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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。
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) 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 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）
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
內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計（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，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（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，則夾緊力需相應設置，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(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，剛度和阻尼效應在確定工件夾具系統(tǒng)的響應特性具有重要作用。
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XX大學
課程設計論文
GY4型剛性凸緣聯(lián)軸器零件工藝規(guī)程
及加工軸孔手動夾具設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
摘 要
GY4型彈性柱銷聯(lián)軸器零件加工工藝及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，誤差購買后包含有CAD圖紙和論文,咨詢Q401339828
37
目 錄
摘 要 II
目 錄 III
第1章 序 言 1
第2章 零件的分析 2
2.1零件的形狀 2
2.2零件的工藝分析 2
第3章 工藝規(guī)程設計 3
3.1 確定毛坯的制造形式 3
3.2定位基準的選擇零件表面加工方法的選擇 3
3.3 制定工藝路線 4
3.4 選擇加工設備和工藝裝備 5
3.4.1 機床選用 5
3.4.2 選擇刀具 6
3.4.3 選擇量具 6
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6
第4章 確定切削用量及基本時間 8
4.1 工序Ⅰ切削用量的及基本時間的確定 8
4.2 工序Ⅱ切削用量的及基本時間的確定 12
4.3 工序Ⅲ切削用量及基本時間的確定 13
4.4 工序Ⅳ切削用量及基本時間的確定 15
4.5 工序Ⅴ切削用量及基本時間的確定 16
4.6 工序Ⅵ切削用量及基本時間的確定 18
第5章 加工軸孔手動夾具設計 22
5.1 車床夾具設計要求說明 22
5.2車床夾具的設計要點 22
5.3夾具的設計 24
5.4定位機構(gòu) 29
5.5夾緊機構(gòu) 29
5.6零件的車床夾具的加工誤差分析 29
5.7確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu) 30
5.8零件的車床專用夾具簡單使用說明 31
總 結(jié) 9
致 謝 9
參 考 文 獻 35
第1章 序 言
機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。
GY4型彈性柱銷聯(lián)軸器零件加工工藝及夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等的基礎下，進行的一個全面的考核。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證尺寸證零件的加工質(zhì)量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設計。
本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。
第2章 零件的分析
2.1零件的形狀
題目給的零件是GY4型彈性柱銷聯(lián)軸器零件，主要作用是起連接作用。它主要用于軸與軸之間的連接，以傳遞動力和轉(zhuǎn)矩。由于彈性套易發(fā)生彈性變形及其外徑與圓柱孔為間隙配合，因而使聯(lián)軸器具有補償兩軸相對位移和減震緩沖的功能。且不用設置中榫機構(gòu)，以免喪失補償相對位移的能力。
零件的實際形狀如上圖所示，從零件圖上看，該零件是典型的零件，結(jié)構(gòu)比較簡單。具體尺寸，公差如下圖所示。
2.2零件的工藝分析
由零件圖可知，其材料為45，，具有較高強度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應力和要求耐磨零件。
GY4型彈性柱銷聯(lián)軸器零件主要加工表面為：1.車外圓及端面，表面粗糙度值為3.2。2.車外圓及端面，表面粗糙度值3.2。3.車裝配孔，表面粗糙度值3.2。4.半精車側(cè)面，及表面粗糙度值3.2。5.兩側(cè)面粗糙度值6.3、12.5，法蘭面粗糙度值6.3。
GY4型彈性柱銷聯(lián)軸器共有兩組加工表面，他們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下：
(1)．左端的加工表面：
? ? 這一組加工表面包括：左端面，Φ105外圓，Φ55外圓，Φ28內(nèi)圓，倒角鉆孔并攻絲。這一部份只有端面有6.3的粗糙度要求，。其要求并不高，粗車后半精車就可以達到精度要求。而鉆工沒有精度要求，因此一道工序就可以達到要求，并不需要擴孔、鉸孔等工序。
(2).右端面的加工表面：
這一組加工表面包括：右端面；Φ105的外圓，粗糙度為1.6；Φ55的外圓并帶有倒角其要求也不高，粗車后半精車就可以達到精度要求。其中，Φ28的孔或內(nèi)圓直接在上做鏜工就行了。
第3章 工藝規(guī)程設計
本GY4型彈性柱銷聯(lián)軸器假設年產(chǎn)量為10萬臺，每臺車床需要該零件1個，備品率為19%，廢品率為0.25%，每日工作班次為2班。
該零件材料為45，考慮到零件在工作時要有高的耐磨性，所以選擇鍛造。依據(jù)設計要求Q=100000件/年，n=1件/臺；結(jié)合生產(chǎn)實際，備品率α和 廢品率β分別取19%和0.25%代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領
N=2XQn(1+α)（1+β)=238595件/年
3.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為45，考慮到零件在使用過程中起連接作用，分析其在工作過程中所受載荷，最后選用鍛造，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。年產(chǎn)量已達成批生產(chǎn)水平，而且零件輪廓尺寸不大，可以采用鍛造，這從提高生產(chǎn)效率，保證加工精度，減少生產(chǎn)成本上考慮，也是應該的。
3.2定位基準的選擇零件表面加工方法的選擇
待加工的兩零件是盤狀零件，孔是設計基準（也是裝配基準和測量基準），為避免由于基準不重合而產(chǎn)生的誤差，應選孔為定位基準，即遵循“基準重合”的原則。具體而言，即選?28mm的孔及其一端面作為精基準。
由于待加工的兩零件全部表面都需加工，而孔作為精基準應先進行加工，對主動端而言，應選面積較大的外圓及其端面為粗基準；對從動端而言，應選面積較大?105mm的外圓及其端面為粗基準。
待加工的兩零件的加工面有外圓、內(nèi)孔、端面、鍵槽、錐孔，材料為30CrMnSi鋼。以公差等級和表面粗糙度要求，參考相關資料，其加工方法選擇如下。
（1）?55mm的外圓面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800—79規(guī)定其公差等級按IT14,表面粗糙度為Ra25um，粗車即可（表5-14）。
（2）?105mm的外圓面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800—79規(guī)定其公差等級按IT14,表面粗糙度為Ra6.3um，需進行精車和半精車。
（3）?9mm的柱銷孔 為未注尺寸公差，根據(jù)GB 1800—79規(guī)定其公差等級按IT14,表面粗糙度為Ra6.3um，需進行粗鏜（表5-15）。
（4）?28mm的內(nèi)孔，公差等級為IT8,表面粗糙度為Ra1.6um，需進行粗膛→半精膛→精鏜加工（表5-15）。
（5）鍵槽 槽寬和槽深的公差等級分別為IT13和IT14,表面糙粗度分別為Ra3.2um和Ra6.3um,需采用三面刃銑刀，粗銑→半精銑（表5-16）。
（6）端面 本零件的端面為回轉(zhuǎn)體端面，尺寸精度的都要求不高，表面粗糙度為Ra25um,粗車即可。
3.3 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(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)綱領已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
3.3.1 工藝路線方案一
3.3.1 主動端
工序10 鍛造出毛坯。
工序20 毛坯熱處理，時效處理。
工序30：以?86mm處外圓及其端面定位，粗車另一端面，粗車半精車外圓?105mm，
工序40：以半精車后的?105mm外圓及其端面定位，粗車另一端面，粗車外圓?55mm，倒角。
工序50：以半精車后的?105mm外圓及其端面定位,半精車另一端面粗鏜?28mm及錐度的孔。
工序60：以?105mm外圓及其端面定位，精鏜?28mm及錐度的孔。
工序70：以?402mm孔及端面定位，粗銑、半精銑鍵槽。
工序80：以?28mm孔、端面及粗銑后的鍵槽定位，一共要加工8個?9mm的柱銷孔。
工序90：去毛刺。
工序100 終檢入庫。
3.3.2 從動端
工序10 鍛造出毛坯。
工序20 毛坯熱處理，時效處理。
工序30：以?86mm處外圓及其端面定位，粗車另一端面，粗車半精車外圓?105mm，
工序40：以半精車后的?105mm外圓及其端面定位，粗車另一端面，粗車外圓?55mm，倒角。
工序50：以半精車后的?105mm外圓及其端面定位,半精車另一端面粗鏜?28mm孔。
工序60：以?105mm外圓及其端面定位，精鏜?28mm孔。
工序70：以?402mm孔及端面定位，粗銑、半精銑鍵槽。
工序80：以?28mm孔端面及粗銑后的鍵槽定位，一共要加工8個?9mm的柱銷孔。
工序90：去毛刺。
工序100 終檢入庫。
3.4 選擇加工設備和工藝裝備
3.4.1 機床選用
①.工序Ⅳ和工序Ⅵ是粗車、粗鏜和半精車、半精鏜。各工序的工步數(shù)不多，成批量生產(chǎn)，故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求屬于中等要求，選用最常用的CA6140臥式車床。參考根據(jù)《機械制造設計工工藝簡明手冊》表4.2-7。
②.工序Ⅸ是鉆孔，選用Z525搖臂鉆床。
主、從動端工序Ⅳ都為CA6140臥式車床。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回轉(zhuǎn)體，故宜在車床上鏜孔。由于要求的精度較高，表面粗糙度較小，需選用較精密的機床才能滿足要求，因此選用CA6140臥式車床（表5-55）。
3.4.2 選擇刀具
①.在車床上加工的工序,一般選用硬質(zhì)合金車刀和鏜刀。加工刀具選用YG6類硬質(zhì)合金車刀，它的主要應用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟性,可選用可轉(zhuǎn)位車刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。
②.鉆孔時選用高速鋼麻花鉆，參考《機械加工工藝手冊》（主編 孟少農(nóng)），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數(shù)。
3.4.3 選擇量具
本零件屬于成批量生產(chǎn)，一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種：一是按計量器具的不確定度選擇；二是按計量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“GY4型彈性柱銷聯(lián)軸器” 零件材料為45，查《機械加工工藝手冊》（以后簡稱《工藝手冊》），表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較，硬度HB為143～269，表2.2-23 球墨鑄鐵的物理性能，密度ρ=7.2～7.3（），計算零件毛坯的重量約為2。
表3-1 機械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì)
生產(chǎn)類別
同類零件的年產(chǎn)量[件]
重型
（零件重>2000kg）
中型
（零件重100~2000kg）
輕型
（零件重<100kg）
單件生產(chǎn)
5以下
10以下
100以下
小批生產(chǎn)
5~100
10~200
100~500
中批生產(chǎn)
100~300
200~500
500~5000
大批生產(chǎn)
300~1000
500~5000
5000~50000
大量生產(chǎn)
1000以上
5000以上
50000以上
根據(jù)所發(fā)的任務書上的數(shù)據(jù)，該零件的月工序數(shù)不低于30～50，毛坯重量2<100為輕型，確定為大批生產(chǎn)。
根據(jù)生產(chǎn)綱領，選擇鑄造類型的主要特點要生產(chǎn)率高，適用于大批生產(chǎn)，查《工藝手冊》表3.1-19 特種鑄造的類別、特點和應用范圍，再根據(jù)表3.1-20 各種鑄造方法的經(jīng)濟合理性，采用機器砂模造型鑄件。
表3-2 成批和大量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級
鑄造方法
公差等級CT
球墨鑄鐵
砂型手工造型
11~13
砂型機器造型及殼型
8~10
金屬型
7~9
低壓鑄造
7~9
熔模鑄造
5~7
根據(jù)上表選擇金屬型公差等級為7級。
3-3 鑄件尺寸公差數(shù)值
鑄件基本尺寸
公差等級CT
大于
至
8
63
100
160
100
160
250
1.6
1.8
2.0
根據(jù)上表查得鑄件基本尺寸大于100至160，公差等級為8級的公差數(shù)值為1.8。
表3-4 鑄鐵件機械加工余量（JB2854-80）如下
鑄件基本尺寸
加工余量等級 6
澆注時位置
>120~250
6.0
4.0
頂、側(cè)面
底 面
鑄孔的機械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機械加工余量選擇。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。
第4章 確定切削用量及基本時間
切削用量包括背吃刀量a、進給量f和切削速度v。確定順序是先確定a、f、再確定v。
4.1 工序Ⅰ切削用量的及基本時間的確定
4.1.1 切削用量 以?86mm外圓及其端面定位，粗車另一端面，粗車半精車外圓?105mm，
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為3mm，可在一次走刀內(nèi)完成，故
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構(gòu)強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構(gòu)允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 （3-2）
由于切削時進給力小于機床進給機構(gòu)允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質(zhì)合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （3-3）
===120 （3-4）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=125
這時實際切削速度為：
== （3-5）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2 （3-6）
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為：
=3.75，=，==，=
⑥.倒角
為了縮短輔助時間，取倒角時的主軸轉(zhuǎn)速與鉆孔相同
換車刀手動進給。
⑦. 計算基本工時
（3-7）
式中=++，=
由《切削用量簡明使用手冊》表1.26，車削時的入切量及超切量+=，則=+=
== （3-8）
3.6.1.3 確定粗鏜的切削用量及基本工時
①.確定切削深度
==
②.確定進給量
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.5可知，當粗鏜鑄件時，鏜刀直徑，，鏜刀伸出長度為時：
=0.15～0.40
按CA6140機床的進給量（表4.2—9），選擇，
=0.25
③.確定切削速度
= （3-9）
式中=，=0.2，=0.20，=，=0.15
（3-10）
=37
== （3-11）
按CA6140機床的轉(zhuǎn)速，選擇
=160=2.6
④.計算基本工時
選鏜刀的主偏角=，則=，，，，，，，則：
==117
4.1.2 基本時間
5.1.2.1主動端
確定粗車主動端外圓?105的基本時間。參考文獻[1]表2-24，車外圓基本時間為
T
式中，=40mm,～3), 90°，=2mm，=4mm,=0, f=0.65mm/r,n=0.77r/s,
s
確定粗車主動端外圓?55的基本時間：
式中，=9mm, =2mm, =4mm, =0, f=0.55mm/r, n=0.77r/s, ，則
s
確定粗車主動端端面的基本時間：
，
式中，d=164.8mm,d=0, =2mm, =4mm, =0, f=0.65mm/r, n=0.77r/s, ，則
=177s
確定粗車主動端臺階面的基本時間：
，
式中，d=164.8mm,=94.6mm, =0mm, =4mm, =0, f=0.6mm/r, n=0.77r/s, ，則
=85s
確定粗鏜?28mm孔的基本時間，選鏜刀的主偏角45°。
式中，=84mm, =3.5mm, =4mm, =0，f=0.1mm/r，n=6.17r/s, ,則 =148s
確定工序的基本時間：
=55+35+2+85+148=643s
5.1.2.2從動端
確定粗車從動端外圓的基本時間: =80s
確定粗車從動端端面的基本時間： =95s
確定粗車從動端臺階面的基本時間： =94s
確定粗鏜?28mm孔的基本時間: =197s
確定工序的基本時間：
=80+95+94+197=466s
4.2 工序Ⅱ切削用量的及基本時間的確定
采用與工序Ⅰ確定切削用量的方法，得本工序的切削用量及基本時間如下：
本工序為粗車（車端面、外圓及倒角），已知條件與工序Ⅰ相同。車端面、外圓可采用與工序Ⅰ相同的可轉(zhuǎn)位車刀。
4.2.1主動端
見表5-1
表5-1 主動端工序Ⅱ的切削用量及基本時間
工步
/mm
f/mm·r
v/m·s
n/r·s
/s
粗車端面
2
0.52
0.38
1.5
113
粗車外圓?55mm
2.3
0.52
0.38
1.5
68
倒角
手動
0.38
1.5
4.2.2 從動端
見表5-2
表5-2 從動端工序Ⅱ的切削用量及基本時間
工步
/mm
f/mm·r
v/m·s
n/r·s
/s
粗車端面
2
0.65
25.4
0.77
177
粗車外圓?160mm
2.4
0.65
25.4
0.77
152
4.3 工序Ⅲ切削用量及基本時間的確定
4.3.1 切削用量
本工序為半精加工（車端面、外圓、鏜孔）。已知條件與粗加工工序相同。
確定以半精車后的?105mm外圓及其端面定位，粗車另一端面，粗車外圓?55mm，倒角。切削用量。所選刀具為YT15硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。車刀形狀所選刀具為YT15硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。車刀形狀、刀桿尺寸及刀片厚度均與粗車相同，查參考文獻[6]表1-3，車刀幾何形狀為，′=
ⅰ. 確定背吃刀量
==0.75mm
ⅱ. 確定進給量
根據(jù)參考文獻[7]表1.6及參考文獻[2]表4.2-9中C620-1機床進給量，選擇。由于是半精加工，切削力較小，故不須校核機床進給機構(gòu)強度。
ⅲ. 選擇車刀磨鈍標準及耐用度
查參考文獻[7]表1.9，選擇車刀后刀面最大磨損量為0.4mm，耐用度T=30min。
查參考文獻[6]表1.10，當用YT15硬質(zhì)合金車刀加工σb>1000MPs的合金鋼，，，切削速度=97m/min。
切削速度的修正系數(shù)查參考文獻[7]表1.28得：，其余的修正系數(shù)均為1，故：
V=97×0.81×1.15=90.4m/min
=178r/min
查參考文獻[6]表4.2-8選擇C620-1機床的轉(zhuǎn)速為：
n=185r/min=3.08r/s
則實際切削速度v=1.56m/s
半精加工，機床功率也可不校驗。
最后確定的切削用量為：
=0.75mm, f=0.3mm/r, n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。
確定半精車主動端端面的切削用量。采用車外圓?160mm相同的刀具加工，切削用量為：
,f=0.3mm/r,n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。
確定半精車從動端外圓?71mm的切削用量。采用車外圓?160mm相同的刀具加工，切削用量為：
，f=0.3mm/r, n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。
確定半精車從動端端面的切削用量。采用車外圓?160mm相同的刀具加工，切削用量為：
，f=0.3mm/r,n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。
確定半精鏜孔?28mm的切削用量。所選刀具為YT15硬質(zhì)合金、主偏角°、直徑為12mm的圓形鏜刀。其耐用度T=60min。
ⅰ.。
ⅱ.參考文獻[1]表5-139和表5-57，f=0.2mm/r。
ⅲ.參考文獻[1]表2-8的計算公式確定。
V=
式中，C=291，m=0.2,x=0.15,y=0.2,T=60min,k=0.9,則
V==150m/min
=1209.4r/min
選擇C620-1車床的轉(zhuǎn)速n=1200r/min=20r/s。
4.3.2 切削用量
確定半精車主動端外圓?105mm的基本時間： =52s
確定半精車主動端端面的基本時間： =94s
確定半精車從動端外圓?55mm的基本時間： =45s
確定半精車從動端端面的基本時間： =45s
確定半精鏜主動端孔?28mm的基本時間： =14s
確定半精鏜從動端孔?28mm的基本時間： =30s
4.4 工序Ⅳ切削用量及基本時間的確定
4.4.1 切削用量
本工序為精鏜?28mm的孔。
確定精鏜?28mm孔的切削用量。選刀具為YT30硬質(zhì)合金、主偏角°、直徑為12mm的圓形鏜刀。其耐用度T=60min。
==0.25mm
f=0.15mm/r
v=×1.4=230.77mm/min
=1837.3r/min
參考文獻[1]表5-56，根據(jù)C6140車床的轉(zhuǎn)速表，選擇n=1400r/min=23.3r/s,則實際切削速度v=4.98m/s。
4.4.2 基本時間
5.4.2.1 確定精鏜主動端?28mm孔的基本時間：
=16s
5.4.2.2確定精鏜從動端?28mm孔的基本時間：
=34s
4.5 工序Ⅴ切削用量及基本時間的確定
4.5.1 粗銑
5.5.1.1 切削用量
粗銑以?28mm孔及端面定位，粗銑、半精銑鍵槽，所選刀具為高速鋼三面刃銑刀。銑刀直徑d=80,寬度L=12mm,齒數(shù)z=10。參考文獻[1]表5-143選銑刀的基本形狀。由于加工材料的σ>1000MPs,故選前角=10°，后角=12°(周銑)，=6°（端銑）。已知銑削寬度=9mm,銑削深度=8mm。機床選用X62W型臥式銑床。
確定每齒進給量。參考文獻[1]表5-144，X62W臥式銑床的功率為7.5KW（表5-74），工藝系統(tǒng)剛性為中等，細齒盤銑刀加工鋼料，查得每齒進給量=0.6～1.0mm/z?，F(xiàn)取=0.07mm/z。
確定銑刀磨鈍標準及耐用度。參考文獻[1]表5-148，用高速鋼盤銑刀粗加工鋼料，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為0.6mm，銑刀直徑d=80mm,耐用度T=120min（表5-149）。
確定切削速度和工作臺每分鐘進給量。參考文獻[1]表2-17中公式計算：
式中，=48,=0.25，=0.1，=0.2，=0.3，=0.1，m=0.2,T=120min, =8, =0.07mm/z, =9mm, z=10,d=80mm,=1.0。
=2.62m/min
n==10.4r/min
參考文獻[1]表5-75，根據(jù)X62W型臥式銑床主軸轉(zhuǎn)速表，選擇n=30r/min=0.5r/s,則實際切削速度v=0.13m/s,工作臺每分鐘進給量為
=0.07×10×30=28mm/min
參考文獻[1]表5-76, 根據(jù)X62W型臥式銑床工作臺進給量，選擇=23.5mm/min,則實際的每齒進給量為==0.078mm/z。
驗證機床效率。參考文獻[1]表2-18的計算公式，銑削時的功率（單位為KW）為
（N）
式中，=650,=1.0,=0.72,=0.86,=0,=0.86, =8, =0.078mm/z, =9mm, z=10,d=80mm, n=30r/min,=0.63。
=797.3
v=0.13m/s
=0.10KW
X62W銑床主電動機的功率為7.5KW，故所選切削用量可以采用。所確定的切削用量為
=0.078mm/z, =23.5mm/min, n=30r/min, v=0.13m/s
5.5.1.2 基本時間
參考文獻[1]表2-28，三面刃銑刀銑槽的基本時間為
a.主動端：
式中，=84mm,=+(1～3)，=9mm,d=80mm,=76mm,=4mm, =23.5mm/min,=4
=6.98min=419s
b.從動端：
=8.17min=490s
4.5.2 半精銑
5.5.2.1 切削用量
半精銑鍵槽，所選刀具為高速鋼錯齒三面刃銑刀。d=80mm, L=12mm, z=10。機床亦選用X62W型臥式銑床。
確定每齒進給量。加工要求保證的表面粗糙度3.2μm, 參考文獻[1]表5-144,每轉(zhuǎn)進給量=0.5～1.2mm/r,現(xiàn)取=0.6mm/r，則
==0.06mm/r
確定銑刀磨鈍標準及耐用度。參考文獻[1]表5-148，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為0.25mm；參考文獻[1]表5-149，耐用度T=120min。
確定切削速度和工作臺每分鐘進給量。參考文獻[1]表2-17中公式計算，得
=17.79m/min=0.3m/s
n=1.19r/s=71r/min
參考文獻[1]表5-75，根據(jù)X62W型臥式銑床主軸轉(zhuǎn)速表，選擇n=75r/min=1.25r/s, 則實際切削速度v=0.314m/s, 工作臺每分鐘進給量為=0.06×10×75=45mm/min
參考文獻[1]表5-76, 根據(jù)X62W型臥式銑床工作臺進給量，選擇=47.5mm/min,則實際的每齒進給量為==0.063mm/z。
5.5.2.2 基本時間
a.主動端：
=×4=10s
b.從動端：
=×4=12s
4.6 工序Ⅵ切削用量及基本時間的確定
4.6.1 主動端
（1）鉆孔
3.6.5.1 確定以?28mm孔、端面及粗銑后的鍵槽定位，一共要加工8個?9mm的錐銷孔。
鉆孔Φ9，本工序采用計算法。
表3-5高速鋼麻花鉆的類型和用途
標準號
類型
直徑范圍（mm）
用途
GB1436-85
直柄麻花鉆
2.0～20.0
在各種機床上，用鉆模或不用鉆模鉆孔
GB1437-85
直柄長麻花鉆
1.0～31.5
在各種機床上，用鉆模或不用鉆模鉆孔
GB1438-85
錐柄麻花鉆
3.0～100.0
在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔
GB1439-85
錐柄長麻花鉆
5.0～50.0
在各種機床上，用鉆模或不用鉆模鉆孔
選用Z525搖臂鉆床，查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，查《機》表2.4-37鉆頭的磨鈍標準及耐用度可得，耐用度為4500，表10.2-5標準高速鋼麻花鉆的直徑系列選擇錐柄長，麻花鉆，則螺旋角=30，鋒交2=118，后角a=10,橫刃斜角=50，L=197mm,l=116mm。
表3-6 標準高速鋼麻花鉆的全長和溝槽長度（摘自GB6137-85） mm
直徑范圍
直柄麻花鉆
l
l1
>11.80～13.20
151
101
表3-7 通用型麻花鉆的主要幾何參數(shù)的推存值（根據(jù)GB6137-85） （o）
d (mm)
β
2ф
αf
ψ
8.6～18.00
30
118
12
40～60
表3-8 鉆頭、擴孔鉆和鉸刀的磨鈍標準及耐用度
（1）后刀面最大磨損限度mm
刀具材料
加工材料
鉆頭
直徑d0（mm）
≤20
高速鋼
鑄鐵
0.5～0.8
（2）單刃加工刀具耐用度T min
刀具類型
加工材料
刀具材料
刀具直徑d0（mm）
11～20
鉆頭（鉆孔及擴孔）
鑄鐵、銅合金及合金
高速鋼
60
鉆頭后刀面最大磨損限度為0.5～0.8mm刀具耐用度T = 60 min
①.確定進給量
查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，第二卷表10.4高速鋼鉆頭鉆孔的進給量為f=0.25～0.65,根據(jù)表4.13中可知，進給量取f=0.60。
②.確定切削速度
查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-17高速鋼鉆頭在球墨鑄鐵（190HBS）上鉆孔的切削速度軸向力，扭矩及功率得，V=12，參考《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-10鉆擴鉸孔條件改變時切削速度修正系數(shù)K=1.0，R=0.85。
V=12=10.32 （3-17）
則 = =131 （3-18）
查表4.2-12可知， 取 n = 150
則實際切削速度 = = =11.8
③.確定切削時間
查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-43，鉆孔時加工機動時間計算公式： T= （3-19）
其中 l= l=5 l=2～3
則： t= =9.13
確定鉆孔的切削用量
鉆孔選用機床為Z525搖臂機床，刀具選用GB1436-85直柄短麻花鉆，《機械加工工藝手冊》第2卷。
根據(jù)《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-2查得鉆頭直徑小于10的鉆孔進給量為0.20～0.35。
則取
確定切削速度，根據(jù)《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-9
切削速度計算公式為 （3-20）
查得參數(shù)為，刀具耐用度T=35
則 ==1.6
所以 ==72
選取
所以實際切削速度為=2.64
確定切削時間（一個孔） =
第5章 加工軸孔手動夾具設計
5.1 車床夾具設計要求說明
車床夾具主要用于加工軸孔夾具。因而車床夾具的主要特點是工件加工表面的中心線與機床主軸的回轉(zhuǎn)軸線同軸。
（1） 安裝在車床主軸上的夾具。這類夾具很多，有通用的三爪卡盤、四爪卡盤，花盤，頂尖等，還有自行設計的心軸；專用夾具通?？煞譃樾妮S式、夾頭式、卡盤式、角鐵式和花盤式。這類夾具的特點是加工時隨機床主軸一起旋轉(zhuǎn)，刀具做進給運動
定心式車床夾具 在定心式車床夾具上，工件常以孔或外圓定位，夾具采用定心夾緊機構(gòu)。
角鐵式車床夾具 在車床上加工殼體、支座、杠桿、接頭等零件的回轉(zhuǎn)端面時，由于零件形狀較復雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設計專用夾具。這種夾具的夾具體呈角鐵狀，故稱其為角鐵式車床夾具。
花盤式車床夾具 這類夾具的夾具體稱花盤，上面開有若干個T形槽，安裝定位元件、夾緊元件和分度元件等輔助元件，可加工形狀復雜工件的外圓和內(nèi)孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。
（2） 安裝在托板上的夾具。某些重型、畸形工件，常常將夾具安裝在托板上。刀具則安裝在車床主軸上做旋轉(zhuǎn)運動，夾具做進給運動。
由于后一類夾具應用很少，屬于機床改裝范疇。而生產(chǎn)中需自行設計的較多是安裝在車床主軸上的專用夾具，所以零件在車床上加工用專用夾具。
5.2車床夾具的設計要點
（1）定位裝置的設計特點和夾緊裝置的設計要求
當加工回轉(zhuǎn)表面時，要求工件加工面的軸線與機床主軸軸線重合，夾具上定位裝置的結(jié)構(gòu)和布置必須保證這一點。
當加工的表面與工序基準之間有尺寸聯(lián)系或相互位置精度要求時，則應以夾具的回轉(zhuǎn)軸線為基準來確定定位元件的位置。
工件的夾緊應可靠。由于加工時工件和夾具一起隨主軸高速回轉(zhuǎn)，故在加工過程中工件除受切削力矩的作用外，整個夾具還要受到重力和離心力的作用，轉(zhuǎn)速越高離心力越大，這些力不僅降低夾緊力，同時會使主軸振動。因此，夾緊機構(gòu)必須具有足夠的夾緊力，自鎖性能好，以防止工件在加工過程中移動或發(fā)生事故。對于角鐵式夾具，夾緊力的施力方式要注意防止引起夾具變形。
（2）夾具與機床主軸的連接
車床夾具與機床主軸的連接精度對夾具的加工精度有一定的影響。因此，要求夾具的回轉(zhuǎn)軸線與臥式車床主軸軸線應具有盡可能小的同軸度誤差。
心軸類車床夾具以莫氏錐柄與機床主軸錐孔配合連接，用螺桿拉緊。有的心軸則以中心孔與車床前、后頂尖安裝使用。
根據(jù)徑向尺寸的大小，其它專用夾具在機床主軸上的安裝連接一般有兩種方式：
1)對于徑向尺寸D＜140mm，或D＜(2～3)d的小型夾具，一般用錐柄安裝在車床主軸的錐孔中，并用螺桿拉緊，如圖1-a所示。這種連接方式定心精度較高。
2)對于徑向尺寸較大的夾具，一般用過渡盤與車床主軸軸頸連接。過渡盤與主軸配合處的形狀取決于主軸前端的結(jié)構(gòu)。
圖1-b所示的過渡盤，其上有一個定位圓孔按H7/h6或H7/js6與主軸軸頸相配合，并用螺紋和主軸連接。為防止停車和倒車時因慣性作用使兩者松開，可用壓板將過渡盤壓在主軸上。專用夾具則以其定位止口按H7/h6或H7/js6裝配在過渡盤的凸緣上，用螺釘緊固。這種連接方式的定心精度受配合間隙的影響。為了提高定心精度，可按找正圓校正夾具與機床主軸的同軸度。
對于車床主軸前端為圓錐體并有凸緣的結(jié)構(gòu)，如圖1-c所示，過渡盤在其長錐面上配合定心，用活套在主軸上的螺母鎖緊，由鍵傳遞扭矩。這種安裝方式的定心精度較高，但端面要求緊貼，制造上較困難。
圖1-d所示是以主軸前端短錐面與過渡盤連接的方式。過渡盤推入主軸后，其端面與主軸端面只允許有0.05～0.1mm的間隙，用螺釘均勻擰緊后，即可保證端面與錐面全部接觸，以使定心準確、剛度好。
圖1 車床夾具與機床主軸的連接
過渡盤常作為車床附件備用，設計夾具時應按過渡盤凸緣確定專用夾具體的止口尺寸。過渡盤的材料通常為鑄鐵。各種車床主軸前端的結(jié)構(gòu)尺寸，可查閱有關手冊
5.3夾具的設計
由機械制造工藝系統(tǒng)的組成——機床、工件、刀具和夾具可看出夾具在機械加工占有很重要的地位。尤其在成批生產(chǎn)時更是大量的采用機床夾具。它們是機床工件之間的聯(lián)結(jié)裝置，使工件相對于機床或刀具獲得正確位置。機床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，所以機床夾具設計是裝配設計中一項重要的工作，是加工過程中最活躍的因素之一，是一種在金屬切削機床上實現(xiàn)裝夾任務的工藝裝備，是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分[8]。
機床上工件的安裝方法，可歸結(jié)為三種：直接找正法、劃線找正法、夾具定位法。其中機床夾具又分為：通用夾具和專用夾具。在車床上使用夾具有三個目的：提高機床的生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量和解決疑難工藝、擴大機床用途為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。凡是直接承受定位基準的夾具零件，稱為定位元件。使工件在夾具中定位用的定位元件，又叫支承。支承可分為主要支承和輔助支承。用來限制工件的全部自由度或其中的幾個自由度，使工件在夾具中占有一定位置的定位元件，叫主要支承；在夾具中只用來加強工件定位時的穩(wěn)定性及剛性的支承，叫輔助支承。夾具上的定位元件應滿足：定位元件的工作表面需具有高度的耐磨性，以便長期保持夾具的定位精度；定位元件在夾具中的位置須使它們在磨損或損壞后，易于更換或修理，以節(jié)省修理夾具所需要的時間和費用，所以通常不允許直接利用夾具體作為定位元件；為了使定位元件的工作表面保持清潔，以便和工件定位基準接觸良好，定位元件的工作表面尺寸應盡可能的小，更不必和工件的定位表面全部接觸；為了使工件在加工時穩(wěn)固可靠，定位元件的排列應使切削力和夾緊力落在支承點上或落在幾個支承點的中間。在車床加工中，除了在角鐵和花盤或特殊夾具上加工外，很少用平面定位加工，以下幾種是以：
平面定位所用的定位元件：釘頭支承、板型支承、可調(diào)支承。
工件以外圓柱面作為定位基準的定位元件：用V型塊作為定位元件、用圓柱孔作為定位元件、使用定心夾緊裝置（雙爪卡盤、三爪卡盤、彈簧夾頭）。
工件以內(nèi)孔作為定位基準的定位元件：定位銷、心軸（整體式心軸、脹力心軸、組合心軸、球式心軸、自動夾緊心軸、盤形彈簧心軸、塑料心軸、橡膠心軸、花鍵心軸）
工件以中心孔、端面外圓及端面內(nèi)孔作為定位基準的定位元件：工件以中心孔作為定位基準用的頂針（前頂針、后頂針）、工件以端面外圓及端面內(nèi)孔作為定位基準用的頂針（前頂針、后頂針）、傳動裝置（機心夾頭、自動卡緊雞心夾頭、傳動盤/撥盤、自動夾緊傳動夾頭、氣壓傳動夾頭）
工件以螺紋作為定位基準（整體式螺紋定位、活動式螺紋定位）
工件以曲型面作為定位基準
工件以燕尾槽作為定位基準
夾緊裝置：
工件在固定和夾緊時的裝置，可用手動夾緊、機動夾緊、自動夾緊和液體塑料夾緊。
手動夾緊指直接利用人力和扳手來操作的。
機動夾緊指壓縮空氣和真空夾緊、液壓傳動夾緊和電磁夾緊等。
自動夾緊指夾緊力（把工件壓向夾具定位支承所使用的力）利用機床運動部分來自動操縱的。
液體塑料夾緊指利用液體塑料的壓力通過襯套薄壁的彈性變形把夾緊力傳給工件。
在車床上加工時，夾緊工件的方法一般有三種：裝在頂針之間、裝在心軸上和夾在夾頭（或卡盤）內(nèi)。
常用夾緊裝置的種類：簡單的壓板裝置、螺旋壓板裝置、鉸鏈式壓板裝置螺釘式夾緊裝置、螺母式夾緊裝置、氣動夾緊裝置
工件在固定和夾緊時應注意事項：
1.夾緊時必須保證不破壞工件的正確定位，并且有足夠的穩(wěn)固性。
2.在與車床主軸中心線平行的定位元件上裝夾工件時，夾緊時所需的力最好是從上向下。夾緊力的大小，必須保證加工過程中工件位置不發(fā)生變化，而且各作用點的夾緊力應力求均勻。通常（用平面定位時）壓向主要基面的夾緊力要大一些，壓向?qū)蚧婧椭С谢娴膴A緊力要小一些。
3.工件夾壓部位和夾緊力的作用點，應盡量設置在夾具支撐面上，由支撐面直接承受或位于幾個支承所組成的面積之內(nèi)，不能壓空，并應在工件剛度最大的部分，以免工件變形，影響加工精度和造成事故。
4.夾緊力的作用點，應盡量設置在距切削力做用點和加工表面近些，這樣可增加工件的剛性和穩(wěn)定性，保證加工質(zhì)量。
5.夾緊時，夾緊機構(gòu)必須保證不使夾具本身產(chǎn)生變形。
6.夾緊力的方向?qū)A緊力的大小影響很大，應特別注意。如果夾緊力和切削力的方相一致，顯然只需很小的夾緊力，工件在加工中也不會移動，所以應避免夾緊力和切削力方向相反的夾緊形式。
7.夾緊機構(gòu)在可靠的基礎上，應結(jié)構(gòu)簡單、剛型好、操作方便、使用安全、便于制造和修理。
8.夾緊機構(gòu)的零件，最好與夾具體聯(lián)系在一起，這樣使用起來不但方便，同時免得丟失而影響工作。
9.夾緊機構(gòu)不能妨礙工件的裝卸、加工、檢查和測量等工作。
10.夾緊機構(gòu)的夾緊力，應具有調(diào)整的可能性，并且調(diào)整要方便。
11.在一個夾具內(nèi)，最好只有一種或不多與兩種形式的夾緊機構(gòu)，而且夾緊元件應盡量標準化、規(guī)格化和統(tǒng)一化。
夾具的設計原則：
1.要注意工件的形狀及精度要求。
2.夾緊力大小的決定及材料的選擇。
3.夾具在旋轉(zhuǎn)時應保持平衡。
4.操作要安全。
5.要注意加工方式。
6.安裝次數(shù)要少。
設計夾具的程序如下：
1.分析研究加工的工件。研究部件的裝配圖，明了加工工件的性能和作用，以及與其它零件的相互關系；研究工件的工作圖，明了工件的形狀尺寸、加工表面、精度等級、幾何精度、技術要求、材料牌號及其硬度等；研究工件的工藝要求，根據(jù)裝配圖和工作圖，分析選用工件的定位基面。
2.擬定夾具的類型和結(jié)構(gòu)。研究工藝人員對夾具結(jié)構(gòu)提出的特殊要求和技術問題；研究過去設計使用過的同類型夾具的結(jié)構(gòu)，分析它們的優(yōu)缺點，以改進夾具的設計；根據(jù)以選定的工件定位基面，擬定在夾具中的定位方法和結(jié)構(gòu)形式；研究和確定工件的夾緊部位和夾緊方法，設計可靠的夾緊機構(gòu)；研究和了解所選用的機床的規(guī)格、性能和精度等條件，以便確定夾具安裝在機床上的位置及其相應的連接方法和固定方法；了解制造夾具的有關設備情況，以便確定夾具體和主要零件的工藝性和制造方法。
3.繪制夾具的總圖。首先畫出工件的外部輪廓（用雙點劃線或紅色鉛筆來表示）以便確定夾具的有關尺寸。再畫出工件加工的部位和加工余量（用交叉線來表示），以便確定刀具和輔助工具的尺寸和相對的工作位置；夾具的總圖上應當具有2~3個投影圖和必要的剖面圖。按照這些圖可以了解和判斷出夾具的任何一個零件；夾具總圖的正視圖，應當是以夾具實際工作時在機床上的安裝位置，或按工人的操作位置設計；在圖上應注出所有適當公差的基面尺寸、座標尺寸、定位尺寸和夾具的外形尺寸，根據(jù)這些尺寸，可以作夾具的檢查和測量；所有連接件和配合件，都應注出連接尺寸、配合尺寸和配合公差，以及幾何形狀的偏差；對夾具零件進行編號，并按廠內(nèi)所規(guī)定的格式作出夾具的零件明細表，圖紙應合乎國家標準的規(guī)定；在圖上應當注出夾具的技術要求、定期檢查的時間和周期。
4.測繪夾具零件的工作圖。根據(jù)夾具總圖測繪出每一個零件的工作圖（標準件可不繪）；根據(jù)夾具的結(jié)構(gòu)和工藝上的條件來決定零件的形狀和注出全部尺寸、配合公差，允許的幾何形狀偏差、熱處理以及其他技術要求；零件加工的表面光潔度一般與尺寸精度和幾何精度有關，夾具零件最常用的是▽6~▽9。
5.選用零件的材料。夾具零件一般選擇用較好的材料制造，因此，必須注明零件所使用的材料牌號；根據(jù)夾具的結(jié)構(gòu)和零件的工作情況，以及所起的作用，就能夠確定對零件材料的基本要求，從而按材料的性能和工廠材料的供應情況來選用合適的材料；確定材料的熱處理規(guī)范，以及應達到的硬度要求等，使零件具有相當?shù)捻g性和耐磨性。
步驟：選擇工件的定位基準——決定工件的定位方法、定位元件——選擇夾緊裝置——考慮夾具與機床的連接方法——解決夾具旋轉(zhuǎn)時的平衡——夾具的加工——夾具的強度和剛度等。
在金屬切削機床上進行加工時，為了保證工件加工表面的尺寸，幾何形狀和相互位置的精度等要求，在加工方法確定之后，需要解決的問題之一是使工件相對于刀具和機床占有正確的加工位置（即工件的定位）并把工件壓緊夾牢，以保證這個確定了的位置在加工過程中穩(wěn)定不變（即工件的夾緊）就是工件在上的正確安裝。
但由于工件形狀比較復雜，加工內(nèi)容多，精度要求較高，所以設計夾具時必須考慮到夾具本身的制造精度和定位的精度，并以方便高效的方式進行夾緊。
由于殼體件結(jié)構(gòu)復雜、壁薄較薄，夾緊力過大或夾緊力著力點不適當，都會使工件產(chǎn)生夾緊變形。在這種狀態(tài)下加工，雖然工件“合格”，但加工后撤去夾緊力，工件便恢復原狀，破壞了已加工好的精度，在殼體加工中，必須注意夾緊對工件加工精度的影響，采取有效措施保證加工精度。
夾緊力作用點的選擇應選擇工件剛度較大的部位，并保證夾緊力作用于主要定位面上。例如，夾緊力施于殼體的較大的內(nèi)孔表面；
提高接觸剛度 孔系加工時，應盡量提高殼體基準面與夾具定位元件的接觸剛度。目前，最常見的夾緊方式有機械夾緊、液壓夾緊、氣壓夾緊，其三種方法比較如下表：
表2 機械夾緊、液壓夾緊、氣壓夾緊三種方法的比較
比較項目
機械夾緊
液壓夾緊
氣壓夾緊
夾緊力
較大
最大
中等
動作快慢
慢
較慢
較快
環(huán)境要求
一般
較高
適應性好
構(gòu)造
一般
復雜
簡單
載荷變化影響
沒有
有一些
稍有
遠距離操縱
短距離
短距離
中距離
工作壽命
一般
一般
長
維護
簡單
要求高
一般
價格
一般
稍貴
便宜
綜上所述，機械夾沒有緊載荷變化影響，適合短距離操作維護簡單，是鋁合金殼體加工件的理想夾緊方式。
提高加工效率及方便加工，現(xiàn)決定采用硬質(zhì)合金車刀對端面和內(nèi)孔面進行加工。同時，為了減少價格，易于操作和更換，準備采用機械夾緊裝置。
該機械夾緊裝置夾具工作原理：帶斜槽的雙排模式卡爪自動定心裝置，用在車床上按內(nèi)孔將工件定心和夾緊。當擰緊螺母時，使導套1右移，依靠斜槽把左排3個卡爪張開；同時，螺栓帶動導套2左移，依靠斜槽把右排3個卡爪張開，使工件自動夾定心和夾緊，并使兩排的夾緊力相