ارائۀ یک روش تجربی به منظور اندازه‌گیری نیروهای عکس‌العمل جاسازها در قیدوبندهای فرزکاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آزمایشگاه فن آوری های پیشرفته در ماشین های ابزار، دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 هیئت علمی، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

سفتی تماسی میان قطعه‌کار و سامانۀ جاسازی قیدوبند، یکی از عوامل تعیین کنندۀ میزان پایداری قطعه‌کار در حین فرآیند ماشینکاری می‌باشد. اما محاسبۀ این سفتی تماسی مستلزم اندازه‌گیری دقیق نیروهای تکیه‌گاهی در محل جاسازها می‌باشد که در اثر عواملی نظیر نیروی بست‌ها، نیروهای ماشینکاری، نیروی وزن قطعه‌کار و اثرات اصطکاک میان قطعه‌کار و اجزاء قیدوبند ظاهر می‌شوند. تاکنون روش‌های تحلیلی متعددی به منظور محاسبۀ این نیروها ارائه شده است اما از آنجائی که دستگاه حل معادلات نیروهای جاسازها در سامانۀ جاسازی 3-2-1 شامل شش معادله و هجده مجهول می‌باشد، لذا برای حل این معادلات غالباً از روش‌های بهینه‌سازی استفاده می‌شود که در آن تخمین نیروهای عکس‌العمل جاسازها و از آنجا محاسبۀ سفتی تماسی، همراه با خطاهایی خواهد بود که پی بردن به میزان این خطاها به دلیل ساده‌سازی‌های اعمال شده به مدل‌های تحلیلی، مستلزم داشتن یک معیار دقیق مبتنی بر یک روش تجربی می‌باشد. بدین منظور در این پژوهش یک روش تجربی به منظور محاسبۀ نیروهای عکس‌العمل جاسازها ارائه شده است که در آن تمامی عوامل موثر بر سفتی تماسی نظیر موقعیت هرکدام از جاسازها و بست‌ها، اصطکاک میان اجزاء سیستم جاسازی با قطعه‌کار، نیروی بست‌ها، نیروهای ماشینکاری، نیروی وزن قطعه‌کار در نظر گرفته شده است. از این روش می‌توان به عنوان معیاری مناسب به منظور ارزیابی و صحت‌سنجی مدل‌های تحلیلی و روش‌های بهینه‌سازی در محاسبۀ نیروی عکس‌العمل جاسازها استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An Experimental Approach for Determination of Locators Reaction Forces in Milling Fixtures

نویسندگان [English]

  • Mahfooz Sohrabifard 1
  • mohamad javad nategh 2
1 Advanced Technologies in Machine Tools Lab, Mechanical Engineering Faculty, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Mechanical Engineering Faculty, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

The contact stiffness between the workpiece and fixture locating system is one of the decisive factors for the maintenance of the stability of the workpiece during the machining process. In order to estimate the contact stiffness, it is needed to determine the locator reaction forces. These forces are created by the clamping forces, cutting forces, workpiece weight, and friction effects of the contact between the workpiece and fixture locating system. Some analytical approaches have already been presented for calculating the location reaction forces. However, there are six equations for a 3-2-1 locating system, but 18 unknown parameters. Therefore, an optimization solution is proposed in the literature to obtain the reaction forces which involves several simplifying assumptions which result in considerable errors in the solution. In this study, in addition to presenting the mathematical model of the total system, an experimental approach has been proposed in order to determine the locator reaction forces. This can provide a suitable means for evaluating the optimization solutions and analytical models for determining the locator reaction forces and contact stiffness and diminishing the errors.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Contact Stiffness
  • Fixture stiffness
  • Locator reaction Forces
  • Locating System
  • Milling Fixtures
[1] S.H. Lee, M. Cutkosky, Fixture planning with friction,  (1991).
[2] C. Cogun, The importance of the application sequence of clamping forces on workpiece accuracy,  (1992).
[3] Y. Wu, Y. Rong, W. Ma, S.R. LeClair, Automated modular fixture planning: Accuracy, clamping, and accessibility analyses, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 14(1) (1998) 17-26.
[4] Y. Kang, Y. Rong, J. Yang, Computer-aided fixture design verification. Part 3. Stability analysis, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 21(10-11) (2003) 842-849.
[5] A. Ben-Israel, T.N. Greville, Generalized inverses: theory and applications, Springer Science & Business Media, 2003.
[6] M.Y. Wang, D.M. Pelinescu, Contact force prediction and force closure analysis of a fixtured rigid workpiece with friction, J. Manuf. Sci. Eng., 125(2) (2003) 325-332.
[7] G. Shawki, M. Abdel-Aal, Rigidity considerations in fixture design—contact rigidity at locating elements, in:  International Journal of Machine Tool Design and Research, 1966, pp. 31-43.
[8] J.N. Asante, Effect of fixture compliance and cutting conditions on workpiece stability, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 48(1) (2010) 33-43.
[9] E. Nikandrova, J. Laaksonen, V. Kyrki, Towards informative sensor-based grasp planning, Robotics and Autonomous Systems, 62(3) (2014) 340-354.
[10] H. Parvaz, M.J. Nategh, Analytical model of locating system design for parts with free-form surfaces, in:  Modares Mechanical Engineering, Proceedings of the Advanced Machining and Machine Tools Conference, 2015, pp. 129-133.(in Persian)
[11] H. Parvaz, M.J. Nategh, Stability analysis of free-form workpieces in fixtures, Modares Mechanical Engineering, 16(2) (2016) 245-252. (in Persian)
[12] G. Li, S. Du, D. Huang, C. Zhao, Y. Deng, Elastic mechanics-based fixturing scheme optimization of variable stiffness structure workpieces for surface quality improvement, Precision Engineering, 56 (2019) 343-363.
[13] O. Craig, J. Picavea, A. Gameros, D. Axinte, S. Lowth, Conformable fixture systems with flexure pins for improved workpiece damping, Journal of Manufacturing Processes, 50 (2020) 638-652.
[14] A. Raghu, S.N. Melkote, Analysis of the effects of fixture clamping sequence on part location errors, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 44(4) (2004) 373-382.
[15] S.P. Siebenaler, S.N. Melkote, Prediction of workpiece deformation in a fixture system using the finite element method, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 46(1) (2006) 51-58.