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副变速拨叉工艺和夹具设计 含10张CAD高清图纸、文档终稿 拖拉机 拨叉铣 专机 卧式 变速 工艺 夹具 设计 10 CAD 图纸 文档

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内容简介：

学生实习报告（限 1500 字以上）院（系）：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化 班级： 0303 姓名：王晓雄一、实习的主要内容生产实习是机械类专业教学中的一项重要实践环节。其目的是使学生了解和掌握本专业基本生产实际知识，培养学生理论联系实际及初步的独立工作能力，为后续有关课程的学习打下基础。实习可分为两个阶段：第一阶段为见习实习；第二阶段为结合专业方向的生产实习。实习内容是使学生接触和了解机械制造的生产过程，学习到有关主要工种加工方法的基本知识，为学好金属工艺学、机械制造基础奠定必要的感性知识基础，同时也为学习其他技术基础课建立一些实践基础。 实习目的是使学生了解各类机械的运转和工作原理，并结合本专业的需要和目的，了解和观察本专业涉及到的各类机械的组成结构、运转机构和工作原理以及生产过程，为课程设计和毕业设计打下基础。结合专业方向的生产实习应根据专业特点，有针对性的到一些工矿企业单位进行。2007 年初我在深圳现代精密塑胶模具公司实习：1 参加由公司组织的理论知识的学习，由有经验的领导、工程师授课，学习公司的文化、以及公司的发展前景、主要产品的生产流程和必要的技术要求以及一些改进方向、公司必须保留和更新发展的技术核心等等。2 在有经验的师傅的指导下，亲自动手拆装模具、维修模具以及学习模具的结构组成以及工艺技术要求、模具的装拆的方法和技巧、同时也要求设计一些简单实用的模具，为以后设计或改进大型模具做准备。3 参加由公司有经验的技术员指导的模具设计，学习如何根据模具的用途设计一些实用的模具，以及设计制造模具时应该注意的主要问题和细节。二、实习取得的经验及收获毕业实习是一门专业实践课，是机械类各专业学生学习了各门专业课程之后，在进行毕业设计或毕业论文时必不可少的实践教学环节。它对于培养我们的动手能力有很大的意义，而且可以使我们了解传统的机械制造工艺和现代机械制造技术。我国现行的教育体制，使得通过高考而进入大学的大学生的动手实践能力比较薄弱。因此，处于学校和社会过渡阶段的大学就承担了培养学生实践能力的任务。毕业实习就是培养学生实践能力的有效途径。通过实习掌握了模具的一些基本知识，如模具的组成结构、如何根据用户的需要去设计一些简单的模具、在模具设计时的工艺、公差、粗造度、等如何选择和应用有了初步的理解。我们机械制造及自动化专业所学习的重点在于各种机械成型设备，本次实习就是为了让我们能够对于我们所学过的各种仪器、设备有一个感性的直观的认识，从而把书本上的理论和现实中的传统技术和已经被应用于实际的最新发展的高新技术联系与结合起来，进一步巩固和深化所学的理论知识，弥补以前单一理论教学的不足,为后续专业课学习和毕业设计打好基础。三、存在的不足及建议通过实习我本人感觉到还有很多不足的地方：1、专业知识还不是很扎实，特别是公差方面的，为了让设计出来的产品达到要求而一味的加大精度，给制造带来了难度；2、实际操作能力不够，现在是技术更新的时候，公司都引进了很多先进的生产设备，但自己对这些高新设备束手无策；3、初到公司缺乏工作经验，很多的工作感到无从下手，没有一个完整的头绪，很难单独去接受一个实际的课题。通过实习我想对学校一点建议：虽然自己只工作了两个月，但还是感觉到了学校和公司之间有很大的差距。如果能缩小这种差距的话，对以后学校就业将有很大优势，更对学生能够很快融入工作环境打下坚实的基础。我就以过来人的身份建议学校能够更加注重学生的实际动手能力，加强学生的实践能力的培养，如增加学生的在校实习的机会和延长学生的实践活动的时间，更加注重在老师的指导下让学生真正的参与到实践中去。毕业设计期间学校是否能考虑组织学生到生产现场去参观实习，让学生接受最为直接的设计基本知识，比凭空去设想更有效果。 HUNAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（20072007 届）届）本科毕业设计（论文）资料本科毕业设计（论文）资料 学 院、 系 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 王 晓 雄 班 级 0303 班 学号 26030336 指导教师姓名 黄 开 有 职称 副 教 授 最终评定成绩 目目 录录第一部份第一部份 过程管理资料过程管理资料一、本科毕业设计（论文）课题任务书二、本科毕业设计（论文）开题报告三、本科毕业设计（论文）进展情况记录四、本科毕业设计（论文）中期报告五、本科毕业设计（论文）指导教师评阅表六、本科毕业设计（论文）评阅教师评阅表七、本科毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表第二部份第二部份 设计说明书（或毕业设计）设计说明书（或毕业设计）八、毕业设计说明书（或毕业设计）20072007 届届本科毕业设计（论文）资料本科毕业设计（论文）资料第一部份第一部份 过程管理资料过程管理资料20072007 届毕业设计（论文）课题任务书届毕业设计（论文）课题任务书院(系)： 机械工程学院 专业：机械设计制造及自动化 指导教师黄开有学生姓名王晓雄课题名称拖 拉 机 拨 叉 铣 专 机（卧式）内容及任务内容：1 根据厂方要求进行改造设计；2 具体设计传动系统，夹具设计以及轴的校核；3 编制零件机械加工工艺过程卡及本工序的加工工序卡。任务： 1. 根据指导书，总体设计； 2. 设计说明书一份，论文一篇； 3. 设计图纸齐全，图样全部用 AutoCAD 绘制，图样面积总量折合 3 张 A0 以上。 拟达到的要求或技术指标1加工时就会实现人工上料自动定位自动夹紧全速连续自动铣削这个过程；2加工时该工件的主轴孔呈立式安置；3工作节拍为每分钟加工 20 件；4. 加工时，由操作员人工上料自动定位自动夹紧全速连续自动铣削；铣毕工件被自动松开，后由操作者取下并上下一个料(上料、下料时不停机)；5工件以其主轴孔定位，定位心轴置于圆盘工作台上，圆盘工作台主轴呈立式安置；6专机工作安全、可靠，运行平稳，产品质量稳定，操作维护简单；7专机结构紧凑，装料高度为 800mm 左右。起止日期工作内容备注进度安排2006.12.202007.03.52007.03.62007.03.1 72007.03.1 72007.04.15 2007.04.162007.05.07 2007.05.082007.05.18 2007.05.192007.05.202007.05.212007.05.31 2007.06.022007.06.06 完成毕业设计的选题和开题报告。对设计的相关资料进行整理。进行毕业实习及调研。进行设计的初期计算。绘制装配图和零件图。对整个设计进行合理性检查。 设计说明书的输入以及毕业答辩的准备。毕业设计答辩。主要参考资料1 徐 灏. 机械设计手册M. 北京：机械工业出版社，1991.2 机械工程手册，电机工程手册编辑委员会. 机械工程手册M. 北京：机械工业出版社，1995. 3 徐 灏. 新编机械设计师手册M. 北京：机械工业出版社，1995.4 胡家秀. 机械零件设计实用手册M. 北京：机械工业出版社，1999.5 李益民. 机械制造工艺设计手册M. 北京：机械工业出版社，1995.6 艾 兴，肖诗纲. 金属切削用量手册M. 北京：机械工业出版社，1996.7 范云涨. 金属切削机床设计简明手册M. 北京：机械工业出版社，1993.8 彭国勋，肖正扬. 自动机械的凸轮机构设计M. 北京：机械工业出版社，1990.9 贾凤铜. 简明铣工手册M. 北京：机械工业出版社，1995.10 刘文剑，曹天河，赵维缘. 夹具工程师手册M. 哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987.11 金属切削加工工艺人员手册修订组. 金属切削加工工艺人员手册M. 上海：上海科学技术出版社，1979.12 张耀宸. 机械加工工艺设计手册M. 北京：航空工业出版社，1987. 13 南京机械研究所. 金属切削机床夹具图册M. 北京：机械工业出版社，1984.14 常见机构原理及应用编写组. 常见机构原理及应用M. 北京：机械工业出版社，1978.教研室意见 年 月 日院(系)主管领导意见 年 月 日湖湖 南南 工工 业业 大大 学学本科毕业设计（论文）开题报本科毕业设计（论文）开题报告告（2007 届）学院、系 机 械 工 程 学 院 专 业 机械设计制造及自动化 学生姓名 王 晓 雄 班 级 0303 学 号 26030336 指导教师 黄 开 有 职 称 副 教 授 2007 年 3 月 5 日 毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告1. 结合课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写 15002000 字左右的文献综述。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，机械化越来越重要，随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。机械化程度已成为衡量一国产品制造水平的重要标志和发展程度的标志之一。 产需矛盾：随着工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度的加快，另外，设计和制造工艺水平还不能完全适应发展的需要。企业结构不合理；近年来，外企进入中国加剧了竞争，也出现一些价格方面的恶性竞争。对产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： (1)全面推广 CAD/CAM/CAE 技术 (2)高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)机械扫描及数字化系统 (4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 (5)提高机械标准化程度； (6)优质材料及先进表面处理技术； (7)研磨抛光将自动化、智能化。 本文主要介绍了 X62W 型卧式拖拉机拨叉铣专机的性能参数、结构原理，带轮、弹簧夹头的设计计算，刀具的选择和使用，电机的选择以及使用，零件的加工工艺过程以及各种标准件的选择。X62W 型卧式拖拉机拨叉铣专机是一台半自动卧式铣专机，它是以现役的 X62W 型卧式铣床为基础设计出的新型半自动卧式铣拨叉专机。工件以其主轴孔定位，定位心轴置于圆盘工作台上，圆盘工作台主轴呈卧式安置；它的工作过程是：人工上料自动定位自动夹紧自动铣削，铣毕自动松开工件后由操作者取下。 这种专机工作它可以克服现有 X62W 型卧式铣床工人劳动强度大，生产率低等缺点。X62W 型卧式拖拉机拨叉铣专机的工作节拍为每分钟 20 件，并且具有工作安全、可靠，结构紧凑，运行平稳，产品质量稳定，操作维护简单等多种优点。改造后的 X62W 型卧式拖拉机拨叉铣专机在生产实践中将会得到有效的应用，而且会取得了良好的效果，在满足生产急需的前提下为企业创造了显著的经济效益。2 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案：某拖拉机制造股份有限公司在加工拖拉机齿轮箱的拨叉脚厚度时，利用卧式铣床 X62W 人工操作，工人劳动强度大，生产率低。随生产规模不断扩大，产品质量要求不断提高，迫切要求改变这种生产现状，因此他们需要一台拨叉铣专机。首先进行了方案论证。经过研究和讨论，由于需设计的机床工作节拍为每分钟加工 20 件，因此要节省工件的上料时间。这就需要上料和铣加工同时进行。工件夹具设计时要用弹簧夹头来夹紧，工件的支撑台需要是一个大圆盘。另外还要设计一个凸轮机构来实现铣加工。另外工件的定位要精确。这样加工时就会实现人工上料自动定位自动夹紧全速连续自动铣削这个过程。通过对 X62 型铣床的改进，设计出 X62W 型拨叉铣专机，两种铣床相比较，X62W 型拨叉铣专机具有如下优点：1.加工时该工件的主轴孔呈立式安置；2.工作节拍为每分钟加工 20 件；3.加工时，由操作员人工上料自动定位自动夹紧全速连续自动铣削；铣毕工件被自动松开，后由操作者取下并上下一个料(上料、下料时不停机)；4.工件以其主轴孔定位，定位心轴置于圆盘工作台上，圆盘工作台主轴呈立式安置；5.专机工作安全、可靠，运行平稳，产品质量稳定，操作维护简单；改造后的 X62W 型卧式拖拉机拨叉铣专机在生产实践中将会得到有效的应用，而且会取得了良好的效果，在满足生产急需的前提下为企业创造了显著的经济效益。3.工作进度及具体安排：2006.12.202007.03.5 完成毕业设计的选题和开题报告。2007.03.62007.03.1 7 对设计的相关资料进行整理。2007.03.1 72007.04.15 进行毕业实习及调研。2007.04.162007.05.07 进行设计的初期计算。2007.05.082007.05.18 绘制装配图和零件图。2007.05.192007.05.20 对整个设计进行合理性检查。2007.05.212007.05.31 设计说明书的输入以及毕业答辩的准备。2007.06.022007.06.06 毕业设计答辩。4.指导教师意见（对课题方案的可行性、深度、广度及工作量的意见）： 指导教师_ 年 月 日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师签署意见及教研室审查后生效。本科毕业设计（论文）中期报告本科毕业设计（论文）中期报告 填表日期：2007 年 5 月 23 日院（系）机械工程学院班级0303学生姓名王晓雄课题名称：拖 拉 机 拨 叉 铣 专 机（卧式）课题主要任务：设计一台加工时就会实现人工上料自动定位自动夹紧全速连续自动铣削过程的铣专机。1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果自开题以来，我认真学习了黄教授所布置的课题，按给定的课题要求去图书管借阅手册、相关设计资料，查阅了大量的相关书籍和资料，查到了很多对本课题有用的资料，再根据设计课题的实际情况，按照资料的步骤进行设计，分析零件的工艺性，确定工艺方案，并进行必要的工艺计算，为本课题的初级设计提供了正确的方向，也为下一步的设计奠定了基础。现基本上完成了设计任务，计算部分已经完成。2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排下一步主要任务是：1对整个设计进行合理性检查。 2设计说明书的完成以及毕业答辩的准备。3、存在的具体问题（1）确定的工艺方案是否为最佳方案；（2）设计计算部分的验算校核是否符合设计要求；（3）设计总体结构，是否需要改进。4、指导教师对该生前期研究工作的评价指导教师签名：日 期：本科毕业设计（论文）进展情况记录本科毕业设计（论文）进展情况记录毕业设计（论文）题目：拖 拉 机 拨 叉 铣 专 机（卧式）班级：0303 学号：26030336 学生：王晓雄 指导老师 ：黄开有时间任务完成情况指导老师意见第 周至第 周指导老师签名：年 月 日第 周至第 周指导老师签名：年 月 日第 周至第 周指导老师签名：年 月 日第 周至第 周指导老师签名：年 月 日第 周至第 周指导老师签名：年 月 日第 周至第 周指导老师签名：年 月 日毕业设计（论文）指导教师评阅表毕业设计（论文）指导教师评阅表院、系： 机械工程学院 学生姓名王晓雄学 号26030336班 级0303专 业机械设计制造及自动化课题名称拖 拉 机 拨 叉 铣 专 机（卧式）评语：（包括以下方面，学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性；检索和利用文献能力、计算机应用能力；学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；）是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日毕业设计（论文）评阅教师评阅表毕业设计（论文）评阅教师评阅表院、系： 机械工程学院 学生姓名王晓雄学 号26030336班 级0303专 业机械设计制造及自动化课 题拖 拉 机 拨 叉 铣 专 机（卧式）评语：（对论文学术评语（包括选题意义；文献利用能力；所用资料可靠性；创新成果及写作规范化和逻辑性）针对课题内容给设计者（作者）提出不少于 3 个问题，作为答辩时的必答题1.2.3.评分：是否同意参加答辩是 否评阅人（签名）： 年 月 日毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表院、系（公章）： 机械工程学院 说明：最终评定成绩a+b+c，三个成绩的百分比由各院、系自己确定，但应控制在给定标准的 10左右。学生姓名王晓雄学号26030336班级0303答辩日期课题名称拖 拉 机 拨 叉 铣 专 机（卧式）指导教师评 定成 绩 评 定分值教师 1教师 2教师 3教师 4教师 5小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30必答题40答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。自由提问30合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩 a： 25指导教师评分分值：指导教师评定成绩 b： 50评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩 c： 25最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日20072007 届届本科毕业设计（论文）资料本科毕业设计（论文）资料第二部份第二部份 设计说明书设计说明书 HUNAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（20072007 届）届）本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 拖拉机拨叉铣专机（卧式）拖拉机拨叉铣专机（卧式）学 院、 系 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 王 晓 雄 班 级 0303 班 学号 26030336 指导教师姓名 黄 开 有 职称 副 教 授 最终评定成绩 2007 年 5 月湖南工业大学本科生毕业设计（论文）拖拉机拔叉铣专机（卧式）院 （系）：机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 学 号：26030336 学生姓名 ：王 晓 雄 指导老师 ：黄 开 有 副教授 2007 年 5 月产品型号产品型号ZG65 拔拔叉叉零（部）零（部）件图号件图号12-37-112湖南工业大学湖南工业大学机械工程学院机械工程学院机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片产品名称产品名称副变速拔副变速拔叉叉零（部）零（部）件名称件名称共（共（2）页页第（第（ ）页页材料牌号材料牌号ZG65毛坯种类毛坯种类铸件铸件毛坯外型尺寸毛坯外型尺寸生产类型生产类型大批量大批量每台件数每台件数1备注备注工工 艺艺 装装 备备工时工时工序号工序号工序名称工序名称工工 序序 内内 容容车间车间工段工段设备设备夹具夹具刃具刃具量具量具辅具辅具准备准备单件单件1铸造铸造、清沙2热处理正火车削车拔叉头端面C3661 回转式六角车床YT15外圆车刀卡尺 钻、镗削钻、镗、铰 14H9 孔Z515 钻床6.5标准锥柄麻花钻14H9孔用塞规3车削孔口倒角C3661 回转式六角车床YT15外圆车刀4钳工校正拔叉脚钳工台5铣削粗铣拔叉脚两端面X62W 卧式铣床专用夹用YT15三面刃铣刀0200/0.02mm游标卡尺6铣削铣拔叉脚内侧面X62W 卧式铣床专用夹具 YT15三面刃铣刀0200/0.02mm游标卡尺7铣削铣操纵槽X62W 卧式铣床专用夹具YT15三面刃铣刀0200/0.02mm游标卡尺8钻削钻 8.7 孔Z515 钻床钻用夹具8.7锥柄麻花钻0200/0.02mm游标卡尺9钳工去毛刺钳工台10热处理拔叉脚局部淬火11钳工校正拔叉脚钳工台12磨削磨拔叉脚两端面M7120A平面磨床专用夹具砂轮0200/0.02mm游标卡尺13清洗14检验设计（日设计（日期）期）审核审核（日（日期）期）标准化标准化（日期）（日期）会签会签（日期）（日期）王晓雄王晓雄标记标记处数处数更改文件号更改文件号签字签字日期日期处数处数更改文件号更改文件号签字签字日期日期 湖南工业大学毕业设计 2007 拖拉机拨叉铣专机（卧式）拖拉机拨叉铣专机（卧式）摘要摘要：本文主要介绍了X62W型卧式拖拉机拨叉铣专机的性能参数、结构原理，带轮、弹簧夹头的设计计算，刀具的选择和使用，电机的选择以及使用，零件的加工工艺过程以及各种标准件的选择。X62W型卧式拖拉机拨叉铣专机是一台半自动卧式铣专机，它是以现役的X62W型卧式铣床为基础设计出的新型半自动卧式铣拨叉专机。工件以其主轴孔定位，定位心轴置于圆盘工作台上，圆盘工作台主轴呈卧式安置；它的工作过程是：人工上料自动定位自动夹紧自动铣削，铣毕自动松开工件后由操作者取下。 这种专机工作它可以克服现有X62W型卧式铣床工人劳动强度大，生产率低等缺点。X62W型卧式拖拉机拨叉铣专机的工作节拍为每分钟20件，并且具有工作安全、可靠，结构紧凑，运行平稳，产品质量稳定，操作维护简单等多种优点。改造后的X62W型卧式拖拉机拨叉铣专机在生产实践中将会得到有效的应用，而且会取得了良好的效果，在满足生产急需的前提下为企业创造了显著的经济效益。关键词关键词：拨叉铣专机、带轮、弹簧夹具拖拉机拨叉铣专机 （卧式）Design of the milling machine for transmission fork of transmission(horizontal)Summary: This text mainly introduces the parameters and structure principle of X62W type horizontal milling machine for fork of transmission, with wheel and spring chuck design calculate, choice and use of cutter and electrical machinery, preparation method course and choices of different standard component of part. X62W type horizontal milling machine for transmission fork of transmission is one set of semi-automatic horizontal mill special plane. It regard current X62W type miller as the half automatic on that stir the fork special airplane. The workpiece fixing with its sipindle hole. The spolting spindle is placed in disc worktable. Its working process is: anticipate on the artificial- automatic position- automatic clamp- automatic milling, after milling unclamped the work piece automatically and taken down the workpiece by the operator. Use this kind of special airplane works can overcome the current X62W type miller much disadvantage such as big labor strength bi, low productivity. The X62W type horizontal milling machine for fork of transmissions work tempo is 20piece every minute. And have the work safety, dependable, construction tightly packed, circulate steady, product quantity stability, operation and maintenance simple etc. various advantages. The reconstructing of X62W type horizontal milling machine for fork of transmission would getting application effectively, and will obtain the good result, It will creats evidence economic performance for the business enterprise at the need of the premise bottom.Keywords：Dial fork mill special plane, solid pulley, spring chuck. 湖南工业大学毕业设计 2007数控车薄片件夹具及加工 李宏(广东机电职业技术学院广东广州 510515) 摘要:本文就薄片工件在加工中存在的装夹、车刘方法、面表高光.及车刀选择的技术问越，就自己在实际加工中的夹具设计，加工方法及刁其选择解决问题方面，作一叙述。 关健词:数拉车床;薄片件;夹具;加工;刀具引言 利用数控车床加工薄片零件，因装夹问题经常需要设计加工夹具及根据图纸要求选择合理的刀具。如(图一)所示，材料为防锈铝合金(LFS)，外径 8100 毫米，内径 a34 毫米.片厚仅 4 毫米。为音箱装饰圈，技术要求:(1)R4 的圆弧面、内孔及斜口位高光; (2)表面无刮伤和毛刺; (3)其它面喷细砂氧化香槟金色。 工件的毛坯尺寸，厚度 4.5 毫米，中间有一直径为 32 毫米的孔，外径为 102 毫米，在半径 44 毫米处均布 4 个直径 4.5 毫米的孔的薄圈，用冲床一次冲出。 2.难度分析及工艺流程分析 2.1 从零件图样要求及材料来看，主要因为是薄片零件，其厚度仅有 4 毫米，材料为铝合金，硬度不高，并且批量较大，既要考虑如何保证工件在加工时的定位精度，又要考虑装夹方便、可靠、并且不能损伤表面，因此关键是解决零件的定位装夹问题。 2.2 根据零件图样，经过工艺分析后，制定出以下加工工艺流程: 2.2.1 冲床下料 2.2.2 铣床铣 R4 的圈弧深为 2 毫米 2.2.3 数控车床车平一侧端面控制厚度 4 毫米 2.2.4 表面喷细砂氧化香槟金色 2.2.5 数控车床车 R4 弧面和直径 88 毫米的外圆 2.2.6 数控车床惶内孔直径 34 毫米和孔口直径 39 毫米斜口位。 从上述工艺流程来看，在第 S 步加工时，如用一般三爪撑着内孔的装夹方法来加工，因为材料较薄，车削受力点与加紧力作用点相对较远，刚性不足，引起让刀和展动，而造成 R4 的圆弧及直径 88 毫米处外圆的表面达不到要求。在第 6 步加工时，因为以加工了R4 的圆弧面，表面不允许划伤，不可以再装夹了，就算可以装夹也会因为刚性不足的原因造成内孔和斜口位表面达不到要求。因此在这两步加工工序中要考虑如何装夹定位的问题。 3.夹其设计如何保证零件定位准确、装夹方便和加紧可靠呢?根据运动学可知，刚体在空间的任何运动都可看成是相对于三个互相垂直的坐标平面，共有六种运动合成。这六种运动的可能性称为六个自由度要使工件在空间处于相对固定不变的位里，就必须限制六个自由度。限制的方法，用相当于六个支承点的定位元件与工件定位基准面接触来限制。我根据工艺流程的分析经过一番考虑.决定该工件采用一面两销的定位方案，因一面两销定位具有支承面大，支承钢度好，定位精度高，装卸工件方便等优点，夹具体平面为第一定位基准，限制了工件的三个自由度;圆销为第二定位基准，限制了工件的两个自由度;另一个根据六点定位原理，在实际中我设计了如(图二)所示夹具。 3.1 夹具结构(图二)在第 5 步用数控车床车 R4 弧面和直径 BS 毫米的外回时.设计了如(图二)所示的夹具: 3.1.1 件 1 为夹具主体，材料为 A3 钢板.最大直径为 I00 赶米的台阶型工件; 3.1.2 件2 为定位销，材料为 45 号钢，直径为 4.45 毫米，4 个定位销圆周均布，刚好与薄片工件上的 4 个直径 4.5 毫米的孔对应配合，使工件在夹具中定位及传递切削力; 3.1.3 件 4,5,6 为改装特制后的压板组合休，其中件 4 为软胶板，直径 80 毫米，厚度 3毫米，件 5 用 A3 钢板制成，直径 80 毫米，厚度 l2 毫米，件 6 为活动顶尖，件 4 与件 5 用强力猫结剂粘合，然后在与件 6 的活动顶尖头联接并在联接处焊接固定。 3.2 零件定位装夹方法及原理(图二)件 1 夹持在数控车床的三爪卡盘上.台阶处靠卡爪，用百分表打表校正夹具体的外圆及端面，本夹具体以右端面为基准定位，限制了三个自由度;工件 3 的 4 个直径 4.5 毫米的孔与夹具体上的 4 个定位销对正套人，一个定位销限制了两个自由度，对称的一个定位销限制另一自由度，另两个定位销重复限制了两个自由度，从六点定位原理来看，以上定位出现了重复定位，但因为工件上的各定位孔和夹具定位销的中心距精度很高，为了提高定位支承的稳定性，采用了一面四销定位，通过实践加工证明，这样的重复定位可以相容。工件在夹具中定位后一般应加紧，使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏，本夹具通过压板压峨(尾座).使工件 3 得到较好的定位和夹紧。 3.3 夹具结构在第 6 步用数控车床车内孔直径 34 毫米和孔口直径 39 毫米斜口位时，设计了夹具: 3.3.1 件 I 为夹具的主体，用 A3 钢板制成，最大直径为 200 毫米，厚度为 20 毫米的圆饼型工件，右端面有一直径 36 毫米，深为 7 毫米的孔(零件在惶孔时以便镇孔刀可以徨通孔).左端面有一直径 170 毫米，深为 IO 毫米的孔(可用正爪撑夹); 3.3.2 件 6 为定位销，材料为 45 号钢，直径为 4.45 毫米，4 个定位销圆周均布; 3.3.3 件 4 为软胶板，外回直径 88 毫米.内孔直径劝毫米，厚度 1 毫米，件 5 为压板，用 A3 钢板制成，最大直径为 170 毫米，厚度为 12 毫米，中间有一锥孔，小端直径 40 毫米，大端直径 70 毫米左右.件 4 与件 5 用强力猫结剂粘合; 3.3.4 件 3 为螺丝(对称两个)中心距 120 毫米，用于件 1 夹具主体与件 5 压板的联接。 3.4 零件定位装夹方法及原理件 1 夹具主体在数控车床的三卡盘上用反爪夹持，靠卡爪台阶处，用百分表打表校正夹具体的外圈及端面.本夹具体以右端面为基准定位，限制了三个自由度;工件 2 的 4 个直径 4.5 毫米的孔与夹具体上的 4 个定位销对正套人，一个定位销限制了两个自由度，对称的一个定位销限制另一自由度，另两个定位销重复限制了两个自由度，从六点定位原理来看.以上定位出现了重复定位，但因为工件上的各定位孔和夹具定位销的中心距精度很高，为了提高定位支承的稳定性，采用了一面四销定位，通过实践加工证明，这样的重复定位可以相容。工件在夹具中定位后一般应加紧，使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏，本夹具通过螺丝将压板连接夹具主体，用压板压紧，使工件 2 得到较好的定位和夹紧。 4.实际操作 4.1 切削用盘及走刀路线选择 4.1.1 外圆粗车时，主轴转速每分钟 1100-1200 转，进给速度 F200-F350，反偏刀横装与刀架上，采用横向走刀一次加工完成，留梢车余量 0.1-0.2 毫米。 4.1.2 外圆精车时，主轴转速每分钟 1100-1200 转，为取得较好的表面粗糙度选用较低的进给速度 F30-F45，采用纵向走刀一次加工完成。 4.1.3 内孔及斜口粗车时，主轴转速每分钟 1100-1200 转，进给速度 F200-F350,采用横向走刀由里向外一次加工完成.留精车余量 0.1-0.2 毫米。 4_1.4 内孔及料口精车时.主轴转速每分钟 1100-1200 转。进给速度 F30-F45，采用纵向走刀由外向里一次加工完成。 4.2 零件加工时的特殊处理 4.2.1 见(图一)中 A,B 两处的倒角去毛刺利用刀具的固有几何形状轻碰 0.3-0.5 毫米。 4.2.2 所有刀具均无卷屑植，切屑能顺前刀面排离工件，以防切屑缠绕工件而刮伤加工表面。 4.3 加工时的注意事项 4.3.1 工件要夹紧，以防在车削时打滑飞出伤人和扎刀; 4.3.2 在车削时要加注柴油润滑冷却，以防沮度过高烧坏刀具，使加工表面大不到要求; 4.3.3 遵守安全文明生产。 5.结束 通过实际加工生产.证明加工生产工艺流程、夹具设计、刀共及切削用量选用合理.减少了装夹校正的时间.减轻了操作者的劳动双度，提高效率.保证了加工后零件的质 f,平均两台数控车床每周可加工成品五千件左右。 .考文欲1张恩生主编:车工实用技术手册 ，江苏科学技术出版社.1999.f2白成轩主编:机床夹具设计新原理 ，机械工业出版社.1997.目目 录录1 前言12 总体方案论证32.1 被加工零件分析32.2 毛坯的选择32.3 基准选择52.4 拟订机械加工工艺路线52.5 确定机械加工余量、工序尺寸及公差72.6 选择机床设备及工艺装备73 金属切削用量的选择与计算83.1 刀具的选择83.2 切削用量的选择以及计算84 机械传动装置的总体设计94.1 分析和拟订传动装置94.2 减速机的选择94.3 带轮的设计计算105 弹簧夹头的特点以及设计计算145.1 弹簧夹头的介绍155.2 弹簧夹头的夹紧力的影响因素156 轴的强度校核166.1 求轴上载荷166.2 绘制弯矩图和扭矩图166.3 弯矩合成强度校核166.4 疲劳强度安全系数167 结论21参考文献22致谢23附录241 湖南工业大学 外文翻译专专 业业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 生生 姓姓 名名 王王 晓晓 雄雄 班班 级级 机本机本 0303 班班 学学 号号 26030336 指指 导导 教教 师师 黄黄 开开 友友 2MULTI-OBJECTIVE OPTIMAL FIXTURE LAYOUTDESIGN IN A DISCRETE DOMAINDiana Pelinescu and Michael Yu WangDepartment of Mechanical EngineeringUniversity of MarylandCollege Park, MD 20742 USAE-mail: AbstractThis paper addresses a major issue in fixture layout design:to evaluate the acceptable fixture designs based on several quality criteria and to select an optimal fixture appropriate with practical demands. The performance objectives considered are related to the fundamental requirements of kinematic localization and total fixturing (form-closure) and are defined as the workpiece localization accuracy and the norm and distribution of the locator contact forces. An efficient interchange algorithm is uaed in a multiple-criteria optimization process for different practical cases, leading to proper trade-off strategies for performing fixture synthesis.3I. INTRODUCTIONProper fixture design is crucial to product quality in terms of precision and accuracy in part fabrication and assembly. Fixturing systems, usually consisting of clamps and locators, must be capable to assure certain quality performances, besides of positioning and holding the workpiece throughout all the machining operations. Although there are a few design guidelines such as 3-2-1 rule, automated systems for designing fixtures based on CAD models have been slow to evolve. This article describes a research approach to automated design of a class of fixtures for 3D workpieces. The parts considered to be fixtured present an arbitrary complex geometry, and the designed fixtures are limited to the minimum number of elements required, i.e. six locators and a clamp. Furthermore, the fixels are modeled as non-frictional point contacts and are restricted to be applied within a given collection of discrete candidate locations. In general, the set of fixture locations available is assumed to be a potentially very large collection; for example, the locations might be generated by discretizingthe exterior surfaces of the workpiece. The goal of the fixture design is to determine first, from the proposed discrete domain, the feasible fixture configurations that satisfy the form-closure constraint. Secondly, the sets of acceptable fixture designs are evaluated on several criteria and optimal fixtures are selected. The performance measures considered in this work are the localization accuracy, and the norm and distribution of the locator contact forces. These objectives cover the most critical error sources encountered in a fixture design, the position errors and the unwanted stress in the part-fixture elements due to an overloaded or unbalanced force system.The optimal fixture design approach is based on a concept of optimum experiment design. The algorithm developed evaluates efficiently the admissible designs exploiting the recursive properties in localization and force analysis. The algorithm produces the optimal fixture design that meets a set of multiple performance requirements.II. RELATED WORKLiterature on general fixturing techniques is substantial, e.g., 1. The essential requirement of fixturing is the century-old concept of form closure 2, which has beenextensively studied in the field of robotics in recent years 3, 4. There are several formal methods for analyzing performance of a given fixture based on the popular screw theory, dealing with issues such as kinematic closure 5, contact types and friction effects 6. A different analysis approach based on the geometric perturbation technique was reported in 7. An automatic modular fixture design procedure based on this method was developed in 8 to include geometric access constraints in addition to kinematic closure. The problem of designing modular fixtures gained more attention lately 9. There has also been extensive research in fixture designs, focusing on workpiece and fixture structuralrigidity 6, tool accessibility and path clearance 7. The problem of fixture synthesis has been largely studied for the case of a fixed number of fixture elements (or fixels) 8, 10, particularly in the application to robotic manipulation and grasping for its obvious easons 3, 4. This article aims to be an extension of the results on the fixture design issues previously reported in 14.III. FIXTURE MODELThe fundamental performance of a fixture is characterized by the kinematic 4constraints imposed on the workpiece being held by the fixture. The kinematic conditions are well understood 3, 4, 5, 7, 12. For a fixture of n locators (i = 1, 2, , n), the fixture can be represented by: y=GTqwhere define small perturbations in the locator positions and the location of the workpiece respectively. The fixture designis defined by the locator matrixi where and ni and ri denote the surface normal and position at the ith contact point on the workpiece surface. The problem of fixture design requires the synthesis of a fixturing scheme to meet a given set of performance requirements.IV. QUALITY PERFORMANCE CRITERIA FOR A FIXTUREA. Accurate LocalizationAn essential aspect of fixture quality is to position with precision the workpiece into the fixturing system. In general the workpiece positional errors are due to the geometric variability of the part and the locators set-up errors. This paper will focus only on the workpiece positional errors due to the locator positioning errors. As an extension of the fixture model equation (eq.1), the locator positioning errors y can be related with the workpiece localization error q as follows:Clearly, for given source errors the workpiece positional accuracy depends only on the locator locations being independent from the clamping system, the Fisher information matrix M GGT characterizing completely the system errors. It has been shown 12 that a suitable criterion to achieve high localization accuracy is to maximize the determinant of the information matrix (Doptimality), i.e., maxdet M.B. Minimal Locator Contact ForcesAnother objective in planning a fixture layout might be to minimize all support forces at the locator contact regions throughout all the operations with complete kinematic restraint or force-closure. Locator contact forces in response to the clamping action are given as: Normalizing these forces with respect to the clamping intensity we obtain:The force-closure condition requires these forces to be always positive for each locator i of a set of n locators:Computing the norm of the locator contact forces:5leads to an appropriate design objective, i.e. minNote that this objective indicates both locator and clamp positions to be determined in the optimization process.C. Balanced Locator Contact ForcesAnother significant issue in designing a fixture is that the total force acting on the workpiece have to be distributed as uniformly as possible among the locator contactregions. If p represents the mean reactive force in response to the clamp action, then we define the dispersion of the locator contact forces as:Therefore, minimizing the defined dispersion represents an objective for a balanced force-closure: min(d).V. OPTIMAL FIXTURE DESIGN WITH INTERCHANGE ALGORITHMSAs mentioned earlier, by generating on the exterior surface of the workpiece to be fixtured a set of discrete locations defined as position and orientation, we create a potential collection for the fixture elements. For example, using the information contained in the part CAD model, a discrete vector collection (unitary, normal vectors) can be generated as uniformly as possible on those surfaces accessible to the fixture components (fig.1).Figure 1: Part CAD model and global collection of candidate locations for the fixture elements.The fixture design layout will select from this collection optimal candidates for locators and clamps with respect to the performance objectives and to the kinematic closure condition. Dealing with a large number of candidate locations the task of selecting an appropriate set of fixels is very complex.As already introduced in 12, 14 an effective method for finding the desired fixture with regard to one of the previous quality objectives is the optimal pursuit method with an interchange algorithm. Due to its own limitations and to the fact that the objectives are functions with many extremes, the exchange procedure may not end up to a unique 6optimized fixture configuration, but to several improved designs depending on the initial layout. Therefore the solution offered by the multiple interchange with random initialization algorithm is overwhelming favorable, fact that recommends this procedure over the single interchange algorithms. The algorithm can be described as a sequence of three phases:Phase 1: Random generation of initial sets of locators.The starting layout is generated by a random selection of distinct sets, each consisting from 6 locators out of the list of N candidate locations. If the clamp is pre-determined, avalid selection is obtained through a simultaneous check for all kinematic constraints. A big initial set of proposed ocators is preferred, giving the opportunity of finding a convergent optimal solution. However from the efficiency point of view the designer has to balance the algorithm between the accuracy of the final solution and the computation time.Phase 2: Improvement by interchange.The interchange algorithms goal is to pursue for an improvement of the initial sets of locators with respect to one of the objectives. Basically, this is done iteratively by exchanging one by one the proposed locators with candidate locations from the global collection. It is also essential to consider the form-closure restraint during the exchange procedure. The process will continue as long as an improvement of the objective function is registered. Studying the effect of interchange on the proposed quality measures leads us to some efficient algebraic properties. For example, an interchange between a current locator j (j = 1,2,6) and a candidate location k (k = 1,2, ,N-6) yields changes in the optimized function such that:Thus, at each interchange the pair is selected such that the significant term that controls the function evolution is improving, e.g. max p 2jk and min pc , easing the iterative process.Phase 3: Selecting the optimal solution.Applying the interchange algorithm for each initial set of locators we will end up with several distinct solutions on the configuration scheme of the fixture, the best fixture design corresponds evidently to the maximum improvement of the objective function. It should be emphasized that this algorithm can be used sequentially for different objective functions. Depending on the objective pursued the best solution can be evident (for a single objective) or might need the designers final decision (for multiple objectives).VI. MULTI-OBJECTIVE FIXTURE LOCATOR OPTIMIZATIONIn many applications the clamp is already fixed given some practical considerations. Then with the clamp predefined, the best fixture with respect to a certain performance criterion is constructed by selecting a suitable set of locators such that a significant improvement of the objective-function is registered. Using the random interchange algorithm we can analyze the impact of the optimization process on the fixture characteristics, as well as we 7can select the best optimized fixture solution for a specific criterion. In analyzing the effect of random interchange algorithm on several parts, there can be made the following statistical and empirical observations.A. Multi-objective trade-offsIn some applications both localization quality and a minimum force dispersion are important. In this case we may have to use a 2-step algorithm: first max(det M) and secondly min(d). The proposed order is a consequence of the above observations. First, maximizing the determinant will automatically decrease the dispersion. Next, a decreasing in dispersion leads in a decreasing in determinant value. Therefore, during the second phase of the algorithm tradeoffs between the two objectives occur. To solve the multi-objective optimization problem the interchange algorithm is applied successively for both objectives. With the clamp pre-defined, a rigorous check for form-closure is needed after each exchange step.A following set of plots present the results when the design requirements of precision localization and uniform contact forces are considered simultaneously. Fig. 2 and Fig. 3 illustrate the global changes of the fixture characteristics during the 2-step algorithm performed on an initial collection of distinct random sets of locators, with the clamp pre-fixed. It can be noticed the advantages of using max(det M) objective as a first step: while the determinant is increasing, the norm and the dispersion of the forces are decreasing, fact benefic for the overall quality of the fixture. Furthermore the solutions are convergent, such that the candidate set of locators for the next step will be significantly reduced. On the other hand, in the second phase, when applying min(d) optimization on sets of locators with a high determinant value the only trend in the determinant evolution is a decreasing one. Therefore, during the second phase of the algorithm tradeoffs between the two objectives occur, fact expressed also through the Pareto-line plot (Fig. 3). In this case the final decision has to be left for the designer to determine the best fixture scheme.Figure 2: Changes upon the fixture characteristics applying the 2-step optimization 8algorithm on an initial collection of random sets of locators.Figure 3: Behavior during a 2-step random interchange algorithm for a collection of locator sets.As an example, the behavior of a single initial set of locators is studied during the interchange processes of the 2-step algorithm (Fig. 4), confirming the previous remarks. The trade-off zone is decisive in the multiobjective design. The resultant configurations of the fixture after each successive phase are presented in Fig. 5. It can be noticed that the first objective moves the locators close to the boundaries as far as possible from each other, while the second one reorients them to the surfaces interior.Figure 4: General behavior of a 2-step interchange.9Figure 5: Fixture configurations during a 2-step algorithm: (a) initial, (b) after max(det M), and (c) after min(d) respectively.B. Designer decision in finalizing the fixtureDuring the second phase of the algorithm a fairly significant decrease in the determinant value is registered, so few solutions will be acceptable for the multi-objective problem. In order to overcome these problems, an active designer control during min(d) interchange procedure is recommended. Essentially, the modifications consist in controlling the exchange procedure, such that the determinant of the improved locators must be permanently greater than a certain bound, simultaneously with the check for the form-closure condition. Even considering a tight bound for the determinant, more solutions are acceptable for the design than in the uncontrolled min(d) optimization case (fig. 6). As an example, the behavior of a single set of locators is studied during the interchange process of a 2- step algorithm controlled for two different bounds of the determinant value, emphasizing the fact that in the trade off zone the designer decision is decisive in finalizing the fixture configuration (fig. 7).Figure 6: Second phase of a 2-step random interchange algorithm: uncontrolled min(d); controlled min(d).10Figure 7: General behavior during a 2-step algorithm applied on a single set of locators. (a) for B1 and (b) for B2.VII. OPTIMAL FIXTURE CLAMPINGThis section deals with a more complicated problem: to search simultaneously for the optimal clamp and locators in order to achieve a required fixture quality. Varying theclamp, it is obvious that the number of combinations for possible clamp-locators candidates is increasing very much. It will be shown that this problem is manageablefor the precise localization objective. For the other objectives we will have to restrain the search of the optimal clamp inside of a small set of proposed locations, such that the optimization procedure could be handled.A. Optimal Clamp from a Set of ClampsIn some applications the clamps have certain preferred locations, therefore the need to choose the best clamp from a proposed collection might be raised. For example, lets consider that a collection of preferred clamps is given, and an optimal fixture design with respect to the highly precise localization objective is needed. It is obvious that applying a random interchange procedure successively for each clamp, we find optimal fixture configurations for each specified clamp. Comparing the determinant values offered by these fixture schemes (fig. 8), we end up by selecting an optimal clamp and its corresponding locators, constructing the best- improved fixture design (fig. 9).11Figure 8: Clamp selection from a collection of clamps for single-objective design.Figure 9: The initial collection of proposed clamps; the best clamp and the corresponding locators.B. Optimal Clamp from a Set of ClampsFurthermore, by extension, the selection of the optimal clamp from a set of proposed locations with regard to the multi-objective design problem can be considered. It consists of mainly applying the random 2-step interchange algorithm consecutively for each proposed clamp.By collecting the results after applying this procedure for all the clamps, we can compare their different behavior, and select the most appropriate one. It is obvious that an optimal clamp allows only small fluctuations of the determinant while the force dispersion is decreasing significantly (fig. 10). As an example, Fig. 11 illustrates the final fixture design consisting of the best clamp selected from a proposed collection with respect to the multi-objectives and the corresponding optimal locators.12Figure 11: The initial collection of proposed clamps; the best clamp and the corresponding locators.VIII. CONCLUSIONSThis article focuses on optimal design of fixture layout for 3D workpieces with an optimal random interchange algorithm. The quality objectives considered include accurate workpiece localization, minimal and balanced contact forces. The paper focuses on multi-criteria optimal design with a hierarchical approach and a combined-objective approach. The optimization processes make use of an efficient interchange algorithm. Examples are used to illustrate empirical observations with respect to the design approaches and their effectiveness. The work described here is yet complete. Since the inter-relationship between the locators and the clamps has a determinant role on the fixture quality measures, a more coherent and complete approach to study the influence of the clamp and search of the optimal clamp position is needed in future works.IX. REFERENCES1 P. D. Campbell, Basic Fixture Design. New York: Industrial Press, 1994. 2 F. Reuleaux, The Kinematics of Machinery. Dover Publications, 1963.3 B. Mishra, J. T. Schwartz, and M. Sharir, On the existence and synthesis of 13multifinger positive grips, Robotics Report 89, Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University, 1986.4 X. Markenscoff, L. Ni, and C. H. Papadimitriou, The geometry of grasping, International Journal of Robotics Research, vol. 9, no. 1, pp. 61-74, 1990.5 Y.-C. Chou, V. Chandru, and M. M. Barash, A mathematical approach to automated configuration of machining fixtures: Analysis and synthesis, Journal Engineering for Industry, vol. 111, pp. 299-306,1989. 6 E. C. DeMeter, Restraint analysis of fixtures which rely on surface contact, Journal of Engineering for Industry, vol. 116, no. 2, pp. 207-215, 1994.7 H. Asada and A. B. By, Kinematics analysis of workpart fixturing for flexible assembly with automatically reconfigurable fixtures, IEEE Journal Robotics and Automation, vol. RA1, pp. 86-93, 1985.8 R. C. Brost and K. Y. Goldberg, A complete algorithm for designing modular fixtures for polygonal parts, Tech. Rep. SAND93-2028, Sandia National Laboratories, 1994.9 Y. Zhuang, K. Goldberg, and Y.-C. Wong, On the existence of solutions in modular fixturing, International Journal of Robotics Research, vol. 15, no. 5, pp. 5-9, 1996.10 W. Cai, S. J. Hu, and J. Yuan, A variational method of robust fixture configuration design for 3-d workpieces, Journal of Manufacturing Science and Engineering, vol. 119, pp. 593-602, November 1997.11 D. Baraff, R. Mattikalli, and P. Khosla, Minimal fixturing of frictionless assemblies, CMU-RI TR-94-08, The Robotics Institute, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, 1994.12 M. Y. Wang, An optimal design approach to 3D fixture synthesis in a point set domain, IEEE Trans. on Robotics and Automation, December 2000.13 A. Atkinson and A. Doney, Optimum Experimental Designs. New York: Oxford University Press, 1992.14 M. Y. Wang and D. Pelinescu, Precision localization and robust force closure in fixture layout design for 3D workpieces, IEEE Intl Conf. on Robotics and Automation (CD-ROM), San Francisco, April 2000.14在独自领域最佳多功能夹具布置的设计在独自领域最佳多功能夹具布置的设计 Diana Pelinescu and Michael Yu Wang 马里兰大学机械工程系 College Park, MD 20742 USA摘要：摘要：本文论及一个在夹具布置设计的重要问题: 根据实用要求来选择一套优化的装置，并评估可接受的装置设计。主要宗旨是要考虑与根本要求有关的运动学方面和总的夹具形式(形式闭)， 还要考虑作为工件定位的准确性和标准以及定位布置的联系。 高效率的互换算法被使用在多标准优化过程有很多不同的实用案件, 因此合适的交换平台能执行综合装置。关键词：关键词：夹具 定位器 互算法 目标函数1 1 介绍介绍适当的夹具设计对产品质量方面精确度和准确性在部份制造和装配是关键的. 夹具 系统, 通常包括钳位和定位器, 必须是可胜任保证成品质量 包括安置和保证在机器生产中的加工过程.虽然有几个设计指南如 3-2-1 规则, 自动化的系统为设计夹具提供的 CAD 模型在演变。这是一篇描述自动设计夹具之类的 3D 研究方法文章. 这部分被认为是固定当前任意复杂几何, 并且被设计的夹具必需限制在对元素的最小数字, 即六台定位器和钳位。此外,固定器被限制在无非摩擦点接触并且实用的位置. 总之, 夹具之类必需放在假定的潜在准确的位置; 例如, 位置也许由可分辨的工件外表面决定的。首先确定夹具设计的目的, 从被提出的的特殊领域,在这个领域可行的夹具设计必需满足形式关闭限制。第二,可接受的夹具设计类被评估在几个标准然后选择最理想的夹具设计。在这工作中是地方化准确性、和定位器是被考虑成工作指标的准则和效率。这些标准包括在一个夹具设计中的关键错误来源、位置误差和不需要的压力在部份夹具原理，这种原理是由一个被超载的或被失衡的力量系统决定的。优选的夹具的设计方法是建立在最宜的实验设计的概念的基础上的。被开发算法高效率地利用递归物产在定位和力量分析评估可接受的设计。算法产生符合一套多个性能要求的优选的夹具设计。2 2 相关工作相关工作本文大概的夹具设计技术是可替代的,如1 。夹具设计的根本要求是形式关闭 2 的旧概念, 近年来广泛地被运用在机器人学 3, 4 研究在领域的。有几个正式15方法根据普遍的螺丝理论为分析一套指定的夹具的性能, 应付问题譬如连接类型和摩擦作用 6 的运动学关闭 5 , 另外一种根据几何学扰动技术分析方法被报告了 7 。根据这个方法自动夹具模具设计程序被开发 8 包括限制除运动学关闭之外的几何学通入。夹具模具设计的问题最近获取了更多注意 9 。现在对夹具设计也有了广泛的研究, 集中于工件和夹具结构硬度 6 , 工具可及性和轨道清除 7 。夹具设计的问题主要是研究夹具元素(或夹具定位) 8, 10 一个固定的数字的事例, 特别在应用对机器人操作和掌握是它明显的原因 3, 4 。这篇文章关于引伸夹具设计问题的目的是早先被报告 14 。3.3. 夹具模型夹具模型 夹具的根本表现为限制工件运动既描绘强加给工件由夹具限制。运动学条件很好被了解 3, 4, 5, 7, 12 。一个夹具有n个定位(i = 1, 2., n), 夹具可能表示：TMy=GTTMq(1)TMyTMyTMyTMyn12=TMq=TMr TM T定义了小扰动在定位位置和定义工件位置。夹具设计由定位器矩阵G=h1h2hn即 hiT=-niT(ri*ni)T定义并且ni 和ri 表示表面法线和安置在ith 接触点在工件表面。夹具设计的问题要求一份夹具的计划的综合指定的一套性能要求。4.4. 夹具的质量表现标准夹具的质量表现标准A定位准确化夹具质量的一个根本方面是安置工件入夹具系统的精确度。总之工件位置错误归结于零件和定位器设定错误的几何学可变性。本文将集中于工件位置错误是由于定位器引起的位置误差。作为工件式样等式的引伸(例1), 定位器位置误差TMy可能工件定位错误TMq 如下：TMy TMqTGGTTMq 2 (2)明显的, 为指定的来源错误的工件位置定位准确取决于定位器位置是一个独立与夹紧的系统,夹板信息矩阵 M GGT完全地描绘了系统的误差。它显示了 12 是一个标准的标准达到高定位化准确性将最大化信息矩阵, 即, maxdet M. 的定列式。B.触点压力的最小定位其他夹具布局定位的设计也许将使所有在定位器触点位置支持力减到最小，在所有操作过程中完全以运动学克制力锁合。定位触点力以回应夹紧的行为给定：16我们获得这些力正常夹紧的强度:力锁合情况要求这些力量是总是正面的为各台定位 i 和一套 n 定位器:计算准确触点力定位准则:导致一个适当的设计标准, 即分钟 。注意这个标准表明了定位器和钳位位置被确定在优化过程。C. 平衡的触点力定位。其它夹具设计中的重大问题是, 力总和在工件表现为成尽可能均匀地被分布可在定位器触点位置之中。如果代表易反应的力以回应钳位运动, 我们然后定义定位器触点力的分散作用如:所以, 减小最小离散表示为平衡的力锁合定义一个标准为: 。5.5.用互算法优选夹具设计用互算法优选夹具设计依照前面提到, 在工件的外部表面设计夹具是一套独自定位作为位置和取向,我们定义了一套潜在的夹具元素。例如, 使用一些信息包含零件 CAD 模型, 独自的矢量汇集(单一正常的矢量)， 尽可能均匀地引起在那些表面容易接近对夹具压力(fig.1) 。图 1: 为夹具元素分开 CAD 模型和球形集。夹具设计布局从这优选集挑选成为为定位器并且钳位，这些涉及表现标准和对运动学关闭的适应。为很大数量的选择物定位选择适当固定方法的是非常复杂的。依照在 12, 14 已经被介绍的一个有效方法为找一个想得到的夹具关系到早先质量标准，以互换算法选择当中一个是优选的选择方法。由于它自己的局限和对事实标准的作用有许多弊端, 交换做法不能结束由一种独特的优化决定夹具配置, 但根据最初的布局改善设计。所以由多互换17提供以任意初始化算法的解决方案非常有利的， 推荐互换算法的这个做法在唯一途径。阶段 1: