YB4包装机轮轮体的铣右端台阶面夹具设计及加工工艺工装设计【含5张CAD图带过程、工序卡片】
YB4包装机轮轮体的铣右端台阶面夹具设计及加工工艺工装设计【含5张CAD图带过程、工序卡片】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下:
任务书题 目 YB4 包装机轮轮体加工工艺及工装设计姓 名 系别 机械工程系 专业班级 学号设计任务一、本论文主要研究内容包括:1、制造业现状及发展状况分析,了解零件的工作环境,零件的性能要求;2、加工工艺路线分析内容,机械加工工艺规程文件的制定原则;3、各工序的工序尺寸、进刀量,切削用量等确定方法;4、CAD/CAM 技术;5、机床夹具设计原理,典型工序的专用夹具设计原理。 二、本论文应达到的目的:1、根据制造业发展需求,设计合理的加工工艺路线,制定详细机械加工工艺规程文件包括工艺卡片、工序卡片等;2、设计机床夹具,分析工件的定位精度并进行计算; 3、CAD 绘制三维及工程图样数张,达到 3 张零号图量;4、完成学院毕业设计管理规定的各项设计任务;5、设计论文不少于 20000 字,格式按学校的要求。时间进度1、第八学期第 1-2 周:查阅国内外与课题相关的文献, 提出设计方案,确定研究步骤,完成开题报告。2、第八学期第 3 周提交实习报告,外文翻译.3、第八学期第 410 周:课题研究。第八学期 11 周:整理相关设计数据、撰写设计说明书。完成设计并提交指导教师4、第八学期 12 周:教师评阅毕业设计或毕业论文,学生修改论文。5、第八学期 13 周:完成论文答辩前期工作。6、第八学期 14 周:学校论文答辩,全部资料的整理、完善。7、第八学期 15 周:学生毕业设计或毕业论文存档。主要参考文献资料1、中文 15 篇以上2、英文 5 篇以上3、机械加工工艺设计手册4、夹具设计手册5、相关资料指导教师签字: 年 月 日开题报告论文(设计)题目 YB4 包装机轮轮体加工工艺及工装设计姓名 系别 专业班级 学号1.选题目的和意义:选题的目的:YB4 包装机轮轮体的加工工艺规程及其夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,并设计出专用夹具,保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论,又要注意生产实践的需要,只有将各种理论与生产实践相结合,才能很好的完成本次设计。选题的意义:机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品,并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用,也可以为其它行业的生产提供装备,社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业,因此制造业是国民经济发展的重要行业,是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲,机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 2.本选题在国内外的研究状况及发展趋势:机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。因此,机械加工工艺规程在机械加工中起着重要的作用,主要包括以下的几个方面:(1) 工艺规程是指导生产的主要技术文件,机械加工车间生产的计划、调度,工人的操作,零件的加工质量检验,加工成本的核算,都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题,也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故,应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。 (2) 工艺规程是生产准备工作的主要依据 车间要生产新零件时,首先要制订该零件的机械加工工艺规程,再根据工艺规程进行生产准备。如:新零件加工工艺中的关键工序的分析研究;准备所需的刀、夹、量具(外购或自行制造) ;原材料及毛坯的采购或制造;新设备的购置或旧设备改装等,均必须根据工艺来进行。(3) 工艺规程是新建机械制造厂(车间)的基本技术文件 。新建(改.扩建)批量或大批量机械加工车间(工段)时,应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置,再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。 此外,先进的工艺规程还起着交流和推广先进制造技术的作用。典型工艺规程可以缩短工厂摸索和试制的过程。因此,工艺规程的制订是对于工厂的生产和发展起到非常重要的作用,是工厂的基本技术文件。夹具是机械加工不可缺少部件,机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。一、高精机床加工精度提高,降低定位误差,提高加工精度对夹具制造精度要求更高高精度夹具定位孔距精度高达5m,夹具支承面垂直度达到 0.01mm/300mm,平行度高达 0.01mm/500mm。机床夹具精度已提高到微米级,世界知名夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然,适应不同行业需求和经济性,夹具有不同型号,以及不同档次精度标准供选择。二、高效提高机床生产效率,双面、四面和多件装夹夹具产品越来越多。减少工件安装时间,各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等,快速夹紧功能部件不断推陈出新。新型电控永磁夹具,加紧和松开工件只用 12 秒,夹具结构简化,为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。缩短机床上安装与调整夹具时间。三、模块、组合夹具元件模块化是实现组合化基础。利用模块化设计系列化、标准化夹具元件,快速组装成各种夹具,已成为夹具技术开发基点。省工、省时,节材、节能,体现各种先进夹具系统创新之中。模块化设计为夹具计算机辅助设计与组装打下基础,应用 CAD 技术,可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库,进行夹具优化设计,为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具切削过程,既能为用户提供正确、合理夹具与元件配套方案,又能积累使用经验,了解市场需求,不断改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作,正着手创建夹具专业技术网站,为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发公共平台,争取实现夹具设计与服务通用化、远程信息化和经营电子商务化。四、通用、经济夹具通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式夹具系统,一次性投资比较大,夹具系统可重组性、可重构性及可扩展性功能强,应用范围广,通用性好,夹具利用率高,收回投资快,才能体现出经济性好。3.主要研究内容:包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。一 零件的分析1.1 零件的作用1.2 零件的工艺分析二. 毛坯的确定2.1 确定毛坯的制造形式2.2 毛坯形状及尺寸三 拟定加工工艺路线3.1 基准的选择3.1.2 粗基准选择3.1.2 精基准的选择3.2 制定工艺路线四 零件加工工序设计五、 夹具设计5.1 问题的提出5.2 定位基准的选择5.3 切削力及夹紧力计算5.4 定位误差分析5.5 夹具设计及操作简要说明4.完成论文的条件、方法及措施,包括实验设计、调研计划、资料收集、参考文献等内容。对零件进行工艺分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量;对工件设计专用夹具,选择设计出夹具的各个组成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件。5.指导教师意见及建议:签字: 年 月 日自动化夹具的规划系统的发展 摘要:夹具是一个很重要的工业步骤。计算机辅助夹具设计技术在涉及制造规划中迅速发展。自动化的夹具外形设计系统发展成被用来挑选自动组合夹具元件和把它们合适的放在装配关系的位置上。在这篇论文里,一个自动化夹具设计系统只是呈现了夹具在基于工件几何和可操作性上,夹具表面和位置都是自动化的。夹具的可及性、表面特征准确、夹具稳定所面临的主要问题都在夹具规划中这个系统的开发在这篇论文里,夹具规划和实施例被提出来了。 关键词:精确度;夹具;夹具规划;定位1.介绍夹具是一个重要的工业生产活动在工业周期中。计算机辅助夹具设计被广泛应用在CAD/CAM 中 1。CAFD 的发展对于减少交货时间,制造运转和审核的制造过程中的有很大的贡献 2。CAFD在柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)中扮演了一个很重要的角色 3。图1 夹具设计制造系统图1概括了活动在夹具设计制造系统,它们包含三个主要领域:设置规划,夹具规划、夹具结构设计 4。目标规划,是决定设置机构的数量,定位及发展方向的工件在每个设置,在每个加工面的也占有一席之地。夹具规划定位和夹紧点了工件表面上。夹具结构设计的任务是选择夹具元件和把它们安置在贴合位置然后夹紧工件。一个自动组合夹具结构设计系统,在选定的工件摸具的表面和夹紧位置上,夹具单元和放置在自动生成位置协助夹具组件装配关系上被广泛的应用发展 4,5,本文论述了夹具规划当夹具工件表面及位置时自动选择的内容。对夹具设计以往已经出版了的文献分析中,只有综合夹具规划系统,是主要用于产生夹具计划还没有发展工业领域中的应用。前期工作包括:自动测定方法的夹具定位和夹紧源自数学模型 6;一种算法选择的定位和夹紧的职位提供最大限度的机械杠杆作用 7;基于运动学分析夹具的计划 8,9;一个夹具的等级和精度等级建立在夹具夹紧能力的分析上;在夹具设计中,自动选择中安装要考虑到定位误差因素夹具设计11,而且最后结合2D几何夹具计划系统 12。在我们先前的研究中,夹具的特点 13,夹具的精度 14,15,几何约束 16,和夹具可及性表面 17都被研究过了。设置规划和夹具设计的整体结构被提出来了 18。在这篇论文里,当工件模型和设置规划信息输入系统时,自动夹具规划体系,夹具设计在夹具的表面和关键点中被定义了。2.夹具设计的基本要求在工程实践中,夹具设计的规划是由许多因素组成的,包括工件的几何信息和公差,设置规划信息,就像加工特征,机床,和每个位置的刀具,在每个位置对于工件所产生的影响以及可夹紧的元件,确保一个夹具在一个合适的位置能夹紧,所以生产过程中可以根据国家标准而且必须满足以下夹具要求来进行设计。1.当工件被固定住的时候,工件的自由度必须完全约束住。2.在当前的设置中要满足加工精度的要求。3.夹具设计稳定在抵制外部的影响力及力矩平衡。4.夹具表面和位置可以被可夹具元件轻易地通过5.在工件与夹具之间没有干扰,以及在夹具和刀具之间。在本研究中,我们首先关注4个条件。夹具的计划是基于以下进行考虑:1.尽管工件几何是复杂的,但是在工业生产中,当工件是固定的时在大多数夹具设计、平面和圆柱表面(内部和外部)被作为定位,夹紧表面,是靠着多方面的这些特性的测量。在本研究中,平面和圆柱表面都使用在夹具的计划中。2.许多数控机床、特别是加工中心,可以用来在一个设置中做不同的作业。在大多数情况下,刀具轴机床是固定的。在考虑夹具稳定性时、定位表面最好是反向正常的,还是垂直于刀具轴。锁紧特征、法线方向应符合,还是垂直于刀具轴,所以在夹具设计,应该是与定位器夹紧力相反。3.给表面加工,都应该有从尺寸和公差及其他的测量数据作为定位及发展方向的参考。在夹具规划里、高精度的表面作为优先选择,作为定位表面,方便于,后面的加工误差缩小,而且所要求的加工特征更方便实现。4.在夹具规划中,在一个步骤里,超过一个工件表面是必须选择用来夹紧和定位的,用来限制一个工件的自由度。因此,除了结合个人表面的条件以外,以可用的定位表面来结合现状对于工件的精确定位是很重要的。5.因为夹具和定位器与工件有接触,在保障夹具稳定中,这些点的分布在夹具中起着至关重要的作用。6.一种可行的夹具设计,夹具表面必须要被与夹具元件所接触。有效的使用夹具表面应该是大得足以容纳功能表面的夹具和定位器的表面。除了考虑夹具表面,在表面上的一些潜在的可接触点对于决定最终的夹具点分布也是很重要的。3. 夹具表面装置的概念已经被广泛的应用于设计和制造业,一个经过机器加工的工件可以看作是诸如位面,步幅,多格行置地纸架,插槽和空洞的装置的结合。在一个特殊的运转装置中,用来固定工件的装置可以定义为定位装置或者是表面定位。事实上,大部分的定位装置都是二维圆柱形的曲面。根据夹具的功能,夹具的表面可以分类为定位,夹和合支撑夹具。与设计和制造业的家居装置不同,夹具表面是从属方向定位。他们在制造过程中不扮演相同的角色。一整套的表面装置可以用于装置组合中的夹具表面,但是可能不用于夹具本身或者在其他装置组合中有不同功能的夹具。夹具装置的概念允许与夹具几何学有关的夹具需求。在一个基础特征的家具模型中的装置信息也可以直接用来表示夹具设计的目的。对于制造装置来讲,需要描述一个夹具装置的信息包含几何学和非几何学的方面。前者包括型号,形状和空间参数,也包括工件的定位和方向。厚着包括表面装饰,水平面精确和加工装置和表面操作性的关系。3.1 夹具曲面的离散化在大多数的夹具设计中,夹具装置,尤其是定位表面,是曲面和圆柱形表面。为了估计夹具表面装置的可行性和夹具表面的决定性定位目标,一个备用夹具表面被抽象化为有着相同间隔的网格排列的离散的点 T。如果 T 足够小,离散的抽样点将会大部分的持续。为了让抽样算法变得普遍化,一个在表面外部边框的长方形矩阵用于取样区域。因为在大多数情况下,初始定位表面是垂直于其他定位表面,尤其是在动态反应的夹具设计中,定位表面被看作是底部定位,顶部夹紧和侧别定位,侧边加紧表面。对于有着标准方向 Z 的底部定位/顶部夹紧的表面,外部边框的长方形区域的两边必须要平行于 X 轴,其他的两个边必须与这两个边垂直的平行于 Y 轴。对于底部定位/ 夹紧的表面,必须有2个边平行于 z 轴,尽管其他的两个边必须垂直于前面两条。图形2展示了有着表面外部边框长方形矩阵区域的备用抽样定位表面的抽样。Z 轴在表面定位备用系统中的正常这一猜想,在外部边框长方形矩阵的内部的重要之处可以表示为:x = Xmin + T u, u = 1,2, %, Nuy = Ymin + T v, v = 1,2, %, Nv (1)这些是在 X 和 Y 轴中的点 nu 和 nv ,分别的是Nu = int (Xmax- Xmin)/T and Nv = int (Ymax - Ymin)/T。图2 一个夹具表面外边框矩形的抽样3.2 可及性表面的可及性夹具表面的可及性是一种无论夹具表面是否是夹具组成的一部分的衡量标准。三个主要因素必须考虑:1.夹具的几何表面涉及有效面积和形状的表面。2.法线方向上阻塞工件几何形状或者围绕着夹具的几何区域的表面。3.为达到夹具元件的功能,夹具元件的尺寸和形状。在实际情况中, 工件的一个平面有复杂的形状且法线上或者其他区域有完整或者局部的阻碍。因此需要,一个模型应该全面反映这些事实以便一个合理的可及性与价值可广泛应用于个个夹具表面。表面可及性被定义为建立于在表面上每一个有效的采样点的可及性的统计值,PA由两部分组成:SIA 和NRA。SLA 符合大部分的夹具点中的单独的可及性,然而NRA反映了夹具点的可延长性。SLA的一个样本点以来于三个标签的基础上,标签s1 用于表明无论方形网格标签的中心是在夹具里面,表面或者外面,中心目前的采样点就在里面,在,或在和家具的表面。三个离散值被指定代表它的地位,那就是,0、1、2,分别。如果存在在表面正常的方向和周围采样点上阻塞性工件几何成型,会影响采样点的可及性。举个例子,在图3中所看到的,在工件的一个表面上,采样点p1是不是可以因为并沿工件底部位置的阻塞性几何学的发展方向,P2 无论它周围是不是有阻碍都无法进入。在表面法线方向,自动的评估是否存在的障碍物,一个虚拟的体积是在表面法线方向被由方形测试网格转化成固体。通过使用一种检测方法两种固体实体之间是否有干扰,如图3(b) 中所示的阻碍被确认。这种挤压方法是方形网格标签在侧面定位和夹紧表面上有一点不同,这个面上方形网格标签起初沿着底部定位方向,然后伸直标签是沿着侧面定位和夹紧表面上被挤压成型,如图4所示。属性标签s2是用来记录检查的结果在采样点阻塞的结果。当这些受阻被检测到,s2 = 1,否则,s2 = 0的图片标签。Detected, s2 = 1, otherwise, s2 = 0。检测到,s2 = 1,否则,s2 = 0的图片标签。 如果发现测试网格上面采样点不阻碍,其个体可触性很大程度上取决于测试表面和夹具元件,由属性标签s 3表示,s3的定义公式是AreaI是接触面积,T是边长。在此基础上三个属性标签,也是采样点的p u、v 可以赋予一个数值根据以下规则:图3. 阻塞检查在样本的有效点底部表面定位。 (pi意味着被点Pi沿着其可接触的方向执行挤压成型。 )图4 阻碍在样本点在边缘定位或者夹紧表面时的检查如果侧面定位/夹紧而且 s1 OutsideOuterLoop则 在v反映了影响的重点的高度一边定位/装夹。在采样点的周围区域也会影响其可及性。在一个夹具的表面,当前的采样点与周围的其他采样点的位置关系可以用3*3地图来表示,在P c是当前采样点的地方用一个离散型(u, v)来表示,P 1P8是8个周围点, 他们的位置如图5所表示。NAR在当前点P u,v 可以使用公式:由于F k和kth周围有接近关系的因素,可以建立在SLA的基础上确定以及测量(s1, s2,s3) 。在底部定位或者顶部定位时,当侧面定位或者夹紧时,一个有效的采样点,一旦SLA,NRA同时知道, PA也能根据方程式被计算出来:图 5. 在3 X 3方位图中的当前点P c和8个相临样本点P 1P8 从 SLA 和 NRA 定义 SIA 在射程为 0 1,NRA 的范围为-1 1。因此,PA 必须在范围-1 2。当 PA 是少数非零系数,采样点严重阻碍一种可行的夹具点。整体可访问性(OA)家具表面的定义是通过值的总和检验样本点,即:由于整体可及性是通过表面上,样本点的可及性影响来判断的,这些信息关于有效面积和形状复杂的表面在模型上所展示。一般来说,模型,满足标准的表面以较大的可及性数值比较小的可及性数值更加满足要求。3.3 夹具精度的总体性特征最重要的任务之一是为夹具加工工件保证公差要求。特征的准确性被他们的公差和表面处理。一般来说,公差的功能分为两种类型:尺寸精度和几何公差。尺寸公差的大小表达关系的两个特点的工件。如果有一个特征尺寸公差严格对加工特征,这意味着特征可以使用作为操作数据可能,即定位表面的设定。基于数据的特点是是否有需要,这次的公差可以进一步分成形式公差和位置公差。形式公差是只有特色的有关本身指定允许几何变化特点。个人特征的适用性的夹具的数据。位置公差是相同的重要性夹具尺寸公差的计划,因为它代表之间的一种关系的特点。为了评估特征的准确性和有效利用时间的方法在即可规划、广义精度等级是应用于特征这次调查的定义是:都是重要因素。Tg (w1Td + w2Tp) * (w3Tf + w4Tr) (10)Td,p,Tf的尺寸精度等级,位置公差等级和形式分别公差等级。T r是公差等级等同于表面光洁度,w 1, w2, w3, and w4都是重要因素。这多个操作 “*”代表了一个主导的关系的地方一个零值可导致最后的结果,而经营“+”代表着一个相对薄弱的关系偏好。T d,T p、T f,与 Tr可以通过阴影算法 11,18 中描述。4.自动化设备的发展规划系统概述夹具计划系统自动的展现为图6。程序为夹具规划可以是分开的到五个阶段,包括输入、分析、计划、验证、输出。输入的数据包括一个工件CAD模型含有几何和宽容的信息特点和工艺设定工件,规划信息包括特点和加工机床类型的特殊设置。这些数据可以提取也从CAD数据库和用户交互地通过了计算机辅助设计系统。分析涉及候选人的提取夹具相关信息的特点,精度和评价访问夹具的特点。在这一研究中,平面和圆柱表面都考虑夹具的目的。任务的规划,是决定自动主要定位方向,选择最优定位/夹紧表面和分在当前的设定。算法规划发展的底(头)和侧定位/夹紧安排。精确定位是主要的原因,以确保,工件的加工精度。一旦定位/夹紧方案,确定相应的夹具单元对夹具产生的分,均可使用夹具结构设计系统(Fix-Des)发展以前 19。一个综合项目被发展出来,为了最后的夹具设计,明确夹具元件的累计公差和工件精度的影响。图6 夹具设计的步骤夹具设计的输出量是一个在格式化的夹具设计中的夹具表面或者点用于夹具结构设计。尽管夹具设计是建立在一些优化规则上生成的,替代夹具设计也提供了进一步优化或用户证明。4.1 基本定位方向的定良分析在设备设计中,通常有3个参考定位的表面,那些表面决定工件的位置和方向。基本定位表面是主要定位基准面,为了决定在当前的设置中立体位置和工件的方向,和约束工件3个自由度。基本定位表面是垂直于其他表面的,尤其是被用来应用在模块花夹具中。一般案例,基本定位表面可以是一个单独的面或者是在同意方向上的多个在同一个或不同高度的面。基本定位表面的通常方向被称为基本定位方向,需要在夹具规划中第一个被决定。它应该平行或垂直机床的刀具轴。假定工具轴是Vt=(Vx,V y,V z)。这些面与普通方向平行或与工具轴垂直,这些面被提取于工件模型中,他们的分类如下:Sfn代表一组表面,在基本定位方向上的法线方向上;f i(Vi,T gi,A i)代表法向矢量V i,广义的精度等级T gi和一个可用区域 Ai;N f是这组里特点的数目的集合;Ns是这组里的特点数。如果基本定位方向是由V1(V1 x,V1 y,V1 z)和V1V i所决定的,以下指标是用于鉴定V i是否有按优先顺序排列:WA和WT1 是表面的重量因素和精确度, ,maxSA是这组区域里的最大限度的面,maxST是总体性的精度等级特征的最大值。如果得到In_V1,那么相应的正常向量在基本定位方向上被确定。4.2底部定位和顶部定位的规划夹具规划在这个阶段的任务是决定合适的主要位置和在表面上的定位点的分布,夹紧面和点与基准方向一致,在图7中表示。图. 7 垂直方向的一个夹具规划程序所有基准面的集合能被表示为: Fi(Vi,T gi,C i)由一个正常向量 Vi,一个广义精度T gi,等高线C i而且这个公式里Nf代表集点。当包含多个平面的时候,这些平面投射在基准方向上,形成了一个虚拟平面,通过他们的边界实体就像线段和弧线。当这些面在离散点上被取样的时候,一个外界区域在虚拟平面生成了。因为定位点不能太过于接近工件的外边沿。矩形区域的大小被还原成向向它的中心边界移动。最终定位点的投影将要在这个新区域被确定。然而,也有一些点可能是在表面之外,检测是否是这个点标准算法是在一个特定的区域里。在基准定位方向中,3个方向上必须被约束3个自由度。3个点画成一个3角形,而且工件的中心,为了保证定位的稳定性,重心应该在3角中被确定。最理想的定位方案由下面因素决定:1三角形区域越大越好,公式:当S=0.5*(l1+l2+l3),而且l 1,l 2,l 3是三角形三条边长。2.工件重心到三角形三个边缘的距离要尽可能的大,公式为:这里 Di 是三角形的边缘到工件重心的距离。3.位面广义精度上的定位点的位置要尽可能的高(公差值要尽可能的小) 。公式为:4.三个定位点的可及性要尽可能的。公式为:这里 ACCi,A CCj,A CCk,是定位点的可及性。5.定位点的均衡应该尽可能的一致。公式为:当上诉因素的值被获得时,证明指数被用来定义最优定位点,其中最小值是:这里 Ws,W T2,W C1,和 WH 分别是夹具稳定性,精确度,可及性和统一高度的重力因素;maxTA,maxTL,和 maxTT 是所有垂直定位的标准因素。一旦确定了最后的定位点,包含了与三个定位点相对应的定位表面。值得注意的是通过使用一个或更多的程序能被选择作为主要定位条件。夹具类型的选择主要涉及到加工方向上的力和可夹紧装置的表面。加紧表面的确定基于以下的几点因素:1,表面相对于底部表面定位。2,表面就是当前的加工表面。3,如果表面被投射进定位三角区域将重合。4,在装夹的时候表面是容易处理的。一旦夹紧表面被确定,最优夹紧点被选中以至于夹紧力就是对一个方向的底定位器或者在底定位三角形。在上诉步骤后,产生了所有可行的对底部定位和对顶部定位的夹紧计划并且被优先确定。每一个夹紧计划的文件包含了夹紧信息,例如,夹具功能,定位夹紧表面,表面位置和定位夹紧点的坐标。4.3侧定位夹紧规划在水平方向的夹紧计划包括侧定位和夹紧计划。侧定位是用来确定非主要的定位点与定位表面。侧定位最普遍的方法是标准的 3-2-1 定位原理。在这样的情况下,侧定位计划选择两条相互垂直的边作为第二和第三定位表面,并且这些边分别包含了两个和一个定位表面。当设计一个夹紧装置时这些夹紧方案是优先的用来控制定位精度,因为其是在不同自由度上是独立约束的。然而,在很多情况下,是非常困难的去发现这种相互垂直的定位夹具设计。一个非常普遍的情况,有时柱面和不、垂直的边也被用来作为定位表面。这三个侧定位点分布在三个不同的表面。在这项研究中提供了解决情况,包括标准的 3-2-1 情况作为有限的解决方案。为了选择合适的侧定位表面,一般情况下,考虑到广义的精度等级,可及性价值和候选表面形状。这些负荷侧边定位原理的的特性被表示为:这里 fi(V i,T gi,A cci,C i)是一个一般向量 Vi,一般精度等级 Tgi,一个可及性 Acci和轮廓 Ci 的特性; Nf 是特性的数量。为了限制来自于主要定位的剩余的三个自由度,需要多个加工表面来作为侧定位。如上所诉,除了个别表面的情况,结合现状,候选加工表面在工件定位时也是一个重要的因素。对于这两种定位特点,有许多组合能被使用在侧定位中。以下是部分优先组合的列表:1. 互相垂直得两个位面2. 不垂直的两个位面3. 三个位面4. 一个位面和一个柱面5. 两个柱面6. 一个位面和两个柱面,显示在图8中。基于这些组合的类型,特征群体能够建立表示为:图8 包含了6种类型,1号为两个垂直面,2号为两个非垂直面,3号为两个非平行面,4号为一个圆周面跟两个平面相交,5号为两个圆周平面,6号为一个平面跟两个圆周面。LHCm=fii=1,2or1,2,3,f i LH , (21)m=1, 2, ,Nm在这个公式里面,f i起着主导作用,N m为一个数集。每个特征组里面包含了两到三个特征,衡量特征组的标准包含以下几点:1.特征组合形式,一重量系数,HF,被指定到不同定位面的组合类型中,如果特征组包含了两个垂直面,则为最优先选择,如果包含了三个圆周面,则相反。2. 特征组的广义精度等级划分。广义上的特征组通常都被用于所有的特征当中,HT=Ti的总和,在特征组里面, Ti是广义的精度等级,而 i是1,2,3的数。3.特征组的重要性。在特征组里面,没个面的重要性都有被考虑,HC=Accii=1,2or3 ,在所选的水平面特征中, Acci是极重要的。当以上的参数都被包含进去时,下面的公式则可以用于确定最好的基准面。In_Hl=HF+WT3*HTi/maxHT+WC2*HCi,Nsil (22)在公式里面,W T3和W C2是分别的并且可以达到的重量系数,而maxHT是标准系数。当定位基准平面分类于每个组中时,定位高度就会被确定。预期结果是所有的定位元件,跟夹具一样,都被放置在同一个高度,或者定位点的高度差为最小。图9. 工件模型和侧交叉定位平面一旦定位高度被确定,有效的定位基准平面在2D直线与圆弧或者圆之间,这些2D定位区域能直接在CAD加工模型中反映出来。图 9所显示的是一个定位高度的横截面。在2D线性片段中,定位点的位置是确定的,建立在不同的表面跟点上面,要想解决定位问题,必须满足两个条件 16,第一,在正常加工过程中,定位的基准平面是不会绝对平行的。第二,当给出一个含糊不清的工作位置时,三个基准点是不会重合于一点的。对于通用夹具的稳定性来说,当这个平面为基准面的对立面时,面夹具就比较适合,当在决定夹紧面与定位点的时候,一个完整的解决方案就会被提出。图10显示的是面夹具的定位选择过程。图. 10 在水平方向夹具规划的一个程序.5. 实例和结论Fix-Des是一个夹具设计系统,它的发展结合了 CAD系统和自动化设备配置系统。CAD系统作为平台,适用于提供系统与输入必要信息,Fix-Des是用来产生夹具结构设计用于Fix-Planning的输出。图11具体体现了系统菜单显示8功能模块。SysSetup被用来在执行任务计划之前初始化系统。系统初始化的一个例子被显示在图12,规划条件在定制的地方被设置,如夹紧类型、最小面积为定位器的高度和最低位置定位器在水平位置和影响着垂直位置的主要因素是先后顺序。文件是用来从CAD数据库读取工件规格的,是用来储存夹具外形设计的夹具方案的。LocatingDir是为了确定工件主要定位的方向。可及性是夹具的特点和目的中的辅助功能。该算法对于侧面和底部定位/夹紧在水平定位,水平夹紧,垂直定位和垂直夹紧的模块中固定。当夹具设计完成的时候,结果优先也被显示出来。图11 整体的Fix-Planning系统图12 系统初始化的例子标签1 可及性分析的结果(BL 底部定位;SL 边上定位;SC 边上夹紧;TC 顶部夹紧) 。例如工件在图9(a )中在 F46表面上所执行的加工步骤。标签1中显示了后补加工面的易用性评估,而且图13显示,在后补加工面的底部定位中可及性点的分布。在水平和垂直方向,夹具规划的结果如图14。可能结果并不是一定的。在图14中表示夹具结构设计中,替补计划一样是不可少的。图15显示了夹具的设计。在例子中所见,夹具表面和点的自动化选择建立在很多因素的考虑中,包括精度等级,夹具稳定性还有夹具表面可及性。在系统中,工件的几何信息直接从CAD模型中引出,机构的设计信息被输入,而且平面和圆柱表面都被视为夹具表面。夹具表面组织建立了垂直和水平的计划。替代方案提供了进一步的优化和使用准确。在使用先前的发展系统Fix-Des时,接触点也被自动确定,为了夹具结构设计而被输出。该系统的应用程序将导致减少交货时间的伟大计划,因此也会响应在生产设计中对于制造系统的能力的增强的改变。图 13. PA是在以底部面F23 定位时,样本点的静态值(a)在F23表面上样本点的分布。 (b)PA是在面F23 上所有样本点的静态值。图14(a) 水平定位/装夹的例子。 (b) 垂直定位例子。 (c )对应垂直定位的垂直夹紧的例子。图15 夹具结构设计的最后结果。 (a)2D俯视图。 (b)3D消除隐藏线视图。参考文献1. A. J. C. Trappey and C. R. Liu, “A literature survey of fixturedesign automation”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 5(3), pp. 240255, 1990.2. Y. Rong and Y. Zhu, “Computer-aided modular fixture design and management in computer-integrated manufacturing systems, Japan-USA Symposium on Flexible Automation, Kobe, Japan, 1118 July, pp. 529534, 1994.3. B. S. Thompson and M. V. Gandhi, “Commentary on flexible fixturing”, Applied Mechanics Review, 39(9), pp. 13651369,1986.4. Y. Rong and Y. Bai, “Automated generation of modular fixture configuration design”, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 119, pp. 208219, May 1997.5. Y. Bai and Y. Rong, “Modular fixture element modeling and assembly relationship analysis for automated fixture configuration design”, Journal of Engineering Automation, 4(2), pp. 147162,1998.6. Y. C. Chou, V. Chandru and M. M. Barash, “A mathematical approach to automatic configuration of machining fixtures: analysis and synthesis”, Journal of Engineering for Industry, 111, pp. 299306, 1989.7. E. C. De Meter, “Selection of fixture configuration for the maximization of mechanical leverage”, Manufacturing Science and Engineering, ASME WAM, New Orleans, LA, 28 November2 December 1993, PED-4, pp. 491506, 1993.8. R. J. Menassa and W. DeVries, “A design synthesis and optimization method for fixtures with compliant elements”, Advances in Integrated Product Design and Manufacture. ASME WAM, PED-47, Dallas, TX, 2530 November, pp. 203218, 1990.9. M. Mani and W. R. D. Wilson, “Automated design of workholding fixtures using kinematic constraint synthesis”, 16th NAMRC, pp. 437444, 1988.10. S. K. Ong and A. Y. C. Nee, “A systematic approach for analysing the fixturability of parts for machining”, ASME WAM, San Francisco,CA, 1217 November 1995.11. J. R. Boerma and H. J. J. Kals, “Fixture design with FIXES: the automated selection of positioning, clamping and support features for prismatic parts”, Annals CIRP, 38, pp. 399402, 1989.12. R. C. Brost and K. Y. Goldberg, “A complete algorithm for synthesizing modular fixtures for polygonal parts”, IEEE Transactions on Robots and Automation, 12(1), pp. 3146, 1996.13. Y. Rong, J. Zhu and S. Li, “Fixturing feature analysis for computeraided fixture design”, Intelligent Design and Manufacturing, ASME WAM, New Orleans, LA, 28 November3December, PED-64, pp. 267271, 1993.14. Y. Rong and Y. Bai, “Machining accuracy analysis for computeraidedfixture design”, Journal of Manufacturing Science and Engineering,118, pp. 289300, August 1996.15. Y. Rong, W. Li and Y. Bai, “Locator error analysis for fixturing accuracy verification”, Computer in Engineering, Boston, MA, 1721 September, pp. 825832, 1995.16. Y. Wu, Y. Rong, W. Ma and S. LeClair, “Automated modular fixture design: geometric analysis”, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 14, pp. 1726, 1998.17. J. Li, W. Ma and Y. Rong, “Fixturing surface accessibility analysis for automated fixture design”, 26th NAMRC, Atlanta, GA, 1922 May 1998.18. Y. Rong, X. Liu, J. Zhou and A. Wen, “Computer-aided setup planning and fixture design”, International Journal of Intelligent Automation and Soft Computing, 3(3), pp. 191206, 1997.19. W. Ma, Z. Lei and Y. Rong, “Fix-Des: a Computer-aided Modular Fixture Configuration Design System”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 1988; partially presented at ASME Computer in Engineering Conference, Sacramento, CA,1417 September 1997, DETC97/CIE-4281.20. Y. Wu, Y. Rong, W. Ma and S. LeClair, “Automated modular fixture design: accuracy analysis and clamping design”, Robotics and Computer-integrated Manufacturing, 14, pp. 115, 1998; partially presented at ASME IMECE, Dallas, TX, 1621 November 1997.外文翻译原文Development of Automated Fixture Planning SystemsW. Ma, J. Li and Y. RongDepartment of Mechanical Engineering, Worcester Polytechnic Institute, Worcester, MA, USAFixturing is an important manufacturing activity. The computeraided fixture design technique is being rapidly developed to reduce the lead time involved in manufacturing planning. An automated fixture configuration design system has been developed to select automatically modular fixture components and place them in position with satisfactory assembly relationships.In this paper, an automated fixturing planning system is presented in which fixturing surfaces and points are automatically determined based on workpiece geometry and operational information. Fixturing surface accessibility, feature accuracy, and fixturing stability are the main concerns in the fixture planning. The system development, the fixture planning decision procedure, and an implementation example are presented in the paper.Keywords: Accuracy; Clamping; Fixture planning; Locating1. IntroductionFixturing is an important manufacturing activity in the production cycle. A computer-aided (or automated) fixture design (CAFD) technique has been developed as part of CAD/CAM integration 1. The development of CAFD contributes to the reduction of manufacturing lead time, the optimisation of manufacturing operations, and the verification of manufacturing process designs 2. CAFD plays an important role in flexible manufacturing systems (FMS) and computer-integrated manufacturingsystems (CIMS) 3.Figure 1 outlines the activities for fixture design in manufacturing systems which include three major aspects: set-up planning, fixture planning, and fixture configuration design 4. The objective of set-up planning is to determine the number of setups, the position and orientation of the workpiece in each setup, and also the machining surfaces in each set-up. Fixture planning determines the locating and clamping points on workpiece surfaces. The task of fixture configuration design is to select fixture components and place them into a final configuration to fulfil the functions of locating and clamping theworkpiece. An automated modular fixture configuration design system has been developed in which, when fixturing surfaces and points are selected on the workpiece model, fixture units are automatically generated and placed into position with the assistance of fixture component assembly relationships 4,5. This paper deals with fixture planning when the fixturing surfaces and positions on the workpiece are selected automatically.Fig. 1. Fixture design in manufacturing systems.Previous papers on fixture design analysis have been published,but a comprehensive fixture planning system which can be used to generate fixture plans for industrial applications hasnot been developed. Previous work includes: a method for the automated determination of fixture location and clamping derived from a mathematical model 6; an algorithm for theselection of locating and clamping positions which provide the maximum mechanical leverage 7; kinematic analysis based fixture planning 8,9; a fixturing grade and dependency grade based fixturability analysis 10; automated selection of set-ups with consideration of tolerance factors of orientation errors in fixture design 11, and finally a geometric analysis based 2D fixture planning system 12. In our previous research, fixturing features 13, fixturing accuracy 14,15, geometric constraints 16, and fixturing surface accessibility 17 have been studied. A framework has been developed for set-up planning andfixture design 18. In this paper, an automated fixture planning system, Fix-Planning, is presented where fixturing surfaces and points are determined when the workpiece model and set-up planning information is input to the system.2. Basic Requirements of FixturePlanningIn engineering practice, fixture planning is governed by a number of factors, including workpiece geometric information and tolerance; set-up planning information such as machining features, the machine tool and cutting tools to be used in each set-up; initial and resulting forms of the workpiece in each set-up; and available fixture components. To ensure that the fixture can hold the workpiece in an acceptable position so that the manufacturing process can be carried out according to the design specifications, the following conditions should be satisfied for a feasible fixture plan.1. The degrees of freedom (DOF) of the workpiece are totally constrained when the workpiece is located.2. Machining accuracy specifications can be ensured in the current set-up.3. Fixture design is stable to resist any effects of external force and torque.4. Fixturing surfaces and points can be accessed easily by available fixture components.5. There is no interference between the workpiece and the fixture, and between the cutter tool and the fixture.In this investigation, we focus on the first four requirements.Fixture planning is carried out based on the following considerations:1. Although the workpiece geometry can be complex in industrial production, in most fixture designs, planar and cylindrical surfaces (internal and external) are used as the locating and clamping surfaces because of the ease of access and measurement of these features when the workpiece is fixed. In this investigation, planar and cylindrical surfaces are used in fixture planning.2. Many CNC machines, especially machining centres, can be used to perform various operations within one set-up. In most cases, the cutting-tool axis of the machine tool is fixed. When considering fixturing stability, the locating surfaces are preferably those with normal directions opposite to, or perpendicular to, the cutting-tool axis. For clamping features, the normal directions should be in line with, or perpendicular to, the cutting-tool axis, because, in fixture design, clamping forces should be against locators.3. For the surfaces to be machined, there should exist datum surfaces which serve as position and orientation references from which other dimensions and tolerances are measured. In fixture planning, surfaces with high accuracy grades should be selected preferentially as locating surfaces so that the inherited machining error is
收藏