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1 (2005) 368378a of 989. It is to be by as et 3 N r 2005 +15088316092; +H. 1. of of of of by 985, y 1 of as a of et 2 is a in to a in a in to of a In 3is a 1. a at of by is of of to a In a to on is An if it be to to 005 100 d, 1609, 4 004; in 004; 0 004Y. of a at 4a be as 5 s on to ys is q*, at a is to be is gi(as 1)as : To be be a ; i 1;2; .; n, (1)n is of q z0;y0;f0;of of q y N Y. 1 (2005) 368378 369(2)of as by q. (3). be if q. (2) to :9=; 6. (3). If is is at of is by If is at be of a be to 6a be to Z O X Y Z O (x0,y0,1. to N of is no on to a to is by it is as to is to If is is of a to or A to of a is of is to of L:As 3, n; i 1;2; .; n; n be as : : : :2637et 7 to a to It et 8 an to of L( of to of It X of r of as (4) (5) (6)l is an of 6 6 6 46 Y. 1 (2005) 368378370WL: : : :7) n 6; is is n be of n n of to N Y. 1 (2005) 368378 371n n of n to of is to be to on of in n a s 2. Y (a1,b1,2,b2,(x1,y1,(x2,y2,(ai,bi,(xi,yi,(3. A N V X 0. (9) q. 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Y. 1 (2005) 3683783745 a of in as 1: 0, 1, 00, 896, ,0, 1, 00, 1060, ,0, 1, 00, 1010, , 977, , 977, , 1034, of 1 0 515:000:896001 0378: 1:06000 1 0 612:00:01000:9955 349 0:0880 445 664 0:86380:9955 349 0:0880 728 664 0:82800:0880 0:0170 960 866:6257998 :2466 0:093626666666643777777775,o6 is It is of ve of 1is L; N 10378:001:06000 1 0 612: :01000:9955 349 0:0880 445 664 0:86380:9955 349 0:0880 728 664 0:82800:0880 0:0170 96 866:6257998 :2466 0:of :8768 607 665 21:3716 0:49953:0551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 is on ve is as 5. 10 (H. Y. 1 (2005) 368378 375:0551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 o ve to ,1:876860766521:37160:499526666666643777777775551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 0266666666437777777750; 13; 432; 706; 0: ; 13; 432; 706; 0:04a by of a 0, a To to of 1in . of if a 1in . is an To an an N Y. 1 (2005) 36837837614wof It an locat夹具定位规划 中 完整性评估和修订 验室，机械工程学系，伍斯特理工学院研究院， 100 路，伍斯特，硕士 01609，美国 2004年 9月 14日收稿 ;2004年 11 月 9日修订 ;2004年 11 月 10日 发表 摘 要 几何约束是夹具设计中最重要的考虑因素之一。确定位置的解析拟订已发达。然而，如何分析和修改 在 实际夹具设计实践过程中的一个非确定性的定位计划尚未深入研究。在本文中，提出了一种方法来描述 在限制 约束下的重点夹具系统的几何约束状态。 一种限制 约束 下 状态，如果它存在，可以识别给定定位计划。可以自动识别工件的 所有 限制 约束下约束状态的提案。这有助于改善逆差定位计划，并为修订提供指引，以最终实现确定性的定位。 关键词：夹具设计 ;几何约束 ;确定性定位 ;限制 约束 ;过约束 夹具是用 于 制造 工业进 行工件牢固 定 位的一种机制。在零件加工过程中规划一个关键的第一步，夹具设计需要，以确保定位精度和三维工件的精度。 3一般情况下，是最广泛使用的指导原则发展的位置计划。 一个加工夹具定位方案必须满足一些要求。最基本的要求是，必须提供工件确定的位置。 这种观点指出 ，定位计划生产 的 确定位置，工件不能移动，而至少有一个定位不会失去联系。这一直是夹具设计的最根本的准则之一，许多研究人员关于几何约束状态的研究 表明 ，工件在任何定位计划分为以下三个类别： 1、 良好的约束（确定性）：工件在一个独特的位置 进行配合 ，工件表面 与 6个定位器取得联系。 2、 限制 约束 ：不完全约束工件的自由度。 3、 过约束：工件自由度超过 6定位的制约。 在 1985年 ,浅田 1提出了满秩为准则雅可比矩阵的约束方程 ,基于分析形成了调研后 ,确定定位。周等 2在 1989年制定了在确定性定位问题上使用螺旋理论。结果表明 ,定位矩阵的定位需要压力满秩达到确定的位置。该方法的确定通过无数的研究。王等 3考虑定位工件的接触的影响，而采用点接触面积。他们介绍了接触矩阵，并指出，两个接触的机构不应该有平等的，但在接触点曲率相反。卡尔森 4认为，可能没有足够的应用，如一些不是非棱柱的表面或相对误差近似 的 非小线性。他提出一个二阶泰勒展开，其中也考虑到定位误差相互作用。马林和费雷拉 5应用周 对 3定若干按照规则的规划。尽管众多的位置上的确定分析研究 很 少注意非确定性分析的位置。 在浅田的拟定方案中 ,他们 假设工件夹具元件和点之间的联络无阻力。理想的位置 q*,而应放置工件表面和分片，可微函数是 图 1)。 表面函数定义为 :gi(q*)=0是确定的 ,应该有一个独一无二的解决方案为下列所有定位方程组。 gi(q)=0,i=1,2,.,n (1) 其中 向 ,代表了工件的定位和方向。 只有考虑到目标位置 q*附近在 处 : 浅田表明 (2) 阵式所示 （ 3）。确定定位 如果雅可比矩阵满秩，可满足要求。 (2)只有 q=q*一个解决办法 (3) 在 1个 3 ，一个约束方程的雅可比矩阵的 满 秩 的 约束状态如表1所示。如果 定位 是小于 6，工件是 限制约束 的，即存在至少有一个工件 自由 定位议案不 受 限制的。如果矩阵满秩，但定位 大于 6定位，工件 是 过约束，这表明存在至少一个定位等 ;而几何约束工件被删除不影响的状态。 找出一个模型除了3以建立基准框架提取等效 的定位点。胡等 6已经发展出一种系统的方法 ,对这个用途。因此 ,这则能适用于所有的定位方案。 图 1 表 1 等级 数量的定位 地位 6 等 7遵循这些方法和他们实施制定的几何约束分析模块其自动化的计算机辅助夹具设计的核查制度。他们 的 也可以分析工件的位移和灵敏度定位错误。 熊等人 8提出的等级检查方法的定位矩阵 附件 )。他们还介绍了左 /右边的定位矩阵广义逆理论 ,分析了工件的几何误差。结果表明 ,定位及发展方向误差 X 和位置误差 X=r, (4) X=(1r, (5) X=1 r+(1 , (6) 是 任意一个向量。 他们还介绍了从这些矩阵的几个指标，评价定位配置，其次是通过约束非线性规划的优化。然而，他们的研究分析，不涉及非确定性定位的修订。目前，还没有就如何处理与提供确定的位置 的 夹具设计系统的研究。 如果不确定性的位置达到夹具系统设计的 要求 ，设计师知道约束状态是什么，以如何改善设计是 非常 重要的 条件 。如果夹具系统是过度约束， 是理想定位需要的 不必要的 信息 。而下约束时，所有有关知识约束工件的议案，可以引导设计师选择额外的定位或 使得 修改定位计划更有效。的总体战略定位计划表征几何约束的状态描述图 2。 在本文中 ,定位矩阵秩的几何约束的施加评价状态 (见附件为获得的定位矩阵 )。确定需要六个定位器定位提供矩阵的满秩定位 如图 3所示 ,在给定的定位器数量 n,定位法向量 ai,bi,定位的位置 xi,yi,每一个定位器 ,i=1,2,.,n,n*6定位矩阵可以确定如下 : （ 7） 当等级 （ =6， n=6时，是工件良好约束。 当等级（ =6， n6时 ;是工件过约束。 这意味着（ 不必要的定位在定位方案上。工件将不存在限制（ 位器。这种状态的数学表示方法 ,那就是（ 定位向量矩阵 ,可表示为线性组合的其他六行向量。 图 2 几何约束状态描述 图 3一个简化的定位方案。 定位方案，提供了确定性的位置。发达国家的算法使用下列方法确定不必要的定位： 1、找到所有的（ 合定位 的。 2、为每个组合 ,从（ 位器确定定位方案。 3、重新计算矩阵秩的定位为左六个定位器。 4、如果等级不变 ,被删除的 (位器是负责过约束状态。 这种方法可能会产生多种解决方案，并要求设计师来决定哪一套不必要的定位应该被删除 以 最佳定位性能。 当等级（ 6,工件的 限制 约束。 参考文献 1 , B.。自动重构夹具的柔性装配夹具的运动学分析。 机器人 6 2 C， ， M。加工装置的自动配置的数学方法分析和综合。反 英工业 1989;111:299 3 Y, , M.。 夹具运动学分析的基础上充分接触刚体模型。 学与工程 2003;125： 316 4 S。刚性零件的装夹和定位计划的二次灵敏度分析 “。 制造业 2001年科学与工程 ;123（ 3）： 462 5 , 制造业 科学与工程 2001年 ;123:708 6 士论文中，伍斯特理工学院 ;2001年。 7 , , , 会 2:350 8 Y, H, 士顿：爱思唯尔 ;2005年。 轴套钻孔夹具设计 目录 轴套钻孔夹具设计 . 1 套工艺分析 . 2 位基准与机床刀具的选择 . 2 位元件的选择 . 2 位误差分析与计算 . 4 套的设计 . 5 紧装置的设计 . 7 具操作的简要说明 . 7 本夹具主要用来钻轴套上端面的 41 孔的钻孔夹具，对该 41 孔进行专用夹具设计。以下是对该夹具的定位及夹紧方式进行分析。 套工艺分析 该零件主要是中间孔的加工，以及包括端面的 41 孔，还有键 槽和外圆面上的螺孔。主要加工工艺分析如下： 零件可以采用锻打料制成，主要加工工艺流程如： 1、 锻打成毛坯 2、 粗车外圆、台阶外圆及端面 3、 钻中间孔 35，先钻底孔后扩孔最后用铰刀铰孔至公差要求 4、 钻端面上的 41 孔 5、 铣中间键槽 6、 钻 55 外圆面上的 位基准与机床刀具的选择 根据需要加工本次的轴套端面上的 41 孔的方式，本次采用摇臂钻床上加工。摇臂钻床的型号为 头采用 11 的麻花钻。 本次钻 41 孔的定位基准按照工件的特征，选择工件的 55 外圆为主要定位基准， 110 端面下方采用辅助定 位基准。工件以 55 外圆定位用 V 型块作为主要定位元件，其限制工件的 X 方向和 Z 方向的四个自由度，另外外圆 110 外圆面选用限制销钉限制其另外 Y 方向的两个自由度，这样工件便被限制了六个自由度。 位元件的选择 本次选择的定位元件均为机床夹具的标准元件，定位 V 型块为标准件，标准号为 制 Z 方向的支撑钉的标准号为 110 外圆面的挡销为自制机加件。此定位元件图形分别如下： 图 1 型块的标准件 图 1撑钉的标准件 位误差分析与计算 根据本次的轴套的钻 41 孔得出的： （ 1）工序基准 在工序图上用来确定加工表面的位置所依据的基准。工序基准可简单地理解为工序图上的设计基准。分析计算定位误差时所提到的设计基准，是指零件图上的设计基准或工序图上的工序基准。本次的轴套的工序基准为 35 的中心孔基准。 （ 2）定位基准 在加工过程中使工件占据正确加工位置所依据的基准，即为工件与夹具定位元件定位工作面接触或配合的表面。为提高工件的加工精度，应尽量选设计基准作定位基准。本次的定位基准为 外圆 55 面。 如定位分析图，对刀基准是工件的 A 面，定位基准为工件的 55 外圆，则基准位置误差图中 2点的距离。在 2 212 d ，根据勾股定理求得 图中 2L 尺寸的定位误差 2需要说明的是 2L 尺寸定位误差合成问题。由于都含有外圆直径的变化同时引起变化，因而要判别二者合成时的符号。当外圆直径由大变小时，设计基准相对定位基准向上偏移，而当此圆放入 V 形块中定位时，因外圆直径的变小，定位基准相对调刀基准是向下偏移的，二者变动方向相反。故设计基准相对对刀基准的位移是二者之差，即 1s ( 2)( 2 68 90代入，运用 V 型块定位，取 =90，这时的定位误差，定位误差 = 2） =3 足要求。 套的设计 夹具在机床上安装完毕，在进行加工的时候，由于本次是钻孔，需要用导向件使得钻套下钻可以增强同轴度的特性。本次选用的钻套采用可换钻套，连同钻套并选用钻套螺钉将钻套固定，选用的可换钻套和钻套螺钉均为机床夹具的标准件，本次设计采用可换钻套，国标号为 套螺钉的国标 号为 次设计采用的钻套和钻套螺钉的图形如下： 图 1套螺钉的标准件 图 1换钻套的标准件 紧装置的设计 本次的夹紧采用外圆的夹紧方式，原因是以工件的外圆 55 外圆为定位，采用的是 V 型块，即另一边采用活动 V 型块对工件进行夹紧，此夹紧的效果同三爪卡盘的夹紧方式相同。夹紧的装置如下图所示： 图 1紧装置设计 具操作的简要说明 本次夹具的操作较为简单，只需转动侧边的固定手柄压紧螺钉上的转 动手柄即可。 考文献 1 王先逵编著机械制造工艺学（上下册） M北京：清华大学出版社， 1989 2 李德庆，吴锡英编著计算机辅助制造 M北京：清华大学出版社， 1992 3 赵志修主著机械制造工艺学 M北京：机械工业出版社， 1985 4 孙大涌主编先进制造技术 M北京：机械工业出版社， 2000 轴套钻孔夹具设计 目录 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 套钻孔夹具设计 . 1 套工艺分析 . 8 位基准与机床刀具 的选择 . 8 位元件的选择 . 8 位误差分析与计算 . 10 套的设计 . 11 紧装置的设计 . 13 具操作的简要说明 . 13 本夹具主要用来钻轴套上端面的 41 孔的钻孔夹具，对该 41 孔进行专用夹具设计。以下是对该夹具的定位及夹紧方式进行分析。 套工艺分析 该零件主 要是中间孔的加工，以及包括端面的 41 孔，还有键槽和外圆面上的螺孔。主要加工工艺分析如下： 零件可以采用锻打料制成，主要加工工艺流程如： 1、 锻打成毛坯 2、 粗车外圆、台阶外圆及端面 3、 钻中间孔 35，先钻底孔后扩孔最后用铰刀铰孔至公差要求 4、 钻端面上的 41 孔 5、 铣中间键槽 6、 钻 55 外圆面上的 位基准与机床刀具的选择 根据需要加工本次的轴套端面上的 41 孔的方式，本次采用摇臂钻床上加工。摇臂钻床的型号为 头采用 11 的麻花钻。 本次钻 41 孔的定位基准按照工件的特征，选择工件的 55 外圆为主要定位基准， 110 端面下方采用辅助定位基准。工件以 55 外圆定位用 V 型块作为主要定位元件，其限制工件的 X 方向和 Z 方向的四个自由度，另外外圆 110 外圆面选用限制销钉限制其另外 Y 方向的两个自由度，这样工件便被限制了六个自由度。 位元件的选择 本次选择的定位元件均为机床夹具的标准元件，定位 V 型块为标准件，标准号为 制 Z 方向的支撑钉的标准号为 110 外圆面的挡销为自制机加件。此定位元件图形分别如下： 图 1 型块的标准件 图 1撑钉的标准件 位误差分析与计算 根据本次的轴套的钻 41 孔得出的： （ 1）工序基准 在工序图上用来确定加工表面的位置所依据的基准。工序基准可简单地理解为工序图上的设计基准。分析计算定位误差时所提到的设计基准，是指零件图上的设计基准或工序图上的工序基准。本次的
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