基于接觸表面的工件自由度判斷定理及應(yīng)用

余鳳燕

（茂名職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 茂名 525000）

夾具設(shè)計中首要任務(wù)就是將工件精確定位：在定位過程中，根據(jù)工序加工要求設(shè)計出定位方案，從而合理地約束工件自由度。其次在自由度沒有受到約束的方向上，工件也只能在規(guī)定的范圍內(nèi)變動。因此，分析工件的自由度約束情況是判斷定位方案設(shè)計是否正確的關(guān)鍵所在?；诠ぜc夾具元件接觸元素與工件約束情況的內(nèi)在聯(lián)系，本文建立了定位原理的幾何模型，可以快速分析工件自由度的約束情況。從而使得傳統(tǒng)的定位原理從定性描述上升為幾何要素的表示，為計算機(jī)輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)和為實(shí)現(xiàn)在軟件系統(tǒng)環(huán)境下夾具約束工件自由度分析系統(tǒng)的二次開發(fā)提供了基礎(chǔ)理論。

1 工件被限制自由度的判斷規(guī)律與分析

工件與夾具元件接觸表面可分為3大類：點(diǎn)、線、面。其中線又細(xì)分為直線和封閉曲線，面細(xì)分為平面和封閉曲面。經(jīng)過分析，不難發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律：

（1）當(dāng)接觸表面為點(diǎn)時，工件被限制的自由度為：一個移動自由度；

（2）當(dāng)接觸表面為直線時，工件被限制的自由度為：一個移動自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由度；

（3）當(dāng)接觸表面為曲線時，工件被限制的自由度為：兩個移動自由度；

（4）當(dāng)接觸表面為平面時，工件被限制的自由度為：一個移動自由度和兩個旋轉(zhuǎn)自由度；

（5）當(dāng)接觸表面為曲面時，工件被限制的自由度為：兩個移動自由度和兩個旋轉(zhuǎn)自由度。而且這些被限制的自由度的方向都有一個規(guī)律：被限制的移動自由度的方向和接觸表面（工件與定位元件接觸的表面）的法向方向一致。而被限制的旋轉(zhuǎn)自由度的軸方向則剛好相反，與接觸表面（工件與定位元件接觸的表面）的法向方向（或法向方向的分解方向）一定不一致。

總結(jié)以上規(guī)律如表1所列。

表1 根據(jù)接觸表面限制自由度的規(guī)律

2 工件被限制自由度的判斷步驟與流程圖

工件被限制自由度的判斷步驟：

（1）掃描定位元件與工件接觸的表面；

（2）找出接觸表面的法向方向；

（3）根據(jù)定位元件與工件接觸的表面，同時遵循方向判斷規(guī)律，最后得出工件被限制的自由度；

（4）結(jié)束。

工件被限制自由度的判斷的流程圖如圖1所示。

圖1 工件被限制自由度的判斷的流程圖

3 應(yīng)用實(shí)例

實(shí)例1：工件用寬V型塊定位，如圖2所示。

圖2 寬V型塊定位

實(shí)例判斷步驟：

（1）掃描定位元件與工件接觸的表面，接觸表面為兩條直線（如圖3所示）；

（2）找出接觸表面的法向方向，并分解成兩個矢量方向，如圖4所示；

圖3 工件與定位元件的接觸表面為兩直線

圖4 工件被限制自由度的判斷的流程圖

（3）根據(jù)定位元件與工件接觸的表面，同時遵循方向判斷規(guī)律，由接觸表面直線1得出工件被限制的自由度為，由接觸表面直線1得出工件被限制的自由度為，最后得出工件被限制的自由度為；

（4）結(jié)束。

4 結(jié)束語

工件在夾具中的自由度主要取決于工件與定位元件的接觸表面。本文根據(jù)工件與定位元件的接觸表面元素建立了定位原理的幾何模型，可以快速分析工件自由度的約束情況。從而使得傳統(tǒng)的定位原理從定性描述上升為幾何要素的表示，用接觸表面元素定理容易處理工件自由度分析，可有效避免欠定位與過定位。用接觸表面元素判定原理分析判斷工件自由度更具理性且簡單直觀，適合計算機(jī)輔助判斷工件的自由度，為計算機(jī)輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)、為實(shí)現(xiàn)在軟件系統(tǒng)環(huán)境下夾具約束工件自由度分析系統(tǒng)的二次開發(fā)提供了重要理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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