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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(guò)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(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過(guò)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(guò)來(lái)影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來(lái)減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)滿(mǎn)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(méi)有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過(guò)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(wèn)題是制定一個(gè)線(xiàn)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(xiàn)接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線(xiàn)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(guò)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(guò)假設(shè)已知摩擦力的方向來(lái)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(wú)法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過(guò)計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來(lái)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(chēng)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(guò)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(méi)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(méi)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(méi)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(guò)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(wèn)題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題提出和解決。通過(guò)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(xiàn)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(guò)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(jiàn)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(xiàn)和法線(xiàn)方向的接觸剛度
第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè)
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(xiàn)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(xiàn)性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線(xiàn)力呈非線(xiàn)性變化 [23]。由于法線(xiàn)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(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題， 是法線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線(xiàn)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(guò)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(guò)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(guò)制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題的問(wèn)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(jiàn)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(xiàn)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(guò)（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(jiàn)圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫(xiě)成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過(guò)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(xiě)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(xiàn)性約束和線(xiàn)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(xiàn)和切線(xiàn)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(xiàn)的接觸力只能被壓縮。這通過(guò)以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線(xiàn)力是確定的，此外，在一個(gè)法線(xiàn)的接觸壓力不能超過(guò)壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫(xiě)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(xiě)成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)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(wèn)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(guò)計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問(wèn)題可改寫(xiě)為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類(lèi)似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來(lái)確定最低的上的約束, 通過(guò)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(guò)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(mǎn)意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來(lái)解決下面將被討論的問(wèn)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(guò)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(jiàn)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(jiàn)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(lái)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(xiě)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(méi)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(xiàn)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(guò)求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見(jiàn)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(lái)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(lái)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(kāi)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(guò)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^(guò)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(wèn)題，使用-約束的方法解決。該算法通過(guò)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：
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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)。
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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。
機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱(chēng)
零件名稱(chēng)
總泵缸體
共
1
頁(yè)
第
1
頁(yè)
材 料 牌 號(hào)
HT200
毛 坯 種 類(lèi)
鑄件
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
1
每 臺(tái) 件 數(shù)
1
備 注
工序號(hào)
工 序 內(nèi) 容
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工 時(shí)
夾具
刀具名稱(chēng)
刀具規(guī)格
量 具
01
鑄造
02
時(shí)效處理
03
車(chē)右端階梯面
臥式車(chē)床
三瓜卡盤(pán)
外圓車(chē)刀
游標(biāo)卡尺
車(chē)倒角C1
臥式車(chē)床
三瓜卡盤(pán)
倒角車(chē)刀
游標(biāo)卡尺
04
車(chē)Φ20端面
臥式車(chē)床
專(zhuān)用夾具
端面車(chē)刀
游標(biāo)卡尺
05
劃各孔的中心線(xiàn)
06
鉆Φ18孔
臥式車(chē)床
三瓜卡盤(pán)
麻花鉆
游標(biāo)卡尺
擴(kuò)Φ18孔至Φ20.8
臥式車(chē)床
三瓜卡盤(pán)
擴(kuò)孔鉆
游標(biāo)卡尺
鉸Φ20.8孔至Φ20.96
臥式車(chē)床
三瓜卡盤(pán)
鉸刀
游標(biāo)卡尺
鉆2-Φ10.5孔
臥式車(chē)床
三瓜卡盤(pán)
麻花鉆
游標(biāo)卡尺
锪倒角190°
臥式車(chē)床
三瓜卡盤(pán)
锪孔鉆
游標(biāo)卡尺
07
鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75
立式鉆床
專(zhuān)用夾具
麻花鉆
游標(biāo)卡尺
攻M121.25-5H螺紋
立式鉆床
專(zhuān)用夾具
絲錐
量規(guī)
锪沉孔Φ12.5深3
立式鉆床
專(zhuān)用夾具
锪孔鉆
游標(biāo)卡尺
08
車(chē)Φ32端面
臥式車(chē)床
專(zhuān)用夾具
端面車(chē)刀
游標(biāo)卡尺
鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5
臥式車(chē)床
專(zhuān)用夾具
麻花鉆
游標(biāo)卡尺
攻M221.5-5H螺紋
臥式車(chē)床
專(zhuān)用夾具
絲錐
量規(guī)
倒角C1
臥式車(chē)床
專(zhuān)用夾具
锪孔鉆
游標(biāo)卡尺
09
鉆透孔Φ0.7
立式鉆床
專(zhuān)用夾具
麻花鉆
游標(biāo)卡尺
锪沉孔Φ3.5深3
立式鉆床
專(zhuān)用夾具
锪孔鉆
千分尺
鉆Φ3.5通孔
立式鉆床
專(zhuān)用夾具
麻花鉆
千分尺
10
磨Φ20.96孔至Φ21（0~0.023）
內(nèi)孔磨床
專(zhuān)用夾具
砂輪
千分尺
倒角C1
內(nèi)孔磨床
專(zhuān)用夾具
11
去毛刺
12
檢驗(yàn)至圖紙要求
13
入庫(kù)
摘 要
本次設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及了機(jī)械制造工藝及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)、金屬切削機(jī)床、公差配合與測(cè)量等多方面的知識(shí)。
總泵缸體工藝規(guī)程及其車(chē)Φ20端面；鉆、攻M121.25-5H螺紋；鉆、攻M221.5-5H螺紋；鉆透孔Φ0.7、沉孔Φ3.5和Φ3.5通孔的工裝夾具設(shè)計(jì)是包括零件加工的工藝設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)以及專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)三部分。在工藝設(shè)計(jì)中要首先對(duì)零件進(jìn)行分析，了解零件的工藝再設(shè)計(jì)出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出零件的工藝路線(xiàn)；接著對(duì)零件各個(gè)工步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算，關(guān)鍵是決定出各個(gè)工序的工藝裝備及切削用量；然后進(jìn)行專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)，選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個(gè)組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件；計(jì)算出夾具定位時(shí)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(shè)計(jì)中注意改進(jìn)。
關(guān)鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。
- 1 -
Abstract
This design involves the machinery manufacturing process and fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measurement and other aspects of knowledge.
Master cylinder process and car of Φ 20 end; drilling, tapping screw drill, M12 1.25-5H; attack M22 1.5-5H thread; drill hole 0.7, hole Phi 3.5 and phi 3.5 through holes in the fixture design process design, 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 I
Abstract II
目 錄 1
第1章 緒論 3
1.1 引言 3
1.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用 3
1.3 研究方法及技術(shù)路線(xiàn) 4
1.4 課題背景及發(fā)展趨勢(shì) 5
第2章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 6
2.1毛坯的制造形式 6
2.2零件分析 6
2.3 基面選擇 5
2.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇 5
2.3.2精基準(zhǔn)的選擇 6
2.4制定工藝路線(xiàn) 7
2.5確定各工序的加工余量、計(jì)算工序尺寸及公差 8
2.6確定切削用量及基本工時(shí) 9
第3章 車(chē)Φ20端面的夾具設(shè)計(jì) 23
3.1問(wèn)題的提出 23
3.2定位基準(zhǔn)的選擇 23
3.3切削力和夾緊力的計(jì)算 23
3.4定位誤差分析 24
3.5平衡塊的計(jì)算 25
3.6夾具截圖 26
第4章 鉆、攻M121.25-5H螺紋的夾具設(shè)計(jì) 27
3.1問(wèn)題的提出 27
3.2定位基準(zhǔn)的選擇 27
3.3切削力和夾緊力的計(jì)算 27
3.4定位誤差分析 27
3.5鉆套的設(shè)計(jì) 28
3.6夾具截圖 30
第5章 車(chē)Φ32端面、鉆、攻M221.5-5H螺紋的夾具設(shè)計(jì) 32
3.1問(wèn)題的提出 32
3.2定位基準(zhǔn)的選擇 32
3.3切削力和夾緊力的計(jì)算 32
3.4定位誤差分析 33
3.5平衡塊的計(jì)算 34
3.6夾具截圖 35
第6章 鉆透孔Φ0.7、锪沉孔Φ3.5、鉆Φ3.5通孔的夾具設(shè)計(jì) 37
3.1問(wèn)題的提出 37
3.2定位基準(zhǔn)的選擇 37
3.3切削力和夾緊力的計(jì)算 37
3.4定位誤差分析 37
3.5鉆套的設(shè)計(jì) 38
3.6夾具截圖 38
結(jié)論 40
參考文獻(xiàn) 41
致 謝 42
第一章 緒論
1．1引言
制造技術(shù)的重要性是不言而喻的，它與當(dāng)今的社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)?，F(xiàn)代制造技術(shù)是當(dāng)前世界各國(guó)研究和發(fā)展的主題，特別是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的今天，它更占有十分重要的地位。人類(lèi)的發(fā)展過(guò)程是一個(gè)不斷制造的過(guò)程，在人類(lèi)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(jiǎn)單的機(jī)械，如刀，劍，弓，箭等兵器，鍋，壺，盆，罐等用具，犁，磨，碾，水車(chē)等農(nóng)用工具，這些工具和用具的制造過(guò)程都是簡(jiǎn)單的制造過(guò)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(shù)水平都非常有限。隨著社會(huì)的發(fā)展，制造技術(shù)的范圍，規(guī)模的不斷擴(kuò)大，技術(shù)水平的不斷提高，向文化，藝術(shù)，工業(yè)發(fā)展，出現(xiàn)了紙張，筆墨，活版，石雕，珠寶 ，錢(qián)幣金銀飾品等制造技術(shù)。到了資本主義和社會(huì)主義社會(huì)，出現(xiàn)了大工業(yè)生產(chǎn)，使得人類(lèi)的物質(zhì)生活和文明有了很大的提高，對(duì)精神和物質(zhì)有了更高的要求，科學(xué)技術(shù)有了更快更新的發(fā)展，從而與制造工藝的關(guān)系更為密切。蒸汽機(jī)的制造技術(shù)的問(wèn)世帶來(lái)了工業(yè)革命和大工業(yè)生產(chǎn)，內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展形成了現(xiàn)代汽車(chē)，火車(chē)和艦船，噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)促進(jìn)了現(xiàn)代噴氣客機(jī)和超音速飛機(jī)的發(fā)展，集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步左右了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的水平，納米技術(shù)的出現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了微創(chuàng)機(jī)械的先河，因此，人類(lèi)的活動(dòng)與制造密切相關(guān)，人類(lèi)活動(dòng)的水平受到了限制，宇宙飛船，航天飛機(jī)，人造飛機(jī)，人造衛(wèi)星以及空間工作站等技術(shù)的出現(xiàn)，使人類(lèi)活動(dòng)走出了地球，走向太空 。
摘 要
本次設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及了機(jī)械制造工藝及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)、金屬切削機(jī)床、公差配合與測(cè)量等多方面的知識(shí)。
總泵缸體工藝規(guī)程及其車(chē)Φ20端面；鉆、攻M121.25-5H螺紋；鉆、攻M221.5-5H螺紋；鉆透孔Φ0.7、沉孔Φ3.5和Φ3.5通孔的工裝夾具設(shè)計(jì)是包括零件加工的工藝設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)以及專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)三部分。在工藝設(shè)計(jì)中要首先對(duì)零件進(jìn)行分析，了解零件的工藝再設(shè)計(jì)出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出零件的工藝路線(xiàn)；接著對(duì)零件各個(gè)工步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算，關(guān)鍵是決定出各個(gè)工序的工藝裝備及切削用量；然后進(jìn)行專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)，選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個(gè)組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件；計(jì)算出夾具定位時(shí)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(shè)計(jì)中注意改進(jìn)。
關(guān)鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。
- 3 -
Abstract
This design involves the machinery manufacturing process and fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measurement and other aspects of knowledge.
Master cylinder process and car of Φ 20 end; drilling, tapping screw drill, M12 1.25-5H; attack M22 1.5-5H thread; drill hole 0.7, hole Phi 3.5 and phi 3.5 through holes in the fixture design process design, 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 I
Abstract II
目 錄 1
第1章 緒論 3
1.1 引言 3
1.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用 3
1.3 研究方法及技術(shù)路線(xiàn) 4
1.4 課題背景及發(fā)展趨勢(shì) 5
第2章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 6
2.1毛坯的制造形式 6
2.2零件分析 6
2.3 基面選擇 5
2.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇 5
2.3.2精基準(zhǔn)的選擇 6
2.4制定工藝路線(xiàn) 7
2.5確定各工序的加工余量、計(jì)算工序尺寸及公差 8
2.6確定切削用量及基本工時(shí) 9
第3章 車(chē)Φ20端面的夾具設(shè)計(jì) 23
3.1問(wèn)題的提出 23
3.2定位基準(zhǔn)的選擇 23
3.3切削力和夾緊力的計(jì)算 23
3.4定位誤差分析 24
3.5平衡塊的計(jì)算 25
3.6夾具截圖 26
第4章 鉆、攻M121.25-5H螺紋的夾具設(shè)計(jì) 27
3.1問(wèn)題的提出 27
3.2定位基準(zhǔn)的選擇 27
3.3切削力和夾緊力的計(jì)算 27
3.4定位誤差分析 27
3.5鉆套的設(shè)計(jì) 28
3.6夾具截圖 30
第5章 車(chē)Φ32端面、鉆、攻M221.5-5H螺紋的夾具設(shè)計(jì) 32
3.1問(wèn)題的提出 32
3.2定位基準(zhǔn)的選擇 32
3.3切削力和夾緊力的計(jì)算 32
3.4定位誤差分析 33
3.5平衡塊的計(jì)算 34
3.6夾具截圖 35
第6章 鉆透孔Φ0.7、锪沉孔Φ3.5、鉆Φ3.5通孔的夾具設(shè)計(jì) 37
3.1問(wèn)題的提出 37
3.2定位基準(zhǔn)的選擇 37
3.3切削力和夾緊力的計(jì)算 37
3.4定位誤差分析 37
3.5鉆套的設(shè)計(jì) 38
3.6夾具截圖 38
結(jié)論 40
參考文獻(xiàn) 41
致 謝 42
第一章 緒論
1．1引言
制造技術(shù)的重要性是不言而喻的，它與當(dāng)今的社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)?，F(xiàn)代制造技術(shù)是當(dāng)前世界各國(guó)研究和發(fā)展的主題，特別是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的今天，它更占有十分重要的地位。人類(lèi)的發(fā)展過(guò)程是一個(gè)不斷制造的過(guò)程，在人類(lèi)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(jiǎn)單的機(jī)械，如刀，劍，弓，箭等兵器，鍋，壺，盆，罐等用具，犁，磨，碾，水車(chē)等農(nóng)用工具，這些工具和用具的制造過(guò)程都是簡(jiǎn)單的制造過(guò)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(shù)水平都非常有限。隨著社會(huì)的發(fā)展，制造技術(shù)的范圍，規(guī)模的不斷擴(kuò)大，技術(shù)水平的不斷提高，向文化，藝術(shù)，工業(yè)發(fā)展，出現(xiàn)了紙張，筆墨，活版，石雕，珠寶 ，錢(qián)幣金銀飾品等制造技術(shù)。到了資本主義和社會(huì)主義社會(huì)，出現(xiàn)了大工業(yè)生產(chǎn)，使得人類(lèi)的物質(zhì)生活和文明有了很大的提高，對(duì)精神和物質(zhì)有了更高的要求，科學(xué)技術(shù)有了更快更新的發(fā)展，從而與制造工藝的關(guān)系更為密切。蒸汽機(jī)的制造技術(shù)的問(wèn)世帶來(lái)了工業(yè)革命和大工業(yè)生產(chǎn)，內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展形成了現(xiàn)代汽車(chē)，火車(chē)和艦船，噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)促進(jìn)了現(xiàn)代噴氣客機(jī)和超音速飛機(jī)的發(fā)展，集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步左右了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的水平，納米技術(shù)的出現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了微創(chuàng)機(jī)械的先河，因此，人類(lèi)的活動(dòng)與制造密切相關(guān)，人類(lèi)活動(dòng)的水平受到了限制，宇宙飛船，航天飛機(jī)，人造飛機(jī)，人造衛(wèi)星以及空間工作站等技術(shù)的出現(xiàn)，使人類(lèi)活動(dòng)走出了地球，走向太空 。
1．2機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用
機(jī)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(guò)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(xiàng)技術(shù)要求，有較高的生產(chǎn)效率，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益高，勞動(dòng)條件良好。
制訂工藝規(guī)程的程序：
1、 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類(lèi)型
2、 分析產(chǎn)品裝配圖，對(duì)零件圖樣進(jìn)行工藝審查
3、 確定毛坯種類(lèi)、形狀、尺寸及精度
4、 制訂工藝路線(xiàn)
5、 進(jìn)行工序設(shè)計(jì)（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(jì)算時(shí)間定額等。）
1．3研究方法及技術(shù)路線(xiàn)
1. 深入生產(chǎn)實(shí)踐調(diào)查研究
在深入生產(chǎn)實(shí)踐調(diào)查研究中，應(yīng)當(dāng)掌握下面一些資料：工程圖紙，工藝文件，生產(chǎn)綱領(lǐng)，制造與使用夾具情況等。
2. 制訂工藝工藝規(guī)程的程序
計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類(lèi)型，分析產(chǎn)品裝配圖，對(duì)零件圖樣進(jìn)行工藝審查，確定毛坯的種類(lèi)，形狀，尺寸及精度，擬定工藝路線(xiàn)（劃分工藝規(guī)程的組成，選擇的定位基準(zhǔn)，選擇零件表面的加工方法，安排加工順序，選擇機(jī)床設(shè)備等），進(jìn)行工序設(shè)計(jì)（確定各工序加工余量，切削余量，工序尺寸及工差，選擇工藝裝備，計(jì)算時(shí)間定額等），確定工序的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法，填寫(xiě)工藝文件。
3. 確定工件的夾緊方式和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)
夾緊力的作用點(diǎn)和方向應(yīng)符合夾緊原則。進(jìn)行夾緊力的分析和計(jì)算，以確定加緊元件和傳動(dòng)裝置的主要尺寸。
4. 確定夾具其他部分的結(jié)構(gòu)形式
如分度裝置，對(duì)刀元件和夾具體等
5. 繪制夾具總裝配圖
在繪制總裝配圖時(shí)，盡量采用1：1比例，主視圖應(yīng)選取面對(duì)操作者的工作位置。繪圖時(shí)，先用紅線(xiàn)或雙點(diǎn)劃線(xiàn)畫(huà)出工件的輪廓和主要表面，如定位表面，夾緊表面和被加工表面等。其中，被加工表面用網(wǎng)紋線(xiàn)或粗實(shí)線(xiàn)畫(huà)出加工余量。工件在夾具上可看成是一個(gè)假想的透明體，按定位元件，導(dǎo)向元件，夾緊機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)裝置等順序， 畫(huà)出具體結(jié)構(gòu)。
6. 標(biāo)注各部分主要尺寸，公差配合，和技術(shù)要求
7. 標(biāo)注零件編號(hào)及編制零件明細(xì)表
在標(biāo)注零件編號(hào)時(shí)。標(biāo)準(zhǔn)件可直接標(biāo)出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)。明細(xì)表要注明夾具名稱(chēng)，編號(hào)，序號(hào)，零件名稱(chēng)及材料，數(shù)量等。
8. 繪制家具零件圖
拆繪夾具零件圖的順序和繪制夾具總裝配圖的順序相同。
1．4課題背景及發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)床夾具是在切削加工中，用以準(zhǔn)確地確定工件位置，并將其牢固地夾緊的工藝裝備。它的重要作用是：可靠地保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，沖鋒發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。因此夾具在機(jī)械制造中占有重要的地位。機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)是工藝裝備設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的一項(xiàng)技術(shù)措施。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中也應(yīng)該注意一些重要方法，我們必須深入生產(chǎn)實(shí)踐調(diào)查研究，因?yàn)椋@樣有利于我們掌握一些重要資料，例如： （1）工件的圖紙——詳細(xì)閱讀圖紙，了解工件被加工表面的技術(shù)要求，該件在機(jī)械中的位置和作用，以及裝配中的特殊要求。（2）工藝文件——了解工件的工藝過(guò)程，本工序的加工要求，工件已加工面及及待加工面的狀況，基準(zhǔn)面的選擇狀況，可用的機(jī)床設(shè)備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。（3）生產(chǎn)綱領(lǐng)——夾具的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與工件批量大小相適應(yīng)，做到經(jīng)濟(jì)合理。（4）制造與使用夾具的狀況等。我深刻明白要想做好這次夾具設(shè)計(jì)，我也要了解并注意設(shè)計(jì)夾具出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)夾具最基本的要求是：工件的定位準(zhǔn)確，定位精度滿(mǎn)足加工要求，工件夾緊牢固可靠，操作安全方便，成本低廉。工件夾具中的定位精度，主要是定為基準(zhǔn)是否與工序基準(zhǔn)重合，定位基準(zhǔn)的形式和精度，定位元件的形式和精度，定位元件的布置方式，定位基準(zhǔn)與定位元件的配合狀況等因素有關(guān)。這些因素所造成的誤差，可以通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算求得。在采取提高定位精度的措施時(shí)，要注意到夾具制造上的可能性。在總的定位精度滿(mǎn)足加工要求的條件下，不要過(guò)高的提高工件在夾具中的定位精度。夾具在機(jī)床上的定位精度，和刀具在夾具上的導(dǎo)向精度也不應(yīng)忽視。夾具在機(jī)床上的定位精度，主要與定位元件表面與機(jī)床配合處的位置精度。夾具與機(jī)床連接處的配合間隙等因素有關(guān)。因此，提高夾具制造精度，減小配合間隙就能提高夾具在機(jī)床上的定位精度。如果定位精度要求很高，而通過(guò)提高夾具制造精度的措施已不可能或不合理時(shí)，應(yīng)采用調(diào)整法或就地加工法解決，即在安裝夾具時(shí)找正定位表面的準(zhǔn)確位置，或在夾具安裝后加工定位表面，使夾具在機(jī)床上獲得高精度定位。刀具在夾具上的導(dǎo)向精度通常利用導(dǎo)向元件或?qū)Φ对?lái)保證。因此影響刀具在夾具上的導(dǎo)向精度的因素有：導(dǎo)套中心到定位元件產(chǎn)生變形等。夾具中出現(xiàn)過(guò)定位時(shí)，可通過(guò)撤銷(xiāo)多余定位定位元件，使多余定位元件失去限制重復(fù)自由度的能力，增加過(guò)定位元件與定位基準(zhǔn)的配合間隙等辦法來(lái)解決。
第2章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2．1毛坯的制造形式
零件材料為HT200，由于零件成批生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，選用鑄造成型，鑄造精度10級(jí)，加工余量等級(jí)MA-F，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產(chǎn)率和保證加工精度上考慮也是應(yīng)該的。
2. 2零件分析
要對(duì)該零件的平面、孔、和螺紋進(jìn)行加工。具體加工要求如下：
右端階梯面 粗糙度12.5
Φ20端面 粗糙度12.5
Φ18孔 粗糙度25
Φ21孔 粗糙度0.8
2-Φ10.5孔 粗糙度25
M121.25-5H螺紋 精度等級(jí)5
Φ12.5沉孔 粗糙度3.2、Ra25
Φ32端面 粗糙度6.3
M221.5-5H螺紋 精度等級(jí)5
透孔Φ0.7 粗糙度12.5
沉孔Φ3.5 粗糙度12.5
通孔Φ3.5 粗糙度12.5
2．3 基面的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇的正確、合理，可以保證質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。否則，就會(huì)使加工工藝過(guò)程問(wèn)題百出，嚴(yán)重的還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。
2.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇原則
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(yīng)以不加工表面作為粗基準(zhǔn)。如果在工件上有很多不需加工的表面，則應(yīng)以其中與加工面位置精度要求較高的表面作粗基準(zhǔn)。
2）如果必須首先保證工件某重要表面的加工余量均勻，應(yīng)選擇該表面作精基準(zhǔn)。
3）如需保證各加工表面都有足夠的加工余量，應(yīng)選加工余量較小的表面作粗基準(zhǔn)。
4）選作粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒(méi)有澆口、冒口、飛邊等缺陷，以便定位可靠。
5）粗基準(zhǔn)一般只能使用一次，特別是主要定位基準(zhǔn)，以免產(chǎn)生較大的位置誤差。
由以上及零件知，選用左端Φ32外圓面作為定位粗基準(zhǔn)。
2．3．2精基準(zhǔn)選擇的原則
選擇精基準(zhǔn)時(shí)要考慮的主要問(wèn)題是如何保證設(shè)計(jì)技術(shù)要求的實(shí)現(xiàn)以及裝夾準(zhǔn)確、可靠、方便。
精基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足以下要求：
1） 用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”，以免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。
2） 當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位可以較方便地加工很多表面時(shí)，應(yīng)盡可能采用此組精基準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)統(tǒng)一”，以免生產(chǎn)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。
3） 當(dāng)精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時(shí)，應(yīng)選擇加工表面本身作為精基準(zhǔn)，即遵循“自為基準(zhǔn)”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(zhǔn)”、反復(fù)加工的原則。
5） 有多種方案可供選擇時(shí)應(yīng)選擇定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定、夾緊可靠，可使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的表面作為精基準(zhǔn)。
由上及零件圖知，選用Φ20.96孔（即Φ21精加工之后的孔，后面還有一道磨削）、Φ10.5及一端面作為定位精基準(zhǔn)。
2．4制定工藝路線(xiàn)
制定工藝路線(xiàn)的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)以確定為大批生產(chǎn)的條件下，可采用通用機(jī)床配以專(zhuān)用工夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)效率。除此以外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便降低生產(chǎn)成本。
工序01：鑄造
工序02：時(shí)效處理
工序03：車(chē)右端階梯面；車(chē)倒角C1
工序04：車(chē)Φ20端面
工序05：劃各孔的中心線(xiàn)
工序06：鉆Φ18孔；擴(kuò)Φ18孔至Φ20.8；鉸Φ20.8孔至Φ20.96；鉆2-Φ10.5孔；锪倒角190°
工序07：鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75；攻M121.25-5H螺紋；锪沉孔Φ12.5深3
工序08：車(chē)Φ32端面；鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5；攻M221.5-5H螺紋；倒角C1
工序09：鉆透孔Φ0.7；锪沉孔Φ3.5深3；鉆Φ3.5通孔
工序10：磨Φ20.96孔至Φ21（0~0.023）；倒角C1
工序11：去毛刺
工序12：檢驗(yàn)至圖紙要求
工序13：入庫(kù)
2.5確定各工序的加工余量、計(jì)算工序尺寸及公差
1. 右端階梯面的加工余量
尺寸公差為CT10級(jí)，加工余量等級(jí)MA-F,查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-4得，鑄件的單邊加工余量Z=3.0mm, 粗糙度12.5，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4-6和表1.4-8知，一步車(chē)削即可滿(mǎn)足其精度要求。
2. Φ20端面的加工余量
尺寸公差為CT10級(jí)，加工余量等級(jí)MA-F,查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-4得，鑄件的單邊加工余量Z=3.0mm, 粗糙度12.5，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4-8知，一步車(chē)削即可滿(mǎn)足其精度要求。
3. Φ18孔的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實(shí)心鑄造，孔的表面粗糙度Ra25，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4-7知，一步鉆削即可滿(mǎn)足其精度要求。
4. Φ21孔的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實(shí)心鑄造，孔的表面粗糙度Ra0.8，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4-7知，需經(jīng)過(guò)鉆——擴(kuò)——鉸——磨削方可滿(mǎn)足其精度要求，再由表2.3-8得，首先鉆孔至Φ18、接著再擴(kuò)Φ18孔至Φ20.8、然后鉸Φ20.8孔至Φ20.96，最后磨Φ20.96孔至Φ21。
5. 2-Φ10.5孔的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實(shí)心鑄造，孔的表面粗糙度Ra25，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4-7知，一步鉆削即可滿(mǎn)足其精度要求。
6. M121.25-5H螺紋的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實(shí)心鑄造，螺紋的精度等級(jí)5，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.3-20知，首先鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75，再攻M121.25-5H螺紋
7. Φ12.5沉孔的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實(shí)心鑄造，孔的表面粗糙度Ra3.2、Ra25，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4-7知，擴(kuò)Φ10.75孔至Φ12.5深3即可滿(mǎn)足要求。
8、Φ32端面的加工余量
尺寸公差為CT10級(jí)，加工余量等級(jí)MA-F,查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-4得，鑄件的單邊加工余量Z=3.0mm, 粗糙度12.5，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4-8知，一步車(chē)削即可滿(mǎn)足其精度要求。
9、M221.5-5H螺紋的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實(shí)心鑄造，螺紋的精度等級(jí)5，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.3-20知，首先鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5，再攻M221.5-5H螺紋
10、透孔Φ0.7、沉孔Φ3.5、通孔Φ3.5的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實(shí)心鑄造，孔的表面粗糙度Ra12.5，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4-7知，一步鉆削即可滿(mǎn)足其精度要求。
11. 其他不加工表面，鑄造即可滿(mǎn)足其精度要求。
2．6確定切削用量及基本工時(shí)
工序01：鑄造
工序02：時(shí)效處理
工序03：車(chē)右端階梯面；車(chē)倒角C1
工步一：車(chē)右端階梯面
選擇外圓車(chē)刀
1） 車(chē)削深度， ap=2.0mm。
2）機(jī)床功率為7.5kw。查《切削手冊(cè)》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(cè)》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。
查《切削手冊(cè)》表3.8，壽命T=180min
4） 計(jì)算切削速度 按《切削手冊(cè)》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)CA6140臥式車(chē)床車(chē)床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,則實(shí)際切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,實(shí)際進(jìn)給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗(yàn)機(jī)床功率 查《切削手冊(cè)》Pcc=1.1kw,而機(jī)床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗(yàn)合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
6）計(jì)算基本工時(shí)
tm＝L/ Vf=(12+9+2.0)/（4750.16）min0.303min。
工步二：車(chē)倒角C1
刀具：專(zhuān)用刀具。此工步使用到專(zhuān)用刀具與手動(dòng)進(jìn)給。
檢驗(yàn)機(jī)床功率
可以查出 當(dāng)σｂ＝160～245HBS
ａｐ≤2.8ｍｍ?。妗?.6ｍｍ／ｒ
Ｖｃ≤41ｍ／min ?。校悖?.4kw
按CA6140車(chē)床說(shuō)明書(shū) 主電機(jī)功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見(jiàn)Ｐｃ比Ｐ小得多所以機(jī)床功率足夠所用切削用量符合要求
車(chē)削功率檢驗(yàn)按有關(guān)手冊(cè)
當(dāng)C=1 ｆ＝0.64 ｍｍ
查得轉(zhuǎn)矩Ｍ＝61.8 N.M
功率公式:
ＰC＝McVc/30C=61.817/301=35.0W=0.035KW
按CA6140車(chē)床 主電機(jī)功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見(jiàn)ＰC比Ｐ小得多，所以機(jī)床功率足夠，所用切削用量符合要
工序04：車(chē)Φ20端面
選擇端面車(chē)刀
1） 車(chē)削深度，因?yàn)橛叶嗣婢纫蟛桓?，故可以選擇ap=3.0mm，一次走刀即可完成所需長(zhǎng)度。
2）機(jī)床功率為7.5kw。查《切削手冊(cè)》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(cè)》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。
查《切削手冊(cè)》表3.8，壽命T=180min
4） 計(jì)算切削速度 按《切削手冊(cè)》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)CA6140臥式車(chē)床
車(chē)床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s
則實(shí)際切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,實(shí)際進(jìn)給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗(yàn)機(jī)床功率 查《切削手冊(cè)》Pcc=1.1kw,而機(jī)床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗(yàn)合格。
最終確定 ap=3.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
6）計(jì)算基本工時(shí)
tm＝L/ Vf=(10+3.0)/（4750.16）=0.171min。
工序05：劃各孔的中心線(xiàn)
工序06：鉆Φ18孔；擴(kuò)Φ18孔至Φ20.8；鉸Φ20.8孔至Φ20.96；鉆2-Φ10.5孔；锪倒角190°
工步一：鉆Φ18孔
1、加工條件
加工材料: HT200，硬度HBW170～241，鑄件。
工藝要求：孔徑d=18mm。精度H12~H13,用乳化液冷卻。
機(jī)床：選用CA6140車(chē)床和三瓜卡盤(pán)。
2、選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆頭（如圖3所示），其直徑d=18mm
鉆頭幾何形狀為（根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.1及表2.2）：標(biāo)準(zhǔn)鉆頭，，，后角，，橫刃長(zhǎng)度，弧面長(zhǎng)度。
3．選擇切削用量
（1）選擇進(jìn)給量
按加工要求決定進(jìn)給量：根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.7，當(dāng)鑄鐵硬度>200H
有。
（2）計(jì)算切削速度
根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.15，當(dāng)鑄鐵硬度=200～220HBS時(shí)，=0.25, 時(shí)，=30mm/min。
切削速度的修正系數(shù)為：，，，，
故=301.01.00.751.0m/min22.5m/min
=r/mm398r/mm
根據(jù)CA6140車(chē)床技術(shù)資料（見(jiàn)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-12）可選擇n=400r/mm，=20mm/min。
4．計(jì)算基本工時(shí)
根據(jù)公式
式中，，l=118mm，入切量及超切量由《切削用量手冊(cè)》表2.29查出=12mm，計(jì)算得，
L=（118+12）mm=130mm
故有： t==1.3min
工步二：擴(kuò)Φ18孔至Φ20.8
利用鉆頭將孔擴(kuò)大至，根據(jù)有關(guān)手冊(cè)規(guī)定，擴(kuò)鉆的切削用量可根據(jù)鉆孔的切削用量選取
根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)，選取
則主軸轉(zhuǎn)速為，并按車(chē)床說(shuō)明書(shū)取，實(shí)際切削速度為
切削工時(shí)：，，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工步三：鉸Φ20.8孔至Φ20.96
根據(jù)參考文獻(xiàn)Ⅳ表2-25，，，得
查參考文獻(xiàn)Ⅴ表4.2-2，按機(jī)床實(shí)際進(jìn)給量和實(shí)際轉(zhuǎn)速，取，，實(shí)際切削速度。
切削工時(shí)：，，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工步四：鉆2-Φ10.5孔
1、加工條件
加工材料: HT200，硬度HBW170～241，鑄件。
工藝要求：孔徑d=10.5mm。精度H12~H13,用乳化液冷卻。
機(jī)床：選用CA6140車(chē)床和三瓜卡盤(pán)。
2、選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆頭（如圖3所示），其直徑d=10.5mm
鉆頭幾何形狀為（根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.1及表2.2）：標(biāo)準(zhǔn)鉆頭，，，后角，，橫刃長(zhǎng)度，弧面長(zhǎng)度。
3．選擇切削用量
（1）選擇進(jìn)給量
按加工要求決定進(jìn)給量：根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.7，當(dāng)鑄鐵硬度>200H
有。
（2）計(jì)算切削速度
根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.15，當(dāng)鑄鐵硬度=200～220HBS時(shí)，=0.25, 時(shí)，=30mm/min。
切削速度的修正系數(shù)為：，，，，
故=301.01.00.751.0m/min22.5m/min
=r/mm682r/mm
根據(jù)CA6140車(chē)床技術(shù)資料（見(jiàn)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-12）可選擇n=700r/mm，=25mm/min。
4．計(jì)算基本工時(shí)
根據(jù)公式
式中，，l=8.5mm，入切量及超切量由《切削用量手冊(cè)》表2.29查出=7.25mm，計(jì)算得，
L=（8.5+7.25）mm=15.75mm
故有： t==0.18min
工步五：锪倒角190°
刀具：專(zhuān)用刀具。此工步使用到專(zhuān)用刀具與手動(dòng)進(jìn)給。
檢驗(yàn)機(jī)床功率
可以查出 當(dāng)σｂ＝160～245HBS
ａｐ≤2.8ｍｍ ｆ≤0.6ｍｍ／ｒ
Ｖｃ≤41ｍ／min ?。校悖?.4kw
按CA6140車(chē)床說(shuō)明書(shū) 主電機(jī)功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見(jiàn)Ｐｃ比Ｐ小得多所以機(jī)床功率足夠所用切削用量符合要求
車(chē)削功率檢驗(yàn)按有關(guān)手冊(cè)
當(dāng)C=1 ｆ＝0.64 ｍｍ
查得轉(zhuǎn)矩Ｍ＝61.8 N.M
功率公式:
ＰC＝McVc/30C=61.817/301=35.0W=0.035KW
按CA6140車(chē)床 主電機(jī)功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見(jiàn)ＰC比Ｐ小得多，所以機(jī)床功率足夠，所用切削用量符合要求
工序07：鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75；攻M121.25-5H螺紋；锪沉孔Φ12.5深3
工步一：鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75
選用高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）
593r/min
按機(jī)床選取n=600r/min
切削工時(shí)： ，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工步二：攻M121.25-5H螺紋
選擇M121.25-5H高速鋼機(jī)用絲錐
等于工件螺紋的螺距，即f=1.25mm/r
v=20m/min
531r/min
按機(jī)床選取n=500r/min
切削工時(shí)： ，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工步三：锪沉孔Φ12.5深3
1、加工條件
加工材料: HT200，硬度170~241HBW，鑄件。
工藝要求：孔徑d=12.5mm，精度H12~H13,用乳化液冷卻。
機(jī)床：選用Z525立式鉆床和專(zhuān)用夾具。
2、選擇鉆頭
選擇高速鋼锪刀（如圖3所示），其直徑d=12.5mm
3．選擇切削用量
（1）選擇進(jìn)給量
按加工要求決定進(jìn)給量：根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.7，有。
（2）計(jì)算切削速度
根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.15，當(dāng)鑄鐵硬度=200～220HBS時(shí)， , 時(shí)，=30mm/min。
切削速度的修正系數(shù)為：，，，，
故=301.01.00.751.0m/min22.5m/min
=r/mm573r/mm
根據(jù)Z525型鉆床技術(shù)資料（見(jiàn)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-12）可選擇n=600r/mm，，=25mm/min
4．計(jì)算基本工時(shí)
根據(jù)公式
式中，，l=6.25mm，入切量及超切量由《切削用量手冊(cè)》表2.29查出=3，計(jì)算得，
L=（6.25+3）mm=9.25mm
故有： t=0.062min
工序08：車(chē)Φ32端面；鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5；攻M221.5-5H螺紋；倒角C1
工步一：車(chē)Φ32端面
選擇端面車(chē)刀
1） 車(chē)削深度，因?yàn)橛叶嗣婢纫蟛桓?，故可以選擇ap=3.0mm，一次走刀即可完成所需長(zhǎng)度。
2）機(jī)床功率為7.5kw。查《切削手冊(cè)》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(cè)》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。
查《切削手冊(cè)》表3.8，壽命T=180min
4） 計(jì)算切削速度 按《切削手冊(cè)》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)CA6140臥式車(chē)床
車(chē)床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s
則實(shí)際切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,實(shí)際進(jìn)給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗(yàn)機(jī)床功率 查《切削手冊(cè)》Pcc=1.1kw,而機(jī)床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗(yàn)合格。
最終確定 ap=3.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
6）計(jì)算基本工時(shí)
tm＝L/ Vf=(16+3.0)/（4750.16）=0.25min。
工步二：鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5
選用高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）
544r/min
按機(jī)床選取n=500r/min
切削工時(shí)： ，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工步三：攻M221.5-5H螺紋
選擇M221.5-5H高速鋼機(jī)用絲錐
等于工件螺紋的螺距，即f=0.75mm/r
v=35m/min
507r/min
按機(jī)床選取n=500r/min
切削工時(shí)： ，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工步四：倒角C1
刀具：專(zhuān)用刀具。此工步使用到專(zhuān)用刀具與手動(dòng)進(jìn)給。
檢驗(yàn)機(jī)床功率
可以查出 當(dāng)σｂ＝160～245HBS
ａｐ≤2.8ｍｍ?。妗?.6ｍｍ／ｒ
Ｖｃ≤41ｍ／min Ｐｃ＝3.4kw
按CA6140車(chē)床說(shuō)明書(shū) 主電機(jī)功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見(jiàn)Ｐｃ比Ｐ小得多所以機(jī)床功率足夠所用切削用量符合要求
車(chē)削功率檢驗(yàn)按有關(guān)手冊(cè)
當(dāng)C=1?。妫?.64 ｍｍ
查得轉(zhuǎn)矩Ｍ＝61.8 N.M
功率公式:
ＰC＝McVc/30C=61.817/301=35.0W=0.035KW
按CA6140車(chē)床 主電機(jī)功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見(jiàn)ＰC比Ｐ小得多，所以機(jī)床功率足夠，所用切削用量符合要求
工序09：鉆透孔Φ0.7；锪沉孔Φ3.5深3；鉆Φ3.5通孔
工步一：鉆透孔Φ0.7
確定進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)Ⅳ表2-7，當(dāng)鑄鐵的，時(shí)，。由于本零件在加工Φ0.7孔時(shí)屬于低剛度零件，故進(jìn)給量應(yīng)乘以系數(shù)0.45，則
根據(jù)Z525機(jī)床說(shuō)明書(shū)，現(xiàn)取
切削速度：根據(jù)參考文獻(xiàn)Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度所以
根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)，取，故實(shí)際切削速度為
切削工時(shí)：，，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工步二：锪沉孔Φ3.5深3
1、加工條件
加工材料: HT200，硬度170~241HBW，鑄件。
工藝要求：孔徑d=3.5mm，精度H12~H13,用乳化液冷卻。
機(jī)床：選用Z525立式鉆床和專(zhuān)用夾具。
2、選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆，其直徑d=3.5mm
3．選擇切削用量
（1）選擇進(jìn)給量
按加工要求決定進(jìn)給量：根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.7，有。
（2）計(jì)算切削速度
根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.15，當(dāng)鑄鐵硬度=170~241HBW，d<10mm時(shí)，f=0.15,=10mm/min。
切削速度的修正系數(shù)為：，，，，
故=101.01.00.751.0m/min=7.5m/min
=r/mm682r/mm
根據(jù)Z525型鉆床技術(shù)資料（見(jiàn)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-12）可選擇n=700r/mm，，=7.5mm/min
4．計(jì)算基本工時(shí)
根據(jù)公式
式中，，l=3mm，入切量及超切量由《切削用量手冊(cè)》表2.29查出=3.4，計(jì)算得，
L=（3+3.4）mm=6.4mm
故有： t=0.061min
工步三：鉆Φ3.5通孔
1、加工條件
加工材料: HT200，硬度170~241HBW，鑄件。
工藝要求：孔徑d=3.5mm，精度H12~H13,用乳化液冷卻。
機(jī)床：選用Z525立式鉆床和專(zhuān)用夾具。
2、選擇鉆頭
選擇高速鋼锪刀，其直徑d=3.5mm
3．選擇切削用量
（1）選擇進(jìn)給量
按加工要求決定進(jìn)給量：根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.7，有。
（2）計(jì)算切削速度
根據(jù)《切削用量手冊(cè)》表2.15，當(dāng)鑄鐵硬度=170~241HBW，d<10mm時(shí)，f=0.15,=10mm/min。
切削速度的修正系數(shù)為：，，，，
故=101.01.00.751.0m/min=7.5m/min
=r/mm682r/mm
根據(jù)Z525型鉆床技術(shù)資料（見(jiàn)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-12）可選擇n=700r/mm，，=7.5mm/min
4．計(jì)算基本工時(shí)
根據(jù)公式
式中，，l=5mm，入切量及超切量由《切削用量手冊(cè)》表2.29查出=3.75，計(jì)算得，
L=（5+3.75）mm=8.75mm
故有： t=0.083min
工序10：磨Φ20.94孔至Φ21（0~0.023）；倒角C1
工步一：磨Φ20.94孔至Φ21（0~0.023）
1)選擇砂輪。見(jiàn)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》第三章中磨料
A46KV6P 35040127
其含義為：砂輪磨料為剛玉，粒度為46#,硬度為中輪1級(jí)，陶瓷結(jié)合劑，6號(hào)組織，平型砂輪，其尺寸為350x40x127
2)切削用量的選擇。查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表33-42有
工件速度 ?。?8m/min
縱向進(jìn)給量 ＝0.5B＝20mm(雙行程)
切削深度 ＝0.0157mm/st
3)切削工時(shí)
式中 D---被加工直徑
b----加工長(zhǎng)度
Z--單邊加工余量
K---系數(shù)
V---工作臺(tái)移動(dòng)速度
--工作臺(tái)往返一次砂輪軸向進(jìn)給量
--工作臺(tái)往返一次砂輪徑向進(jìn)給量
0.029(min)
工步二：倒角C1
刀具：專(zhuān)用刀具。此工步使用到專(zhuān)用刀具與手動(dòng)進(jìn)給。
檢驗(yàn)機(jī)床功率
可以查出 當(dāng)σｂ＝160～245HBS
ａｐ≤2.8ｍｍ?。妗?.6ｍｍ／ｒ
Ｖｃ≤41ｍ／min ?。校悖?.4kw
按M215A內(nèi)圓磨床說(shuō)明書(shū) 主電機(jī)功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見(jiàn)Ｐｃ比Ｐ小得多所以機(jī)床功率足夠所用切削用量符合要求
車(chē)削功率檢驗(yàn)按有關(guān)手冊(cè)
當(dāng)C=1?。妫?.64 ｍｍ
查得轉(zhuǎn)矩Ｍ＝61.8 N.M
功率公式:
ＰC＝McVc/30C=61.817/301=35.0W=0.035KW
按M215A內(nèi)圓磨床床 主電機(jī)功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見(jiàn)ＰC比Ｐ小得多，所以機(jī)床功率足夠，所用切削用量符合要求
工序11：去毛刺
工序12：檢驗(yàn)至圖紙要求
工序13：入庫(kù)
第3章 車(chē)Φ20端面的夾具設(shè)計(jì)
3.1：?jiǎn)栴}的提出
本夾具主要用于車(chē)Φ20端面，表面粗糙度Ra12.5，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(zhǔn)的選擇
1.夾具體的凸臺(tái)面與工件端面配合限制三個(gè)自由度。
2.夾具體的Φ32孔與工件Φ32外圓面配合限制兩個(gè)自由度，屬于不完全定位，因是車(chē)端面，所以在此是允許的。
3.工件的夾緊則由兩個(gè)移動(dòng)壓板來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.3 切削力及夾緊力計(jì)算
（1）刀具： 采用端面車(chē)刀
機(jī)床： CA6140臥式車(chē)床
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù)
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在計(jì)算切削力時(shí)，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。
安全系數(shù) K=
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以
（2）夾緊力的計(jì)算
選用夾緊螺釘夾緊機(jī) 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱(chēng)直徑d=10mm，材料45鋼 性能級(jí)數(shù)為6.8級(jí)
螺釘疲勞極限：
極限應(yīng)力幅：
許用應(yīng)力幅：
螺釘?shù)膹?qiáng)度校核：螺釘?shù)脑S用切應(yīng)力為
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
滿(mǎn)足要求
經(jīng)校核： 滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，夾具安全可靠，
3.4定位誤差分析
一面一固定銷(xiāo)定位誤差
移動(dòng)時(shí)基準(zhǔn)位移誤差
（式5-5）
式中： ———— 固定銷(xiāo)孔的最大偏差
————固定銷(xiāo)孔的最小偏差
————固定銷(xiāo)定位孔與外圓面最小配合間隙
代入（式5-5）得： =0.025+0+0=0.025（mm）
3.5平衡塊的計(jì)算
對(duì)移動(dòng)式結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)的車(chē)床夾具，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取平衡措施，以減少由離心力產(chǎn)生的振動(dòng)和主軸軸承的磨損。
離心力Fj的計(jì)算公式為
Fj=0.01mjR(n×n)
式中 mj-----工件和夾具不平衡部分的合成質(zhì)量（kg）；
R-----工件和夾具不平衡部分的合成質(zhì)量中心至回轉(zhuǎn)中心的距離（m）；
n----主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。
由離心力引起的力矩Mj為
Mj=FjL
平衡塊引起的離心力Fp(N)為
Fp=0.01mpr(n×n)
式中 mp-----平衡塊的質(zhì)量
r------平衡塊中心至回轉(zhuǎn)中心的距離（m）
由Fp引起的力矩Mp為
Mp= Fpl
在綜合考慮徑向位置和軸向位置平衡的情況下，滿(mǎn)足平衡關(guān)系式
Mp=Mj
即 0.01mjR(n×n)L=0.01mpr(n×n)l
化簡(jiǎn)后得 Mp=mjRL/rl
為了彌補(bǔ)估算法的誤差，平衡塊上應(yīng)開(kāi)有環(huán)形槽或徑向槽，以便夾具裝配時(shí)調(diào)整其位置。
長(zhǎng)×寬×高=體積
體積×密度=質(zhì)量
Mj=(0.23×0.11×0.1)×7×1000+(0.068×0.098×0.106×7×1000)
=17.71+4.944688
=22.6kg
mp=mjRL/rl=22.6×72×55/102×12.5=70.36kg
3.6夾具截圖
圖3.6-1
圖3.6-2 夾具體
第4章 鉆、攻M121.25-5H螺紋的夾具設(shè)計(jì)
4.1：?jiǎn)栴}的提出
本夾具主要用于鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75；攻M121.25-5H螺紋；锪沉孔Φ12.5深3，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。
4.2：定位基準(zhǔn)的選擇
1.夾具體Φ90凸臺(tái)面與工件端面配合限制三個(gè)自由度。
2.固定式定位銷(xiāo)與工件Φ20.96孔配合限制兩個(gè)自由度。
3.削邊銷(xiāo)與工件Φ10.5孔配合限制一個(gè)自由度。
4.工件的夾緊則由鉸鏈壓板來(lái)完成。
5.導(dǎo)向由鉆模（即鉆模板、快換鉆套、鉆套螺釘、襯套等組成）來(lái)控制。
4.3 切削力及夾緊力計(jì)算
查表4得切削力計(jì)算公式：
式中，f=1mm/r,查表得
=736MPa, 即==1547N
所需夾緊力，查表5得，，安全系數(shù)K=
式中為各種因素的安全系數(shù)，查表得：
K==1.872，當(dāng)計(jì)算K<2.5時(shí)，取K=2.5
孔軸部分由M8螺母鎖緊，查表得夾緊力為12360N
==30900N
由上計(jì)算得》，因此采用該夾緊機(jī)構(gòu)工作是可靠的。
4.4定位誤差分析
(1)移動(dòng)時(shí)基準(zhǔn)位移誤差
（式5-5）
式中： ———— 固定銷(xiāo)孔的最大偏差
————固定銷(xiāo)孔的最小偏差
————固定銷(xiāo)定位孔與固定銷(xiāo)最小配合間隙
代入（式5-5）得： =0.021+0+0.02=0.031
(2) 轉(zhuǎn)角誤差
（式5-6）
式中： ————固定銷(xiāo)孔的最大偏差
————固定銷(xiāo)銷(xiāo)孔的最小偏差
————固定銷(xiāo)定位孔與定位銷(xiāo)最小配合間隙
————固定銷(xiāo)孔的最大偏差
————削邊銷(xiāo)孔的最小偏差
————削邊銷(xiāo)定位孔與固定銷(xiāo)銷(xiāo)最小配合間隙
其中：
則代入（式5-6）得：
0.001047
則： 0.06°
4.5鉆套的設(shè)計(jì)
鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75；攻M121.25-5H螺紋；锪沉孔Φ12.5深3加工需鉆、攻絲、锪沉孔，因?yàn)殂@后還要攻絲、锪沉孔，為了我們鉆后能及時(shí)的進(jìn)行下面的工步。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖4.5-1所示）以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。根據(jù)工藝要求：即先用Φ10.75的麻花鉆鉆孔。查機(jī)床夾具標(biāo)準(zhǔn)件可知Φ10.75相配的快換鉆套的具體結(jié)構(gòu)如下
圖4.5-1 快換鉆套
具體的尺寸如下圖4.5-2所示
圖4.5-2 快換鉆套尺寸
因?yàn)榭鞊Q鉆套和夾具體是間隙配合，加工的時(shí)間快換鉆套靠壓緊螺釘把他壓緊在鉆模板上，以防止加工的時(shí)間工件的旋轉(zhuǎn)，有上圖可知和Φ10.75快換鉆套相配的螺釘?shù)某叽鐬镸5，查機(jī)床夾具標(biāo)準(zhǔn)件可知，M5快換鉆套壓緊螺釘?shù)木唧w結(jié)構(gòu)如下圖4.5-3所示。
圖4.5-3 鉆套螺釘
具體的尺寸如下圖4.5-4所示
圖4.5-4 鉆套螺釘尺寸
4.6夾具截圖
圖4.6-1 裝配圖
圖4.6-2 夾具體
第5章 車(chē)Φ32端面、鉆、攻M221.5-5H螺紋的夾具設(shè)計(jì)
5.1：?jiǎn)栴}的提出
本夾具主要用于車(chē)Φ32端面；鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5；攻M221.5-5H螺紋；倒角C1；，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。
5.2：定位基準(zhǔn)的選擇
1.夾具體的凸臺(tái)面與工件端面配合限制三個(gè)自由度。
2.固定式定位銷(xiāo)與工件Φ20.96孔配合限制兩個(gè)自由度。
3.削邊銷(xiāo)與工件Φ10.5孔配合限制一個(gè)自由度。
4.工件的夾緊則由兩個(gè)鉤形壓板來(lái)實(shí)現(xiàn)。
5.3 切削力及夾緊力計(jì)算
（1）刀具： 采用端面車(chē)刀
機(jī)床： CA6140臥式車(chē)床
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù)
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在計(jì)算切削力時(shí)，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。
安全系數(shù) K=
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以
（2）夾緊力的計(jì)算
選用夾緊螺釘夾緊機(jī) 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱(chēng)直徑d=8mm，材料45鋼 性能級(jí)數(shù)為6.8級(jí)
螺釘疲勞極限：
極限應(yīng)力幅：
許用應(yīng)力幅：
螺釘?shù)膹?qiáng)度校核：螺釘?shù)脑S用切應(yīng)力為
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
滿(mǎn)足要求
經(jīng)校核： 滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，夾具安全可靠，
5.4定位誤差分析
(1)移動(dòng)時(shí)基準(zhǔn)位移誤差
（式5-5）
式中： ———— 固定銷(xiāo)孔的最大偏差
————固定銷(xiāo)孔的最小偏差
————固定銷(xiāo)定位孔與固定銷(xiāo)最小配合間隙
代入（式5-5）得： =0.021+0+0.02=0.031
(2) 轉(zhuǎn)角誤差
（式5-6）
式中： ————固定銷(xiāo)孔的最大偏差
————固定銷(xiāo)銷(xiāo)孔的最小偏差
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