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机械工程学报 2017年第9期53卷 157-163页

作者：王晓慧吴冬祖兰国生王友利太原科技大学教育部重型机械工程研究中心太原030024

工件在异面组合定位时,各定位点常分布在非正交的异面上,用传统的定位原理时常会误判工件在夹具中的自由度而导致夹具设计失败。针对这一问题,将工件在夹具定位点处的法线命名为定位法线,根据定位法线的数量及其几何关系推导出一组判断... 详细信息

工件在异面组合定位时,各定位点常分布在非正交的异面上,用传统的定位原理时常会误判工件在夹具中的自由度而导致夹具设计失败。针对这一问题,将工件在夹具定位点处的法线命名为定位法线,根据定位法线的数量及其几何关系推导出一组判断工件自由度的几何定理,并对工件过定位时所对应的法线分布情况给出判断准则,使工件自由度的判断方法更加严谨、简单、直观,同时可有效避免工件产生过定位。例举几个疑难实例,用几何定理判断工件的自由度,并对不合理的定位给出解决方案,证明了几何定理可以快捷准确地判断工件在复杂定位状态的自由度。工件定位的几何定理发展与完善了工件的定位理论,有利于计算机辅助夹具设计中对工件自由度的正确判断。

关键词：机床夹具设计异面组合定位自由度分析定位法线几何定理

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工件自由度判断的几何定理及应用

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作者：吴冬祖太原科技大学

学位级别：硕士

机床夹具是零件加工中重要的工艺装备,其设计质量直接影响到零件的加工质量和效率,而工件自由度的正确判断是夹具设计最基本的内容,传统判断工件自由度的方法是六点定位原则,它只能够感性地判断工件在夹具中的自由度,难以解决一些疑难... 详细信息

机床夹具是零件加工中重要的工艺装备,其设计质量直接影响到零件的加工质量和效率,而工件自由度的正确判断是夹具设计最基本的内容,传统判断工件自由度的方法是六点定位原则,它只能够感性地判断工件在夹具中的自由度,难以解决一些疑难定位问题,例如对于复杂曲面定位、异面组合定位的工件,用传统的方法判断其自由度往往会因为缺少具体的规则而导致错判而使夹具设计失败。我们认为传统方法有两个问题没有得到很好的解决,其一,对工件自由度的分析与判断未能够抽象成数学法则,不便于计算机辅助夹具设计对工件自由度的判断;其二,在工程实践中经常会遇到各种不规则工件定位,往往夹具限制工件某方向的自由度并不是坐标轴方向,而是空间其它任意方向,传统方法难以适应。经过研究发现工件在夹具中的自由度完全取决于工件定位法线的数量及其几何关系,为此本文提出定位法线与定位法面概念,由定位法线的数量及其几何关系推导出一组判断工件自由度的几何定理,从而实现了对工件自由度的理性判断,为生产实际、教学、计算机辅助夹具设计提供一种具体、简单易行的方法。本文的主要研究内容如下:(1)探讨了工件在定位元件中自由度被限制的根本原因,从力学的角度出发,建立了工件定位的力学模型;同时,从运动学的角度也建立相应的运动学模型。(2)将实际生产中工件在夹具中的定位转移至工件定位的力学模型和运动学模型中,研究分析工件的自由度限制情况。(3)提出定位法线、定位法面和转动定位法面的基本概念,进而总结出判断工件自由度的几何定理,并给出相应的理论证明;结合几何定理,总结出判断工件过定位的具体方法,大大提高判断工件定位状态的效率。(4)利用几何定理给出常用定位元件对工件自由度的限制个数;给出工件定位具体实例,结合几何定理判断工件自由度限制情况,对不合理的定位给出相应改进方案。(5)结合矩阵和函数的知识实现判断工件自由度的程序化,为计算机辅助夹具设计中判断工件定位状态提供了相应的基础理论依据;举出工件定位实例,对提出理论的正确性进行验证。本文的主要研究结论如下:(1)工件在夹具中的自由度完全取决于工件在夹具中定位法线的数量及其几何关系。(2)用几何定理容易处理各种疑难自由度分析,可有效避免欠定位与过定位,为改进不合理的定位方案提供重要理论依据。(3)利用定位法线的等效,可将法线复杂的空间关系简化,从而便于使用几何定理判断工件的自由度限制情况。(4)用几何定理分析判断工件自由度更具理性且简单直观,适合计算机辅助判断工件的自由度。

关键词：机床夹具设计异面组合定位自由度分析定位法线几何定理

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