龙门铣床水平移动工作台-大型铝铸件浇冒口切割机工作台设计【三维UG】
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毕业设计外文资料翻译学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 外文出处: Computer-Aided Design 42(2010) 1085-1094 附 件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语： 译文选取与课题内容相符，翻译较通顺、准确，具备较强的外文阅读能力。 签名： 2015 年 4 月 25 日毕业设计外文资料翻译附件1：外文资料翻译译文计算机辅助夹具设计：最近的研究和发展趋势Hui Wang, Yiming (Kevin) Rong, Hua Li , Price Shaun摘要由于夹具广泛应用于制造生产中并且它对产品的质量、产量和成本有直接的影响,目前计算机辅助夹具设计(CAFD)已经引起了足够关注并且人们在这个领域取得了许多成就。在这篇文章中，提出了对计算机辅助夹具设计在近十年发展状况的一项调查。首先介绍了夹具在工业上的应用，然后对CAFD领域需要的重要工作（包括它们的方法、要求和工作原理）进行了讨论，最后对未来的研究趋势进行了讨论。1 介绍夹具是一种在机械制造中用于固定夹紧工件的机械装置，将工件正确的固定在机床上并且在加工过程中夹紧工件。夹具广泛应用于制造过程中并且直接影响产品质量、产量和成本。一般来说,在制造业体系中夹具设计和制造成本可以占到工件生产总成本的10% -20%。并且大约有40%的部分是由于尺寸标注错误从而导致夹具设计失败造成的。夹具的设计工作是乏味且耗时的。它经常严重依赖于夹具设计工程师的经验知识，通常需要10年以上制造业实践经验才能设计出高质量的夹具。一般情况下夹具设计经验不足时设计和制造夹具时可能需要数天或更长时间才能完成。良好的夹具设计往往是根据设计者的经验和他对产品的理解程度,夹具设计是一个不断尝试不断改进的过程。因此,日趋激烈的全球竞争促使每个制造行业加倍努力来提高其产品质量从而增强产品的竞争力,压缩生产成本,减少将新产品推向市场的时间,这样一个强烈的愿望促使夹具设计更有效率和成本更低。计算机辅助夹具设计(CAFD)技术在过去的几十年中高速发展可以归因于这一充实的目标。在制造业领域,研究和应用夹具设计在过去几十年得到了足够的重视。且在这一领域发表了很多学术和应用文献。在本文中,我们将重点调查过去十年计算机辅助夹具设计的研究状况。以下部分将对计算机辅助夹具设计的研究状况和研究趋势进行讨论。2 夹具制造 夹具设计是为了固定夹紧一个或多个工件。它广泛应用于制造业，如加工(包括车削、铣削、磨削、钻削等)、焊接、装配、检验和测试等。下面的例子（图2.12.9）是一些在制造业中真正应用的的夹具设计案例。夹具可以有不同的分类原则。然而相比之下，在加工夹具CAFD研究的出版物中，只有少数一直关注其他重要制造领域，例如组装夹具和焊接固定夹具。图2.1加工夹具图2.2飞机轴承箱加工夹具图2.3磨削涡轮叶片夹具图2.4柜的装配定位夹具图2.5汽车螺柱焊接夹具图2.6机器人焊接夹具图2.7针束形夹具应用图2.8模块化夹具在工程机械中的应用图2.9工程机械专用夹具2.1 焊接夹具焊接在制造生产中占重要地位,包括在国防工业中的应用。在重工业行业报告中，由美国焊接学会和爱迪生焊接研究所于2001年6月提供的数据显示“通过这些行业，在1999年焊接对美国的贡献经济不少于78.5亿美元。而在1999年这个数字代表这些企业支出总额的7%”。所以在焊接夹具的开发和设计在整个夹具设计中有重要的技术和商业优势。加工夹具设计和焊接夹具设计之间有明显的区别。比如：1.工件在焊接过程中通常需要几个部件,而工件进行加工的过程只包含一个部件。2.通常焊接过程中的精度要求比加工过程中的精度要求低。3.工件在焊接过程中一般比加工过程中受力小。4.热反应焊接应认真考虑。此外,其他因素也应该多加关注。1.导电性对弧焊稳定性至关重要。2.在选择设备时除了考虑热导率,也应考虑材料热膨胀性能。3.精致的焊接需要优化焊接电路来保持短电弧长度,同时减少飞溅、存根、电弧闪光等现象，确保电弧中断速度最大化。4.复杂的加工设备可能需要一个专用的夹具。专用夹具的设计和安装经常涉及气动或液压技术。由于焊接的重要性在仅在汽车钣金装配、航空工业、薄板的装配和焊接金属等少数领域得到了特别的关注。 过去的十年中,在焊接领域中发表的有关CAFD的研究和应用报告非常有限。通常一个焊接夹具发达国家可以减少每个工件的加热变形量和焊接过程中的残余应力,因此可以减少装配过程中的尺寸变化。目前新开发的一些离线或在线变形分析方法提高了夹具变形控制的能力。金属板组装与激光焊接夹具也要保证一个平整的表面,以确保激光束焊接操作和激光焊接质量。因此,传统“3-2-1”定位方案扩展到混合定位理念（总定位和直接定位）。总体定位是用来定位整个装配，直接定位是用来定位满足金属焊接接头的平面要求。2.2 模块化夹具和专用夹具的应用根据夹具的灵活性,夹具也可以分为专用夹具和通用夹具（如重构和整合夹具、模块化夹具等）。其中整合夹具是由不同形状和尺寸的零件组合而成。整合夹具技术广泛用于许多夹具设计是因为一些组件包含内部变量可以进行调整以满足不同工件的特点。和相变材料相关夹具也用于一些精密制造，例如在航空航天工业、低熔点金属用于封闭涡轮叶片等产品的夹紧磨削操作。最重要和广泛使用的通用夹具是模块化夹具。由于其易于设计制造，模块化夹具已经被越来越多的制造企业采用。因为它的容易使用性能、多功能性和适用性强等优点，那些试图在快速变化的市场运行中保持竞争力，短交货期和控制生产成本的企业中模块化夹具都很流行。在利用标准工件夹紧装置和组件时模块化夹具有更大的灵活性。它的灵活性是因为它有大量的组合夹具组件。应用模块化夹具大大缩短设计时间和减少成本特别适用于小规模产品生产。然而,它也有一些局限性:1.这些组件组合是有限的,这意味着它可能没有合适的组件可以组合一些不规则的工件或复杂的几何图形。2.模块化夹具的结构性质有时比较困难的。模块化夹具的结构特性包括定位精度、刚度、稳定性、装卸和操作速度等,从而使模块化夹具不能达到一个最佳的夹具的质量。3.不适合大规模生产,如汽车生产及其组件的生产。为了比较起见,图2.8显示了模块化夹具用于工程机械的一部分,同样的部分也使用在图2.9专用设备制造业中 ,特别适用于先进、精密、高质量的生产中。因为一个专用夹具是一个特定的产品,设计师不仅要精心定制设计满足基本需求的夹具（如定位精度、稳定、刚度），同时也需考虑方便操作、装卸方便、效率等问题。图2.2.1是一个专用的管弯曲夹具。图2.2.1专门管弯曲夹具专用的夹具设计与模块化夹具设计相比,专用夹具的设计根据工件的设计和制造要求，所以对专用夹具设计任务有更多的不确定性。在夹具设计中,有一个标准化的组件库与预先设计并确定尺寸的夹具组件。因此模块化夹具设计实际上是组装夹具组件配置。由于它广泛使用在当前生产和标准化生产中,在许多报道CAFD的研究和应用中模块化夹具原则上是用来生成夹具设计。早期CAFD模块化夹具只是使用的绘图功能装配CAD系统。根据夹具需要满足的需求,设计师首先指定主定位面和它的定位元件位置（合适的夹紧表面和位置),然后选择适当的夹具组件的位置。虽然设计一个夹具花费的总时间有所减少，但夹具最终的设计在很大程度上取决于设计师的经验。夹具工程师做夹具设计时，公司只提供一些简单的工具，他们主要依靠一些扩展商业化CAD软件进行设计。因此,虽然目前在CAFD领域有许多研究成果报告，但是CAFD在工业中的应用是非常有限的。在过去的十年里,大部分的重点都是放在利用计算机辅助夹具设计的方法来寻找将更多的设计知识嵌入到半自动或自动CAFD系统的技术突破口。3 智能化夹具设计方法通常夹具设计包括定位点的识别、定位器、支承点、和夹具体各部分机构的功能。在夹具设计过程主要包括4步：1规划阶段2装夹设计3夹具单元设计4验证。规划阶段需要根据工件的生产工艺，确定工件在生产过程的方向和位置。装夹设计规划需要确定定位器和夹夹动作以及工件在实际工作时的定位点和夹紧点。定位点的数量和位置必须满足工件的约束条件。夹具单元设计包括确定定位和夹紧机构连同底座的生成。在验证阶段确保工件的生产需求得到满足。夹具设计必须进行验证，以确保它满足其他设计因素,包括固定成本、夹具的重量、装配时间和装卸时间等。目前，虽然提出许多有关夹具设计的新技术且取得了一些成就，但是CAFD技术还不成熟且在商业的应用常有限。夹具设计仍然是当前制造业发展的一个主要瓶颈。这项工作目前有一个典型的实现模式，即夹具设计相关工作严重依赖经验和对夹具设计知识的理解。这种情况阻碍了生产力的提高，相关行业需要很长一段时间来培养一个夹具设计专业人员，使夹具设计成为目前发展的主要瓶颈。因此，新型智能化夹具设计的几何设计工具、设计知识、和设计案例吸引了学术机构的兴趣。这一领域在过去几十年的努力下已经促使计算机辅助夹具设计(CAFD)使用不同的智能方法，如专家系统、案例推理和遗传算法等。从本质上讲，夹具设计方法需要发展必须明确的两个关键问题：在计算机中如何表示夹具设计相关知识和如何实现解决问题的过程。二十年前CAFD技术刚发展时,专家系统经常被用作一个启发式的工具，在它的启发下可以形成一个完整的夹具设计方案,其中夹具设计是在一个交互式的环境中进行。在交互式夹具设计过程中,解决方案是由一系列的夹具设计结论和规则形成的。然而专家系统发展的困难是逻辑推理过程影响了设计的效率和结果的质量。此外，互动模式也使推理过程非常无聊。相比之下案例推理（CBR）不需要专家系统那么多复杂的夹具设计相关知识。基于相似工件的夹具设计方案，通过模仿类似情况创建一个新的解决方案,。首先它通过关注夹具设计方案和强调一些关键数据将重点放在在寻找相似之处，然后通过修改相似设计方案生成最佳的解决方案。CBR技术为在没有很多复杂计算的情况下提出一个很好的设计方案提供了可能性，同时不需要花费很长时间和宝贵经验。下面提出了在过去十年里一些CBR方法之间的比较。案例分析和CBR过程是CBR技术的关键。案例分析是用有效的方法来改进设计方案、建模和更好的利用夹具设计领域知识，CBR过程是一个有效的技术系统，不仅可以协助夹具设计师简化设计过程，而且促使生成设计方案。流行的案例建模方法基于一个属性集。例如在使用结构化模板进行夹具设计时，人们根据的夹具设计相关数据分成三个属性组：部分表示、设置表示和夹具表示。然而，这种方法很少有明确的定义和人们不能选择合适的属性。所以这主要依靠设计者的经验：设计师需要针对具体设计选择一些重要的属性才能生成夹具设计方案。因此它需要夹具设计领域知识才能明确设计要求。在这种情况下，博伊尔开发了一种夹具设计方法，将信息分为两个库：概念设计信息和夹具单元信息。并且将夹具设计信息分为三层：工件、夹具计划和夹具单元。夹具设计相关专业知识在CBR过程至关重要。实际上使用单个CBR系统根据相似性通常不能生产比较准确的设计方案。在大多数的文章描述的CBR过程是相似的，是个周期性的经典模型。但目前一个典型的设计过程中，在没有设计师交互的情况下，经过一个周期的CBR过程，夹具设计不能生产一个好的解决方案。这就是为什么我们建议建立交互式夹具设计系统。交互式CBR过程从粗糙的索引到解决夹具配置形式的确定，每个周期的结果可以得到一个更新的机会，更接近理想的结果。每一次完成一个案例索引和检索CBR过程，系统将提供夹具设计工程师详细的选择的情况，而不仅仅是一个首选。设计师需要在选择首选的情况下确定需要做出什么改变来解决新情况和如何实现这一改变。因此在这个交互式设计过程中，在确定最终的解决方案前需要多个回合的CBR推理和人工干预。4 结论和未来的研究本文主要介绍了近期计算机辅助夹具设计在方法、系统和应用程序方面的成就。截止2
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