左支座零件制造工藝分析及夾具設計【含8張CAD圖紙、文檔全稿】

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外文翻譯資料 機電一體化技術及其應用研究 1 機電一體化技術發(fā)展 　　機電一體化是機械、微、控制、機、信息處理等多學科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關技術的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數字化、智能化、模塊化、化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。 1.1 數字化 　　微控制器及其發(fā)展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發(fā)展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。 1.2 智能化 　　即要求機電產品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。 1.3 模塊化 　　由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產品。 1.4 網絡化 　　由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發(fā)展。 1.5 人性化 　　機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調，使用這些產品，對人來說還是一種享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。 1.6 微型化 　　微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理方面取得了很大進展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。 1.7 集成化 　　集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優(yōu)化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。 1.8 帶源化 　　是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發(fā)展方向之一。 1.9 綠色化 　　技術的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸，實現可持續(xù)發(fā)展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。 2 機電一體化技術在鋼鐵中應用 　　在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統(tǒng)是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強系統(tǒng)控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中主要應用于以下幾個方面： 2.1 智能化控制技術(IC) 　　由于鋼鐵具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點，傳統(tǒng)的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經等，智能控制技術廣泛于鋼鐵的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調度系統(tǒng)、冷連軋等。 2.2 分布式控制系統(tǒng)(ＤCS) 　　分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優(yōu)化、生產過程實時調度、生產計劃統(tǒng)計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。ＤCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。ＤCS是監(jiān)視集中控制分散，故障面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。 2.3 開放式控制系統(tǒng)(OCS) 　　開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是計算機技術發(fā)展所引出的新的結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯(lián)，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯(lián)，實現測量與控制一體化。 2.4 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS) 　　鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發(fā)貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統(tǒng)一管理，難以適應鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產率、節(jié)能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優(yōu)化，關鍵就是加強管理，獲取必須的效益，提高了企業(yè)的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀80年代已廣泛實現CIMS化。 2.5 現場總線技術(ＦBT) 　　現場總線技術(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現場總線連接可省去66%或更多的現場信號連接導線?，F場總線的引入導致ＤCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現場總線化檢測儀表、現場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現場就地控制站等的發(fā)展。 2.6 交流傳動技術 　　傳動技術在鋼鐵工業(yè)中起作至關重要的作用。隨著電力技術和微電子技術的發(fā)展，交流調速技術的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統(tǒng)的調速性能已達到和超過直流調速水平?，F在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。 4 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生的移動。然而，過度的夾緊力可誘導工件產生更大的彈性變形 ，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，在當地子坐標系切線和法線方向的接觸剛度 第 19 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 目標函數配方 工件旋轉，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 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生的夾緊力向量 范數。因此，第一個目標函數可以寫為： 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，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 加權系數計算確定的基礎 內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）,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。 的約束轉換涉及到一個指定的加權范數小于或等于，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（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產生最低的夾緊力，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，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，由此產生的最小夾緊力的加權范數。 迭代次數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，考慮一個有限的數目（例如m）沿相應的刀具路徑設置的產生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，但在每次常規(guī)的進給速度中，刀具旋轉一次出現一次，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，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。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（見圖2）， 如前所述，工件剛體位移產生于在每個夾緊處的局部變形，假設為相對于工件的質量中心的第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，以及工件自轉如下: (21) 其中表示旋轉矩陣,描述當地在第i幀相聯(lián)系的全球坐標系和是一個旋轉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，由于旋轉很小，故也可近似為： （22） 方程（21）現在可以改寫為： （23） 其中是經方程（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）。模擬計算銑削力數據在表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，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和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個采樣點的加權范數的，，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。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。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，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，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。 9．參考資料： 1、J. 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DeMeter. 對工件準靜態(tài)分析功能位移在加工夾具的應用程序，制造科學雜志與工程： 325–331頁, 1996。 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 1 頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 01 粗銑 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 銑床 X52K 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 粗銑ф80H9孔小端端面 銑夾具，量具，銑刀 327.6 10.8 0.8 2 1 15min 15min 2 粗銑ф80H9孔大端端面 銑夾具，量具，銑刀 327.6 10.8 0.8 2 1 15min 15min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 2 頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 02 粗鏜 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 臥式鏜床 T611 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 粗鏜ф80H9內孔到ф77 W18Cr4V高速鋼樘刀，游標卡尺 238.9 30 0.5 2 1 15min 15min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 3頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 03 精銑 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 立式銑床 X52K 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 精銑ф80H9孔大端端面 銑夾具，量具，銑刀 95 15 0.25 3 1 0.66min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 4 頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 04 精鏜 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 臥式鏜床 T611 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 精鏜ф80H9內孔到ф79.9 鏜夾具，量具， YG8硬質合金鏜刀 95 15 0.25 3 1 0.66min 2 倒角2×45o YG8硬質合金鏜刀 95 15 0.25 3 1 0.66min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第5 頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 05 鉆削孔锪孔 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 搖臂鉆床 Z535 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 鉆削4-ф13的通孔 鉆夾具，量具，ф13的高速鋼鉆頭 500 2.8 2 0.16 1 25min 2 锪沉頭孔4-ф20 鉆夾具，量具，ф13的高速鋼鉆頭 500 2.8 2 0.16 1 25min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 6頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 06 鉆孔、锪孔 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 搖臂鉆床 Z535 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 鉆Φ21mm的通孔 鉆夾具，量具，高速鋼鉆頭 95 15 0.25 3 1 0.66min 2 锪Φ24.7mm的沉頭孔 鉆夾具，量具，高速鋼锪孔鉆 95 15 0.25 3 1 0.66min 3 锪Φ38mm的沉頭孔 鉆夾具，量具，高速鋼锪孔鉆 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 7 頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 07 锪削孔 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 搖臂鉆床 Z3060×20 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 锪削ф43得沉頭孔 鉆夾具，絲錐，高速鋼锪孔鉆 250 18 0.4 23.0 1 0.64min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 8 頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 08 鉆孔攻絲 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 搖臂鉆床 Z535 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 鉆削фM8-7H的螺紋底孔 鉆夾具，高速鋼鉆頭 250 18 0.4 23.0 1 0.64min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第9頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 09 銑削 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 立式銑床 X52K 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 銑削尺寸為5mm的縱向槽 銑夾具，量具，高速鋼鋸齒銑刀 95 15 0.25 3 1 0.66min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 10 頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 10 鉸削孔 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 搖臂鉆床 Z3080×25 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 精鉸鉸削Φ24.7的沉頭孔到ф25H7() 鉆夾具， YG6硬質合金銑刀 250 18 0.4 23.0 1 0.64min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 11頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 11 鉆削 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 立式銑床 Z525B 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 01 鉆削M10-7H得螺紋底孔 銑夾具，ф9.2的高速鋼鉆頭 250 18 0.4 23.0 1 0.64min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第12頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 12 銑削 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 立式銑床 X52K 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 銑削尺寸為5mm的縱向槽 銑夾具，量具，高速鋼鋸齒銑刀 95 15 0.25 3 1 0.66min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 13 頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 13 攻螺紋 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 立式鉆床 Z515 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 01 攻螺紋M8－7H 鉆夾具， M8的YG6硬質合金絲錐 250 18 0.4 23.0 1 0.64min 02 攻螺紋M10-7H 鉆夾具， M8的YG6硬質合金絲錐 250 18 0.4 23.0 1 0.64min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期 機 械 加 工 工 序 卡 產品型號 零（部）件圖號 共 14 頁 產品名稱 左支座 零（部）件名稱 左支座 第 14頁 車 間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 14 珩磨孔 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 每臺件數 鑄件 140×140×104mm 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 立式珩磨機床 M4120 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 切 削 液 jiaju 專用夾具 工序工時 準終 單件 序號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸 轉速 (r/min) 切削 速度 (m/min) 進給 量 (mm/r) 切削 深度 (mm) 走刀次數 時間定額 機動 輔助 1 珩磨ф80H10的內孔 磨夾具， 1A8 50×4×10×3D100B75石油磨條 250 18 0.4 23.0 1 0.64min 編制（日期） 審核（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 更改文件號 簽字 日期