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夾具定位規(guī)劃中完整性評估和修訂 CAM實驗室，機械工程學(xué)系，伍斯特理工學(xué)院研究院，100路，伍斯特，碩士01609，美國 2004年9月14日收稿;2004年11月9日修訂;2004年11月10日發(fā)表 摘 要 幾何約束是夾具設(shè)計中最重要的考慮因素之一。確定位置的解析擬訂已發(fā)達(dá)。然而，如何分析和修改在實際夾具設(shè)計實踐過程中的一個非確定性的定位計劃尚未深入研究。在本文中，提出了一種方法來描述在限制約束下的重點夾具系統(tǒng)的幾何約束狀態(tài)。一種限制約束下狀態(tài)，如果它存在，可以識別給定定位計劃?？梢宰詣幼R別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案。這有助于改善逆差定位計劃，并為修訂提供指引，以最終實現(xiàn)確定性的定位。 關(guān)鍵詞：夾具設(shè)計;幾何約束;確定性定位;限制約束;過約束 1.介紹 夾具是用于制造工業(yè)進行工件牢固定位的一種機制。在零件加工過程中規(guī)劃一個關(guān)鍵的第一步，夾具設(shè)計需要，以確保定位精度和三維工件的精度。 3-2-1原則，在一般情況下，是最廣泛使用的指導(dǎo)原則發(fā)展的位置計劃。 V型塊和銷孔定位原則也常用。 一個加工夾具定位方案必須滿足一些要求。最基本的要求是，必須提供工件確定的位置。這種觀點指出，定位計劃生產(chǎn)的確定位置，工件不能移動，而至少有一個定位不會失去聯(lián)系。這一直是夾具設(shè)計的最根本的準(zhǔn)則之一，許多研究人員關(guān)于幾何約束狀態(tài)的研究表明，工件在任何定位計劃分為以下三個類別： 1、良好的約束（確定性）：工件在一個獨特的位置進行配合，工件表面與6個定位器取得聯(lián)系。 2、限制約束：不完全約束工件的自由度。 3、過約束：工件自由度超過6定位的制約。 在1985年,淺田[1]提出了滿秩為準(zhǔn)則雅可比矩陣的約束方程,基于分析形成了調(diào)研后,確定定位。周等[2]在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理論。結(jié)果表明,定位矩陣的定位需要壓力滿秩達(dá)到確定的位置。該方法的確定通過無數(shù)的研究。王等[3]考慮定位工件的接觸的影響，而采用點接觸面積。他們介紹了接觸矩陣，并指出，兩個接觸的機構(gòu)不應(yīng)該有平等的，但在接觸點曲率相反?？柹璠4]認(rèn)為，可能沒有足夠的應(yīng)用，如一些不是非棱柱的表面或相對誤差近似的非小線性。他提出一個二階泰勒展開，其中也考慮到定位誤差相互作用。馬林和費雷拉[5]應(yīng)用周對3-2-1的位置擬訂，制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃。盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置。 在淺田的擬定方案中,他們假設(shè)工件夾具元件和點之間的聯(lián)絡(luò)無阻力。理想的位置q*,而應(yīng)放置工件表面和分片，可微函數(shù)是gi(見圖1)。 表面函數(shù)定義為:gi(q*)=0是確定的,應(yīng)該有一個獨一無二的解決方案為下列所有定位方程組。 gi(q)=0,i=1,2,...,n (1) 其中n是定位器的位置與方向,代表了工件的定位和方向。 只有考慮到目標(biāo)位置q*附近在處: 淺田表明 (2) hi是幾何函數(shù)的雅可比矩陣，矩陣式所示（3）。確定定位 如果雅可比矩陣滿秩，可滿足要求。 (2)只有q=q*一個解決辦法 (3) 在1個3-2-1定位計劃中，一個約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如表1所示。如果定位是小于6，工件是限制約束的，即存在至少有一個工件自由定位議案不受限制的。如果矩陣滿秩，但定位大于6定位，工件是過約束，這表明存在至少一個定位等;而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài)。找出一個模型除了3-2-1,可以建立基準(zhǔn)框架提取等效的定位點。胡等[6]已經(jīng)發(fā)展出一種系統(tǒng)的方法,對這個用途。因此,這則能適用于所有的定位方案。 圖1 .夾具系統(tǒng)模型。 表1 等級 數(shù)量的定位 地位 <6 - Under-constrained =6 =6 Well-constrained =6 >6 Over-constrained 康等[7]遵循這些方法和他們實施制定的幾何約束分析模塊其自動化的計算機輔助夾具設(shè)計的核查制度。他們的CAFDV系統(tǒng)可以計算出雅可比矩陣和它的排名來確定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯誤。熊等人[8]提出的等級檢查方法的定位矩陣WL(見附件)。他們還介紹了左/右邊的定位矩陣廣義逆理論,分析了工件的幾何誤差。結(jié)果表明,定位及發(fā)展方向誤差ΔX和位置誤差Δr的工件定位相關(guān)如下: Under-constrained:ΔX=WLΔr, (4) Well-constrained :ΔX=(WTLWL)-1WLTΔr, (5) Over-constrained:ΔX=WLT(WTLWL)-1Δr+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL)λ, (6) λ是任意一個向量。 他們還介紹了從這些矩陣的幾個指標(biāo)，評價定位配置，其次是通過約束非線性規(guī)劃的優(yōu)化。然而，他們的研究分析，不涉及非確定性定位的修訂。目前，還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設(shè)計系統(tǒng)的研究。 2.定位完整性評價 如果不確定性的位置達(dá)到夾具系統(tǒng)設(shè)計的要求，設(shè)計師知道約束狀態(tài)是什么，以如何改善設(shè)計是非常重要的條件。如果夾具系統(tǒng)是過度約束，是理想定位需要的不必要的信息。而下約束時，所有有關(guān)知識約束工件的議案，可以引導(dǎo)設(shè)計師選擇額外的定位或使得修改定位計劃更有效。的總體戰(zhàn)略定位計劃表征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2。 在本文中,定位矩陣秩的幾何約束的施加評價狀態(tài)(見附件為獲得的定位矩陣)。確定需要六個定位器定位提供矩陣的滿秩定位WL: 如圖3所示,在給定的定位器數(shù)量n,定位法向量[ai,bi,ci]和定位的位置[xi,yi,zi] 每一個定位器,i=1,2,.....,n,n*6定位矩陣可以確定如下: （7） 當(dāng)?shù)燃墸╓L）=6，n=6時，是工件良好約束。 當(dāng)?shù)燃墸╓L）=6，n>6時;是工件過約束。 這意味著（n-6）有不必要的定位在定位方案上。工件將不存在限制（n-6）定位器。這種狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示方法,那就是（n-6）在定位向量矩陣,可表示為線性組合的其他六行向量。 圖2 幾何約束狀態(tài)描述 圖3一個簡化的定位方案。 定位方案，提供了確定性的位置。發(fā)達(dá)國家的算法使用下列方法確定不必要的定位： 1、找到所有的（n-6）組合定位的。 2、為每個組合,從（n-6）定位器確定定位方案。 3、重新計算矩陣秩的定位為左六個定位器。 4、如果等級不變,被刪除的(n-6)定位器是負(fù)責(zé)過約束狀態(tài)。 這種方法可能會產(chǎn)生多種解決方案，并要求設(shè)計師來決定哪一套不必要的定位應(yīng)該被刪除以最佳定位性能。 當(dāng)?shù)燃墸╓L）<6,工件的限制約束。 參考文獻 [1] Asada H, By AB.。自動重構(gòu)夾具的柔性裝配夾具的運動學(xué)分析。 IEEE J機器人autom1985; RA-1:86-93。 [2] zhou YC，Chandru V，Barash MM。加工裝置的自動配置的數(shù)學(xué)方法分析和綜合。反ASME J英工業(yè)1989;111:299-306。 [3] Wang MY, Liu T, Pelinescu DM.。夾具運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上充分接觸剛體模型。 J制造業(yè)│科學(xué)與工程2003;125：316-24。 [4] Carlson JS。剛性零件的裝夾和定位計劃的二次靈敏度分析“。 ASME J制造業(yè)│2001年科學(xué)與工程;123（3）：462-72。 [5] Marin R, Ferreira P.確定性3-2-1定位計劃的運動學(xué)分析和綜合加工裝置。 ASME J制造業(yè)│科學(xué)與工程2001年;123:708-19。 [6] Hu W.設(shè)置規(guī)劃和公差分析。博士論文中，伍斯特理工學(xué)院;2001年。 [7] Kang Y, Rong Y, Yang J, Ma W.計算機輔助夾具設(shè)計驗證。大會Autom2002;22:350-9。 [8] Rong KY, Huang SH, Hou Z.先進的計算機輔助夾具設(shè)計。波士頓：愛思唯爾;2005年。 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 2 頁 第 1 頁 材 料 牌 號 45 毛 坯 種 類 鑄造 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 備 注 工 序 號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時 準(zhǔn)終 單件 1 鍛 下料,鍛造 2 熱處理 調(diào)質(zhì)處理硬度為235HB左右 3 銑 銑四邊 X6022 硬質(zhì)合金銑刀，，游標(biāo)卡尺 4 車 左端面成型 CA6140 車床 麻花鉆，塞規(guī) 5 車 右端面成型 CA6140 車床 麻花鉆,合金車刀,槽刀，游標(biāo)卡尺 6 鉆 鉆4-φ2小孔 Z525 專用夾具，游標(biāo)卡尺 7 鉆,攻絲 鉆螺紋底孔,攻絲 Z525 麻花鉆，專用夾具，游標(biāo)卡尺, 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 2 頁 第 2 頁 材 料 牌 號 45 毛 坯 種 類 鑄造 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 備 注 工 序 號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時 準(zhǔn)終 單件 8 鏜 鏜φ18孔 T618 去毛刺 去除銳毛剌 9 終檢 對零件各尺寸進行完工檢測 10 防銹 用毛刷沾防銹油為零件防銹 12 入庫 按照倉庫標(biāo)識進行擺放 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 1 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 10 鍛造 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 真空爐 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 檢驗各尺寸,是否符合設(shè)計要求 游標(biāo)卡尺 5 . 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 2 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 20 調(diào)質(zhì)處理 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 井式爐 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 60 2． 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 3 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 30 銑四側(cè)平面 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 銑床 X6022 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 定位夾緊 2 銑各平面,保證圖示尺寸 銑刀，游標(biāo)卡尺 245 20 0.17 4 2 1.85 2.61 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 4 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 40 車大端平面 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 車床 CA6140 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 裝 夾 2 粗車大平面,保證圖示尺寸 YT15外圓車刀，游標(biāo)卡尺 500 141.3 0.7 0.5 1 2.03 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 5 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 50 右端面成型 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 車床 CA6140 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1． 裝 夾 2． 車各外圓 高速鋼外圓車 游標(biāo)卡尺 96 27 0.43 0.25 3 0.086 1.58 3 車端面及倒角 高速鋼端面車刀 游標(biāo)卡尺 438 123.7 0.7 1 0.36 2.3 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 6 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 60 內(nèi)腔成型 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 車床 CA6140 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 裝 夾 精車外圓，保證圖示尺寸 高速鋼外圓車，游標(biāo)卡尺 96 27 0.43 0.25 3 車平面,倒角, 保證圖示尺寸 高速鋼端面車刀 游標(biāo)卡尺 438 123.7 0.7 0.25 1.33 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 7 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 70 鉆4-φ2孔 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 鉆床 Z525 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 裝夾,定位夾緊 245 20 0.15 4 5 0.127 2 鉆孔保證圖示尺寸 直柄麻花鉆 游標(biāo)卡尺 245 20 0.15 4 5 1.91 1.57 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 8 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 80 鉆4-φ2孔 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 鉆床 Z525 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 定位,夾緊, 2 鏜孔到圖示尺寸 直柄麻花鉆 游標(biāo)卡尺 320 100 0.1 2.5 1 2.09 1.58 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 9 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 110 加工M6螺紋孔 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 鉆床 Z525 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 裝 夾 2 銑各平面,保證圖示尺寸 直柄麻花鉆 游標(biāo)卡尺 175 20 0.17 4 2 1.85 2.61 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 10 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 120 加工M8螺紋孔 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 鉆床 Z525 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 定位夾緊 2． 保證圖示尺寸 直柄麻花鉆 游標(biāo)卡尺 175 30 0.38 0.70 1.66 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 11 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 130 鏜Ф18孔 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 臥式鏜床 T612 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 定位夾緊 14 2 保證圖示尺寸 合金鏜刀，塞規(guī) 60-80 0.25-0.35 1.25 1 2.37 1.16 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 12 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 150 去除銳毛剌 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 工作臺 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1． 用什錦銼進行銳邊毛剌去除 2． 1.58 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 13 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 160 終檢 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 鉆床 Z535 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1． 按照成品圖要求進行各個尺寸終檢 2． 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 14 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 170 防銹 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 鉆床 Z535 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1． 可用毛刷沾防銹油防銹,以防銹蝕 2． 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 端蓋 共 15 頁 第 15 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 180 入庫 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 鉆床 Z525 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1． 按倉庫規(guī)定標(biāo)識擺放 2． 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 目錄 概述 1 第一章 零件的分析 3 1.1 零件的工藝性分析 5 1.1.1 加工方法的選擇..............................................................................................5 1.1.2 保證端蓋表面位置精度的方法.........................................................................5 1.1.3 防止端蓋變形的工藝措施................................................................................5 第二章 工藝規(guī)程的設(shè)計 6 2.1 確定毛坯的制造形式 6 2.2 基準(zhǔn)的選擇 6 2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇 6 2.2.2 精基準(zhǔn)的選擇 6 2.3 制定工藝路線 6 2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯的確定 7 2.4.1 兩端外圓表面 7 2.4.2 工件內(nèi)孔加工 8 2.5 確定切削用量及基本工時 8 2.5.1工序1 鍛造毛坯 8 2.5.2工序2 車削工藝外圓 8 2.5.3工序3 鏜孔 ..............14 第三章 專用夾具設(shè)計................. ........... ..................... ........... ........... .........20 3.1 工件的加工工藝................................................................... ....................20 3.2 定位元件的選擇與設(shè)計...................... ............................... ...............20 3.3.1 定位誤差的分. ................................................ ...........................................20 3.3.2 定位元件的選擇.... ................................................... ................................. 21 3．3 端蓋在夾具中定位夾緊.....................................................................25 33．1 夾緊裝置的組成............................................................ .................................25 3．3 .2夾緊力的確定........................................................ ..................................25 3．3 .3夾緊機構(gòu)的選擇與設(shè)計............................................................................25 結(jié)束語……………………………………………………………………………. 38 參考文獻 39 前 言 機械制造工藝課程設(shè)計使我們學(xué)完了機械制造技術(shù)，機械制造裝備設(shè)計，機械制造工藝學(xué)等課程，進行了生產(chǎn)實習(xí)之后，所進行的一個重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其主要目的是讓學(xué)生不所學(xué)的工藝?yán)碚摵蛯嵺`知識在實踐的工藝，夾具設(shè)計中綜合地加以應(yīng)用，進而得以加深和發(fā)展，提高學(xué)生分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力，為以后搞好畢業(yè)設(shè)計和從事工作奠定了一定基礎(chǔ)。通過本次課程設(shè)計，我們在下述方面可以得以鍛煉： 1) 能熟練的運用機械制造工藝學(xué)及相關(guān)課程的基本理論，以及在生產(chǎn)實習(xí) 中所學(xué)到的實踐知識，正確的分析和解決一個零件在加工中的定位，加緊和工藝路線地合理擬定等問題，從而保證零件制造的質(zhì)量，生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。 2) 通過夾具的工藝，進一步提高了我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，你能夠根據(jù)被加工零件的加工要求設(shè)計出高效省力，既經(jīng)濟合理又能保證質(zhì)量的夾具。 3) 進一步提高我們的計算設(shè)計制圖能力，能比較專業(yè)熟練地查閱和使用各種技術(shù)資料。 4) 在設(shè)計制造中培養(yǎng)我們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和獨立的工作能力。 在設(shè)計中，由于理論知識和實踐經(jīng)驗不足，設(shè)計中的不妥之處，敬請老師批評指正。 一、 零件的分析 （一）零件的功用： 機械制造工藝設(shè)計我們組的零件是端蓋，端蓋的種類很多，用途也很廣。端蓋的一端可以是封閉的，用于變速箱用于變速箱主軸側(cè)面，阻止外界灰塵進入箱體內(nèi)，也可用于固定軸承，起到軸向定位的作用，本例中的端蓋，其內(nèi)部有φ18的可以起到定位軸的零件作用，外圓φ80和內(nèi)孔均有Ra=1.6的配合要求，4-M8和4-M6起到固定端蓋的作用。 圖1-1 （二）零件的工藝分析： 由零件圖可以看出，該端蓋的結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，加工表面也不多，加工精度要求也不大，但主要注意其位置精度要求。 下面將主要表面分為三部分，見圖1-1。 1、以內(nèi)孔為中心的一組加工面： 這組加工面包括： 4－M8、4－M6螺紋孔及其4－φ2小孔。 2、以四邊定位一組加工面： 這組加工面包括：φ80外圓、φ４0外圓、4－φ2小孔、５.５深的環(huán)槽及其倒角。 3、左右端面： 這組加工面包括：94尺寸四個側(cè)面 以上各表面的主要技術(shù)要求如下： 1、4－M8、4－M6螺紋孔及其4－φ2小孔表面粗糙度為Ra=3.2。 2、φ80外圓、φ18孔的表面粗糙度為Ra=1.6，φ４0外圓、4－φ2小孔、５.５ 3、4-mm的端面與軸心線有位置0.02mm的要求。其Ra為1.6。 4、94尺寸四個側(cè)面表面粗糙度為Ra=3.2 零件要求調(diào)質(zhì)HRC30~45，其坯重為1.39kg。 由分析可知，三組加工表面可以選擇其中一組表面為粗基準(zhǔn)進行加工，然后再以加工過的表面為精基準(zhǔn)加工其他各組表面，并保證他們之間的相互位置精度。 二、 零件的工藝規(guī)程設(shè)計 （一）確定零件的生產(chǎn)類型： 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為：N=Q·n（1+a%）（1+b%）(件/年) 其中，產(chǎn)品年產(chǎn)量Q為臺/年, 每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量為n件/臺，零件備品率為a%，零件廢品率為b%。從初始資料和計算結(jié)果可知，該零件為中批生產(chǎn)。 （二）確定零件毛坯的制造形式： 零件為45鋼，在工作時端蓋在某些場面要經(jīng)常正反轉(zhuǎn)，與接觸表面受摩擦作用，所以零件在工作過程中受到交變載荷和沖擊載荷，要求有較高的強度，因此應(yīng)該選擇鍛件毛坯。由于零件的輪廓尺寸不大，生產(chǎn)綱領(lǐng)達(dá)到大批生產(chǎn)水平，可以采用模鍛成型，這對于提高生產(chǎn)率，減少切削加工的勞動量，保證加工精度，都是有利的。 (三)擬定零件的機械加工工藝路線： 1、定位基準(zhǔn)的選擇： 定位基準(zhǔn)的選擇是擬定零件的機械加工路線，確定加工方案中首先要做的重要工作。基面選擇正確、合理與否，將直接影響工件的技工質(zhì)量和生產(chǎn)率。在選擇定位基準(zhǔn)時，需要同時考慮一下三個問題： （1）以哪一個表面作為加工時的精基面或統(tǒng)一基準(zhǔn)，才能保證加工時精度，使整個機械加工工藝過程順利地進行。 （2）為加工上述精基面或統(tǒng)一基準(zhǔn)，應(yīng)采用哪一個表面作為精基面。 （3）是否有個別工序為了特殊的加工要求，需要采用統(tǒng)一基準(zhǔn)以外的精基面。 另外，我們還應(yīng)從粗精基準(zhǔn)選擇的基本原則為出發(fā)點： a．“基準(zhǔn)重合”原則。應(yīng)盡量選擇被加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)。 b.“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。應(yīng)選擇多個表面加工都能使用的表面作為基準(zhǔn)。 c.“互為基準(zhǔn)”原則。當(dāng)兩個表面相互位置精度和其自身尺寸及形狀精度都要求很高時，可互為基準(zhǔn)，反復(fù)進行加工。 d.“自為基準(zhǔn)”原則。在光整加工或某些精加工工序中，要求余量小且均勻，應(yīng)盡量選擇加工表面本身作為基準(zhǔn)。 2、粗基準(zhǔn)選擇： a.如果必須保證工件某重要表面的余量均勻，應(yīng)選擇該表面作為粗基準(zhǔn)。 b.應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。 c.應(yīng)盡量選擇與加工表面的位置精度要求較高的非加工面為粗基準(zhǔn)。 d.選作粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡可能平整光潔，不能有飛邊。澆冒口及其他缺陷，以保證定位準(zhǔn)確可靠。. e.粗基準(zhǔn)一般只使用一次，不再重復(fù)使用。 精基面選擇：根據(jù)精基面的選擇原則。選擇精基面時，首先應(yīng)考慮基準(zhǔn)重合問題，即在可能的情況下，應(yīng)盡量選擇φ18孔和端面作為精基準(zhǔn)。根據(jù)該工件的特點和加工要求，選擇φ18孔和端面作為精基面。4－M8、4－M6螺紋孔及其4－φ2小孔等主要尺寸以φ18孔和右端面作為精面。這樣才能實現(xiàn)位置的要求。對于φ80外圓與φ18內(nèi)孔有相互位置要求，加工時采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，達(dá)到技術(shù)要求。 粗基面選擇：為了加工出上述精基面，很顯然，應(yīng)以四邊和一個端面作為粗基面，鏜，半精鏜內(nèi)孔。 零件各表面加工方法和方案的選擇，首先要保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，另外還需考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟方面的要求，在選擇時，應(yīng)根據(jù)各種加工方法的特點及其經(jīng)濟加工精度和表面粗糙度，結(jié)合零件的特點和技術(shù)要求，慎重決定。 該工件毛壞經(jīng)模鍛成型，根據(jù)表2-9得知孔已鍛出?！督饘偌庸すに嚰肮ぱb設(shè)計》黃如林主編。其各表面加工方法選擇如下： φ18內(nèi)孔 粗鏜——精鏜； 各外圓表面 粗車——精車； 4－M8、4－M6 鉆——攻絲； 四側(cè)面 銑側(cè)面。 3、零件各表面加工順序的確定： 1）加工階段的劃分：為達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求，該端蓋的加工可分為如下三個加工階段： a.粗加工階段：車外圓，銑四邊，內(nèi)孔，環(huán)槽； b.半精加工階段：以精車后為主要精基準(zhǔn)，精車，外圓，端面8個φ2小孔； c.精加工階段：以端面和四邊定位，加工φ18內(nèi)孔。 對于精度要求很高，表面粗糙度參數(shù)值要求很小（及以上，）的零件，還需要專門精度和減小表面粗糙度為主，一般不用糾正形狀精度和位置精度。 2）加工工序的安排： a.機械加工順序的安排：根據(jù)機械加工順序安排時應(yīng)遵循的原則，考慮到該工件的具體特點，先安排四邊，端面，內(nèi)孔的加工。由于φ18內(nèi)孔是主要精基準(zhǔn)，又由于φ18內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)，須以精加工后的四邊作為主要精基準(zhǔn)，車四邊，端面，然后加工出一個孔，最后加工出四個孔與環(huán)槽。 b.熱處理工序的安排：由于毛坯為模鍛件，在機械加工之前，首先安排正火處理，以消除鍛造應(yīng)力，改善切削性能。在粗加工后，安排第二次熱處理——調(diào)質(zhì)處理，以獲得均勻細(xì)致的回火索氏體，提高零件的綜合力學(xué)性能。 c.輔助工序安排：檢驗工序：在熱處理工序后安排中間檢驗工序，最后安排終結(jié)檢驗工序。在終檢前應(yīng)安排清洗工序，最后將零件油封，入庫。 3）工序的組合： 在確定加工順序后，根據(jù)該工件的生產(chǎn)規(guī)模以及工件的結(jié)構(gòu)特點與技術(shù)條件，為了盡可能地減少工件的安裝次數(shù)，在一次安裝中加工多個表面，以便于保證高的表面相互位置精度，考慮使用通用機床配以專用夾具，并采用工序集中的原則來組合工序。 工序集中和分散各有特點，應(yīng)根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)，技術(shù)要求，現(xiàn)場的生產(chǎn)條件和產(chǎn)品的發(fā)展情況來綜合考慮。一般情況下，單件小批生產(chǎn)適于采用工序集中的原則。而大批量生產(chǎn)則可以集中，也可以分散。由于數(shù)控機床，加工中心，柔性制造系統(tǒng)等的發(fā)展，今后發(fā)展趨向于采用工序集中且柔性較高的原則來組織生產(chǎn)。 零件端蓋由于是大批生產(chǎn)，又考慮到該零件結(jié)構(gòu)特點，選用通用機床配以夾具，這樣得到零件的工藝路線如下： （1）下料； （2）鍛造毛坯； （3調(diào)質(zhì)處理； （4）粗銑四邊； （5）粗車大端端面，鉆孔孔及倒角； （6）粗車小端外圓，端面，鏜孔，環(huán)槽及倒角 （7）鉆各小孔及各螺紋孔 （8）鏜φ18內(nèi)孔； （10）清洗； （11）檢驗； （12）油封，入庫。 以上工藝過程詳見機械加工工藝過程卡和工序卡片。 （四）確定加工余量： 合理選擇加工余量對零件的加工質(zhì)量和整個工藝過程的經(jīng)濟性都有很大影響。余量過大，則浪費材料及工時，增加機床和刀具的消耗；余量過小，則不能去掉加工前存在的誤差和缺陷層，影響加工質(zhì)量，造成廢品。所以合理確定加工余量是一項很重要的工作。故應(yīng)在保證在保證加工質(zhì)量的前提下盡量減少加工余量。確定工序加工余量的方法有以下三種： 1）分析計算法； 2）查表修正法； 3）經(jīng)驗估算法。 工藝路線確定后，就要計算各個工序加工時所應(yīng)能達(dá)到的工序尺寸及其公差的確定與工序余量的大小，工序尺寸的標(biāo)注方法，基準(zhǔn)選擇中間工序安排等密切相關(guān)，是一項繁瑣的工作，但就其性質(zhì)和特點而言，一般可以歸納為以下兩大類： a.在工藝基準(zhǔn)不變的情況下，某表面本身各次加工工序尺寸的計算。對于這類簡單的工序尺寸，當(dāng)決定了各工序間余量和工序所能達(dá)到的加工精度后，就可計算各工序的尺寸和公差。計算順序是從最后一道工序開紿，由后向前推。 b.基準(zhǔn)不重合時工序尺寸的計算。在零件的加工過程中，為了加工和檢驗方便可靠或由于零件表面的多次加工等原因，往往不能直接采用設(shè)計 毛坯圖1-2 基準(zhǔn)作定位基準(zhǔn)，出現(xiàn)基準(zhǔn)不重合的情況。形狀較復(fù)雜的零件在加工過程中需要多次轉(zhuǎn)換定位基準(zhǔn)，這時工藝尺寸的計算就比較復(fù)雜，應(yīng)利用尺寸鏈原理進行分析和計算，并對工序間余量進行必要的驗算，以確定工序尺寸及其公差。 機械加工余量對工藝過程有一定的影響，余量不夠，不能保證零件的加工質(zhì)量，余量過大，增加機械加工勞動量，而且增加了材料。刀具能源的消耗，從而增加了成本，所以必須合理安排加工余量。 根據(jù)零件毛坯條件：材料為45鋼，硬度為HRC30-45，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用在鍛模毛坯。 1、本設(shè)計采用查表修正法和經(jīng)驗估計法相結(jié)合確定各加工表面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸。 （1） 外圓表面加工余量 小端外圓長度5.5mm，加工表面公差等級為IT6-IT8，表面粗糙度Ra1.6，故鍛造時外徑加工余量按外圓查表得：精車，2Z=1.2；精車可以達(dá)到該公差等級，按照“入體原則”，粗車，2Z=5.8；毛坯，2Z=。 （2）軸向長度方向加工余量，左、右端面及中間臺階面的加工。 余量查表得Z=，故毛坯總長為30±2mm，小端臺階長為9.5±2mm。 （3）內(nèi)孔表面加工余量。工件內(nèi)孔和光孔。由于，加工余量按內(nèi)孔查表得：精鏜內(nèi)孔80，2Z=8；鉆72±2，毛坯圖見1-2，其余各表面加工余量及工序尺寸詳見工序卡片。 2、確定各工序所用機床及工藝裝備： 零件的加工精度和生產(chǎn)率在很大程度上是由使用的機床所決定的。在設(shè)計工藝規(guī)程時，主要是選擇機床的種類和型號。選擇時參考有關(guān)手冊，產(chǎn)品樣本。選擇工藝裝備即選擇夾具、刀具、量具等，在選擇時應(yīng)考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)類型及生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)；產(chǎn)品的通用化程度及產(chǎn)品的壽命周期；現(xiàn)由設(shè)備、工藝規(guī)程的特點等情況。 由于該工件生產(chǎn)規(guī)模為大批生產(chǎn)，根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，選用通用機床余專用夾具較為合適。具體的選擇如下： （1）粗車各檔外圓、端面，鏜孔及倒角。選用CA6140普通車床。夾具：四爪卡盤。 （2）精車80mm右端面。選用CA6140普通車床。（3）精車左端面及mm。選用CA6140普通車床。夾具：四爪卡盤。 （4）鉆M6, M8孔。選用Z525。夾具：專用夾具。 （5）鉆2mm孔。選用Z525。夾具：專用夾具。 （6）銑四側(cè)面。選用X6022。夾具：專用夾具。 （7）鏜18mm孔。選用T618。夾具：專用夾具。 另外刀具的選擇主要取決于各工序的加工方法、工件材料、加工精度、所用機床性能，生產(chǎn)率及經(jīng)濟性等。量具主要根據(jù)生產(chǎn)類型和所要求檢驗的精度來選擇。其選擇的型號詳見工序卡片。 3、確定切削用量及工時定額： 切削用量應(yīng)在機床、刀具、加工余量等確定以后，綜合考慮工序的具體內(nèi)容、加工精度、生產(chǎn)率、刀具壽命等因素正確選擇。 選擇切削用量的基本原則是：首先選取盡可能大的背吃刀量（即切削深度），其次要根據(jù)機床動力和剛性限制條件或已加工表面粗糙度的規(guī)定等，選取盡可能大的進給量f，最后利用切削用量手冊選取或用公式計算確定最佳切削速度v。 a. 估算工時定額：=++=+++ ——單件時間； ——作業(yè)時間； ——布置工作地時間； ——休息與生理需要時間； ——輔助時間； ——基本時間。 b. 準(zhǔn)備與終結(jié)時間 。 c. 單件計算時間 =++++。 其具體計算過程如下： （1） 加工條件： 工件材料：45鋼正火，=0.35GPa,模鍛。 加工要求：車端面30mm,Ra3.2；粗車外圓80mm，mm。Ra分別為3.2，1.6。機床：CA6140普通車床 刀具：端面車刀，刀具材料YT15，刀桿尺寸16 ×25 ， =90°，=15°，=12°，=0.5mm；刀具材料： W18Cr4v。 （2） 計算切削用量： 1)粗車端面時，根據(jù)加工余量Z= ，取Z=3，即=3mm，走刀量f=0.4 （表3-13）； 計算切削速度（表3-18），耐用度t=45min， m/sm/s 確定機床主軸轉(zhuǎn)速 按機床選取=11.7 (700)(表4-3) 所以實際切削速度v=2.57 （154.4 ） 切削I時： , =2mm, =0, =5mm(試切長度) 2)粗車外圓: a.切削深度：單邊余量Z=2.8mm可一次切除。 b.進給量：考慮刀桿尺寸、工件直徑及規(guī)定的切除深度。從表3-13中選用f=0.6 。 c.計算切削速度（表3-18） d. 確定機床主軸轉(zhuǎn)速： 按機床選取=11.7 (700) 所以實際切削速度 e. 切削I時： 切入長度=4mm，切出長度=0，試切長度=5mm 3）鉆螺紋M8， M6 攻M6×1.5的螺紋 機床：Z535立式鉆床 刀具：細(xì)柄機用絲錐（） 進給量：由于其螺距,因此進給量 切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-105，取 由式（2.1）機床主軸轉(zhuǎn)速： ，取 絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取 實際切削速度： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間 攻4－M6螺紋 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間 總工時為：t=2++=3.75min 加工4－M8底孔 孔的直徑為8mm。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆孔至Φ7，選用Φ7的麻花鉆頭。攻M8螺紋，選用M8細(xì)柄機用絲錐攻螺紋。 進給量：根據(jù)參考文獻[5]表2.4-39，取 切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-41，取 由式（2.1）機床主軸轉(zhuǎn)速： ，取 實際切削速度： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 攻M8×1.5的螺紋 機床：Z535立式鉆床 刀具：細(xì)柄機用絲錐（） 進給量：由于其螺距,因此進給量 切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-105，取 由式（2.1）機床主軸轉(zhuǎn)速： ，取 絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取 實際切削速度： 攻M8螺紋的工時 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間 4）鉆孔8－2mm： （表3-38） （表3-42） 按機床選取=40 (3600 ) 所以實際切削速度 切削I時： 切入=10mm，切出=2mm, =13.5mm, 5）鏜孔18mm 取刀桿直徑D= 15mm，刀桿伸出量125mm， 加工余量，一次可切除完畢。 選用90°硬質(zhì)合金YT5鏜刀,f=0.21（表3-15） （表3-19及手冊P102“鏜孔切削用量”） 按機床選取=23 (1380 ) 所以實際切削速度: 切削I時：（表7-1） =13.5 , =2mm 三、專用夾具設(shè)計 3.2鉆4－M6底孔夾具設(shè)計: 圖1-1所示為端蓋零件圖，生產(chǎn)規(guī)模為大批量生產(chǎn)，零件的某些尺寸已經(jīng)在前工序按要求加工完畢，本道工序要求在Z525立式鉆床上加工M6螺紋底孔，需要設(shè)計一專用鉆床夾具以便滿足零件圖上的各項精度要求。 （一）零件的加工工藝分析： 零件對M6螺紋底孔的要求如下： a.四個孔需要均布排列； b.四孔的中心線在460.1圓上； c.孔的表面粗糙度Ra為3.2； 加工面的凸臺面積較小，故需要專用夾具，又由于上下端面均已經(jīng)加工完畢，所以精基準(zhǔn)選上下端面，側(cè)面或者中心孔。 （二）定位加緊方案的確定及論證： 根據(jù)工序加工要求分析，工件定位時只需限制六個自由度，沿法蘭方向的轉(zhuǎn)動自由度也必須予以限制。現(xiàn)在有三種定位夾緊方案可供選擇。三種夾緊定位方案簡圖如下： 方案1圖示： 圖3-1 方案2圖示： 圖3-2 方案3圖示： 圖3-3 A 工件以右端面為第一定位基準(zhǔn)，限制3個自由度，可知法蘭右端臺階較小，相當(dāng)于短圓柱銷。其中右端面作為基準(zhǔn)，限制的自由度為，和短圓柱銷限制和，共有 X， Y， 和四個自由度受到限制，V形塊限制和Z，這樣便可以保證孔的正確位置。 根據(jù)主要夾緊力由V形塊和削邊銷提供，當(dāng)削邊銷發(fā)生磨損后，主要加緊力由V形塊提供，由于是側(cè)面提供夾緊力，故需要對V形塊施加較大的力。為使工件穩(wěn)定，防止產(chǎn)生共振現(xiàn)象等不穩(wěn)定現(xiàn)象，可以進行自定位支承，在鉆削過程中，容易產(chǎn)生較大的軸向力，下面設(shè)一輔助支承，以減少工件產(chǎn)生變形，圖3-1為該定位夾緊方案的圖示。 B 工件以右端面為第一定位基準(zhǔn)，分別限制了4個自由度，其小平面和長圓柱銷供限制里個自由度即，X， ，Y和。又由于短V形塊限制了Z，故6個自由度全部被限制。 根據(jù)主要夾緊力由短V形塊提供，且V形塊的面積和法蘭的接觸面積較小，故需提供較大的預(yù)緊力。為確定加工過程中工件的加工穩(wěn)定性，需設(shè)置輔助支承；為防止過定位情況的出現(xiàn)，可以采用自位支承。3-2為該定位夾緊方案示意圖，但此方案需將加工路線中車螺紋放到了后面。 C 由于該工件的形狀和結(jié)構(gòu)特點，該定位基準(zhǔn)仍采用右端面，該端面屬于大平面與法蘭的右端面接觸，分別限制了，X和Y三個方向上自由度。又兩定位銷限制了，Z和三個方向上自由度，這樣保證零件的定位可靠。 根據(jù)主要夾緊力作用于定為基準(zhǔn)面的原則，主要夾緊力由壓柱塊和墊塊來提供，其中墊塊上的受力較大，又由于鉆孔處的的零件較薄弱，為防止工件過大變形右端面與鉆模板接解面積較大，起到防止變形作用。 比較上述的三種方案，可以看出它們的優(yōu)缺點。三種方案都可以滿足定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)相重合的原則，這是它們的主要優(yōu)點。方案一和方案二分別在中心軸線處采用了削邊銷和長圓柱銷，均出現(xiàn)了局部過定位現(xiàn)象，但還是可以滿足加工要求的，但需要加上自位支承，增加了專用夾具的復(fù)雜性。前兩種方案中的V形塊都需要提供較大的夾緊力，而方案三的夾緊力由開口墊圈和V形塊分擔(dān)，且有輔助支承存在，沒出現(xiàn)過定位現(xiàn)象，也不需要提供自定位支承來解除過定位的自由度，且方案三結(jié)構(gòu)緊湊操作方便，定位誤差較小，并且可以滿足加工精度的要求。根據(jù)孔的位置要求，該夾具上安裝有分度裝置，從而提高了生產(chǎn)效率，使一次安裝能同時加工出四個孔.。 (三) 定位誤差分析： 首先，在對夾具進行定位誤差分析之前，對已經(jīng)選定的方案工作原理做一下說明： 該夾具用于立式鉆床，鉆削法蘭上四個孔。工件以端面，中心孔與另一個小孔，達(dá)到一面兩孔定位。轉(zhuǎn)動手柄10，在壓柱作用下使墊塊向上運動，起到向上夾緊定位作用，將工件壓緊。當(dāng)一個孔鉆好后，拉動底座并旋轉(zhuǎn)，使壓柱壓昆工件再向下轉(zhuǎn)動手柄5，轉(zhuǎn)動夾具體至相應(yīng)位置時，，鉆削另一個孔。其余各孔按同樣的方法依次加工。了解了該專用夾具的工作原理之后，將對此夾具在使用過程中的定位誤差做如下分析: 1.四個孔均不排列： 該誤差主要存在于分度裝置的精度問題，在加工完畢一個孔后，需轉(zhuǎn)動夾具體45°的角度來加工下一個孔，定位夾緊后，通過鉆頭產(chǎn)生的軸向力會使工件發(fā)生傾斜現(xiàn)象，即便有輔助支承的存在，而輔助支承產(chǎn)生的外力很小，本身就會使工件產(chǎn)生傾斜，故需要在設(shè)置輔助支承時應(yīng)注意到這一方面，對均布的5mm的四個孔有很重要的意義。 2.兩孔距離： 為保證兩孔中心距，需要可靠的夾緊力，開口墊圈上的夾緊力應(yīng)足夠大，以防止工件產(chǎn)生傾斜或加工過程中的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。由于加工的公差較大，在夾具制造過程中應(yīng)稍加注意，將會消除這方面的問題，將產(chǎn)生的誤差為，其夾角為，鉆孔平面的尺寸為φ46mm，具體參照圖3-3。定位誤差為： = = =0.034 由于=0.034<0.05，故可以滿足其加工精度。 3.孔表面粗糙度Ra3.2： 由于鉆孔的公差等級能達(dá)到IT12-IT11，其中Ra值為Ra25~Ra12.5，故鉆孔遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到Ra3.2，故需進一步采用鉸孔，而該孔又是一個螺紋孔，需要在鉸孔后進行攻絲。定位方案仍為帶凸緣的夾具定位，進行鉸孔后便能滿足要求。 銑側(cè)面夾具設(shè)計 由連桿工作圖可知，工件材料為45，為大比量生產(chǎn)。根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，需設(shè)計一套銑平面夾具，刀具為硬質(zhì)合金端銑刀。 夾具的問題注意 本夾具主要作來銑四側(cè)面，主要是為是了保證四側(cè)面相互位置度要求，并為下道工序提供精基準(zhǔn)需要。由于本工序是粗加工，主要應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。夾具設(shè)計1) 定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知，端蓋的四側(cè)面都為粗加工,兩端面都沒有加工，且表面粗糙要求較高。為了使定位誤差為零，按互為基準(zhǔn)原則,選擇另一側(cè)面作為定位基準(zhǔn)。 2) 夾緊方案 由于零件小，所以采用螺旋夾緊機構(gòu)，裝卸工件方便、迅速。 3) 夾具體設(shè)計 夾具體的作用是將定位、夾具裝置連接成一體，并能正確安裝在機床上，加工時，能承受一部分切削力。夾具體圖如圖： 夾具體為鑄造件，安裝穩(wěn)定，剛度好，但制造周期較長。 4) 切削力及夾緊力的計算 切削力的計算：，由《組合機床》（表7-24）得： P===1902.538N 夾緊力的計算：由《機床夾具設(shè)計手冊》（表1-2-25）得： 用扳手的六角螺母的夾緊力：M=12mm, P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=70N，夾緊力：W0=5380N 由于夾緊力大于切削力，即本夾具可安全使用。 定位誤差的計算: 由加工工序知，加工面為連桿的剖分面。剖分面對連接螺栓孔中心線有垂直度要求（垂直度允差0.08）；對連桿體小頭孔有中心距1900.1要求；對剖分面有0.025的平面度要求。所以本工序的工序基準(zhǔn)：連桿上蓋為螺母座面，連桿體為小頭孔中心線，其設(shè)計計算如下： （1）確定定位銷中心與大頭孔中心的距離及其公差。此公差取工件相應(yīng)尺寸的平均值，公差取相應(yīng)公差的三分之一（通常取1/5~1/3）。故此尺寸為190.30.010。 （2）確定定位銷尺寸及公差 本夾具的主要定位元件為一固定銷，結(jié)構(gòu)簡單，但不便于更換。該定位銷的基本尺寸取工件孔下限尺寸Φ19.8。公差與本零件在工作時與其相配孔的尺寸與公差相同，即為Φ19.8。 （3）小孔的確定 考慮到配合間隙對加工要求中心距1900.1影響很大，應(yīng)選較緊的配合。另外小頭孔的定位面較短，定位銷有錐度導(dǎo)向，不致造成裝工件困難。故確定小頭定位孔的孔徑為Φ19.8。 5) 定位誤差分析 ① 對于連桿體剖分面中心距1900.1的要求，以Φ19.8的中心線為定位基準(zhǔn)，雖屬“基準(zhǔn)重合”，無基準(zhǔn)不重合誤差，但由于定位面與定位間存在間隙，造成的基準(zhǔn)位置誤差即為定位誤差，其值為： ΔDw=δD+δd+Δmin =0.033+0.012+0 =0.045 mm ΔDw－－剖分面的定位誤差 δD――工件孔的直徑公差 δd――定位銷的直徑公差 Δmin――孔和銷的最小保證間隙 此項中心距加工允差為0.2mm,因此工件在加工過程中能夠保證加工精度要求。 ② 連桿上蓋剖分面的尺寸要求，螺母座面（工藝基準(zhǔn)）為加工面的工序基準(zhǔn)，同時亦為第一定位基準(zhǔn)，對加工剖分面來說，它與工序基準(zhǔn)的距離及相應(yīng)的平行度誤差只取決于基準(zhǔn)在夾具中位置。因為工序基準(zhǔn)同時為定位基準(zhǔn)，即基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差?；鶞?zhǔn)位置誤差為零。所以對加工剖分面來說，定位誤差為零。即當(dāng)基準(zhǔn)重合時，造成加工表面定位誤差的原因是定位基準(zhǔn)的基準(zhǔn)位置誤差。 四、結(jié)束語 要掌握零件制造過程中的共同性規(guī)律和解決具體工藝問題的知識和能力，其復(fù)雜性就不是一門課程所能解決的，通過多門相關(guān)知識學(xué)科的學(xué)習(xí)，掌握其內(nèi)在的基本規(guī)律。多門學(xué)科的綜合組成全面地分析和運用機械制造工藝過程的基本內(nèi)容，圓滿完成了這次課程設(shè)計的內(nèi)容。 通過本次課程設(shè)計，讓我了解到生產(chǎn)零件過程中需要解決很多問題，從中發(fā)現(xiàn)了很多自己的不足，老師和同學(xué)的熱心幫助，讓我屢次樹立信心，決心完成課程設(shè)計任務(wù)，在設(shè)計的最后，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中仍存在有問題，反復(fù)糾正，最終完成本次課程設(shè)計。 對本次設(shè)計中，幫助過指導(dǎo)過我的老師和同學(xué)最真誠的謝意！ 五、參考文獻: 《機械制造工藝學(xué)基礎(chǔ)》 傅水根主編 清華大學(xué)出版社2000.9 《機械制造裝備設(shè)計》 馮辛安主編 機械工業(yè)出版設(shè) 2004.1 《機械制造工藝學(xué)》 顧崇銜主編 西科學(xué)技術(shù)出版社 2006.8 《機械制造工藝手冊》 王紹俊主編 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 1981.8 《機械設(shè)計》 濮良貴主編 高等教育出版社 2006.12 《金屬切削機床夾具圖冊》 南京機械研究所主編加工 1984.12 《機床夾具設(shè)計手冊》編委會主編 機械工業(yè)出版社 2002 30