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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(yīng)可通過最小化夾具設(shè)計優(yōu)化，夾緊力是一個重要的設(shè)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(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關(guān)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(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(chǔ)研究人員一直重點關(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(shè)，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(shè)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。 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(guān)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(shè)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(yīng)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(guān)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(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(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(shè)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(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?shù)刈幼鴺讼登芯€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 接觸處的坐標系 （j=x，y，z）是對應(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： （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23第217頁] （3） 其中、 分別是工件和夾具剪切模量 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， （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(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個正交組件（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)計算如下： （6） 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： （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個夾緊點夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。 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算得出（見圖3），工件剛體運動，歸于夾緊行動現(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，第一個目標函數(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(yīng)的定位反應(yīng)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） 其中代表機構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。 如圖3 加權(quán)系數(shù)計算確定的基礎(chǔ) 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（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： （11） 假設(shè)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) 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： （i=1，2，…,L+C） (14) 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)化模型，可以寫成：最小化 (15) 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。對為主要目標的選擇，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(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個指定的加權(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，要確定一個合適的。在定位和夾緊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(quán)系數(shù)，通過計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測精度和，有參考文獻[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(yīng)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(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個采樣點，考慮以下四個最壞加工負荷向量： (18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對應(yīng)的和另外兩個正交切削分力，而且有： 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(yīng)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) 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)是每個相應(yīng)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）： （k=1，2，…，C） （20） 只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗證這些力，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)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(yīng)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)生于在每個夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對于工件的質(zhì)量中心的第i個位置矢量定位點，坐標變換定理可以用來表達在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21) 其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標系和是一個旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標系的定位坐標系。假設(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，是夾緊和加工導致的工件剛體運動矢量。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裝夾點接觸力可能與的關(guān)系如下： （24） 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） 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6×1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，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6）， 現(xiàn)在可以計算如下： （27） 其中是考慮工件中心加工點的位置向量，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兩例工件精度的影響例如： 1．適用于工件單點力。 2．應(yīng)用于工件負載準靜態(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(yīng)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， （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。 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(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(yīng)用于銑削負載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負載一個序列。最佳的夾緊力，，對應(yīng)列表6每個樣本點，隨著最后的最佳夾緊力，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。 結(jié)果表明，由于每個組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個夾緊點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，有比相當大的加權(quán)范數(shù)。故是一個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(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(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(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. 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DeMeter. 對工件準靜態(tài)分析功能位移在加工夾具的應(yīng)用程序，制造科學雜志與工程： 325–331頁, 1996。 畢業(yè)設(shè)計 目 錄 目 錄 摘 要 I ABSTRACT I 1 緒 論 1 2 零件分析 2 2.1零件的作用 2 2.2零件的工藝分析 2 2.3零件加工的主要問題和工藝過程設(shè)計分析 2 3 工藝規(guī)程設(shè)計 5 3.1確定毛坯的制造形式 5 3.2基面的選擇 5 3.2.1 粗基準選擇 5 3.2.2 精基準的選擇 5 3.3制定工藝路線 5 3.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 7 3.5 確定切削用量及基本工時 11 3.6 時間定額計算及生產(chǎn)安排 31 4 專用夾具設(shè)計 40 4.1加工曲拐上端面油孔夾具設(shè)計 40 4.1.1定位基準的選擇 40 4.1.2切削力的計算與夾緊力分析 40 4.1.3夾緊元件及動力裝置確定 41 4.1.4鉆套、襯套及夾具體設(shè)計 42 4.1.5夾具精度分析 44 4.2加工曲拐上側(cè)面油孔夾具設(shè)計 45 4.2.1定位基準的選擇 45 4.2.2切削力的計算與夾緊力分析 45 4.2.3夾緊元件及動力裝置確定 46 4.2.4鉆套、襯套及夾具體設(shè)計 47 4.2.5夾具精度分析 48 4.3銑曲拐端面夾具設(shè)計 49 4.3.1定位基準的選擇 49 4.3.2定位元件的設(shè)計 49 4.3.3銑削力與夾緊力計算 50 4.3.4對刀塊和塞尺設(shè)計 51 4 結(jié) 論 53 參考文獻 54 致 謝 55 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計 摘 要 摘 要 此次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)是對3L-10/8空氣壓縮機曲軸零件的機械加工工藝、夾具的設(shè)計,在曲軸零件的加工工藝過程中軸與軸中心線之間要有位置要求, 以毛坯軸兩端定位先加工兩中心孔,以兩端中心孔定位再粗、精加工各軸的表面，然后以粗、精后的兩軸徑定位鉆螺紋、銑鍵槽和銑曲拐端面，采用專用夾具加工兩斜油孔，最后粗、精磨各軸。 在夾具的設(shè)計過程中，主要以V形塊和支承板來定位，靠直壓板和彈簧來夾緊，鉆拐徑兩孔應(yīng)采用長型快換鉆套，在鉆拐徑傾斜的孔時采用平面傾斜的夾具體，在鉆拐徑傾斜的孔時使用的是臥式鉆床，銑面時2個V形塊與銑刀不能干涉，因此V形塊高度要降低，夾具設(shè)計要方便、簡單。 關(guān)鍵詞 曲軸，加工工藝，夾具設(shè)計。 2 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計 致 謝 ABSTRACT This graduation project duty is to the 3L-10/8 air compressor crank components machine-finishing craft, the jig design, between the crank components processing technological process middle axle and the axle must have the position request ,processes two center bores first by the semifinished materials axis both sides localization ,by both sides center bore localization again thick, precision work various axes surface.Then after thick, the essence two axle diameter localization drills the thread, the keyseat and the mill crank end surface.,uses the unit clamp to process two slanting oil holes, finally thick, correct grinding various axes. In the jig design process, mainly locates by V shape block and the support plate, depends on the straight clamp and the spring clamps, drills turns diameter two to be supposed to use long trades quickly drills the wrap, when drills turns the diameter incline hole uses the plane incline the jig body, when drills turns the diameter incline hole uses is the horizontal-type drilling machine, when face milling 2 V shape blocks and the milling cutter cannot interfere ,therefore V shape block altitude must reduce, the jig design must be convenient, be simple. Key words crank, processing craft, jig design. 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計 3L-10/8空氣壓縮機曲軸零件 的機械加工工藝及夾具設(shè)計 學生姓名： 徐 慶 學生學號： 200310621029 院 院系）： 機電工程學院 年級專業(yè)： 機械制造及自動化1班 指導教師： 盧宗彪 副教授 二〇〇七年六月 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計 目 錄 目 錄 摘 要 I ABSTRACT I 1 緒 論 1 2 零件分析 2 2.1零件的作用 2 2.2零件的工藝分析 2 2.3零件加工的主要問題和工藝過程設(shè)計分析 2 3 工藝規(guī)程設(shè)計 5 3.1確定毛坯的制造形式 5 3.2基面的選擇 5 3.2.1 粗基準選擇 5 3.2.2 精基準的選擇 5 3.3制定工藝路線 5 3.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 7 3.5 確定切削用量及基本工時 11 3.6 時間定額計算及生產(chǎn)安排 31 4 專用夾具設(shè)計 40 4.1加工曲拐上端面油孔夾具設(shè)計 40 4.1.1定位基準的選擇 40 4.1.2切削力的計算與夾緊力分析 40 4.1.3夾緊元件及動力裝置確定 41 4.1.4鉆套、襯套及夾具體設(shè)計 42 4.1.5夾具精度分析 44 4.2加工曲拐上側(cè)面油孔夾具設(shè)計 45 4.2.1定位基準的選擇 45 4.2.2切削力的計算與夾緊力分析 45 4.2.3夾緊元件及動力裝置確定 46 4.2.4鉆套、襯套及夾具體設(shè)計 47 4.2.5夾具精度分析 48 4.3銑曲拐端面夾具設(shè)計 49 4.3.1定位基準的選擇 49 4.3.2定位元件的設(shè)計 49 4.3.3銑削力與夾緊力計算 50 4.3.4對刀塊和塞尺設(shè)計 51 4 結(jié) 論 53 參考文獻 54 致 謝 55 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計 摘 要 摘 要 此次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)是對3L-10/8空氣壓縮機曲軸零件的機械加工工藝、夾具的設(shè)計,在曲軸零件的加工工藝過程中軸與軸中心線之間要有位置要求, 以毛坯軸兩端定位先加工兩中心孔,以兩端中心孔定位再粗、精加工各軸的表面，然后以粗、精后的兩軸徑定位鉆螺紋、銑鍵槽和銑曲拐端面，采用專用夾具加工兩斜油孔，最后粗、精磨各軸。 在夾具的設(shè)計過程中，主要以V形塊和支承板來定位，靠直壓板和彈簧來夾緊，鉆拐徑兩孔應(yīng)采用長型快換鉆套，在鉆拐徑傾斜的孔時采用平面傾斜的夾具體，在鉆拐徑傾斜的孔時使用的是臥式鉆床，銑面時2個V形塊與銑刀不能干涉，因此V形塊高度要降低，夾具設(shè)計要方便、簡單。 關(guān)鍵詞 曲軸，加工工藝，夾具設(shè)計。 I 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計 ABSTRACT ABSTRACT This graduation project duty is to the 3L-10/8 air compressor crank components machine-finishing craft, the jig design, between the crank components processing technological process middle axle and the axle must have the position request ,processes two center bores first by the semifinished materials axis both sides localization ,by both sides center bore localization again thick, precision work various axes surface.Then after thick, the essence two axle diameter localization drills the thread, the keyseat and the mill crank end surface.,uses the unit clamp to process two slanting oil holes, finally thick, correct grinding various axes. In the jig design process, mainly locates by V shape block and the support plate, depends on the straight clamp and the spring clamps, drills turns diameter two to be supposed to use long trades quickly drills the wrap, when drills turns the diameter incline hole uses the plane incline the jig body, when drills turns the diameter incline hole uses is the horizontal-type drilling machine, when face milling 2 V shape blocks and the milling cutter cannot interfere ,therefore V shape block altitude must reduce, the jig design must be convenient, be simple. Key words crank, processing craft, jig design. II 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計 緒 論 1 緒 論 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計在加深我們對課程基本理論的理解和加強對解決工程實際問題能力的培養(yǎng)方面發(fā)揮著極其重要的作用。選擇曲軸的夾具設(shè)計能很好的綜合考查我們大學四年來所學的知識。本次所選設(shè)計內(nèi)容主要包括：工藝路線的確定，夾具方案的優(yōu)選，各種圖紙的繪制，設(shè)計說明書的編寫等。機械加工工藝是規(guī)定產(chǎn)品或零件機械加工工藝過程和操作方法，是指導生產(chǎn)的重要的技術(shù)性文件。它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其加工產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，生產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)，因此工藝規(guī)程的編制的好壞是生產(chǎn)該產(chǎn)品的質(zhì)量的重要保證的重要依據(jù)。 利用更好的夾具可以保證加工質(zhì)量，機床夾具的首要任務(wù)是保證加工精度，特別是保證被加工工件是加工面與定位面以及被加工表面相互之間的位置精度。提高生產(chǎn)率，降低成本，使用夾具后可以減少劃線、找正等輔助時間，且易于實現(xiàn)多工位加工。擴大機床工藝范圍，在機床上使用夾具可使加工變得方便，并可擴大機床工藝范圍。減輕工人勞動強度，保證生產(chǎn)安全。為了讓夾具有更好的發(fā)展，夾具行業(yè)應(yīng)加強產(chǎn)、學、研協(xié)作的力度，加快用高新技術(shù)改造和提升夾具技術(shù)水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與時局進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術(shù)。 55 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計 1 零件分析 2 零件分析 2.1零件的作用 題目所給定的零件是3L—10/8空氣壓縮機上的曲軸，它位于空氣壓縮機連桿處，曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，帶動連桿使活塞產(chǎn)生往復運動，并將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為直線運動，它在工作過程中將承受周期性的復雜的交變載荷。其主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩，是連桿獲得所需的動力。 2.2零件的工藝分析 由3L-10/8空氣壓縮機的曲軸零件圖可知，它的外表面上有多個平面需要進行加工，此外各表面上還需加工一系列螺紋孔和鍵槽。因此可將其分為兩組加工表面，它們相互間有一定的位置要求它們之間有一定的位置要求.現(xiàn)分析如下: 2.2.1以拐徑為?95mm為中心的加工表面 這一組加工表面包括: 拐徑?95 mm加工及其倒圓角,兩個?8的斜油孔,兩個油孔孔口倒角，它的加工表面的位置要求是?95 mm圓跳動公差為0.01 mm。 2.2.2以軸心線兩端軸為中心的加工表面 這一組加工表面：1：10錐度面的鍵槽24 mm并左端倒角，端面?15 mm深16.8 mm的中心孔,2個M12深24 mm的螺紋孔，各軸的外圓表面, 右端面?95 mm的孔?30 mm。 這組加工表面有一定的位置要求，主要是： (1)鍵槽24mm×110mm與 1：10錐度軸心線的對稱度公差為0.10mm。 (2)1：10錐度軸心線對A-B軸心線的的圓跳動公差0.025mm； (3)?90 mm軸表面的圓柱度公差為0.01 mm 這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要有： (1)曲軸拐徑?95 mm軸心線與A-B軸心線的平行度公差?0.03mm 又以上分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并保證他們的位置精度要求。 2.3零件加工的主要問題和工藝過程設(shè)計分析 （1）曲軸在鑄造時，右端?95 mm要在直徑方向上留出工藝尺寸量，鑄造尺寸為105mm，這樣為開拐前加工出工藝鍵槽準備。該工藝鍵槽與開拐工裝配合傳遞扭轉(zhuǎn)。 （2）為保證加工精度，對所有加工的部位均應(yīng)采用粗、精加工分開的原則。 （3）曲軸加工應(yīng)充分考慮在切削時平衡裝置。 1）車削拐徑用專用工裝及配重裝置。 圖2-1 車削拐徑 2）粗、精車軸徑及粗、精磨軸徑都應(yīng)在曲軸拐徑的對面加裝配重。 圖2-2 車、磨軸徑 （4）1：10錐度環(huán)規(guī)與塞規(guī)要求配套使用，環(huán)規(guī)檢測曲軸錐度，塞規(guī)檢測與之配套的電機轉(zhuǎn)子錐孔或聯(lián)軸器錐孔，以保證配合精度。 （5）曲軸偏心距1100.1mm的檢驗方法如圖1-3。將等高V形塊放在工作平臺上，以曲軸兩軸徑?95 mm作為測量基準。將曲軸放在V形塊上。首先用百分表將兩軸徑的最高點調(diào)整到等高（可用紙墊V形塊的方法），并同時用高度尺測出軸徑的最高點實際尺寸H,H(如兩軸徑均在公差范圍內(nèi)，這是H和 H應(yīng)等高)。用百分表將曲軸拐徑調(diào)整到最高點位置上，同時用高度尺測出拐徑最高點實際尺寸H。在用外徑千分尺測出拐徑?1和軸徑?2，?3的實際尺寸。這樣經(jīng)過計算可得出偏心距的實際尺寸。 圖2-3 曲軸偏心距檢測示意圖 偏心距=（H-?/2）-（H-?/2） 式中 H——曲軸拐徑最高點………………………………式(1) H（ H）——曲軸軸徑最高點…………………………式(2) ?——曲軸拐徑實際尺寸……………………………式(3) ?（?3）——曲軸軸徑實際尺寸……………………式(4) （6）曲軸拐徑軸線與軸徑軸線平行度的檢查，可參照圖1-3進行。當用百分表將兩軸徑的最高點，調(diào)整到等高后，可用百分表再測出拐徑?最高點兩處之差（距離盡可能遠些），然后通過計算可得出平行度值。 （7）曲軸拐徑、軸徑圓度測量，可在機床上用百分表測出。圓柱度的檢測，可以在每個軸上選取個截面測量，通過計算可得出圓柱度值。 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計 2 工藝規(guī)程設(shè)計 3 工藝規(guī)程設(shè)計 3.1確定毛坯的制造形式 零件材料為球球墨鑄鐵，型號為QT600-3?？紤]到空氣壓縮機曲軸的零件較大，零件比較復雜，應(yīng)采用鑄件。而且投資較少，成本較低，生產(chǎn)周期短。 3.2基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，基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，不盲目的選擇基面。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。 3.2.1 粗基準選擇 在小批生產(chǎn)的條件下，通常都是采取劃線找正。所以曲軸加工的第一道工序是鉗工劃線，劃出主軸頸端面的十字中心線以及待加工表面的輪廓線，然后按劃線找正將曲軸安裝在機床上進行加工。這樣兼顧了各部分的加工余量，以減少毛坯的廢品率。 3.2.2 精基準的選擇 加工曲軸的主軸頸止以及與主軸頸同旋轉(zhuǎn)軸心線的其它配合部分和曲柄外圓弧面、外端面時，同軸類零件外圓表面加工一樣，采用輔助精基準－頂針孔。用頂針孔作為精基準，符合基面同一的原則，從而可以保證一次安裝中加工的各表面的同軸度或垂直度。對于主軸頸較大而偏心距又較小的曲軸，可以在曲軸兩端面上分別各打出兩個頂針孔A及B，使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿足整個加工過程中基本上都采用統(tǒng)一的基準定位的要求。 3.3制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)該是使零件的幾何形狀、尺寸精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。除此之外，還應(yīng)當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 工藝路線方案（一）： 1）畫線，以毛坯外形找正，劃主要加工線，偏心距100mm及外形加工。 2）劃軸兩端中心孔線，顧各部加工余量。 3）工件平放在鏜床工作臺上，壓軸95 mm兩處，鉆右端中心孔。 4）夾右端（1：10錐度一邊）頂右端中心孔，粗車左端外圓?95 mm，粗車左端所有軸徑，粗車拐徑外側(cè)左、右端面，保證拐徑外側(cè)的對稱性及尺寸，粗銑凸臺?25。 5）夾右端，左端上中心架車端面，去長短保證總長尺寸610mm，鉆左端中心孔，鉆左端?6的孔，深16.8mm，锪60°角，深7.8mm，再锪120°角，深1.8mm。 6）粗車拐徑?95 mm尺寸。 7）精車拐徑?95 mm尺寸。 8）夾左端，頂右端中心孔，精車右端軸徑?95 mm，長度尺寸至87mm，保證曲拐端面60mm尺寸，精車右端軸徑?93至圖示長度12mm。 9）夾右端，頂左端中心孔，精車左端軸徑?95 mm，長度尺寸至85mm，保曲拐端面60mm尺寸。 10）以兩中心孔定位，磨左端軸徑?95 mm，磨左端軸徑?90mm。 11）以兩中心孔定位，倒頭裝夾，磨左端軸徑?95 mm。 12）底面60mm×115mm，以兩側(cè)面定位并壓緊，保證距中心高70mm，總高236mm。 13）以兩軸徑定位壓緊鉆、攻4—M20螺紋。 14）以兩端中心孔定位，精磨拐徑?95 mm至圖樣尺寸，磨圓角R6。 15）以兩端中心孔定位，精磨兩軸徑?95 mm至圖樣尺寸，磨圓角R6，精磨?90mm至圖樣尺寸，倒角2.5×45°。 16）夾右端，頂右端中心孔車1：10圓錐，留余量1.5mm 。 17）以兩端中心孔定位，磨1：10圓錐?86長124mm，磨圓角R6。 18）粉探傷各軸徑，拐徑。 19）劃鍵槽線24mm×110mm，銑鍵槽，以兩軸徑?95 mm定位，采用專用工裝裝夾銑鍵槽24mm×110mm至圖樣尺寸。 20）銑右端軸徑?93mm的槽44mm至圖樣尺寸。 21）粗鏜、精鏜右端?30mm孔至圖樣尺寸，深75mm。锪60°角，深5.5mm，再锪120°角，深2mm。。 22）重新裝夾工件，采用專用工裝裝夾，鉆拐徑?95 mm兩斜油孔?8mm。 27）鉗工，修油孔，倒角，清污垢。 28）檢查。 工藝路線方案（二）： 1）畫線，以毛坯外形找正，劃主要加工線，偏心距100mm及外形加工。 2）劃軸兩端中心孔線，顧各部加工余量。 3）工件平放在鏜床工作臺上，壓軸95 mm兩處，鉆右端中心孔。 4）夾右端（1：10錐度一邊）頂右端中心孔，粗車左端外圓?95 mm，粗車左端所有軸徑，粗車拐徑外側(cè)左、右端面，保證拐徑外側(cè)的對稱性及尺寸，粗銑凸臺?25。 5）夾右端，左端上中心架車端面，去長短保證總長尺寸610mm，鉆左端中心孔，鉆左端?6的孔，深16.8mm，锪60°角，深7.8mm，再锪120°角，深1.8mm。 6）粗車拐徑?95 mm尺寸。 7）精車拐徑?95 mm尺寸。 8）夾左端，頂右端中心孔，精車右端軸徑?95 mm，長度尺寸至87mm，保證曲拐端面60mm尺寸，精車右端軸徑?93至圖示長度12mm。 9）夾右端，頂左端中心孔，精車左端軸徑?95 mm，長度尺寸至85mm，保曲拐端面60mm尺寸。 10）以兩軸徑定位壓緊鉆、攻4—M20螺紋。 11）粉探傷各軸徑，拐徑。 12）劃鍵槽線24mm×110mm，銑鍵槽，以兩軸徑?95 mm定位，采用專用工裝裝夾銑鍵槽24mm×110mm至圖樣尺寸。 13）銑右端軸徑?93mm的槽44mm至圖樣尺寸。 14）粗鏜、精鏜右端?30mm孔至圖樣尺寸，深75mm。锪60°角，深5.5mm，再锪120°角，深2mm。。 15）重新裝夾工件，采用專用工裝裝夾，鉆拐徑?95 mm兩斜油孔?8mm。 16）以兩中心孔定位，磨左端軸徑?95 mm，磨左端軸徑?90mm。 17）以兩中心孔定位，倒頭裝夾，磨左端軸徑?95 mm。 18）底面60mm×115mm，以兩側(cè)面定位并壓緊，保證距中心高70mm，總高236mm。 19）以兩端中心孔定位，精磨拐徑?95 mm至圖樣尺寸，磨圓角R6。 20）以兩端中心孔定位，精磨兩軸徑?95 mm至圖樣尺寸，磨圓角R6，精磨?90mm至圖樣尺寸，倒角2.5×45°。 21）夾右端，頂右端中心孔車1：10圓錐，留余量1.5mm 。 22）以兩端中心孔定位，磨1：10圓錐?86長124mm，磨圓角R6。 23）鉗工，修油孔，倒角，清污垢。 24）檢查。 通過兩種工藝方案的比較可得出第一種方案中在精磨以后再銑鍵槽、鉆油孔，這樣會影響精磨后各軸的加工精度。而第二種方案則比較好些，它在銑鍵槽、鉆油孔后粗、精磨各軸保證了各軸的精度要求。 3.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “3L-10/8空氣壓縮機”曲軸零件材料為球墨鑄鐵，硬度190~270HBS，毛坯重量約為40.3kg，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用毛坯鑄件。 3.4.1加工兩端中心線上的外圓表面。 由于這些表面的粗糙度要求較高，它們的表面粗糙度都是Ra1.6，根據(jù)工序要求，軸徑?90mm，?95 mm加工分粗、精車，還有粗、精磨。 粗車：參照《機械加工工藝手冊》表2.3-5，其余量規(guī)定為 ，現(xiàn)取。 精車：參照《機械加工工藝手冊》表2.3-39，其余量規(guī)定為 1.1mm 粗磨：參照《機械加工工藝手冊》表2.3-42，其余量規(guī)定為 ，現(xiàn)取。 精磨：參照《機械加工工藝手冊》表2.3-44，其余量規(guī)定為 現(xiàn)取。 軸徑?90mm，?95 mm鑄造毛坯的基本尺寸分別為： 90+4.5+1.1+0.45+0.01=96.15mm,95+4.5+1.1+0.45+0.01=101.15mm。 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3-11,鑄件尺寸公差等級選用CT11~13，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為，現(xiàn)取7mm。對軸徑?90mm有： 毛坯的名義尺寸為：90+4.5+1.1+0.45+0.01=96.15mm 毛坯最小尺寸為：96.15-3.5=92.65 mm 毛坯最大尺寸為：95.05+3.5=99.65mm 精車后尺寸為：90+1.1+45+0.01=91.56 精磨后尺寸與零件圖尺寸相同，即?90mm 對軸徑?95 mm有： 毛坯的名義尺寸為：95+4.5+1.1+0.45+0.01=101.15mm。 毛坯最小尺寸為：101.15-3.5=96.65mm 毛坯最大尺寸為：101.15+3.5=104.65mm 精車后尺寸為：95+1.1+0.45+0.01=96.56 mm 精磨后尺寸與零件圖尺寸相同, 即?95 mm 而對于軸徑?86 mm、?93mm粗糙度要求為Ra 1.6,精車能達到要求，此時直徑粗加工余量2Z=3mm精加工為0.5mm能滿足加工要求。 3.4.2 粗車?86 mm 與?93 mm外圓端面，及M12深24mm螺孔 根據(jù)工藝要求，端面精度要求不高粗糙度為Ra12.5。只需要粗車加工就可以了。 粗車：參照《機械加工工藝手冊》表2.3-5，其余量規(guī)定為 ，現(xiàn)取。鑄造毛坯的基本尺寸為： 610+6+6=622mm。 3.4.3 攻M12深24mm螺孔，及攻4—M20螺紋 毛坯為實心，不沖孔。參照《機械加工工藝手冊》表2.3-71，現(xiàn)確定螺孔加工余量為： 2螺孔 鉆孔： 攻絲： 4螺孔 鉆孔： 攻絲： 3.4.4 鉆軸徑?86 mm的端面鉆左端?6的錐行孔 毛坯為實心，不沖孔。參照《機械加工工藝手冊》表2.3-，確定工序尺寸為： 鉆孔：?6mm，深16.8mm。 锪角: 锪60°角，深7.8mm。 锪角：锪120°角，深1.8mm，圓口徑?15mm。 3.4.5 銑右端軸徑?93mm的上的槽 根據(jù)工藝要求，端面精度要求不高粗糙度為Ra12.5，只需要粗銑就可以了，此時的余量2Z=3mm已能滿足加工要求。 3.4.6 銑?86處鍵槽 根據(jù)工藝要求，端面精度要求不高粗糙度為Ra6.3,只需要粗銑鍵槽就可以了，此時的余量2Z=3mm已能滿足加工要求。 3.4.7 鉆右端軸徑?95 mm的孔（?30mm） 根據(jù)工序要求，后端面孔的加工分為粗鏜、精鏜兩個工序完成，工序余量如下： 粗鏜：?孔，參照《機械加工工藝手冊》表2.3-48,其余量值為； 精鏜：孔，參照《機械加工工藝手冊》表2.3-48,其余量值為； 鑄件毛坯的基本尺寸為： 孔毛坯基本尺寸為：?30mm-1.5mm-0.3mm= ?28.2mm； 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3-11，鑄件尺寸公差等級選用CT12，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為：1.1mm. 孔毛坯名義尺寸為; 毛坯最大尺寸為+0.55mm=; 毛坯最小尺寸為-0.55mm=; 粗鏜工序尺寸為; 精鏜后尺寸與零件圖尺寸相同，即 3.4.8 銑115mm左右兩側(cè)面 由工序要求可知，兩側(cè)面只需進行粗銑加工。其工序余量如下： 參照《機械加工工藝手冊第1卷》表3.2-23，其余量規(guī)定為,現(xiàn)取其為。 鑄件毛坯的基本尺寸。根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3-11，鑄件尺寸公差等級選用CT12，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為7m。 毛坯名義尺寸為：; 毛坯最小尺寸為：-3.5mm=114mm; 毛坯最大尺寸為：+3.5mm=121mm; 粗銑后尺寸與零件圖尺寸相同，即115mm。 3.4.9 銑60mm×115 mm平面 根據(jù)工藝要求，底面精度要求不高粗糙度為Ra12.5，只需要粗銑就可以了，此時的余量2Z=3mm已能滿足加工要求。 3.4.10鉆拐徑?95處的兩個油孔（?8） 根據(jù)工藝要求，油孔精度要求不高粗糙度為Ra25，毛坯為實心，不沖出孔，參照參照《機械加工工藝手冊》表2.3-9及2.3-12確定工序尺寸及余量為： 鉆孔： 擴孔： 2Z=2mm 3.4.11 車磨拐徑為?95 mm 由于表面的粗糙度要求較高，它們的表面粗糙度都是Ra0.8，根據(jù)工序要求，拐徑?95 mm加工分粗、精車，還有粗、精磨。 粗車：參照《機械加工工藝手冊》表2.3-5，其余量規(guī)定為 ，現(xiàn)取。 精車：參照《機械加工工藝手冊》表2.3-39，其余量規(guī)定為 。 粗磨：參照《機械加工工藝手冊》表2.3-42，其余量規(guī)定為 ，現(xiàn)取。 精磨：參照《機械加工工藝手冊》表2.3-44，其余量規(guī)定為 ，現(xiàn)取。 拐徑?95 mm鑄造毛坯的基本尺寸為：95+4.5+1.1+0.45+0.01=101.06mm。 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.3-11,鑄件尺寸公差等級選用CT11~13，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為，現(xiàn)取7mm。對軸徑?95 mm有： 毛坯的名義尺寸為：95+4.5+1.1+0.45+0.01=101.06mm； 毛坯最小尺寸為：101.06mm-3.5mm=97.56mm; 毛坯最大尺寸為：101.06mm+3.5mm=104.56mm; 精車后尺寸為：95+0.45+0.01=95.46mm； 精磨后尺寸與零件圖尺寸相同，即?95 mm。 3.5 確定切削用量及基本工時 工序1：粗車左端外圓?95 mm。 加工條件 工件材料：QT60-2, ，鑄件。 加工要求：粗車左端外圓?95 mm。 機床：CW6180B臥式車床 刀具：YG6 （1）粗車左端外圓?95 mm 1)被吃刀量：取單邊余量Z=2mm， 2)進給量f：根據(jù)[3] 表2.4-3，取。 3)切削速度： 按[3] 表2.4-20，切削速度， 4)機床主軸轉(zhuǎn)速： 按機床說明書，與相近的轉(zhuǎn)速為300 ，則：. 實際銑削速度： 5)檢驗機床功率：主切削力Fc按[3]表2.4-9，可查得 由CW6180B臥式車床說明書可知，CW6180B臥式車床主電動機功率為13KW，當主軸轉(zhuǎn)速為300 r/min時，主軸傳遞的功率為7.5kW，所以機床功率足夠，可以正常工作。 6)計算切削工時：按[3]表2.5-3，取 被切削層長度：由毛坯尺寸可知L=85mm 刀具切入長度：L1=/tg+(2~3) 主偏角=0,L1=2mm 刀具切出長度：取 工序2：粗車左端軸徑?90mm 加工條件 工件材料：QT60-2, ，鑄件。 加工要求：粗車左端外圓?90 mm。 機床：CW6180B臥式車床 刀具：YG6 1)被吃刀量：取單邊余量Z=2mm， 2)進給量f：根據(jù)[3]表2.4-3，取。 3)切削速度： 按[3]表2.4-20，切削速度， 4)機床主軸轉(zhuǎn)速： 根據(jù)[3]表3.1-22可得，與相近的轉(zhuǎn)速為300r/min，則實際速度。 5)檢驗機床功率：主切削力Fc按《機械加工工藝手冊》表2.4-20，可查得 由CW6180B臥式車床說明書可知，CW6180B臥式車床主電動機功率為13KW，當主軸轉(zhuǎn)速為300 r/min時，主軸傳遞的功率為7.5kW，所以機床功率足夠，可以正常工作 6)計算切削工時：按[3]表2.5-3，取 被切削層長度：由毛坯尺寸可知L=67mm 刀具切入長度：L1=/tg+(2~3) 主偏角=0, L1=2mm 刀具切出長度：取 工序3：粗車左端軸徑?86 mm 加工條件 工件材料：QT60-2, ，鑄件。 加工要求：粗車左端外圓?86mm。 機床：CW6180B臥式車床 刀具：YG6 1) 被吃刀量：取單邊余量Z=3mm， 2) 進給量f：根據(jù)[3]表2.4-3，取。 3) 切削速度： 按[3]表2.4-20， 切削速度：， 4) 機床主軸轉(zhuǎn)速： 按[3]表3.1-22可得，與相近的轉(zhuǎn)速為300r/min，則實際速度： 。 5)檢驗機床功率：主切削力Fc按[3]表2.4-20，可查得 由CW6180B臥式車床說明書可知，CW6180B臥式車床主電動機功率為75KW，當主軸轉(zhuǎn)速為300r/min時，主軸傳遞的功率為4.5kW，所以機床功率足夠，可以正常工作。 6) 計算切削工時：按《工藝手冊》表2.5-3，取 被切削層長度：由毛坯尺寸可知L=124mm 刀具切入長度：L1=/tg+(2~3) 主偏角=0, L1=2mm 刀具切出長度：取 工序4：粗車拐徑外側(cè)左、右端面并粗車臺肩 （1）粗車拐徑外側(cè)左、右端 機床：CA6140臥式車床 刀具：YG6 1）已知毛坯長度，拐徑外側(cè)左、右端面參照[3]表2.3-5，其余量規(guī)定為 ，現(xiàn)也取。分兩次加工，=3mm。 2) 進給量f：根據(jù)[3]表2.4-3，當?shù)陡艹叽鐬?5mm×25mm, ≤3mm以及工件直徑60mm時 取 3）計算切削速度： 按[2]表1.27，切削速度計算公式（壽命選T=60min）。 式中： 所以： 4)機床主軸轉(zhuǎn)速： 按[3]表3.1-22可得，與相近的轉(zhuǎn)速為320r/min。 則實際切削速度： 。 5）計算切削工時：按[3]表2.5-3，取 被切削層長度：由毛坯尺寸可知L=112mm 刀具切入長度：L1=/tg+(2~3) 主偏角=0, L1=2mm 刀具切出長度：取 本工序機動時間： （2）粗銑凸臺?25 機床：組合銑床 刀具：硬質(zhì)合金端銑刀YG8， 銑刀直徑，齒數(shù) 銑削深度： 每齒進給量：根據(jù)[3]表2.4-77，取 銑削速度：參照[3]表2.4-88，取 機床主軸轉(zhuǎn)速：， ，取 實際銑削速度： 進給量： 工作臺每分進給量： 走刀次數(shù)為1 機動時間：（其中） 本工序機動時間： 工序5：粗車拐徑?95 mm 機床：CW6180B臥式車床 刀具：YG6 （1）粗車拐徑?95 mm 1)被吃刀量：參照[3]表2.3-5，其余量規(guī)定為 ， 現(xiàn)也取。分兩次加工，=3mm。 2)進給量f：根據(jù)[3]表2.4-3，取。 3)切削速度： 按[2]表1.27，切削速度計算公式（壽命選T=60min）。 式中： 所以： 4)機床主軸轉(zhuǎn)速： 按[3]表3.1-22可得，與相近的轉(zhuǎn)速為405r/min，則實際速度 。 5)檢驗機床功率：主切削力Fc按[2]表1.29所示公式計算 式中： 所以： 切削時消耗功率PC為: 由CW6180B機床說明書可知，CW6180B主電動機功率為75KW，當主軸轉(zhuǎn)速為405r/min時，主軸傳遞的功率為45kW，所以機床功率足夠，可以正常工作。 6) 計算切削工時：按[3]表2.5-3，取 被切削層長度：由毛坯尺寸可知L=123mm 刀具切入長度：L1=/tg+(2~3) 主偏角=0, L1=2mm 刀具切出長度：取 本工序機動時間： 工序6： 精車拐徑?95 mm尺寸 機床：CW6180B臥式車床 刀具：YG6 1 )被吃刀量：=0.6mm。 2) 進給量f：根據(jù)[3]表2.4-4，預估切削速度 1.33，取。 3) 切削速度： 按[2]表1.27，切削速度計算公式（壽命選T=60min）。 式中： 所以： 4) 機床主軸轉(zhuǎn)速： 按[3]表3.1-22可得，與相近的轉(zhuǎn)速為540r/min，則實際速度 。 5) 計算切削工時：按[3]表2.5-3，取 被切削層長度：由毛坯尺寸可知L=123mm 刀具切入長度：L1=/tg+(2~3) 主偏角=0, L1=2mm 刀具切出長度：取 本工序機動時間： 工序7：精車右端軸徑?95 mm 機床：CW6180B臥式車床 刀具：YG6 1) 被吃刀量：=0.6mm。 2) 進給量f：根據(jù)[3]表2.4-4，預估切削速度1.33，取。 3) 切削速度： 按[2]表1.27，切削速度計算公式（壽命選T=60min）。 式中： 所以： 4) 機床主軸轉(zhuǎn)速： 按機床說明書，與相近的轉(zhuǎn)速為540r/min，則實際速度 。 5) 計算切削工時：按[3]表2.5-3，取 被切削層長度：由毛坯尺寸可知L=74mm 刀具切入長度：L1=/tg+(2~3) 主偏角=0, L1=2mm 刀具切出長度：取 本工序機動時間： 工序8： 精車右端軸徑?93 mm 機床：CW6180B臥式車床 刀具：YG6 1 )被吃刀量：=0.6mm。 2)進給量f：根據(jù)[3]表2.4-4，預估切削速度1.33，取。 3) 切削速度： 按[2]表1.27，切削速度計算公式（壽命選T=60min）。 式中： 所以： 4) 機床主軸轉(zhuǎn)速： 按[3]表3.1-22可得，與相近的轉(zhuǎn)速為540r/min，則實際速度 。 5) 計算切削工時：按[3]表2.5-3，取 被切削層長度：由毛坯尺寸可知L=12mm 刀具切入長度：L1=/tg+(2~3) 主偏角=0, L1=2mm 刀具切出長度：取 本工序機動時間： 工序9：精車左端軸徑?95 mm 機床：CW6180B臥式車床 刀具：YG6 1)被吃刀量：=0.6mm。 2)進給量f：根據(jù)[3]表2.4-4，預估切削速度1.33，取。 3)切削速度： 按[2]表1.27，切削速度計算公式（壽命選T=60min）。 式中： 所以： 4) 機床主軸轉(zhuǎn)速： 按[3]表3.1-22可得，與相近的轉(zhuǎn)速為540r/min，則實際速度。 5) 計算切削工時：按[3]表2.5-3，取被切削層長度：由毛坯尺寸可知L=85mm 刀具切入長度：L1=/tg+(2~3) 主偏角=0, L1=2mm 刀具切出長度：取 本工序機動時間： 工序10：精銑底面60mm×115mm 機床：X62W銑床 刀具：硬質(zhì)合金端銑刀YG6 ，齒數(shù) 1) 銑削深度： 2) 每齒進給量：根據(jù)[3]表2.4-73，取 3) 銑削速度：參照[3]表2.4-81，取 機床主軸轉(zhuǎn)速：，取 實際銑削速度： 4) 給量： 工作臺每分進給量： 5) 刀具切入長度：精銑時 由工序3可知： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 工序11：鉆、攻4—M20螺紋 （1）鉆孔 機床：組合鉆床 刀具：麻花鉆 1) 進給量：根據(jù)[3]表2.4-39，其取值范圍為，取 2) 切削速度：參照[3]表2.4-41，取 3) 機床主軸轉(zhuǎn)速：，取 實際切削速度： 4) 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： （2）攻4—M20螺紋絲 機床：組合攻絲機 刀具：釩鋼機動絲錐 1) 進給量：由于其螺距,因此進給量 2) 切削速度：參照[3]表2.4-105，取 3) 機床主軸轉(zhuǎn)速：，取 絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取 實際切削速度： 4) 機動時間 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 本工序機動時間： 工序12：銑鍵槽24mm×110mm 機床：X52k 刀具：高速鋼鑲齒三面刃槽銑刀 ，齒數(shù) L=20 1) 銑削深度： 2) 每齒進給量：根據(jù)[3]表2.4-76，取 3) 銑削速度：參照[3]表2.4-86，取： 4) 機床主軸轉(zhuǎn)速：， 取 實際銑削速度： 5) 給量： 工作臺每分進給量： 6) 刀具切入長度：精銑時 被切削層長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 工序13：銑右端軸徑?93mm的槽44mm 機床：X52k 刀具：高速鋼鑲齒三面刃槽銑刀 ，齒數(shù) L=20 1) 銑削深度： 2) 每齒進給量：根據(jù)[3]表2.4-76，取 3) 銑削速度：參照[3]表2.4-86，?。? 4) 機床主軸轉(zhuǎn)速：， 取 實際銑削速度： 5) 給量： 工作臺每分進給量： 6) 刀具切入長度：精銑時 被切削層長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 工序14：粗鏜、精鏜右端?30mm孔 機床：組合鏜床 刀具：高速鋼刀具 （1）粗鏜孔 切削深度： 進給量：根據(jù)[3]表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進給量 切削速度：參照[3]表2.4-66，取 機床主軸轉(zhuǎn)速：， 取 實際切削速度： 工作臺每分鐘進給量： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間： （2） 粗鏜孔 機床：組合鏜床 刀具：高速鋼刀具 切削深度： 進給量：根據(jù)切削深度，再參照[3]表2.4-66,因此確定進給量 切削速度：參照[3]表2.4-66，取 機床主軸轉(zhuǎn)速：， 取 實際切削速度： 工作臺每分鐘進給量： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間： 本工序的機動時間： 工序15：鉆拐徑?95 mm兩斜油孔?8mm 機床：組合鉆床 刀具：麻花鉆、擴孔鉆 （1） 鉆拐徑上端孔 機床：組合鉆床 刀具：麻花鉆、擴孔鉆 切削深度： 進給量：根據(jù)[3]表2.4-39，取 切削速度：參照[3]表2.4-41，取 機床主軸轉(zhuǎn)速：， 取 實際切削速度： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為1 機動時間： （2） 擴拐徑上端孔 機床：臥式鉆床 刀具：麻花鉆、擴孔鉆 切削深度： 進給量：根據(jù)[3]表2.4-52，取 切削速度：參照[3]表2.4-53，取 機床主軸轉(zhuǎn)速：， 取 實際切削速度： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為1 機動時間： 加工加油孔機動時間： 工序16：鉆曲拐左側(cè)孔 （1） 鉆曲拐左側(cè)下偏30的孔 切削深度： 進給量：根據(jù)[3]表2.4-39，取 切削速度：參照[3]表2.4-41，取 機床主軸轉(zhuǎn)速：， 取， 實際切削速度： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為1 機動時間： （2）擴曲拐左側(cè)下偏30的孔 切削深度： 進給量：根據(jù)[3]表2.4-52，取 切削速度：參照[3]表2.4-53，取 機床主軸轉(zhuǎn)速：， 取， 實際切削速度： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為1 機動時間： 加工加油孔機動時間： 工序17：粗磨左端軸徑?95 mm 機床：M1450A磨床 1）砂輪的直徑與寬度：砂輪的直徑與寬度：根據(jù)[3]表3.1-45，砂輪的直徑D=500mm，砂輪的寬度取B=75 mm 2)工件回轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)數(shù)：根據(jù)[3]表2.4-148，查得 =0.233~0.476,取=0.350， 3)軸向進給量:根據(jù)[3]表2.4-148，查得 =(0.5~0.8)B，取=45 4）徑向切入進給量：根據(jù)[3]表2.4-1480， 預估=0.350mm可查得=0.0176~0.0110，取=0.150 5）每分種金屬磨除量Z可用公式計算： Z=1000 mm 6) 機動時間： 被磨削層長度： 單面余量： 局部修磨的系數(shù)k：根據(jù)[3]表2.5-11， 機動時間 工序18：磨左端軸徑?90mm 機床：M1450A磨床 1）砂輪的直徑與寬度：砂輪的直徑與寬度：根據(jù)[3]表3.1-45，砂輪的直徑D=500mm，砂輪的寬度取B=75 mm 2) 工件回轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)數(shù)：根據(jù)[3]表2.4-148，查得=0.233~0.476,取=0.350， 3) 軸向進給量:根據(jù)[3]表2.4-148，查得=(0.5~0.8)B，取=45 4）徑向切入進給量：根據(jù)[3]表2.4-1480，預估 =0.350mm可查得=0.0176~0.0110，取=0.150 5）每分種金屬磨除量Z可用公式計算： Z=1000 mm 6) 機動時間： 被磨削層長度： 單面余量： 局部修磨的系數(shù)k：根據(jù)[3]表2.5-11， 機動時間 工序19：磨右端軸徑?95 mm 機床：M1450A磨床 1) 砂輪的直徑與寬度：根據(jù)[3]表3.1-45，砂輪的直徑D=500mm，砂輪的寬度取B=75 mm 2) 工件回轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)數(shù)：根據(jù)[3]表2.4-148，查得=0.233~0.476,取=0.350， 3) 軸向進給量:根據(jù)[3]表2.4-148，查得=(0.5~0.8)B，取=45 4) 徑向切入進給量：根據(jù)[3]表2.4-1480，預估=0.350mm可查得=0.0176~0.0110，取=0.150 5) 每分種金屬磨除量Z可用公式計算： Z=1000 mm 6) 機動時間： 被磨削層長度： 單面余量： 局部修磨的系數(shù)k：根據(jù)[3]表2.5-11， 機動時間 工序20：精磨拐徑?95 mm 機床：M1432A磨床 1) 砂輪的直徑與寬度：根據(jù)[3]表3.1-45，砂輪的直徑D=400mm，砂輪的寬度取B=50 mm 2) 工件回轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)數(shù)：根據(jù)[3]表2.4-149，取=0.6 ， 3) 軸向進給量:根據(jù)[3]表2.4-149，查得=(0.5~0.8)B， 4) 徑向切入進給量：根據(jù)[3]表2.4-149，預估=0.6mm可查得=0.0028 5) 每分種金屬磨除量Z可用公式計算： Z=1000 mm 6) 機動時間： 被磨削層長度： 單面余量： 局部修磨的系數(shù)k：根據(jù)[3]表2.5-11， 機動時間 工序21：精磨左右兩軸徑?95 mm 機床：M1432A磨床 1) 砂輪的直徑與寬度：根據(jù)[3]表3.1-45，砂輪的直徑D=400mm，砂輪的寬度取B=50 mm 2) 工件回轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)數(shù)：根據(jù)[3]表2.4-149，取=0.6 ， 3) 軸向進給量:根據(jù)[3]表2.4-149，查得=(0.5~0.8)B， 4) 徑向切入進給量：根據(jù)[3]表2.4-149，預估=0.6mm可查得=0.0028 5) 每分種金屬磨除量Z可用公式計算： Z=1000 mm 6) 機動時間： 被磨削層長度：， 單面余量： 局部修磨的系數(shù)k：根據(jù)[3]表2.5-11， 機動時間 本工序的機動時間：=+=0.9 工序22：精磨?90mm 機床：M1432A磨床 1) 砂輪的直徑與寬度：根據(jù)[3]表3.1-45，砂輪的直徑D=400mm，砂輪的寬度取B=50 mm 2) 工件回轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)數(shù)：根據(jù)[3]表2.4-149，取=0.6 ， 3) 軸向進給量:根據(jù)[3]表2.4-149，查得=(0.5~0.8)B， 4) 徑向切入進給量：根據(jù)[3]表2.4-149，預估=0.6mm可查得=0.0028 5) 每分種金屬磨除量Z可用公式計算： Z=1000 mm 6) 被磨削層長度： 單面余量： 局部修磨的系數(shù)k：根據(jù)[3]表2.5-11， 機動時間 工序23：車1：10圓錐 機床：CW6180B臥式車床 刀具：YG8 1) 被吃刀量：參照[3]表2.3-5，其余量規(guī)定為 ，現(xiàn)也取。分兩次加工，=3mm。 2) 進給量f：根據(jù)[3]表2.4-3，取。 3) 切削速度： 按[3]表2.4-20，切削速度， 4)機床主軸轉(zhuǎn)速： 按[3]表3.1-22可得，與相近的轉(zhuǎn)速為300r/min，則實際速度 。 5) 檢驗機床功率：主切削力Fc按[3]表2.4-20，可查得 由CW6180B機床說明書可知，CW6180B主電動機功率為75KW，當主軸轉(zhuǎn)速為300r/min時，主軸傳遞的功率為45kW，所以機床功率足夠，可以正常工作。 6) 計算切削工時：按[3]表2.5-3，取 被切削層長度：由毛坯尺寸可知L=124mm 刀具切入長度：L1=/tg+(2~3) 主偏角=0, L1=2mm 刀具切出長度：取 機動時間： 工序24：磨1：10圓錐?86長124mm （1）粗磨1：10圓錐?86 機床：M1450A磨床 1) 砂輪的直徑與寬度：砂輪的直徑與寬度：根據(jù)[3]表3.1-45，砂輪的直徑D=500mm，砂輪的寬度取B=75 mm 2) 工件回轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)數(shù)：根據(jù)[3]表2.4-148，查得=0.233~0.476,取=0.350， 3） 軸向進給量:根據(jù)[3]表2.4-148，查得=(0.5~0.8)B，取=45 4）徑向切入進給量：根據(jù)[3]表2.4-1480，預估=0.350mm可查得=0.0176~0.0110，取=0.150 5）每分種金屬磨除量Z可用公式計算： Z=1000 mm 6) 機動時間： 被磨削層長度： 單面余量： 局部修磨的系數(shù)k：根據(jù)[3]表2.5-11， 機動時間