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機械加工工序卡片 工 序 名 稱 車削 工序號 03 零件數(shù)量 1 零件號 零件名稱 主軸 材 料 毛 坯 牌號 硬度 形 式 重 量 40Cr 40 45HRC 棒料 設 備 夾 具 工序工時 min 名稱 型號 準終 單件 臥式車 床 CA6140 三瓜 卡盤 工步工時 s 工步 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn) 速 r min 切削速 度 m s 進給量 mm r 背吃刀 量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 粗車 半精車 128 571h6 外圓面及其端面 車刀 游標卡尺 475 119 3 0 16 0 5 2 2 382 2 粗車 半精車 4 號莫氏錐度孔 車刀 游標卡尺 475 119 3 0 16 0 5 2 2 829 設計者 指導老師 共 9頁 第 1 頁 機械加工工序卡片 工 序 名 稱 車削 工序號 04 零件數(shù)量 1 零件號 零件名稱 主軸 材 料 毛 坯 牌號 硬度 形 式 重 量 40Cr 40 45HRC 棒料 設 備 夾 具 工序工時 min 名稱 型號 準終 單件 臥式車 床 CA6140 三瓜 卡盤 工步工時 s 工步 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn) 速 r min 切削速 度 m s 進給量 mm r 背吃刀 量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 粗車 半精車其余各外圓面及端面 車刀 游標卡尺 475 119 3 0 16 0 5 2 8 171 2 車各退刀槽 車刀 游標卡尺 475 119 3 0 16 0 5 2 0 184 3 擴 16 孔 擴孔鉆 游標卡尺 68 3 4 0 57 1 0 1 5 850 設計者 指導老師 共 9頁 第 2 頁 機械加工工序卡片 工 序 名 稱 車削 工序號 05 零件數(shù)量 1 零件號 零件名稱 主軸 材 料 毛 坯 牌號 硬度 形 式 重 量 40Cr 40 45HRC 棒料 設 備 夾 具 工序工時 min 名稱 型號 準終 單件 臥式車 床 CA6140 三瓜 卡盤 工步工時 s 工步 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn) 速 r min 切削速 度 m s 進給量 mm r 背吃刀 量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 精車 128 571h6 外圓面及其端面 車刀 游標卡尺 475 119 3 0 16 0 5 1 0 336 2 精車 4 號莫氏錐度孔 保證開始尺寸 31 267 末端尺寸 26 5 13 0 車刀 游標卡尺 475 119 3 0 16 0 5 1 1 414 設計者 指導老師 共 9頁 第 3 頁 機械加工工序卡片 工 序 名 稱 車削 工序號 06 零件數(shù)量 1 零件號 零件名稱 主軸 材 料 毛 坯 牌號 硬度 形 式 重 量 40Cr 40 45HRC 棒料 設 備 夾 具 工序工時 min 名稱 型號 準終 單件 臥式車 床 CA6140 專用 夾具 工步工時 s 工步 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn) 速 r min 切削速 度 m s 進給量 mm r 背吃刀 量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 精車 95 端面 60js6 外圓面 50h6 外圓面及 30js6 外圓面 車刀 游標卡尺 475 119 3 0 16 0 5 1 2 224 設計者 指導老師 共 9頁 第 4 頁 機械加工工序卡片 工 序 名 稱 車削 工序號 07 零件數(shù)量 1 零件號 零件名稱 主軸 材 料 毛 坯 牌號 硬度 形 式 重 量 40Cr 40 45HRC 棒料 設 備 夾 具 工序工時 min 名稱 型號 準終 單件 臥式車 床 CA6140 專用 夾具 工步工時 s 工步 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn) 速 r min 切削速 度 m s 進給量 mm r 背吃刀 量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 車 M48 1 5 螺紋 車刀 游標卡尺 475 119 3 0 16 0 51 0 307 設計者 指導老師 共 9頁 第 5 頁 機械加工工序卡片 工 序 名 稱 銑削 工序號 08 零件數(shù)量 1 零件號 零件名稱 主軸 材 料 毛 坯 牌號 硬度 形 式 重 量 40Cr 40 45HRC 棒料 設 備 夾 具 工序工時 min 名稱 型號 準終 單件 立式銑 床 X51 專用 夾具 工步工時 s 工步 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn) 速 r min 切削速 度 m s 進給量 mm r 背吃刀 量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 粗銑 半精銑 2 R12 7 槽 鍵槽銑刀 游標卡尺 1000 79 8 0 2 14 2 0 605 設計者 指導老師 共 9頁 第 6 頁 機械加工工序卡片 工 序 名 稱 銑削 工序號 09 零件數(shù)量 1 零件號 零件名稱 主軸 材 料 毛 坯 牌號 硬度 形 式 重 量 40Cr 40 45HRC 棒料 設 備 夾 具 工序工時 min 名稱 型號 準終 單件 立式銑 床 X51 專用 夾具 工步工時 s 工步 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn) 速 r min 切削速 度 m s 進給量 mm r 背吃刀 量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 銑 32 11 9 鍵槽 鍵槽銑刀 游標卡尺 1300 48 6 0 2 11 9 1 0 425 2 銑寬 8 的鍵槽 鍵槽銑刀 游標卡尺 1000 25 1 0 2 4 0 1 0 135 設計者 指導老師 共 9頁 第 7 頁 機械加工工序卡片 工 序 名 稱 銑削 工序號 10 零件數(shù)量 1 零件號 零件名稱 主軸 材 料 毛 坯 牌號 硬度 形 式 重 量 40Cr 40 45HRC 棒料 設 備 夾 具 工序工時 min 名稱 型號 準終 單件 立式銑 床 X51 專用 夾具 工步工時 s 工步 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn) 速 r min 切削速 度 m s 進給量 mm r 背吃刀 量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 粗銑 半精銑 45 12 鍵槽 鍵槽銑刀 游標卡尺 1000 37 7 0 2 5 5 2 0 506 設計者 指導老師 共 9頁 第 8 頁 機械加工工序卡片 工 序 名 稱 鉆削 工序號 11 零件數(shù)量 1 零件號 零件名稱 主軸 材 料 毛 坯 牌號 硬度 形 式 重 量 40Cr 40 45HRC 棒料 設 備 夾 具 工序工時 min 名稱 型號 準終 單件 臥式鉆 床 MZ6410A 專用 夾具 工步工時 s 工步 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn) 速 r min 切削速 度 m s 進給量 mm r 背吃刀 量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 鉆 4 M16螺紋底孔 13 6 麻花鉆 游標卡尺 800 34 2 0 28 6 8 4 0 711 2 攻 4 M16螺紋 絲錐 量規(guī) 800 40 1 25 1 2 4 0 137 3 鉆 2 M12螺紋底孔 10 2 麻花鉆 游標卡尺 1000 32 0 0 28 5 1 2 0 172 4 攻 2 M12螺紋 絲錐 量規(guī) 1000 40 1 25 0 9 2 0 032 設計者 指導老師 共 9頁 第 9 頁 夾具夾緊力的優(yōu)化及對工件定位精度的影響 B Li 和 S N Mellkote 布什伍德拉夫機械工程學院 佐治亞理工學院 格魯吉亞 美國研究所 由于夾緊和加工 在工件和夾具的接觸部位會產(chǎn)生局部彈性變形 使工件 尺寸發(fā)生變化 進而影響工件的最終加工質(zhì)量 這種效應可通過最小化夾具設 計優(yōu)化 夾緊力是一個重要的設計變量 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 多目標優(yōu)化模型的約束 夾緊力的最優(yōu)化對工件定位精度的影響通過 3 2 1 式 銑夾具的例子進行了分析 關鍵詞 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關鍵因素 要實現(xiàn)夾具的這些功能 需將 工件定位到一個合適的基準上并夾緊 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 然而 過度的夾緊力可誘導工件產(chǎn)生更大的彈性變 形 這會影響它的位置精度 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工件的定位誤差 同時滿足加工的要求 在夾具 分析和綜合領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被報道 參考文獻 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算成本 同時 多數(shù)的有限元基礎研究人員 一直重點關注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論 也有少數(shù) 的研究人員通過對剛性模型 9 11 對夾緊力進行了優(yōu)化 剛型模型幾乎被近似為 一個規(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 問題是制定一個線性規(guī)劃 其目的是盡量減少在每個定位點調(diào)整夾緊力強度的 法線接觸力 接觸摩擦力的影響被忽視 因為它較法線接觸力相對較小 由于 這種方法是基于剛體假設 獨特的三維夾具可以處理超過 6 個自由度的裝夾 復和倪 14 也提出迭代搜索方法 通過假設已知摩擦力的方向來推導計算最小 夾緊力 該剛體分析的主要限制因素是當出現(xiàn)六個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 第 1 頁 共 15 頁 這種限制可以通過計算夾具 工件系統(tǒng) 15 的彈性來克服 對于一個相 對嚴格的工件 該夾具在機械加工工件的位置會受夾具點的局部彈性變形的強 烈影響 Hockenberger 和得墨忒耳 16 使用經(jīng)驗的接觸力變形的關系 稱為元功 能 解決由于夾緊和準靜態(tài)加工力工件剛體位移 同一作者還考察了加工工件 夾具位移對設計參數(shù)的影響 17 桂 18 等 通過工件的夾緊力的優(yōu)化定位精 度彈性接觸模型對報告做了改善 然而 他們沒有處理計算夾具與工件的接觸 剛度的方法 此外 其算法的應用沒有討論機械加工刀具路徑負載有限序列 李和 Melkote 19 和烏爾塔多和 Melkote 20 用接觸力學解決由于在加載夾具夾 緊點彈性變形產(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 關于 multiclamp 系統(tǒng)及其對工件精度影響的 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)受到準靜態(tài)加 載的最佳夾緊力為基礎的彈性方法 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 這個問題被作為多目標約束優(yōu)化問題 提出和解決 通過兩個例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對定位精度的影響 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 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 受到準靜態(tài)負載 夾緊力可假定為在加工過程中保持不變 這個假設是有效的 在對液壓或氣動夾具使用 在實際中 夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布 然而 這種模式的發(fā)展 假設總觸剛度 見圖 1 第 i 夾具接觸力局部變形如下 1 iijjFkd 其中 j x y z 表示 在當?shù)刈幼鴺讼登芯€和法線方向的接觸剛度ij 第 2 頁 共 15 頁 圖1 彈簧夾具 工件接觸模型 表示在第i個ixyz 接觸處的坐標系 j x y z 是對應沿著 xyz方向的彈性變形 分別 j x y z 的代表ijd 和 切向力接觸 法線力接觸 ixFiyizF 1 2 工件 夾具的接觸剛度模型 集中遵守一個球形尖端定位 夾具和工件的接觸并不是線性的 因為接觸 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iPiR 面工件表面之間 這可從封閉赫茲的辦法解決縮進一個球體彈性半空間的問題 對于這個問題 是法線的變形 在 文獻 23 第 93 頁 中給出如下 in 2 1 3296 iiniPRE 其中 式中 和 是工件和夾具的彈性模量 22 11fw wEf w 分別是工件和材料的泊松比 f 切向變形 沿著 和 切線方向 硅業(yè)切力距ity iittx 或 者 ixiy 有以下形式 文獻 23 第 217 頁 iyQiix或 者 3 t28 ifi wiaG 其中 分別是工件和夾具剪切模量 1 3134ifi wPRE fGw 一個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 在計算上述的線性近似 第 3 頁 共 15 頁 4 1 32 68 9iizREk 5 1 24jii iwxy zf kG 正常的力被假定為從 0 到 1000N 且最小二乘擬合相應的 R2 值認定是 0 94 2 夾緊力優(yōu)化 我們的目標是確定最優(yōu)夾緊力 將盡量減少由于工件剛體運動過程中 局 部的夾緊和加工負荷引起的彈性變形 同時保持在準靜態(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 實現(xiàn)這個目標是通過制 定一個多目標約束優(yōu)化問題的問題 如下描述 2 1 目標函數(shù)配方 工件旋轉(zhuǎn) 由于部隊輪換往往是相當小 17 的工件定位誤差 假設為確定其剛體翻譯基本上 其中 和TwwdXYZ wX wY 是 沿 和 三個正交組件 見圖 2 Zxgygz 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)計算如下 2L 第 4 頁 共 15 頁 6 222wwwdXYZ 其中 表示一個向量二級標準 但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差 當多個夾緊力作用于工件 由 此產(chǎn)生的夾緊力為 有如下形式 TRRCXYZP 7 RC 其中夾緊力 是矢量 夾緊力的方向 矩陣 1 TLCC 1 TCLCRn 是夾緊力是矢量的方向余弦 和 coscosLiLiiin i i Li 是第 i 個夾緊點夾緊力在 和 方向上的向量角度 i 1 2 3 C gXYgZ 在這個文件中 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 接觸的摩擦力相對較小 并在進行分析時忽略了加緊力對工件 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zkii 的所有定位器正常剛度 相乘 并假設工件 取決于 zks xNyzgXY 的方向 各自的等效接觸剛度可有下式 計算gZ 111 XYZNNssszizizikk 和 得出 見圖 3 工件剛體運動 歸于夾緊行動現(xiàn)在可以寫成 wd 8 111XYZ TRRRwNNNsssziziziPPdkk 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 第一個目標函數(shù)可以寫為 2L 最小化 XYZ 222RRERCNNw111PP iii 9 第 5 頁 共 15 頁 要注意 加權因素是與等效接觸剛度成正比的在 和 方向上 通gXYgZ 過使用最低總能量互補參考文獻 15 23 的原則求解彈性力學接觸問題得出 A 的組成部分是唯一確定的 這保證了夾緊力和相應的定位反應是 真正的 解 決方案 對接觸問題和產(chǎn)生的 真正 剛體位移 而且工件保持在靜態(tài)平衡 通過夾緊力的隨時調(diào)整 因此 總能量最小化的形式為補充的夾緊力優(yōu)化的第 二個目標函數(shù) 并給出 最小化 10 222iiiL CL CL Cx 111FFUW kkyziii TQ 其中 代表機構(gòu)的彈性變形應變能互補 代表由外部力量和力矩配合 W 完成 是遵守對角矩陣的 和Q1 LCxyzxyzcc 1iijjck 是所有接觸力的載體 TxyzzFF 如圖 3 加權系數(shù) 計算確定的基礎2L 2 2 摩擦和靜態(tài)平衡約束 在 10 式優(yōu)化的目標受到一定的限制和約束 他們中最重要的是在每個 接觸處的靜摩擦力約束 庫侖摩擦力的法律規(guī)定 是 22iiixyszFF is 靜態(tài)摩擦系數(shù) 這方面的一個非線性約束和線性化版本可以使用 并且 19 有 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 6 頁 共 15 頁 11 iiixyszF 假設準靜態(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 0F 0M 其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機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iP 以下的 的約束表 i 1 2 L C 13 iP0i 它假設在工件上的法線力是確定的 此外 在一個法線的接觸壓力不能超過壓 工件材料的屈服強度 這個約束可寫為 yS i 1 2 L C 14 iyiPSA 如果 是在第 i 個工件 夾具的接觸處的接觸面積 完整的夾緊力優(yōu)化i 模型 可以寫成 最小化 15 12fTRCwQP 3 模型算法求解 式 15 多目標優(yōu)化問題可以通過求解約束 24 這種方法將確定的目標 作為首要職能之一 并將其轉(zhuǎn)換成一個約束對 該補充 的主要目的是處1f 理功能 并由此得到夾緊力 作為約束的加權范數(shù) 最小化 對 為主要2f 2L1f 目標的選擇 確保選中一套獨特可行的夾緊力 因此 工件 夾具系統(tǒng)驅(qū)動 到一個穩(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 范數(shù) 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個指定的加權范數(shù) 小于或等于 其中 是 2Lf 2L 的約束 假設最初所有夾緊力不明確 要確定一個合適的 在定位和夾緊f 點的接觸力的計算只考慮第一個目標函數(shù) 即 雖然有這樣的接觸力 并不1f 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 7 頁 共 15 頁 一定產(chǎn)生最低的夾緊力 這是一個 真正的 可行的解決彈性力學問題辦法 可完全抑制工件在夾具中的位置 這些夾緊力的加權系數(shù) 通過計算并作為2L 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 12TfQ 由 11 14 得 RCwP 類似的算法尋找一個方程根的二分法來確定最低的 上的約束 通過盡RCwP 可能降低 上限 由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權范數(shù) 迭代次數(shù) K 終止搜 2L 索取決于所需的預測精度 和 有參考文獻 15 TwxyzTiiiziidrXYZ 2Klog 17 其中 表示上限的功能 完整的算法在如圖 4 中給出 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 8 頁 共 15 頁 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 9 頁 共 15 頁 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)化及測定 上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負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的不斷變化而變化 因此 相應的夾緊力和最 佳的加工負荷獲得將由圖 4 算法獲得 這大大增加了計算負擔 并要求為選擇 的夾緊力提供標準 將獲得滿意和適宜的整個刀具軌跡 用保守的辦法來解 決下面將被討論的問題 考慮一個有限的數(shù)目 例如 m 沿相應的刀具路徑設 置的產(chǎn)生 m 個最佳夾緊力 選擇記為 在每個采樣點 1optP2t3optPopt 考慮以下四個最壞加工負荷向量 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 10 頁 共 15 頁 max1axTXYZF 2maxaxTYXYZF 3maxaxTXYZF 4aTrXYZF 18 和 表示在 和 方向上的最大值 和 上gg 的數(shù)字 1 2 3 分別代替對應的 和 另外兩個正交切削分力 而且maxXYmaxZ 有 222maxrXYZFF 雖然 4 個最壞情況加工負荷向量不會在工件加工的同一時刻出現(xiàn) 但在每 次常規(guī)的進給速度中 刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次 負載向量引入的誤差可忽略 因此 在這項工作中 四個載體負載適用于同一位置 但不是同時 對工件進 行的采樣 夾緊力的優(yōu)化算法圖 4 對應于每個采樣點計算最佳的夾緊力 夾 緊力的最佳形式有 i 1 2 m j x y z r 19 max12 TiiijjcjPC 其中 是最佳夾緊力的四個情況下的加工負荷載體 C 1 2 C 是每ij ikjC 個相應的夾具在第 i 個樣本點和第 j 負荷情況下力的大小 是計算每個負maxijP 載點之后的結(jié)果 一套簡單的 最佳 夾緊力必須從所有的樣本點和裝載條件 里發(fā)現(xiàn) 并在所有的最佳夾緊力中選擇 這是通過在所有負載情況和采樣點排 序 并選擇夾緊點的最高值的最佳的夾緊力 見于式 20 maxkC k 1 2 C 20 maxikkjC 只要這些具備 就得到一套優(yōu)化的夾緊力 驗證這Tmaxax12C optP 些力 以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡 否則 會出現(xiàn)更多采樣點和重復上述 程序 在這種方式中 可為整個刀具路徑確定 最佳 夾緊力 圖 5 總結(jié)optP 了剛才所描述的算法 請注意 雖然這種方法是保守的 它提供了一個確定的 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價夾緊力的算法對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 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 11 頁 共 15 頁 變形發(fā)生在每個工件夾具接觸處 使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn) 隨后 準靜態(tài) 加工負荷應用造成工件在夾具的移位 工件剛體運動的定義是由它在 和gXY 方向上的移位 和自轉(zhuǎn) 見圖 2 gZTdwwXYZ Twxyz 如前所述 工件剛體位移產(chǎn)生于在每個夾緊處的局部變形 假設Tiiixyzd 為相對于工件的質(zhì)量中心的第 i 個位置矢量定位點 坐標變換定理 TiirXYZ 可以用來表達在工件的位移 以及工件自轉(zhuǎn)idwwXYZ 如下 21 wxyz 1Tii iiRrd 其中 表示旋轉(zhuǎn)矩陣 描述當?shù)卦诘?i 幀相聯(lián)系的全球坐標系和 是一個1iR wcR 旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標系的定位坐標系 假設夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn) 由于旋轉(zhuǎn) 很小 故 也可近似為 w wcR 22 w 1R1zyzxyx 方程 21 現(xiàn)在可以改寫為 23 TiiidRBq 其中 是經(jīng)方程 21 重新編排后變換得到的矩 ii ii10YBZ0Xi 陣式 是夾緊和加工導致的工件剛體運動矢量 yqTwwxzX 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 裝夾點接觸力 可能與 的關系如下 iFid 24 0 iiiKdzFotherws 其中 是在第 i 個接觸點由于夾緊和加工負荷造成的變形 意 Tiz 0iz 味著凈壓縮變形 而負數(shù)則代表拉伸變形 是表示在本地坐標iixyzKdagk 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 12 頁 共 15 頁 系第 i 個接觸剛度矩陣 是單位向量 在這項研究中假定液壓 氣 01Tze 動夾具 根據(jù)對外加工負荷 故在法線方向的夾緊力的強度保持不變 因此 必須對方程 24 的夾緊點進行修改為 25 TyiiixFp 其中 是在第 i 個夾緊點的夾緊力 讓 表示一個對外加工力量和載體的 6 1i EF 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 1L C1 0iEiiiRFfr 其中 其中 表示相乘 由于夾緊和加工工件剛體移動 q 可通過求解式 26 得到 工件的定位誤差向量 見圖 6 rrTXYZmm 現(xiàn)在可以計算如下 27 rmBq 其中 是考慮工件中心加工點的位置向量 且rTmXYZ 100mmYBX 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兩例工件精度的影響例如 1 適用于工件單點力 2 應用于工件負載準靜態(tài)銑削序列 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 13 頁 共 15 頁 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 16L 和 全球坐標系 gXYgZ 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系數(shù)為 0 25 使用伊利諾伊大學開發(fā) EMSIM 程序 參考文獻 26 對加工瞬時銑削力條件進行了計算 如表 2 給出例 1 應 用工件在點 109 2 毫米 25 4 毫米 34 3 毫米 瞬時加工力 圖 4 中表 3 和表 4 列出了初級夾緊力和最佳夾緊力的算法 該算法如圖 5 所示 一個 25 4 毫 米銑槽使用 EMSIM 進行了數(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 127 0 毫米 25 4 毫米 34 3 毫米 四種情況下加工負荷載體 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 14 頁 共 15 頁 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 15 頁 共 15 頁 見圖 8 模擬計算銑削力數(shù)據(jù)在表 5 中給出 圖 8 最終銑削過程模擬例如 2 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 16 頁 共 15 頁 表 6 中 5 個坐標列出了為模擬抽樣調(diào)查點 最佳夾緊力是用前面討論過的排序 算法計算每個采樣點和負載載體最后的夾緊力和負載 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 對于固定夾緊裝置在圖示例假設 見圖 7 由此得到的夾緊力加權范數(shù) 有如2L 下形式 結(jié)果表明 最佳夾緊力所述加工 222 3RRRCXYZPP 條件下有比初步夾緊力強度低得多的加權范數(shù) 最初的夾緊力是通過減少工2L 件的夾具系統(tǒng)補充能量算法獲得 由于夾緊力和負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 加工點減少錯誤從 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 因為從最初通過互補勢能確定的最小 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序列應用于銑削 負載到工件 他應用于工件銑削負載一個序列 最佳的夾緊力 對應列表 6 每個樣本點 隨著最后的最佳夾緊 maxaxmax iiiiij yzrPP 力 在每個采樣點的加權范數(shù) 和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖 10 在每個采樣opt 2L 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 17 頁 共 15 頁 點的加權范數(shù) 的 和 繪制 2LmaxiPaxiymaxizaxirP 結(jié)果表明 由于每個 組成部分是各相應的最大夾緊力 它具有最高的加opt 權范數(shù) 如圖 10 所示 如果在每個夾緊點最大組成部分是用于確定初步夾2 緊力 則夾緊力需相應設置 有比 相當大的加權范數(shù) 故 是一個inPopt 2LoptP 完整的刀具路徑改進方案 上述模擬結(jié)果表明 該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對 于初始夾緊力的強度 這種做法將減少所造成的夾緊力的加權范數(shù) 因此將2 提高工件的定位精度 圖 10 8 結(jié)論 該文件提出了關于確定多鉗夾具 工件受準靜態(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的夾具與工件系統(tǒng)模型 并尋求 盡量減少應用到所造成的工件夾緊力的加權范數(shù) 得出工件的定位誤差 該2L 整體模型 制定一個雙目標約束優(yōu)化問題 使用 約束的方法解決 該算法通 過兩個模擬表明 涉及 3 2 1 型 二夾銑夾具的例子 今后的工作將解決在動 態(tài)負載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化 其中慣性 剛度和阻尼效應在確定工件 夾具系統(tǒng)的響應特性具有重要作用 9 參考資料 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 18 頁 共 15 頁 1 J D Lee 和 L S Haynes 柔性夾具系統(tǒng)的有限元分析 交易美國 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 ASME 制造科學與工程雜志 1996 318 324 頁 3 P Chandra S M Athavale R E DeVor 和 S G Kapoor 負載對表面平 整度的影響 工件夾具制造科學研討會論文集 1996 第一卷 146 152 頁 4 R J Menassa 和 V R DeVries 適用于選拔夾具設計與優(yōu)化方法 美國 ASME 工業(yè)工程雜志 113 412 414 1991 5 A J C Trappey C Su 和 J Hou 計算機輔助夾具分析中的應用有限元 分析和數(shù)學優(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 國際機床制造 碩士論文 1998 9 Y C Chou V Chandru M M Barash 加工夾具機械構(gòu)造的數(shù)學算法 分析和合成 美國 ASME 工程學報工業(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 ASME 工業(yè)工程學報 1991 320 327 頁 11 S Jeng L Chen 和 W Chieng 最小夾緊力分析 國際機床制造 碩 士論文 1995 年 12 E C DeMeter 加工夾具的性能的最小 最大負荷標準 美國 ASME 工業(yè)工程雜志 1994 13 E C DeMeter 加工夾具最大負荷的性能優(yōu)化模型 美國 ASME 工 業(yè)工程雜志 1995 14 JH 復和 AYC 倪 核查和工件夾持的夾具設計 方案優(yōu)化 設計和制 造 4 碩士論文 307 318 1994 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 19 頁 共 15 頁 15 T H Richards 埃利斯 霍伍德 1977 應力能量方法分析 1977 16 M J Hockenberger and E C DeMeter 對工件準靜態(tài)分析功能位移在加 工夾具的應用程序 制造科學雜志與工程 325 331 頁 1996 66 專 業(yè) 產(chǎn)品型號 零 部 件圖號 共 1 頁機械加工工藝過程卡 產(chǎn)品名稱 零 部 件名稱 主軸 第 1 頁 材料牌號 40Cr 毛坯種類 棒料 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 1 每臺件數(shù) 1 備 注 工 時工序 號 工序 名稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設 備 工 藝 裝 備 準終 單件 01 備料 棒料 02 熱處理 熱處理 40 45HRC 03 車削 粗車 半精車 128 571h6 外圓面及其端面 粗車 半精車 4 號莫氏錐度孔 機加 CA6140 車刀和三瓜卡盤 04 車削 粗車 半精車其余各外圓面及端面 車各退刀槽 擴 16 孔 機加 CA6140 車刀和三瓜卡盤 05 車削 精車 128 571h6 外圓面及其端面 精車 4 號莫氏錐度孔 保證開始尺寸 31 267 末端尺寸 26 5 13 0 機加 CA6140 車刀和三瓜卡盤 06 車削 精車 95 端面 60js6 外圓面 50h6 外圓面及 30js6 外圓面 機加 CA6140 車刀和專用夾具 07 車削 車 M48 1 5 螺紋 機加 CA6140 車刀和專用夾具 08 銑削 粗銑 半精銑 2 R12 7 槽 機加 X51 鍵槽銑刀和專用夾具 09 銑削 銑 32 11 9 鍵槽 銑寬 8 的鍵槽 機加 X51 鍵槽銑刀和專用夾具 10 銑削 粗銑 半精銑 45 12 鍵槽 機加 X51 鍵槽銑刀和專用夾具 11 鉆削 鉆 攻 4 M16 螺紋 鉆 攻 2 M12 螺紋 機加 MZ6410A 麻花鉆 絲錐和專用夾具 12 質(zhì)檢 檢驗到圖紙要求并入庫 描 圖 描 校 底圖號 編制日期 審核日期 會簽日期 班 級 姓 名 裝訂號 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 分 類 號 密 級 寧 畢 業(yè) 設 計 論 文 畢業(yè)設計 論文 題目 所 在 學 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指 導 老 師 年 月 日 誠 信 承 諾 我謹在此承諾 本人所寫的畢業(yè)設計 論文 主軸工藝規(guī)程及 其銑鍵槽的專用夾具 均系本人獨立完成 沒有抄襲行為 凡涉及其 他作者的觀點和材料 均作了注釋 若有不實 后果由本人承擔 承諾人 簽名 年 月 日 摘 要 本次設計內(nèi)容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計 金屬切削機床 公差配合與 測量等多方面的知識 主軸零件的工藝規(guī)程及其銑鍵槽的工裝夾具設計是包括零件加工的工藝設計 工 序設計以及專用夾具的設計三部分 在工藝設計中要首先對零件進行分析 了解零件 的工藝再設計出毛坯的結(jié)構(gòu) 并選擇好零件的加工基準 設計出零件的工藝路線 接 著對零件各個工步的工序進行尺寸計算 關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用 量 然后進行專用夾具的設計 選擇設計出夾具的各個組成部件 如定位元件 夾緊 元件 引導元件 夾具體與機床的連接部件以及其它部件 計算出夾具定位時產(chǎn)生的 定位誤差 分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處 并在以后設計中注意改進 關鍵詞 工藝 工序 切削用量 夾緊 定位 誤差 Abstract This design involves the machinery manufacturing process and fixture design metal cutting machine tool tolerance and measurement and other aspects of knowledge Process design process of spindle parts and a keyway milling fixture design is including the parts processing process design and fixture three In the process of design should first of all parts for analysis to understand the parts of the process to design blank structure and choose the good parts machining datum design a part of the process route then the parts of each step of the process dimension calculation is the key to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design then the special fixture fixture design selection of the various components such as the connecting part positioning element clamping elements guiding elements fixture and machine tools and other components the positioning errors calculated fixture positioning analysis the rationality and shortcoming of the fixture structure pay attention to improve and design in later Keywords the process procedure cutting dosage clamping positioning error 目錄 摘 要 1 Abstract 2 目 錄 3 第 1 章 緒論 4 1 1 引言 4 1 2 研究內(nèi)容 4 1 3 機械加工工藝規(guī)程 4 1 4 機械加工工藝規(guī)程的設計原則 5 1 5 機床夾具的工作原理及設計步驟 5 1 5 1 機床夾具的工作原理 5 1 5 2 機床夾具的設計步驟 5 第 2 章 工藝規(guī)程設計 7 2 1 毛坯的制造形式 7 2 2 零件分析 7 2 3 基面選擇 8 2 3 1 粗基準的選擇 8 2 3 2 精基準的選擇 8 2 4 制定工藝路線 9 2 5 確定切削用量及基本工時 9 第 3 章 主軸的專用夾具設計 19 3 1 問題的提出 19 3 2 定位基準的選擇 19 3 3 切削力和夾緊力的計算 19 3 4 定位誤差分析 21 3 5 定向鍵與對刀裝置的設計 22 3 6 夾具設計及操作簡要說明 24 結(jié)論 26 參考文獻 27 致 謝 28 第一章 緒論 1 1 引言 制造技術的重要性是不言而喻的 它與當今的社會發(fā)展密切相關 現(xiàn)代制造技術 是當前世界各國研究和發(fā)展的主題 特別是在市場經(jīng)濟的今天 它更占有十分重要的 地位 人類的發(fā)展過程是一個不斷制造的過程 在人類發(fā)展的初期 為了生存 制造 了石器以便于狩獵 此后 出現(xiàn)了陶器 銅器 鐵器 和一些簡單的機械 如刀 劍 弓 箭等兵器 鍋 壺 盆 罐等用具 犁 磨 碾 水車等農(nóng)用工具 這些工具和 用具的制造過程都是簡單的制造過程 主要圍繞生活必需和存亡征戰(zhàn) 制造資源 規(guī) 模和技術水平都非常有限 隨著社會的發(fā)展 制造技術的范圍 規(guī)模的不斷擴大 技 術水平的不斷提高 向文化 藝術 工業(yè)發(fā)展 出現(xiàn)了紙張 筆墨 活版 石雕 珠 寶 錢幣金銀飾品等制造技術 到了資本主義和社會主義社會 出現(xiàn)了大工業(yè)生產(chǎn) 使得人類的物質(zhì)生活和文明有了很大的提高 對精神和物質(zhì)有了更高的要求 科學技 術有了更快更新的發(fā)展 從而與制造工藝的關系更為密切 蒸汽機的制造技術的問世 帶來了工業(yè)革命和大工業(yè)生產(chǎn) 內(nèi)燃機制造技術的出現(xiàn)和發(fā)展形成了現(xiàn)代汽車 火車 和艦船 噴氣渦輪發(fā)動機制造技術促進了現(xiàn)代噴氣客機和超音速飛機的發(fā)展 集成電 路制造技術的進步左右了現(xiàn)代計算機的水平 納米技術的出現(xiàn)開創(chuàng)了微創(chuàng)機械的先河 因此 人類的活動與制造密切相關 人類活動的水平受到了限制 宇宙飛船 航天飛 機 人造飛機 人造衛(wèi)星以及空間工作站等技術的出現(xiàn) 使人類活動走出了地球 走 向太空 1 2 研究內(nèi)容 機械加工工藝規(guī)程是指規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件 制訂工藝規(guī)程的原則是保證圖樣上規(guī)定的各項技術要求 有較高的生產(chǎn)效率 技 術先進 經(jīng)濟效益高 勞動條件良好 制訂工藝規(guī)程的程序 1 計算生產(chǎn)綱領 確定生產(chǎn)類型 2 分析產(chǎn)品裝配圖 對零件圖樣進行工藝審查 3 確定毛坯種類 形狀 尺寸及精度 4 制訂工藝路線 5 進行工序設計 確定各工序加工余量 切削用量 工序尺寸及公差 選擇 工藝裝備 計算時間定額等 1 3 機械加工工藝規(guī)程 制訂工藝規(guī)程的原則是保證圖樣上規(guī)定的各項技術要求 有較高的生產(chǎn)效率 技 術先進 經(jīng)濟效益高 勞動條件良好 制訂工藝規(guī)程的程序 1 計算生產(chǎn)綱領 確定生產(chǎn)類型 2 分析產(chǎn)品裝配圖 對零件圖樣進行工藝審查 3 確定毛坯種類 形狀 尺寸及精度 4 制訂工藝路線 5 進行工序設計 確定各工序加工余量 切削用量 工序尺寸及公差 選擇 工藝裝備 計算時間定額等 1 4 機械加工工藝規(guī)程的設計原則 設計機械加工工藝規(guī)程應遵循如下原則 1 可靠地保證零件圖樣上所有技術要求的實現(xiàn) 在設計機械加工工藝規(guī)程時 如果發(fā)現(xiàn)圖樣上某一技術要求規(guī)定得不適當 只能向有關部門提出建議 不得擅自修 改圖樣或不按圖樣上的要求去做 2 必須能滿足生產(chǎn)綱領的要求 3 在滿足技術要求和生產(chǎn)綱領要求的前提下 一般要求工藝成本最低 4 盡量減輕工人的勞動強度 保障生產(chǎn)安全 1 5 機床夾具的工作原理及設計步驟 1 5 1 機床夾具的工作原理 工件通過定位元件在夾具中占有正確位置 工件和夾具通過連接元件在機床上占 有正確位置 工件和夾具通過對刀 引導元件相對刀具占有正確位置 從而保證工件 相對機床位置正確 工件相對刀具位置正確 最終保證滿足工件加工要求 1 5 2 機床夾具的設計步驟 1 明確設計任務 收集研究設計的原始資料 2 確定夾具結(jié)構(gòu)方案 繪制結(jié)構(gòu)草圖 3 繪制夾具總圖 4 標注總圖尺寸 公差與配合和技術條件 5 編寫零件明細表 6 繪制夾具零件圖 第 2 章 工藝規(guī)程設計 2 1 毛坯的制造形式 零件材料為 40Cr 由于零件成批生產(chǎn) 而且零件的輪廓尺寸不大 選用棒料 棒料 精度為 7 級 能保證棒料的尺寸要求 這從提高生產(chǎn)率和保證加工精度上考慮也是應 該的 2 2 零件分析 要對該零件的外圓面 端面和孔進行加工 具體加工要求如下 128 571h6 外圓面 粗糙度 1 6aR 128 571h6 端面 粗糙度 1 6 95 外圓面 4 號莫氏錐度孔 粗糙度 0 8aR 16 孔 粗糙度 12 5 95 端面 粗糙度 1 6a 60js6 外圓面 粗糙度 1 6R 50h6 外圓面 粗糙度 1 6a 45 外圓面 M48 1 5 40 外圓面 30js6 外圓面 粗糙度 1 6aR R12 7 槽 32 11 9 鍵槽 寬 8 的鍵槽 45 12 鍵槽 粗糙度 3 2aR 4 M16 螺紋 2 M12 螺紋 技術要求 1 熱處理 40 45HRC 2 未注倒角均為 1 45 d 3 去毛刺 2 3 基面的選擇 定位基準有粗基準和精基準 通常先確定精基準 然后再確定粗基準 2 3 1 精基準的選擇 選擇精基準時要考慮的主要問題是如何保證設計技術要求的實現(xiàn)以及裝夾準確 可靠 方便 1 用設計基準作為定位基準 實現(xiàn) 基準重合 以免產(chǎn)生基準不重合誤差 2 當工件以某一組精基準定位可以較方便地加工很多表面時 應盡可能采用此組 精基準定位 實現(xiàn) 基準統(tǒng)一 以免生產(chǎn)基準轉(zhuǎn)換誤差 3 當精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時 應選擇加工表面本身 作為精基準 即遵循 自為基準 原則 該加工表面與其他表面間的位置精度 要求由先行工序保證 4 為獲得均勻的加工余量或較高 的位置精度 可遵循 互為基準 反復加工的 原則 5 有多種方案可供選擇時應選擇定位準確 穩(wěn)定 夾緊可靠 可使夾具結(jié)構(gòu)簡單 的表面作為精基準 根據(jù)該主軸零件的技術要求和裝配要求 選擇主軸的基準工 A 及其端面作為定位 精基準 零件上有很多表面都可以采用它作為基準進行加工 即遵循 基準統(tǒng)一 原 則 2 3 2 粗基準的選擇 1 如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面 之間的位置要求 應以不加 工表面作為粗基準 如果在工件上有很多不需加工的表面 則應以其中與加工面位置 精度要求較高的表面作粗基準 2 如果必須首先保證工件某重要表面的加工余量均勻 應選擇該表面作精基準 3 如需保證各加工表面都有足夠的加工余量 應選加工余量較小的表面作粗基準 4 選作粗基準的表面應平整 沒有澆口 冒口 飛邊等缺陷 以便定位可靠 5 粗基準一般只能使用一次 特別是主要定位基準 以免產(chǎn)生較大的位置誤差 此設計選擇 40 外圓毛坯作為定位粗基準 2 4 制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點 應當是使零件的幾何形狀 尺寸精度及位置精度等 技術要求能得到合理的保證 在生產(chǎn)綱領已確定為成批生產(chǎn)的條件下 可以考慮 采用萬能型機床配以專用夾具 并盡量使工序集中在提高生產(chǎn)率 除此以外 還 應當考慮經(jīng)濟效果 以便使生產(chǎn)成本盡量降下來 工序 01 棒料 工序 02 熱處理 40 45HRC 工序 03 粗車 半精車 128 571h6 外圓面及其端面 粗車 半精車 4 號莫氏錐度 孔工序 04 粗車 半精車其余各外圓面及端面 車各退刀槽 擴 16 孔 工序 05 精車 128 571h6 外圓面及其端面 精車 4 號莫氏錐度孔 保證開始尺寸 31 267 末端尺寸 26 5 13 0 工序 06 精車 95 端面 60js6 外圓面 50h6 外圓面及 30js6 外圓面 工序 07 車 M48 1 5 螺紋 工序 08 粗銑 半精銑 2 R12 7 槽 工序 09 銑 32 11 9 鍵槽 銑寬 8 的鍵槽 工序 10 粗銑 半精銑 45 12 鍵槽 工序 11 鉆 攻 4 M16 螺紋 鉆 攻 2 M12 螺紋 工序 12 檢驗到圖紙要求并入庫 2 5 確定切削用量及基本工時 工序 01 棒料 工序 02 熱處理 40 45HRC 工序 03 粗車 半精車 128 571h6 外圓面及其端面 粗車 半精車 4 號莫氏錐度 孔 工步一 粗車 半精車 128 571h6 外圓面及其端面 1 車削深度 a p 0 5mm 2 機床功率為 7 5kw 查 切削手冊 f 0 14 0 24mm z 選較小量 f 0 14 mm z 3 查后刀面最大磨損及壽命 查 切削手冊 表 3 7 后刀面最大磨損為 1 0 1 5mm 查 切削手冊 表 3 8 壽命 T 180min 4 計算切削速度 按 切削手冊 查得 V c 98mm s n 439r min V f 490mm s 據(jù) CA6140 臥式車床參數(shù) 選擇 nc 475r min Vfc 475mm s 則實際切削速度 V c 3 14 80 475 1000 119 3m min 實際進給量為 f zc V fc ncz 475 300 10 0 16mm z 5 校驗機床功率 查 切削手冊 Pcc 1 1kw 而機床所能提供功率為 Pcm Pcc 故校驗 合格 最終確定 a p 1 0mm n c 475r min Vfc 475mm s V c 119 3m min f z 0 16mm z 6 計算基本工時 tm L V f 25 0 5 65 2 475 0 16 min 2 382min 工步二 粗車 半精車 4 號莫氏錐度孔 1 車削深度 a p 0 5mm 2 機床功率為 7 5kw 查 切削手冊 f 0 14 0 24mm z 選較小量 f 0 14 mm z 3 查后刀面最大磨損及壽命 查 切削手冊 表 3 7 后刀面最大磨損為 1 0 1 5mm 查 切削手冊 表 3 8 壽命 T 180min 4 計算切削速度 按 切削手冊 查得 V c 98mm s n 439r min V f 490mm s 據(jù) CA6140 臥式車床參數(shù) 選擇 nc 475r min Vfc 475mm s 則實際切削速度 V c 3 14 80 475 1000 119 3m min 實際進給量為 f zc V fc ncz 475 300 10 0 16mm z 5 校驗機床功率 查 切削手冊 Pcc 1 1kw 而機床所能提供功率為 Pcm Pcc 故校驗 合格 最終確定 a p 1 0mm n c 475r min Vfc 475mm s V c 119 3m min f z 0 16mm z 6 計算基本工時 tm L V f 0 5 107 0 2 475 0 16 min 2 829min 工序 04 粗車 半精車其余各外圓面及端面 車各退刀槽 擴 16 孔 工步一 粗車 半精車其余各外圓面及端面 1 車削深度 a p 0 5mm 2 機床功率為 7 5kw 查 切削手冊 f 0 14 0 24mm z 選較小量 f 0 14 mm z 3 查后刀面最大磨損及壽命 查 切削手冊 表 3 7 后刀面最大磨損為 1 0 1 5mm 查 切削手冊 表 3 8 壽命 T 180min 4 計算切削速度 按 切削手冊 查得 V c 98mm s n 439r min V f 490mm s 據(jù) CA6140 臥式車床參數(shù) 選擇 nc 475r min Vfc 475mm s 則實際切削速度 V c 3 14 80 475 1000 119 3m min 實際進給量為 f zc V fc ncz 475 300 10 0 16mm z 5 校驗機床功率 查 切削手冊 Pcc 1 1kw 而機床所能提供功率為 Pcm Pcc 故校驗 合格 最終確定 a p 1 0mm n c 475r min Vfc 475mm s V c 119 3m min f z 0 16mm z 6 計算基本工時 tm L V f 310 0 5 2 475 0 16 min 8 171min 工步二 車各退刀槽 1 車削深度 a p 0 5mm 2 機床功率為 7 5kw 查 切削手冊 f 0 14 0 24mm z 選較小量 f 0 14 mm z 3 查后刀面最大磨損及壽命 查 切削手冊 表 3 7 后刀面最大磨損為 1 0 1 5mm 查 切削手冊 表 3 8 壽命 T 180min 4 計算切削速度 按 切削手冊 查得 V c 98mm s n 439r min V f 490mm s 據(jù) CA6140 臥式車床參數(shù) 選擇 nc 475r min Vfc 475mm s 則實際切削速度 V c 3 14 80 475 1000 119 3m min 實際進給量為 f zc V fc ncz 475 300 10 0 16mm z 5 校驗機床功率 查 切削手冊 Pcc 1 1kw 而機床所能提供功率為 Pcm Pcc 故校驗 合格 最終確定 a p 1 0mm n c 475r min Vfc 475mm s V c 119 3m min f z 0 16mm z 6 計算基本工時 tm L V f 3 0 5 4 475 0 16 min 0 184min 工步三 擴 16 孔 利用鉆頭將 孔擴大至 根據(jù)有關手冊規(guī)定 擴鉆的切削用量m14 m16 可根據(jù)鉆孔的切削用量選取 rff 87 0 5 75 0 22 鉆 根據(jù)機床說明書 選取 f5 min 4 6123312vv 鉆 則主軸轉(zhuǎn)速為 并按車床說明書取 實際in 4 6 rn in 68rw 切削速度為 i 3108dvw 切削工時 則機動工時為ml75 2 lml2in850 7 681 fnltwm 工序 05 精車 128 571h6 外圓面及其端面 精車 4 號莫氏錐度孔 保證開始尺寸 31 267 末端尺寸 26 5 13 0 工步一 精車 128 571h6 外圓面及其端面 1 車削深度 a p 0 5mm 2 機床功率為 7 5kw 查 切削手冊 f 0 14 0 24mm z 選較小量 f 0 14 mm z 3 查后刀面最大磨損及壽命 查 切削手冊 表 3 7 后刀面最大磨損為 1 0 1 5mm 查 切削手冊 表 3 8 壽命 T 180min 4 計算切削速度 按 切削手冊 查得 V c 98mm s n 439r min V f 490mm s 據(jù) CA6140 臥式車床參數(shù) 選擇 nc 475r min Vfc 475mm s 則實際切削速度 V c 3 14 80 475 1000 119 3m min 實際進給量為 f zc V fc ncz 475 300 10 0 16mm z 5 校驗機床功率 查 切削手冊 Pcc 1 1kw 而機床所能提供功率為 Pcm Pcc 故校驗 合格 最終確定 a p 1 0mm n c 475r min Vfc 475mm s V c 119 3m min f z 0 16mm z 6 計算基本工時 tm L V f 25 0 5 475 0 16 min 0 336min 工步二 精車 4 號莫氏錐度孔 保證開始尺寸 31 267 末端尺寸 26 5 13 0 1 車削深度 a p 0 5mm 2 機床功率為 7 5kw 查 切削手冊 f 0 14 0 24mm z 選較小量 f 0 14 mm z 3 查后刀面最大磨損及壽命 查 切削手冊 表 3 7 后刀面最大磨損為 1 0 1 5mm 查 切削手冊 表 3 8 壽命 T 180min 4 計算切削速度 按 切削手冊 查得 V c 98mm s n 439r min V f 490mm s 據(jù) CA6140 臥式車床參數(shù) 選擇 nc 475r min Vfc 475mm s 則實際切削速度 V c 3 14 80 475 1000 119 3m min 實際進給量為 f zc V fc ncz 475 300 10 0 16mm z 5 校驗機床功率 查 切削手冊 Pcc 1 1kw 而機床所能提供功率為 Pcm Pcc 故校驗 合格 最終確定 a p 1 0mm n c 475r min Vfc 475mm s V c 119 3m min f z 0 16mm z 6 計算基本工時 tm L V f 0 5 107 0 475 0 16 min 1 414min 工序 06 精車 95 端面 60js6 外圓面 50h6 外圓面及 30js6 外圓面 1 車削深度 a p 0 5mm 2 機床功率為 7 5kw 查 切削手冊 f 0 14 0 24mm z 選較小量 f 0 14 mm z 3 查后刀面最大磨損及壽命 查 切削手冊 表 3 7 后刀面最大磨損為 1 0 1 5mm 查 切削手冊 表 3 8 壽命 T 180min 4 計算切削速度 按 切削手冊 查得 V c 98mm s n 439r min V f 490mm s 據(jù) CA6140 臥式車床參數(shù) 選擇 nc 475r min Vfc 475mm s 則實際切削速度 V c 3 14 80 475 1000 119 3m min 實際進給量為 f zc V fc ncz 475 300 10 0 16mm z 5 校驗機床功率 查 切削手冊 Pcc 1 1kw 而機床所能提供功率為 Pcm Pcc 故校驗 合格 最終確定 a p 1 0mm n c 475r min Vfc 475mm s V c 119 3m min f z 0 16mm z 6 計算基本工時 tm L V f 0 5 17 5 57 57 37 475 0 16 min 2 224min 工序 07 車 M48 1 5 螺紋 1 切削深度 單邊余量為 Z 1 5mm 一次切除 2 進給量 根據(jù) 機械加工工藝手冊 取 f 0 2mm r 3 計算切削速度 vyxpmckfaTCvv 其中 342 0 15 0 35 m 0 2 vCvxv 1 44 0 8 1 04 0 81 0 97 MkskkvkrvBvk 所以 1 44 0 8 1 04 0 81 0 97 96m minvcv35 015 02 64 4 確定機床主軸轉(zhuǎn)速 ns 636 9r minW d10cv 489 與 676 9r min 相近的機床轉(zhuǎn)速為 700r min 現(xiàn)選取 700r min wn 所以實際切削速度 cv10sdn min 5 10748 5 切削工時 按 工藝手冊 表 6 2 1 t 其中 l 16mm 1 5mm 4mm mfnlw21 1l2l t 0 307 min fl210 7456 工序 08 粗銑 半精銑 2 R12 7 槽 立式銑床 選擇刀具 刀具選取鍵槽銑刀 刀片采用 YG8 map14 md415 20 in 7v 4 z 2 決定銑削用量 1 決定銑削深度 p 2 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)立式銑床說明書 其功率為為 7 5kw 中等系統(tǒng)剛度 根據(jù)表查出 則齒 2 0mfz in8 93415 710rdvns 按機床標準選取 1000wn i 70 210vw 當 1000r min 時nrmzfwm 814 按機床標準選取 fm0 3 計算工時 切削工時 則機動工時為l5 431l142 l32in605 i 021 ifnltwm 工序 09 銑 32 11 9 鍵槽 銑寬 8 的鍵槽 工步一 銑 32 11 9 鍵槽 立式銑床 選擇刀具 刀具選取鍵槽銑刀 刀片采用 YG8 map50 d9 10 min 50v 4 z 2 決定銑削用量 1 決定銑削深度 p 2 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)立式銑床說明書 其功率為為 7 5kw 中等系統(tǒng)剛度 根據(jù)表查出 則齒 2 0mfz in1 389 510rdvns 按機床標準選取 1300wnmin r6 481039 dvw 當 1300r min 時nrzfwm 02 按機床標準選取 mf1 3 計算工時 切削工時 則機動工時為l321l502ml32 in4 i 0521 fnltwm 工步二 銑寬 8 的鍵槽 立式銑床 選擇刀具 刀具選取鍵槽銑刀 刀片采用 YG8 map4 d80min 25v 4 z 2 決定銑削用量 1 決定銑削深度 p25 2 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)立式銑床說明書 其功率為為 7 5kw 中等系統(tǒng)剛度 根據(jù)表查出 則齒 2 0mfz in 95810rdvns 按機床標準選取 1000wn i1 210vw 當 1000r min 時nrmzfwm 804 按機床標準選取 fm 3 計算工時 切削工時 則機動工時為l201l0 42l32 in135i 421 fnltwm 工序 10 粗銑 半精銑 45 12 鍵槽 立式銑床 選擇刀具 刀具選取鍵槽銑刀 刀片采用 YG8 map5 d120 min 35v4 z 2 決定銑削用量 1 決定銑削深度 p 2 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)立式銑床說明書 其功率為為 7 5kw 中等系統(tǒng)剛度 根據(jù)表查出 則齒 2 0mfz in9 813510rdvns 按機床標準選取 1000wn i7 3021vw 當 1000r min 時nrmzfwm 8014 按機床標準選取 fm 3 計算工時 切削工時 則機動工時為l451l5 2l02 in30i 021 fnltwm 工序 11 鉆 攻 4 M16 螺紋 鉆 攻 2 M12 螺紋 工步一 鉆 4 M16 螺紋底孔 13 6 選用 高速鋼錐柄麻花鉆 工藝 表 3 1 6 6 13 由 切削 表 2 7 和 工藝 表 4 2 16 查得 0 28 fmr 機 v 35m min 切削 表 2 15 819 6r minmin 6 13501rDvncm 按機床選取 8m 34 2m minmin 1086 3Dnvmc 基本工時 0 711mini428 032 ifltm 工步二 攻 4 M16 螺紋 選擇 M16mm 高速鋼機用絲錐 等于工件螺紋的螺距 即f p1 25 fmr V 40m min 796 2r minin 164010rDvncm 按機床選取 8m 基本工時 0 137minmin425 10321 ifnlt 工步三 鉆 2 M12 螺紋底孔 10 2 選用 高速鋼錐柄麻花鉆 工藝 表 3 1 6 2 10 由 切削 表 2 7 和 工藝 表 4 2 16 查得 0 28 fr 機 v 35m min 切削 表 2 15 1092 8r minmin 2 103510rDvncm 按機床選取 m 32 0m minin 10 10c 基本工時 0 172minmi28 031562 ifnltm 工步四 攻 2 M12 螺紋 選擇 M12mm 高速鋼機用絲錐 等于工件螺紋的螺距 即f p1 25 fr V 40m min 1061 6r minmin 124010rDvncm 按機床選取 min 10r 基本工時 0 032minin25 103962 flt 工序 12 檢驗到圖紙要求并入庫 第 3 章 主軸的夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn)率 保證加工質(zhì)量 降低勞動強度 需要設計專用夾具 由指導老師的分配 決定設計工序 08 粗銑 半精銑 2 R12 7 槽的銑床夾具 3 1 問題的提出 本夾具主要用于粗銑 半精銑 2 R12 7 槽 精度沒有太高的要求 因此本道工序 加工精度要求不高 為此 只考慮如何提高生產(chǎn)效率上 精度則不予考慮 3 2 定位基準的選擇 擬定加工路線的第一步是選擇定位基準 定位基準的選擇必須合理 否則將直接影響 所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量 基準選擇不當往往會增加工序 或使工藝路線不合理 或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度 特別是 位置精度 要求 因此我們應該根據(jù)零件圖的技術要求 從保證零件的加工精度要求 出發(fā) 合理選擇定位基準 此零件圖沒有較高的技術要求 也沒有較高的平行度和對 稱度要求 所以我們應考慮如何提高勞動效率 降低勞動強度 提高加工精度 60js6 外圓 95 端面已加工好 為了使定位誤差減小 選擇已加工好的 60js6 外圓和 95 端面作為定位基準 來設計本道工序的夾具 3 3 切削力和夾緊力的計算 1 刀具 采用鍵槽銑刀 機床 立式銑床 由 3 所列公式 得 FV zwqueyXpFndafC0 查表 9 4 8 得其中 修正系數(shù) 0 1 vk 3F83 FFX z 24 65 0 yuPa Fw 代入上式 可得 F 889 4N 因在計算切削力時 須把安全系數(shù)考慮在內(nèi) 安全系數(shù) K 4321K 其中 為基本安全系數(shù) 1 5 為加工性質(zhì)系數(shù) 1 12 為刀具鈍化系數(shù) 1 13 為斷續(xù)切削系數(shù) 1 14K 所以 NF7 15 2 夾緊力的計算 選用夾緊螺釘夾緊機 由 FKf 21 其中 f 為夾緊面上的摩擦系數(shù) 取 25 01 f F G G 為工件自重zP NfFN4 35121 夾緊螺釘 公稱直徑 d 10mm 材料 45 鋼 性能級數(shù)為 6 8 級 MPaB06 MPaBs4801 螺釘疲勞極限 B9263 2 1 極限應力幅 akma7 51li 許用應力幅 MPSa3 li 螺釘?shù)膹姸刃：?螺釘?shù)脑S用切應力為 s s 3 5 4 取 s 4 得 MPa120 滿足要求 8 24cHdF aNc153 經(jīng)校核 滿足強度要求 夾具安全可靠 3 4 定位誤差分析 定位誤差是指采用調(diào)整法加工一批工件時 由于定位不準確而造成某一工序在工序尺 寸 通常是指加工表面對工序基準的距離尺寸 或位置要求方面的加工誤差 當采用夾具加工工件時 由于工件定位基準和定位元件的工作表面均有制造誤差使定 位基準位置變化 即定位基準的最大變動量 故由此引起的誤差稱為基準位置誤差 而對于一批工件來講就產(chǎn)生了定位誤差 如圖 1 所示 圖 1 用 V 型塊定位加工時的定位誤差 當定位基準與工序基準不重合時 就產(chǎn)生了基準不重合誤差 基準不重合誤差即工序 基準相對定位基準理想位置的最大變動量 定位誤差指一批工件采用調(diào)整法加工 僅僅由于定位不準而引起工序尺寸或位置要求 的最大可能變動范圍 定位誤差主要由尺寸位置誤差和基準不重合誤差組成 jbwd 根據(jù)相關公式和公差確定具體變動量 如圖 2 兩個極端情況 情況 1 d1 d1 d2 d2 使工序基準盡可能地 高 得加工尺寸 情況 2 d1 d1 d2 d2maxin min 使工序基準盡可能地 低 得加工尺寸 且該工序定位誤差ax 12 PHdw 圖 2 定位誤差 21 minaxdOHdw O1O2 d2 d2 Td2 2 Td1 2sina 2 Td2 2 0 043 2sin45 0 03 20 0 392 3 5 定向鍵與對刀裝置設計 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中 一般使用兩個 其距離盡可能布置的遠些 通過定向鍵與銑床工作臺 T 形槽的配合 使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的 送進方向具有正確的位置 根據(jù) GB2207 80 定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示 o 圖 3 3 夾具體槽形與螺釘圖 根據(jù) T 形槽的寬度 a 12mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如下 表 3 1 定向鍵數(shù)據(jù)表 夾具體槽形尺寸 B 2B2h 公稱尺寸 允差 d 允差 4 L H h D 1 公稱尺寸 允差 D 12 0 014 0 045 20 8 3 10 5 7 11 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成 用來確定刀具與夾具的相對位置 由于本道工序加工曲軸寬 4 的鍵槽 所以選用直角對刀塊 直角對刀塊的結(jié)構(gòu)和 尺寸如圖所示 圖 3 4 對刀塊圖 塞尺選用平塞尺 其結(jié)構(gòu)如下圖所示 標 記 四 周 倒 圓 圖 3 5 平塞尺圖 塞尺尺寸為 表 3 2 平塞尺尺寸表 公稱尺寸 H 允差 d C 2 0 006 0 25 3 6 夾具設計及操作簡要說明 如前所述 在設計夾具時 應該注意提高勞動生產(chǎn)率避免干涉 應使夾 具結(jié)構(gòu)簡單 便于操作 降低成本 提高夾具性價比 本道工序為銑床夾具選 擇了可調(diào) V 型塊夾緊工件 本工序為銑切削余量小 切削力小 所以一般的手 動夾緊就能達到本工序的要求 鉆夾具裝配圖如下 夾具體附圖如下 總 結(jié) 畢業(yè)設計即將結(jié)束了 時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的 通過這次的設計 使我們不再是只知道書本上的空理論 不再是紙上談兵 而是將理論和實踐相結(jié)合進 行實實在在的設計 使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領 使我 們更好的利用圖書館的資料 更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和 AUTOCAD 等制圖軟件 為我們踏入社會打下了好的基礎 畢業(yè)設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的 還應該更好的做到 理論和實踐的結(jié)合 因此同學們非常感謝老師給我們的辛勤指導 使我們學到了好多 也非常珍惜學院給我們的這次設計的機會 它將是我們踏入社會的關鍵一步 致 謝 本次畢業(yè)設計受到了院系各級領導的高度重視 得到了全校教師的大力支持與幫 助 在此 我衷心的向你們道一聲 你們辛苦了 通過畢業(yè)設計 是對我們四年來所學知識的綜合的檢測 更是一個對所學知識的 回顧及綜合復習的過程 對機械繪圖 工程材料 機械設計 夾具設計等過程等都有 了更進一步的認識 感謝院系領導給了我足夠時間來完成整套夾具設計 在設計過程中 得到了老師 和同學的幫助與指導 在此表示感謝 也對做相關題目的同學的資助表示感謝 感謝 他們在模具設計過程中對我的幫助和指導 尤其對擔任本次設計的指導老師表示深深 敬意 在設計過程中遇到一些困難 在老師的幫助下我才順利的完成了該夾具的設計 他對我設計過程中出現(xiàn)的疏忽與不足之處提出批評與修改建議 使我的設計的夾具最 終更加的完善 這次設計我深知有很多不足 在此懇請大家給予指導 參 考 文 獻 1 鄒青 主編 機械制造技術基礎課程設計指導教程 北京 機械工業(yè)出版社 2004 8 2 趙志修 主編 機械制造工藝學 北京 機械工業(yè)出版社 1984 2 3 孫麗媛 主編 機械制造工藝及專用夾具設計指導 北京 冶金工業(yè)出版社 2002 12 4 李洪 主編 機械加工工藝手冊 北京 北京出版社 1990 12 5 鄧文英 主編 金屬工藝學 北京 高等教育出版社 2000 6 黃茂林 主編 機械原理 重慶 重慶大學出版社 2002 7 7 丘宣懷 主編 機械設計 北京 高等教育出版社 1997 8 儲凱 許斌 等主編 機械工程材料 重慶 重慶大學出版社 1997 12 9 廖念釗 主編 互換性與技術測量 北京 中國計量出版社 2000 1 10 樂兌謙 主編 金屬切削刀具 北京 機械工業(yè)出版社 1992 12 11 李慶壽 主編 機床夾具設計 北京 機械工業(yè)出版社 1983 4 12 陶濟賢 主編 機床夾具設計 北京 機械工業(yè)出版社 1986 4 13 機床夾具結(jié)構(gòu)圖冊 貴州 貴州人民出版社 1983 7 14 龔定安 主編 機床夾具設計原理 陜西 陜西科技出版社 1981 7 15 李益民 主編 機械制造工藝學習題集 黑龍江 哈兒濱工業(yè)大學出版社 1984 7 16 周永強等 主編 高等學校畢業(yè)設計指導 北京 中國建材工業(yè)出版社 2002 12