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南京工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
機(jī)械工程 學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（流體傳動(dòng)）專業(yè)
設(shè) 計(jì) 題 目 A型齒輪油泵泵體安裝板底面銑夾具3D設(shè)計(jì)
學(xué) 生 姓 名 顧家明
班 級(jí) 流體傳動(dòng) 111
起 止 日 期 2015.3.2～2012.6.12
指 導(dǎo) 教 師 郝維春
教研室主任 高培川
發(fā)任務(wù)書日期 2015 年 1 月 16 日
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)：
零件圖；
生產(chǎn)綱領(lǐng)：1萬件/年；兩班制；
夾具夾緊方式不限。
2.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容和要求(包括技術(shù)要求、圖表要求以及工作要求等)：
熟悉課題要求，收集、閱讀、翻譯有關(guān)資料；
擬定方案，比較方案，確定方案；
繪制夾具裝配圖；
繪制夾具零件3D圖；
繪制夾具3D裝配圖；
繪制主要零件圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。
3.畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的技術(shù)文件：
開題報(bào)告；論文摘要（中、英文）；譯文；
夾具圖總裝圖（約1張零號(hào)）；
主要零件圖等（約0.15～2張零號(hào)）；
夾具3D裝配圖（約0.5～1張零號(hào)）；
設(shè)計(jì)說明書1.5萬字以上（計(jì)算機(jī)打?。?。
4.主要參考文獻(xiàn)：
機(jī)械制造工藝人員設(shè)計(jì)手冊(cè)
夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)
夾具設(shè)計(jì)圖冊(cè)
工程師設(shè)計(jì)手冊(cè)
機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)
機(jī)械加工工藝手冊(cè)及典型零件工藝圖冊(cè)
5.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃(以周為單位)：
起 止 日 期
工 作 內(nèi) 容
備 注
第1周
第2周
第3-4周
第5周
第6周
第7-8周
第9周
第10-11周
第12周
第13周
第14周
第15周
布置課題，熟悉課題、查閱資料
研讀課題相關(guān)資料，撰寫開題報(bào)告
開題、查閱翻譯資料
完成開題報(bào)告和資料翻譯
擬定零件加工工序
繪制夾具裝配圖
繪制主要零件圖
繪制零件3D圖
繪制夾具裝配3D圖
編寫中英文摘要
編寫設(shè)計(jì)說明書，打印圖紙、文檔
答辯
教研室審查意見：
室主任
年 月 日
院部審查意見：
教學(xué)院長
年 月 日
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程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過度的夾緊力可誘導(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(duì)工件的定位誤差，同時(shí)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(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)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對(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，總的問題是制定一個(gè)線性規(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)度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線接觸力相對(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，通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(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，這種方法無法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，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)問題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個(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(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性的，因?yàn)榻佑|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(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問題。對(duì)于這個(gè)問題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)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(xiàn)23第217頁]
（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(jì)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(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)是通過制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問題的問題，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（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（見圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)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(gè)目標(biāo)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(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)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(duì)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(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)非線性約束和線性化版本可以使用，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)
其中包括在法線和切線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(gè)法線的接觸壓力不能超過壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫為：
（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，可以寫成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問題可以通過求解約束[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(jì)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(gè)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(yù)測精度和，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(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)， 將獲得滿意和適宜的整個(gè)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(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可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖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^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)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個(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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南 京 工 程 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)
作 者： 學(xué) 號(hào)：
系 部：
專 業(yè)：
題 目：A型齒輪油泵泵體安裝板
底面銑夾具3D設(shè)計(jì)
指導(dǎo)者：
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評(píng)閱者：
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注：
20 年 月 南 京
II
南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要
A型齒輪油泵泵體零件加工工藝及夾具設(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；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
南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要
Title A type gear pump mounting plate bottom milling fixture design 3D
Abstract
Disc type parts processing technology and fixture design is the design of process design, including the parts processing process design and the three part special fixture. In the process of design should first of all parts to analyze, understand parts of the process and then design a blank structure, and choose the good parts of the machining datum, designs the process routes of the parts; then the parts each step process dimension calculation, the key is to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then a special fixture, fixture for the various components of a design, such as the connecting part positioning device, clamping element, a guide element, clamp and the machine tool and other components; the positioning error caused calculate fixture when positioning, analysis of the rationality and deficiency of fixture structure, pay attention to improving and will design in.
Keywords process, process, cutting, clamping, positioning, error
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1 夾具設(shè)計(jì)目的與意義 1
1.2 專用夾具設(shè)計(jì)的國內(nèi)外現(xiàn)狀 2
1.2.1 國內(nèi)專用技術(shù)應(yīng)用及現(xiàn)狀 2
1.2.2 專用工藝在國外的發(fā)展?fàn)顩r 3
1.3 專用夾具設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì) 4
第2章 專用夾具的設(shè)計(jì) 6
2.1 銑床專用夾具的主要類型 6
2.2 銑床專用夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 6
2.3 夾緊裝置 7
2.4 專用夾具的基準(zhǔn)選擇 7
2.5 機(jī)床夾具的概述 8
2.5.1 機(jī)床夾具的種類 8
2.5.2 機(jī)床夾具的組成 8
2.6 銑床夾具的分類 9
2.7 銑削專用夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 9
2.8 銑床夾具的安裝 9
2.9 工件的定位與誤差分析 10
2.9.1 工件定位的基本原理 10
2.9.2 定位方法與定位元件 11
2.9.3 工件的誤差分析 12
2.9.4 定位誤差產(chǎn)生的原因 12
2.10 夾緊裝置 13
2.10.1夾緊裝置的組成 13
2.10.2 對(duì)夾緊裝置的基本要求 13
2.10.3 夾緊力的確定 14
2.10.4 夾緊力大小計(jì)算 14
第3章 銑削安裝板底面精加工工序?qū)Ｓ脢A具的設(shè)計(jì) 16
3.1 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，了解零件加工工藝過程 16
3.1.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求 16
3.1.2 熟悉零件加工工藝過程 16
3.2 確定定位方案 16
3.2.1 基準(zhǔn)的選擇 16
3.2.2 確定定位夾緊方案 17
3.2.3 定位元件的選擇及設(shè)計(jì) 17
3.3 定位誤差的計(jì)算與分析 18
3.4 計(jì)算切削力及實(shí)際所需的夾緊力 19
3.5 設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)并驗(yàn)算機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的夾緊力 21
3.6 主要元件的設(shè)計(jì)與建模 22
3.7 對(duì)刀元件及夾具體 23
第4章 夾具圖的繪制 24
4.1 工序圖 24
4.2 夾具體零件圖 24
4.3 繪制夾具裝配總圖 24
4.4 標(biāo)注總圖上的尺寸、公差與配合和技術(shù)條件 25
4.4.1 標(biāo)注尺寸、公差與配合 25
4.4.2制訂技術(shù)條件 25
4.5 三維裝配圖SOLIDWORKS建模 26
第5章 夾具工作精度分析 30
5.1 位置尺寸700.10 30
5.2平面度允差0.2mm 30
結(jié)論 31
致謝 32
參考文獻(xiàn) 33
V
第1章 緒 論
1.1 夾具設(shè)計(jì)目的與意義
夾具是機(jī)械制造廠里的一種工藝裝備，機(jī)床夾具就是機(jī)床上用以裝夾工件的一種裝置，它使得工件相對(duì)于刀具或機(jī)床活動(dòng)正確的位置，并在加工過程中不因外力的影響而變動(dòng)。廣義的說夾具一種保證加工質(zhì)量并能加速工藝過程的一種工藝裝備，而在機(jī)械制造領(lǐng)域中，機(jī)床夾具作為機(jī)床的一種輔助設(shè)備，用以對(duì)工件的定位和夾緊，其數(shù)量和種類很多，顯得相當(dāng)重要。
機(jī)械制造離不開金屬切削機(jī)床，對(duì)于切削機(jī)床，機(jī)床夾具是保證機(jī)械加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低對(duì)工人技術(shù)的過高要求、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化不可或缺的重要工藝裝備之一。雖然各種數(shù)控機(jī)床和加工中心等，高度智能化的加工設(shè)備已經(jīng)在我國各個(gè)生產(chǎn)單位已被廣泛使用，但是，在大部分情況下都還以普通專用機(jī)床為主要生產(chǎn)設(shè)備。因此，根據(jù)我國機(jī)械行業(yè)規(guī)?；魉a(chǎn)線生產(chǎn)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一款專用銑床夾具來滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)高效、大批量的要求，是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)從業(yè)人員的基本要求。我們必須掌握對(duì)銑床夾具的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思路，將其應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，從中不斷提高自己對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)與運(yùn)用能力。此次設(shè)計(jì)不僅可對(duì)整個(gè)大學(xué)專業(yè)課所學(xué)知識(shí)加以鞏固和彌補(bǔ)，更能鍛煉自身的自學(xué)能力，對(duì)于以后個(gè)人發(fā)展大有裨益。
隨著社會(huì)的發(fā)展，人類的進(jìn)步，人們對(duì)于日常生活、工作中的物資需求呈現(xiàn)出了極大的多樣化與復(fù)雜化。傳統(tǒng)的簡單的產(chǎn)品已經(jīng)難以再滿足人們的需求。而且在企業(yè)、工廠的運(yùn)營過程中，需要的工具也不斷精細(xì)化與多樣化，給制造業(yè)帶來了新的難題。個(gè)性化的社會(huì)導(dǎo)致了制造產(chǎn)品大批量越來越少，更多的是需求多品種少批量，這種單件小值的生產(chǎn)模式是對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)模式的挑戰(zhàn)[1]。為此，制造技術(shù)的研究者提出了專用技術(shù)的科學(xué)理論及實(shí)現(xiàn)方法，從根本上解決了生產(chǎn)由于品種多、產(chǎn)量少帶來的矛盾。它是將多種零件按其工藝的相似性分類專用，以形成零件族，即把同一零件族中零件分散的小生產(chǎn)量匯聚成較大的專用生產(chǎn)量，從而使小批量生產(chǎn)能獲得接近于大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，專用夾具便應(yīng)運(yùn)而生[2]。
專用夾具的應(yīng)用可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，提高生產(chǎn)效率和零件的加工質(zhì)量，也能夠降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率[3]。而且隨著專用夾具的應(yīng)用和發(fā)展，必將加速開拓專用技術(shù)新的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，專用夾具將是我國機(jī)械工業(yè)今后夾具發(fā)展的一個(gè)主要方面。
1.2 專用夾具設(shè)計(jì)的國內(nèi)外現(xiàn)狀
1.2.1 國內(nèi)專用技術(shù)應(yīng)用及現(xiàn)狀
1.專用技術(shù)的應(yīng)用
目前發(fā)展的專用技術(shù)是應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn)，把中、小批生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)制造和管理等方面作為一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)整體，統(tǒng)一協(xié)調(diào)生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)方面，全面實(shí)施專用技術(shù)以提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。
（1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面。由于用專用技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)，賦予各類零件以更大的相似類，這就為在制造管理方面實(shí)施專用技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)，使之取得更好的效果。以專用技術(shù)為指導(dǎo)的設(shè)計(jì)合理化和標(biāo)準(zhǔn)化工作將為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)奠定良好的基礎(chǔ)；為設(shè)計(jì)信息最大程度地重復(fù)使用，加快設(shè)計(jì)速度，節(jié)約時(shí)間作出貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)設(shè)計(jì)一種新產(chǎn)品時(shí)，往往有3/4以上的零件設(shè)計(jì)可參考借鑒或直接引用原有的產(chǎn)品圖紙，從而減少新設(shè)計(jì)的零件，這不僅可免除設(shè)計(jì)人員的重復(fù)性勞動(dòng)，也可以減少工藝準(zhǔn)備工作和降低制造費(fèi)用。
（2）制造工藝方面。專用技術(shù)在制造工藝方面最先得到廣泛應(yīng)用。開始是用于專用工序，即把加工方法、安裝方式和機(jī)床調(diào)整相近的零件歸結(jié)為零件組，設(shè)計(jì)出適用于全組零件加工的專用工序。專用工序允許采用同一設(shè)備和工藝裝置，以及相同或相近的機(jī)床調(diào)整加工全組零件，這樣，只要能按零件組安排生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，就可以大大減少由于零件品種更換所需要的機(jī)床調(diào)整時(shí)間。此外，由于零件組內(nèi)諸零件的安裝方式和尺寸相近，可設(shè)計(jì)出應(yīng)用于專用工序的公用夾具，只要進(jìn)行少量的調(diào)整或更換某些零件，公用夾具就可適用于全組零件的工序安裝。
（3）生產(chǎn)組織管理方面。專用加工要求將零件按工藝相似性分類形成加工族，加工同一加工族有其相應(yīng)的一組機(jī)床設(shè)備。因此，很自然專用生產(chǎn)系統(tǒng)要求按模塊化原理組織生產(chǎn)，即采取專用生產(chǎn)單元的生產(chǎn)組織形式。專用技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助管理系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)之一。這是因?yàn)檫\(yùn)用專用技術(shù)基本原理將大量信息分類專用，并使之規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化，這將有助于建立結(jié)構(gòu)合理的生產(chǎn)系統(tǒng)公用數(shù)據(jù)庫，可大量壓縮信息的儲(chǔ)存量；由于不再是分別針對(duì)一個(gè)工程問題和任務(wù)設(shè)計(jì)程序，可使程序設(shè)計(jì)優(yōu)化[5]。
2. 發(fā)展現(xiàn)狀
專用技術(shù)從20世紀(jì)50年代提出到如今已經(jīng)歷了近50年的發(fā)展和應(yīng)用。專用技術(shù)作為一門綜合性的生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）和柔性制造系統(tǒng)等方面的技術(shù)基礎(chǔ)。我國早在20世紀(jì)60年代初就在紡織機(jī)械、飛機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械等機(jī)械制造業(yè)中推廣應(yīng)用專用技術(shù)，并初見成效。因此，專用技術(shù)受到國家有關(guān)部、局和工廠企業(yè)，研究所及高等院校的重視。目前，正積極開展這一方面的科學(xué)研究、人材培訓(xùn)和推廣應(yīng)用等工作。原機(jī)械部設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)組織研制的全國機(jī)械零件分類編碼系統(tǒng)JLBM I，它將對(duì)我國推廣應(yīng)用專用技術(shù)起到積極推進(jìn)作用。我國不少高等工業(yè)院校結(jié)合教學(xué)和科研工作，在專用技術(shù)基本理論及其應(yīng)用方面，如零件分類編碼系統(tǒng)、零件分類專用方法和計(jì)算機(jī)輔助編碼、分類、工藝設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理的軟件系統(tǒng)等方面都開展了許多研究工作，并取得了不少成果?？梢韵嘈?，隨著應(yīng)用推廣和科研工作的持續(xù)開展，專用技術(shù)對(duì)提高我國機(jī)械工業(yè)的制造技術(shù)和生產(chǎn)管理水平將日益發(fā)揮其重要的作用[6]。
1.2.2 專用工藝在國外的發(fā)展?fàn)顩r
專用工藝作為一種先進(jìn)的工藝方法和生產(chǎn)準(zhǔn)備方法，先后在蘇聯(lián)、民德、捷克、波蘭以及英國、法國、日本等國已經(jīng)逐步得到了應(yīng)用，并獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。由于它能縮短單件、小批生產(chǎn)的準(zhǔn)備時(shí)間，擴(kuò)大加工批量，提高生產(chǎn)效率，為適應(yīng)多品種生產(chǎn)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。機(jī)床工業(yè)具有多品種、小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，因而近年來在國外有不少機(jī)床制造廠家先后也采用了專用工藝技術(shù)。如日本三菱公司的機(jī)床制造部門也引進(jìn)了專用工藝技術(shù)[7]。據(jù)介紹，該公司從引進(jìn)專用工藝到過渡為新的管理系統(tǒng)只用了半年時(shí)間。他們引進(jìn)專用工藝分為兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段主要是進(jìn)行零件的編碼和分類，確定機(jī)床布局，按類似零件設(shè)置專用生產(chǎn)線，以改進(jìn)加工技術(shù)，縮短加工時(shí)間，并為在新的生產(chǎn)管理系統(tǒng)中采用電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)創(chuàng)造條件。第二階段的任務(wù)著重在設(shè)計(jì)部門推廣和應(yīng)用專用工藝。通過有效地利用現(xiàn)有圖紙及標(biāo)準(zhǔn)化以減少圖紙數(shù)量及設(shè)計(jì)工時(shí)。依靠反復(fù)使用質(zhì)量穩(wěn)定而有效的零件圖紙，保證產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大加工批量，從而降低成本，縮短生產(chǎn)周期，并為采用專用夾具、專用機(jī)床以及數(shù)控機(jī)床等高效率的設(shè)備創(chuàng)造條件。
英國赫伯特(Herbert) 公司的埃奇維克 (Edgwick)和馬肯當(dāng)一萊恩(Mackadown Lane)工廠也成功地應(yīng)用了專用工藝。現(xiàn)在埃奇維克廠有26個(gè)專用加工工段。在馬肯當(dāng)一萊恩廠有18個(gè)專用加工工段。這些工段所加工的零件相當(dāng)于赫伯特公司制造的機(jī)床零件的90%以上。其余零件則在非專用加工線上加工。該公司采用專用工藝后，使新產(chǎn)品的生產(chǎn)周期由原來的12~18個(gè)月減為平均6個(gè)月；其次是減少庫存和再制品數(shù)量。據(jù)該公司介紹，采用專用工藝后，生產(chǎn)效率可提高60%。另外該公司還特別從專用加工的觀點(diǎn)出發(fā)，發(fā)展了小批、中批及大批生產(chǎn)用的自動(dòng)化車床[8]。
隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，今后專用工藝的采用將會(huì)更加廣泛。
1.3 專用夾具設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)
專用夾具由于能夠利用加工零件工藝上的相似性，并且適應(yīng)工件特征在一定范圍內(nèi)的變化而得到推廣和應(yīng)用，如何提高專用夾具設(shè)計(jì)效率成為需要重點(diǎn)解決的問題之一[9]。
組合夾具與專用夾具都適用于中小批生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制，任何事物都不是十全十美的，組合夾具可多次重復(fù)使用，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，但制造成本高，組裝后笨重復(fù)雜，剛性差，積累誤差大，而專用夾具可克服組合夾具的不足，組裝調(diào)整時(shí)間短，生產(chǎn)和技術(shù)管理較方便。采用專用夾具是企業(yè)全面實(shí)行專用技術(shù)的需要，是實(shí)現(xiàn)專用加工的重要手段和工具，而專用加工是實(shí)施專用技術(shù)的重要領(lǐng)域和必要的環(huán)節(jié)[10]。夾具設(shè)計(jì)正朝著多功能、模塊化、高精度、高剛性、高強(qiáng)度、通用化、快速化和自動(dòng)化的方向發(fā)展[11]。
1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前發(fā)展的專用技術(shù)是應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn)，把中、小批生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)制造和管理等方面作為一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)整體，統(tǒng)一協(xié)調(diào)生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)方面，全面實(shí)施專用技術(shù)以提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。
專用技術(shù)從20世紀(jì)50年代提出到如今已經(jīng)歷了近50年的發(fā)展和應(yīng)用。專用技術(shù)作為一門綜合性的生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造和柔性制造系統(tǒng)等方面的技術(shù)基礎(chǔ)。我國早在20世紀(jì)60年代初就在紡織機(jī)械、飛機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械等機(jī)械制造業(yè)中推廣應(yīng)用專用技術(shù)，并初見成效。因此，專用技術(shù)受到國家有關(guān)部、局和工廠企業(yè)，研究所及高等院校的重視。目前，正積極開展這一方面的科學(xué)研究、人材培訓(xùn)和推廣應(yīng)用等工作?？梢韵嘈?，隨著應(yīng)用推廣和科研工作的持續(xù)開展，專用技術(shù)對(duì)提高我國機(jī)械工業(yè)的制造技術(shù)和生產(chǎn)管理水平將日益發(fā)揮其重要的作用[4]。
專用工藝作為一種先進(jìn)的工藝方法和生產(chǎn)準(zhǔn)備方法，先后在蘇聯(lián)、民德、捷克、波蘭以及英國、法國、日本等國已經(jīng)逐步得到了應(yīng)用，并獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。由于它能縮短單件、小批生產(chǎn)的準(zhǔn)備時(shí)間，擴(kuò)大加工批量，提高生產(chǎn)效率，為適應(yīng)多品種生產(chǎn)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。機(jī)床工業(yè)具有多品種、小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，因而近年來在國外有不少機(jī)床制造廠家先后也采用了專用工藝技術(shù)[5]。
2.發(fā)展趨勢(shì)
專用夾具由于能夠利用加工零件工藝上的相似性，并且適應(yīng)工件特征在一定范圍內(nèi)的變化而得到推廣和應(yīng)用，如何提高專用夾具設(shè)計(jì)效率成為需要重點(diǎn)解決的問題之一[6]。
組合夾具與專用夾具都適用于中小批生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制，任何事物都不是十全十美的，組合夾具可多次重復(fù)使用，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，但制造成本高，組裝后笨重復(fù)雜，剛性差，積累誤差大，而專用夾具可克服組合夾具的不足，組裝調(diào)整時(shí)間短，生產(chǎn)和技術(shù)管理較方便。采用專用夾具是企業(yè)全面實(shí)行專用技術(shù)的需要，是實(shí)現(xiàn)專用加工的重要手段和工具，而專用加工是實(shí)施專用技術(shù)的重要領(lǐng)域和必要的環(huán)節(jié)[7]。夾具設(shè)計(jì)正朝著多功能、模塊化、高精度、高剛性、高強(qiáng)度、通用化、快速化和自動(dòng)化的方向發(fā)展[8]。
3.本課題主要討論的問題
本次設(shè)計(jì)主要介紹了銑床夾具的的一般設(shè)計(jì)思想和方法。所給零件為一矩形工件，有形狀和位置公差的要求，所以對(duì)夾具的精度有較高的要求。并且夾具的設(shè)計(jì)要符合銑床夾具的特性。明確設(shè)計(jì)的要求和意圖；然后對(duì)原始資料(零件圖、技術(shù)要求等)進(jìn)行分析，然后提出具體的定位、夾緊、對(duì)刀方案，并進(jìn)行精度分析；最后繪制出夾具的零件圖及裝備圖，運(yùn)用SOLIDWORKS三維軟件對(duì)整個(gè)夾具進(jìn)行建模和裝配,完成設(shè)計(jì)論文的撰寫。
31
第2章 專用夾具的設(shè)計(jì)
2.1 銑床專用夾具的主要類型
（一）直線送進(jìn)的專用銑床夾具
這類夾具安裝在銑床工作臺(tái)上，加工中工作臺(tái)是按直線進(jìn)給方式運(yùn)動(dòng)的，
在洗削工序中，為了提高夾具的工作效率，對(duì)于這類銑床夾具，可采用連動(dòng)加緊機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)，和液壓傳動(dòng)裝置，也可采用多件多工位夾具使加工的機(jī)構(gòu)時(shí)間和裝卸工件時(shí)間重合等項(xiàng)措施。
（二）圓周送進(jìn)的專用銑床夾具
圓周銑削法的送進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)連續(xù)的，能在不停車的情況下裝卸工件，因此是一種高效率的加工方法，適用于大批量生產(chǎn)。
設(shè)計(jì)圓周送進(jìn)銑床夾具時(shí)應(yīng)注意使沿圓周排列的工件盡量緊湊，以減少銑刀的空程和夾具的尺寸和質(zhì)量；手柄沿轉(zhuǎn)臺(tái)的四周分布以便于操作，盡可能采用氣動(dòng)液壓等機(jī)械化夾緊方式以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
（三）機(jī)械仿形送進(jìn)的靠模夾具
靠模夾具時(shí)用來加工各種直線曲面或空間曲面，靠模夾具的作用是使主送進(jìn)運(yùn)動(dòng)和由靠模獲得的輔助運(yùn)動(dòng)合成加工所需要的仿形運(yùn)動(dòng)。因此按照送進(jìn)運(yùn)動(dòng)的方式，把用于加工直線曲面的仿形夾具分成直線送進(jìn)和圓周送進(jìn)的兩種。采用靠模夾具可在一般萬能銑床上加工出所需要的成形面以代替價(jià)格昂貴的靠模銑床加工，這對(duì)于中小廠來說，通過采用夾具來擴(kuò)大機(jī)床工藝用途，以解決缺少特殊設(shè)備問題，具有較大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。
2.2 銑床專用夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（一）由于銑削過程不是連續(xù)切削，且加工余量較大，切削力較大而方向隨時(shí)多可能在改變。所以夾具應(yīng)具有足夠的剛性和強(qiáng)度，夾具的重心應(yīng)盡量低，夾具的高度于寬度之比應(yīng)為1：1.25，并應(yīng)有足夠排屑空間。
（二）夾緊裝置要有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證必需的夾緊力，并有良好的自鎖性能，一般在銑床夾具上特別是粗銑，不宜采用偏心夾緊。
（三）夾緊力應(yīng)作用在工件剛度較大的部位上。工件與主要定位元件的定位表面接觸剛度要大。當(dāng)從側(cè)面壓緊工件時(shí)，壓板在側(cè)面的著力點(diǎn)應(yīng)低于工件側(cè)面支承點(diǎn)。
（四）為了調(diào)整和確定夾具與銑刀的相對(duì)位置，應(yīng)正確選用對(duì)刀裝置，對(duì)到裝置在使用塞尺方便和易于觀察的位置，并應(yīng)在銑刀開始切入工件的一端。
（五）切削和切削液應(yīng)能順利地排除，必要時(shí)應(yīng)開排屑孔。
（六）為了調(diào)整和確定夾具與機(jī)床工作臺(tái)軸線的相對(duì)位置，在夾具的底面應(yīng)具有兩個(gè)定向建，定向健與工作臺(tái)T形槽宜用單面貼合。當(dāng)工作臺(tái)T形槽表面平整時(shí)可采用圓柱銷，精度高的或重型夾具宜采用夾具體上的找正基面。
2.3 夾緊裝置
在機(jī)械加工中，加工件將受到切削力，離心力，慣性力等外力的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持有定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生震動(dòng)或位移，一般在夾具結(jié)構(gòu)中都必須設(shè)置一定的夾緊裝置，將工件可靠的夾緊。
1.夾緊裝置的組成
典型的夾緊裝置是由幾部分組成
（1）力源裝置。力源裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。通常是指機(jī)動(dòng)夾緊時(shí)所用的氣動(dòng)，液壓，電動(dòng)等動(dòng)力裝置。
（2）中間遞力機(jī)構(gòu)，。中間遞力機(jī)構(gòu)是介于力源和夾緊作用力傳遞給夾緊元件，然后由夾緊元件，然后由夾緊元件最終完成對(duì)工件的夾緊。一般遞力機(jī)構(gòu)可以在傳遞加緊作用力過程中，改變夾緊作用力的方向和大小，并根據(jù)需要亦可具有一定的自鎖性能。
（3）夾緊元件與夾緊機(jī)構(gòu)。夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。通過它和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊動(dòng)作。
以上就是夾緊裝置的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容。
2.夾緊裝置的基本要求
(1)在夾緊過程中，工件應(yīng)能保持在既定位置，即在夾緊力的作用下，工件不應(yīng)離開定位置支承。
（2）夾緊力的大小要適當(dāng)，可靠。既要是工件在加工過程中不產(chǎn)生移動(dòng)和振動(dòng)，又不使工件產(chǎn)生不允許的變形和損傷。
（3）夾緊裝置應(yīng)操作安全，方便，省力。
（4）夾緊裝置的自動(dòng)化程度和復(fù)雜程度應(yīng)與工件的產(chǎn)量和批量相適應(yīng)。
2.4 專用夾具的基準(zhǔn)選擇
本夾具采用側(cè)面定位限制一個(gè)方向的自由度；由壓板軸定位，這樣六個(gè)自由度全部都被限制住了。可調(diào)部分安裝在夾具體上，即通過滑塊來限制住支座X軸方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)。并通過滑塊上的可換定位銷來實(shí)現(xiàn)限制作用。
定位基礎(chǔ)可以通過夾具體上的面來定位或由底板來定位，因?yàn)閵A具上的面上的定位誤差比起底板所產(chǎn)生的定位誤差相比較大，因此為了減少定位誤差，在此我選擇了以底板作為定位基準(zhǔn)。
2.5 機(jī)床夾具的概述
機(jī)床夾具是在機(jī)械制造過程中，用來固定加工對(duì)象，使之占有正確的位置，以接受加工或檢測并保證加工要求的機(jī)床附加裝置，簡稱為夾具。
在機(jī)床上加工工件的時(shí)候，必須用夾具裝好夾牢所要加工工件。工件在機(jī)床上加工時(shí)，為保證加工精度和提高生產(chǎn)率，必須使工件在機(jī)床上相對(duì)刀具占有正確的位置，這一過程稱為定位。將工件夾緊，就是對(duì)工件施加作用力，使之在已經(jīng)定好的位置上將工件可靠地夾緊，這一過程稱為夾緊。從定位到夾緊的全過程，稱為裝夾。機(jī)床夾具的主要功能就是完成工件的裝夾工作。工件的裝夾方法有找正裝夾法和夾具裝夾法兩種。
2.5.1 機(jī)床夾具的種類
機(jī)床夾具按其適用范圍可分為通用夾具、專業(yè)夾具、組合夾具、可調(diào)夾具及隨行夾具五種基本類型。如按所使用的機(jī)床來分類，則機(jī)床夾具可分為車床夾具、銑床夾具、躺床夾具、鉆床夾具、磨床夾具、自動(dòng)機(jī)床夾具及數(shù)控機(jī)床夾具等。
通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的、可用于加工一定范圍內(nèi)的不同工件的夾具，如三爪卡盤、平口虎鉗、萬能分度頭等。這些夾具已作為機(jī)床附件由專門工廠制造供應(yīng)。
專業(yè)夾具是指專為某一工件的某道工序而設(shè)計(jì)制造的夾具。專業(yè)夾具在批量生產(chǎn)中使用，這也是本次夾具設(shè)計(jì)的主要研究對(duì)象。
2.5.2 機(jī)床夾具的組成
1.定位元件及定位裝置 用于確定工件在夾具中的正確位置，定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。定位元件有支承釘，支承板等。
2.夾緊元件及夾緊裝置 用于夾緊工件，保持工件定位后的位置在加工過程中不變。
3.夾具體 夾具體是機(jī)床夾具的基礎(chǔ)件，通過它將夾具的所有元件連接成一個(gè)整體，并通過它將整個(gè)夾具安裝在機(jī)床上。
4.其他裝置或元件 各種夾具還應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置一些其它裝置或元件，有分度裝置，導(dǎo)向或?qū)Φ对?，夾具與機(jī)床之間的連接元件等。如銑削加工一般多采用定距切削，為便于調(diào)整刀具相對(duì)于工件被加工表面的位置，夾具上常設(shè)置對(duì)刀裝置，其中對(duì)刀裝置包括對(duì)刀塊和塞尺。
2.6 銑床夾具的分類
銑床夾具主要用于加工零件上的平面精加工工序、花鍵及各種成型面等，是最常見的夾具之一。按銑削的進(jìn)給方式，可將銑床夾具分為直線進(jìn)給式、圓周進(jìn)給式和靠模進(jìn)給式三類。其中，直線進(jìn)給式夾具用得最多。
另外，銑床夾具按使用范圍可分為通用銑夾具、專用銑夾具和組合銑夾具三類；還可按自動(dòng)化程度和夾緊動(dòng)力源的不同以及裝夾工件數(shù)量的多少等進(jìn)行分類。
2.7 銑削專用夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1.為了調(diào)整和確定夾具與機(jī)床工作臺(tái)軸線的相對(duì)位置，在夾具體與地面之間應(yīng)具有兩個(gè)定位鍵。
2.為了調(diào)整和確定夾具與銑刀的相對(duì)位置，應(yīng)正確選用對(duì)刀裝置，對(duì)刀裝置應(yīng)在使用塞尺方便和易于觀察的位置，并應(yīng)在銑刀開始切入工件的一端。
3.考慮加工余量大和切削力方向隨時(shí)可能變化的因素，夾具應(yīng)有足夠的剛性和強(qiáng)度，夾具的重心應(yīng)盡量低。
4.夾具裝置要有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證必需的夾緊力，并有良好的自鎖性能。
5.夾緊力應(yīng)作用在工件剛度較大的部位上。工件與主要定位元件的定位表面接觸剛度要大。當(dāng)從側(cè)面壓緊工件時(shí)，壓板在側(cè)面的著力點(diǎn)應(yīng)低于工件側(cè)面支承點(diǎn)。
6.切屑和冷卻液應(yīng)能順利排出，必要時(shí)應(yīng)開排泄孔【2】
2.8 銑床夾具的安裝
夾具在銑床工作臺(tái)上的定位,由裝在夾具體底部的兩個(gè)定位鍵實(shí)現(xiàn)。銑床夾具在銑床工作臺(tái)上的安裝位置，直接影響被加工表面的位置精度，因而在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮其安裝方法，一般是在夾具底座下面裝兩個(gè)定位鍵。定位鍵的結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)按銑床工作臺(tái)的T形精加工工序尺寸選定，它和夾具底座以及工作臺(tái)T形精加工工序的配合為H7/h6、H8/h8。兩定位鍵的距離應(yīng)力求最大，以利提高安裝精度。
定位鍵安裝在夾具體底面的縱向精加工工序中,一個(gè)夾具一般要配置兩個(gè)定位鍵。銑床夾具底座定位鍵與銑床工作臺(tái)T型精加工工序的配合連接，再用T 形螺栓和墊圈、螺母將夾具體緊固在工作臺(tái)上，所以在夾具體上還需要提供兩個(gè)穿T形螺栓的耳座。如果夾具寬度較大時(shí)，可在同側(cè)設(shè)置兩個(gè)耳座，兩耳座的距離要和銑床工作臺(tái)兩個(gè)T形精加工工序間的距離一致。T形精加工工序?qū)к壢缦聢D1.1：
圖1.1 銑床加工工序?qū)к?
2.9 工件的定位與誤差分析
2.9.1 工件定位的基本原理
六點(diǎn)定位原理：如果要使一個(gè)自由剛體在空間有一個(gè)確定的位置，就必須設(shè)置相應(yīng)的六個(gè)約束以限制六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。如果工件的六個(gè)自由度都加以限制了，工件在空間的位置也就完全被確定下來了。因此定位實(shí)質(zhì)上就是限制自由度。
關(guān)于六點(diǎn)定位原則的幾個(gè)主要問題：
1.在夾具的結(jié)構(gòu)中，定位支承點(diǎn)是通過具體的定位元件體現(xiàn)的，即支承點(diǎn)不一定用點(diǎn)或銷的頂端，而常用面或線來代替。兩個(gè)點(diǎn)決定一條直線，三個(gè)點(diǎn)決定一個(gè)平面，即一條直線可以代替兩個(gè)支承點(diǎn)，一個(gè)平面可代替三個(gè)支承點(diǎn)。在具體應(yīng)用時(shí)，還可用窄長的平面代替直線，用較小的平面來替代點(diǎn)。
2.定位支承點(diǎn)與工件定位基準(zhǔn)面始終保持接觸，方起到限制自由度的作用。
3.分析定位支承點(diǎn)的定位作用時(shí)，不考慮力的影響。工件的某一自由度被限制是指工件在某個(gè)坐標(biāo)方向有了確定位置，并不是指工件在受到使其脫離定位支承點(diǎn)的外力時(shí)不能運(yùn)動(dòng)。使工件在外力作用下不能運(yùn)動(dòng)，要靠夾緊裝置來完成。
2.9.2 定位方法與定位元件
定位方法和定位元件的選擇，主要決定于工件的加工要求、工件的定位基準(zhǔn)和外力的作用情況等。定位方法有平面定位，圓柱孔定位，圓柱面定位，特殊表面定位，組合表面定位等。據(jù)定位方法及各定位元件的特點(diǎn)合理選擇定位元件
1.對(duì)定位元件的基本要求
(1) 限位基面應(yīng)有足夠的精度。足夠的精度才能保證工件的定位精度。
(2) 限位基面應(yīng)有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經(jīng)常與工件接觸和磨擦，為此定位元件限位表面的耐磨性要好，以保證夾具的壽命和精度。
(3) 支承元件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。定位元件在加工過程中受工件重力、夾緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。
(4) 應(yīng)有較好的工藝性。定位元件應(yīng)簡單、合理，便于制造、裝配和更換。
(5) 定位元件應(yīng)便于清除切屑。定位元件的結(jié)構(gòu)和工作表面形狀應(yīng)有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內(nèi)影響加工和定位精度。
2.常用定位元件的選用
定位元件選用時(shí)，應(yīng)按工件定位基準(zhǔn)面和定位元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行選擇。
1.以面積較小的已經(jīng)加工的基準(zhǔn)平面定位時(shí)，選用平頭支承釘，以基準(zhǔn)面粗糙不平或毛坯面定位時(shí)，選用圓頭支承釘，側(cè)面定位時(shí)，可選用網(wǎng)狀支承釘。
2.以面積較大、平面度精度較高的基準(zhǔn)平面定位時(shí)，選用支承板，用于側(cè)面定位時(shí)，可選用不帶斜精加工工序的支承板，盡可能用帶斜精加工工序的支承板，以利清除切屑。
3.以毛坯面和環(huán)形平面作基準(zhǔn)平面定位時(shí)，選用自位支承作定位元件。
4.定位基準(zhǔn)面需提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時(shí)，可選用輔助定位元件，輔助支承不限制自由度，且每次加工均需重新調(diào)整支承點(diǎn)高度，支承位置應(yīng)選在有利工件承受夾緊力和切削力的地方。常見的支承板和支承釘如下圖1.2和圖1.3：
圖1.2 支承釘
圖1.3 支承板
2.9.3 工件的誤差分析
由于一批工件逐個(gè)在夾具中定位時(shí)，各個(gè)工件所占據(jù)的位置不完全一致，即出現(xiàn)工件位置定得“準(zhǔn)與不準(zhǔn)”的問題。如果工件在夾具中所占據(jù)的位置不準(zhǔn)確，加工后各工件的尺寸必然有誤差。這種由工件定位引起的誤差即定位誤差（ΔD）。
為保證精度，限定定位誤差不超過工件加工公差T的1/5～1/2?！?】
即， ΔD≤(1/5～1/2)T
式中：ΔD──定位誤差，單位為mm；
T ──工件的加工誤差，單位為mm
2.9.4 定位誤差產(chǎn)生的原因
工件逐個(gè)在夾具中定位時(shí)，各個(gè)工件的位置不一致的原因主要是基準(zhǔn)不重合，而基準(zhǔn)不重合又分為兩種情況：一是定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生的基準(zhǔn)位移誤差ΔY；二是定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差ΔB。
1.基準(zhǔn)不重合誤差ΔB
加工尺寸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是外圓柱面的母線時(shí)，定位基準(zhǔn)是圓柱孔的中心線，這種由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合所致的工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大位置變動(dòng)量，稱基準(zhǔn)不重合誤差，此時(shí)除定位基準(zhǔn)位移誤差外，還有基準(zhǔn)不重合誤差。
當(dāng)定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。因此選擇定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相重合。當(dāng)被加工工件的工藝過程確定以后，各工序的工序尺寸也就隨之而定，此時(shí)在工藝文件上，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)便轉(zhuǎn)化為工序基準(zhǔn)。
2.基準(zhǔn)位移誤差ΔY
由于定位副的制造誤差或定位副配合間所導(dǎo)致的定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上最大位置變動(dòng)量，稱為基準(zhǔn)位移誤差（ΔY）。
如果工件內(nèi)孔直徑與心軸外圓直徑做成完全一致，作無間隙配合，即孔的中心線與軸的中心線位置重合，則不存在因定位引起的誤差。但實(shí)際上，心軸和工件內(nèi)孔都有制造誤差?；鶞?zhǔn)位移誤差的方向是任意的，減小定位配合間隙，即可減小基準(zhǔn)位移誤差ΔY值，以提高定位精度。
2.10 夾緊裝置
工件在夾具定位之后，在機(jī)械加工過程中，工件會(huì)受到切削力、離心力、慣性力等的作用，故必須設(shè)計(jì)夾緊裝置對(duì)工件夾緊，它對(duì)工件加工有較大影響。
2.10.1夾緊裝置的組成
夾緊裝置的組成由以下三部分組成：
1.動(dòng)力源裝置 產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。分手動(dòng)和機(jī)動(dòng)夾緊兩種，為了改善勞動(dòng)條件和提高生產(chǎn)率，目前在大批量生產(chǎn)中均采用機(jī)動(dòng)夾緊。機(jī)動(dòng)夾緊的力源來自氣動(dòng)、液壓、氣液聯(lián)動(dòng)、電磁、真空等動(dòng)力夾緊裝置。
2.傳力機(jī)構(gòu) 介于動(dòng)力源和夾緊元件之間傳遞動(dòng)力的機(jī)構(gòu)。作用是，改變作用力的方向、大??；具有一定的自鎖性能，以便在夾緊力一旦消失后，仍能保證整個(gè)夾緊系統(tǒng)處于可靠的夾緊狀態(tài)，這一點(diǎn)在手動(dòng)夾緊時(shí)尤為重。
3.夾緊元件 它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執(zhí)行元件。
2.10.2 對(duì)夾緊裝置的基本要求
在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會(huì)直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率。因此，設(shè)計(jì)夾緊裝置應(yīng)遵循以下原則：
1.夾緊過程中，不能破壞工件定位時(shí)占據(jù)的正確位置。
2.夾緊力的大小應(yīng)適當(dāng)可靠。既要保證加工過程中工件不發(fā)生送的或振動(dòng)，又不允許工件產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)淖冃魏捅砻鎿p傷。
3.夾緊裝置工藝性好。
4.使用性好。操作方便、安全、省力。
2.10.3 夾緊力的確定
夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小三個(gè)要素。
1.夾緊力的方向
夾緊力的方向與工件定位的基本配置情況，以及工件所受外力的作用方向等有關(guān)。選擇時(shí)必須遵守以下準(zhǔn)則：
（1）夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要定位基面。
（2）夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。
（3）夾緊力的方向應(yīng)是工件剛性較好的方向。
2.夾緊力的作用點(diǎn)
合理選擇夾緊力作用點(diǎn)必須遵守以下準(zhǔn)則：
（1）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能使夾緊點(diǎn)與支承點(diǎn)對(duì)應(yīng)，使夾緊力作用在支承上。如夾緊力作用在支承面范圍之外，會(huì)使工件傾斜或移動(dòng)，夾緊時(shí)將破壞工件的定位。
（2）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選在工件剛性較好的部位。這對(duì)剛度較差的工件尤其重要，如將作用點(diǎn)由中間的單點(diǎn)改成兩旁的兩點(diǎn)夾緊，可使變形大為減小，并且夾緊更加可靠。
（3）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面，以防止工件產(chǎn)生振動(dòng)和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。
3.夾緊力的大小
夾緊力的大小，對(duì)于保證定位穩(wěn)定、夾緊可靠，確定夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，都有著密切的關(guān)系。
2.10.4 夾緊力大小計(jì)算
計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成一個(gè)剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件受切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需的夾緊力數(shù)值。即：
式中，—實(shí)際所需的夾緊力；
—在一定條件下，由靜力平衡計(jì)算出的理論夾緊力；
—安全系數(shù)。
其中，【2】
第3章 銑削安裝板底面精加工工序?qū)Ｓ脢A具的設(shè)計(jì)
3.1 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，了解零件加工工藝過程
3.1.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求
圖2.1 加工零件圖
該零件為HT20鋼；零件圖如上圖2.1，中批量生產(chǎn)；該工序在立式銑床上用三面刃銑刀加工。
3.1.2 熟悉零件加工工藝過程
1.粗銑A型齒輪油泵泵體端面
2.銑安裝板底面 3 銑側(cè)面凸臺(tái)
5.鉆、鉸各個(gè)孔 6.銑安裝板底面精加工工序
以上銑削1、2、3、4、6工序均在X52K銑床上加工，工序5在Z525立式鉆床上加工。
3.2 確定定位方案
3.2.1 基準(zhǔn)的選擇
根據(jù)工件的加工要求，該工序必須限制工件的五個(gè)自由度。建立坐標(biāo)系如圖2.2所示。為保證底面至工件B面的垂直度，應(yīng)選B面為定位基面，限制；為保證工序尺寸70mm，須限制、，所以選取A面為定位基面；為保證兩側(cè)面對(duì)孔軸線的對(duì)稱度要求，還必須在加工時(shí)限制自由度。另外，為了方便控制刀具的走刀位置，還需要限制。
綜上所述，工件的六個(gè)自由度均被限制，為使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，選取的定位基準(zhǔn)是A型齒輪油泵泵體端面、側(cè)面。
3.2.2 確定定位夾緊方案
根據(jù)零件特點(diǎn)，按照工藝過程要求，確定工件定位夾緊方案【4】，采用機(jī)械夾緊方式對(duì)工件進(jìn)行夾緊。
綜上對(duì)工件定位、夾緊方案的分析，確定定位、夾緊方案。其定位夾緊圖如
圖2.3 定位夾緊方案圖
3.2.3 定位元件的選擇及設(shè)計(jì)
1.定位元件的選擇 由上知，工件的定位面是側(cè)平面B面、底平面A面、和孔，據(jù)此在夾具上的定位元件選為支承板、支承釘、和菱形定位銷。
2.定位板設(shè)計(jì) 定位平面B面所用的定位支承板參照參考文獻(xiàn)【3】第272頁設(shè)計(jì)。 標(biāo)記為：支承板 A6×HT20 GB 2236-80 材料：T8。
現(xiàn)確定定位銷的極限偏差和定位表面到定位銷中心的名義尺寸：
=L，其中取工件相應(yīng)尺寸=L=230.08mm的平均尺寸，公差取相應(yīng)尺寸公差的(~)倍，現(xiàn)取，【2】則有：
=400.02mm
滿足工件順利裝拆的補(bǔ)償量值：=(+)÷2=(0.16+0.04)÷2=0.10mm
則，菱形定位銷和定位孔配合的最小間隙===0.43mm
（其中，b的值可查手冊(cè)得值為3【3】）
3.3 定位誤差的計(jì)算與分析
必須要滿足誤差的總和應(yīng)該小于或等于該工序公差。
與夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻(xiàn)可得：
⑴銷定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對(duì)刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上、所設(shè)計(jì)的夾具滿足零件加工精度要求。
3.4 計(jì)算切削力及實(shí)際所需的夾緊力
圖2.9作用于工件上的切削力
工件在加工時(shí)的受力情況如圖2.9所示。加工時(shí)，工件受到切削合力F的作用，F(xiàn)可分解為水平和垂直方向的切削分力和，由經(jīng)驗(yàn)公式，和可通過切向銑削力分別乘以一個(gè)系數(shù)來得到。在對(duì)稱銑削情況下，=(1~1.2),=(0.2~0.3)。
參照《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》【3】表1-2-9得銑削力的計(jì)算公式：
參數(shù)的選?。?
切向銑削力 （N）
銑刀系數(shù) =669
銑削深度 =3mm
每齒進(jìn)給量 =0.15mm
銑刀直徑 d=100mm
銑削寬度 B=12mm
銑刀齒數(shù) z=12
修正系數(shù) （工件屈服應(yīng)力）
綜上，計(jì)算得：
銑削力 。
故水平分力=1.1=1279N，垂直分力=0.3=349N。
工件的主定位面是B面，故選擇夾緊力的作用方向?yàn)樗椒较蜃饔糜贐面。當(dāng)夾緊力水平作用于工件上時(shí)，所需要的理論夾緊力=+=1279+=3606N
由公式 = 可計(jì)算出實(shí)際所需夾緊力。
現(xiàn)在計(jì)算安全系數(shù)K的值。
安全系數(shù)K的計(jì)算公式為：
由《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-2-0得各安全系數(shù)K的取值如下：
基本安全系數(shù) 加工性質(zhì)
刀具鈍化程度 切削特點(diǎn)
穩(wěn)定性 手柄位置
工件與支撐面接觸情況
將各安全系數(shù)值代入上面公式計(jì)算得,K=1.95<2.5（注：若安全系數(shù)的計(jì)算值小于2.5，則取=2.5），則取K的值為2.5。
所以實(shí)際所需夾緊力為： = =9015N。
實(shí)際所需的夾緊力計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的問題，一般只能作粗略的估算。為簡化計(jì)算，在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，可只考慮切削力對(duì)夾緊的影響，并假定工藝系統(tǒng)是剛性的切削過程穩(wěn)定不變。【2】
3.5 設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)并驗(yàn)算機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的夾緊力
采用氣動(dòng)元件作為夾緊元件，活塞桿是液壓缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。其材料取Q235鋼。
在這取負(fù)載約為10000N，初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P1=3MPa，為了滿足工作這里的液壓缸課選用單桿式的，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，則液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的背壓，暫取背壓為0.5MPa，并取液壓缸機(jī)械效率。則液壓缸上的平衡方程
故液壓缸無桿腔的有效面積：
液壓缸直徑
液壓缸內(nèi)徑：
按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=20mm；因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.707D=56mm（標(biāo)準(zhǔn)直徑）
現(xiàn)設(shè)計(jì)一種機(jī)構(gòu)，設(shè)夾緊機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的夾緊力為,鉸鏈壓板的受力分析如下圖2.10所示：
圖2.10受力分析
由受力分析計(jì)算得：
= (選定=)【6】
式中，—夾緊機(jī)構(gòu)效率，取值為0.9；
—螺栓的許用夾緊力，單位：。
當(dāng)螺桿的螺紋公稱直徑為M12時(shí)，可查表得：=5620N。
所以，==2=2×5620×0.9=10116N
因>=9015N,故夾緊機(jī)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。
3.6 主要元件的設(shè)計(jì)與建模
依據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)其標(biāo)記如下如下：
1. 定位鍵： A14h6 GB 2206-80 材料：HT20鋼
2. 壓板： A14×130 GB 2188-80 材料：HT20鋼
3. 浮動(dòng)壓塊：A40×14 GB 2174-80 材料：HT20鋼
4. 銷 A10×28 GB/T 119.1-2000 材料：35鋼
5. 銷 A6×28 GB/T 119.1-2000 材料：35鋼
6. 對(duì)刀塊 GB 2242-80 材料：20鋼
7. 對(duì)刀塞尺 3 GB 2244-80 材料：T8
8. 螺釘 GB/T 68-2000 M5.5×25
3.7 對(duì)刀元件及夾具體
根據(jù)工件加工表面形狀，對(duì)刀件可選用夾具零件及部件中的標(biāo)準(zhǔn)直角對(duì)刀塊。它的直角對(duì)刀面和工件被加工安裝板底面精加工工序形相對(duì)應(yīng)，其間距等于塞尺厚度，設(shè)計(jì)塞尺厚度為3，并把對(duì)刀件安裝于夾具體的豎直板上。
根據(jù)銑床T行安裝板底面精加工工序的寬度，選用寬度B=14mm,公差為h6的A型定位鍵來確定夾具在機(jī)床上的位置。【1】
夾具體選用灰鑄鐵的鑄造夾具體【7】。其基本厚度選為22mm,并設(shè)計(jì)出供T形安裝板底面精加工工序用螺栓緊固夾具用得U形安裝板底面精加工工序耳座。根據(jù)所設(shè)計(jì)的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置，設(shè)計(jì)出夾具的形狀、結(jié)構(gòu)。如下圖2.15
圖2.15 夾具體
第4章 夾具圖的繪制
4.1 工序圖
依據(jù)零件的加工要求，制訂銑安裝板底面精加工工序工序圖。見附圖01
4.2 夾具體零件圖
參照工序圖的定位夾緊方案，合理設(shè)計(jì)銑安裝板底面精加工工序的夾具，繪制夾具體零件圖。見附圖02
4.3 繪制夾具裝配總圖
見附圖03 如下圖3.1：
圖3.1 銑安裝板底面精加工工序夾具總圖
4.4 標(biāo)注總圖上的尺寸、公差與配合和技術(shù)條件
4.4.1 標(biāo)注尺寸、公差與配合
1.夾具外形輪廓尺寸 夾具在長、寬、高三個(gè)方向的輪廓尺寸為273m、192mm、和239mm。如上圖3-1。
2.工件與定位元件的聯(lián)系尺寸
3.夾具與刀具的聯(lián)系尺寸 即調(diào)刀尺寸，分為水平和垂直兩個(gè)方向的尺寸。
（1）水平方向的調(diào)刀尺寸為為銷中心至對(duì)刀元件尺面的距離。 查手冊(cè)的所用銑刀的寬度尺寸及其極限偏差為，其平均尺寸為12.09mm。定位銷中心至工件上安裝板底面精加工工序，再加上塞尺厚度2mm，故水平方向調(diào)刀尺寸的基本尺寸
（2）垂直方向的調(diào)刀尺寸為定位元件(兩支承釘)工作面至對(duì)刀面之間的位置尺寸。工件上相應(yīng)的尺寸為工件安裝板底面精加工工序底至工件底面之間的尺寸(620.10)mm，減去3mm的塞尺厚度，就得到垂直方向調(diào)刀尺寸的基本尺寸為(62-3)=59mm。根據(jù)與調(diào)刀尺寸(9.0HT200.02)mm相同的公差，取垂直方向的調(diào)刀基本尺寸及其極限偏差為(590.02)mm。
4.夾具與機(jī)床連接部分的聯(lián)系尺寸 定位鍵與工作臺(tái)T形安裝板底面精加工工序配合尺寸為14H7/h6。
5.夾具內(nèi)部的配合尺寸：【1】
銷與螺桿： 過渡配合 孔 軸；
支承釘與夾具體底面孔： 過盈配合 孔 軸；
銷與浮動(dòng)壓塊孔： 間隙配合 孔 軸；
銷與夾具體頂面孔： 過盈配合 孔 軸。
4.4.2制訂技術(shù)條件
1.由于工件上有安裝板底面精加工工序底至工件B面的垂直度要求0.10mm，夾具上應(yīng)標(biāo)注定位表面Q(兩個(gè)支承板限定的表面)對(duì)底面的垂直度允差100:0.2 (mm)。
2.由于工件上有安裝板底面精加工工序兩側(cè)面對(duì)Φ10孔軸線對(duì)稱度要求，夾具上應(yīng)標(biāo)注定位表面Q(兩個(gè)支承板限定的表面)對(duì)定位鍵側(cè)面的垂直度允差100:0.2 (mm)。
3.兩定位支承釘?shù)牡雀咴什畈淮笥?.02(mm)。
4.5 三維裝配圖SOLIDWORKS建模
下圖為裝配三維建模圖3.2、3.3、3.4：
圖3.2
圖3.3
圖3.4
第5章 夾具工作精度分析
在完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全部工作后，還需對(duì)夾具工作精度進(jìn)行分析，即分析計(jì)算各項(xiàng)加工要求的夾具部分誤差，并將它與加工允差比較，從而判斷夾具能否可靠地保證各項(xiàng)加工要求，以證明所設(shè)計(jì)夾具方案的合理性。
與夾具有關(guān)的誤差有定位誤差、對(duì)刀誤差、夾具在機(jī)床上的安裝誤差和夾具誤差等。各項(xiàng)誤差均導(dǎo)致刀具相對(duì)于工件的位置不準(zhǔn)確，而形成夾具總的加工誤差。
5.1 位置尺寸700.10
定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，=0，平面定位時(shí)=0；工件夾緊力的作用面是B面，其對(duì)底面的垂直度允差造成的對(duì)尺寸30mm會(huì)有影響，此值較?。徽{(diào)刀尺寸的公差也會(huì)引起0.04mm的調(diào)刀誤差。此三值相加遠(yuǎn)小于工件的加工允差0.2mm，故夾具可滿足尺寸70。
5.2平面度允差0.2mm
定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，工件以平面定位，故=0。夾具由兩個(gè)支承板表面決定的限位基面對(duì)夾具體底面的垂直度允差100:0.2，將引起工件安裝板底面精加工工序底面對(duì)B面的垂直度誤差。其中=(0.02/100)×50=0.01mm.
故夾具部分誤差=+=0.01mm，此值僅占加工允差的很少部分，夾具滿足垂直度允差0.2mm.
綜上，通過對(duì)夾具結(jié)構(gòu)的選擇、設(shè)計(jì)和夾具工作精度的分析計(jì)算，證明該夾具能穩(wěn)定可靠地保證工件的加工技術(shù)要求，且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。從而說明所設(shè)計(jì)的夾具結(jié)構(gòu)是可行的。
結(jié)論
本次設(shè)計(jì)是我們進(jìn)入社會(huì)之前，也是我學(xué)生生涯的最后一次設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)對(duì)我受益匪淺，讓我基本上又把所學(xué)的知識(shí)復(fù)習(xí)了一遍，使我能夠?qū)镜闹R(shí)做進(jìn)一步的了解與學(xué)習(xí)，對(duì)資料的查詢與合理的應(yīng)用做了更深入的了解。
首先，尋找有關(guān)資料和課題并且研究方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃，理清設(shè)計(jì)思路，但是將這些具體的方案落實(shí)到每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和步驟中，難免會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這就需要在具體的設(shè)計(jì)過程中利用所掌握的知識(shí)認(rèn)真排查錯(cuò)誤原因，多方面的思考問題，不斷的改正自己的設(shè)計(jì)不足之處和錯(cuò)誤。
其次，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)對(duì)設(shè)計(jì)零件優(yōu)化設(shè)