機(jī)床搖塊工藝與夾具設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）,機(jī)床,工藝,夾具,設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙 夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)工件定位精度的影響 B.Li 和 S.N.Mellkote 布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國(guó)研究所 由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對(duì)工件定位精度的影響通過3-2-1式銑夾具的例子進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞：彈性 接觸 模型 夾具 夾緊力 優(yōu)化 前言 定位和夾緊的工件加工中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會(huì)影響它的位置精度，并反過來影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)滿足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報(bào)道[參考文獻(xiàn)1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對(duì)剛性模型[9-11]對(duì)夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問題是制定一個(gè)線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線接觸力相對(duì)較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(dǎo)計(jì)算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無法確定工件移位的唯一性。 這種限制可以通過計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)受夾具點(diǎn)的局部彈性變形的強(qiáng)烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗(yàn)的接觸力變形的關(guān)系（稱為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對(duì)報(bào)告做了改善，然而，他們沒有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點(diǎn)彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對(duì)工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒有在這些文件中提到 。 本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準(zhǔn)靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個(gè)問題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對(duì)定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。 1． 夾具——工件聯(lián)系模型 1．1 模型假設(shè) 該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對(duì)液壓或氣動(dòng)夾具使用。在實(shí)際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見圖1）第i夾具接觸力局部變形如下： (1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線和法線方向的接觸剛度 第 19 頁 共 15 頁 圖1 彈簧夾具—— 工件接觸模型。 表示在第i個(gè) 接觸處的坐標(biāo)系 （j=x，y，z）是對(duì)應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線力接觸。 1．2 工件——夾具的接觸剛度模型 集中遵守一個(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線力呈非線性變化 [23]。由于法線力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問題。對(duì)于這個(gè)問題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁]中給出如下： （2） 其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。 切向變形沿著和切線方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁] （3） 其中、 分別是工件和夾具剪切模量 一個(gè)合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線性近似， （4） (5) 正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認(rèn)定是0.94。 2．夾緊力優(yōu)化 我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運(yùn)動(dòng)過程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問題的問題，如下描述。 2.1 目標(biāo)函數(shù)配方 工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)輪換往往是相當(dāng)小[17]的工件定位誤差假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個(gè)正交組件（見圖2）。 圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn) 工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計(jì)算如下： （6） 其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 但是作用在工件的夾緊力會(huì)影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式： （7） 其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。 在這個(gè)文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線的，接觸的摩擦力相對(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計(jì)算得出（見圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫成： (8) 工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫為： 最小化 （9） 要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過使用最低總能量互補(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對(duì)接觸問題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過夾緊力的隨時(shí)調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并給出： 最小化 （10） 其中代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ)，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。 如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)算確定的基礎(chǔ) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯） 2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束 在（10）式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫(kù)侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個(gè)非線性約束和線性化版本可以使用，并且[19]有： （11） 假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）： (12) 其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機(jī)械加工力和工件重量。 2.3界接觸力 由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線的接觸力只能被壓縮。這通過以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13） 它假設(shè)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個(gè)法線的接觸壓力不能超過壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫為： （i=1，2，…,L+C） (14) 如果是在第i個(gè)工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫成：最小化 (15) 3．模型算法求解 式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問題可以通過求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)約束對(duì)。該補(bǔ)充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對(duì)為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個(gè)指定的加權(quán)范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設(shè)最初所有夾緊力不明確，要確定一個(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為: 最小化 （16） 由： (11)–(14) 得。 類似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測(cè)精度和，有參考文獻(xiàn)[15]： （17） 其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。 圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用 4． 加工過程中的夾緊力的優(yōu)化及測(cè)定 上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負(fù)載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點(diǎn)的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負(fù)荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來解決下面將被討論的問題，考慮一個(gè)有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量： (18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有： 雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)在工件加工的同一時(shí)刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進(jìn)給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負(fù)載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有： (i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19) 其中是最佳夾緊力的四個(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見于式 （20）： （k=1，2，…，C） （20） 只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請(qǐng)注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。 5．影響工件的定位精度 它的興趣在于最早提出了評(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個(gè)工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準(zhǔn)靜態(tài)加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運(yùn)動(dòng)的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2）， 如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對(duì)于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來表達(dá)在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21) 其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為： （22） 方程（21）現(xiàn)在可以改寫為： （23） 其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下： （24） 其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)外加工負(fù)荷，故在法線方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變，因此，必須對(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為： （25） 其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)外加工力量和載體的6×1矢量。并結(jié)合方程（23）—（25）與靜態(tài)平衡方程，得到下面的方程組： （26） 其中，其中表示相乘。由于夾緊和加工工件剛體移動(dòng)，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6）， 現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27） 其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且 6．模擬工作 較早前提出的算法是用來確定最佳夾緊力及其對(duì)兩例工件精度的影響例如： 1．適用于工件單點(diǎn)力。 2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列 如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標(biāo)系。 3-2-1夾具圖7所示，是用來定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對(duì)系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對(duì)加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級(jí)夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)25.4毫米銑槽使用EMSIM進(jìn)行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時(shí)（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體， （見圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。 圖8最終銑削過程模擬例如2。 表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)載。 7．結(jié)果與討論 例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9， 圖9 對(duì)于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過減少工件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得。由于夾緊力和負(fù)載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點(diǎn)減少錯(cuò)誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因?yàn)閺淖畛跬ㄟ^互補(bǔ)勢(shì)能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個(gè)序列應(yīng)用于銑削負(fù)載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個(gè)序列。最佳的夾緊力，，對(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。 結(jié)果表明，由于每個(gè)組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個(gè)夾緊點(diǎn)最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個(gè)完整的刀具路徑改進(jìn)方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對(duì)于初始夾緊力的強(qiáng)度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。 圖10 8．結(jié)論 該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具，工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個(gè)模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動(dòng)態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。 9．參考資料： 1、J. D. Lee 和L. S. Haynes .《柔性?shī)A具系統(tǒng)的有限元分析》交易美國(guó)ASME，工程雜志工業(yè) ：134-139頁。 2、W. Cai, S. J. Hu 和J. X. Yuan .“柔性鈑金夾具：原理，算法和模擬”，交易美國(guó)ASME，制造科學(xué)與工程雜志 ：1996 318-324頁。 3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“負(fù)載對(duì)表面平整度的影響”工件夾具制造科學(xué)研討會(huì)論文集1996，第一卷：146-152頁。 4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“適用于選拔夾具設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，美國(guó)ASME工業(yè)工程雜志：113 、 412-414，1991。 5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.《計(jì)算機(jī)輔助夾具分析中的應(yīng)用有限元分析和數(shù)學(xué)優(yōu)化模型》， 1995 ASME程序，MED： 777-787頁。 6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工過程仿真的加工裝置作用力系統(tǒng)研究”， NAMRI/SME：207–214頁, 1995 7、“考慮工件夾具，夾具接觸相互作用布局優(yōu)化模擬的結(jié)果” 341-346，1998。 8、E. C. DeMeter. 《快速支持布局優(yōu)化》，國(guó)際機(jī)床制造， 碩士論文 1998。 9、Y.-C. Chou, V. Chandru, M. M. Barash .《加工夾具機(jī)械構(gòu)造的數(shù)學(xué)算法：分析和合成》，美國(guó)ASME，工程學(xué)報(bào)工業(yè)“：1989 299-306頁。 10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 《具有摩擦性的夾具規(guī)劃》 美國(guó)ASME，工業(yè)工程學(xué)報(bào)：1991，320–327頁。 11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夾緊力分析”，國(guó)際機(jī)床制造，碩士論文 1995年。 12、E. C. DeMeter.《加工夾具的性能的最小——最大負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)》 美國(guó)ASME，工業(yè)工程雜志 ：1994 13、E. C. DeMeter .《加工夾具最大負(fù)荷的性能優(yōu)化模型》 美國(guó)ASME，工業(yè)工程雜志 1995。 14、JH復(fù)和AYC倪.“核查和工件夾持的夾具設(shè)計(jì)”方案優(yōu)化，設(shè)計(jì)和制造，4，碩士論文： 307-318，1994。 15、T. H. Richards、埃利斯 霍伍德.1977,《應(yīng)力能量方法分析》，1977。 16、M. J. Hockenberger and E. C. DeMeter. 對(duì)工件準(zhǔn)靜態(tài)分析功能位移在加工夾具的應(yīng)用程序，制造科學(xué)雜志與工程： 325–331頁, 1996。 目 錄 1 引言 1 2 零件的分析 2 2.1 零件的作用和結(jié)構(gòu) 2 2.2 零件的工藝分析 2 2.3 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng) 3 3 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 4 3.1 零件表面加工方法的選擇 4 3.2 制定機(jī)械加工工藝路線 4 3.3 工藝方案的比較與分析 5 3.4 工序尺寸的確定 7 3.5 加工余量的確定 8 3.6 選擇加工設(shè)備與工藝設(shè)備 9 3.7 切削用量及基本時(shí)間的確定 11 4 專用夾具介紹 28 4.1 問題的提出 28 4.2 夾具的特點(diǎn) 28 4.3 零件工藝性分析 29 4.4 定位誤差分析 31 4.5 夾具設(shè)計(jì)及簡(jiǎn)要的說明 32 結(jié)束語 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 35 1 引言 機(jī)械制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)代制造業(yè)正在改變著人們的生產(chǎn)方式、生活方式、經(jīng)營(yíng)管理模式乃至社會(huì)的組織結(jié)構(gòu)和文化。生產(chǎn)的發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，對(duì)生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量提出了越來越高的要求，也就對(duì)機(jī)械加工工藝等提出了要求[1]。自新中國(guó)成立以來，我國(guó)的制造技術(shù)與制造業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，一個(gè)具有相當(dāng)規(guī)模和一定技術(shù)基礎(chǔ)的機(jī)械工業(yè)體系基本形成。改革開放二十多年來，我國(guó)制造業(yè)充分利用國(guó)內(nèi)國(guó)外兩方面的技術(shù)資源，有計(jì)劃地推進(jìn)企業(yè)的技術(shù)改造，引導(dǎo)企業(yè)走依靠科技進(jìn)步的道路，使制造技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量和水平及經(jīng)濟(jì)效益發(fā)生了顯著變化，為推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。盡管我國(guó)制造業(yè)的綜合技術(shù)水平有了大幅度提高，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在階段性差距。進(jìn)入二十一世紀(jì)，我國(guó)發(fā)展經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)仍然是制造業(yè)，特別是在我國(guó)加入世貿(mào)組織后，世界的制造中心就從發(fā)達(dá)國(guó)家遷移到了亞洲，我國(guó)有廉價(jià)的勞動(dòng)力和廣大的消費(fèi)市場(chǎng)，因此，我國(guó)工業(yè)要想發(fā)展，就需要有相應(yīng)的技術(shù)和設(shè)備來支持[2]。 工藝設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)機(jī)械制造技術(shù)工藝學(xué)及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)后，在生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用所學(xué)相關(guān)知識(shí)對(duì)零件進(jìn)行加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)和機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)，根據(jù)零件加工要求制定出可行的工藝路線和合理的夾具方案，以確保零件的加工質(zhì)量[3]。 據(jù)資料所示，機(jī)床搖塊是牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的小零件，其主要作用是把從電動(dòng)機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過偏心輪杠桿使機(jī)床搖塊繞其軸心線擺動(dòng)，同時(shí)撥動(dòng)棘輪，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的自動(dòng)進(jìn)給。在設(shè)計(jì)機(jī)床搖塊機(jī)械加工工藝過程時(shí)要通過查表法準(zhǔn)確的確定各表面的總余量及余量公差，合理選擇機(jī)床加工設(shè)備以及相應(yīng)的加工刀具，進(jìn)給量，切削速度、功率，扭矩等用來提高加工精度，保證其加工質(zhì)量[4]。 在實(shí)際生產(chǎn)中，由于零件的生產(chǎn)類型、形狀、尺寸和技術(shù)要求等條件不同，針對(duì)某一零件，往往不是單獨(dú)在一種機(jī)床上用某一種加工方法就能完成的，而是需要經(jīng)過一定的工藝過程。因此，我們不僅要根據(jù)零件具體要求，選擇合適的加工方法，還要合理地安排加工順序，一步一步地把零件加工出來，直到零件最后加工成型[5-6]。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是B6065刨床機(jī)床搖塊工藝規(guī)程及特定鉆夾具設(shè)計(jì)，詳細(xì)討論機(jī)床搖塊從毛坯到成品的機(jī)械加工工藝過程，分析總結(jié)機(jī)床搖塊零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要加工表面，并制定相應(yīng)的機(jī)械加工工藝規(guī)程；針對(duì)機(jī)床搖塊零件的主要技術(shù)要求，設(shè)計(jì)鉆孔夾具的專用夾具。 2 零件的分析 2.1 零件的作用和結(jié)構(gòu) 該零件為機(jī)床搖塊，是牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的零件，φ32mm孔安裝在進(jìn)給絲杠軸，靠近φ32mm孔左端處裝一棘輪。在棘輪上方即為φ16mm孔裝棘爪。φ16mm孔通過銷與杠連接。把從電動(dòng)機(jī)創(chuàng)來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過偏心輪杠桿使零件繞φ32mm軸心線擺動(dòng)。同時(shí)，撥動(dòng)棘輪，使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)進(jìn)給。 2.2 零件的工藝分析 由零件毛坯圖2.1可知，其材料為HT200，該材料為灰鑄鐵，具有較高強(qiáng)度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應(yīng)力和要求耐磨零件，根據(jù)零件加工要求制定出可行的工藝路線和合理的夾具方案，以確保零件的加工質(zhì)量。零件的加工質(zhì)量，要可靠地達(dá)到了圖紙所提出的技術(shù)條件，并盡量提高生產(chǎn)率和降低消耗同時(shí)還盡量降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使其有良好的工作條件。機(jī)床搖塊主要作用是把從電動(dòng)機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過偏心輪杠桿使機(jī)床搖塊繞其軸心線擺動(dòng)，同時(shí)撥動(dòng)棘輪，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的自動(dòng)進(jìn)給。在設(shè)計(jì)機(jī)床搖塊機(jī)械加工工藝過程時(shí)要通過查表法準(zhǔn)確的確定各表面的總余量及余量公差，合理選擇機(jī)床加工設(shè)備以及相應(yīng)的加工刀具，進(jìn)給量，切削速度、功率，扭矩等用來提高加工精度，保證其加工質(zhì)量。 由零件圖可知，φ32mm、φ16mm的中心線是主要的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)。該零件的主要加工面可分為兩組： (1)φ32mm孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：φ32mm的兩個(gè)端面及孔和倒角，φ16mm的兩個(gè)端面及孔和倒角。 (2)以φ16mm孔為加工表面 這一組加工表面包括，φ16mm的端面和倒角及內(nèi)孔φ10mm、M8-6H的內(nèi)螺紋，φ6.6mm的孔。 這兩組的加工表面有著一定的位置要求，主要是： (1)φ32mm孔內(nèi)與φ16mm中心線垂直度公差為0.10； (2)φ32mm孔端面與φ16mm中心線的距離為12mm。 零件毛坯圖如圖2.1所示 圖2.1 零件毛坯圖 由以上分析可知，對(duì)這兩組加工表面而言，先加工第一組，再加工第二組。由參考文獻(xiàn)[2]中有關(guān)面和孔加工精度及機(jī)床所能達(dá)到的位置精度可知，上述技術(shù)要求是可以達(dá)到的，零件的結(jié)構(gòu)工藝性也是可行的。 2.3 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng) N=Qn（1+a+b） (2.1) 其中，產(chǎn)品的年產(chǎn)量Q=4000臺(tái)/年，每臺(tái)產(chǎn)品中該零件的數(shù)量n=1件/臺(tái)，零件備品率a=4%，零件的廢品率b=1%。 N=4000×1×（1+4%+1%）=4200件/ 年 從此結(jié)果可知，該零件為中批生產(chǎn)。 3 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3.1 零件表面加工方法的選擇 零件各表面的加工方法和方案選擇，首先要保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，另外還要考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)方面的要求，在選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)各種加工方法的特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)加工精度和表面粗糙度，結(jié)合零件的特點(diǎn)和技術(shù)要求，應(yīng)慎重決定。 3.1.1 基準(zhǔn)的選擇 基準(zhǔn)選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要設(shè)計(jì)之一，基準(zhǔn)的選擇正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高。否則，加工工藝過程會(huì)問題百出，使生產(chǎn)無法進(jìn)行?；鶞?zhǔn)的選擇正確，可以使加工質(zhì)量得到保證，否則，加工過程會(huì)出現(xiàn)很多問題，更有甚者，還會(huì)造成零件批報(bào)廢，包括廢品和撞刀等事故。粗基準(zhǔn)是機(jī)械加工工序中的第一道工序中用未經(jīng)加工過的毛坯作為定位基準(zhǔn)，在隨后的工序中，用加工過的表面作為定位基準(zhǔn)，則成為精基準(zhǔn)[7-8]。 (1)粗基準(zhǔn)的選擇 對(duì)于一般的軸類零件來說，以外圓作為基準(zhǔn)是合理的，按照有關(guān)零件粗基準(zhǔn)的選擇原則：當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)選擇這些不加工表面作為粗基準(zhǔn)，當(dāng)零件有很多個(gè)不加工表面時(shí)，則應(yīng)當(dāng)選擇與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作為粗基準(zhǔn)。 (2)精基準(zhǔn)的選擇 精基準(zhǔn)的選擇主要考慮基準(zhǔn)重合的問題。選擇加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，稱為基準(zhǔn)重合的原則。采用基準(zhǔn)重合原則可以避免由定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合引起的基準(zhǔn)不重合誤差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保證。為使基準(zhǔn)統(tǒng)一，先選擇φ32mm的孔和φ16mm的孔作為精基準(zhǔn)[9-10]。 3.2 制定機(jī)械加工工藝路線 制定工藝路線得出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用通用機(jī)床配以專用工夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降[11]。 (1)工藝路線方案一： 工序I 粗銑φ32mm孔右端面 工序Ⅱ 銑φ16mm孔左端面，銑φ32mm孔左端面 工序Ⅲ 銑φ16mm孔右端面，精銑φ32mm右端面 工序Ⅳ 銑深9.5mm寬6mm的槽 工序Ⅴ 銑φ16mm孔下端面 工序Ⅵ 鉆φ10mm孔，鉆φ16mm孔，鉆φ6.6mm底孔 工序Ⅶ 鉆、粗精鉸φ32mm孔，倒角45° 工序Ⅷ 鉆、粗精鉸φ16mm,倒角45° 工序Ⅸ 絲錐攻絲M8-6H (2)工藝路線方案二： 工序I 粗銑φ32mm右端面 工序Ⅱ 銑φ16mm孔左端面，φ32mm孔左端面 工序Ⅲ 銑φ16mm孔右端面，精銑φ32mm右端面 工序Ⅳ 鉆、粗精鉸φ32mm孔，倒角45° 工序Ⅴ 鉆、粗精鉸φ16mm,倒角45° 工序Ⅵ 鉆φ10mm孔和φ16孔，鉆φ6.6mm底孔 工序Ⅶ 銑φ16mm孔下端面 工序Ⅷ 鉆φ6mm的孔，锪120°的錐孔 工序Ⅸ 銑深9.5mm寬6mm的槽 工序Ⅹ 絲錐攻絲M8-6H 以上工藝過程詳見“機(jī)械加工工藝過程卡綜合片” 3.3 工藝方案的比較與分析 上述前兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：兩個(gè)加工方案都是按先加工面再加工孔的原則進(jìn)行加工的。方案一是先鉆Φ10mm孔和鉆、粗精鉸Φ16mm的孔，然后以孔的中心線為基準(zhǔn)距離12mm鉆、粗精鉸Φ32mm的孔，倒角45°。而方案二卻與此相反，先鉆Φ32mm的孔，倒角45°，然后以孔的中心線為基準(zhǔn)鉆φ16mm孔，兩種方案通過分析比較可以看出，先加工Φ32mm的孔，以孔作為基準(zhǔn)加工φ16mm的孔，然后再以Φ32mm的孔作定位基準(zhǔn)加工Φ10mm孔，Φ16mm孔和鉆φ6.6mm的底孔，這時(shí)的垂直度容易保證，并且定位和裝夾都很方便，并且方案二的加工孔是在鉆床Z535上加工的，這樣避免了不必要的拆卸、搬動(dòng)和裝夾，節(jié)約了工時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。因此，選用方案二是比較合理的。 最后確定工藝方案如下表3.1: 表 3.1 加工工藝路線 工序號(hào) 工序內(nèi)容 簡(jiǎn)要說明 10 一箱多件沙型鑄造 20 進(jìn)行人工時(shí)效處理 消除內(nèi)應(yīng)力 30 涂漆 防止生銹 40 粗銑φ32mmm孔右端面 先加工面 50 銑φ16mm孔左端面，銑φ32mm孔左端面 60 銑φ16mm孔右端面，精銑32mmm孔右端面 70 鉆、粗精鉸φ32mm孔，倒角45° 80 鉆、粗精鉸φ16mm孔,倒角45° 90 鉆φ10mm孔，鉆φ16mm孔，鉆底孔φ6.6mm 100 銑16mm孔下端面 110 鉆φ6mm的孔，锪120°的錐孔 120 銑深9.5mm寬6mm的槽,倒角45° 130 M8絲錐攻絲 140 檢驗(yàn) 150 入庫(kù) 3.3 工序基準(zhǔn)的選擇 工序是在工序圖上以標(biāo)定被加工表面位置尺寸和位置精度的基準(zhǔn)。所標(biāo)定的位置尺寸和位置精度分別稱為工序尺寸和工序技術(shù)要求，工序尺寸和工序技術(shù)要求的內(nèi)容在加工后應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)所用的基準(zhǔn)稱為測(cè)量基準(zhǔn)。通常工序基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)重合。 工序基準(zhǔn)的選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： (1)選設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為工序基準(zhǔn)時(shí)，對(duì)工序尺寸的檢驗(yàn)就是對(duì)設(shè)計(jì)尺寸的檢驗(yàn)，有利于減少檢驗(yàn)工作量。 (2)當(dāng)本工序中位置精度是由夾具保證而不需要進(jìn)行試切，應(yīng)使工序基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。 (3)對(duì)一次安裝下所加工出來的各個(gè)表面，各加工面之間的工序尺寸應(yīng)與設(shè)計(jì)尺寸一致。 3.4 工序尺寸的確定 根據(jù)加工長(zhǎng)度為50mm，毛坯的余量為4mm，粗加工的余量為2mm。根據(jù)《機(jī)械工藝手冊(cè)》表2.3-21加工的長(zhǎng)度為50mm，經(jīng)粗加工后的加工余量為0.5mm。 (1)φ32mm的孔 毛坯為空心，通孔，孔內(nèi)要求精度介于IT7～I(xiàn)T8之間。查《機(jī)械工藝手冊(cè)》表2.3-8確定工序尺寸及余量。 鉆孔：φ31mm. 2z=0.85mm 粗鉸：φ31.85mm 2z=0.15mm 精鉸：φ32H7 (2)φ16mm的孔 毛坯為實(shí)心，不沖孔，孔內(nèi)要求精度介于IT7～I(xiàn)T8之間。查《機(jī)械工藝手冊(cè)》表2.3-8確定工序尺寸及余量。 鉆孔：φ15mm. 2z=0.85mm 擴(kuò)孔：φ15.85mm 2z=0.1mm 粗鉸：φ15.95mm 2z=0.05mm 精鉸：φ16H7 (3)φ16mm的孔 毛坯為實(shí)心、不沖出孔，孔內(nèi)要求精度介于IT8～I(xiàn)T9之間。查《機(jī)械工藝手冊(cè)》表2.3-8確定工序尺寸及余量。 鉆孔：φ15mm 2z=0.95mm 粗鉸：φ15.95mm 2z=0.05mm 精鉸：φ16H8 (4)鉆螺紋底孔φ6.6mm的孔 毛坯為實(shí)心、不沖出孔，孔內(nèi)要求精度介于IT8～I(xiàn)T9之間。查《機(jī)械工藝 手冊(cè)》表2.3-8確定工序尺寸及余量。 鉆孔：φ6.6mm 2z=1.4mm 精鉸：φ8H7 (5)鉆φ6mm孔 毛坯為實(shí)心、不沖出孔，孔內(nèi)要求精度介于IT8～I(xiàn)T9之間。查《機(jī)械工藝 手冊(cè)》表2.3-8確定工序尺寸及余量。 鉆孔：φ5.8mm 2z=0.02mm 精鉸：φ6H7 3.5 加工余量的確定 根據(jù)零件材料確定毛坯為灰鑄鐵，通過計(jì)算和查詢資料可知，毛坯重量約為0.72kg。生產(chǎn)類型為中小批量，可采用一箱多件砂型鑄造毛坯。由于φ32mm的孔需要鑄造出來，故還需要安放型心。此外，為消除殘余應(yīng)力，鑄造后應(yīng)安排人工時(shí)效進(jìn)行處理。 根據(jù)零件圖資料，分別確定各加工表面的機(jī)械余量及毛胚尺寸。 由參考文獻(xiàn)可知，查得該鑄件的尺寸公差等級(jí)CT為8～10級(jí)，加工余量等級(jí)MA為G級(jí)，故CT=10級(jí)，MA為G級(jí)。用查表法確定各加工表面的總余量如表3.1所示： 表3.1 加工表面的總余量表 加工表面 基本尺寸 加工余量等級(jí) 加工余量數(shù)值 說明 φ27的端面 92 H 4.0 頂面降一級(jí)，單側(cè)加工 φ16的孔 φ16 H 3.0 底面，孔降一級(jí)，雙側(cè)加工 φ50的外圓端面 45 G 2.5 雙側(cè)加工（取下行值） φ32的孔 φ32 H 3.0 孔降一級(jí)，雙側(cè)加工 φ35的兩端面 20 G 2.5 雙側(cè)加工（取下行值） φ16的孔 φ16 H 3.0 孔降一級(jí)，雙側(cè)加工 由參考文獻(xiàn)[3]可知，鑄件主要尺寸的公差如表3.2所示： 表3.2 尺寸的公差表 主要加工表面 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 公差CT φ27的端面 92 4.0 96 3.2 φ16的孔 φ16 6 φ10 2.2 φ50的外圓端面 45 5 50 2.8 φ32的孔 φ32 6.0 φ26 2.6 φ35的兩端面 20 5 25 2.4 φ16的孔 φ16 6 φ10 2.2 3.6 選擇加工設(shè)備與工藝設(shè)備 3.6.1 機(jī)床的選擇 工序40 粗銑φ32mmm孔右端面，考慮工件的定位夾緊方案及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問題，成批生產(chǎn)要求不高的生產(chǎn)效率。故選用臥銑，選擇XA6132臥式銑床，專用銑夾具和游標(biāo)卡尺。 工序50 銑φ16mm孔左端面和銑φ32mm孔左端面，考慮工件的定位夾緊方案及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問題，因定為基準(zhǔn)相同，成批生產(chǎn)要求不高的生產(chǎn)效率。故選用臥銑，選擇XA6132臥式銑床，專用銑夾具和游標(biāo)卡尺。 工序60 銑φ16mm孔右端面，精銑φ32mmm孔右端面，宜采用臥銑，選擇XA6132臥式銑床，專用銑夾具和游標(biāo)卡尺。 工序70 鉆粗、精鉸φ32mm，倒角45°。選擇Z535立式鉆床，專用鉆夾具和游標(biāo)卡尺。 工序80 鉆粗、精鉸φ16mm孔,倒角45°。選用Z535立式鉆床，專用鉆夾具和內(nèi)徑千分尺 。 工序90 鉆φ10mm孔，鉆φ16mm孔，鉆M8底孔φ6.6mm。選用Z535立式鉆床，專用鉆夾具和游標(biāo)卡尺。 工序100 銑16mm孔下端面。選用XA6132臥式銑床，專用銑夾具和游標(biāo)卡尺 。 工序110 鉆φ6.6mm的孔，锪120°的錐孔。選用Z5215A搖臂鉆床加工，專用鉆夾具和游標(biāo)卡尺。 工序120 銑深9.5mm寬6mm的槽,倒角45°。選用XA6132臥式銑床加工，專用銑夾具和游標(biāo)卡尺。 工序130 M8絲錐攻絲，機(jī)用絲錐，選用量具為螺紋塞規(guī)。 3.6.2 夾具的選擇 本零件除粗銑及鉆孔等工序需要專用夾具外，其他各工序使用通用夾具即可。 3.6.3 刀具的選擇 (1)銑刀依據(jù)參考文獻(xiàn)資料[1]，選擇高速鋼圓柱銑刀直徑d=60mm，齒數(shù)z=10，及直徑為d=50mm，齒數(shù)z=8及切槽刀直徑d=6mm。 (2)鉆φ32mm的孔選用高速鋼復(fù)合鉆頭。 (3)鉆φ10mm孔，鉆φ16mm和鉆底孔φ6.6mm，選用高速鋼麻花鉆鉆頭。 (4)鉆φ16mm孔。選用選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，d=φ16mm，鉆頭采用雙頭刃磨法，后角＝120°，45°車刀。 (5)攻絲M8-6H ，選用M8絲錐。 3.6.4 量具的選擇 本零件屬于中批生產(chǎn)，一般情況下盡量采用通用量具。根據(jù)零件的表面的精度要求，尺寸和形狀特點(diǎn)，參考相關(guān)資料，選擇如下： (1)選擇加工面的量具 用分度值為0.05mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量，以及讀數(shù)值為0.01mm，測(cè)量范圍100mm～125mm的外徑千分尺。 (2)選擇加工孔量具 因?yàn)榭椎募庸ぞ冉橛贗T7～I(xiàn)T9之間，可選用讀數(shù)值0.01mm，測(cè)量范圍50mm～125mm的內(nèi)徑千分尺即可。 (3)選擇加工槽所用量具 槽經(jīng)粗銑、精銑兩次加工。槽寬及槽深的尺寸公差等級(jí)為：粗銑時(shí)均為IT14;精銑時(shí)，槽寬為IT13，槽深為IT14。故可選用讀數(shù)值為0.02mm，測(cè)量范圍0mm～150mm的游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量。 3.7 切削用量及基本時(shí)間的確定 3.7.1 工序Ⅰ的設(shè)計(jì) 本工序?yàn)榇帚姦?2mm孔右端面。已知工件材料為HT200，選擇高速鋼圓柱銑刀直d=60mm，齒數(shù)。根據(jù)參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)[1]選擇銑刀的基本形狀,r=10°，a=12°，β=45°已知銑削寬度a=2.5mm，銑削深度a=50mm故機(jī)床選用XA6132臥式銑床。 (1)確定每齒進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)[2]資料所知，XA6132型臥式銑床的功率為7.5kw，工藝系統(tǒng)剛性為中等。查得每齒進(jìn)給量=0.16 mm/z～0.24mm/z、現(xiàn)取=0.16mm/z。 (2)選擇銑刀磨損標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)[2]資料所知，銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為1.5mm，銑刀直徑D=60mm，耐用度T=180min。 (3)確定切削速度 根據(jù)參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)[2]資料所知，依據(jù)銑刀直徑d=60mm，齒數(shù)z=10，銑削寬度a=2.5mm，銑削深度a=50mm，耐用度T=180min時(shí)查?。?8mm/s，=439r/min, =490mm/s。根據(jù)XA6132型臥式銑床主軸轉(zhuǎn)速表查取，=300r/min, =475mm/s。 則實(shí)際切削： = (3.1) ==56.52m/min 實(shí)際進(jìn)給量： = (3.2) ==0.16mm/z (4)校驗(yàn)機(jī)床功率 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，銑削時(shí)的功率（單位kw）為:當(dāng)=0.16mm/z, a=50mm,a=2.5mm, =490mm/s時(shí)由切削功率的修正系數(shù)k=1，則P= 3.5kw P=0.8kw。 根據(jù)XA6132型立式銑床說明書可知，機(jī)床主軸主電動(dòng)機(jī)允許的功率 P= P×P (3.3) P=7.5×0.8=6＞P= 3.5kw 因此機(jī)床功率能滿足要求。 (5)基本時(shí)間 t= (3.4) t==4.6min 3.7.2 工序Ⅱ的設(shè)計(jì) 本工序?yàn)殂姦?6mm孔左端面，銑φ32mm孔左端面，由參考文獻(xiàn) [1]《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5得由銑刀直徑，銑刀齒數(shù)。 (1)銑φ16mm孔左端面 (a)確定每齒進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)[2]資料所知，查得每齒進(jìn)給量=0.20 mm/z～0.30mm/z、現(xiàn)取=0.20mm/z。由于加工余量不大，可以在一次走刀內(nèi)切完，故取銑削深度a=3.5mm。 (b)選擇銑刀磨損標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為0.80mm，耐用度T=180min。 (c)確定切削速度 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，依據(jù)上述參數(shù)，查?。?3mm/s，=350r/min, =390mm/s。根據(jù)XA6132型臥式銑床主軸轉(zhuǎn)速表查取，=150r/min, =350mm/s。 則實(shí)際切削： = ==23.6m/min 實(shí)際進(jìn)給量： = ==0.23mm/z (d)校驗(yàn)機(jī)床功率 依據(jù)上道工序校驗(yàn)的方法，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，切削功率的修正系數(shù)k=1，則P= 2.3kw，P=0.8 kw，P=7.5可知機(jī)床功率能夠滿足要求。 (e)基本時(shí)間 t= t==4.3 min (2)銑φ32mm孔左端面 由參考文獻(xiàn)[1]《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表得：， ；由銑刀直徑，銑刀齒數(shù)。 (a)確定每齒進(jìn)給量 查閱查閱《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，由選擇高速鋼圓柱銑刀直徑D=60mm，齒數(shù)。已知銑削寬度a=2.5mm，故機(jī)床選用XA6132臥式銑床。根據(jù)參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)[2]資料所知，查得每齒進(jìn)給量=0.20 mm/z～0.30mm/z、現(xiàn)取=0.20mm/z。由于加工余量不大，可以在一次走刀內(nèi)切完，故取銑削深度a=3.5mm。 (b)選擇銑刀磨損標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為0.40mm，耐用度T=90min。 (c)確定切削速度 根據(jù)XA6132型立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表查取，當(dāng)=60mm，, a≤10 mm, ≤0.20mm/z時(shí)，＝4.5 m/min，=350r/min, =23 mm/min。 各修正系數(shù)： 故 (m/min) (3.5) (r/min) (3.6) (mm/min) (3.7) 按機(jī)床選?。? 75r/min，= 35mm/min，則切削速度和每齒進(jìn)給量為： (m/min) === 0.05(mm/z) (d)校驗(yàn)機(jī)床功率 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.22，當(dāng)≤27mm，= 0.10 mm/z～0.15mm/z，≤10mm，≤132mm/min。查得P=1.1kw，根據(jù)銑床XA6132說明書，機(jī)床主軸允許功率為：P= 9.125×0.75kw = 6.84kw，故P＜P，因此，所選擇的切削用量是可以采用的，即=2.0mm，=35mm/min，= 75r/min，= 14.2m/min，= 0.05mm/z。 (e)計(jì)算基本工時(shí) (3.8) 式中，，mm，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.29，mm，所以，(mm)， min 3.7.3 工序Ⅲ的設(shè)計(jì) 本工序?yàn)殂姦?6mm孔右端面,精銑φ32mm孔的右端面。已知工件材料為HT200，選擇高速鋼圓柱銑刀直徑D=60mm，齒數(shù)。根據(jù)參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)[1]選擇銑刀的基本形狀,r=10°，a=12°，β=45°已知銑削寬度a=2.5mm，銑削深度a=50mm，故機(jī)床選用XA6132臥式銑床。 (1)銑φ16mm孔右端面 (a)確定每齒進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)[2]資料所知，查得每齒進(jìn)給量=0.20 mm/z～0.30mm/z，現(xiàn)取=0.20mm/z。由于加工余量不大，可以在一次走刀內(nèi)切完，故取銑削深度a=3.5mm。 (b)選擇銑刀磨損標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為0.80mm，耐用度T=180min。 (c)確定切削速度 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，依據(jù)上述參數(shù)，查?。?3mm/s，=350r/min, =390mm/s。根據(jù)XA6132型臥式銑床主軸轉(zhuǎn)速表查取，=150r/min, =350mm/s。 則實(shí)際切削： = ==23.6m/min 實(shí)際進(jìn)給量： = ==0.23mm/z (d)校驗(yàn)機(jī)床功率 依據(jù)上道工序校驗(yàn)的方法，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，切削功率的修正系數(shù)k=1，則P= 2.3kw，P=0.8 kw，P=7.5可知機(jī)床功率能夠滿足要求。 (e)基本時(shí)間 根據(jù)資料所知高速鋼圓柱銑刀銑面基本時(shí)間為： t= t==4.3 min (2)精銑φ32mm孔的端面 查閱《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，由銑削寬度= 2.5mm，選擇= 60mm的圓柱銑刀，故齒數(shù)。機(jī)床選擇臥式銑床XA6132。精加工，余量很小，故取= 1.0mm。 (a)每齒進(jìn)給量 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.2及根據(jù)機(jī)床的功率為7.5kw，得= 0.2mm/z ～0.3mm/z，故取= 0.2mm/z。 (b)確定銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具磨鈍壽命 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為0.25mm，由銑刀直徑= 60mm，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.8，故刀具磨鈍壽命T = 90min。 (c)切削速度和每分鐘進(jìn)給量 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.14，當(dāng)mm，，≤10mm，≤0.20mm/z時(shí)，m/min，r/min，mm/z。 各修正系數(shù)： 故 (m/min) (3.9) (r/min) (3.10) (mm/min) (3.11) 按機(jī)床選?。? 300r/min，= 39mm/min，則切削速度和每齒進(jìn)給量為： (m/min) === 0.013 (mm/z) (d)檢驗(yàn)機(jī)床功率 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.3，當(dāng)≤3mm，= 0.10 mm/z ～0.15mm/z，≤10mm，≤132mm/min。查得P=1.1kw，根據(jù)銑床XA6132說明書，機(jī)床主軸允許功率為：P= 9.125×0.75kw = 6.84kw，故P＜P，因此，所選擇的切削用量是可以采用的，即 =1.0mm，=42.5mm/min，= 300r/min，= 303m/min，= 0.013mm/z。 (e)計(jì)算基本工時(shí) (3.12) 式中，，mm，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.26，mm，所以，(mm)， min 3.7.4 工序Ⅳ的設(shè)計(jì) 本工序?yàn)殂@﹑粗鉸、精鉸φ32mm孔，倒角45°。刀具選用高速鋼復(fù)合鉆頭，直徑D=32mm，使用切削液，故選用Z535立式鉆床。 (1)確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》，由于孔徑和深度都很大，查《切削手冊(cè)》， 所以， 。 (2)選擇鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表5-130，鉆頭后刀面最大磨損量為0.8mm，耐用度T=50min。 (3)確定切削速度和每齒進(jìn)給量 由表5-132，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》 修正系數(shù) ，σ=670MPa的HT200的加工性為5類，根據(jù)表5-127，進(jìn)給量=0.48mm/r， 查《切削手冊(cè)》機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速為 故實(shí)際的切削速度 根據(jù)以上計(jì)算確定切削用量如下： 鉆孔：d=31mm, =0.48mm/r, =452r/min, =12.77m/min 粗鉸：d =31.85mm, =0.4mm/r, =400r/min, =29.7m/min 精鉸：d =31.95mm, =0.2mm/r, =630r/min, =15m/min (4)校驗(yàn)扭矩功率 所以 故滿足條件，校驗(yàn)成立。 (5)鉆、粗鉸、精鉸φ32mm孔基本時(shí)間 (a)鉆φ32mm孔基本工時(shí) 根據(jù)參考文獻(xiàn)資料所知高速鋼復(fù)合鉆頭基本時(shí)間為： (b)粗鉸孔基本工時(shí)： l= (3.13) L=27.5mm, =400r/min, =0.4 mm/z,取=3mm, =4mm, (3.14) (c)精鉸孔基本工時(shí)： l= 取=0.2mm/r, =630r/min, =15m/min，l1=4mm, l2=2mm，l=27.5mm (3.15) 3.7.5 工序Ⅴ的設(shè)計(jì) 本工序?yàn)殂@、粗鉸、精鉸φ16mm的孔，倒角45°。刀具：選鉸刀選用φ15.95的標(biāo)準(zhǔn)高速鋼鉸刀，鉸孔擴(kuò)削用量，鉆頭采用雙頭刃磨法，后角αo＝120°。 (1)確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表10.4-7查出表=0.5～1.4.按該表注釋取較小進(jìn)給量，按按該表注釋取較小進(jìn)給量，按Z525機(jī)床說明書，取=0.3。查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，， 所以，，按鉆頭強(qiáng)度選擇，按機(jī)床強(qiáng)度選擇。最終決定選擇機(jī)床已有的進(jìn)給量=0.3， 經(jīng)校驗(yàn)，校驗(yàn)成功。 (2)鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，后刀面最大磨損限度為0.5 mm～0.8mm，壽命。 (3)確定切削速度 根據(jù)表10.4-39取,切削速度的修正系數(shù)可按表10.4-10查出，kmv=1。 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》 修正系數(shù) (3.16) 故K=0.87 故V’=14.2×0.87×1=12.35m/min N’= (3.17) 根據(jù)Z525機(jī)床說明書選擇=275r/min.這時(shí)實(shí)際的鉸孔速度為： = 根據(jù)以上計(jì)算確定切削用量如下： 鉆孔： d=15mm, =0.3mm/r, =400r/min, =18m/min 粗鉸： d =15.85mm, =0.5mm/r, =574r/min, =25.8m/min 精鉸： d =15.95mm, =0.72mm/r, =275r/min, =13.65m/min (4)校驗(yàn)扭矩功率 所以 故滿足條件，校驗(yàn)成立。 (5)鉆、粗鉸、精鉸φ16孔基本時(shí)間 (a)鉆孔基本工時(shí)： t = 式中，=400, =0.3,l=27.5mm,l1=l2=5mm T= (b)粗鉸孔基本工時(shí)： l= L=27.5mm, =530r/min, =0.5mm,取l1=3mm, l2=4mm t= (c)精鉸孔基本工時(shí)： l= 取l1=4mm, l2=2mm，l=27.5mm t= 3.7.6 工序Ⅵ的設(shè)計(jì) 本工序?yàn)殂@φ10mm和鉆φ16mm孔,以φ32mm孔為定位基準(zhǔn)，鉆M8 螺紋底孔φ6.6mm。選擇高速鋼麻花鉆鉆頭D=10mm，鉆頭采用雙頭刃磨法，后角αo＝120°，45°車刀。 (1)鉆φ10mm孔 (a)確定進(jìn)給量 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，，所以按鉆頭強(qiáng)度選擇 ，按機(jī)床強(qiáng)度選擇。最終決定選擇機(jī)床已有的進(jìn)給量，經(jīng)校驗(yàn) 校驗(yàn)成功。 (b)選擇鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，后刀面最大磨損限度為0.5 mm～0.8mm，壽命。 (c)確定切削速度 查《切削手冊(cè)》 修正系數(shù) 故 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速為 故實(shí)際的切削速度 (d)校驗(yàn)扭矩功率 所以 故滿足條件，校驗(yàn)成立。 (e)基本時(shí)間 (2)鉆φ16mm孔 (a)確定進(jìn)給量 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，，所以，按鉆頭強(qiáng)度選擇，按機(jī)床強(qiáng)度選擇。最終決定選擇機(jī)床已有的進(jìn)給量，經(jīng)校驗(yàn) 校驗(yàn)成功。 (b)選擇鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》后刀面最大磨損限度為0.5～0.8mm，壽命。 (c)確定切削速度 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》 修正系數(shù) 故 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速為 故實(shí)際的切削速度 (d)校驗(yàn)扭矩功率 所以 故滿足條件，校驗(yàn)成立。 (e)基本時(shí)間 (3)鉆M8底孔φ6.6mm (a)確定進(jìn)給量 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》， 所以，由于孔徑和深度都不大， 。按鉆頭強(qiáng)度選擇，按機(jī)床強(qiáng)度選擇，最終決定選擇機(jī)床已有的進(jìn)給量，經(jīng)校驗(yàn) 校驗(yàn)成功。 (b)鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命　 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，后刀面最大磨損限度為0.5 mm～0.8mm，壽命。 (c)確定切削速度 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》由表5-132，=670MPa的HT200的加工性為5類,修正系數(shù) 故。 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速為 故實(shí)際的切削速度 (d)校驗(yàn)扭矩功率 所以 故滿足條件，校驗(yàn)成立。 (e)基本時(shí)間 3.7.7 工序Ⅶ的設(shè)計(jì) 本工序?yàn)殂姦?6mm的下端面，工件材料為HT200,選用XA6132臥式銑床。選用高速鋼圓柱銑刀,深度ap<=3mm, ,故據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》,取刀具直徑D=60mm。 (1)確定每齒進(jìn)給量 每齒進(jìn)給量 機(jī)床功率為7.5kw。查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》=0.14 mm/z～0.24mm/z。由于是對(duì)稱銑，選較小量=0.14 mm/z。 (2)選擇銑刀磨損標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.7，后刀面最大磨損為1.0 mm～1.5mm,壽命T=180min。 (3)確定切削速度和每齒進(jìn)給量 計(jì)算切削速度 按《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查得＝98mm/s，=439r/min, =490mm/s 據(jù)XA6132銑床參數(shù)，選擇=475r/min, =475mm/s,則實(shí)際切削： =3.14×60×475/1000=119.3m/min 實(shí)際進(jìn)給量為=/z=475/(300×10)=0.16mm/z (4)校驗(yàn)機(jī)床功率 校驗(yàn)機(jī)床功率查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》Pcc=2.3kw,而機(jī)床所能提供功率為Pcm>Pcc，故校驗(yàn)合格。 最終確定： ap1=1.8mm，ap2=0.2mm，=475r/min，=119.3m/min，=0.16mm/z。 (5)基本時(shí)間 t= t==3.8min 3.7.8 工序Ⅷ的設(shè)計(jì) 本工序?yàn)殂@φ6mm的孔，锪120°倒角，選用Z5215A搖臂鉆床加工,刀具采用選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，φ6mm高速鋼麻花鉆，鉆頭采用雙頭刃磨法，使用切削液，后角αo＝120°。 (1)確定進(jìn)給量 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》， ，所以由于孔徑和深度均很小，。按鉆頭強(qiáng)度選擇 ，按機(jī)床強(qiáng)度選擇。最終決定選擇機(jī)床已有的進(jìn)給量 經(jīng)校驗(yàn)， 校驗(yàn)成功。 (2)選用鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，根據(jù)表5-130，后刀面最大磨損限度為0.5 mm～0.8mm，壽命。 (3)確定切削速度 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》 修正系數(shù) 故 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速為由表5-132，=670MPa的HT200的加工性為5類，據(jù)表5-127 故實(shí)際的切削速度 (4)校驗(yàn)扭矩功率 所以 ，故滿足條件，校驗(yàn)成立。 (5)基本時(shí)間 3.7.9 工序Ⅸ的設(shè)計(jì) 本工序?yàn)殂娚?.5mm,寬6mm的槽。所選刀具為圓柱銑刀，銑刀直徑d=6mm，根據(jù)資料選擇銑刀的基本形狀r0=10°，a0=20°，已知銑削寬度ae=6mm，銑削深度ap=9.5mm，故機(jī)床選用XA6132臥式銑床。 (1)確定每齒進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，用切槽銑刀加工鑄鐵，查得每齒進(jìn)給量=0.52 mm/z～0.10mm/z，現(xiàn)取=0.52mm/z。 (2)選擇銑刀磨損標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，用切槽銑刀加工鑄鐵，銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為0.20mm，耐用度T=60min。 (3)確定切削速度和每齒進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，依據(jù)銑刀直徑D=6mm，銑削寬度ae=3mm，銑削深度ap =9mm，耐用度T=60min時(shí)查?。?8mm/s，=439r/min, =490mm/s。根據(jù)XA6132銑床主軸轉(zhuǎn)速表查取，=300r/min, =475mm/s。 則實(shí)際切削： = ==8.49m/min 實(shí)際進(jìn)給量： = ==0.16mm/z (4)校驗(yàn)機(jī)床功率 據(jù)參考文獻(xiàn)資料可知，切削功率的修正系數(shù)k=1，則P= 2.8kw，P=0.8 kw，可知機(jī)床功率能滿足要求。 (5)基本時(shí)間 根據(jù)參考文獻(xiàn)資料所知高速鋼圓柱銑刀銑面基本時(shí)間為： t= t==2.75min 3.7.10 工序Ⅹ的設(shè)計(jì) 本工序?yàn)镸8絲錐攻絲，工件材料，HT200, 選用機(jī)用絲錐，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，銑削深度ap=10mm，刀具選用M8絲錐，量具選用螺紋塞規(guī)。 (1)確定進(jìn)給量 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，由于孔徑和深度都不大，由表查5-132可知得。 (2)確定切削速度 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，由表5-132，選取=0.1m/s=6m/min,=238r/min。根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]資料所知，按機(jī)床選取=195r/min，則=4.9m/min。 (3)基本時(shí)間 根據(jù)參考文獻(xiàn)[6]表5-131查得，機(jī)動(dòng)工時(shí)=19mm，1=3mm，1=3mm t= t==0.2min 4 專用夾具介紹 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。 專用夾具是為了適應(yīng)某一工件的某一工序加工的要求而專門設(shè)計(jì)制造的,其功用主要有下列幾個(gè)方面： (1)保證工件被加工表面的位置精度,例如與其他表面間的距離精度,平行度,同軸度等。對(duì)于外行比較復(fù)雜,位置精度要求比較高的工件,使用通用夾具進(jìn)行加工往往難以達(dá)到精度要求。 (2)縮短了工序時(shí)間,從而提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。進(jìn)行某一工序所需要的時(shí)間,其中主要包括加工工件所需要的機(jī)動(dòng)時(shí)間和裝卸工件等所需要的輔助時(shí)間兩部分。按夾具的應(yīng)用范圍分類有通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具等，按夾具上的動(dòng)力源分類有手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、磁力夾具、真空夾具、切削力及離心力夾具等。機(jī)床夾具由定位元件、夾緊裝置、對(duì)刀及導(dǎo)引元件、連接元件、夾具體、其他裝置或元件組成,定位元件、夾緊裝置和夾具體是夾具的基本組成部分。在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，應(yīng)深入生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，制定出合理的設(shè)計(jì)方案，在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)[12]。 4.1 問題的提出 本夾具主要用來鉆φ16mm孔，以φ32mm孔作為定位基準(zhǔn)，為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵就是找到定位基準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 4.2 夾具的特點(diǎn) 在機(jī)床上加工工件時(shí),我們可以看到兩種不同的情況：一種是用劃針或指示表等量具,按工件的某一表面,或者按工件表面上所劃的線進(jìn)行找正,使工件在機(jī)床上處于所需要的正確位置,然后夾緊工件進(jìn)行加工;另一種是把工件安裝字夾具上進(jìn)行加工。為了在工件的某一部位上加工出符合規(guī)定技術(shù)要求的表面,一般都按工件的結(jié)構(gòu)形狀,加工方法和生產(chǎn)批量的不同,采用各種不同的裝置將工件準(zhǔn)確,方便的而可靠地安裝在機(jī)床上,然后進(jìn)行加工。這種用來安裝的工件以確定工件與切削刀具的相對(duì)位置并將工件夾緊的裝置稱為機(jī)床夾具。在實(shí)際的生產(chǎn)中,例如活塞,連桿的生產(chǎn)線上,幾乎每道工序中都采用了夾具。十分明顯,如果不采用夾具,不但工件的加工精度難以保證,而且加工生產(chǎn)率也會(huì)大大降低,有時(shí)甚至?xí)斐蔁o法加工的情況。除了機(jī)床加工時(shí)需要使用夾具外,有時(shí)在檢驗(yàn),裝配等的工序中也要用到夾具,因之在這種場(chǎng)合中用到的夾具可分別稱為檢驗(yàn)夾具和裝配夾具。機(jī)床夾具通常是指裝夾工件用的裝置,至于裝夾各種刀具用的裝置,則一般稱為輔助工具。輔助工具有時(shí)也廣義地包括在機(jī)床夾具的范圍內(nèi)。按照機(jī)床夾具的應(yīng)用范圍,一般可分為通用夾具,專用夾具和可調(diào)整式夾具等[13][14]。 4.3 零件工藝性分析 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。在給定的零件中，由于公差要求較低，因此本步的重點(diǎn)應(yīng)在加緊的方便與快速性上。 本工序的加工條件為Z525鉆床，Φ16mm高速鋼復(fù)合鉆頭，工件其他部位均已達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣的要求。未淬硬毛坯上鉆孔的經(jīng)濟(jì)加工精度未IT11-IT12，表面粗糙度為Ra3.2，在鉆床夾具上加工時(shí)適當(dāng)控制切削用量，可以保證孔的尺寸精度和表面粗糙度要求。因此，在本工序加工中，應(yīng)主要考慮孔軸線的位置要求。 4.3.1 定位基準(zhǔn)的選擇 出于定位簡(jiǎn)單和快速的考慮，選擇孔Φ32mm和端面為基準(zhǔn)定位，側(cè)面加定位銷輔助定位，使工件完全定位，再使用快速螺旋卡緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行卡緊。本工序采用孔φ32mm和端面為基準(zhǔn)定位，使加工基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)統(tǒng)一，能很好的保證定位的精度，使加工更好的保證位置精度[15]。 4.3.2 定位方案的選擇 根據(jù)該工序加工要求，工件在夾具中的定位方案以Φ32+0.027 0孔為主要定位基準(zhǔn)，限制5個(gè)自由度，以支撐釘為止推基準(zhǔn)，限制一個(gè)自由度?？紤]到當(dāng)在加工φ16mm時(shí)，需要足夠的自由空間，其上方應(yīng)該是沒有干涉的，所以該工件的定位支撐只能安排在其他部位，若安排在φ16mm的外端面，用V型塊支撐，而工件上存在兩處強(qiáng)度不足的地方，加工時(shí)容易振動(dòng)和機(jī)械變形，而且整個(gè)夾具會(huì)進(jìn)一步增大，為工件裝卸帶來麻煩，通過以下方法來夾緊： (1)夾緊機(jī)構(gòu) 工件的夾緊是擰動(dòng)螺母，通過開口墊圈將工件夾緊在定位銷軸上。 (2)分度裝置 分度是由固定在定位銷的轉(zhuǎn)盤來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)分度定位銷分別插入轉(zhuǎn)盤的兩個(gè)分度定位套時(shí)，工件獲得2個(gè)位置。分度時(shí)，扳動(dòng)手柄，可以松開轉(zhuǎn)盤，拔出分度定位銷，由轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)過180°，將定位銷插入另一個(gè)分度定位套中，然后順時(shí)針扳動(dòng)手柄，將工件夾緊，便可加工。 3.4.1問題的提出 在給定的零件中，對(duì)本序加工的主要考慮M18x1.5螺紋孔的位置相關(guān)尺寸。 3.4.2卡具設(shè)計(jì) 3.4.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 出于定位簡(jiǎn)單和快速的考慮，選擇一端面和孔φ32和孔φ32為定位基準(zhǔn)面，保證加工基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，再使用快速螺旋卡緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行卡緊。 3.4.2.2切削力和卡緊力計(jì)算 本步加工按鉆削估算卡緊力。實(shí)際效果可以保證可靠的卡緊。 鉆削軸向力 ： 扭矩 卡緊力為 取系數(shù) S1=1.5 S2=S3=S4=1.1 則實(shí)際卡緊力為 F’=S1*S2*S3*S4*F=24.1N 使用快速螺旋定位機(jī)構(gòu)快速人工卡緊，調(diào)節(jié)卡緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的卡緊力。 4.3.2 切削力和夾緊力計(jì)算 本步加工按鉆削估算夾緊力，實(shí)際效果可以保證可靠的夾緊。 鉆削軸向力 ： (4.2) 扭矩 (4.3) 夾緊力為 (4.4) 取系數(shù) S1=1.5 S2=S3=S4=1.1 則實(shí)際夾緊力為 F’=S1×S2×S3×S4×F=16.77N (4.5) 4.4 定位誤差分析 該夾具以φ32 mm內(nèi)孔和端面為定位基準(zhǔn)，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。 φ16mm孔軸線與左側(cè)面為線性尺寸一般公差。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，由參考資料《互換性與技術(shù)測(cè)量》表可知： ?。ㄖ械燃?jí)）即 ：尺寸偏差為 由資料[10]《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得： (1)定位誤差： (2)夾緊安裝誤差: (4.6) (4.7) (4.8) (3)磨損造成的加工誤差：通常不超過 (4)夾具相對(duì)刀具位置誤差：取 誤差總和： 從以上的分析可見，所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。 4.5 夾具設(shè)計(jì)及簡(jiǎn)要的說明 工件以φ32 mm孔和端面為定位基準(zhǔn)。為工件裝夾可靠，采用了輔助支承。如前所述，應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率，但該夾具設(shè)計(jì)采用了手動(dòng)夾緊方式，在夾緊和松開工件時(shí)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。由于該工件體積小，工件材料易切削，切削力不大等特點(diǎn)。經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動(dòng)夾緊方式即螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)卡緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的卡緊力。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中有廣泛的應(yīng)用。 裝配總圖上應(yīng)該將定位心軸、鉆模板與夾具體的連接結(jié)構(gòu)表達(dá)清楚。在上述定位，引導(dǎo)，夾緊方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)夾具體，夾具體的底面作為安裝基面。此方案安裝穩(wěn)定、剛性好，重量輕，取材容易、成本低，將各個(gè)部分連接成一個(gè)整體，并繪制出夾具圖。 結(jié)束語 根據(jù)機(jī)床搖塊工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)要求，在本設(shè)計(jì)中制定的工藝規(guī)程是比較合理的，它保證了零件的加工質(zhì)量，可靠地達(dá)到了圖紙所提出的技術(shù)條件，并盡量提高生產(chǎn)率和降低消耗同時(shí)還盡量降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使其有良好的工作條件。同時(shí)依據(jù)夾具設(shè)計(jì)原理和相關(guān)資料可以了解到該設(shè)計(jì)中的夾具設(shè)計(jì)也是合理可行的，該夾具確保了工件的加工質(zhì)量，不僅工藝性好結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且使用性好、操作省力高效，同時(shí)定位及夾緊快速準(zhǔn)確，提高了生產(chǎn)率，降低了制造成本。因此，可知此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是成功的，通過本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我能夠?qū)镜闹R(shí)做進(jìn)一步的了解與學(xué)習(xí)，對(duì)資料的查詢與合理的應(yīng)用做了更深入的了解，本次進(jìn)行工件的工藝路線分析、工藝卡片的制定、工藝過程的分析、鉆夾具的設(shè)計(jì)與分析，使理論與實(shí)踐得到綜合的運(yùn)用，通過本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我能夠?qū)镜闹R(shí)做進(jìn)一步的了解與學(xué)習(xí)，對(duì)資料的查詢與合理的應(yīng)用做了更深入的了解，本次進(jìn)行工件的工藝路線分析、工藝卡的制定、工藝過程的分析、鉆夾具的設(shè)計(jì)與分析，對(duì)我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)的課程進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用與綜合的學(xué)習(xí)。 致 謝 首先感謝母校，是她給我一個(gè)難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，讓我在即將畢業(yè)之際學(xué)到了很多知識(shí)，經(jīng)過這幾個(gè)月的緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在理論和實(shí)踐能力上都有了進(jìn)一步的提高。 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要在吳晟老師指導(dǎo)下,讓我對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)性的復(fù)習(xí),并根據(jù)畢設(shè)要求查閱有關(guān)資料。在設(shè)計(jì)過程中受到吳晟老師無微不至的關(guān)心與耐心指導(dǎo)，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利的進(jìn)展。在吳晟老師幫助下我解決了很多以前解決不了的問題,在此我向您表示衷心的感謝！ 作為一名即將完成學(xué)業(yè)，離開學(xué)校生活的我，我要感謝母校，是她給我創(chuàng)造了一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，創(chuàng)造了美好的學(xué)習(xí)生活環(huán)境，讓我在這里學(xué)到了很多知識(shí)；感謝各位老師，是他們傳授給我的知識(shí)；感謝各位同學(xué)和朋友，是他們讓我的學(xué)習(xí)和生活充滿樂趣，感謝你們！在這里特別要感謝吳晟老師，在設(shè)計(jì)期間幫助我理清設(shè)計(jì)思路，提出有效的改進(jìn)方案，他淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕田L(fēng)、誨人不倦的態(tài)度的使我受益終生！ 參 考 文 獻(xiàn) [1] 孟少農(nóng).