因素的重點分析相結合，比如靜剛度、動剛度和熱剛度，還有機器精度和工作空間。 這項研究的方式就是建立一個理論模型，對于可能的微型機床設計參數進行一個實驗分析，并由重錘撞擊試驗進行測試補充。通過一個微型機床尺寸函數在設計參數時考慮機床三個不同方向的尺寸參數來測試它們的變化。通過試驗測量固有頻率和阻尼比來模擬連接處的動態(tài)屬性。這項實驗為微銑床運行建立理論模型，對于在這個階段設計機器設備的最佳尺寸最小化提供了依據。提案的設計模型如圖1所示，通過此模型來獲取微銑床的最佳尺寸。 考慮到靜剛度、熱剛度和動剛度因素的影響，以下部分對微銑床的結構性能進行了評估。通過計算對于不同機床尺寸大小的體積誤差和工作空間的大小來完成評估工作，反過來，計算的同時它也引導一臺微銑床多學科方面的最優(yōu)化設計。 2 結構性能評估 一臺機床的結構是由固定部件和移動部件組成。一臺機器結構的設計是一項重要的決策，因為機床的機構決定了機床上一些組件連接的的方式，它需要考慮到所生產產品多樣性的許多方面，比如機床的主軸和工作臺。因為現(xiàn)存資源的不確定性，機床結構的設計工作比較具有挑戰(zhàn)性，譬如由于幾何裝配產生的誤差、熱力變形誤差和由載荷引起的誤差都會影響機器的最終性能。為了去提供更加可靠的機床性能和高的制造質量，在設計階段一些關鍵因素，比如靜剛度、熱剛度和動剛度，機器精度和工作空間必須考慮到。 2.1 靜剛度評估 在機器運行時，微機床所受到的外在力將會影響機床結構的變形。這種變形影響了機床的精度等級。在這項研究中，復雜的微型機床簡化成一個受中等載荷的懸臂梁，如圖2a所示。在這個概念模型中包括一個計算模型的滑動力和力矩，這將引起機器連接處力矩傳遞的損耗。假設F1和F2是相等的，微機床的靜剛度可以表示為 （A1） 其中、代表機器的尺寸，代表力矩損耗，代表彈性模量，代表慣性力矩。對于這臺微機床，靜態(tài)剛度數值的計算數值如圖2b所示。圖2b表明，隨著機器中心高度的減小，它的靜剛度值隨之增加。這個增加是由于懸臂梁長度相對于它整體尺寸減小引起。靜剛度大小也高度依賴于連接處的剛度。 2.2 熱剛度評估 如果周圍的溫度是恒定的，一臺微機床的主要熱源就是高速運轉的主軸，它可引起微銑床大約10°的溫度變化，如圖3a所示。主軸與B部件相連，這樣熱剛度數值大小與機器的尺寸線性變化數值相關，其值可表示為 （A2） 其中代表熱膨脹系數。 在這項研究中使用的材料是36號合金鋼，它的熱膨脹系數為。熱剛度數值計算通過公式A2計算，圖3b表明熱剛度大小隨著主軸懸臂梁長度變化情況。圖像表明，一臺機床對周圍環(huán)境溫度的熱膨脹能力可以通過減小機床尺寸的大小改變，因為機床整體容積的減小。機器尺寸減小的比例與熱剛度增加的比例接近于1。這樣結果表明，具有較低的力變形能力和熱敏感性的尺寸較小的機器可以通過這個途徑提高它的性能。 附錄2：外文原文