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畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 系 別： 機(jī)電信息系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 外文出處： 附 件 ： 1. 原文 ； 2. 譯文 2013 年 03 月 1 自動夾具設(shè)計(jì)體系的發(fā)展 W. J. Y. 伍斯特科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)系，伍斯特市，馬薩諸塞州，美國） 夾具是制造業(yè)一項(xiàng)重要的部分，目前迅速發(fā)展的電腦設(shè)計(jì)夾具技術(shù)大大縮短了參與制造業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)周期。一套自動設(shè)計(jì)夾具的模型已經(jīng)發(fā)展到了可以自動的選擇組成夾具的零部件以及根據(jù)它們所需的裝配關(guān)系而進(jìn)行組裝。在本文中，自動夾具 設(shè)計(jì)體系出現(xiàn)的夾具外觀形狀和構(gòu)造關(guān)系是基于工件的幾何形狀和操作關(guān)系而決定的。這種夾具外觀逼真、特征精細(xì)，穩(wěn)固性能跟所要達(dá)到要求的夾具十分接近。這種體系的發(fā)展，也就是夾具的設(shè)計(jì)步驟和一個(gè)具體的例子將在本文中具體出現(xiàn)。 關(guān)鍵詞 ：準(zhǔn)確、夾緊、夾具設(shè)計(jì)、定位 1 簡介 夾具是生產(chǎn)周期中是一個(gè)重要的機(jī)械加工活動。計(jì)算機(jī)輔助 (或自動化 )夾具設(shè)計(jì) (術(shù)已經(jīng)發(fā)展到作為完整的 的一部分了 [1]。發(fā)展助于減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，制造過程的優(yōu)化，制造過程的核查設(shè)計(jì) [2]。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) (扮演著重要的角色[3]。 圖 1 制造系統(tǒng)中的夾具設(shè)計(jì) 圖 1 概括了夾具設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)中的活動，其中包括三個(gè)主要方面：裝置設(shè)計(jì)，夾具設(shè)計(jì)，夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [4]。建立裝置設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確定一些設(shè)置，每個(gè)安裝工 2 件的位置和方向，以及每個(gè)安裝工件的外觀形狀。夾具設(shè)計(jì)依據(jù)工件的外形確定定位和夾緊點(diǎn)。夾具 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是選擇夾具零部件以及把它們進(jìn)行組裝以達(dá)到定位和夾緊工件的作用。自動配置組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到，只要工件模型的外表和點(diǎn)位確定時(shí)，夾具單元部件就會自動生成，并以夾具元件裝配關(guān)系組裝到正確的位置 [4， 5]。本中闡述了當(dāng)工件外形和點(diǎn)位確定后的夾具自動設(shè)計(jì)。 關(guān)于夾具設(shè)計(jì)和分析的前沿性論文已經(jīng)出版，但一套完整的被用來為工業(yè)應(yīng)用的夾具設(shè)計(jì)體系卻沒有制定。以往的工作包括 ： 自動決定夾具的定位和夾緊的方法是來自于數(shù)學(xué)模型 [6]；一種確定定位和夾緊的能夠提供最大機(jī)械力量位置的算法 [7]；運(yùn)動學(xué)分析是以夾具設(shè) 計(jì)為基礎(chǔ) [8， 9]；夾具和附件的等級則是以夾具分析為基礎(chǔ) [10]；自動選擇校正夾具設(shè)計(jì)中所允許的大量方向性的錯誤 [11]；最終的幾何分析是基于二維夾具設(shè)計(jì)體系 [12]， 在以往的研究中，我們已經(jīng)研究了，夾具功能 [13]，裝夾精度 [14， 15]，幾何約束和裝夾表面無障礙。一個(gè)為夾具設(shè)計(jì)和裝置規(guī)劃的框架體系正在發(fā)展 [18]。 本文中，自動夾具設(shè)計(jì)體系中當(dāng)工件模型和裝置設(shè)計(jì)的資料輸入到系統(tǒng)中，只要工件的外形和點(diǎn)位是已知的，一套自動設(shè)計(jì)的夾具體系，也就是夾緊定位裝置就產(chǎn)生了。 2 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 在工程實(shí)踐中， 夾具設(shè)計(jì)被一些因素所影響，其中包括工件的關(guān)系和公差，建立設(shè)計(jì)規(guī)劃，例如機(jī)械功能，和在每次加工中用到的機(jī)床和刀具，每個(gè)毛坯件和加工后的工件形狀，與現(xiàn)有的夾具零部件，對一個(gè)可行的夾具設(shè)計(jì)，為了確保夾具可以把工件容納在一個(gè)可以接受的方位，以便生產(chǎn)過程可以按設(shè)計(jì)規(guī)范來執(zhí)行，應(yīng)該滿足下列條件。 1) 當(dāng)工件的位置確定后，此時(shí)工件的自由度（ 完全約束。 2) 在當(dāng)前設(shè)置中確定加工精度指標(biāo)。 3） 設(shè)計(jì)的夾具要穩(wěn)固的不受任何外力和扭矩的影響。 4） 夾具的外形和點(diǎn)位能夠被提供的夾具元件很容易的接納。 5) 在工件 和夾具與刀具和夾具之間沒有干涉。 在此調(diào)查中，我們側(cè)重于前四個(gè)要求，夾具設(shè)計(jì)的執(zhí)行，基于以下考慮： 盡管工件幾何形狀在工業(yè)生產(chǎn)中可以是復(fù)雜的，但是，在大多數(shù)夾具設(shè)計(jì)中，用平面和圓柱表面（內(nèi)部和外部）來定位和夾緊表面，這是因?yàn)樵诠潭üぜr(shí)，這些特征易于獲取和測量。在此研究中，在夾具設(shè)計(jì)中用平面和圓柱表面。 在一個(gè)設(shè)定中，許多數(shù)控機(jī)床，特別是加工中心可執(zhí)行各種操作。在大多數(shù)情況下，機(jī)床的刀具軸是固定不動的。當(dāng)考慮裝夾的穩(wěn)定性的話，定位面最好與 3 正常方向相反或垂直于刀具軸。就夾緊功能而言，正常的方向應(yīng)平行或垂直于 刀具軸，因?yàn)樵趭A具設(shè)計(jì)中，夾緊力應(yīng)該對著定位。 對于表面加工，應(yīng)該存在基準(zhǔn)面表面，并作為位置和方向的參考，從這些參考來測量其他的尺寸和公差。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，表面精度高的應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇定位面，以便使遺留下來的加工誤差最小化和所需加工的公差容易實(shí)現(xiàn)。 在夾具設(shè)計(jì)中，不止一個(gè)工件的表面為了定位和夾緊而限制工件在設(shè)定的自由度。因此，除了個(gè)別表面外，結(jié)合現(xiàn)有的定位面也是為精確定位具有同等的重要性。 由于定位和夾緊裝置是接觸工件，夾具的分布點(diǎn)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，確保裝夾穩(wěn)定。 對一個(gè)可行的夾具設(shè)計(jì)，在裝夾表面必須可供夾具元件。 裝夾表面的可用（有效）面積應(yīng)足夠大，以適應(yīng)特征表面的定位和夾具。除了考慮裝夾表面，表面上的無障礙潛在的裝夾點(diǎn)對確定最終裝夾點(diǎn)的分布，也是重要的。 3 裝夾表面 功能的概念已廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)和制造業(yè)，一個(gè)工件的加工可以看做是各項(xiàng)功能的結(jié)合，如飛機(jī)，太陽熱離子電源系統(tǒng)，口袋，插槽，和洞。在一個(gè)特定的操作設(shè)置中，使用裝夾工件的功能可以被定義為夾具功能或裝夾表面。在一個(gè)特定的操作設(shè)置中，使用裝夾工件的功能可以被定義為夾具功能或裝夾表面。在實(shí)踐中，很多夾具功能是平面和柱面。根據(jù)夾具的作用，裝夾表面可分為定位，夾緊，和支 持功能。不同于設(shè)計(jì)和制造的特點(diǎn)，裝夾表面具有取向依賴性。在生產(chǎn)過程中它們發(fā)揮著不一樣的作用。一套表面在一個(gè)設(shè)置中可作為裝夾表面，但是不能用于裝夾或著在另一設(shè)置中有不同的夾具作用。 裝夾特征的概念允許夾具要求應(yīng)與工件幾何特征相關(guān)聯(lián)?；谔卣鞴ぜ哪Ｐ吞卣餍畔⒁部芍苯佑糜趭A具設(shè)計(jì)的目的。對于制造功能，描述夾具功能所需要的信息包括幾何和非幾何方面。前者包括功能類型，形狀和尺寸參數(shù)，位置和方向的工件。后者包括表面光潔度，精度水平和加工特征的關(guān)系，容易得到的表面。 緊面的分離 在大多數(shù)夾具設(shè)計(jì)中，夾具的特點(diǎn) ，尤其是定位表面，是平面和表面。為了評價(jià)裝夾表面無障礙和確定裝夾表面的定位 /夾緊點(diǎn)，所待選的夾具表面被采樣到網(wǎng)格陣列離散點(diǎn)用相等的間隔 T 來表示，如果 T 是足夠小，離散樣本點(diǎn)將幾乎不斷。 為了使采樣算法通用，一個(gè)圓跳動矩形表面被用作采樣區(qū)域，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，主要定位表面垂直于其他位置的表面，特別是在模塊化夾具設(shè)計(jì)中，裝 4 夾表面被視為自下而上的定位，最夾緊，副作用定位，和側(cè)面夾緊表面。對于底部或頂部表面，的必須有兩邊平行于 Z 軸，而其他的兩個(gè)邊必須垂直于前兩個(gè)邊。圖 2 顯示了一個(gè)例子，抽樣待選裝夾表面被外面的矩形 包圍。假定，在表面的局部坐標(biāo)系統(tǒng)中 Z 軸是正常的表面，外包圍矩形中的各點(diǎn)可以代表作為： x = T × u， u = 1， 2, … ， Nu y = T × v， v = 1， 2, … ， （ 1） 別表示 X 軸和 Y 軸各個(gè)方向上點(diǎn)的數(shù)量。 其中 ( T]， ( T]。 面定位可達(dá)型夾具 表面定位可達(dá)型夾具是用來衡量夾具是否可以隨意更換對于普通夾具元件。其中有 三個(gè)主要因素必須被考慮 ： 1 表面的幾何形狀，這牽扯到夾具的有效面積和表面形狀。 2 可能妨礙工件幾何形狀沿正常 的方向或周圍的幾何區(qū)域延伸的夾具表面。 3 夾具元件的尺寸形狀和功能。 在實(shí)際情況下 ,一個(gè)平面有一種復(fù)雜形狀和全部或部分沿著它的正常阻塞方向或繞著它的幾何區(qū)域方向是有可能的。因而它所需要的可訪問性模型應(yīng)該全面反映這些事實(shí) ,可訪問性價(jià)值可廣泛應(yīng)用于各可達(dá)型夾具表面。 表面可訪問性被定義為一個(gè)統(tǒng)計(jì)值它是基于點(diǎn)的可訪問性 (每一個(gè)有效的樣品表面上 ,在那里點(diǎn) 獨(dú)特的可達(dá)性點(diǎn) (點(diǎn)的鄰居相關(guān)的可訪問性 (新加坡航空公司將主要的對應(yīng)孤立的訪問點(diǎn) ,而 新加坡航空公司的采樣點(diǎn)的定義 ,是基于三個(gè)屬性標(biāo)簽的基礎(chǔ)上。標(biāo)簽 中心測試電流采樣點(diǎn)就在里面 ,或在外表面的夾具上。三個(gè)離散值被指定來代表它的地位 ,即 0、 1和 2。 如果存在工件幾何形狀在表面阻塞正常的方向或周圍的采樣點(diǎn) ,這將影響人在表面采集樣點(diǎn)的可及性。例如 ,隨著顯示在圖 3(a)、一個(gè)工件的候選底面定位，表面采樣點(diǎn) ,要么因?yàn)樗車系K物， 否以評估自動存在的障礙物的表面法線方向 ,一個(gè)虛擬的 體積所產(chǎn)生的被擠壓的平面 ,測試網(wǎng)格固體中的實(shí)體表面法線方向。通過利用檢測兩種固體之間的干涉問題，梗阻可以辨識 ,如圖 3(b)： 5 圖 表面受阻的長方形 圖 上表面 6 參考文獻(xiàn) [1] A. 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