0074-工藝夾具-套筒加工工藝及（鏜孔）夾具設(shè)計,工藝,夾具,套筒,加工,鏜孔,設(shè)計 學(xué)位論文 附錄二 ：中文翻譯 通過夾具布局設(shè)計和夾緊力的優(yōu)化控制變形 摘 要 工件變形必須控制在數(shù)值控制機械加工過程之中。夾具布局和夾緊力是影響加工變形程度和分布的兩個主要方面。在本文提出了一種多目標(biāo)模型的建立，以減低變形的程度和增加均勻變形分布。有限元方法應(yīng)用于分析變形。遺傳算法發(fā)展是為了解決優(yōu)化模型。最后舉了一個例子說明，一個令人滿意的結(jié)果被求得， 這是遠優(yōu)于經(jīng)驗之一的。多目標(biāo)模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。 關(guān)鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法 1 引言 夾具設(shè)計在制造工程中是一項重要的程序。這對于加工精度是至關(guān)重要。一個工件應(yīng)約束在一個帶有夾具元件，如定位元件，夾緊裝置，以及支撐元件的夾具中加工。定位的位置和夾具的支力，應(yīng)該從戰(zhàn)略的設(shè)計，并且適當(dāng)?shù)膴A緊力應(yīng)適用。該夾具元件可以放在工件表面的任何可選位置。夾緊力必須大到足以進行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設(shè)計師的經(jīng)驗，選擇該夾具元件的方案，并確定夾緊力。因此，不能保證由此產(chǎn)生的解決方案是某一特定的工件的最優(yōu)或接近最優(yōu)的方案。因此，夾具布局和夾緊力優(yōu)化成為夾具設(shè)計方案的兩個主要方面。 定位和夾緊裝置和夾緊力的值都應(yīng)適當(dāng)?shù)倪x擇和計算，使由于夾緊力和切削力產(chǎn)生的工件變形盡量減少和非正式化。 夾具設(shè)計的目的是要找到夾具元件關(guān)于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個最優(yōu)布局或方案。在這篇論文里， 多目標(biāo)優(yōu)化方法是代表了夾具布局設(shè)計和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個觀點是具有兩面性的。一，是盡量減少加工表面最大的彈性變形； 另一個是盡量均勻變形。 ANSYS軟件包是用來計算工件由于夾緊力和切削力下產(chǎn)生的變形。遺傳算法是MATLAB的發(fā)達且直接的搜索工具箱，并且被應(yīng)用于解決優(yōu)化問題。最后還給出了一個案例的研究，以闡述對所提算法的應(yīng)用。 2 文獻回顧 隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運用，近幾年夾具設(shè)計優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設(shè)計優(yōu)化包括夾具布局優(yōu)化和夾緊力優(yōu)化。King 和 Hutter提出了一種使用剛體模型的夾具-工件系統(tǒng)來優(yōu)化夾具布局設(shè)計的方法。DeMeter也用了一個剛性體模型，為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進行分析和綜合。他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序與計算質(zhì)量的有限元計算法。李和melkote用了一個非線性編程方法和一個聯(lián)絡(luò)彈性模型解決布局優(yōu)化問題。兩年后， 他們提交了一份確定關(guān)于多鉗夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關(guān)于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認為工件在加工過程中處于動態(tài)。相結(jié)合的夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序被提出，其他研究人員用有限元法進行夾具設(shè)計與分析。蔡等對menassa和devries包括合成的夾具布局的金屬板材大會的理論進行了拓展。秦等人建立了一個與夾具和工件之間彈性接觸的模型作為參考物來優(yōu)化夾緊力與，以盡量減少工件的位置誤差。Deng和melkote 提交了一份基于模型的框架以確定所需的最低限度夾緊力，保證了被夾緊工件在加工的動態(tài)穩(wěn)定。 大部分的上述研究使用的是非線性規(guī)劃方法，很少有全面的或近全面的最優(yōu)解決辦法。所有的夾具布局優(yōu)化程序必須從一個可行布局開始。此外，還得到了對這些模型都非常敏感的初步可行夾具布局的解決方案。夾具優(yōu)化設(shè)計的問題是非線性的，因為目標(biāo)的功能和設(shè)計變量之間沒有直接分析的關(guān)系。例如加工表面誤差和夾具的參數(shù)之間（定位、夾具和夾緊力）。 以前的研究表明，遺傳算法（ GA ）在解決這類優(yōu)化問題中是一種有用的技術(shù)。吳和陳用遺傳算法確定最穩(wěn)定的靜態(tài)夾具布局。石川和青山應(yīng)用遺傳算法確定最佳夾緊條件彈性工件。vallapuzha在基于優(yōu)化夾具布局的遺傳算法中使用空間坐標(biāo)編碼。他們還提出了針對主要競爭夾具優(yōu)化方法相對有效性的廣泛調(diào)查的方法和結(jié)果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質(zhì)的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個夾具布局優(yōu)化技術(shù)，用遺傳算法找到夾具布局，盡量減少由于在整個刀具路徑的夾緊和切削力造成的加工表面的變形。定位器和夾具位置被節(jié)點號碼所指定。krishnakumar等人還提出了一種迭代算法，盡量減少工件在整個切削過程之中由不同的夾具布局和夾緊力造成的彈性變形。Lai等人建成了一個分析模型，認為定位和夾緊裝置為同一夾具布局的要素靈活的一部分。Hamedi 討論了混合學(xué)習(xí)系統(tǒng)用來非線性有限元分析與支持相結(jié)合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用來計算工件的最大彈性變形，遺傳算法被用來確定最佳鎖模力。Kumar建議將迭代算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來發(fā)展夾具設(shè)計系統(tǒng)。Kaya用迭代算法和有限元分析，在二維工件中找到最佳定位和夾緊位置，并且把碎片的效果考慮進去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認為優(yōu)化夾具布局和夾緊力的同時，一些研究沒有考慮為整個刀具路徑優(yōu)化布局。一些研究使用節(jié)點數(shù)目作為設(shè)計參數(shù)。一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法，但不能兩者都同時進行。 有幾項研究摩擦和碎片考慮進去了。 碎片的移動和摩擦接觸的影響對于實現(xiàn)更為現(xiàn)實和準(zhǔn)確的工件夾具布局校核分析來說是不可忽視的。因此將碎片的去除效果和摩擦考慮在內(nèi)以實現(xiàn)更好的加工精度是必須的。 在這篇論文中，將摩擦和碎片移除考慮在內(nèi)，以達到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標(biāo)優(yōu)化模型被建立了。一個優(yōu)化的過程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夾具夾緊力。最后，結(jié)果多目標(biāo)優(yōu)化模型對低剛度工件而言是比較單一的目標(biāo)優(yōu)化方法、經(jīng)驗和方法。 3 多目標(biāo)優(yōu)化模型夾具設(shè)計 一個可行的夾具布局必須滿足三限制。首先，定位和夾緊裝置不能將拉伸勢力應(yīng)用到工件；第二，庫侖摩擦約束必須施加在所有夾具-工件的接觸點。夾具元件-工件接觸點的位置必須在候選位置。為一個問題涉及夾具元件-工件接觸和加工負荷步驟，優(yōu)化問題可以在數(shù)學(xué)上仿照如下： 這里的△表示加工區(qū)域在加工當(dāng)中j次步驟的最高彈性變形。 其中 是△的平均值； 是正常力在i次的接觸點； μ是靜態(tài)摩擦系數(shù)； fhi是切向力在i次的接觸點； pos(i)是i次的接觸點； 是可選區(qū)域的i次接觸點； 整體過程如圖1所示，一要設(shè)計一套可行的夾具布局和優(yōu)化的夾緊力。最大切削力在切削模型和切削力發(fā)送到有限元分析模型中被計算出來。優(yōu)化程序造成一些夾具布局和夾緊力，同時也是被發(fā)送到有限元模型中。在有限元分析座內(nèi)，加工變形下，切削力和夾緊力的計算方法采用有限元方法。根據(jù)某夾具布局和變形，然后發(fā)送給優(yōu)化程序，以搜索為一優(yōu)化夾具方案。 圖1 夾具布局和夾緊力優(yōu)化過程 4 夾具布局設(shè)計和夾緊力的優(yōu)化 4.1 遺傳算法 遺傳算法（ GA ）是基于生物再生產(chǎn)過程的強勁，隨機和啟發(fā)式的優(yōu)化方法?；舅悸繁澈蟮倪z傳算法是模擬“生存的優(yōu)勝劣汰“的現(xiàn)象。每一個人口中的候選個體指派一個健身的價值，通過一個功能的調(diào)整，以適應(yīng)特定的問題。遺傳算法，然后進行復(fù)制，交叉和變異過程消除不適宜的個人和人口的演進給下一代。人口足夠數(shù)目的演變基于這些經(jīng)營者引起全球健身人口的增加和優(yōu)勝個體代表全最好的方法。 遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設(shè)計時需夾具布局和夾緊力作為設(shè)計變量，以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色體的自然演變，以及字符串，它和遺傳算法尋找最優(yōu)，是映射到最優(yōu)的夾具設(shè)計計劃。在這項研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運用的。 收斂性遺傳算法是被人口大小、交叉的概率和概率突變所控制的 。只有當(dāng)在一個人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒有變化時，nchg達到一個預(yù)先定義的價值ncmax ，或有多少幾代氮，到達演化的指定數(shù)量上限nmax， 沒有遺傳算法停止。有五個主要因素，遺傳算法，編碼，健身功能，遺傳算子，控制參數(shù)和制約因素。 在這篇論文中，這些因素都被選出如表1所列。 表1 遺傳算法參數(shù)的選擇 由于遺傳算法可能產(chǎn)生夾具設(shè)計字符串，當(dāng)受到加工負荷時不完全限制夾具。這些解決方案被認為是不可行的，且被罰的方法是用來驅(qū)動遺傳算法，以實現(xiàn)一個可行的解決辦法。1夾具設(shè)計的計劃被認為是不可行的或無約束，如果反應(yīng)在定位是否定的。在換句話說，它不符合方程（2）和（3）的限制。罰的方法基本上包含指定計劃的高目標(biāo)函數(shù)值時不可行的。因此，驅(qū)動它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對于約束（4），當(dāng)遺傳算子產(chǎn)生新個體或此個體已經(jīng)產(chǎn)生，檢查它們是否符合條件是必要的。真正的候選區(qū)域是那些不包括無效的區(qū)域。在為了簡化檢查，多邊形是用來代表候選區(qū)域和無效區(qū)域的。多邊形的頂點是用于檢查?！癷npolygon ”在MATLAB的功能可被用來幫助檢查。 4.2 有限元分析 ANSYS軟件包是用于在這方面的研究有限元分析計算。有限元模型是一個考慮摩擦效應(yīng)的半彈性接觸模型，如果材料是假定線彈性。如圖2所示，每個位置或支持，是代表三個正交彈簧提供的制約。 圖2 考慮到摩擦的半彈性接觸模型 在x ， y和z 方向和每個夾具類似，但定位夾緊力在正常的方向。彈力在自然的方向即所謂自然彈力，其余兩個彈力即為所謂的切向彈力。接觸彈簧剛度可以根據(jù)向赫茲接觸理論計算如下： 隨著夾緊力和夾具布局的變化，接觸剛度也不同，一個合理的線性逼近的接觸剛度可以從適合上述方程的最小二乘法得到。連續(xù)插值，這是用來申請工件的有限元分析模型的邊界條件。在圖3中說明了夾具元件的位置，顯示為黑色界線。每個元素的位置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點所包圍。 圖3 連續(xù)插值 這系列節(jié)點，如黑色正方形所示，是（37，38，31和30 ），（9，10 ，11 ， 18，17號和16號）和（ 26，27 ，34 ， 41，40和33 ）。這一系列彈簧單元，與這些每一個節(jié)點相關(guān)聯(lián)。對任何一套節(jié)點，彈簧常數(shù)是： 這里， kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點周圍i次夾具元件， Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點周圍之間的距離， ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置, ηi 是周圍的i次夾具元素周圍的節(jié)點數(shù)量 為每個加工負荷的一步，適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型。在這個工作里，正常的彈簧約束在這三個方向（X ， Y ， Z ）的和在切方向切向彈簧約束，（X ， Y ）。夾緊力是適用于正常方向（Z）的夾緊點。整個刀具路徑是模擬為每個夾具設(shè)計計劃所產(chǎn)生的遺傳算法應(yīng)用的高峰期的X ，Y ，z切削力順序到元曲面，其中刀具通行證。在這工作中，從刀具路徑中歐盟和去除碎片已經(jīng)被考慮進去。在機床改變幾何數(shù)值過程中，材料被去除，工件的結(jié)構(gòu)剛度也改變。 因此，這是需要考慮碎片移除的影響。有限元分析模型，分析與重點的工具運動和碎片移除使用的元素死亡技術(shù)。在為了計算健身價值，對于給定夾具設(shè)計方案，位移存儲為每個負載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設(shè)計計劃的健身價值。 遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動實施如下。定位和夾具的位置以及夾緊力這些參數(shù)寫入到一個文本文件。那個輸入批處理文件ANSYS軟件可以讀取這些參數(shù)和計算加工表面的變形。 因此， 健身價值觀，在遺傳算法程序，也可以寫到當(dāng)前夾具設(shè)計計劃的一個文本文件。 當(dāng)有大量的節(jié)點在一個有限元模型時，計算健身價值是很昂貴的。因此，有必要加快計算遺傳算法程序。作為這一代的推移，染色體在人口中取得類似情況。在這項工作中，計算健身價值和染色體存放在一個SQL Server數(shù)據(jù)庫。遺傳算法的程序，如果目前的染色體的健身價值已計算之前，先檢查；如果不，夾具設(shè)計計劃發(fā)送到ANSYS，否則健身價值觀是直接從數(shù)據(jù)庫中取出。嚙合的工件有限元模型，在每一個計算時間保持不變。每計算模型間的差異是邊界條件，因此，網(wǎng)狀工件的有限元模型可以用來反復(fù)“恢復(fù)”ANSYS 命令。 5 案例研究 一個關(guān)于低剛度工件的銑削夾具設(shè)計優(yōu)化問題是被顯示在前面的論文中，并在以下各節(jié)加以表述。 5.1 工件的幾何形狀和性能 工件的幾何形狀和特點顯示在圖4中，空心工件的材料是鋁390與泊松比0.3和71Gpa的楊氏模量。外廓尺寸152.4mm×127mm*76.2mm.該工件頂端內(nèi)壁的三分之一是經(jīng)銑削及其刀具軌跡，如圖4 所示。夾具元件中應(yīng)用到的材料泊松比0.3和楊氏模量的220的合金鋼。 圖4 空心工件 5.2 模擬和加工的運作 舉例將工件進行周邊銑削，加工參數(shù)在表2中給出?；谶@些參數(shù)，切削力的最高值被作為工件內(nèi)壁受到的表面載荷而被計算和應(yīng)用，當(dāng)工件處于330.94 n（切）、398.11 N （下徑向）和22.84 N （下軸） 的切削位置時。整個刀具路徑被26個工步所分開，切削力的方向被刀具位置所確定 表2加工參數(shù)和條件 。 5.3 夾具設(shè)計方案 夾具在加工過程中夾緊工件的規(guī)劃如圖5所示。 圖5 定位和夾緊裝置的可選區(qū)域 一般來說， 3-2-1定位原則是夾具設(shè)計中常用的。夾具底板限制三個自由度，在側(cè)邊控制兩個自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個定點（L1，L2 ， L3和14 ），以定位工件并限制2自由度；并且在Y=127mm的相反面上，兩個壓板（C1,C2）夾緊工件。在正交面上，需要一個定位元件限制其余的一個自由度，這在優(yōu)化模型中是被忽略的。在表3中給出了定位加緊點的坐標(biāo)范圍。 表3 設(shè)計變量的約束 由于沒有一個簡單的一體化程序確定夾緊力，夾緊力很大部分（6673.2N）在初始階段被假設(shè)為每一個夾板上作用的力。且從符合例5的最小二乘法，分別由4.43×107 N/m 和5.47×107 N/m得到了正常切向剛度。 5.4 遺傳控制參數(shù)和懲罰函數(shù) 在這個例子中，用到了下列參數(shù)值：Ps=30, Pc=0.85, Pm=0.01, Nmax=100和Ncmax=20.關(guān)于f1和σ的懲罰函數(shù)是 這里fv可以被F1或σ代表。當(dāng)nchg達到6時，交叉和變異的概率將分別改變成0.6和0.1. 5.5 優(yōu)化結(jié)果 連續(xù)優(yōu)化的收斂過程如圖6所示。且收斂過程的相應(yīng)功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設(shè)計方案在表4中給出。 圖6 夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序的收斂性遺傳算法 圖7 第一個函數(shù)值的收斂 圖8第二個函數(shù)值的收斂性 表4 多目標(biāo)優(yōu)化模型的結(jié)果 表5 各種夾具設(shè)計方案結(jié)果進行比較， 5.6 結(jié)果的比較 從單一目標(biāo)優(yōu)化和經(jīng)驗設(shè)計中得到的夾具設(shè)計的設(shè)計變量和目標(biāo)函數(shù)值，如表5所示。單一目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗設(shè)計相比較，單一目標(biāo)優(yōu)化方法有其優(yōu)勢。最高變形減少了57.5 ％，均勻變形增強了60.4 ％。最高夾緊力的值也減少了49.4 ％ 。從多目標(biāo)優(yōu)化方法和單目標(biāo)優(yōu)化方法的比較中可以得出什么呢？最大變形減少了50.2％ ，均勻變形量增加了52.9 ％，最高夾緊力的值減少了69.6 ％ 。加工表面沿刀具軌跡的變形分布如圖9所示。很明顯，在三種方法中，多目標(biāo)優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻。 與結(jié)果比較，我們確信運用最佳定位點分布和最優(yōu)夾緊力來減少工件的變形。圖10示出了一實例夾具的裝配。 圖9沿刀具軌跡的變形分布 圖10 夾具配置實例 6 結(jié)論 本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設(shè)計和夾緊力的優(yōu)化程序設(shè)計。優(yōu)化程序是多目標(biāo)的：最大限度地減少加工表面的最高變形和最大限度地均勻變形。ANSYS軟件包已經(jīng)被用于 健身價值的有限元計算。對于夾具設(shè)計優(yōu)化的問題，GA和有限元分析的結(jié)合被證明是一種很有用的方法。 在這項研究中，摩擦的影響和碎片移動都被考慮到了。為了減少計算的時間，建立了一個染色體的健身數(shù)值的數(shù)據(jù)庫，且網(wǎng)狀工件的有限元模型是優(yōu)化過程中多次使用的。 傳統(tǒng)的夾具設(shè)計方法是單一目標(biāo)優(yōu)化方法或經(jīng)驗。此研究結(jié)果表明，多目標(biāo)優(yōu)化方法比起其他兩種方法更有效地減少變形和均勻變形。這對于在數(shù)控加工中控制加工變形是很有意義的。 參考文獻 1、 King LS，Hutter（ 1993年） 自動化裝配線上棱柱工件最佳裝夾定位生成的理論方法。De Meter EC (1995) 優(yōu)化機床夾具表現(xiàn)的Min - Max負荷模型。 2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局優(yōu)化。Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 3、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對工件的定位精度的影響。 4、 Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 5、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對工件定位精度的影響。 6、 Li B, Melkote SN (2001) 最優(yōu)夾具設(shè)計計算工件動態(tài)的影響。 7、 Lee JD, 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N, ?ztürk F (2003) 碎片位移和摩擦接觸的運用對工件夾具布局的校核。 62 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 YG 零（部）件圖號 設(shè)計者： 產(chǎn)品名稱 油缸 零（部）件名稱 油鋼鋼筒 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 機 加 3 內(nèi)孔加工 35鋼 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每臺件數(shù) 無逢鋼管 φ89×14 1 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 鏜床 T612 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 CDG-JZ033-03 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備（含：刀具、量具、專用工具） 主軸轉(zhuǎn)速 r/min 切削速度 m/min 進給量 mm/r 切削深度 mm 進給次數(shù) 工 步 工 時 1 深孔粗推鏜到φ66； YW1 100 320 0.1 2.5 1 機動 輔助 2 半精推鏜到φ68；. YW1 100 320 0.1 1 1 3 精鏜孔到φ69.85； YW1 100 320 0.1 0.925 1 4 精鉸（浮動絞刀）孔到φ70±0.20。 浮動絞刀 100 320 0.1 0.075 1 專 業(yè) 機械加工工藝過程卡 產(chǎn)品型號 T612 零（部）件圖號 CDG-JZ033-02 共頁 機械設(shè)計制造及自動化 產(chǎn)品名稱 鏜床 零（部）件名稱 液壓油缸 共頁 材料牌號 φ89×14 毛坯種類 無逢鋼管 毛坯外形尺寸 φ89×14 每毛坯件數(shù) 每臺件數(shù) 備 注 工 序 號 工序 名稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時 準(zhǔn) 終 單 件 1 配料 無逢鋼管切斷,取總長695； 機加 鋸床 卷尺 2 車 車￠82到尺寸￠88（工藝用） 機加 CA6140 三爪卡盤、脹力心軸、 車端面及倒角； 機加 CA6140 三爪卡盤、軟爪、中心架、 調(diào)頭； 機加 CA6140 車￠82到尺寸￠88（工藝用） 機加 CA6140 三爪卡盤、脹力心軸、 車端面及倒角（余量1mm）。 機加 CA6140 三爪卡盤、、中心架、 3 鏜 深孔粗推鏜到φ66； 精工 T612 鏜夾具、YW1刀具 半精推鏜到φ68； 精工 T612 鏜夾具、YW1刀具 精鏜孔到φ69.85； 精工 T612 鏜夾具、YW1刀具 精鉸（浮動鏜刀）φ70±0.20 精工 T612 鏜夾具、浮動鏜刀 4 滾壓 用滾壓頭滾壓孔至φ70±0.02 精工 T612 鏜夾具、油缸滾壓頭 5 車 車去工藝外圓，將兩端外圓加工到尺寸￠82，割R3.5槽 精工 CA6140 軟爪夾一端、以孔定位頂一端 鏜內(nèi)錐孔及車端面 精工 CA6140 軟爪，中心托架（千分尺校正） 調(diào)頭車去工藝螺紋，將兩端外圓加工到尺寸￠82，割R3.5槽 精工 CA6140 軟爪夾一端、以孔定位頂一端 描 圖 鏜內(nèi)錐孔及車端面，取總長685mm 精工 CA6140 軟爪，中心托架（千分尺校正） 6 檢 終檢 精工 描 校 底圖號 編制日期 審核日期 會簽日期 班 級 姓 名 裝訂號 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）說 明 書 題 目 套 筒 加 工 工 藝 及 夾 具 設(shè) 計 28 川 理 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 設(shè)計（論文）題目： 套筒加工工藝及夾具設(shè)計 ⑴、繪制并審核零件圖、毛坯圖； ⑵、設(shè)計加工工藝并編制工藝規(guī)程、工序卡； ⑶、設(shè)計夾具裝配圖； ⑷、編制夾具安裝調(diào)整及使用維護說明書； ⑸、編制設(shè)計說明書。 2．原始資料 ⑴、零件圖一張； ⑵、生產(chǎn)批量6000件/年 2．指定查閱的主要參考文獻及說明 ⑴、機械設(shè)計手冊 ⑵、機械加工工藝手冊 ⑶、夾具設(shè)計手冊 ⑷、機床圖冊 ⑸、其他相關(guān)資料 3．進度安排 設(shè)計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱和收集設(shè)計資料、繪制零件圖 2 進行套筒加工工藝及夾具設(shè)計并繪制毛坯圖 3 填寫機械加工工藝過程卡片和工序卡片 4 設(shè)計套筒加工工藝及夾具并繪制零件圖、裝配圖 5 編寫設(shè)計說明書 6 畢業(yè)設(shè)計(論文)的修改、答辯的準(zhǔn)備時間 中文摘要 零件的加工工藝編制，在機械加工中占有非常重要的地位，零件工藝編制得合不合理，這直接關(guān)系到零件最終能否達到質(zhì)量要求；夾具的設(shè)計也是不可缺少的一部分，它關(guān)系到能否提高其加工效率的問題。因此這兩者在機械加工行業(yè)中是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。 套筒零件的主要加工表面為孔和外圓表面。外圓表面加工根據(jù)精度要要求可選擇車削和磨削?？准庸し椒ǖ倪x擇比較復(fù)雜，需要考慮零件的結(jié)構(gòu)特點、孔徑大小、長徑比、精度和粗糙度要求以及生產(chǎn)規(guī)模等各種因素。對于精度要求較高的孔往往還要采用幾種不同的方法順次進行加工。本次設(shè)計的油缸，為保證孔的精度和表面質(zhì)量將先后經(jīng)過粗鏜、半精鏜、精鏜和滾壓等四道工序加工。 在機床上對零件進行機械加工時，為保證工件加工精度，首先要保證工件在機床上占有正確的位置，然后通過夾緊機構(gòu)使工件在正確位置上固定不動，這一任務(wù)就是由機床夾具完成。對于單件、小批量生產(chǎn)，應(yīng)盡量使用通用夾具，這樣可以降低工件的生產(chǎn)成本。但是由于通用夾具適用各種工件的裝夾，所以夾緊時往往比較費時間，并且操作復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，也難以保證加工精度，為此需設(shè)計專用夾具。 關(guān)鍵詞：工藝設(shè)計、基準(zhǔn)選擇、切削用量、定位誤差 ABSTRCT Is the components craft establishment, holds the very important status in the machine-finishing, the components craft establishes reasonable, whether do this direct relation components achieve the quality requirement finally; Jig's design is also an essential part, whether does it relate raises its processing efficiency the question. Therefore this both in the machine-finishing profession are the important links. Sleeve components main processing surface for hole and outer annulus surface. The outer annulus face work needs to request according to the precision to be possible to choose the turning and the grinding. The hole processing method's choice is quite complex, needs to consider the components the unique feature, the aperture size, the length to diameter ratio, the precision and roughness request as well as the scale of production and so on each kind of factor. Often must use several different methods regarding the accuracy requirement high hole to carry on the processing in order. This design's cylinder, will pass through half finished boring, the finished boring, the fine articulation and the trundle successively for the guarantee hole's precision and the surface quality and so on four working procedure processings When the engine bed carries on the machine-finishing to the components, is guaranteed that the work piece working accuracy, first needs to guarantee the work piece holds the correct position on the engine bed, then causes the work piece in the correct position through the clamp organization fixed motionless, this duty is completes by the engine bed jig. Regarding the single unit, the small batch production, should use the universal jig as far as possible, like this may reduce the work piece the production cost. But because the universal jig is suitable each kind of work piece the attire to clamp, therefore time clamp often compares spends the time, and operates complex, the production efficiency is low, also guarantees the working accuracy with difficulty, for this reason must design the unit clamp. Key word: Craft, datum, cutting specifications, localization datum, position error. 畢業(yè)設(shè)計 目錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 概述 1 第一章 零件的分析 3 1.1 零件的作用 3 1.2 零件的工藝分析 3 1.2.1 加工方法的選擇..............................................................................................3 1.2.2 保證套筒表面位置精度的方法.........................................................................3 1.2.3 防止套筒變形的工藝措施................................................................................4 第二章 工藝規(guī)程的設(shè)計 5 2.1 確定毛坯的制造形式 5 2.2 基準(zhǔn)的選擇 5 2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇 5 2.2.2 精基準(zhǔn)的選擇 5 2.3 制定工藝路線 5 2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯的確定 6 2.5 確定切削用量及基本工時 8 2.5.1工序1 配料（35鋼） 8 2.5.2工序2 車 8 2.5.3工序3 深孔推鏜 14 2.5.4工序4 滾壓孔 16 2.5.5工序5 車 16 2.5.6 工序6 檢查 19 第三章 夾具設(shè)計......................................................................................................20 3.1 概述....................................................................................................................20 3.2 鏜床夾具設(shè)計要則...............................................................................................20 3.3 夾具設(shè)計.............................................................................................................20 3.3.1 問題的提出. ................................................... ............................................20 3.3.2 鏜套的結(jié)構(gòu).... ................................................... ........................................ 21 3.3.3 鏜套的布置形式.... ......................................... ............................................21 3.3.4 鏜桿............................................................................................................22 3.3.5 支架與底座... ................................................................................................. ........23 3.3.6 鏜套與鏜桿以及襯套等的配合選擇...............................................................23 3.3.7 定位機構(gòu)設(shè)計..............................................................................................28 3.3.8 夾緊機構(gòu)的設(shè)計...........................................................................................28 3.4 夾具工作原理及動作說明...................................................................................25 第四章 結(jié)論 26 設(shè)計體會……………………………………………………………………………. 27 參考文獻 28 致謝 29 附錄 30 概述 一、 套筒零件的功用和結(jié)構(gòu)特點 套筒零件是機械加工中經(jīng)常碰到的一種零件，它的應(yīng)用范圍很廣。例如：支承旋轉(zhuǎn)軸的各種形式的軸承、夾具上的導(dǎo)向套、內(nèi)燃機的汽缸套以及液壓系統(tǒng)中的油缸等。 機器中的套筒零件起支承或?qū)蜃饔?。由于功用不同，套筒零件的結(jié)構(gòu)和尺寸有很大的差別，但結(jié)構(gòu)上仍有共同的特點：零件的主要表面為不同軸度要求較高的內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)表面；零件壁的厚度較?。毫慵拈L度一般大于直徑等。 二、 套筒零件的技術(shù)要求 套筒零件的主要表面是內(nèi)孔和外圓，其主要技術(shù)要求如下： 1、內(nèi)孔 內(nèi)孔是套筒零件起支承作用或?qū)蜃饔米钪饕谋砻?，它通常與運動著的軸、刀具或活塞相配合。內(nèi)孔直徑的尺寸精度一般為2級，精密軸套有時取1級，油缸由于與其相配的活塞上有密封圈，故要求較低。 內(nèi)孔的形狀精度，一般應(yīng)控制在孔徑公差以內(nèi)，有些精密軸套控制在孔徑公差的，甚至更嚴(yán)。對于長的套筒除了圓柱度和同軸度外，還應(yīng)注意孔軸線直線度的要求。 為保證零件的功能和提高其耐磨性，內(nèi)孔表面粗糙度一般為，有的高達以上。 2、 外圓 外圓表面一般是套筒零件的支承表面，常以靜配合或過渡配合同箱體或機架沙鍋內(nèi)的孔相連接。外徑的尺寸精度通常為2~3級；形狀精度控制在外徑公差以內(nèi)；粗糙度一般為。 1） 內(nèi)外圓之間的同軸度 當(dāng)內(nèi)徑的最終加工系將套筒裝入機座后進行時，套筒內(nèi)外圓間的同軸度要求較低；如果最終加工是在裝配前完成時要求較高，一般為0.01~0.05mm。 2） 孔軸線與端面的垂直度 套筒的端面（包括凸緣端面）如工作中承受軸向載荷，或雖不承受載荷但加工中是作為定位面時，與孔軸線的垂直度要求較高，一般為0.02~0.05mm。 三、 套筒零件的材料與毛坯 套筒零件一般都是用鋼、鑄鐵、青銅或黃銅等材料制成。有些滑動軸承采用雙金屬機構(gòu)，即用離心鑄造法在鋼或鑄鐵套的內(nèi)壁上澆注巴氏合金等軸承合金材料，這樣既可節(jié)省貴重的有色金屬，又能提高軸承的壽命。 套筒零件的毛坯選擇與其材料、結(jié)構(gòu)和尺寸等因素有關(guān)?？讖捷^?。ㄈ鏳<20mm）的套筒一般選擇熱軋或冷拉棒料，也可以采用實心鑄件?？讖捷^大時，采用無逢鋼管或帶孔的鑄件和鍛件。大量生產(chǎn)時可以采用冷擠壓和粉末冶金等先進的毛坯制造工藝，既提高生產(chǎn)率又節(jié)約金屬材料。 第一章 零件的分析 1.1 零件的作用 液壓缸又稱為油缸，它是液壓系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能就是將液壓能轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)式的機械運動。缸筒是液壓缸的重要組成部分。 1.2 零件的工藝分析 1.2.1 加工方法的選擇 套筒零件的主要加工表面為孔和外圓表面。外圓表面加工根據(jù)精度要要求可選擇車削和磨削?？准庸し椒ǖ倪x擇比較復(fù)雜，需要考慮零件的結(jié)構(gòu)特點、孔徑大小、長徑比、精度和粗糙度要求以及生產(chǎn)規(guī)模等各種因素。對于精度要求較高的孔往往還要采用幾種不同的方法順次進行加工。本次設(shè)計的油缸，為保證孔的精度和表面質(zhì)量將先后經(jīng)過粗鏜、半精鏜、精鏜和滾壓等四道加工（零件毛坯為無縫鋼管）。 1.2.2、保證套筒表面間位置精度的方法 由套筒零件的技術(shù)要求知，套筒零件內(nèi)外表面間的同軸度以及端面與孔軸線的垂直度一般均有較高要求。為保證這些要求通?？刹捎孟铝蟹椒ǎ? 1.在一次安裝中完成內(nèi)外表面及端面的全部加工。這種方法除了工件的安裝誤差，所以可獲得很高的相對位置精度。但是，這種方法的工序比較集中，對于尺寸較大（尤其是長徑比較大）套筒也不便與安裝，故多用于尺寸較小軸套的車削加工。 2.套筒主要表面加工分在幾次安裝中進行，先終加工孔，然后以孔為精基準(zhǔn)最終加工外圓。這種方法由于所用夾具（心軸）機構(gòu)簡單，且制造和安裝誤差小，因此可保證較高的位置精度，在套筒加工中一般多采用這種方法。 套筒主要表面加工在幾次安裝中進行，先終加工外圓，然后以外圓為精基準(zhǔn)最終加工內(nèi)孔。采用這種方法時工件裝夾迅速可靠，但因一般卡盤安裝誤差較大，加工后工件的位置精度較低。若欲獲得較小的同軸度，則必須采用定心精度高的夾具，如彈性膜片卡盤、液體塑料夾頭和經(jīng)過修磨的三爪卡盤等。 對于較長的套筒零件，為保證位置精度，往往以外圓定位，采用一端夾持，另一端用中心夾支托來最終加工內(nèi)孔。對于本次設(shè)計加工零件的工藝不采用這種方法,是因為加工內(nèi)孔時,安裝工件需要φ88工藝外圓,只有當(dāng)內(nèi)孔加工完后,才可能車去工藝螺紋,進而車出與內(nèi)孔有較小不同軸度的外圓表面φ82d,故采用上述第二種方法,以內(nèi)孔作為校正基準(zhǔn). 1.2.3、防止套筒變形的工藝措施 套筒零件的結(jié)構(gòu)特點是孔壁一般較薄，加工中常因夾緊力、切削力和切削熱等因素的影響而產(chǎn)生變形。防止變形應(yīng)注意以下幾點： 1．為減少切削力和切削熱的影響，粗、精加工應(yīng)分開進行。粗加工產(chǎn)生的變形在精加工中可以得到糾正。 2．為減少夾緊力的影響，工藝上可采取以下措施： （1）.采用軸向夾緊的夾具。例如本次設(shè)計中的零件加工。兩端想車出的φ88外圓,即為加工內(nèi)孔時實現(xiàn)軸向夾緊用的工藝外圓,內(nèi)孔加工后即將它車去。 （2）.在工件上做出增加徑向剛性的輔助凸邊，加工后將凸邊切去。 第二章 工藝規(guī)程的設(shè)計 2.1 確定毛坯的制造形式 套筒零件一般是用鋼、鑄鐵、青銅或黃銅等材料制成。有些滑動軸承采用雙金屬結(jié)構(gòu)，即用離心鑄造法在鋼或鑄鐵套的內(nèi)壁上澆注巴氏合金等軸承合金材料，這樣既可節(jié)省貴重的有色金屬，又能提高軸承的壽命。 套筒零件的毛坯選擇與材料、機構(gòu)和尺寸等因素有關(guān)?？讖捷^小的套筒一般選擇熱軋或冷拉棒料，也可采實心鑄件。孔徑較大時，常采用無縫鋼管或帶孔的鑄件和鍛件。大量生產(chǎn)時可采用冷擠壓和粉末冶金等先進的毛坯制造工藝，既提高生產(chǎn)率又節(jié)約金屬材料。 本零件為無縫鋼管，規(guī)格：8914；材料為35鋼，抗拉強度：；屈服強度：；硬度：HBS為197。 2.2 基準(zhǔn)的選擇 基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一。基準(zhǔn)面選擇的正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中問題百出，更我甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。 2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇 對于零件而言，盡可能選擇不加工表面作為粗基準(zhǔn)。而對有若干個不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。對于較長的套筒零件，為保證位置精度，往往以外圓定位，采用一端夾持，另一端用中心夾支托來最終加工內(nèi)孔。 根據(jù)這個原則，本零件選取無逢鋼管外圓為粗基準(zhǔn)。工件一端用三爪卡盤夾持一端，另一端則用大頭頂尖頂住另一端。采用這種方法時工件裝夾迅速可靠，但因一般卡盤安裝誤差較大，加工后工件的位置精度較低。為了獲得較小的同軸度，須采用定心精度高的夾具，如彈性膜片卡盤、液體塑料夾頭和經(jīng)過修磨的三爪卡盤等。 2.2.2 精基準(zhǔn)的選擇 精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)該考慮的是基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時，應(yīng)該進行尺寸的換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復(fù)。 2.3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點應(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，可以考慮采用萬能機床以及專用夾具，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)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 工藝路線方案： 工序1、配料（35鋼）： 無縫鋼（）管切斷，取總長695mm 工序2、車： 車￠82到尺寸￠88（工藝用）； 車端面及倒角； 調(diào)頭 車￠82到尺寸￠88（工藝用）； 車端面及倒角取總長686mm（余1mm）。 工序3、深孔推鏜： 粗鏜孔到￠66； 半精鏜孔到￠68； 精鏜孔到￠69.85； 精鉸（浮動鏜刀鏜孔）孔到￠700.20粗糙度R=3.2。 工序4、滾壓孔： 用滾壓頭滾壓孔至￠700.02，粗糙度R=0.4。 工序5.車 車去工藝外圓，將兩端外圓加工到尺寸￠82，割R7槽； 鏜內(nèi)錐孔及車端面； 調(diào)頭，車去工藝外圓，將兩端外圓加工到尺寸￠82，割R7槽； 鏜內(nèi)錐孔及車端面，取總長685mm。 工序5.檢查。 2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “液壓油缸缸筒”：零件材料為35鋼，硬度HB197，生產(chǎn)類型大批量，毛坯形式：無逢鋼管截斷。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。 2.4.1 兩端外圓表面： 兩外圓（φ82dmm）表面一端加工長度為60mm，與其聯(lián)接的非加工外圓表面直徑為 φ89mm，現(xiàn)取其外圓表面直徑為φ89mm。φ82mm表面尺寸公差±0.02，表面粗糙度值1.6，要求半精車；精車，加工直徑余量2Z=3.5mm. 由于本設(shè)計規(guī)定零件是大批生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整法加工，因此在計算最大、最小加工余量時，應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確定。φ82dmm的尺寸加工余量和工序間余量及公差分布見圖2-1。 圖2-1φ82d外圓工序間尺寸公差分布圖（調(diào)整法） 由圖可知： 毛坯名義尺寸：82+3.5×2=89（mm） 毛坯最大尺寸：89+1.3×2=91.6（mm） 毛坯最小尺寸：82-0.5×2=83（mm） 半精車后最大尺寸：82+0.5×2=83（mm） 半精車最小尺寸：82-0.02=81.98（mm） 精車后尺寸和零件圖尺寸相同，即φ82dmm. 最后，將上述計算的工序間尺寸及公差整理成表2-1。 表2-1 加工余量計算表 工序 加工尺 寸及公差 無逢鋼管 （圓） 半精車外圓 精車外圓 加工前 尺寸 最大 91.6 83 最小 88 81.98 加工后 尺寸 最大 91.6 83 82.02 最小 88 81.98 81.98 加工余量（單邊） 1.75 最大 1.75 0.27 最小 1.6 0.23 加工公差（單邊） -0.4/2 -0.12/2 2.4.2 工件內(nèi)孔加工 毛坯為無逢鋼管φ89×14，內(nèi)孔直徑φ61，參照《工藝手冊》表2.3-9確定工序尺寸及余量為： 粗鏜孔：φ66mm 半精鏜孔：φ68mm 精鏜：φ69.5mm 精鉸（浮動鏜刀）：φ70±0.20mm 2.5 確定切削用量及基本工時 2.5.1 工序1：無縫鋼管（35鋼，）切斷，取總長687mm 2.5.2 工序2：車削，本工序采用計算法確定切削用量。 （1）、加工條件 工件材料：無縫鋼管（35鋼，）， 車￠82到尺寸￠88及M88×1.5螺紋（工藝用）； 車端面及倒角； 車￠82到尺寸￠88及M88×1.5螺紋（工藝用）； 車端面及倒角取總長686mm（余1mm） 機床：C630-1臥式車床 刀具：刀具材料為YT15，刀桿尺寸16mm×25mm， 。 （2）、計算切削用量 ①、車￠82到￠88 切削深度： 進給量f：根據(jù)《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》）表1.4，當(dāng)?shù)稐U尺寸為16mm×25mm,以及工件直徑為100mm時：f=0.6~0.9。按CA6140車床的說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.7。 計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min）： （m/min） 式中，=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28，即：=1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。 所以： = =123.8 (m/min) 確定主軸轉(zhuǎn)速： = = 438 (r/min) 與438 r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為500 r/min，?，F(xiàn)選取，所以實際切削速度 m/min. 檢驗機床功率： 主切削力 按《切削手冊》表1.29所示公式計算 式中： =0.89 所以： = =784 N 切削時消耗功率為： = =1.85 (kw) 由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。 校驗機床進給系統(tǒng)強度：已知主切削力= 791 N，徑向力按《切削手冊》表1.29所示公式計算 式中： 所以： = =116.9 N 軸向切削力 式中 ： 所以： = =267 N 取機床導(dǎo)軌與床鞍系數(shù)=0.1，則切削力在縱向進給方向?qū)M給機構(gòu)的作用力為： =267+0.1（784+116.9） =357.09 357 N 而機床進給機構(gòu)可承受的最大縱向力為3530N（見《切削手冊》表1.30），故機床進給系統(tǒng)可以正常工作。 切削工時： 式中：,, 所以：×2 =0.36（min） ②、車工藝外圓： 計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min），采用高速鋼外圓車刀，規(guī)定=0.25，走刀次數(shù)i=5，則 （m/min） 式中，=11.8，=0.70，=0.30，m=0.11，。 =1.11 所以： = =32.8 (m/min) 確定主軸轉(zhuǎn)速： = = 116 (r/min) 按機床說明書取 n=96r/min， 所以實際切削速度 m/min. 由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。 計算切削工時： 切削工時： 式中：=60,, 所以：×2 =0.086（min） ③、車端面及倒角： 確定端面最大加工余量：已知毛坯長度方向的加工余量為2mm 確定進給量f：根據(jù)《切削手冊》表1.4，當(dāng)?shù)稐U尺寸為16mm×25mm,以及工件直徑為100mm時：f=0.6~0.9。按CA6140車床的說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.7。 計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min）： （m/min） 式中，=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28，即：=1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。 所以： = =125.8 (m/min) 確定主軸轉(zhuǎn)速： = = 445 (r/min) 與445 r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為500 r/min，?，F(xiàn)選取，所以實際切削速度 m/min. 檢驗機床功率： 主切削力 按《切削手冊》表1.29所示公式計算 式中： =0.89 所以： = =768 N 切削時消耗功率為： = =1.81 (kw) 由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。 計算切削工時： 切削工時： 式中：=14,, 所以：×2 =0.091（min） ③、車￠82到尺寸￠88及； 同① ④、φ88外圓（工藝用） ⑤、車端面及倒角取總長686mm(余量1mm) 同③ 2.5.3 工序3：深孔推鏜： 粗鏜孔到￠66mm； 半精鏜孔到￠68mm； 精鏜孔到￠69.85mm; 精鉸（浮動鏜刀）孔到￠700.20粗糙度=3.2。 鏜孔是常用的孔加工方法，可以作為粗加工，也可以作為精加工，加工范圍很廣。對于小批量生產(chǎn)中的非標(biāo)準(zhǔn)孔、大直徑孔、精確的短孔及盲孔、有色金屬孔等一般多采用鏜孔。鏜孔可以在車床、銑床和數(shù)控機床上進行，能獲得的尺寸精度為1~3級，粗糙度為。鏜孔刀具（鏜桿與鏜刀）因受孔徑尺寸的限制（特別是小直徑深孔），一般剛性較差，鏜孔時容易產(chǎn)生振動，生產(chǎn)率低。但是由于不需要專用的尺寸刀具（絞刀），鏜刀機構(gòu)簡單，又可以在各種機床上進行鏜孔，故單件、小批生產(chǎn)中，鏜孔是較經(jīng)濟的方法。此外，鏜孔能修正前工序加工后所造成孔的軸線歪曲和偏斜，以獲得較高位置精度。 精細鏜孔（又稱金剛鏜） 精細鏜常用于有色金屬合金及鑄鐵件的光整加工，在汽車與拖拉機的連桿和汽缸套加工中應(yīng)用較多。為了達到高精度與粗糙度要求，常采用精度高、剛度高、和具有高轉(zhuǎn)速的金鋼鏜床。所用刀具（稱金鋼鏜刀）是選用細顆粒耐磨的硬質(zhì)合金或金剛石刀具，經(jīng)過刃磨和研磨獲得鋒利的刃口。精細鏜孔時，加工余量小，高速切削下切去截面很小的切屑。由于切削力非常小，故能達到1級精度和小的粗糙度，孔的幾何形狀誤差小于0.003~0.005mm。 ①、 粗鏜孔到￠66mm ，單邊余量Z=2mm，一次鏜去余量,=2.5mm 選用機床：T612臥式鏜床 進給量： f=0.1mm/r 切削速度： 根據(jù)有關(guān)手冊確定T612臥式鏜床的切削速度為：m/min, 則 = =359 r/min 根據(jù)《工藝手冊》表4.2-20知，和359r/min相近的有320r/min、414r/min,故取=320r/min。 切削工時：=66mm，=3mm，=3mm. = =2.25（min） ②、 半精鏜孔到￠68mm, 單邊余量Z=1； 一次鏜去余量：=1.5mm； =0.1； =320r/min，m/min t=2.3 min ③、 精鏜孔到￠69.85mm, 單邊余量Z=0.25； 一次鏜去余量：=1.25mm； =0.1； =320r/min，m/min t=2.37 min ④、 精鉸（浮動鏜刀）孔到￠700.20粗糙度=3.2 圖2-2 油缸浮動鏜刀 浮動鏜孔是鏜深孔后的精加工方法。圖3-3是浮動鏜刀頭，浮動鏜刀塊在刀柄長方形孔內(nèi)可以自由滑動。浮動鏜孔的特點是：消除了由于刀具及機床等誤差引起孔尺寸不穩(wěn)定；由于刀塊浮動且處于旋轉(zhuǎn)的情況下，刀塊有自動對中性；鏜刀的導(dǎo)向良好。圖2-2中的導(dǎo)向塊為夾布膠木（或白樺木），有一定的彈性，這種材料的導(dǎo)向塊，既可避免擦傷已加工表面，又可自動補償數(shù)次鏜孔后直徑的磨損，維持必要的導(dǎo)向要求。導(dǎo)向塊為雙導(dǎo)向。彈性導(dǎo)向塊調(diào)整時，前導(dǎo)向應(yīng)與孔緊配，后導(dǎo)向應(yīng)調(diào)整略大于刀塊尺寸，在工作時能自動磨去而保持較準(zhǔn)確導(dǎo)向精度。 2.5.4 工序4：用滾壓頭滾壓孔至￠700.02，粗糙度=0.4 圖2-3 油缸滾壓頭 上圖為一油缸滾壓頭。滾壓內(nèi)孔表面的圓錐型滾柱3支承在錐套5上，滾壓時滾柱與工件有一個或的斜角，是工件能逐漸產(chǎn)生變形，以提高孔壁粗糙度。 內(nèi)孔滾壓前，需要先通過螺母11調(diào)整滾壓頭的徑向尺寸。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母11可使其相對心軸1軸向移動，當(dāng)其向右移動時，推動過渡套10、止推軸承9、襯套8及套圈6經(jīng)銷子4使?jié)L柱3沿錐套5表面向左移，結(jié)果使?jié)L壓頭徑向縮小。當(dāng)其向右移動時，壓縮彈簧7壓移襯套8經(jīng)止推軸承9使過渡套10始終貼緊調(diào)節(jié)螺母的左端面，同時襯套8右移時帶動套圈6經(jīng)蓋板2使?jié)L柱3沿軸向右移，結(jié)果使?jié)L壓頭徑向尺寸增大。滾壓頭徑向尺寸應(yīng)根據(jù)孔的滾壓過盈量確定，一般鋼材的滾壓過盈量為0.10~0.12mm，滾壓后孔徑向增大0.02~0.03mm。 滾壓過程中滾柱3所受軸向力，經(jīng)銷子4、套圈6、襯套8作用在止推軸承9上，而最終還是經(jīng)過過渡套10、調(diào)節(jié)螺母11及心軸1傳至和滾壓頭右端M40×4相連的刀桿上，當(dāng)滾壓完畢后，滾壓頭從內(nèi)孔反向退出時，滾柱3會受到一個向左的軸向力，此力傳給蓋板2，經(jīng)套圈6、襯套8壓縮彈簧7，實現(xiàn)了向左移動，同時滾壓頭在彈簧力的作用下復(fù)位，是徑向尺寸又恢復(fù)到原調(diào)數(shù)值。 滾壓中滾壓速度： 走刀量： 冷卻潤滑液采用50%硫化油加50%柴油或煤油。 2.5.5 工序5： 車去工藝外圓，將兩端外圓加工到尺寸￠82，割R3.5槽； 鏜內(nèi)錐孔及車端面； 調(diào)頭，車去工藝螺紋，將兩端外圓加工到尺寸￠82，割R3.5槽； 鏜內(nèi)錐孔及車端面，取總長685mm ①、 車去工藝外圓，將兩端外圓加工到尺寸￠82，割R3.5槽 切削深度： 進給量f：根據(jù)《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》）表1.4，當(dāng)?shù)稐U尺寸為16mm×25mm,以及工件直徑為100mm時：f=0.6~0.9。按CA6140車床的說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.7。 計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min）： （m/min） 式中，=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28，即：=1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。 所以： = =115.8 (m/min) 確定主軸轉(zhuǎn)速： = = 410 (r/min) 與438 r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為500 r/min，。現(xiàn)選取，所以實際切削速度 m/min. 檢驗機床功率： 主切削力 按《切削手冊》表1.29所示公式計算 式中： =0.89 所以： = =765 N 切削時消耗功率為： = =1.57 (kw) 由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。 校驗機床進給系統(tǒng)強度：已知主切削力= 791 N，徑向力按《切削手冊》表1.29所示公式計算 式中： 所以： = =116.9 N 軸向切削力 式中 ： 所以： = =267 N 取機床導(dǎo)軌與床鞍系數(shù)=0.1，則切削力在縱向進給方向?qū)M給機構(gòu)的作用力為： =267+0.1（784+116.9） =357.09 357 N 而機床進給機構(gòu)可承受的最大縱向力為3530N（見《切削手冊》表1.30），故機床進給系統(tǒng)可以正常工作。 切削工時： 式中：,, 所以：×2 =0.36（min） 割R3.5槽，換成型車刀。 ②、鏜內(nèi)錐孔及車端面。 2.5.6 工序6、檢查 第三章 專用夾具設(shè)計 3.1 概述 在機床上對零件進行機械加工時，為保證工件加工精度，首先要保證工件在機床上占有正確的位置，然后通過夾緊機構(gòu)使工件在正確位置上固定不動，這一任務(wù)就是由機床夾具完成。對于單件、小批量生產(chǎn)，應(yīng)盡量使用通用夾具，這樣可以降低工件的生產(chǎn)成本。但是由于通用夾具適用各種工件的裝夾，所以夾緊時往往比較費時間，并且操作復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，也難以保證加工精度。 經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計第3道工序——深孔推鏜：深孔推鏜：粗鏜孔到￠66；半精鏜孔到￠68；精鏜孔到￠69.85；精鉸（浮動鏜刀鏜孔）孔到￠700.02粗糙度R=3.2。 3.2 鏜床夾具設(shè)計要則 鏜床夾具是保證達到工件上孔的尺寸精度、幾何精度、表面光潔度以及多孔鏜削時孔距和孔的位置精度的精密工藝裝備。鏜床夾具的主要加工對象是薄殼箱形鑄件體類零件，因此在設(shè)計鏜床夾具時，主要考慮的問題是工件的正確定位與夾緊、夾具的剛性，以及鏜孔刀具導(dǎo)向裝置的合理性，以保證達到產(chǎn)品的工藝要求。應(yīng)著重考慮的問題，具體如下： 1） 設(shè)計鏜床夾具涉及鏜孔要求、鏜桿結(jié)構(gòu)、鏜刀位置、導(dǎo)向裝置、機床工作行程等多方面的問題。為了防止產(chǎn)生錯誤，在設(shè)計鏜床夾具時應(yīng)首先根據(jù)工藝提供的加工工序圖，繪制包括工件加工部位及尺寸要求，加工時的刀具布置及始末位置，鏜桿結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向元件結(jié)構(gòu)及安裝位置等在內(nèi)的刀具布置圖或在總圖上表示清楚。 2） 鏜床夾具的剛性和抗振性與其他夾具相比特別重要，為此應(yīng)提高夾具底座的高度，高度與長度之比推薦取1：7。鏜模架亦應(yīng)具有足夠的剛性和穩(wěn)定性。 3） 在設(shè)計定位與夾緊結(jié)構(gòu)時，應(yīng)保證夾緊后工件的彈性變形最小。 4） 滑動軸承要有充分的潤滑。 5） 設(shè)置必要的起吊裝置，并保證起吊時夾具不致變形 3.3、夾具設(shè)計 3.3.1、問題的提出 本夾具主要用來推鏜深孔。該孔對兩端外圓表面，兩端面都有一定的技術(shù)要求。在加工本道工序時兩端外圓表面及兩端面都未加工，因此在本道工序加工時除了要滿足技術(shù)要求外，還應(yīng)該提高加工效率，降低勞動強度。 3.3.2 鏜套的結(jié)構(gòu) 鏜套的結(jié)構(gòu)和精度直接影響到加工孔的尺寸精度、幾何形狀和表面粗糙度。設(shè)計鏜套時，可按加工要求和情況選用標(biāo)準(zhǔn)鏜套，特殊情況則可自行設(shè)計。一般鏜孔用的鏜套，主要有固定式的和回轉(zhuǎn)式兩類，都已標(biāo)準(zhǔn)化了。本夾具選用B型固定式鏜套（如下圖3-1）——鏜套 B55H7×65g5×45 GB2266-80，它與快換鉆套相似，加工時鏜套不隨鏜桿轉(zhuǎn)動。B型固定式鏜套帶油杯和油槽，使鏜桿和鏜套之間能允分地潤滑，從而減少鏜套的磨損。 ?? 圖３-１固定式鏜套 3.3.3 鏜套的布置形式 鏜套的布置形式主要根據(jù)被加工孔的直徑D以及孔長與孔徑的比值L/D和精度要求而定，一般有以下四種形式：①單支承后引導(dǎo)；②單支承前引導(dǎo)；③雙支承前后引導(dǎo)；④雙支承后引導(dǎo)。其中雙支承前引導(dǎo)如圖3-2所示，導(dǎo)向支架分別裝在工件兩側(cè)。因為工件鏜孔長度L>1.5D，加工孔徑較大，并且各個孔系之間的位置精度也要求較高，宜采用“雙支承前后引導(dǎo)”。另外鏜套采用的是固定式鏜套，故按H＝(1.5～2)d來選取，則取H＝63mm。 圖3-2雙支承前后引導(dǎo) 圖3-3 鏜桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 3.3.4 鏜桿 圖3-3為用于固定式鏜套的鏜桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)。當(dāng)鏜桿導(dǎo)向部分直徑d<50mm時，鏜桿常采用整體式。確定鏜桿直徑時，應(yīng)考慮鏜桿的剛度和鏜孔時應(yīng)有的容屑空間。一般按： d = (0.6~0.8)D 選取，式中d——鏜桿直徑(mm)，D——被鏜孔直徑(mm)。 則得，d =55 mm 設(shè)計鏜桿時，鏜孔直徑D，鏜桿直徑d、鏜刀截面BxB之間的關(guān)系參照表3-1選取。 表3-1 鏜桿直徑d、鏜刀截面BxB與被鏜孔直徑D的關(guān)系 D(mm) 110~40 40~50 50~70 70~90 90~110 d(mm) 20~30 30~40 40~50 50~65 65~90 BxB(mm) 10x10 10x10 12~12 16x16 16x1620x20 表中所列鏜桿直徑的范圍，在加工小孔時取大值，在加工大孔時，若導(dǎo)向好，切削負荷小則可取小值；一般取中間值，若導(dǎo)向不良，切削負荷大時可取大值。鏜桿的軸向尺寸，應(yīng)按鏜孔系統(tǒng)圖上的有關(guān)尺寸確定。 鏜桿的材料要求鏜桿表面硬度高而心部有較好的韌性，因此可采用45鋼。 鏜桿的主要技術(shù)條件要求為： ①鏜桿導(dǎo)向部分的圓度與錐度公差控制在直徑公差的1/2以內(nèi)。 ②鏜桿導(dǎo)向部分公差帶為:粗鏜為g6，精鏜為g5。表面粗糙度值Ra0.8μm。 ③鏜桿的直線度公差為0.1mm。刀孔表面粗糙度一般為Ra1.6μm，裝刀孔不淬火。 3.3.5 支架與底座 鏜模支架和底座為鑄鐵件（HT100），分開制造。鏜模支架應(yīng)具有足夠的強度與剛度，且不允許承受夾緊力。其結(jié)構(gòu)和尺寸參見鏜模支架零件圖。 鏜模底座上要安裝各種裝置和元件，并承受切削力和夾緊力，因此必須有足夠的強度與剛度，并保持尺寸精度的穩(wěn)定性。其結(jié)構(gòu)參見裝配圖。 3.3.6 鏜套與鏜桿以及襯套等的配合選擇 鏜套與鏜桿、襯套等的配合必須選擇恰當(dāng)，過緊容易研壞或咬死，過松則不能保證加工精度。一般加工低于IT8級公差的孔或粗鏜時，鏜桿選用IT6級公差，當(dāng)精加工IT7級公差的孔時，通常選用IT5級公差，當(dāng)孔加工精度（如同軸度）高時，常用配研法使鏜套與鏜桿的配合間隙達到最小值，但此時應(yīng)用低速加工。 表8-7鏜套與鏜桿、襯套等的配合 配合表面 鏜桿與鏜套 鏜套與襯套 鏜套與支架 配合性質(zhì) H6/g5(H7/h6)，H6/g5(H6/h5) H7/h6(H7/js6)，H6/g5(H6/h5) H7/n5，H6/h5 見表8-7，則本夾具鏜套與鏜桿、襯套的配合分別為H6/g5、H6/h5。 鏜套內(nèi)外圓的同軸度允公差常取0.01mm，內(nèi)孔的圓度、圓柱度一般公差為0.01mm，表面粗糙度為Ra0.32μm。 鏜套用襯套的內(nèi)外圓的同軸度，粗鏜時常取0.01mm；精鏜時常取0.01～0.005mm。 3.3.7 定位基準(zhǔn)的選擇 對于工件的技術(shù)要求：①內(nèi)孔必須光潔無縱向刻痕；②內(nèi)孔位置度和圓柱度全長度不大于0.4mm；③內(nèi)孔軸線的直線度為0.1/1000mm,內(nèi)孔軸線與端面的不垂直度0.03mm；④內(nèi)孔對兩端外圓（）的不同軸度不大于0.025mm。 為了使工件達到技術(shù)要求，本工序的定位基準(zhǔn)選兩端外圓（）。 3.3.8 夾緊機構(gòu)的設(shè)計 在滿足考慮了夾緊裝置的自動化程度和復(fù)雜程度與工件的產(chǎn)量和批量相適應(yīng)，且操作安全、方便、省力等前提下，本夾具采用螺桿和壓板夾緊裝置，并進行手動夾緊。 3） 切削力的計算 本工序有4個工步，選擇其中切削力最大的粗鏜孔Φ61mm工步進行計算。已知，工件材料為35鋼，切削參數(shù)：a=2.5 mm，= 0.1，=100r/min，查《工藝手冊》表2.4-14得： 主切削力： 徑向切削力： 走刀力： 4） 夾緊力的計算 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)，根據(jù)工件所受切削力、夾緊力（大型工件還應(yīng)該考慮工件的重力，運動的工件還應(yīng)該考慮慣性力等）的作用情況，找出在加工過程中對夾具不利的瞬時狀態(tài)。按靜力平衡原理（），計算出理論夾緊力，最后為保證夾緊可靠，將理論夾緊力乘以安全系數(shù)，作為實際所需夾緊力的值， 即 式中： ——實際所需夾緊力（N）； W——在一定條件下，由靜力平衡原理，計算出的理論夾緊力（N）； K——安全系數(shù)。 安全系數(shù)K按下式計算： 式中，為各種因素的安全系數(shù)，查《機床夾具設(shè)計手冊（第二版）》表1-2-1得， 則計算得， K=2.18， 但由《機床夾具設(shè)計手冊（第二版）》表1-2-1備注知，當(dāng)K值計算結(jié)果小于2.5時，取K=2.5。 則 理論夾緊力，因此實際夾緊力 =720×2.5=1800 N 則 加工工件時所需要的夾緊力為： 1800÷2=900 N 3.4 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 本夾具由鏜模支架；改制V型塊和夾緊螺栓，壓塊等幾部分組成（詳見夾具裝配圖）。裝夾工件時，利用工件兩端外圓表面，與兩V型塊相配合，將工件定位于V型塊上。當(dāng)要求夾緊工件時，只需將兩個壓板分別壓住工件兩端外圓上表面，然后擰緊螺母，直至工件夾緊為止。 為了防止在切削時因切削力和自身重力的作用而使工件發(fā)生變形，影響加工精度，將V型塊設(shè)計為以圓弧面與工件配合以增加工件的支承剛性和穩(wěn)定性。 第四章 結(jié)論 一個零部件其質(zhì)量的高低取決于設(shè)計、加工等因素，那么機械加工就是不可缺少的一部分，零件從設(shè)計好，到拿到工廠去加工，要加工出合格的產(chǎn)品，就必須在工藝以及夾具上下工夫，工藝編制的合不合理，夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的合不合理這些都是很重要的因素。因此在加工零件之前，要認真的分析，然后編制合理的工藝和夾具設(shè)計。 套筒零件是機械加工中經(jīng)常碰到的一種零件，它的應(yīng)用范圍很廣。例如：支承旋轉(zhuǎn)軸的各種形式的軸承、夾具上的導(dǎo)向套、內(nèi)機沙鍋內(nèi)的汽缸套以及本次設(shè)計液壓系統(tǒng)中的油缸等。 機器中的套筒零件起支承或?qū)蜃饔?。由于功用不同，套筒零件的結(jié)構(gòu)和尺寸有很大的差別，但結(jié)構(gòu)上仍有共同的特點：零件的主要表面為不同軸度要求較高的內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)表面；零件壁的厚度較?。毫慵拈L度一般大于直徑等。 通過本次的畢業(yè)設(shè)計，使我明白了自己的差距和不足之處。特別是對于知識的總體把握上有所欠缺，以及對于零件分析得不夠透徹，編制出的工藝不是很符合工廠實際加工的情況，零件專用夾具的設(shè)計其結(jié)構(gòu)也不是很合理，但是通過指導(dǎo)老師的幫助，已基本解決這些問題。在設(shè)計的過程當(dāng)中，讓自己體會到了設(shè)計的樂趣，體會到戰(zhàn)勝困難的激動，體會到了成功所帶來了喜悅，為以后初到公司工作積累一定的經(jīng)驗。