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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
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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(yè)]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(yè)]
（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(yè)。
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(yè)。
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(yè)。
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(yè)。
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(yè), 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(yè)。
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(yè)。
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(yè), 1996。
遼寧工程技術(shù)大學(xué)
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
V形動(dòng)導(dǎo)軌
共1頁(yè)
第1頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名
材料牌號(hào)
6
鉆、粗鉸孔2×φ5js6
MD5-01
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鍛件
86×16.8×24
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
四面組合鉆床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí)/s
準(zhǔn)終
單件
工序號(hào)
工序內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速
/r·min-1
銑削速度
/m·min-1
進(jìn)給量
fz/(mm/r)
背吃刀
量/㎜
進(jìn)給
次數(shù)
工序工時(shí)/s
機(jī)動(dòng)
輔助
描圖
1
鉆孔至Φ10-10.85mm
麻花鉆、游標(biāo)卡尺
392
18
0.20
1.5
1
12
1.8
描校
2
粗鉸至Φ10.95-11mm
錐柄機(jī)用鉸刀、
內(nèi)徑千分尺
272
15
0.22
0.01
1
33.3
5
底圖號(hào)
3
裝訂號(hào)
4
設(shè)計(jì)
（日期）
審核
（日期）
標(biāo)準(zhǔn)化
（日期）
會(huì)簽
（日期）
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
王雪微
附表2、機(jī)械加工工序卡片
26
遼寧工程技術(shù)大學(xué)
機(jī)械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
V形動(dòng)導(dǎo)軌
共1頁(yè)
第1頁(yè)
材料牌號(hào)
MD5-01
毛坯種類
鍛件
毛坯外形尺寸
每壞件數(shù)
1
每臺(tái)件數(shù)
備注
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
車間
工段
設(shè)備
工藝裝備
工序時(shí)間
準(zhǔn)終
單件
1
粗銑V形動(dòng)導(dǎo)軌兩端面
粗銑兩端面至55―52mm、上0.4、下1.6
臥式銑床X51
高速鋼套式面銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
2
精銑V形動(dòng)導(dǎo)軌兩端面
半精銑兩端面至52―50mm、6.3
立式銑床X51
高速鋼套式面銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
3
粗銑V形動(dòng)導(dǎo)軌倆邊槽5×11
粗銑至0―9mm、0.8
立式銑床X51
直柄鍵槽銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
4
半精銑倆邊槽5×11
精銑至9―11mm、0.8
立式銑床X51
直柄鍵槽銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
5
鉆φ3孔
鉆φ3孔，3.2
四面組合鉆床
麻花鉆（特制）、鉸刀、卡尺、塞規(guī)
6
鉆、粗鉸兩φ5mm孔
鉆、粗鉸φ5mm 、 3.2
四面組合鉆床
麻花鉆（特制）、鉸刀、卡尺、塞規(guī)
7
粗銑槽縫2×48
粗銑至0-1.5mm，6.3
臥式銑床X62W
游標(biāo)卡尺.鋸片銑刀、專用夾具
8
半精銑槽2×48
精銑至1.5-2mm，6.3
立式銑床X51
直柄鍵槽銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
9
磨削上端面
磨削上端面至50-48mm，0.4
磨床
砂輪
10
粗銑零件前、后端面
粗銑至16.8-11.8mm，6.3
臥式雙面銑床
三面刃銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
11
精銑零件下端面
精銑至50-48mm，6.3
立式銑床X51
銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
12
精銑零件前、后端面
精銑至11.8-9.8mm，6.3
臥式雙面銑床
銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
13
粗銑V形塊斜端面
粗銑至0-1mm0.2
立式銑床X51
立銑刀，游標(biāo)卡尺、專用夾具等
14
半精銑銑V形塊斜端面
半精銑1-2mm0.2
立式銑床X51
立銑刀，游標(biāo)卡尺、專用夾具等
15
精銑V形塊斜端面
精銑2-2.7mm0.2
立式銑床X51
立銑刀，游標(biāo)卡尺、專用夾具等
16
去毛刺、銳邊倒鈍
鉗工臺(tái)
平銼
17
終檢
塞規(guī)、百分表、卡尺等
18
化學(xué)處理
描圖
描校
底圖號(hào)
裝訂號(hào)
設(shè)計(jì)
審核
標(biāo)準(zhǔn)化
會(huì)簽
王雪微
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
XXXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）名稱
V形動(dòng)導(dǎo)軌零件加工工藝規(guī)程及鉆孔專用夾具
設(shè)計(jì)（論文）類型
指導(dǎo)教師
學(xué)生
姓名
學(xué)號(hào)
院、專業(yè)、班級(jí)
一、選題依據(jù)（簡(jiǎn)述研究現(xiàn)狀或生產(chǎn)需求情況，說明該設(shè)計(jì)（論文）目的意義）
制造業(yè)特別是機(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。由于中國(guó)潛在的巨大市場(chǎng)和豐富的勞動(dòng)力資源，世界的制造業(yè)正在向中國(guó)轉(zhuǎn)移，中國(guó)正在成為世界的制造大國(guó). 現(xiàn)代制造技術(shù)是以傳統(tǒng)制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)交叉融合的結(jié)果，是一個(gè)集機(jī)械、電子、信息、材料與管理技術(shù)于一體的新型交叉學(xué)科，它使制造技術(shù)的技術(shù)內(nèi)涵和水平發(fā)生了質(zhì)的變化。
我所選擇的題目就是通過優(yōu)化工藝和設(shè)計(jì)專業(yè)夾具來達(dá)到提高生產(chǎn)率和減小加工誤差的目的，這一課題可以把我三年來學(xué)到的機(jī)械制造知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐也是對(duì)我學(xué)習(xí)的一次檢驗(yàn)。
二、設(shè)計(jì)（論文研究）思路及工作方法
（1）零件的工藝分析，①毛坯的選擇；②主要表面和定位基準(zhǔn)的選擇；③主要表面的加工；④次要表面的加工
（2）確定零件的工藝規(guī)程
（3）鉆模的設(shè)計(jì)
（4）夾具裝配圖與零件圖的設(shè)計(jì)
（5）撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
（6）答辯
三、設(shè)計(jì)（論文研究）任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排
X月XX號(hào) 開始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)、熟悉題目及要求
X月XX號(hào) 設(shè)計(jì)資料的收集及借閱
X月XX號(hào) 分析研究所得到的設(shè)計(jì)資料
X月XX號(hào) 方案設(shè)計(jì)、比較
X月XX號(hào) 設(shè)計(jì)方案實(shí)施（設(shè)計(jì)、計(jì)算等）
X月XX號(hào) 設(shè)計(jì)、論文整理及修改
X月XX號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
教研室畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作組審核意見
難度
分量
綜合訓(xùn)練程度
教研室主任： 年 月 日
設(shè)計(jì)（論文）類型：A—理論研究；B—應(yīng)用研究；C—軟件設(shè)計(jì)；D-其它等。
目 錄
1.V形動(dòng)導(dǎo)軌零件的工藝分析與生產(chǎn)類型的確定 1
1.1V形動(dòng)導(dǎo)軌的用途 1
1.2V形動(dòng)導(dǎo)軌的技術(shù)要求 1
1.3審查V形動(dòng)導(dǎo)軌的工藝性 2
1.4確定V形動(dòng)導(dǎo)軌的生產(chǎn)類型 2
2．確定毛坯、繪制毛坯簡(jiǎn)圖 3
2.1毛坯的種類、特點(diǎn)及應(yīng)用 3
2.2．選擇毛坯 4
2.3確定毛坯公差和加工余量 4
2.3.1公差等級(jí) 4
2.3.2最大輪廓尺寸 4
2.3.3零件表面粗糙度 4
3．?dāng)M定V形動(dòng)導(dǎo)軌工藝路線 5
3.1定位基準(zhǔn)的選擇 5
3.1.1.精基準(zhǔn)的選擇 5
3.1.2.粗基準(zhǔn)的選擇 5
3.2表面加工方法的確定 5
3.3加工階段的劃分 6
3.4工序的集中與分散 6
3.5工序順序按排 7
3.6確定工藝路線 7
4機(jī)床設(shè)別及工藝裝備的選用 9
4.1機(jī)床設(shè)備的選用 9
4.2、工藝裝備的選用 9
5切削用量、時(shí)間定額的計(jì)算 10
5.1切削用量的確定 10
5.2時(shí)間定額的計(jì)算 10
6專用夾具設(shè)計(jì) 11
6.1、夾具設(shè)計(jì)任務(wù) 11
6.2、定位基準(zhǔn)的選擇 11
6.3確定夾緊機(jī)構(gòu) 11
7設(shè)計(jì)體會(huì) 14
8參考文獻(xiàn) 15
遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 15
遼寧工程技術(shù)大學(xué)
課 程 設(shè) 計(jì)
題 目：設(shè)計(jì)“V形動(dòng)導(dǎo)軌”零件加工工藝規(guī)程及2×φ5js6孔專用夾具
班 級(jí)： 機(jī)械06-2班
姓 名： 王雪微
指導(dǎo)教師：
完成日期：2009年6月26日
一、設(shè)計(jì)題目
設(shè)計(jì)“V形動(dòng)導(dǎo)軌”零件加工工藝規(guī)程及2×φ5js6孔專用夾具設(shè)計(jì)
二、原始資料
(1) 被加工零件的零件圖 1張
(2) 生產(chǎn)類型: 50000件/年
三、上交材料
(1) 被加工工件的零件圖 1張
(2) 工件毛坯圖 1張
(3) 機(jī)械加工工藝過程綜合卡片 1張
(4) 與所設(shè)計(jì)夾具對(duì)應(yīng)那道工序的工序卡片 1張
(5) 夾具裝配圖 1張
(6) 夾具體零件圖 1張
(7) 課程設(shè)計(jì)說明書 1份
說明書主要包括以下內(nèi)容（章節(jié)）
①目錄
②摘要（中外文對(duì)照的，各占一頁(yè)）
③零件工藝性分析
④機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
⑤指定工序的專用機(jī)床夾具設(shè)計(jì)
⑥方案綜合評(píng)價(jià)與結(jié)論
⑦體會(huì)與展望
⑧參考文獻(xiàn)
列出參考文獻(xiàn)(包括書、期刊、報(bào)告等，10條以上)
課程設(shè)計(jì)說明書一律用A4紙、縱向打印.
四、進(jìn)度安排
(1) 熟悉零件,畫零件圖 2天
(2) 選擇工藝方案,確定工藝路線,填寫工藝過程綜合卡片 5天
(3) 工藝裝備設(shè)計(jì)(畫夾具裝配圖及夾具體圖) 9天
(4) 編寫說明書 3天
(5) 準(zhǔn)備及答辯 2天
五、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)
成 績(jī)：
指導(dǎo)教師
日 期
成績(jī)?cè)u(píng)定
采用五級(jí)分制，即優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格。
優(yōu)秀：設(shè)計(jì)方案合理并新穎，設(shè)計(jì)說明書及設(shè)計(jì)圖紙規(guī)范、內(nèi)容豐富。在設(shè)計(jì)過程中勤奮好學(xué)、有創(chuàng)新思想；
良好：設(shè)計(jì)方案合理，設(shè)計(jì)說明書及設(shè)計(jì)圖紙比較規(guī)范、內(nèi)容比較豐富。在設(shè)計(jì)過程中勤奮好學(xué)、有創(chuàng)新思想；
中等：設(shè)計(jì)方案一般，設(shè)計(jì)說明書及設(shè)計(jì)圖紙欠規(guī)范、內(nèi)容一般。在設(shè)計(jì)過程中比較勤奮、創(chuàng)新思想不明顯；
及格：設(shè)計(jì)方案不完善，存在一些小錯(cuò)誤，說明書及設(shè)計(jì)圖紙欠規(guī)范、內(nèi)容一般。在設(shè)計(jì)過程中勤奮精神不夠：
不及格：設(shè)計(jì)方案有嚴(yán)重錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)說明書及設(shè)計(jì)圖紙不規(guī)范、內(nèi)容淺薄。在設(shè)計(jì)過程中勤奮好學(xué)精神不夠。
摘 要
課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們動(dòng)手和實(shí)踐的能力通過對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)使我對(duì)所學(xué)知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)。
從理論到實(shí)踐，在整整半個(gè)月的日子里，我學(xué)到很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的內(nèi)容。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識(shí)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程遇到了各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處。
關(guān)鍵字：夾具 設(shè)計(jì) 導(dǎo)軌
Abstract
Curriculum design is to train our hands and the ability to practice through the design of this course of study so that the knowledge I have further understanding and awareness.
From theory to practice, in a full half of the day, I learned many things, not only consolidated the previously learned knowledge, but also learned a lot in books do not learn the content. Through the course design so that I understand the theory and practice of combining is very important, only theoretical knowledge is not enough, only to learn the theory of knowledge and practice of combining the theory concludes, is Real knowledge, to improve their practical ability and actual ability to think independently. In the design process has encountered various problems, the design found in the course of their own inadequacies.
目 錄
1.V形動(dòng)導(dǎo)軌零件的工藝分析與生產(chǎn)類型的確定 1
1.1V形動(dòng)導(dǎo)軌的用途 1
1.2V形動(dòng)導(dǎo)軌的技術(shù)要求 1
1.3審查V形動(dòng)導(dǎo)軌的工藝性 2
1.4確定V形動(dòng)導(dǎo)軌的生產(chǎn)類型 2
2．確定毛坯、繪制毛坯簡(jiǎn)圖 3
2.1毛坯的種類、特點(diǎn)及應(yīng)用 3
2.2．選擇毛坯 4
2.3確定毛坯公差和加工余量 4
2.3.1公差等級(jí) 4
2.3.2最大輪廓尺寸 4
2.3.3零件表面粗糙度 4
3．?dāng)M定V形動(dòng)導(dǎo)軌工藝路線 5
3.1定位基準(zhǔn)的選擇 5
3.1.1.精基準(zhǔn)的選擇 5
3.1.2.粗基準(zhǔn)的選擇 5
3.2表面加工方法的確定 5
3.3加工階段的劃分 6
3.4工序的集中與分散 6
3.5工序順序按排 7
3.6確定工藝路線 7
4機(jī)床設(shè)別及工藝裝備的選用 9
4.1機(jī)床設(shè)備的選用 9
4.2、工藝裝備的選用 9
5切削用量、時(shí)間定額的計(jì)算 10
5.1切削用量的確定 10
5.2時(shí)間定額的計(jì)算 10
6專用夾具設(shè)計(jì) 11
6.1、夾具設(shè)計(jì)任務(wù) 11
6.2、定位基準(zhǔn)的選擇 11
6.3確定夾緊機(jī)構(gòu) 11
7設(shè)計(jì)體會(huì) 14
8參考文獻(xiàn) 15
1V形動(dòng)導(dǎo)軌零件的工藝分析與生產(chǎn)類型的確定
1.1V形動(dòng)導(dǎo)軌的用途
V形動(dòng)導(dǎo)軌是機(jī)器和部件的基礎(chǔ)零件，它作為工件與工件之間引導(dǎo)和導(dǎo)向的作用，保證各部件之間相互位置準(zhǔn)確，不干涉各部件相互運(yùn)動(dòng)。V形動(dòng)導(dǎo)軌具有自動(dòng)補(bǔ)償磨損的能力，故其導(dǎo)向性好。頂角一般為90度，小于90度可提高導(dǎo)向精度，110～120度時(shí)可提高承載能力。設(shè)計(jì)時(shí)兩斜面的比壓要基本相等。
1.2V形動(dòng)導(dǎo)軌的技術(shù)要求
V形動(dòng)導(dǎo)軌零件技術(shù)要求表
加工表面
尺寸及偏差
尺寸精度等級(jí)
表面粗糙度
粗銑、半精銑、精銑、磨削后平面
9.8js4
IT4
0.4
粗銑、精銑、前平面
9.8js4
IT4
1.6
粗銑、精銑、磨削上下V型槽
5.7js7
IT7
0.2
粗銑、精銑、磨削上下V型槽平面
17js7
IT7
0.8
粗銑左右凸臺(tái)上、下平面
9js12
IT12
6.3
粗銑、半精銑、精銑磨削左右側(cè)槽
5js6
IT6
0.8
鉆、鉸左右側(cè)孔
4.5js9
IT9
3.2
鉆、鉸左側(cè)銷釘孔φ3H7
3js9
IT9
6.3
該零件形狀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬典型的V形動(dòng)導(dǎo)軌類零件。為實(shí)現(xiàn)其工作要求，加工精度要求較高。V形動(dòng)導(dǎo)軌下端面為安裝表面，表面粗糙度要求為Ra1.6。
綜上所述，V形動(dòng)導(dǎo)軌的各項(xiàng)技術(shù)要求制定的較合理，符合零件在應(yīng)用中的作用。
1.3審查V形動(dòng)導(dǎo)軌的工藝性
分析零件圖可知，V形動(dòng)導(dǎo)軌的毛坯是鍛件，可以通過切削加工來去除加工余量，較好操作。其中φ5mm，φ3mm，孔的端面均是平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度；另外，該零件除主要加工表面外，其余表面加工精度均較低，不需要高精度機(jī)床加工，通過銑削、鉆床的粗加工就可以達(dá)到加工要求。而主要工作表面雖然加工精度相對(duì)較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟(jì)的方法保質(zhì)保量地加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。
1.4確定V形動(dòng)導(dǎo)軌的生產(chǎn)類型
依據(jù)設(shè)計(jì)題目可知，此致零件為大批量生產(chǎn)年生產(chǎn)量為50000件。因此此V形動(dòng)導(dǎo)軌零件為大批量生產(chǎn)。
2．確定毛坯、繪制毛坯簡(jiǎn)圖
2.1毛坯的種類、特點(diǎn)及應(yīng)用
表2.1 常用毛坯的種類、特點(diǎn)及應(yīng)用
毛坯
種類
成形方法
對(duì)原材料
工藝性能
要求
適用材料
適宜形狀
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
應(yīng)用
鑄
件
液態(tài)成形
流動(dòng)性好，收縮率小
鑄鐵、鑄鋼、有色金屬
形狀不限，可相當(dāng)復(fù)雜
不受金屬種類、零件尺寸、形狀和質(zhì)量的限制，適應(yīng)性廣；毛坯與零件形狀相近，切削加工量少，材料利用率高，成本低。砂型鑄造生產(chǎn)周期短。
鑄件組織粗大，力學(xué)性能差。砂型鑄造生產(chǎn)率低、鑄件精度低、表面質(zhì)量差
灰鑄鐵件用于受力不大，或承壓為主的零件，或要求減振、耐磨的零件；球墨鑄鐵件用于受力較大的零件；鑄鋼件用于承受重載而形狀復(fù)雜的大中型零件。
鍛
件
固態(tài)塑性變形成形
塑性好，變形抗力小
中碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼
自由鍛件簡(jiǎn)單，模鍛件可較復(fù)雜
鍛件組織致密，晶粒細(xì)小，力學(xué)性能好，使流線沿零件外形輪廓連續(xù)分布可提高鍛件使用性能和壽命，
材料利用率低，生產(chǎn)成本高，自由鍛件精度低，表面較粗糙，模鍛件精度中等，表面質(zhì)量較好，生產(chǎn)周期長(zhǎng)
承受重載荷、動(dòng)載荷及復(fù)雜載荷的重要零件，如主軸、傳動(dòng)軸、齒輪、曲軸等
型
材
用軋制、拉拔、擠壓等方法，使固態(tài)金屬通過塑性變形成形
－
碳鋼、合金鋼、有色金屬
簡(jiǎn)單，一般為圓形或平面
根據(jù)零件選合適的型材毛坯可減少加工工時(shí)，材料利用率高；組織致密，力學(xué)性能好
零件的表面質(zhì)量取決于切削方法；對(duì)性能要求高的零件，若纖維流線不合乎要求時(shí)，需改用鍛件
中、小型簡(jiǎn)單零件
沖
壓
件
經(jīng)冷塑性變形成形
塑性好，變形抗力小
低碳鋼和有色金屬薄板
可較復(fù)雜
組織細(xì)密，利用冷變形強(qiáng)化，可提高強(qiáng)度和硬度，結(jié)構(gòu)剛性好；沖壓件結(jié)構(gòu)輕巧，精度高、表面質(zhì)量好，材料利用率較高，成本低
冷沖模的制造成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)；取料時(shí)注意流線的合理分布
低碳鋼、有色金屬薄板成形的零件，適于大批、大量生產(chǎn)
焊
接
件
利用金屬的熔化或原子擴(kuò)散作用，形成永久性的連接
強(qiáng)度高，塑性好，液態(tài)下化學(xué)穩(wěn)定性好
低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼
形狀不受限制
材料利用率高，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短；接頭力學(xué)性能可達(dá)到或接近母材
精度較低，接頭處表面粗糙；生產(chǎn)率中、低
主要用于低碳鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼及鋁合金的各種金屬結(jié)構(gòu)件、或組合件及修補(bǔ)舊零件
粉
末
冶
金
件
通過制粉、壓制、燒結(jié)等工序生產(chǎn)材料和零件
大小和形狀受限制
少無切屑加工，能生產(chǎn)有特殊性能的材料和制品
粉末成本高，模具費(fèi)用高。制品的強(qiáng)度和韌性較差
大批生產(chǎn)含油軸承、高熔點(diǎn)材料、硬質(zhì)合金和鐵基合金零件等
2.2．選擇毛坯
由于V形動(dòng)導(dǎo)軌形狀較為簡(jiǎn)單，所以適宜用鍛件。該V形動(dòng)導(dǎo)軌的生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)。此外，鍛造還具有生產(chǎn)率較高，鍛件精度高，表面質(zhì)量與機(jī)械性能均好的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，宜采用鍛造方法制造毛坯。
2.3確定毛坯公差和加工余量
2.3.1公差等級(jí)
由V形動(dòng)導(dǎo)軌的功用和技術(shù)要求，確定毛坯的尺寸公差等級(jí)為普通級(jí)
2.3.2最大輪廓尺寸
63*17*9.8
2.3.3零件表面粗糙度
又零件圖可知，V形動(dòng)導(dǎo)軌各加工表面的粗糙度Ra均大于0.2
3．?dāng)M定V形動(dòng)導(dǎo)軌工藝路線
3.1定位基準(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基之分，通常先確定精基準(zhǔn)，然后再確定粗基準(zhǔn)
3.1.1.精基準(zhǔn)的選擇
根據(jù)該V形動(dòng)導(dǎo)軌零件的技術(shù)要求和裝配要求，選擇V形動(dòng)導(dǎo)軌前面和左端面作為精基準(zhǔn)，零件上的很多表面都可以采用他們做基準(zhǔn)進(jìn)行加工，即遵循了“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。左端面是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，選用其作為精基準(zhǔn)定位加工5H6槽，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)的重合，遵循了“基準(zhǔn)重合”的原則。保證工件定位準(zhǔn)確，夾緊穩(wěn)定可靠，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工人操作簡(jiǎn)便。
3.1.2.粗基準(zhǔn)的選擇
在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，若零件的所有表面都要加工，則應(yīng)以加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，若零件有的表面不需要加工，則應(yīng)以不加工表面中與加工表面的位置精度要求較高的表面為粗基準(zhǔn)。選作粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡可能平整和光潔，不能有飛邊、澆口、冒口及其它缺陷，以便定位準(zhǔn)確、裝夾可靠一般只使用毛坯表面作一次粗基準(zhǔn)，以后不再重復(fù)使用。因此選取V形動(dòng)導(dǎo)軌頂面作為粗基準(zhǔn)。可以為后續(xù)工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。
3.2表面加工方法的確定
根據(jù)V形動(dòng)導(dǎo)軌零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法如表
加工表面
尺寸精度等級(jí)
表面粗糙度
加工方案
后平面
IT4
0.4
粗銑、半精銑、精銑、磨削
前平面
IT4
1.6
粗銑、精銑、
上下V型槽
IT7
0.2
粗銑、精銑、磨削
上下V型槽平面
IT7
0.8
粗銑、精銑、磨削
左右凸臺(tái)上、下平面
IT12
6.3
粗銑
左右側(cè)槽
IT6
0.8
粗銑、半精銑、精銑磨削
左右側(cè)孔
IT9
3.2
鉆、鉸
左側(cè)銷釘孔φ3H7
IT9
3.2
鉆、鉸
3.3加工階段的劃分
此零件加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段分為粗加工、半精加工和精加工段。
劃分加工階段的可以提高加工質(zhì)量；合理地使用機(jī)床設(shè)備和技術(shù)工人；可以及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并得到及時(shí)處理以便及時(shí)報(bào)廢或修補(bǔ)，避免繼續(xù)加工造成浪費(fèi)。
3.4工序的集中與分散
工序集中就是將零件的加工集中在少數(shù)幾道工序中完成，每道工序加工內(nèi)容多，工藝路線短。
工序分散就是將零件的加工分散到很多道工序內(nèi)完成，每道工序加工的內(nèi)容少，工藝路線很長(zhǎng)。
在擬定工藝路線時(shí)，工序集中或分散的程度，主要取決于生產(chǎn)規(guī)模、零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，有時(shí)，還要考慮各工序生產(chǎn)節(jié)拍的一致性。本工件作為小件大批量生產(chǎn)應(yīng)采用工序分散。這樣可以采用最合理的切削用量，減少機(jī)動(dòng)時(shí)間，從而有效地提高生產(chǎn)率。
3.5工序順序按排
（1）遵循“先基準(zhǔn)后其他”原則，首先加工基準(zhǔn)—V形動(dòng)導(dǎo)軌的中心線。
（2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先主后次”原則，先加工主要表面—，后加工次要表面。
（4）遵循“先面后孔”原則，先加工V形動(dòng)導(dǎo)軌端面，再加工內(nèi)部的孔。
3.6確定工藝路線
工序號(hào)
工序內(nèi)容
設(shè)備
工藝裝備
1
粗銑、半精銑、精銑、磨削后平面
立式銑床X51
面銑刀、砂輪、游標(biāo)卡尺、專用夾具
2
粗銑、精銑前平面
立式銑床X51
銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
3
粗銑、精銑、磨削上下V型槽
立式銑床X51
銑刀、砂輪、游標(biāo)卡尺、專用夾具
4
粗銑、精銑、磨削上下V型槽平面
立式銑床X51
面銑刀、砂輪、游標(biāo)卡尺、專用夾具
5
粗銑左右凸臺(tái)上、下平面
立式銑床X51
面銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
6
粗銑、半精銑、精銑磨削左右側(cè)槽
立式銑床X51
面銑刀、砂輪、游標(biāo)卡尺、專用夾具
7
鉆、鉸左右側(cè)孔
立式鉆床Z525
麻花鉆、游標(biāo)卡尺、專用夾具
8
鉆、鉸左側(cè)銷釘孔φ3H7
立式鉆床Z525
麻花鉆、游標(biāo)卡尺、專用夾具
9
去毛刺
鉗工臺(tái)
平挫
10
中檢
塞規(guī)、百分表、卡尺等
11
熱處理
淬火機(jī)
12
校正
工作臺(tái)
手錘
13
清洗
清洗機(jī)
塞規(guī)、百分表、卡尺等
14
終檢
4機(jī)床設(shè)別及工藝裝備的選用
4.1機(jī)床設(shè)備的選用
我需要加工的是5H6的槽和夾具，并且為大批量生產(chǎn)，可以使用立式銑床來加工。
4.2、工藝裝備的選用
我所用的是鉆床進(jìn)行加工，需要選用的工藝裝備有銑刀，游標(biāo)卡尺等。此工件的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，算選用的夾具均為裝用夾具。
5切削用量、時(shí)間定額的計(jì)算
5.1切削用量的確定
1）鉆孔工步
鉆孔至直徑10至10.85毫米
背吃刀量為1.5毫米
進(jìn)給量由表查得f=0.20mm/r
切削速度計(jì)算由表查得近似為18m/min則主軸轉(zhuǎn)速算為382取轉(zhuǎn)速392r/min,v實(shí)際為18.46米每分鐘
2）粗鉸工步
粗鉸到直徑10.95至11毫米
背吃刀量為0.01毫米
進(jìn)給量由表查得f=0.22mm/min
切削速度計(jì)算由表查得近似為15m/min則主軸轉(zhuǎn)速算為230.取n=272r /min,v 實(shí)際=13.62m/min
5.2時(shí)間定額的計(jì)算
1）鉆孔工步
基本時(shí)間=（20+6.48+2）/392*0.36=12秒
輔助時(shí)間=12*0.15=1.8秒
其它時(shí)間=12*0.06=0.72秒
鉆孔的單件時(shí)間=12+1.8+0.72=14.52秒
2）粗鉸工步
基本時(shí)間=0.19+13+20/0.22*272=33.3秒
輔助時(shí)間=33.3*15%=5.00秒
其它時(shí)間=33.3*6%=2.00秒
粗鉸的單件時(shí)間33.3+5+2=40.3秒
1）粗銑階段
根據(jù)表，銑槽的基本時(shí)間可由公式tm=l+l1+l2/fmz=式中l(wèi)=9mm;l2=2-5mm，取l2=2mm;l1=根號(hào)下（ae(d-ae）)+2=11mm;f= 0.008mm/r;n= 2720r/min.將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時(shí)間tm=0.20min=12.1s。
半精銑階段
根據(jù)表，銑槽的基本時(shí)間可由公式tm=l+l1+l2/fmz=式中l(wèi)=9mm;l2=2-5mm，取l2=2mm;l1=根號(hào)下（ae(d-ae）)+2=11mm;f= 0.01mm/r;n= 2720r/min.將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時(shí)間tm=0.16min=9.7s。
精銑階段
根據(jù)表，銑槽的基本時(shí)間可由公式tm=l+l1+l2/fmz=式中l(wèi)=9mm;l2=2-5mm，取l2=2mm;l1=根號(hào)下（ae(d-ae）)+2=11mm;f= 0.015mm/r;n= 1585r/min.將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時(shí)間tm=0.19min=11.1s。
5.3輔助時(shí)間tf的計(jì)算
輔助時(shí)間tf基本時(shí)間tm之間的關(guān)系為tf=（0.15-0.2）tm
粗銑階段的輔助時(shí)間tf=0.15×12.1s=1.82s
半精銑階段的輔助時(shí)間tf=0.15×9.7s=1.46s
精銑階段輔助時(shí)間tf=0.15×11.1s=1.67s
5.4其他時(shí)間的計(jì)算
除了作業(yè)時(shí)間以外，每道工序的單件時(shí)間還包括布置工作時(shí)間、休息與生理需要時(shí)間和準(zhǔn)備與終結(jié)時(shí)間。由于該設(shè)計(jì)的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，分?jǐn)偟矫總€(gè)工件上的準(zhǔn)備與終結(jié)時(shí)間甚微，可忽略不計(jì)。布置工作地時(shí)間tb是作業(yè)時(shí)間的2%-7%，休息與生理時(shí)間tx是作業(yè)時(shí)間的2%-4%，本設(shè)計(jì)均取3%，則工序的其他時(shí)間（tb +tx）可按關(guān)系式（3%+3%）×（tf+t）計(jì)算。
粗銑階段的輔助時(shí)間tb +tx=6%×（12.1s+1.82s）=0.83s
半精銑階段的輔助時(shí)間tb +tx=6%×（9.7s+1.46s）=0.67s
精銑階段輔助時(shí)間tb +tx=6%×（11.1s+1.67s）=0.77s
5.5單件時(shí)間tdj的計(jì)算
粗銑階段的輔助時(shí)間tdj=12.1s+1.82s+0.83s=14.75s
半精銑階段的輔助時(shí)間tdj=9.7s+1.46s+0.67s=11.83s
精銑階段輔助時(shí)間tdj=11.1s+1.67s+0.77s=13.55s
總單件時(shí)間tdj=14.75s+11.83s+13.55s=42.13s
6專用夾具設(shè)計(jì)
6.1、夾具設(shè)計(jì)任務(wù)
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。并設(shè)計(jì)工序7——鉆、鉸左右側(cè)孔的夾具。本夾具將用于鉆床，刀具為麻花鉆。
6.2、定位基準(zhǔn)的選擇
根據(jù)零件圖的定位基準(zhǔn)要求，選用平面方案。下端面，限制了兩個(gè)自由度，銷釘，限制四個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)工件正確定位。
6.3確定夾緊機(jī)構(gòu)
在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，考慮到提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為此，設(shè)計(jì)采用了多位夾緊。對(duì)于手動(dòng)夾緊來說，在傳遞力的過程中，它能夠改變作用力的方向和大小，起增力作用；還能使夾緊實(shí)現(xiàn)自鎖，保證力源提供的原始力消失后，仍能可靠地夾緊工件，與工件直接接觸完成夾緊作用。針對(duì)成批生產(chǎn)的工藝特性，此夾具選用多位夾緊的夾緊機(jī)構(gòu)，夾緊機(jī)構(gòu)中的各零件均采用標(biāo)準(zhǔn)夾具元件。
7、設(shè)計(jì)體會(huì)
課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和在書本上不明白的知識(shí)對(duì)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)鞏固。,也是鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.
回顧這幾周的課程設(shè)計(jì)我真是受益匪淺，至今我仍感慨頗多，從拿到圖紙時(shí)的茫然到最后順利的完成的課程設(shè)計(jì)，從理論到實(shí)踐，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，可以說很辛苦，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。
這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，也要感謝老師的耐心幫助和指導(dǎo)。在這里對(duì)老師說聲謝謝！
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［7］機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)技術(shù) 李彩霞主編 上海交通大學(xué)出版社 2006.1
［8］機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 方子良主編 上海交通大學(xué)出版社 2005.1
［9］敏捷夾具設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用 武良臣、郭培紅等主編 煤炭工業(yè)出版社 2003.9
［10］機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo) 孫麗媛 冶金工業(yè)出版社 2002.12
［11］機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程 鄒青主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2004.8
［12］ 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理 龔定安、蔡建國(guó) 陜西科技出版社 1990年
［13］ 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)龔定安、趙孝昶、高化西安交通大學(xué)出版社 1992年
［14］ 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 薛源順 機(jī)械工業(yè)出版社 2003年