磨粒流机床一体内嵌多模块组合式夹具设计和分析.pdf

磨粒流机床一体内嵌多模块组合式夹具设计和分析 The d esi gn and an al ys i s of t h e em be dded an d corn bi ned ab r a si ve们O W m achi n e fixt ur e 刘薇娜 ，陈莎莎 ，杨立峰 L l U W e i ． n a，CHEN Sh a ． s h a ，Y ANG L i ． f e n g 长春理工大学 机电工程学院，长春 1 3 0 0 2 2 摘 要磨粒流机床夹具是保证磨粒流机床加工精度的一个重要部分。现有的磨粒流机床夹具专用程 度高、通用性差、成本昂贵。根据磨粒流机床夹具存在的通用性差问题，和常用磨粒流机床 加工件的特点，利用绘图软件设计了适用性更加广泛的磨粒流机床一体内嵌多模块组合式夹 具，利用分析软件 ，验证了其可用性。并通过两个实际例子 ，展示了磨粒流机床一体内嵌多 模块组合式夹具得良好的通用性 ，可组合性，较低的设计、制造成本和较高的效率的特点。 关键词一体内嵌多模块组合式夹具；通用性； 可组合性 中图分类号 T G7 4 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 o l 5 0 9 下 -o l 1 0 0 2 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 5 ． 0 9 下 ． 2 8 0 引言 磨粒流机床是使用聚合物载体和磨料组成的具有流 动性的粘弹性材料对工件进行抛光、去毛刺和倒圆角等 加工的机床。磨粒流机床主要包括两个垂直或者水平相 对的磨料缸。磨料缸经液压夹紧，将工件和夹具固定在 当中，磨料通过工件从一个磨料缸进入另一个磨料缸， 往复运行，完成加工 。磨粒流机床夹具使工件位于适当 位置并且 引导磨粒流到待加工表面进行磨 削加工 ，并且 夹具需要与工件形成较小的空间通道来使磨料在狭小通 道中进行有效的加工。但是在磨粒流抛光机床上对工件 进行抛光时，往往需要针对被抛光零件的形状尺寸，设 计出一套专用夹具；当零件形状尺寸变化 时，对应 的夹 具就不再适用 ，需要重新设计夹具，成本 昂贵 ，设计、 制造周期长。当被抛光零件种类多时，所需夹具数量众 多，致使 夹具设计 、制造工作量增大 ，造成人力、物 力、资源的巨大浪费，经济性差。 针对磨粒流机床夹具存在的局限性，通 用性差 的 问题，结合常用磨粒流机床加工的零件及零件尺寸，设 计出磨粒流机床一体内嵌多模块组合式夹具。实现更高 的通用性 ，缩短设计、制造周期 ，降低成本。并通过理 论分析及有限元分析其在的工作压力下夹具体的应变情 况，根据所得的分析结果对夹具再进行优化，以满足性 能要求。 1 磨粒流机床一体内嵌多模块组合式夹具 性能 夹具设计需满足使用过程 中工件定位的稳定性和可 靠性；要有足够 的承载或夹持力度 要满足装夹过程 中 收稿日期 基金项目 作者简介 2 0 1 5 0 3 2 5 教育部博士点基金资助项目不规则复杂面、 的简单与快速操作；满足夹具在调整或更换过程 中重复 定位的可靠性 ；要尽可能的避免结构复杂、成本昂贵。 磨粒流机床夹具不仅要满足普通机床夹具的性能要求还 要对零件起定位作用且封堵住不需要进行加工的地方， 辅 以磨粒流磨料能够运动到被加工 的地方，从而对加工 表面去毛刺和倒圆角。磨粒流机床一体内嵌多模块组合 式夹具是在实现普通磨粒流机床夹具的基础上实现 “ 一 体 ”即一个夹具体；不论被抛光零件形状、种类 、数量 如何变化均在一个夹具体上进行零件的定位、装夹。夹 具体与机床相连接部分采用螺栓连接，通用、方便、成 本低 。 “ 内嵌多模块组合结构 ”即在夹具体内部，根据 被抛光零件的形状 、尺寸的不同，只需更换与之相应的 内嵌模块，形成与之相对应的夹具，使之具有广泛的适 应性 ，即结构柔性。 2 磨粒流机床一体 内嵌多模块组合式夹具 设计 2 ． 1磨粒流机床一体 内嵌多模块组合式夹具导流套设计 当磨粒流从空间较大 的机床磨料腔进入夹具内部 时 会 因为腔径的急剧变小而产生弹性湍流产生宏观喇叭口 现象及流速不均匀影响抛光精度。因此需要设计一导流 套来解决此 问题 。导流套需直径缓慢变小 以解决弹性湍 流问题 。由于磨粒流机床磨料在加工腔体 内都是往复运 动实现加工，因此还需要一个倒流套来解决磨料回流过 程 中产生的弹性湍流现象。 2 ． 2 磨粒流机床一体 内嵌多模块组合式夹具多模块载体 设计 多模块载体需要实现被抛光零件的形状、尺寸的不 及其工艺技术研究 2 0 ] 2 2 2 1 6 1 3 O 0 0 1 刘薇娜 1 9 5 6一 ，女，吉林长春人，教授，博士，研究方向为机械制造及其自动化，精密、超精密D n T - 技术，激光加工技术，机械制造在线检测技术等。 [ 1 1 0 ] 第3 7 卷第9 期2 0 1 5 0 9 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 评价排序后工艺方案2 为叶片机械加工最佳加工工艺方 案路线。在某航空发动机制造企业的叶片机械加工实际 生产工作中，所用的工艺方案和论文所优选 的工艺方案 一 致，因此验证 了所提出方法的可行性和有效性 。 3 结论 为了使制造企业能够优化选择最佳的工艺方案指导 实际生产 ，以航空发动机某叶片机械加工过程工艺方案 优选为例 ，把加工时间、加工成本、加工质量以及环境 影响作为评价指标建立多 目标优化数学模型算法 。针对 传统层次分析法很难保证判断矩阵的一致性 问题，提 出 了模糊层次分析法用于叶片机械加工工艺方案的优化选 择。通过对航空发动机叶片机械加工工艺方案优选案例 的分析研究，解决了传统选择工艺方案仅凭单因素及经 验的缺陷，从而为技术工作人员优化选择工艺方案提供 了技术支持 。实践证 明，基于模糊层次分析法所建立的 评价模型和评价算法用于航空发动机叶片机械加工工艺 方案优选是是可行的和有效的。 参考文献 [ 1 】程光耀， 孙厚芳， 雷贺功， 等．C A P P 多工艺设计方案的模糊综合评 价[ J 1 ． 北京理工大学学报， 2 0 0 4 ， 2 4 3 1 9 7 2 0 0 ． 【 2 ] 胡艳 娟． 汽车 齿轮 的可制 造性 评价 与制 造 资源优 化技 术研 究 【 D】 ． 吉林 吉林大 学，2 0 1 1 ． 【 3 】 王 义强， 关雪松 ， 陶俐言， 等． 基于遗 传算法 的数 字制造加 工方案 多目 标优化[ J 】 ． 农业机械学报， 2 0 0 8 ， 3 9 4 1 4 2 1 4 6 ． 【 4 ] Omk a r p r a s a d S ． An a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s a n o v e r v i e w o f a p p fi c a t i o n s 【 J ] ．E u r o p e a n J o u rna l o f O p e r a t i o n a l R e s e a mh , 2 0 0 6 ， 1 6 9 1 1 2 9 ． 【 5 1 L I U H I ,TO NG X Y， L V S L，e t a 1 ． D e s i g nf o rma n u f a c t u r e a n d i n t e g r a t e d ma n u f a c t u r a b i l i l y e v a l u a t i o n s y s t e m[ J ] ． Ad v a n c e d M a t e r i a l s Re s e a r c h，2 01 2，4 7 6- 4 7 8 2 5 6 7 - 2 5 7 0 ． [ 6 ] L I U H J ， MO R， F AN Q M， e t a 1 ． A F u z z y S e t AHP b a s e d DF M T o o l Un d e r Co n c u r r e n t E n g i n e e r i n g E n v i r o n me n t [ J ] ． Ap p l i e d M e c h a n i c s a n d M a t e r i a l s ，2 0 08 ， 1 0 1 2 1 4 5 1 4 9 ． [ 7 】 S ． K． On g ， M ． J ． S u n ， A． Y． C． Ne e ． A f u z z y s e t AHP b a s e d DF M t o o l f o r r o t a t i o n a l p a r t s [ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e r i a l s P r o c e s s i n g Te c h n o l o g y ， 2 0 0 3 ， 1 3 8 2 23 - 23 0． 【 8 ]蒋国瑞， 李阳． 基于A H P 法的制造业知识管理绩效评价研究[ J 】 _ 制造业 自动化， 2 0 0 7 ， 2 9 1 0 8 8 9 0 ． 【 9 】 Ka ma l M，A I - S u b h i ， AI Ha r b i ． A p p l i c a t i o n o f t h e AHP i n p r o j e c t ma n a g e me n t [ J ] ． I t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P r o j e c t Ma n a g e me n t 2 0 0 1 ， 1 9 1 1 9 2 7 ． [ 1 0 】陈欣． 模糊层次分析法在方案优选 方面的应用[ J 】 ．计算机 工程 与 设计， 2 0 0 4 ， 2 5 1 0 1 8 4 7 1 8 4 9 ． [ 1 1 ] 杜彦斌 ， 曹华军 ，刘 飞， 等 ． 基于熵权 与层次分析法 的机床再制 造 方案综合评价【 J 】 ．计算机集成制造系统，2 0 1 1 ， 1 7 1 8 4 8 8 ． [ 1 2 ] 王化吉， 宗长富， 管欣， 等． 基于模糊层次分析法 的汽车操纵稳定性 主观评价指标权重确定方法[ J 】 ． 机械工程学报， 2 0 1 1 ， 4 7 2 4 8 3 9 0 ． [ 1 3 】 王佩， 张定华， 陈冰， 等． 基于模糊综 合评价与灰 色关联分析法 的 多工艺方案评价[ J 】 _ 航空动力学报， 2 0 1 2 ， 2 7 9 2 0 7 5 2 0 8 5 ． 出I 童‘ 童 如‘ 童● 出‘ 蠡‘ 蠡‘ 蠡‘ 童 出I 童‘ {矗‘ 囊‘ {岛‘ 蠡 岛‘ 岛‘ 蠡‘ 量‘ 蠡‘ 盘● 盘‘ 蠡● 【 上接第1 1 1 页】 4 结论 本文通过对现有磨粒流机床夹具存在通用性差问题 进行 了探讨和研究，针对存在的问题 ，设计 了磨粒流机 床一体 内嵌多模块组合式夹具设计，夹具体多模块载体 固定在下导流套并与夹具套筒固定，夹具体压板与上导 流套固定。整个 内嵌模块固定在夹具体下导流套上。夹 具体的上下导流套与机床连接。被加工零件形状差异很 大时，更换内嵌模块；差异不大时，更换零件既可。并 且通过分析软件验证 了此夹具的合理性与可实现性。此 磨粒流机床夹具操作简单，效率高，经济性好。 参考文献 【 1 】 李俊烨 ． 微小孔 磨粒流抛 光装置 的研 制与工艺研 究【 D] ． 长春 理 工大学， 2 0 1 1 ． 【 2 ] 赵磊 ． ，J 、 孔磨 粒流抛 光装 置的研 制与工艺研 究【 D】 ． 长春理 工大 学． 2 0 1 1 ． 【 3 】 德 国Mi c r o S t r e a m T e c h n o l o g i e s Gmb H公司 ．磨粒流加 工工艺【 J 】 ． 航空制造技术， 2 0 0 5 ， 1 2 ． 【 4 】 郑文虎． 精密切削与光整加工技术【 M】 ． 国防工业出版社， 2 0 0 6 ． [ 5 15 HI RAM E GRANT ． 夹 具一 非 标准夹紧 装置 [ M】 ． 机械 工业 出版 社， 1 9 7 5 ． 【 6 】张云杰， 张云静． C A T I A V 5 R 2 1 中文版从入门到精通【 M】 ． 清华大 学 出版社， 2 0 1 3 ． 第3 7 卷第9 期2 0 1 5 一 O O 下 [ 1 4 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m