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沈阳理工大学学士学位论文 50 附录 二 ：中文翻译 通过夹具布局设计和夹紧力的优化控制变形 摘 要 工件变形必须控制在数值控制机械加工过程 之中 。夹具布局和夹紧力是 影 响加工变形程度和分布的 两个主要方面 。在 本文提出了一种多目标模型的建立，以减低 变形的 程度 和增加 均匀变形 分布 。有限元方法 应用 于分析变形。遗传算法发展是为了解决优化模型。最后举了一个例子说明，一个令人满意的结果被求得 ， 这是远优于经验之一的。多目标模型可以减少加工变形有效地改善分布状况。 关键词 ：夹具布局；夹紧力； 遗传算法；有限元方法 1 引言 夹具设计在制造工程中是一项重要 的程序。这对于加工精度是至关重要。一个工件应约束在一个带有夹具元件，如定位元件，夹紧装置，以及支撑元件的夹具中加工。定位的位置和夹具的支力，应该从战略的设计，并且适当的夹紧力应适用。该夹具元件可以放在工件表面的任何可选位置。夹紧力必须大到足以进行工件加工。通常情况下，它在很大程度上取决于设计师的经验，选择 该夹具元件的方案 ，并确定夹紧力。因此，不能保证由此产生的解决方案是 某一特定的工件的 最优或接近最优 的方案。 因此，夹具布局和夹紧力优化成为 夹具设计方案的两个主要方面 。 定位和夹紧装置和 夹紧力 的值都应 适当的选择和 计算 ， 使由于夹紧 力 和切削力 产生的工件变形尽量减少和非正式化 。 夹具设计 的目的 是要找到 夹具元件关于工件和最优的夹紧力的 一个最优 布局或方案 。在这篇论文里 ， 多目标优化方法是代表了 夹具布局设计和夹紧力的优化 的方法 。 这个观点是具有两面性的。 一，是尽量减少 加工表面最大的弹性变形 ； 另一个是尽量均匀变形。 件包 是用来计算 工件 由于夹紧力和切削力 下产生的变形。遗传算法是 发达且 直接 的搜索工具箱，并且被应用于 解决优化问题。最后还给出了一个 案例 的 研究 ，以阐述对所提算法 的应用。 沈阳理工大学学士学位论文 51 2 文献回顾 随着优化方法在工业中的广泛运用，近几年 夹具设计优化已获得了更多的利益。夹具设计优化包括夹具布局优化和夹紧力优化。 出了一种 使用刚体模型的夹具 用了一个刚性体模型，为最优夹具布局和最低的夹紧力进行分析和综合。 他提出了基于支持布局优化的程序与计算质量的有限元计算法 。李和 了一个非线性编程方法和一个联络弹性模型解决布局优化问题。两年后， 他们提交了一份 确定关于多钳夹具受到准静态加工力的夹紧力优化的方法。他们还提出了一关于夹 具布置和夹紧力的最优的合成方法，认为工件在加工过程中处于动态。相结合的夹具布局和夹紧力优化程序被提出，其他研究人员用有限元法进行夹具设计与分析。蔡等对 括合成的夹具布局的金属板材大会的理论进行了拓展。 秦等人建立了一个与夹具和工件之间弹性接触的模型作为参考物来优化夹紧力与，以尽量减少工件的位置误差。 交了一份 基于模型的 框架 以 确定所需的最低限度夹紧力，保证了 被夹紧 工件在加工 的动态稳定 。 大部分的上述研究使用的是非线性规划方法，很少有全面的或近全面的最优解决 办法。 所有的夹具布局优化程序必须从一个可行布局开始。 此外，还得到了对这些模型都非常敏感的初步可行夹具布局的解决方案。 夹具优化设计的问题是非线性的，因为目标的功能和设计变量之间没有直接分析的关系。例如加工表面误差和夹具的参数之间（定位、夹具和夹紧力）。 以前的研究表明，遗传算法（ 在解决这类优化问题中是一种有用的技术。吴和陈用遗传算法确定最稳定的静态夹具布局。石川和青山应用遗传算法确定最佳夹紧条件弹性工件。 基于优化夹具布局的遗传算法中使用空间坐标编码。他们还提出了针对主要竞争夹具 优化方法相对有效性的广泛调查的方法和结果。这表明连续遗传算法取得最优质的解决方案。 展了一个夹具布局优化技术，用遗传算法找到夹具布局，尽量减少由于在整个刀具路径的夹紧和切削力造成的加工表面的变形。 定位器和夹具位置被节点号码所指定。 人还提出了一种迭代算法，尽量减少工件在整个切削过程之中由不同的夹具布局和夹紧力造成的弹性变形。 人建成了一个分析模型，认为定位和夹紧装置为同一夹具布局的要素灵活的一部分。 论了混合学习系统用来非 线性有限元分析与支持相结合的人工神经网络（ 和 人工神经网络被用来计算工件的最大弹性变形，遗传算法被用沈阳理工大学学士学位论文 52 来确定最佳锁模力。 议将 迭代算法和人工神经网络结合起来发展夹具设计系统。 迭代算法和有限元分析，在二维工件中找到最佳定位和夹紧位置，并且把碎片 的效果考虑进去。 周等人。提出了基于遗传算法的方法，认为优化夹具布局和夹紧力的同时，一些研究没有考虑为整个刀具路径优化布局。一些研究使用节点数目作为设计参数。 一些研究解决夹具布局或夹紧力优化方法，但不能两者都同时进行。 有几项研究摩擦和 碎 片 考虑进去了。 碎片 的移动和摩擦接触的影响对于实现更为现实和准确的工件夹具布局校核分析来说是不可忽视的。 因此将 碎片 的去除效果和摩擦考虑在内以实现更好的加工精度是必须的。 在这篇论文中，将摩擦和 碎片 移除考虑在内，以达到加工表面在夹紧和切削力下最低程度的变形。 一多目标优化模型被建立了。一个优化的过程中基于 有限元法提交找到最佳的布局和夹具夹紧力。 最后，结果多目标优化模型对低刚度工件而言是比较单一的目标优化方法、经验和方法。 3 多目标优化模型夹具设计 一个可行的夹具布局 必须 满足三限制。 首先，定位和夹紧装置 不能 将 拉伸势力 应用到 工件 ； 第二，库仑摩擦约束必须 施加 在所有夹具 夹具元件 位置必须在候选位置。 为一个问题涉及夹具元件 化问题可以在数学上仿照如下 ： 这里的 工区域在加工当中 其中 沈阳理工大学学士学位论文 53 是 j 的平均值； i 次的接触点； 是静态摩擦系数； 切向力在 i 次的接触 点 ； i)是 i 次的接触点； i 次接触点； 整体过程如图 1 所示， 一要设计一套可行的夹具布局和优化的夹紧力。最大切削力在切削模型和切削力发送到有限元分析模型中被计算出来。优化程序造成一些夹具布局和夹紧力，同时也是被发送到有限元模型中。在有限元分析座内，加工变形下，切削力和夹紧力的计算方法采用有限元方法 。 根据某夹具布局和变形 ， 然后发送给优化程序，以搜索为一优化夹具 方案。 图 1 夹具布局和夹紧力 优化过程 4 夹具布局设计和夹紧力的优化 遗传 算法 遗传算法（ 是基于生物再生产过程的强劲，随机和启发式的优化方法。 基本思路背后的遗传算法是模拟 “生存的优胜劣汰 “的现象。 每一个人口中的候选个体指派一个健身的价值，通过一个功能的调整，以适应特定的问题。 遗传算法，然后进行复制，交叉和变异过程消除不适宜的个人和人口的演进给下一代。 人口足够数目的演变基于这些经营者引起全球健身人口的增加 和优胜个体代表全最好的方法。 遗传算法程序在优化夹具设计时需夹具布局和夹紧力作为设计变量，以生成字符串代表不同的 布置。 字符串相比染色体的自然演变，以及字符串，它和遗传算法寻找最优，是映射到最优的夹具设计计划。在这项研究里，遗传算法和 直接搜索工具箱是被运用的。 沈阳理工大学学士学位论文 54 收敛性遗传算法是被 人口大小 、交叉的概率和概率突变所控制的 。只有当在一个人口中功能最薄弱功能的最优值没有变化时， 到一个预先定义的价值 或有多少几代氮，到达演化的指定数量上限 没有遗传算法停止。 有五个主要因素，遗传算法，编码，健身功能，遗传算子，控制参数和制约因素。 在这篇论文中，这些因素都被选出如 表 1 所列。 表 1 遗传算法参数的选择 由于遗传算法可能产生夹具设计字符串，当受到加工负荷时不完全限制夹具。 这些解决方案被认为是不可行的，且被罚的方法是 用来驱动遗传算法，以实现一个可行的解决办法。 1 夹具设计的计划被认为是不可行的或无约束，如果反应在定位是否定的。在换句话说，它不符合方程（ 2）和（ 3）的限制。 罚的方法基本上包含指定计划的高目标函数值时不可行的 。因此，驱动它在连续迭代算法中的可行区域。 对于约束（ 4） ，当遗传算子产生新个体或此个体已经产生，检查它 们是否符合条件是必要的。 真正的候选区域是那些不包括无效 的区域。在为了简化检查，多边形是用来代表候选区域和无效区域的。 多边形的顶点是用于检查。 “在 功能可被用来帮助检查。 有限元分析 件包是用于 在这方面的研究 有限元分析计算 。 有限元模型是一个考虑摩擦效应的半弹性接触模型，如果材料是假定线弹性。 如图 2 所示，每个位置或支持，是代表三个正交弹簧提供的制约。 图 2 考虑到摩擦的半弹性接触模型 沈阳理工大学学士学位论文 55 在 x ， y 和 z 方向和每个夹具类似，但定位夹紧力在正常的方向。 弹力在自然的方向即所谓自然弹力，其余两个弹力即为 所谓的切向弹力。 接触弹簧刚度可以 根据向赫兹接触理论 计算 如下 ： 随着夹紧力和夹具布局的变化，接触刚度也不同，一个合理的线性逼近的接触刚度可以从适合上述方程的最小二乘法得到。 连续插值，这是用来申请 工件的有限元分析模型的 边界条件 。在图 3中说明了夹具元件的位置，显示为黑色界线。 每个元素的位置被其它四或六最接近的邻近节点 所包围。 图 3 连续插值 这系列节点，如黑色正方形所示，是（ 37， 38， 31和 30 ），（ 9， 10 ， 11 ， 18，17号和 16号）和（ 26， 27 ， 34 ， 41， 40和 33 ）。 这一系列弹簧单元，与这些每一个节点相关联。对任何一套节点，弹簧常数 是： 这里， 弹簧刚度在的 j i 次夹具元件， i 次夹具元件和的 J 弹簧刚度在一次夹具元件位置 , i 是周围的 i 次夹具元素周围的节点数量 为每个加工负荷的一步，适当的边界条件将适用于工件的有限元模型。 在这个 工作里 ，正常的弹簧 约束在这三个方向（ X ， Y ， Z ）的和 在切方向 切向弹簧约束， （ X ， Y ） 。 夹紧力是适用于正常方向（ Z）的夹紧点。整个刀具路径是模拟为每 个夹具设计计划所产生的遗传算法应用的高峰期的 X ， Y ， z 切削力顺序到元曲面，其中刀具通沈阳理工大学学士学位论文 56 行 证。 在这工作中，从刀具路径中欧盟和去除 碎片 已经被考虑进去。在机床改变几何数值过程中，材料被去除，工件的结构刚度也改变。 因此，这是需要考虑 碎片 移除的影响。有限元分析模型，分析与重点的工具运动和碎片 移除使用的元素死亡技术。 在为了计算健身价值，对于给定夹具设计方案，位移存储为每个负载的一步。 那么，最大位移是选定为夹具设计计划的健身价值。 遗传算法的程序和 间的互动实施如下。 定位和夹具的位置以及夹紧力 这些参 数写入到一个文本文件。那个输入批处理文件 件可以读取这些参数和计算加工表面的变形。 因此， 健身价值观，在遗传算法程序，也可以写到当前夹具设计计划的一个文本文件。 当有大量的节点在一个有限元模型时，计算健身价值是很昂贵的。 因此，有必要加快计算遗传算法程序。作为这一代的推移，染色体在人口中取得类似情况。在这项工作中，计算健身价值和 染色体存放在一个 据库。 遗传算法的程序，如果目前的染色体的健身价值已计算之前，先检查；如果不，夹具设计计划发送到 则健身价值观是直接从数据库 中取出。 啮合的工件有限元模型 ，在每一个计算时间保持不变。每计算模型间的差异是边界条件，因此，网状工件的有限元模型可以用来反复 “恢复 ”令 。 5 案例研究 一个关于低刚度工件的铣削夹具设计优化问题 是被显示在前面的论文中，并在以下各节加以表述。 工件的几何形状和性能 工件的几何形状和特点显示在图 4 中，空心工件的材料 是铝 390 与泊松比 71杨氏模量。 外廓尺寸 27件 顶端内壁的三分之一 是经铣削及其刀具轨迹，如 图 4 所示 。 夹具元件中应用到的 材料 泊松比 杨氏模量的220 的合金钢。 沈阳理工大学学士学位论文 57 图 4 空心工件 模拟和加工的运作 举例将工件进行周边铣削，加工参数在表 2 中给出。 基于这些参数，切削力的最高值被作为工件内壁受到的表面载荷而被计算和应用 ，当工件处于 n（切）、 （下径向）和 （下轴） 的切削位置时。 整个刀具路径被 26 个工步所分开，切削力的方向被刀具位置所确定 表 2 加工参数和条件 。 夹具设计方案 夹具在加工过程中夹紧工件的规划如图 5 所示。 图 5 定位和夹紧装置 的可选区域 沈阳理工大学学士学位论文 58 一般来说， 3位原则是夹具设计中常用的。夹具底板限制三个自由度，在侧边控制两个自由度。这里， 在 Y=0面上 使用了 4 个定点（ 14 ），以定位工件并限制 2 自由度；并且在 Y=127相反面上，两个压板（ 2）夹紧工件。 在正交面上，需要一个定位元件限制其余的一个自由度，这在优化模型中是被忽略的。在表 3 中给出了定位加紧点的坐标范围。 表 3 设计变量的约束 由于没有一个简单的一体化程序确定夹紧力，夹紧力很大部分 （ 初始阶段被假设为每一个夹板上作用的力。且从符合例 5的最小二乘法，分别由 07 N/m 和 07 N/m 得到了正常切向刚度。 遗传控制参数和 惩 罚函数 在这个例子中， 用到了 下列参数值： 0, 00和 的惩罚函数是 这里 以被 代表。当 到 6 时， 优化结果 连续优化的收敛过程如图 6所示。且收敛过程的相应功能 （ 1） 和 （ 2） 如图 7、图8 所示。 优化设计方案在表 4 中给出。 沈阳理工大学学士学位论文 59 图 6 夹具布局和夹紧力优化程序 的 收敛性遗传算法 图 7 第一 个 函数值 的收敛 图 8 第二个函数值 的收敛性 表 4 多目标优化模型的结果 表 5 各种夹具设计方案结果进行比较， 结果 的 比较 从单一目标优化和经验设计中得到的夹具设计的设计变量和目标函数值，如表 5所示。 单一目标优化的结果，在论文中引做比较。 在例子中，与经验设计相比较，单一目标优化方法有其优势。 最高 变形减少了 ，均匀变形增强了 。最高夹紧力的值也减少了 。从多目标优化方法和单目标优化方法的比较中可以得出什么呢？最大变形减少了 ，均匀变形量增加了 ，最高夹紧力的值 减少了沈阳理工大学学士学位论文 60 。加工表面沿刀具轨迹 的变形分布如图 9所示。很明显，在三种方法中，多目标优化方法产生的变形分布最均匀。 与结果比较，我们确信 运用最佳定位点分布和最优夹紧力来减少工件的变形。图 10示出了一实例夹具的装配。 图 9 沿刀具轨迹 的变形分布 图 10 夹具配置 实例 6 结论 本文介绍了 基于 有限元 的 夹具布局设计和夹紧力的优化程序 设计。 优化程序是多目标 的： 最大限度地减少加工表面 的 最高变形和最大限度地 均匀 变形 。 健身价值的有限元计算。 对于 夹具设计优化的问题 ， 有限元分析 的结合被证明是一种很有用的方法 。 沈阳理工大学学士学位论文 61 在这项研究中，摩擦的影响和 碎片 移动都被考虑到了。为了减少计算的时间，建立了一个染色体的健身数值的数据库， 且网状工件的有限元模型是优化过程中多次使用的。 传统的夹具设计方法是单一目标优化方法或经验 。此研究结果表 明， 多目标优化方法 比起其他两种方法 更有效地减少变形和均匀变形 。这对于在数控加工中控制加工变形是很有意义的 。 参考文献 1、 S， 1993 年） 自动化装配线上棱柱工件最佳装夹定位生成的理论方法 。 C (1995) 优化机床夹具表现的 荷模型 。 2、 C (1998) 快速支持布局优化 。 , N (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度 。 3、 , N (2001) 夹具夹紧力的优化和其对 工件的定位精度 的影响。 4、 , N (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度 。 5、 , N (2001) 夹具夹紧力的优化 和其对工件定位精度的影响。 6、 , N (2001) 最优夹具设计计算工件动态的影响。 7、 D, S (1987) 灵活装夹系统的有限元分析。 8、 J, R (1991) 运用优化方法在夹具设计中选择支位。 9、 , J, X (1996) 变形金属板材的装夹的原则、算法和模拟。 10、 H, H, L (2005) 夹具装夹方案 的建模和优化设计。 11、 Y, N (2006) 动态稳定装夹中夹紧力最小值的确定。 12、 H, C (1996) 基于遗传算法 的夹具优化配置方法。 13、 , (1996) 借助遗传算法对装夹条件的优化。 14、 , C, , et 2002) 一项关于 空间坐标对 基于遗传算法的夹具优化问题的作用的调查。 15、 , C, , et 2002) 夹具布局优化方法 成效的调查。 16、 , N (2000) 利用遗传算法 优化加工夹具的布局。 17、 , , N (2002) 利用遗传算法 优化夹紧布局和夹紧力。 18、 M, J, Q (2004) 基于遗传算法的柔性装配夹具布局 的 建模与优化 。 沈阳理工大学学士学位论文 62 19、 (2005) 通过一种人工神经网络和遗传算法 混合的系统设计智能夹具。 20、 S, , C (2001) 采用遗传算法 固定装置的概念设计。 21、 (2006) 利用遗传算法 优化加工夹具的定位和夹紧点。 22、 L, H, H (2005) 遗传算法用于优化夹具布局和夹紧力。 23、 , (2003) 碎片 位移和摩擦接触的运用对工件夹具布局的校核。 i & 2 007 /4 007# 007be in of In a to of to of to A to a is to is an in It is to be in a as of be be be on be it on s to to is no or a in of be to is of is to an or of In is is is to of is to of is to of A is to is to of of in a . . *)o. 29, 10016, a of 1. a of 2. a 3. Li a a 4. a a 5. of . A , 8 EM 9 8of et 10 an to to of 11 a of of or of an to is of A) a in 213 A to an 14 to in A of of an of 15. 16 a A to of et 17 an by et 18 up as 19 a EA a of A. NN to 20 to A NN a 21 EM to D et 22 a GA of of as of or of be 23, so it is to to to of of to A is A EM to of is a to be at of be in a n be as 12:; :; s ; j 1; 2; :; n 12 3i 1; 2; :; p 4to at in of j is at is of at i) is i) is of is 1 to to is in is to to EA is a to to on A is to in is a a to A of on to in of A to as to of A to In A is by of Pc)of no of in a a or N, A A, In as A is to is to A to a A is if at it in ). 1 As a to it to A. 4), by or is it is to up In to to of be to is in is As 2, or is by in , Y is to in in be 8 as 65of s at of A be a to is to to EA 2 10 11 12 13 1415 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 2829 30 31 32 33 34 3536 37 38 39 40 41 4243 44 45 46 47 48 493 4 A of nd 5.4 of 00mm/of of 5.4 00 3. as is or by 37, 38,31 0, 9, 10, 11, 18, 17 6 26, 27, 34, 41,40 3. A of to of at it,at of to be to In in X, Y, Z)in X, Y). in Z) at by by , Y, Z 23is of so of it is to EA is to In to a is A as of to a of A be to a is to up A As in In in a GA if s of EA is EA be of a in 16, 18, 22 is in 5 of / / / 0 0 of 4. of is a .3 s 52.4 27 6.2 of an is 4. of is a .3 s 20 is on of . on of as on at ( ( ( is 6 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 毕业 设计说明书 设 计题目 ： 筒体焊接夹具设计 设计者： 班级学号： 指导教师： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 诚 信 承 诺 我谨在此承诺：本人所写的毕业论文 筒体焊接夹具设计与工艺规程 均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 摘 要 此次设计任务是对筒体的加工工艺、焊接夹 具以及定位的设计，该工件由于上端面两小筒体的焊接位置和角度都有位置关系， 在大筒体两端和侧面也需要焊接， 因此在工序安排上，先 两端面端盖，再焊接侧面端盖，最后焊接两小筒体，保证角度和中心距离。这三步焊接工序采用同一个 专用夹具，由于该零件的尺寸 大 ，所需的夹紧力 也 大，因此都采用 自动 夹紧， 手动脱件的方法， 它的机构设计 复杂，但能满足要求。 关键词 筒体， 加工工艺，定位，夹紧， 夹具 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 I he is to of as on of in of so in of of of of a to of is so of of is 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 录 摘 要 . I . 录 . 容提 要 . 1 序 言 . 2 第一章 焊接工装夹具及其在生产中的运用 . 5 第二章 夹具设计的目的意义及要求 . 6 第三章 夹具任务书 . 8 接产品的产品图 . 8 体焊接组合”的重点技术要求分析 . 8 第四章 装焊夹具设计方案的确定 . 9 具体方式的确定） . 9 . 10 . 11 品结构要求 : . 11 构组成分析 . 11 接结构件焊接性能分析 . 12 第五章 制定焊接结构件的焊接工艺 . 14 焊接方法及焊接规范 . 14 焊接材料的选择 . 14 焊接工序的确定 . 14 接质量的保证措施 . 14 第六章 装焊夹具结构 . 15 准面的选择 . 15 位器的设计 . 16 第七章 主要零件设计的说明 . 18 具体 . 18 紧装置的设计 . 19 紧材料的设计 . 19 具尺寸公差及粗糙度 . 20 家标准件的选择 . 20 制夹具草图 . 20 第八章 夹具的装配要求 . 22 第九章 夹具体的使用说明 . 23 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 V 盖焊接 . 23 体焊接 . 23 具使用注意事项、保养及维护 . 23 具体的实用性说明 . 24 设计总结 . 25 参考文献 . 27 致 谢 . 29 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 I 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 内容提要 本论文应用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次机械夹具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了机械设计基 础等课程所学的内容，掌握机械设计方法的方法和步骤，掌握夹具设计的基本的技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了夹具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。 目的及意义： （ 1）培养学生运用机械制造工艺学及相关课程的知识，并结合生产实践中学到的知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。 （ 2）能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹 具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具。 （ 3）培养学生熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。 （ 4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 序 言 由于新中国成立以来机械制造领域和发达国家就很大的差距，人们对夹具的认识也不够深刻，到后来我国经济的发展以及机械制造科技与世界的接轨，在夹具的使用与认知方面有了长足的进步，所以我觉得我们的夹具发展历史可分为三个阶段，第一个阶段就是纯手工化的阶段，那个时候夹具只是一种单单为劳动者加工提供方便的工具， 第二个阶段人们意识到夹具的好处，除了之前的作用还将夹具大量运用到机床上进行定位夹紧等一些功能，简化了加工步骤，降低了劳动强度，加强了产品的加工精度，第三个阶段就是夹具和机床成为一体，成为人们加工产品过程中不可或缺的一部分。 在夹具方面 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面 ，在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 5080%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 1020%左右。 1） 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生 产成本； 2)能装夹一组具有相似性特征的工件 ； 3)能适用于精密加工的高精度机床夹具 ； 4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； 6）提高机床夹具的标准化程； 夹具方面我觉得现 代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四 个方面。 标准化就是使机床夹具标准化，通用化，机床夹具的标准化 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本 。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准： 2148 91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 夹具的发展必定随着科学技术的不断进步而不断的发展，必将科学，虚拟化，集成化，网络化，智能化，精密化，细微化，极限化。而且以后必将对劳动者体力上的要求比较少，而对劳动者所掌握的知识的要求会越来越高 。我国的机械发展起步比较晚，和国外比还是有不小的差距的，所以我们在以后所从事的道路上得多接收更多的新的科学的知识，来武装我们自己，为国家的机械行业的崛起奉献一份力。 机械制造技术及毕业设计是在学完了机械制造基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上，进行的一个实践教学环节，也是离开教学的最后一次设计，这次设计我们能综合运用机械制造中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，在老师和同学的帮助下，我还对夹具，机床，刀具的的结构和工作原理有了更深的了解，不知不觉中我的 图纸分购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 析、结构设计能力都得到了提高，为未来从事的工作打下了良好的基础。 在结束了机械制造技术及有关课程的学习后，通过本次的设计使我们所学的知识得到了巩固和加深，并培养了我们学会全面综合地运用所学知识，去分析和解决机械制造中的问题的能力。 由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望老师多加指教。 本书是夹具设计说明书，结合夹具的设计和制作，广泛听取各位人士的意见，经过多次修改和验证编制而成。为了达到设计的规范化 ,标准化和合理性，本人通过查阅多方面的资料文献，力求内容简单扼要，文字顺通，层次分明， 论述充分。其中附有必要的插图和数据说明。 本书在编写过程中得到了老师的精心指导和同学们的大力帮助 ,在此表示衷心的感谢。由于本人是应届毕业生 ,理论水平有限，实践经验不足，书中难免有不当和错误的地方，敬请各位老师与广大读者批评指正。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 第一章 焊接工装夹具及其在生产中的运用 焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺装备。在现代焊接生产中积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械 化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。 在焊接生产过程中，焊接所需要的工时较少，而约占全部加工工时的 2/3 以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大的影响着焊接的生产速度。为此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。 焊接工装夹具的主要作用有以下几个方面： （ 1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。 （ 2）有效的防止和减轻了 焊接变形。 （ 3）使工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。 （ 4）以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。 （ 5）可以扩大先进的工艺方法的使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 第二章 夹具设计的目的意义及要求 焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。在焊接结构生产中，把用来装配进行定位焊的夹具称为装配夹具：而专门用来焊接焊件的 夹具称为焊接夹具：把既用于装配又用于焊接的夹具称为装焊夹具。它们统称为焊接工装夹具。 对焊接工装夹具的设计要求： 1）焊接工装夹具应动作迅速，操作方便，操作位置应处在工人容易接近，最宜操的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人最容易用力的部位，当夹具处于夹紧装态时，应能自锁。 2）焊接工装夹具应有足够的装配焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸，所有的定位原件和夹紧装置应与焊道保持适当距离或者布置在焊件的下方和侧面。夹紧机构的执行元件应能 够伸缩或转位。 3）夹紧可靠，刚性适当，夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大，产生较大的应力。 4）为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。 5）夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者对压头行程限位，加大压头接触面积，添加铝铜衬垫等措施。 6）接近焊接部位的夹具，应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 溅对夹紧机构和定位器表面的损伤。 7）夹具的施力点应位于焊件的支撑处或者布置在靠近 支撑的地方，要防止支撑反力与夹紧力，支撑反力与重力形成力偶。 8) 注意各种焊接方法在导热导电隔磁绝缘等方面对夹具提出的特殊要求。 9) 用于大型板焊接结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度，对结构的形状精度，尺寸精度影响较大。 10）在一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量选用一种动力源。 11）工装夹具本身应具有较好的制造工艺和较高的机械效率。 12）尽量选用已通用化标准化的夹紧机构及标准零部件来制作工装夹具。 13） 夹具的制造多属于单件 生产，因此，设计时应考虑采用组合加工，修配和调整等措施来保证夹具的制造精度，尽可能地考虑设置修配和调整环节，而不能完全依靠用完全互换的办法保制造精度。 14） 设计周期短，一般不进行强度刚度计算。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 第三章 夹具任务书 筒体 焊接组合由 两筒体 衬管构成； 筒体 的材料是 20 钢，衬管的材料是 35 钢 ； 筒体 焊接组合的总体尺寸是 2290 932 “ 筒体 焊接组合”产品图 。 筒体 焊接组合”的重点技术要求分析 差要求 （ 1） 两筒体之间的角度为 40 度 ,两 边各 70 度 . （ 2） 两筒体的 的中心线距离 为 1163 边小筒到边的就距离549 接要求 （ 1） 两小筒体和大筒体之间四周需要焊接 ； （ 2）大筒体两端焊接端盖 ,四周焊接； 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 第四章 装焊夹具设计方案的确定 具体方式的确定） 夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的 外形轮廓尺寸以及加工的条件等。在设计夹具体时应满足以下基本要求。 、具有足够的强度和刚度。 、结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。 、安装稳定牢靠。 、结构的工艺性好，便于制造、装配和检验 、尺寸要稳定且具有一定精度。 、清理方便。 夹具体毛坯制造方法的选择 综合考虑结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体； 夹具体的外形尺寸 在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁 厚尺寸。根据设计要求，夹具体上设计有螺孔、销孔，并且要求定位板和定位夹板 在装配时配作。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 0 定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。 工 件的定位原理 ， 自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿 Y,个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个 自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计。 、以工件的平面为基准进行定位时，常采用 定位块，定位板等进行定位， 、工件以圆孔内表面为基准进行定位时常采用销定位器 、工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用 V 形铁定位器 、利用以定位工件的轮廓对 被定位工件进行定位可采用样板定位 板和定位夹板 定位。挡销限制了 X 方向的平动自由度，挡板限制了 Y 方向的平动自由度，夹具体限制了 Z 方向的平动自由度， 夹板旋夹限制了 Z 方向的转动自由度， 定位板 机构限制了 X、 Y 方向的转购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 动自由度，共限制了 6 个自由度。 夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。 对夹紧机构的基本要求如下： 、夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能 保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。 、夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量 、夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。 、结构力求简单，便于制造和维修。 夹紧撑杆选用 螺帽和螺杆 螺旋夹紧器件 ； 夹紧的组件选用螺旋夹紧机构。 构组成分析 焊接结构件 组陈如下表 名称 数量 长圆筒 1 端盖 2 轴承套 1 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 2 构件连接如 所示：，由图可知，需要连接的部分有：端盖和轴承套，端盖和筒体，筒体和端盖，大筒与小筒之间 图 1 接结构件焊接性能分析 焊接性就是金属是否适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。也就是说，金属焊接性的概念有两个方面的内容：一是金属 在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定条件下可靠运行的能力。 在焊接过程中形成的缺陷主要有： 1、气孔，焊缝表面或邻近表面的气孔比深埋气孔更危险，成串或密集气孔比单个气孔更危险； 2、夹渣，夹渣或夹杂物截面积的大小成比例的降低材料的抗拉强度，但对屈服强度的影响较小； 3、几何形状造成的不连续，几何形状造成购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 3 的不连续性缺陷，如咬边，焊缝成型不良或烧穿等，不仅降低构件的有效截面积，还会产生应力集中； 4、未熔合和未焊透，未熔合和未焊透比气孔夹渣更为有害； 5、裂纹，裂纹是最危险的焊接缺陷。由于尖锐裂纹 易产生尖端缺口效应，当出现三向应力状态和温度降低等情况时，裂纹可能失稳和扩展，造成结构撕裂。 由上表可知，该构件主要由中碳钢组成，在焊接过程中有产生热裂纹的倾向，这就要求在选用焊条时应严格限制焊条中的硫、磷的含量，硫、磷的含量总和应在 下，为了防止焊接过程中产生冷裂纹，在焊接前应该进行预热，焊接后及时进行回火热处理。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 4 第五章 制定焊接结构件的焊接工艺 焊接方法及焊接规范 焊接方法：手工电弧焊 焊接规范：焊接电流： 120压： 50接预热：无要求 焊接材料的选择 焊条可选用低氢型焊条 为低氢型焊条熔敷金属扩散氢量少，去硫能力强，所以熔敷金属塑性，韧性良好，抗开裂性能也良好。 焊接工序的确定 构件的焊接按如下的顺序进行：先将 端盖 与 大筒体 连接，再将 两小筒体与大筒体 相连接。 接质量的保证措施 焊前清除油污，氧化物等杂质，焊前应进行预热，预热温度应在150 摄氏度以上，也不宜太高，焊后要进行立即（在焊件冷却到预热温度之前）进行消除应力的热 处理，回火温度控制在 600氏度，焊件在炉中加热和冷却应平缓，减少截面厚度方向的回火梯度。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 5 第六章 装焊夹具结构 准面的选择 夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。 在设计夹具体时应满足以下基本要求。 、具有足够的强度和刚度。 、结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。 、安装稳定牢靠。 、结构的工艺性好，便于制造、装配和检验 。 、尺寸要稳定且具有一定精度。 、清理方便。 夹具体毛坯制造方法的选择 综合考虑结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为钢件夹具体。 根据以上要求，该构件的基准面选到了底板的右面跟前面，如图下箭头所示 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 6 夹具体的外形尺寸 在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构 形状和壁厚尺寸。夹具体的壁厚 40度 3960度 1700据设计要求，夹具体上设计有螺孔、销孔，并且要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作。 位器的设计 在装配过程中把待装零件、部件的相互位置确定下来的过程叫做定位。定位器是保证焊件在夹具中获得正确装配位置的零件和部件。定位必须遵守物体定位的六点定则。对焊接金属结构的每个零件来说，不必都设六个定位支撑点来确定其位置。因为各零件之间都有确定的位置关系，利用先装好的零件作为后装配零件某一基面上的定位购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 7 支撑点，可以减少定位器的数 量。为了保证装配精度，应将焊件几何形状较规则的边和面进行装焊作业，此时工作平台不仅具有夹具体的作用，而且还具有定位器的作用。但在该工件的焊接中在焊接外环焊缝时工件需要沿轴向旋转。 此底座中要定位的的构件有： 定位板焊装 ,定位夹板 ,基座焊装 ,立板焊装等装置 。各个定位装置与底板之间用螺栓连接。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 8 第七章 主要零件设计的说明 具体 综合考虑了结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体；考虑到定位的精确度，要求定 位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作；考虑到焊件小，夹具体的强度要求以及夹具体的结构要求，没有在夹具体上设计加强筋。 对夹具体的要求如下： A 足够的强度和刚度。 B 便于实施装配和焊接作业。 C 能方便地卸下装焊好的焊件。 D 必要的导电、导热、导水、导气及通风条件。 E 易于清除焊渣、锈皮等污物。 F 有利于定位器、夹紧机构位置的调节与补偿。 G 必要时应具有反变形的功能。 在该构件中，为了很好的布置夹具的定位和夹紧装置，将夹具体设计成带有孔的平面。孔 是为了装配定位及夹紧装置的螺栓及销连接，平面是为了底板的放置。此构件的夹具体如下图所示： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 9 55102 3 005 541 1 6315765085201 5 55 3 58932? 74015765061070紧装置的设计 在夹具上被定好位置的工件，必须进行夹紧，否则无法维持它的即定位置，即始终使工件的定位基准与定位元件紧密接触。这样就必须有夹紧装置来完成这份工作，在夹紧时要使夹紧所需要的力应能克服操作过程中产生的各种力，如工件的重力、惯性、因控制焊接变形而产生的拘束力等。但是在本焊接工件进行焊接时需要工件以轴线进行旋转故而不需要额外的夹紧 装置，只需要支撑及顶紧装置。 紧材料的设计 夹紧的材料是决定夹具性能好坏的一个重要因素，材料的选取既要考虑性能，还要考虑到材料的经济性。 在该构件所用夹紧装置中 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 0 （ 1） 定位盘，立板焊装 ，定位夹板和 顶紧装置基座：由于该夹具体形状 复杂 ，就要求 定位夹板和立板焊装来定位。 具尺寸公差及粗糙度 夹具体：孔间中心距公差 糙度等级中，内孔及内侧面 钉头部粗糙度 家标准件的选择 六角头螺栓： 50， 50， 50 76 ，材料为45 钢，一共 24 个。 制夹具草图 1、 首先通读工件图，确定要焊接的构件的材料，焊接位置，焊缝形式，接头形式等，然后据此来制定一套行之有效的工装夹具设计方案，首先选择基准面，选择底板的右侧跟前面座作为基准面，然后要焊接的工件 都是圆筒形，但加工好后有斜面，小圆筒 是环焊缝， 压紧机构用弹簧夹板 ，垫块的定位和夹紧用定位板和紧固螺钉，接下来把底板固定在底座上，前面用定位块定位，后面用挡块加紧固螺钉压紧，底板的左面也用挡块和紧固螺钉压紧，据此方案将草图绘制完毕 。 2、压板 考虑到定位板需垂直取出焊件才能保证顺利脱离焊件，在压板下边设置了弹簧；考虑到对定位板对小筒体的定位，在压板上开了凹槽起到定位作用；考虑到快速并顺利取出焊件，将压板设计成可退式压购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 板。 3、快撤式螺旋夹紧器件 夹紧连接器主体做成一体并且要求两孔中心线的距离。快撤式螺旋夹紧器件工作过程：螺母套筒不直接固定在主体上，而是以它外圆上的 L 形槽沿着主体上的定位销来回移动；工件装入后推动手柄使螺母套筒连同螺栓快速接近工件；转动手柄使定位销进入螺母套筒的圆周槽内，螺母不能轴向移动，再旋转螺栓便可夹紧工件；卸下 焊件时，只要稍松螺栓，再用手柄转动螺母套筒使销钉进入螺母套筒外圆的直槽位置，便可快速撤回螺栓，取出焊件。 / k& D( * N6 y8 e 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 2 第八章 夹具的装配要求 (1)、挡销装配到夹具体上时，需要保证基面与夹具体横向中心线垂直。 | （ 2）、定位和夹紧 板 的挡板、螺旋夹紧器件装配到夹具体上时，需要保证基面与夹具体横向中心线平行；定位和 小筒体 衬管两件的插销机构、快撤式螺旋夹紧器件装配到夹具体上时，需要保证 其中心线与夹具体横向中心线垂直。 （ 3）、定位和小筒体 衬管两件的插销机构、快撤式螺旋夹紧器件的装配，装上螺钉，配做销钉孔并由销钉保证插销机构和快撤式螺旋夹紧器件右边中心线与挡销基面的距离和公差 。 （ 4）、定位和夹紧组件的螺旋夹紧机构装配时，装上螺柱底座螺钉，配做销钉孔并由销钉保证螺旋夹紧机构定位锥头销钉中心线与挡销基面的距离和公差。 （ 5）、定位和定位板焊装 、螺旋夹紧器件的装配，装上螺钉，配做销钉孔并由销钉保证挡板和螺旋夹紧器件右端面与挡销基面的距离 。 （ 6）、装上弹簧、压板等其他零件，完成整个 装配。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 3 第九章 夹具体的使用说明 盖焊接 1）将轴承套放置于夹具中再放入端盖圆盘实施焊接 2）将 两小筒体 翻转放入夹具中进行焊接。 体焊接 保持又端面距离又顶紧装置 500 紧装置伸进于筒体规定位置实施焊接；松开固定装置，顶紧装置腿出。 ）相同 ， 同时顶进左右顶紧装置 具使用注意事项、保 养及维护 （ 1）使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置； （ 2）如果挡销磨损超差，可以进行打磨修复；如果挡板、插销、定位锥头销磨损超差，可以重新组装，错开磨损部位后继续使用。 （ 3）使用后需要涂防绣油。 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 4 具体的实用性说明 该焊接 夹具安装方便简单，操作快捷。材料成本低，所需材料节省，焊接结构容易拆卸。夹具件加工容易，自动化程度高，适合大批量生产。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 5 设计 总结 大多数焊接工装是为某种焊接组合件的装配焊接工艺而专门设计的，属于 非标准装置，往往需要根据产品机构特点、生产条件和你实际需要自行设计制造。焊接工装设计是生产准备工作的重要内容之一，也是焊接生产工艺设计的主要任务之一。对于 汽车 、摩托车和飞机等制造业，可以毫不夸张地说，没有焊接工装就没有产品。通过在工艺设计时，提出所需要的工装类型、结构草图和简要说明，在此 基础 上完成详细的结构和零件设计及全部图样。 工装设计的质量，对生产效率、加工成本、产品质量以及生产安全等有直接的影响，为此，设计焊接工装时必须考虑实用
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