自动夹具设计.docx

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自动夹具设计

上海应用技术学院

机械工程学院

毕业设计（论文）外文翻译

题目自动夹具设计

自动夹具设计

A.Willy,J.P.SadlerandR.D.Schraft

摘要：

夹具设计的方案程序已经得到了发展以适应不同的工作环境。

该程序能够通过工件和装配任务的描述来确定和评估夹具配置。

这个过程是自动完成的。

这类程序的应用所具备的优势为：

使夹具设计的信息完全模块化和透明化，提供给工件条件一个更好的匹配，缩短交货期，以及通常使生产效率和经济性上得到明显地提升。

关键词：

自动化，设计，夹具，最佳

1引入

生产的特点是批量大小正变得越来越小以及产品的种类变多了。

装配，作为生产的最后一步，特别容易造成生产计划、批量大小、产品设计上的变化。

这种情形正迫使许多公司广泛地花更多力气投入于装配的合理化和自动化上。

虽然柔性夹具的发展很快落后于诸如工业机器人的柔性处理系统，然而，这样的发展肯定提高了夹具的灵活性。

事实上，夹具是种生产系统中基本的特定产品投资，它加剧了经济上的必要性以使夹具系统更加灵活。

根据夹具的灵活性可以分为：

专用夹具、组夹具、模块夹具以及高柔性夹具。

柔性夹具的特性为其高适应性以适应不同工件，低转换时间和开支。

形式多变的柔性夹具配备多变的部分（例如，针型夹、多叶型、薄片夹），模块化工件的非特异性夹持或夹紧部分（气动模块化夹具，带可移动部分的夹具套件）或带有塑造的、硬性的媒介。

需要夹具柔性、几个步骤的独立以为生产任务夹紧工件而生成的一种夹具。

第一步是基于未加工的或基础部件和工作特点确定工件在夹具中的合理位置。

根据这点，必须选择一个稳定的平面组合。

这些稳定的平面构成了工件在夹具中的被定义位置，所有的力和力矩都要得到补偿，并要有必要的途径达到工作特点。

最后，可动的或模块化的夹具部件的必要位置需要计算出、调整或组装，以使工件牢牢地被固定在夹具中。

通过这样一个程序，夹具组装和装配的的规划和文件都可以实现自动化。

配置任务为产生一个稳定的平面组合，这样，在这些平面上的夹紧力削弱工件和夹具的稳定性。

这项任务可以常规化、交互式的、或近乎自动化方式地完成。

交互式或自动化配置的优势是一个系统化的夹具设计过程，减少了必要的设计师，缩短了交货时间和对工作条件更好的匹配。

总之，夹具生产力和经济性的有效提升是可以实现的。

随着建设计划和材料清单的充足准备，将实现第一组件的时间节省至原来的60%。

因此，夹具配置过程的一个目的是产生适当的文件。

以下各部分将描述自动夹具设计和应用实例的程序方案。

2自动夹具设计的程序方案

方案过程中的主要部分是选择和配置合理稳定的平面和评估已选择的夹具配置。

方案和应用的算法可用于各种夹具原则以及不同的工件。

作为一个复杂的应用实例，本文选取了一个模块化的夹具套件。

图1为程序过程。

该程序从输入、配置到输出。

图1程序方案的描述

所描述的输入数据存于数据库中或由用户交互给出。

在选择可能稳定的平面之前，工件表面将由预定装配空间和未达夹具部件的平面而自动降低。

此外，每个焊接阶段的装配力和力矩必须由用户给出。

焊接阶段被定义为装配过程中的步骤，它们的特点是不同的方向和大量的力和力矩。

每个焊接阶段的力和力矩同时产生。

例如，拧紧过程可以被分为设置（压力）焊接阶段，拧紧（力和扭矩矢量），拧紧（扭矩矢量），拉出（牵引力）。

在每个焊接阶段中，相当的扳手力将计算出。

在焊接阶段指定为0时，工件的稳定性在只考虑重量时得到测试。

在夹紧过程中，定义额外的焊接阶段0*。

在这个焊接阶段中，扳手力由重力和夹紧力组成。

一般的要求数据包含必须为夹具系统定义的信息。

在可选的要求下，用户可以为特别的夹具系统定义进一步的要求，例如一个特殊的工件位置。

在下面，介绍夹具配置方案（见图2）序列，将被视为稳定性分析，可能的配置的定义，及稳定性评价的三个程序块。

图2夹具配置方案

3应用实例

稳定的配置和它们的评价降在实例中得到确定，该实例为具有平面和圆柱表面可锻铸铁工件上的一个对角拧紧过程，如图3所示。

图3输入数据

由用户指定的工件的几何形状，可能稳定平面，必要的装配空间和每个焊接阶段的力和力矩向量。

可能稳定的平面分类（程序模块1）如图4所示。

图4稳定平面分类

为了确定层面的稳定性矩阵，必须定义翻转边缘。

多边形层面的线条部分如图3中a-f线所示的工件实例。

从这些翻转边缘和指定力和力矩向量的稳定性矩阵图，如图5，可以计算出来。

计算结果是基于一个静态摩擦系数P,o=0.2

图5空间稳定性矩阵

只有在焊接阶段2，工件稳定性才会完全抗翻转。

在焊接阶段0，1和4工件沿e翻转以及在焊接阶段3边缘e有最小的翻转安全系数。

此外，工件将被转化入焊接阶段2和4，以及将在焊接阶段2和4中绕Z轴旋转。

工件不离开基本面，因为在每个焊接阶段中，处于张力的竖直装配力比重力或竖直的压力都小。

为测定绕z轴旋转的安全系数，计算出竖直的杠杆臂的翻转边缘e（rvie=27.14mm）和a（rvi,=44.19mm）。

同样，计算出在焊接阶段2中空间中的竖直水平臂（rvi=35.24mm）。

基于力和力矩组件基础上，可能确定各自所有失败的失败方向。

空间稳定性矩阵最小安全系数为Smin=0。

在这个实例中，通过考虑力和力矩补偿的可能性，稳定平面的数量可以从8增加到22。

图6显示了备用稳定平面生成的结构实例。

由于原来的稳定平面8，可能确定247种可能的夹紧组合。

然而，阻尼组合的布尔减少只有十种组合的结果（见图7）。

此外，图7描述了比较层面空间的单独使用和补偿的可能性之间的失败的结果。

图6力和力矩补偿的判定

图7夹紧配置和分离正式模式

符合布尔条件的布尔运算可以简化获得覆盖设置分离性正常模式。

图8显示了实例的覆盖设置。

其结果是255种可能的夹具配置中的29种，这些配置带有工件选定的配置，工件通过层面空间的单独使用而变得不稳定。

配置A1ΛA51ΛA8是一种可能的解决方案，如果下面的选择标准被程序模块8选取：

控制夹具，最少的夹具部件，（x，y）平面上确定的工件位置。

图9显示了配置的一种可能方案，图10显示了稳定性矩阵。

图8覆盖设置

图9被选配置的方案

在焊接阶段3中，工件未达到稳定性。

究其原因是绕y轴的负弯矩，因此，尽管夹具反作用力稳定，支力部分为负。

在这种情况下，控制部件的安全系数Sh，最小安全系数Smin为0。

如果此时向量除以3.44，只有这样，最小安全系数大于1。

类似的结果如下配置A1ΛA4ΛA6ΛA8。

在次配置中，此时系数必须除以大于3.4以使工件稳定。

一个补偿给定时刻的配置为夹紧配置AΛ（A≡A）。

在此配置中的垂直夹紧力的支力将在每个焊接阶段为正。

对于最小阻力Famin=1092N,摩擦力的安全系数在焊接阶段3中为1。

如果夹紧力被定义为安全系数Sc和St的优化，优化的夹紧力Fa为1950N。

图10显示了夹紧力所导致的稳定性矩阵，最小安全系数Smin=2.05。

一个更大或更小的夹紧力将会降低安全系数。

图9显示了夹紧部件的位置，由虚线表示。

但是，选定的配置不能创建一个定义在（x，y）平面上的工件位置；为了符合这个条件，它需要一个额外的夹具部件。

例如，如图10，可能使用控制平面As上的夹具部件；这将导致配置A∧A∧（A≡A﹚。

在最后一个程序模块的稳定性评价，夹具和工件装配选定的配置将被模拟和碰撞检查。

图10所选配置的稳定性矩阵

4总结

从自动化夹具设计的优势描述中，一个这种配置程序的可能性结构已经被提交。

这个程序可以在输入诸如稳定的平面、装配扳手以及装配空间之类的数据后可以生成优化夹具配置。

它的功能和不同夹具原则的可能性可以很简单的集成到这个程序中。

通过工件地板空间对于这个程序的独家使用，开始时已经有详细的考虑过失败的可能性。

在失败和通过算法的应用来使用其他的稳定平面的可能性补偿的比较下，是有可能定义哪种平面组合可以稳定工作的。

这个算法在布尔代数的基础上创造了一种数学结构。

这个结果的设置和可能配置是由完整性和优化来描述的。

在使用应用程序算法来测定夹具元素位置和生成夹具配置之后可以用稳定矩阵来评估以及用模拟碰撞来检查。

通过此矩阵的帮助、夹具的审议、装配工件以及使用标准，得到了一种最优夹具配置结果。

通过这个程序以及自动夹具硬件使用的情况得知，一种使全部夹具都能完全自动化的程序是有可能的。

从工件的描述、完成一代装配任务以及程序集优化的夹具来看，诸如此类程序的实施允许一般的自动进程。