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毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 外文出处： 附 件 ： 1. 原文 ； 2. 译文 2013 年 03 月 1 自动夹具设计体系的发展 W. J. Y. 伍斯特科技学院机械工程学系，伍斯特市，马萨诸塞州，美国） 夹具是制造业一项重要的部分，目前迅速发展的电脑设计夹具技术大大缩短了参与制造业的产品生产周期。一套自动设计夹具的模型已经发展到了可以自动的选择组成夹具的零部件以及根据它们所需的装配关系而进行组装。在本文中，自动夹具 设计体系出现的夹具外观形状和构造关系是基于工件的几何形状和操作关系而决定的。这种夹具外观逼真、特征精细，稳固性能跟所要达到要求的夹具十分接近。这种体系的发展，也就是夹具的设计步骤和一个具体的例子将在本文中具体出现。 关键词 ：准确、夹紧、夹具设计、定位 1 简介 夹具是生产周期中是一个重要的机械加工活动。计算机辅助 (或自动化 )夹具设计 (术已经发展到作为完整的 的一部分了 1。发展助于减少生产准备时间，制造过程的优化，制造过程的核查设计 2。计算机集成制造系统 (扮演着重要的角色3。 图 1 制造系统中的夹具设计 图 1 概括了夹具设计制造系统中的活动，其中包括三个主要方面：装置设计，夹具设计，夹具结构设计 4。建立装置设计的目标是确定一些设置，每个安装工 2 件的位置和方向，以及每个安装工件的外观形状。夹具设计依据工件的外形确定定位和夹紧点。夹具 结构设计的任务是选择夹具零部件以及把它们进行组装以达到定位和夹紧工件的作用。自动配置组合夹具设计系统已经发展到，只要工件模型的外表和点位确定时，夹具单元部件就会自动生成，并以夹具元件装配关系组装到正确的位置 4， 5。本中阐述了当工件外形和点位确定后的夹具自动设计。 关于夹具设计和分析的前沿性论文已经出版，但一套完整的被用来为工业应用的夹具设计体系却没有制定。以往的工作包括 ： 自动决定夹具的定位和夹紧的方法是来自于数学模型 6；一种确定定位和夹紧的能够提供最大机械力量位置的算法 7；运动学分析是以夹具设 计为基础 8， 9；夹具和附件的等级则是以夹具分析为基础 10；自动选择校正夹具设计中所允许的大量方向性的错误 11；最终的几何分析是基于二维夹具设计体系 12， 在以往的研究中，我们已经研究了，夹具功能 13，装夹精度 14， 15，几何约束和装夹表面无障碍。一个为夹具设计和装置规划的框架体系正在发展 18。 本文中，自动夹具设计体系中当工件模型和装置设计的资料输入到系统中，只要工件的外形和点位是已知的，一套自动设计的夹具体系，也就是夹紧定位装置就产生了。 2 夹具设计的基本要求 在工程实践中， 夹具设计被一些因素所影响，其中包括工件的关系和公差，建立设计规划，例如机械功能，和在每次加工中用到的机床和刀具，每个毛坯件和加工后的工件形状，与现有的夹具零部件，对一个可行的夹具设计，为了确保夹具可以把工件容纳在一个可以接受的方位，以便生产过程可以按设计规范来执行，应该满足下列条件。 1) 当工件的位置确定后，此时工件的自由度（ 完全约束。 2) 在当前设置中确定加工精度指标。 3） 设计的夹具要稳固的不受任何外力和扭矩的影响。 4） 夹具的外形和点位能够被提供的夹具元件很容易的接纳。 5) 在工件 和夹具与刀具和夹具之间没有干涉。 在此调查中，我们侧重于前四个要求，夹具设计的执行，基于以下考虑： 尽管工件几何形状在工业生产中可以是复杂的，但是，在大多数夹具设计中，用平面和圆柱表面（内部和外部）来定位和夹紧表面，这是因为在固定工件时，这些特征易于获取和测量。在此研究中，在夹具设计中用平面和圆柱表面。 在一个设定中，许多数控机床，特别是加工中心可执行各种操作。在大多数情况下，机床的刀具轴是固定不动的。当考虑装夹的稳定性的话，定位面最好与 3 正常方向相反或垂直于刀具轴。就夹紧功能而言，正常的方向应平行或垂直于 刀具轴，因为在夹具设计中，夹紧力应该对着定位。 对于表面加工，应该存在基准面表面，并作为位置和方向的参考，从这些参考来测量其他的尺寸和公差。在夹具设计时，表面精度高的应当优先选择定位面，以便使遗留下来的加工误差最小化和所需加工的公差容易实现。 在夹具设计中，不止一个工件的表面为了定位和夹紧而限制工件在设定的自由度。因此，除了个别表面外，结合现有的定位面也是为精确定位具有同等的重要性。 由于定位和夹紧装置是接触工件，夹具的分布点发挥了关键作用，确保装夹稳定。 对一个可行的夹具设计，在装夹表面必须可供夹具元件。 装夹表面的可用（有效）面积应足够大，以适应特征表面的定位和夹具。除了考虑装夹表面，表面上的无障碍潜在的装夹点对确定最终装夹点的分布，也是重要的。 3 装夹表面 功能的概念已广泛应用于设计和制造业，一个工件的加工可以看做是各项功能的结合，如飞机，太阳热离子电源系统，口袋，插槽，和洞。在一个特定的操作设置中，使用装夹工件的功能可以被定义为夹具功能或装夹表面。在一个特定的操作设置中，使用装夹工件的功能可以被定义为夹具功能或装夹表面。在实践中，很多夹具功能是平面和柱面。根据夹具的作用，装夹表面可分为定位，夹紧，和支 持功能。不同于设计和制造的特点，装夹表面具有取向依赖性。在生产过程中它们发挥着不一样的作用。一套表面在一个设置中可作为装夹表面，但是不能用于装夹或着在另一设置中有不同的夹具作用。 装夹特征的概念允许夹具要求应与工件几何特征相关联。基于特征工件的模型特征信息也可直接用于夹具设计的目的。对于制造功能，描述夹具功能所需要的信息包括几何和非几何方面。前者包括功能类型，形状和尺寸参数，位置和方向的工件。后者包括表面光洁度，精度水平和加工特征的关系，容易得到的表面。 紧面的分离 在大多数夹具设计中，夹具的特点 ，尤其是定位表面，是平面和表面。为了评价装夹表面无障碍和确定装夹表面的定位 /夹紧点，所待选的夹具表面被采样到网格阵列离散点用相等的间隔 T 来表示，如果 T 是足够小，离散样本点将几乎不断。 为了使采样算法通用，一个圆跳动矩形表面被用作采样区域，因为在大多数情况下，主要定位表面垂直于其他位置的表面，特别是在模块化夹具设计中，装 4 夹表面被视为自下而上的定位，最夹紧，副作用定位，和侧面夹紧表面。对于底部或顶部表面，的必须有两边平行于 Z 轴，而其他的两个边必须垂直于前两个边。图 2 显示了一个例子，抽样待选装夹表面被外面的矩形 包围。假定，在表面的局部坐标系统中 Z 轴是正常的表面，外包围矩形中的各点可以代表作为： x = T u， u = 1， 2, ， Nu y = T v， v = 1， 2, ， （ 1） 别表示 X 轴和 Y 轴各个方向上点的数量。 其中 ( T， ( T。 面定位可达型夹具 表面定位可达型夹具是用来衡量夹具是否可以随意更换对于普通夹具元件。其中有 三个主要因素必须被考虑 ： 1 表面的几何形状，这牵扯到夹具的有效面积和表面形状。 2 可能妨碍工件几何形状沿正常 的方向或周围的几何区域延伸的夹具表面。 3 夹具元件的尺寸形状和功能。 在实际情况下 ,一个平面有一种复杂形状和全部或部分沿着它的正常阻塞方向或绕着它的几何区域方向是有可能的。因而它所需要的可访问性模型应该全面反映这些事实 ,可访问性价值可广泛应用于各可达型夹具表面。 表面可访问性被定义为一个统计值它是基于点的可访问性 (每一个有效的样品表面上 ,在那里点 独特的可达性点 (点的邻居相关的可访问性 (新加坡航空公司将主要的对应孤立的访问点 ,而 新加坡航空公司的采样点的定义 ,是基于三个属性标签的基础上。标签 中心测试电流采样点就在里面 ,或在外表面的夹具上。三个离散值被指定来代表它的地位 ,即 0、 1和 2。 如果存在工件几何形状在表面阻塞正常的方向或周围的采样点 ,这将影响人在表面采集样点的可及性。例如 ,随着显示在图 3(a)、一个工件的候选底面定位，表面采样点 ,要么因为它周围障碍物， 否以评估自动存在的障碍物的表面法线方向 ,一个虚拟的 体积所产生的被挤压的平面 ,测试网格固体中的实体表面法线方向。通过利用检测两种固体之间的干涉问题，梗阻可以辨识 ,如图 3(b)： 5 图 表面受阻的长方形 图 上表面 6 参考文献 1 A. J. C. . R. “A of 5(3), 240255, 1990. 2Y. . “in 1118 529534, 1994. 3 B. S. . V. “on 39(9), 13651369, 1986. 4 Y. . “of 119, 208219, 997. 5Y. . “ 4(2), 147162,1998. 6Y. C. V. . M. “A to of 111, 299306, 1989. 7E. C. “of of 28 993, 491506, 1993. 8R. J. . “A 2530 203218, 1990. 9M. . R. D. “of 1644, 1988. 10S. K. . Y. C. “A of 1217 995. 11J. R. . J. J. “of 38, 399402, 1989. 12R. C. . Y. “A 12(1), 3146, 1996. 13Y. J. . “ 7 28 267271, 1993. 14Y. . “ 18, 289300, 996. 15Y. W. Li . “ 1721 825832, 1995. 16Y. Y. W. Ma . “ 14, 1726, 1998. 17J. W. Ma . “ 261922 998. 18Y. X. J. . “ 3(3), 191206, 1997. 19W. Z. . “a 1988; 417 997, 20Y. Y. W. Ma . “ 14, 115, 1998; 1621 997.
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