工件-夾具系統(tǒng)綜合誤差建模及夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文工件夾具系統(tǒng)綜合誤差建模及夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究工件夾具系統(tǒng)綜合誤差建模及夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究StudyonComprehensiveErrsModelingofWkpieceFixtureSystemFixtureOptimizationDesignMethods一級(jí)學(xué)科：機(jī)械工程學(xué)科專業(yè)：機(jī)械工程作者姓名：王凱指導(dǎo)教師：何改云教授企業(yè)導(dǎo)師：吳鳴高級(jí)工程師天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一四年十二月I中文摘要中文摘要機(jī)床夾具

2、是在生產(chǎn)制造過(guò)程中被廣泛應(yīng)用的夾持裝備，用于工件在機(jī)床工作臺(tái)的定位和夾緊。夾具定位元件的制造和安裝誤差以及工件受夾緊力和切削力等因素會(huì)導(dǎo)致工件產(chǎn)生位姿偏差，即工件的實(shí)際位置與理論位置存在誤差，最終導(dǎo)致工件產(chǎn)生加工誤差。通過(guò)對(duì)工件夾具系統(tǒng)進(jìn)行綜合誤差建模，可以準(zhǔn)確獲得由已知的誤差源所導(dǎo)致的工件加工誤差，進(jìn)而對(duì)夾具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文主要對(duì)機(jī)床夾具進(jìn)行研究，完成了以下工作：首先，利用齊次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，分析了機(jī)床夾具的定位元件制造和安裝誤差與工

3、件位姿偏差之間的關(guān)系，并建立了工件上孔的位置度誤差與夾具各定位元件誤差之間的關(guān)系模型，可以獲得由已知夾具定位元件誤差所導(dǎo)致的工件孔位置度誤差。隨后，以工件上孔的位置度誤差最小為優(yōu)化目標(biāo)，采用遺傳算法對(duì)夾具布局進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)夾具布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以有效減小工件上孔的位置度誤差。其次，基于最小余能原理建立了夾緊過(guò)程中工件與夾具元件接觸點(diǎn)處的摩擦力對(duì)接觸力大小影響的關(guān)系模型，分析了由不同夾緊順序所導(dǎo)致的工件位姿偏差。然后，對(duì)工件在加工過(guò)程中

4、所受動(dòng)態(tài)切削力對(duì)工件位姿偏差的影響進(jìn)行了建模分析，利用拉格朗日能量法和牛頓歐拉公式，得到了工件受動(dòng)態(tài)切削引起的位姿偏差。基于最優(yōu)夾具布局，以加工誤差最小為目標(biāo)，對(duì)夾緊力大小進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)對(duì)夾具進(jìn)行布局優(yōu)化和夾緊力優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效提高了工件的關(guān)鍵加工特征的加工精度。再次，分別建立了高剛度工件和低剛度工件的綜合誤差模型，并進(jìn)行了實(shí)例分析。在對(duì)多階段加工過(guò)程誤差分析的基礎(chǔ)上，提出了基于相似性布局的夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)新方法，使工件在滿足加工精度的前提

5、下，在某些不同的加工階段具有相同的夾具布局，從而減少了夾具設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)配的次數(shù)，有效地降低了夾具制造成本。最后，通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)上述方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，首先用?？怂箍礕lobal三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)夾具定位元件的誤差進(jìn)行提取，然后在立式加工中心SKVH850上對(duì)設(shè)計(jì)的工件進(jìn)行切削加工，并用?？怂箍礕lobal三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)加工工件進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了文中所述方法的有效性和可行性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：機(jī)床夾具；綜