精密宝石加工装备中的专用夹具设计及性能优化研究

论文摘要

夹具系统是机床加工中实现加工工序的关键系统。夹具系统的构成和精度直接影响加工的效率和产品的质量。本文以宝石加工装备开发为研究背景,以夹具系统为研究对象,重点研究结合工厂实际的专用夹具方案构成和提高系统精度的方法,并完成基于方案优化的夹具系统结构实现。第一章概述了夹具的基本概念和夹具的设计步骤,并介绍了目前的夹具优化应用情况;着重介绍国内外夹具定位优化和系统动态优化的研究现状和应用。在此基础上,给出了本文的研究内容和组织结构。第二章主要分析目前实际制造中常用的夹具构成,并结合宝石加工装备的开发和加工工序,分别给出夹具的定位方案、分度方案、夹具本体方案和整体方案;为后续章节的性能优化提供了基础。第三章研究以方案为基础的夹具定位性能优化模型,并结合遗传算法实现夹具定位性能的优化。影响定位精度的干扰因素可分为两大类,一类是定位装置本身的有关定位尺寸及其偏差;另一类是被加工工件的定位基准的有关尺寸及其前道工序的制造误差。在制造精度一定的情况下,工件定位误差则主要取决于定位点在工件表面上的分布。基于遗传算法的静态定位性能优化实现了较高的夹具定位精度。第四章研究以方案为基础的夹具系统动力学模型,并结合模态分析实现夹具系统的抗振性能优化。夹具系统是一个质量分布连续的弹性体,是一个多自由度系统。通过对夹具系统动力学模型多阶模态的分析,找出夹具系统的危险模态,并根据模态分析的结果,得出夹具系统的改进方案。基于模态分析的动态抗振性能优化实现了加工精度较高的夹具系统。第五章在前面章节的基础上完成宝石专用夹具优化方案实现。夹具系统设计和优化的最终目的是实现工厂的生产,因此夹具系统的方案实现是夹具系统关键的一环。夹具系统的方案实现以工厂制造为基础,用于指导工厂的生产。第六章总结了本文的研究成果和特色,并对今后的研究工作做了进一步展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 夹具概述及分类
• 1.1.1 夹具概述
• 1.1.2 夹具分类
• 1.2 夹具设计方法及主要任务
• 1.2.1 夹具生产过程和基本要求
• 1.2.2 夹具设计步骤
• 1.2.3 夹具设计性能分析
• 1.3 夹具优化应用现状
• 1.3.1 夹具概念设计优化
• 1.3.2 工件定位夹紧优化
• 1.3.3 夹具系统动态优化
• 1.4 研究背景及组织结构
• 1.4.1 本文研究背景
• 1.4.2 本文研究内容
• 1.4.3 本文组织思路与结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 宝石专用夹具方案设计
• 2.1 产品参数及加工工序
• 2.1.1 产品几何参数
• 2.1.2 工件加工工序
• 2.2 工件定位方案
• 2.2.1 工件定位基本原理
• 2.2.2 工件定位基本形式
• 2.2.3 专用夹具定位方案设计
• 2.3 夹具分度装置
• 2.3.1 分度装置类别
• 2.3.2 包络蜗杆-正齿轮分度副
• 2.3.3 包络蜗杆-尖齿齿轮分度副
• 2.3.4 专用夹具分度方案设计
• 2.4 夹具本体设计
• 2.4.1 夹具本体分类
• 2.4.2 夹具本体工艺性
• 2.4.3 夹具本体方案设计
• 2.5 宝石加工专用夹具主要性能指标
• 2.5.1 工件静态定位性能
• 2.5.2 夹具系统动态性能
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于遗传算法的静态定位性能优化
• 3.1 引言
• 3.2 遗传算法基本步骤
• 3.3 定位性能优化模型
• 3.3.1 数学模型
• 3.3.2 定位矩阵
• 3.3.3 优化模型
• 3.4 工件静态定位性能优化实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于模态分析的动态抗振性能优化
• 4.1 引言
• 4.2 模态分析基本原理
• 4.2.1 运动学模型
• 4.2.2 固有频率和主振型
• 4.2.3 模态矩阵正则化
• 4.2.4 模态分析法步骤
• 4.3 模态分析的抗振性能优化原理
• 4.3.1 稳定的极限条件
• 4.3.2 优化具体指标
• 4.4 夹具系统动态性能优化实现
• 4.4.1 夹具系统动力学模型
• 4.4.2 初始数据
• 4.4.3 模态分析
• 4.4.4 方案确定
• 4.5 本章小结
• 第5章 宝石专用夹具优化方案实现
• 5.1 引言
• 5.2 分度和定位方案实现
• 5.2.1 分度蜗杆方案实现
• 5.2.2 定位元件方案实现
• 5.3 夹具本体方案实现
• 5.3.1 夹具体方案实现
• 5.3.2 夹具座方案实现
• 5.4 夹具系统方案实现
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录:攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 致谢