XK5032A螺母座加工工艺及其4-M8深20钻孔夹具设计【说明书+CAD】
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XK5032A
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XK5032A螺母座加工工艺及其4-M8深20钻孔夹具设计【说明书+CAD】,XK5032A,螺母,加工,工艺,及其,M8,20,钻孔,夹具,设计,说明书,CAD
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外文翻译关于零部件的自动装夹与夹具设计系统Michael Stampfer著；陈玉琳译【摘要】本课题要研究的是计算机辅助工艺规划夹具设计领域。本文论述了对零部件在卧式加工中心的装夹和夹具设计问题。装夹和夹具的设计包括装夹的定义，装夹顺序和每次装夹用的夹具的方案设计。本文研究的主题是夹具的自动化方案设计。本课题是与装夹规划相互联系，因此，作者的目的是对装夹和夹具设计，以及在一个集成系统的研究结论的综合处理。基于工件模型，这种已开发的系统能够自动确定装夹顺序，装夹的内容和为每个帮助装夹的夹具的概念性解决方案。本文介绍了关于夹具的解决方案和工件的装夹部分任务的问题，以及针对这部分任务的典型解决方法及其应用条件，最后还提出了一种新的方法，这种方法使装夹和夹具设计任务和在某个集成系统中的研究发现的集成处理成为可能。【关键词】工艺规划 夹具规划第 19页（共 20页）1 引言工艺规划可以分为以下几个步骤（图1）：（1）装夹方案和夹具方案设计；（2）操作计划；（3）夹具结构及其设计。图1 集成工艺设计和夹具设计系统装夹规划和夹具方案设计是工业设计中最复杂的脑力任务之一，只有当它非常困难的时候才考虑自动化。工艺规划人员经常发现解决方案依赖于他们在工程上的直觉和经验。这意味着从事夹具设计的研究人员为数不多，特别是在棱柱形工件的情况下。其原因可能是对于解决夹具问题的已有知识在公式，逻辑图或明确定义的流程等显形式中是不起作用的。对于另一个设计任务，相比之下，它制约着这种适当的夹具设计方法的发展。尝试自动化夹具设计活动并不是一个新想法，也不是第一次尝试。研究人员已经认识到致力于解决夹具方案设计问题的计划系统发展的必要性，在这一领域取得的主要成果如下。博尔马提出了棱柱形零件的安装与夹具规划的修正系统。在这个系统中，首先所选择的这个特征意味着要在一个装夹中等待加工。然后，在选择合适定位和夹紧的表面。系统只对工件的对立面到定位面进行装夹面的搜索。它是CAPP系统的一个子系统，这是第一个完整的工艺过程设计系统用于商业化，覆盖了大部分的工艺规划功能。朱斯蒂等人介绍了规划系统的KAPLAN。它是第一个具有商业化和产业化工艺规划功能的完全专业的工艺规划系统。这对工艺规划转动部分是一个有理论基础的方式。机器工具的选择是交互式的，而加工顺序和夹紧装置是随机选取的。快速转换单元是由常先生发明的，这是一个整体式的规划系统，集设计，工艺规划，单元控制和图像检查功能于一体。设计它是用来生产一种棱型部件的一部分，这可在立式加工中心上加工而其夹紧装置有缺陷。揣派等人出发去寻找定位和夹紧点。在此设置中，工件的定位是作为输入数据来处理。他们的方法是根据工件的投影到固定装置的基础元件来分析的。第一步，该算法选择基本元素的定位点。下一步，它定义了两点定位坐标和最后一点定位坐标。两种算法是用来对夹持点的定义做复查的，一个是负责工件夹紧的投影方向和一个是负责垂直方向的。蔡某人提出了一种新的方法，称为设计夹具装置组合的粗放夹具外形，最小限度地减少定位误差。作为输入数据，需要用到下面的：工件几何模型，初始定位位置，夹紧力的方向和大小。该系统不断改变初始定位的位置，直到定位误差减少到最小。琼伽等人提供了一个操作设计者的简短的描述和一个夹具规划程序的更详细的描述。它们是一个集成的工艺规划系统的一部分。安装设计师首先将被加工成不同安装表面集合起来，然后定义安装顺序，再选择一个安装的最小数字。夹具设计者首先确定夹紧方法（虎钳或组合夹具），选择可行的功能定位，支撑和夹紧，刀具干涉检查，然后建立整个装配体和最后检查稳定性。玛等人提出了一种自动化夹具设计系统，该夹具的表面是基于几何和操作信息而自动确定。哈瓦施等人提供了一个通过利用遗传算法做安装规划和安装次序优化的方法。Champati和Marefat等人对棱柱形零件应用案例推理过程规划而夹紧装置是一个缺陷。塞西尔选卡地区除了机械稳定性分析刀具的可访问性的几何方法。巴黎等人开发出一种方法，其中涉及在建立加工操作同时分组选择适合装夹方案。工艺方案进行了三步。第一步包括格式化的工艺规划系统的基本数据。这些都对加工特征的集合，制造设备和夹具的特点设置。夹具的特点被定义为三个定位特征的组合和至少一个夹紧特征。夹具的特点是建立交互方式。第二步处理与加工特征的加工工艺。第三步是对整个工件加工的全球计划组织。萨尔等人提出了一种集成装置和夹具规划系统。程序读取文件的步骤，建立和修改模型，切片，在不同高度，试图建立可接受的定位点，检查可访问性和稳定性，给出了选择列表的耐受性越轨行为的解决方案。一些研究人员采用模块化的夹具设计原则产生。建立交互方式。第二步处理与加工特征的加工工艺协会。这些系统包括三个模块：（1）在组合夹具元件选择模块，（2）对夹具元件装配模块和干涉检查模块，（3）夹具概念设计是作为输入数据或是解决交互处理。虽然众多的计算机辅助夹具设计技术已被提出并实施，夹具的设计仍然是一个主要的瓶颈在CADCAM的集成活动。用夹具规划新方法的回顾，发展为盒形零件加工的四轴卧式机，希望有助于克服困难。2 夹具的基本功能及其典型的解决方案箱体工件的加工，最适合的机械是卧式加工中心。卧式加工中心的主要特点是多样化的制造运作的适宜性，在工具杂志和一个旋转或数控机床表的帮助下，所有的四面工件在一次装夹是可加工。根据工件的复杂性，完整的加工制造过程可以在一个或两个定位做了。对夹具的基本功能定位与工件的装夹。定位可以分解成平面定位（支持）和侧面定位，而侧面定位是进一步减少轴向定位导向（图2）。图2 定位由于巨大的变异和棱柱形零件的复杂性，代表整个夹具是不可能的。然而，部分夹具功能的解决方案可以代表。以卧式加工中心和分析现有的夹具技术设施的考虑，根据工件的平面定位表面的位置，有三种类型的平面定位建立（图3）：（1）水平（表示“位置1”），（2）垂直（“位置2”），（3）的部分加工定位面垂直（“位置3”）。图3 平面定位类型有侧定位建立四种基本类型（图4）：（1）利用表面定位边，它在平面定位面邻接面；（2）用两个钻孔的平面定位人脸定位侧；（3）用一个钻孔的平面定位面上其中的相邻面表面定位边；（4）侧面定位用两个螺钉和螺纹接头上的平面定位面。图4 侧面定位类型根据夹紧力的方向，夹紧可垂直于平面定位面（型S1）或平行的平面定位面（型S2）。基本型S1，取决于夹紧面位置，可以进一步分为亚型S11，S12和S13。在这情况下，夹持面在平面定位面相邻的两侧。在S12例，夹紧表面（或面）在飞机定位面对面，和类型S13，夹在对面，是通过钻孔。一个夹具体方式是通过螺钉和螺纹接头夹在平面定位面叫做式S3.一个夹具体方式是通过螺钉和螺纹接头夹在平面定位面叫做式S3（图5）。夹点的数量也夹一个很重要的属性。根据夹点的数量，我们区分在一个，两个夹之间，三和四分。添加到以前的基本类型，可能的卡类型如下：s11_2，s11_3，s11_4；s12_2，s12_3，s12_4；s13_1，s13_2；s2_1，s2_2；s3_2，s3_3，s3_4。在这个列表中，后面那个数就是夹紧点数量。图5 夹紧类型3 用于定位和夹紧工件合适的表面除了提出系统化的工件的装夹部分任务的解决方案，还建立有决定工件表面支承，侧面定位和夹紧等适宜性的标准。3.1合适的平面定位表面合适的平面定位表面取决于表面的形状和尺寸。根据它们的形状，以下的表面对于平面定位是合适的：平面表面，间歇性的平面表面，在同一平面上的一组平面表面，在两个不同平面的一组平面，圆柱面（平行轴），圆柱和平面的组合。被列出的表面（特征）到目前为止都不能同等的适用。同枚举相似，它的适用性有所降低。在专家系统模型中，只有前三个功能是内置的。除了有一个适当的形状（特征），平面定位的表面必须足够大以适用于平面定位。平面定位候选特征尺寸必须与工件的三个整体尺寸相比较（图6）。图6 平面定位面尺寸与工件三个整体尺寸的比较3.2适合的侧面定位表面合适的表面特征是通过每个侧面的定位类型建立的。侧定位可分为导向定位和轴向定位。因此，对于导向定位和轴向定位，对它们的适用性测试是分开进行的。导向的适合性必须从三个方面进行测试：表面形状，表面尺寸和表面的位置。对于轴向定位的适宜性必须从两个方面进行测试，即根据表面形状和表面的位置。根据表面形状，一般在平面定位面上应该有两个孔。典型尺寸就是孔位之间的距离，这个距离不能小于平面定位面最长边的35%。其他侧面定位类型合适的表面可以用类似的方式定义。3.3合适的夹紧面合适的夹持表面必须从四个方面进行考察，即根据表面形状，表面的位置，夹紧力和表面尺寸。每一种夹紧类型都有合适的夹紧面。4 对装夹和夹具设计必要的信息输入基于特征的工件模型要通过工艺过程的规划看似是不可避免的。然而，对于夹具方案的设计，除了特征的局部数据，工件模型必须包含工件的整体结构，必须给出考虑特征之间的关系描述的可能性，这就是定位公差和尺寸公差。有一种解决此问题的方法，将整个工件首先约束到六个面（顶部，底部，左，右，前，后），对于每个面，有一个或多个指定的等距平面，其位置由距离工件零点的距离确定（图7）。这样，每个特征的位置被定义为工件零点（其他也是以此方式）。图7 特征位置的定义。W为工件零点，R为特征参考点特征自我的尺寸公差和定位公差（图8）是工件模型的重要部分。特征之间的公差（“互连”功能）可分为粗略的和严格的公差关系。图8 连接表面的定位和距离公差这些松散性公差关系之间的联系组成了精度的相关要求，可较为容易的实现，即使是加工连接面由两个夹具夹持的种情况也是如此。在这些功能性连接类型的情况下，就平行或垂直的工作台而言，夹具的精度是至关重要的。在这一组中，以下类型的公差已经确定：1定位公差（a）两个平面之间的平行或垂直。（b）平面和轴之间的平行度或垂直度。2尺寸公差（a）两个平面之间。其公差带是否为T0.2毫米。（b）平面和轴之间，其公差带是否为T0.2毫米。这组严格公差之间的相互联系组成了精度要求，可较为容易的实现，即使是加工连接面由两个夹具夹持的种情况也是如此。这两种情况分别是：高精度的夹具和工件的定位元件。这组包含以下类型的公差：1定位公差（a）并行度，同轴度或两轴之间的垂直度。2尺寸公差（a）两个平行轴之间。（b）斜轴之间。（c）平面和轴之间，其公差带是否为T0.2毫米。（d）两个平面之间。其公差带是否为T0.2毫米。在这种连接类型中，相关面要在夹具中来加工，或者当没有其他解决方案时，这个面只能放在两个夹具中完成加工。这些属性也扩大到工件表面，所以包含严格连接特征的工件表面是严格连接起来的，只包含松散连接特征的工件表面是松散连接起来的。基于特征的工件模型主要是通过识别来创造，通过专家来扩展。5 装夹规划和夹具设计大多数研究人员将夹具设计过程分为几个步骤：（1）装夹规划，（2）夹具方案设计，（3）夹具结构。在笔者看来，装夹设计和夹具方案设计是相互关联的，实际的设计任务不能被分成单独的夹具或装夹设计任务。这种新方法使装夹与夹具设计任务和在某个集成系统中的研究发现的集成处理成为可能。它是这样假定的，加工是在卧式加工中心进行的。在最好的情况下，工件四面要被加工的面，在卧式加工中心可以一步装夹进行加工。因为一个箱体工件有六个面，所以它几乎总是要进行两次装夹。问题是，哪些面要在一次装夹中进行加工，或者说如何在机床工作空间中选择工件的位置？这些问题只能通过分析工件的精度要求来回答。显然，要实现规定的公差，最直截了当的方法是在一个装夹中对这些模型进行加工，这种装夹与公差相互关联。机床工作空间中对工件位置的定义，以及装夹的界定，必须参考工件的功能性结构特点的定位。然而，这种方式选择的工件位置，只有当它是适用于夹具的解决方案（即适合的支撑，定位和夹紧），才是可以接受的。这一事实使装夹规划和夹具方案设计的集成方法成为需要。装夹，即夹紧，其功能性加工表面或大部分表面是受到主力夹紧，而在其余的加工表面则受到辅助夹紧。不考虑夹紧顺序，主力夹紧的解决，比辅助夹紧更为重要。 图9 部分装夹和夹具解决方案ANDOR图基于上述声明和约束方案，装夹和夹具的解决方案恰是主力夹紧和辅助加紧的解决方案（图9）。6 主夹具的一般解决方案和操作顺序要解决主要夹紧结构，必须设法在所有连接加工面的加工中心的工作区内，找到工件的位置。以这种方式，可以获得工件很高的准确性，并同时达到夹具的精度要求，而且其复杂程度是最小的。工件的这个位置被称为“工件理想的定位位置”。用这种方式可能是最好的夹具解决方案。然而，在一些情况下，连接面的安置要面临一个问题，工件不能被放在理想的定位位置。在这种情况下，要针对性地找到工件的一个位置，这个位置在一次装夹中至少对于严格连接面的加工是可能的。换句话说，在这个阶段可以不考虑松散连接面的影响。这样，夹具的解决办法仍然“合理”，但精度要求仅涉及到平行度或指向任何特征表面的垂直度（见4节）。如果这个尝试不成功，那么你必须放弃在一次装夹中实现所有的严格连接面加工的想法。同时，在某些情况下，不是整个面而是平面上严格连接特征（孔），在一次装夹中都可以与其他严格连接面一起被加工（见6.3节）。最后，当枚举法不行时，就必须在单独的夹具中加工公差要求较高的面。在这种情况下，夹具的精度要求非常高。考虑到上述方面，有以下四个对策来解决主夹具问题（图9）：（1）用于获得技术上理想工件位置的夹具解决方案（2）基于忽略低精度公差面的夹具解决方案（3）基于降低严格的公差，而将其部分地分配至松公差面和严格公差面的夹具解决方案（4）使严格的功能关系失效的夹具解决方案这种方法到目前为止还没有获得成功的方案同样适用于夹具。采用第一种方法，我们得到了最好的结果。只有当第一种方案未能提供解决方法时，第一个策略才得以应用。6.1用于解决技术上理想工件位置而设的主夹具解决方法该策略旨在找出机床工作空间中工件的位置，这将使得在一个夹能够加工所有的相关面。在机床工作空间中，工件的可能位置由这种要求所决定的，它要求在一次装夹中，所有的相关面都能被加工。根据平面定位的类型，这可以归结为如下：（1）对于水平面上的定位类型-位置1平面定位面和其对立面不能成为有公差关系的面，因为在一次装夹中，不可能同其他面一起对它们进行加工。（2）对于垂直面上的定位类型-位置2-平面定位面，面对工作台的平面和它的对立面，不能成为有公差关系的面。由于水平面定位（位置.1）允许四个面的加工，而且夹具结构简单，系统会首先尝试生成水平面定位类型的夹具的解决方案。如果这种尝试失败，就会有另一种尝试：用垂直平面定位类型来解决夹具。为了最后采用选定的工件位置，它应该适合工件夹具的解决方案。当平面和侧面的定位和夹紧时较容易实现时，工件的这个位置就是适合的（图10）。在接下来的步骤中，进行侧定位的合适性检查。图10 技术上理想工件位置的部分ANDOR图如果对于一些侧定位的可能类型中，它们在恰当的工件表上是合适的，那么这个选定的工件位置就适合侧定位。接下来就是检查夹紧的合适性。对一些可能的夹持类型，如果在适当的工件端面的合适的表面（或面），那么该工件的位置被认为是适用于夹持的。由于平面定位和侧位定位的合适性已在前一阶段得到检查，所以夹具方案已从技术角度达到理想的工件位置。如果该工件位置不适合装夹，该位置就会被忽略，然后再去选择一个新的位置，重新去检查平面定位，侧定位和夹紧的适宜性。考虑到工件有6个面，在原则上，工件任何一个面都可以作为平面定位面，对于每个平面定位类型，工件在机床工作空间中有六个可能的位置，比如位置1和位置2。如果可能的工件位置均没达到要求，这种基于理想的工件位置的夹具解决方案就不能解决问题，这种方案应该被抛弃。6.2基于忽略低精度公差面的夹具解决方案自从第一个策略，即假设所有的连接面必须是在一个装夹中得以加工，就未能获得一个夹具的解决方案，因此被迫减少这一要求，以满足工件的位置，工件在这个位置下，其所有严格的公差相关的面在一次装夹中进行加工是可能的。除了在机床工作空间中，松散性公差的面在选择工件位置的过程中被忽略，这一战略是与前一个类似。这可以通过以下的方式构想：（1）在水平面上的定位类型情况下，平面定位面和其对立面不能是严格连接的面。（2）在垂直面上的定位类型情况下，面对工作台的面和其对立面不能是严格连接的面。根据以往的要求，为了使假定的工件位置得以采用，它必须适合于平面定位，侧面定位和夹紧。这一战略，主夹具往往是第二考虑因素，这意味着只有已加工表面才可用于定位。一个工件位置的适宜性，以相同的方式像第一种策略那样进行检查。6.3基于降低严格的公差，而将其部分地分配至松公差面和严格公差面的夹具解决方案当前两种策略失败，这一方案才得以采取。如果不能对工件所有的严格连接面进行加工，这一策略的重点就要找到这样的夹具的解决方案，使在一个装夹中完成至少所有严格连接特征面的加工。它采用对有严格公差面的分析，来找到这个的面，除了有严格公差的孔，还包括无公差的或低公差精度的面，都是适合定位和夹紧的。如果这样的面存在，那么工件包含的所有表面，除了有严格公差的那些，将在在附加夹具中进行加工。这个面将作为主夹具中的定位平面，通过这个定位，所有有严格公差的工件表面，包括定位平面上的这些面，将被加工。因为在这种情况下，在定位平面上的一些表面被加工，这个平面的定位形式总是与局部的加工定位面相垂直（位置3）。图11 基于降低严格的公差，而将其部分地分配至松公差面和严格公差面的夹具解决方案部分ANDOR图工件的位置更精确的定义如下：面对工作台的面及其对立面不能有严格的公差关系。这一战略背后的逻辑可用ANDOR图在图11中进行描述。对于夹具精度而言，该夹具的解决方案能够允许无特殊要求情况下的加工精度，然而却增加了夹具的复杂性。6.4使严格的功能关系失效的夹具解决方案如果所讨论的策略没有一个能产生所需要的解决方案，那么不得不被迫在分离的夹具中对有严格公差要求的表面进行加工。因为这个原因，第二次装夹的夹具必须非常准确，这往往在满足工件精度要求的过程中提供一个关键的问题。现在，你只需要分析工件位置即可，而在这个工件位置上，其定位面是严格连接面中的一个。那就是，工件的其他可能位置已经通过第一个三种策略的应用得到分析，但方案没有被解决。在在，第一步是通过这水平定位面，在机床工作空间中找到该工件的位置，这能保证与平面定位面相对的面没有严格的公差关系。如果这种尝试失败，那么平面定位面和其对立面可以有严格的公差关系。对侧定位形式的选择必须要特别注意，它要在严格的面连接类型的基础上进行。对于这种策略，更详细地描述见。6.5夹具的内容定义在解决主要夹具时，下面的事实已为人所知：平面定位形式，主夹紧中工件的定位面，平面定位面平面，侧面定位面，侧面定位形式，导向表面与纵向表面，夹持形式与夹紧表面。基于这些事实，它可以在主夹紧和辅助夹紧中减少技术操作。因此，必须定义哪一个特征面要在主夹具中加工，哪一个要在附加夹具中加工。当平面定位形式在主夹具中是水平或垂直的时候，这个任务就比较容易。在这些情况下，是足以定义这些表面的（当然所有特征都是一些面），它们将在主夹具或辅助夹具中进行加工。当垂直的平面定位形式在平面定位面进行局部加工时，技术操作的减少给主夹紧和辅助夹紧更为复杂，因为主夹紧的平面定位面在主夹具或辅助夹具中不得不进行非完全的加工。为此，必须精确地去定义，在平面定位面中，哪些表面应该在主夹具中加工，哪些应在辅助夹具中加工（图12）。图12 减少对装夹的技术性操作继而在顺序上，除了一种情况，辅助夹紧都要优先。当夹持方案在技术上理想的工件位置上被解决时，主夹紧才优先，但在这个位置上，工件只有适用于平面定位的粗糙表面。7 辅助夹紧夹具的概念性解决方案辅助夹具的概念性解决方法，随着技术操作在主夹紧和辅助夹紧中的减少应运而生。首先，必须有必要性的检查下辅助夹紧，因为当
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