活塞的加工工藝設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙）,活塞,加工,工藝,設(shè)計(jì),夾具,全套,cad,圖紙 可持續(xù)夾具及固定裝置的高精度安裝的方法論 J. Jamshidi，P.G. maropoulos 英國(guó)巴斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系 摘要 在夾具安裝階段，夾具組件的精確測(cè)量能力決定其精確性，尤其是對(duì)大尺寸的產(chǎn)品和應(yīng)用來說。大量定制一些在設(shè)計(jì)上有多樣性的小批量產(chǎn)品和零部件是十分重要的。產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該與迅速轉(zhuǎn)換理念相互協(xié)調(diào)，對(duì)于敏感元器件及組件而言，以犧牲產(chǎn)品質(zhì)量來提高速度是不明智的，例如在航空航天工業(yè)中所看到的那些零部件。提高精確性對(duì)于夾具的安裝是很有必要的，為了要盡量少用，這可取決于夾具和夾具定位變化的耐受性預(yù)算。在航空航天工業(yè)中，靈活和可重構(gòu)夾具的概念的發(fā)展及固定裝置是夾具的主要開銷成本。吸引他們的是重構(gòu)夾具的可重用性，可持續(xù)使用是由于那些零部件也能夠被重新應(yīng)用到許多種產(chǎn)品和裝配中去。一直不佳的準(zhǔn)確性和可靠性為這類夾具的缺點(diǎn)，這篇論文主要是研究可持續(xù)夾具主要零部件的精確定位，影響夾具性能的因素在安裝階段會(huì)得以審查。本文介紹了一種在靈活?yuàn)A具中為了最大限度地減少定位和夾緊的不確定性的方法。 關(guān)鍵詞:可持續(xù)性?shī)A具；夾具安裝；校準(zhǔn)不確定性；夾具的監(jiān)測(cè)；計(jì)量；可重復(fù)使用的夾具 1引言 質(zhì)量和可靠性等因素早已經(jīng)轉(zhuǎn)換為新零件固有的特征。在他們的產(chǎn)品和服務(wù)范圍內(nèi)，近期市場(chǎng)趨勢(shì)已經(jīng)迫使制造業(yè)走向大規(guī)模定制。其次增加新陳品的多樣化設(shè)計(jì)在部件和組件級(jí)別上遵循第二次高幅度的變化。有先進(jìn)制造系統(tǒng)和技術(shù)的國(guó)家提供了更多的靈活性，能使設(shè)計(jì)師更加自由的發(fā)揮想象。例如在過去幾十年發(fā)展起來的一種新的大體積測(cè)量方法，就能測(cè)量及公丈的距離。用來檢測(cè)大尺寸零件的這些設(shè)備通常是由多個(gè)組裝部件所制造出來的。在重組和裝配期間，那些大尺寸產(chǎn)品的制造需要用到專用的夾具和固定裝置，以便于他們的零部件能夠被定位在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)上。對(duì)于大批量產(chǎn)品，在計(jì)算機(jī)輔助軟件上就能估算出其主要的花費(fèi)需求，否則，在某些情況下或以其他方式生產(chǎn)的產(chǎn)品成本可能會(huì)是非常高的。這個(gè)問題與客戶不斷用錢來尋求具有更高價(jià)值的市場(chǎng)需求相互矛盾。用一種典型的變化產(chǎn)品可以創(chuàng)建一個(gè)更加具有持續(xù)性的商業(yè)，因?yàn)樗軌驖M足相對(duì)比較大地市場(chǎng)需求。由支持產(chǎn)品變化的不同形狀的產(chǎn)品而形成的靈活和可重構(gòu)夾具及固定裝置則是應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)關(guān)鍵的解決方案。靈活?yuàn)A具的概念已經(jīng)在研究領(lǐng)域存在了幾年[1]。然而，它們?cè)诤艽蟪潭壬蠜]有充分利用真正的生產(chǎn)設(shè)施，尤其是大尺寸產(chǎn)品的制造，如航空航天設(shè)備。這是由于關(guān)于它們的初始安裝、校準(zhǔn)困難和可重復(fù)性等挑戰(zhàn)往往超出公差要求。這些夾具和高品質(zhì)關(guān)鍵部件裝置的制造以及大量的集成計(jì)量系統(tǒng)，都可以減少上述限制。本文包括了有關(guān)安裝的計(jì)量問題和靈活的夾具校準(zhǔn)以及檢測(cè)服務(wù)。 2相關(guān)工作 2.1大型零件的制造和裝配 通常把要精密制造的機(jī)械零件移動(dòng)到機(jī)床工作臺(tái)是必需的，先進(jìn)行粗加工，然后精對(duì)準(zhǔn)和夾緊。在這個(gè)階段，一方面是準(zhǔn)備用于加工高精度的關(guān)鍵所在，然而，這對(duì)于一些大尺寸或重的零部件并不總是可以實(shí)現(xiàn)的。大型產(chǎn)品是指那些與一些不經(jīng)濟(jì)的可能需要處理或在工廠周圍移動(dòng)的的組件一起來達(dá)到制造和裝配的目的[2]。制造業(yè)和這些部件的裝配工藝包括所需機(jī)器和系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以及這些部件的位置和方向。這些零部件通常定位在大尺寸夾具及固定裝置上該定位的位置。如果這些部件以小批量生產(chǎn)，在航空航天工業(yè)、高開銷的情況下，每個(gè)產(chǎn)品將會(huì)出現(xiàn)。在設(shè)計(jì)和制造夾具上，已經(jīng)有了許多嘗試，以便于能夠持有許多種組件的變種。然而，這方法是不可行的，因?yàn)槊舾谢蜿P(guān)鍵的零部件完全是由它們的高精度要求所決定的。與固定的夾具相比較，可調(diào)、可重構(gòu)夾具會(huì)產(chǎn)生更低的重復(fù)性。固定夾具有固定的方式，可以通過焊接或鉚接的接頭固定在一起來實(shí)現(xiàn)。這些機(jī)械故障，例如夾具和固定裝置由于疲勞和塑料變形就是一個(gè)終止其服務(wù)的主要原因，發(fā)送它們?cè)龠M(jìn)行回收。小批量制造的需求是目前常見的淘汰不合格夾具，其使用壽命取決于產(chǎn)品的生命周期。換句話說，在制造變種零件停止不久之后，與之有關(guān)聯(lián)的夾具和固定裝置將會(huì)變得多余。即使夾具有工作順序，但它們?nèi)匀挥袌?bào)廢并送往循環(huán)再造。這種方法會(huì)帶來高負(fù)擔(dān)回收的能耗。在大尺寸零件下的固定夾具和夾具的漂移以及夾具都能影響大尺寸零件組裝的精確性[5]。對(duì)于大尺寸的夾具已經(jīng)開發(fā)出了幾種分析夾具剛性的方法，可用來評(píng)估振動(dòng)的影響因素。在任何情況下更加可持續(xù)生產(chǎn)要通過選擇性方案才能得以實(shí)現(xiàn)。如圖2.1所示。 圖2.1 典型的大型夾具元件 用于制造所延誤的時(shí)間是固定夾具的又一重大缺點(diǎn)，這些夾具應(yīng)該在制造前就被訂購(gòu)，在生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)品上市前還可以創(chuàng)建額外的復(fù)雜性。不管他們的類型，大型夾具有一些共同的元素，包括一個(gè)主框架、內(nèi)在的框架，有可能有一個(gè)或數(shù)多個(gè)可移動(dòng)的機(jī)制或更小的組件，如鉗、套管、皮卡和可調(diào)螺絲[表1]。 2.2柔性?shī)A具 開發(fā)的柔性?shī)A具的概念增加了其可持續(xù)性、快速轉(zhuǎn)換以及降低了成本?，F(xiàn)在可以使用現(xiàn)成的模塊來設(shè)計(jì)和組裝夾具。根據(jù)規(guī)定，只有極少數(shù)夾具的專用零件需要設(shè)計(jì)和制造。以這種概念看，大多數(shù)散裝部件、附件關(guān)節(jié)都應(yīng)用的很具體。一旦產(chǎn)品設(shè)計(jì)變異完全制造出來，然后就可以拆卸上述組件和重組成一種新的元件來與未來的設(shè)計(jì)變異相匹配。因?yàn)榻M裝和組件范圍上的設(shè)計(jì)都相當(dāng)接近，所以這種方法是最能降低夾具成本的。 根據(jù)組件的變化水平和工作類型的需求，每一個(gè)不同比例的柔性?shī)A具都需要被重新安排。為了增加使用這種類型夾具的效益，這個(gè)問題在設(shè)計(jì)階段考慮是十分重要的。例如，在可能的情況下，皮卡車的位置和三維定位夾具上的組件的不同變種，甚至完全不同的部分應(yīng)該是在靠近增加兼容性和夾具子系統(tǒng)間變性。夾具關(guān)鍵部件的收集在短期內(nèi)能保證所需夾具的可用性。另外，這些夾具的存儲(chǔ)需要很少空間，因?yàn)椴鸪心K是可能的，通常以腳手架的形式并把它們彼此放在一起。目前在一些汽車公司應(yīng)用到柔性?shī)A具，因?yàn)樗鼈兊木鹊燃?jí)是足夠滿足的。大尺寸制造的夾具設(shè)施盡管沒有許多柔性?shī)A具那樣操作靈活，比如航空航天設(shè)備。準(zhǔn)確性和定位銷的不確定性、夾具的可重復(fù)性以及夾具結(jié)構(gòu)的漂移都出現(xiàn)這樣一個(gè)事實(shí)，這些夾具在發(fā)電和航空航天等工業(yè)不能滿足公差要求。一旦它們的精度問題得以解決，這些夾具在上述的工業(yè)中將會(huì)有很高的利用價(jià)值。 圖2.2 夾具與汽車行業(yè)中的可重構(gòu)組件 大量的體積計(jì)量系統(tǒng)和技術(shù)一直有許多新的發(fā)展。依靠計(jì)量系統(tǒng)和技術(shù)的現(xiàn)代激光技術(shù)現(xiàn)在就能夠測(cè)量一些可接受精度的大尺寸產(chǎn)品甚至到幾公丈的產(chǎn)品。在安裝和初期安裝調(diào)試期間，這些系統(tǒng)能夠用來精確定位一些夾具的關(guān)鍵部件。 夾具的安裝通常開始形成機(jī)架或主要框架，然后是那些大的部件和像皮卡和夾具那樣逐漸更小的零部件。計(jì)量系統(tǒng)能夠用于柔性?shī)A具的主要框架和其內(nèi)部框架的安裝，從而來保證每個(gè)零部件彼此之間的準(zhǔn)確定位。表1顯示了這些大規(guī)模的測(cè)量系統(tǒng)數(shù)。跟蹤系統(tǒng)能夠測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，它是實(shí)現(xiàn)這一目的的最合適的測(cè)量系統(tǒng)。一起跟蹤球式反射鏡在三維空間內(nèi)都可以認(rèn)準(zhǔn)所要記錄的位置。球式反射鏡可以直接練習(xí)目標(biāo)對(duì)象來提供幾何位置信息或可以在機(jī)械重復(fù)的球式反射鏡下應(yīng)用，從這個(gè)角度用激光來跟蹤目標(biāo)或短期目標(biāo)。像一些其他測(cè)量?jī)x器的激光跟蹤有時(shí)候不確定，在夾具的安裝過程中需要做以說明。此外，激光跟蹤和目標(biāo)點(diǎn)之間的光線問題還應(yīng)該考慮到。如果必要的話，多個(gè)跟蹤職位都可以使用，在實(shí)際測(cè)量活動(dòng)中，其結(jié)果必然是伴隨著一個(gè)不確定的說明。經(jīng)過測(cè)量，這些給定的分散的特征值是合理的，這個(gè)問題與一些夾具或夾具的安裝及以后的審核都是一樣的。這些知識(shí)闡明了一個(gè)給定的定位夾具的能力和裝配任務(wù)。換句話說，它表示在其相關(guān)流程中一套夾具是否能夠滿足公差要求。 2.3夾具理論比較 為了用于多種生產(chǎn)裝置和組裝應(yīng)用，在不同的公司也有大量不同形狀和設(shè)計(jì)的夾具。這些夾具中的某一些的形式都是標(biāo)準(zhǔn)形式，然而另一些是經(jīng)過專門設(shè)計(jì)和制造的特殊零部件。后者可以說是建立在產(chǎn)品的復(fù)雜性和大規(guī)模的基礎(chǔ)上的，所以可能會(huì)是非常昂貴的[9]。 無(wú)論成本和目的如何，制造和組裝過程都可以完成，要么不使用夾具，要么用固定幀夾具或用可重構(gòu)或柔性?shī)A具。表2對(duì)它們的典型應(yīng)用的這些方法做出了比較。 固定框夾具通常用于重型應(yīng)用上，它們更適合于應(yīng)用在能夠減輕花費(fèi)開銷的大量產(chǎn)品上。 對(duì)于制造業(yè)和大型組裝及復(fù)雜產(chǎn)品來說，柔性?shī)A具的應(yīng)用有很多好處。特別是在研究和發(fā)展工作中，以及低容量產(chǎn)品的情況下，制造柔性?shī)A具和夾具可能會(huì)是非常有益的。除了在時(shí)間和金錢上使利益均衡外，柔性?shī)A具還會(huì)有一個(gè)更加靈活的設(shè)計(jì)思路。由于在夾具的制造和裝配過程中，會(huì)直接和經(jīng)常改變夾具的拓?fù)涑杀尽Ｅc傳統(tǒng)夾具相比較，這種類型的柔性?shī)A具的可重用性和可重構(gòu)性是一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)。這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)樗诰G色制造方面符合行業(yè)的發(fā)展方向，通過回收使用系統(tǒng)的組成部件，為相關(guān)項(xiàng)目的工裝費(fèi)用降低了項(xiàng)目成本。 表2.1 用于驗(yàn)證夾具大量的例子、便攜式測(cè)量?jī)x器 儀器 輔助部件 測(cè)量類型 接觸式 非接觸式 圖像 激光跟蹤儀 賽立信探頭 是 T型探頭 是 激光雷達(dá) 球形目標(biāo) 是 攝影 目標(biāo) 是 光投影 是 關(guān)節(jié)臂 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 基于激光掃描頭 是 接觸探頭 是 2.4 柔性?shī)A具的安裝 本節(jié)中描述的夾具在安裝過程中需要考慮一些問題。夾具元件安裝在合適位置可以說是一種挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng)定位公差比較小時(shí)，柔性?shī)A具也應(yīng)當(dāng)被監(jiān)測(cè)以便于開發(fā)和與傳統(tǒng)夾具相比較它們的剛性。 給出了一個(gè)通用的描述階段根據(jù)初步夾具安裝在仿真軟件環(huán)境和利用一些尺寸為5m×4m×3m的大尺寸夾具的實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果來測(cè)量指令階段。這是不論這個(gè)夾具是否是第一次安裝在夾具中還是對(duì)已經(jīng)存在的夾具只做外形上的更換，其都是為了定位不同的零部件。 根據(jù)其復(fù)雜性，一種典型的大尺寸夾具具有三至五個(gè)結(jié)構(gòu)。通常除了有一個(gè)主框架之外，在每一個(gè)級(jí)別的基本水平，也可以由一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)用來作為參考以便于作為夾具基準(zhǔn)來定位。在一個(gè)自動(dòng)化固定的平臺(tái)上，機(jī)器系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行多項(xiàng)任務(wù)，比如定位、加工和進(jìn)行裝配。因此機(jī)器人的工作基準(zhǔn)與夾具的工作框架相聯(lián)系。仔細(xì)考慮夾具的綜合數(shù)據(jù)，會(huì)確保后續(xù)安裝達(dá)到預(yù)期的公差要求。 2.4.1 測(cè)試輔助柔性?shī)A具的安裝 柔性?shī)A具的安裝在第一次進(jìn)行模擬仿真時(shí)有幾個(gè)安裝階段。使用模擬演習(xí)，在這個(gè)工程中可以減少一些潛在的錯(cuò)誤和返工。測(cè)量輔助安裝過程是類似的跟蹤對(duì)象位置的過程，是常見的大尺寸組件用到的。夾具的組件先用這種方法使其大致位置公差在1mm以內(nèi)，然后當(dāng)所有的夾具組件被放到所設(shè)計(jì)的位置時(shí)，在0.1mm至0.15mm公差內(nèi)，它們可以使用適當(dāng)?shù)呐ぞ厥站o。典型的計(jì)量協(xié)助柔性?shī)A具安裝階段如下： 在出廠時(shí)設(shè)置初試參考結(jié)構(gòu)； 測(cè)量初始參照系； 安裝基地或其位置的主框架； 安裝脫機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)； 安裝控股和定位； 在內(nèi)框和主框架位置安裝鉗、套管和皮卡。 底座上安裝內(nèi)框； 重點(diǎn)定位元件的精細(xì)調(diào)整和緊固； 核查參照系和夾具； 對(duì)于夾具關(guān)鍵位置的服務(wù)監(jiān)測(cè)。 這些階段是從無(wú)到有夾具的完整安裝。更不用說，在設(shè)計(jì)變化略有變化的情況下，一些下面的操作將被忽略。 表2.2 不同夾具理念之間簡(jiǎn)明的比較 典型特征 固定框架 柔性?shī)A具 夾具 應(yīng)用 大批量產(chǎn)品 小批量產(chǎn)品 樣機(jī) 優(yōu)點(diǎn) 唯一性 可重復(fù)性 可重構(gòu)性 成本效益 耐用性 非常高 高 低 剛度 非常高 剛性不確定 低 缺點(diǎn) 重量 重 中 低 可移植性 不可移植 難以在每一個(gè)安裝中定位 難以進(jìn)行 成本 非常高 中等 低 生產(chǎn)時(shí)間 長(zhǎng) 中等 短 2.4.2 柔性?shī)A具的安裝 柔性?shī)A具安裝過程中采取了以下階段： 安裝夾具的主框架； 移動(dòng)單元和子系統(tǒng)組裝； 夾具內(nèi)框架在夾具裝配中的安裝； 皮卡和夾具的裝配。 主框架通常是夾具的骨干。因此，它一般不會(huì)改變外形，和內(nèi)框架及較小的元素如襯套、皮卡和夾具一樣具有規(guī)律性。慎重考慮制造過程可以減少夾具元件較大元素的重新排列，也會(huì)更進(jìn)一步節(jié)約時(shí)間和成本。圖3顯示了三組不同活動(dòng)小組對(duì)于柔性?shī)A具的安裝過程。在這個(gè)過程中，假定夾具的標(biāo)準(zhǔn)件是從可供選擇的現(xiàn)成的部件和組件中選出來的，然后提前在大量的物理安裝測(cè)試和調(diào)試時(shí)以降低測(cè)量不確定度來進(jìn)行一次夾具安裝。一旦達(dá)到可接受水平的不確定性的物理安裝才能進(jìn)行。 圖2.3 柔性?shī)A具的測(cè)量輔助安裝程序 在夾具安裝過程中，它可能需要用到多個(gè)測(cè)量系統(tǒng)或用到包括一套完整夾具安裝關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量系統(tǒng)。這應(yīng)該包括在夾具維修期間放在工廠的地板和墻壁上的穩(wěn)定性及漂移檢查的目標(biāo)參考點(diǎn)。 在夾具上定位的關(guān)鍵點(diǎn)、測(cè)量?jī)x器的不確定性應(yīng)該予以考慮。作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則，每個(gè)夾具關(guān)鍵位置的定位的準(zhǔn)確性應(yīng)該是在10倍，甚至比所需的耐受性更好。換句話說，如果組件公差指定至0.1mm，則夾具定位精度至少應(yīng)為0.01mm。 柔性?shī)A具安裝的最佳做法如下： 一個(gè)工廠的墻壁和地板上的初始參考點(diǎn)的位置是首選，以減少測(cè)量的不確定性； 應(yīng)驗(yàn)證該儀器所在位置上經(jīng)常使用初始參考點(diǎn)的基地； 在每個(gè)夾具的大節(jié)上，為更好地具有跟蹤和可重復(fù)性，可以附加多個(gè)球式反射跟蹤系統(tǒng)； 夾具大型組件有關(guān)于彎曲或扭曲的測(cè)量應(yīng)集中在角梁的中央部分，以減少定位誤差； 內(nèi)框架參考點(diǎn)應(yīng)選擇盡可能遠(yuǎn)的創(chuàng)建框的坐標(biāo)系統(tǒng)。這可能會(huì)導(dǎo)致在內(nèi)框坐標(biāo)系時(shí)的較小的不確定性。 3.不確定性 由于評(píng)估的結(jié)果旨在對(duì)于所描述物體真正價(jià)值范圍內(nèi)的評(píng)估定位，則不確定性被定義為膠[8]。這里的不確定性來自兩方面的審查，首先是與測(cè)量過程中有關(guān)的，其次是與夾具定位的不確定性有關(guān)。測(cè)量不確定性的一些因素，如灰塵、重力、溫度、氣壓、濕度、測(cè)量?jī)x器和相關(guān)軟件中的系統(tǒng)誤差、操作人員的技能、接觸探針或球式反射跟蹤儀。基于膠[8]的定義，測(cè)量結(jié)果應(yīng)伴隨著它的不確定性說明，這些錯(cuò)誤詳細(xì)來源的討論超出了本文的范圍。已經(jīng)有多項(xiàng)研究來建立真正的不確定性的一些測(cè)量?jī)x器[10、11]。 夾具關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果應(yīng)該包括相關(guān)的置信水平。除了最初的不確定性上升的測(cè)量?jī)x器，夾具的不確定性還有其他方面的影響。夾具框架方面的應(yīng)用由于產(chǎn)品重量以及制造工藝過程在夾具框架中能創(chuàng)建一些彈性變形。夾具有了集成化、自動(dòng)化和移動(dòng)部分，是這個(gè)問題變得更加復(fù)雜。 仔細(xì)考慮夾具設(shè)計(jì)階段不確定性的來源可以在一個(gè)給定的情況下減少過度使用公差預(yù)算的風(fēng)險(xiǎn)。夾具的精度和夾具的成本之間有著直接的關(guān)系。然而，整體的成本也應(yīng)該被考慮在內(nèi)。高數(shù)額的零部件有更長(zhǎng)的使用壽命。換句話說，質(zhì)量特征接近平均值是，在使用過程中會(huì)很少失效。朝六個(gè)方向靠近在安裝時(shí)是很必要的，然后是在高精度夾具和敏感部位上的可重構(gòu)、柔性?shī)A具及夾具的監(jiān)測(cè)。 4.討論 柔性?shī)A具適用于組裝和在加工部分有不同的設(shè)計(jì)和幾何參數(shù)。尤其是當(dāng)這些部件之間的設(shè)計(jì)變化小時(shí)，這種類型的夾具被證明是具有成本效益和快速的解決方案，這是因?yàn)樗赡軙?huì)通過夾具重新配置到一個(gè)新的產(chǎn)品或組件的變種上。然而，當(dāng)所需的零件盒裝配的設(shè)計(jì)完全不同時(shí)，可能需要不同尺寸夾具組件的完整地重排，因此，在設(shè)計(jì)一個(gè)新的零件和重組夾具的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該考慮到要便于減少夾具的安裝和重新配置的時(shí)間以及成本，并最大限度的重用現(xiàn)在的組件在當(dāng)前的裝配中。 一個(gè)柔性?shī)A具有許多種裝配方式，是由于其靈活性。在正確的安裝順序下選擇合適的組件，可以最大限度的節(jié)約成本和時(shí)間。本次選擇的過程中應(yīng)該對(duì)未來產(chǎn)品的夾具的潛在的重用予以考慮。在產(chǎn)品不斷變化的情況下，計(jì)劃和設(shè)計(jì)夾具框架是很重要的。使用定制的夾具、緊固件、軸套和其他夾具元件都是降低成本的關(guān)鍵問題。 仿真軟件和工具的廣泛使用，可以減少返工和浪費(fèi)夾具材料相關(guān)的成本。例如測(cè)量?jī)x器，其目標(biāo)點(diǎn)之間的視線檢查就會(huì)使用這些軟件來輔助。圖4顯示了柔性?shī)A具安裝在測(cè)量仿真軟件中的第一個(gè)階段。由于夾具正在興建的模擬的效益越 來越明顯，因此它可以突出儀器與目標(biāo)測(cè)量點(diǎn)的水平視線的問題和不確定性。 由于關(guān)于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形，則可以提前在仿真中分析以及在購(gòu)買夾具元件方面的財(cái)政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因?yàn)樗鼈兡芴崆胺治龀鰥A具的長(zhǎng)處和弱點(diǎn)，揭示其物理設(shè)置。 選擇合適的測(cè)量?jī)x器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計(jì)量。一個(gè)連貫的計(jì)量系統(tǒng)，其測(cè)量結(jié)果的不確定性能夠決定夾具的不確定性，也暴露了夾具和是否符合一個(gè)給定的公差范圍內(nèi)所需任務(wù)的能力。 圖4.1 測(cè)量輔助夾具安裝的模擬過程 由于關(guān)于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形，則可以提前在仿真中分析以及在購(gòu)買夾具元件方面的財(cái)政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因?yàn)樗鼈兡芴崆胺治龀鰥A具的長(zhǎng)處和弱點(diǎn)，揭示其物理設(shè)置。 選擇合適的測(cè)量?jī)x器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計(jì)量。一個(gè)連貫的計(jì)量系統(tǒng)，其測(cè)量結(jié)果的不確定性能夠決定夾具的不確定性，也暴露了夾具和是否符合一個(gè)給定的公差范圍內(nèi)所需任務(wù)的能力。 總結(jié) 零件和裝配體應(yīng)該以盡量減少夾具成本的方式來設(shè)計(jì)，以滿足使用標(biāo)準(zhǔn)組件。如果在夾具更新至下一產(chǎn)品時(shí)提前思考，則其速度和成本可能會(huì)增加。在夾具和固定裝置的設(shè)計(jì)上有強(qiáng)大的總成本、碳足跡及其可持續(xù)性。它往往要求生產(chǎn)出只有極少數(shù)的典型設(shè)計(jì)或產(chǎn)品，子系統(tǒng)或組件，以滿足產(chǎn)品的變化和客戶的需求。對(duì)于大型產(chǎn)品的幾何尺寸超出幾米夾具的可能會(huì)造成重大的開銷。此外，一旦所需的零部件倍制造出來，這些夾具則會(huì)變得多余。常規(guī)回收多余夾具是不經(jīng)濟(jì)的。因此，找到增加夾具的靈活性才是所需求的方法。 柔性?shī)A具和夾具的概念已存于二十余年。然而它們的潛能還沒有真正發(fā)揮，是由于其精度可可重復(fù)性的不確定性。高精度計(jì)量系統(tǒng)現(xiàn)在能夠用來對(duì)夾具進(jìn)行初始安裝和服務(wù)。然后使用該系統(tǒng)有可能重新設(shè)定夾具元素使其精確到一個(gè)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以便于定位不同幾何位置的組件，允許幾次使用夾具。 本文提出了一種對(duì)于大規(guī)模柔性?shī)A具及夾具初始定位和安裝的通用的算法。計(jì)量輔助夾具安裝的新概念被證明對(duì)復(fù)雜的設(shè)置和夾具的安裝是有益的。當(dāng)完全裝配好時(shí)，夾具的穩(wěn)定性可以通過慎重考慮和選擇夾具幾何位置上的關(guān)鍵點(diǎn)來予以保證。這種方法將應(yīng)用于大尺寸元件和產(chǎn)品的制造以及裝配件，尤其是應(yīng)用于航空航天和發(fā)電工業(yè)中。 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) 產(chǎn)品名稱 活塞 零件名稱 活塞 共1頁(yè) 第 1頁(yè) 車間 工段 工序號(hào) 材料牌號(hào) 機(jī)加工 二 110 15CrMo 毛坯種類 毛坯外形 每毛坯制件 每臺(tái)件數(shù) 鍛造 1 1 設(shè)備名稱 設(shè)備型號(hào) 設(shè)備牌號(hào) 同時(shí)加工件 鉆床 Z525 1 夾具編號(hào) 夾具名稱 切削液 專用夾具 工位器具編號(hào) 工位器具名稱 工序工時(shí) 準(zhǔn)終 單件 工步號(hào) 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速/ r/min 切削速度/ m/min 進(jìn)給量 mm/r 切削深度 mm 進(jìn)給次數(shù) 公步工時(shí) 機(jī)動(dòng) 輔助 1 鉆8-M16螺紋底孔，然后進(jìn)行攻絲8-M16 麻花鉆，絲錐,游標(biāo)卡尺 400 1.27 0.5 3 1 0.7 2 3 XX大學(xué) 課程設(shè)計(jì)論文 活塞的加工工藝設(shè)計(jì) 及夾具設(shè)計(jì) 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 年 月 日 摘 要 活塞零件加工工藝及鉆床夾具設(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 35 Abstract Shell parts processing technology and design of drilling jig design process design, including the parts processing process design and fixture three. In the process of design should first carries on the analysis to the components and parts of the process to understand the design of blank structure, and choose the good components the processing datum, designs the process routes of the parts; then the parts of each step of process dimension calculation, is the key to decide the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure; design then the special jig, fixture for the various components of the design, such as the connecting part positioning device, clamping device, guide device, clamp and the machine tool and other components; the positioning error calculate fixture positioning, analysis of the rationality and deficiency of fixture structure, pay close attention to the improvement and design in later. Keywords: process, process, cutting, clamping, positioning error 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 課程設(shè)計(jì)的目的及其要求 6 第2章 零件的分析 7 2.1零件的形狀 7 2.2零件的工藝分析 8 第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 10 3.1 確定毛坯的制造形式 10 3.2 基面的選擇 10 3.3 制定工藝路線 11 3.3.1 工藝路線方案一 11 3.3.2 工藝路線方案二 12 3.3.3 工藝方案的比較與分析 13 3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 14 3.4.1 機(jī)床選用 14 3.4.2 選擇刀具 14 3.4.3 選擇量具 14 3.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 14 3.6確定切削用量及基本工時(shí) 16 第4章 鉆8-M16底孔夾具設(shè)計(jì) 20 4.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 20 4.2 夾具的導(dǎo)向 21 4.3 切削力及夾緊力的計(jì)算 22 4.4 鉆孔與工件之間的切屑間隙 25 4.5 鉆模板 26 4.6定位誤差的分析 26 4.7 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用 28 4.8 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 29 4.9 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說明 31 結(jié) 論 32 參考文獻(xiàn) 33 致 謝 35 第1章 課程設(shè)計(jì)的目的及其要求 .1?課程設(shè)計(jì)的目地? 機(jī)械加工工藝課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類學(xué)生在學(xué)完了機(jī)械制造技術(shù)，進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)之后的一項(xiàng)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計(jì)主要培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來分析處理生產(chǎn)工藝問題的能力，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固有關(guān)理論知識(shí)，掌握機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的方法，提高獨(dú)立工作的能力，為將來從事專業(yè)技術(shù)工作打好基礎(chǔ)。? 另外，這次課程設(shè)計(jì)也為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。通過本次課程設(shè)計(jì)，應(yīng)使學(xué)生在下述各方面得到鍛煉：? 3.1.1??熟練的運(yùn)用機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械制造技術(shù)和其他有關(guān)先修課程中的基本理論，以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中所學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，正確的分析和解決某一個(gè)零件在加工中基準(zhǔn)的選擇、工藝路線的擬訂以及工件的定位、夾緊，工藝尺寸確定等問題，從而保證零件制造的質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。.從而培養(yǎng)制定零件機(jī)械加工工藝規(guī)程和分析工藝問題的能力，? 3.1.2通過夾具設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，進(jìn)一步提高夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(包括設(shè)計(jì)計(jì)算、工程制圖等方面)的能力。? 3.1.3熟悉有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)資料，學(xué)會(huì)使用有關(guān)手冊(cè)和數(shù)據(jù)庫(kù)。?3.1.4在設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和獨(dú)立工作的能力。?3.2??課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求?3.2.1對(duì)零件圖進(jìn)行工藝分析。? 3.2.2對(duì)零件進(jìn)行分析后，初步擬定工藝路線、確定切削余量、繪制零件的毛坯 圖，填寫機(jī)械加工工藝過程卡。? 3.3.3進(jìn)行切削用量、機(jī)械加工時(shí)間等的計(jì)算和查表。?3.3.4填寫機(jī)械加工工序卡片。? 3.3.5對(duì)指定工序提出工裝設(shè)計(jì)任務(wù)書。? 3.3.6根據(jù)工裝設(shè)計(jì)任務(wù)書（教師指定）進(jìn)行機(jī)床專用夾具設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)方案 的確定、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定位誤差和夾緊力的計(jì)算，繪制夾具裝配圖、零件圖等等。?3.3.7編寫課程設(shè)計(jì)說明書。?3.3.8進(jìn)行課程設(shè)計(jì)答辯 第2章 零件的分析 2.1零件的形狀 題目給的零件是活塞零件， 液壓系統(tǒng)中使用液壓缸驅(qū)動(dòng)具有一定質(zhì)量的機(jī)構(gòu),當(dāng)液壓缸運(yùn)動(dòng)至行程終點(diǎn)時(shí)具有較大動(dòng)能,活塞在油缸里滑動(dòng)對(duì)外輸出做功。 零件的實(shí)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(jiǎn)單。具體尺寸，公差如下圖所示。 圖2-1 活塞工件圖 2.2零件的工藝分析 由零件圖可知，其材料為15CRMO，該材料為15CRMO，具有較高強(qiáng)度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應(yīng)力和要求耐磨零件。 活塞零件主要加工表面為：1.左右端面，表面粗糙度值為3.2。2.外圓Φ200、外圓Φ160，表面粗糙度值3.2。3.車Φ56內(nèi)孔，表面粗糙度值3.2。 活塞共有兩組加工表面，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，外圓Φ130，Φ56內(nèi)孔。粗車后半精車就可以達(dá)到精度要求。而鉆工沒有精度要求，因此一道工序就可以達(dá)到要求，并不需要擴(kuò)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；外圓Φ200、外圓Φ160外圓。 第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 本活塞假設(shè)年產(chǎn)量為10萬(wàn)臺(tái)，每臺(tái)需要該零件1個(gè)，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15CRMO ，考慮到零件在工作時(shí)要有高的耐磨性，所以選擇鍛鋁鍛造。依據(jù)設(shè)計(jì)要求Q=100000件/年，n=1件/臺(tái)；結(jié)合生產(chǎn)實(shí)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(lǐng) 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15CRMO ，鍛件的特點(diǎn)是液態(tài)成形，其主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，即適用于不同重量、不同壁厚的鍛件，也適用于不同的金屬，還特別適應(yīng)制造形狀復(fù)雜的鍛件?？紤]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，最后選用鍛件，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(dá)成批生產(chǎn)水平，而且零件輪廓尺寸不大，可以采用砂型鍛造，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(yīng)該的。 3.2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。 粗基準(zhǔn)的選擇，對(duì)像活塞這樣的零件來說，選好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要的。對(duì)本零件來說，如果外圓的端面做基準(zhǔn)，則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對(duì)稱，按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則(即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工表面做粗基準(zhǔn)，若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí)，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)應(yīng)位置精度較高的不加工表面做為粗基準(zhǔn))。 對(duì)于精基準(zhǔn)而言，主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計(jì)算，此處不在重復(fù)。 3.3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(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)已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)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(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 3.3.1 工藝路線方案一 10 鍛造 鍛造出毛坯 20 熱處理 毛坯熱處理，時(shí)效處理 30 車 粗車外圓Φ200、外圓Φ160及右端面 40 車 粗車外圓Φ130及左端面 50 車 精車外圓Φ130及左端面 60 車 精車外圓Φ200、外圓Φ160及右端面 70 車 粗車Φ56內(nèi)孔 80 車 精車Φ56內(nèi)孔 90 車 車外槽11XΦ185、車外槽10XΦ145 100 車 車內(nèi)孔槽7.5XΦ70 110 鉆孔攻絲 鉆8-M16螺紋底孔，然后進(jìn)行攻絲8-M16 120 磨 磨外圓Φ130f7, 磨外圓Φ160f8 130 磨 磨內(nèi)孔Φ56H6 140 鉗 去毛刺，清洗 150 終檢 終檢入庫(kù) 3.3.2 工藝路線方案二 10 鍛造 鍛造出毛坯 20 熱處理 毛坯熱處理，時(shí)效處理 30 車 粗車外圓Φ200、外圓Φ160及右端面 40 車 粗車外圓Φ130及左端面 50 車 精車外圓Φ130及左端面 60 車 精車外圓Φ200、外圓Φ160及右端面 70 車 粗車Φ56內(nèi)孔 80 車 精車Φ56內(nèi)孔 90 車 車外槽11XΦ185、車外槽10XΦ145 100 車 車內(nèi)孔槽7.5XΦ70 110 磨 磨外圓Φ130f7, 磨外圓Φ160f8 120 磨 磨內(nèi)孔Φ56H6 130 鉆孔攻絲 鉆8-M16螺紋底孔，然后進(jìn)行攻絲8-M16 140 鉗 去毛刺，清洗 150 終檢 終檢入庫(kù) 3.3.3 工藝方案的比較與分析 上述兩個(gè)方案的特點(diǎn)在于：方案一的定位和裝夾等都比較方便，但是要更換多臺(tái)設(shè)備，加工過程比較繁瑣，而且在加工過程中位置精度不易保證。方案二減少了裝夾次數(shù)，但是要及時(shí)更換刀具，因?yàn)橛行┕ば蛟谲嚧采弦部梢约庸ぃM、鉆孔等等。因此綜合兩個(gè)工藝方案，取優(yōu)棄劣，具體工藝過程如下： 10 鍛造 鍛造出毛坯 20 熱處理 毛坯熱處理，時(shí)效處理 30 車 粗車外圓Φ200、外圓Φ160及右端面 40 車 粗車外圓Φ130及左端面 50 車 精車外圓Φ130及左端面 60 車 精車外圓Φ200、外圓Φ160及右端面 70 車 粗車Φ56內(nèi)孔 80 車 精車Φ56內(nèi)孔 90 車 車外槽11XΦ185、車外槽10XΦ145 100 車 車內(nèi)孔槽7.5XΦ70 110 鉆孔攻絲 鉆8-M16螺紋底孔，然后進(jìn)行攻絲8-M16 120 磨 磨外圓Φ130f7, 磨外圓Φ160f8 130 磨 磨內(nèi)孔Φ56H6 140 鉗 去毛刺，清洗 150 終檢 終檢入庫(kù) 3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 3.4.1 機(jī)床選用 ①.工序是粗車、粗鏜和精車、精鏜。各工序的工步數(shù)不多，成批量生產(chǎn)，故選用車床就能滿足要求。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車床。參考根據(jù)《機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-7。 ②.工是鉆孔，選用Z525搖臂鉆床。 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(yīng)用范圍為普通鍛鐵、冷硬鍛鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)性,可選用可轉(zhuǎn)位車刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。 ②.鉆孔時(shí)選用高速鋼麻花鉆，參考《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》（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(jì)量器具的不確定度選擇；二是按計(jì)量器的測(cè)量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。 3.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “活塞” 零件材料為15CRMO ，查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》（以后簡(jiǎn)稱《工藝手冊(cè)》），表2.2-17 各種鍛鐵的性能比較，15CRMO的硬度HB為143～269，表2.2-23 15CRMO的物理性能，15CRMO 密度ρ=7.2～7.3（），計(jì)算零件毛坯的重量約為2。 表3-1 機(jī)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(wù)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(lǐng)，選擇鍛造類型的主要特點(diǎn)要生產(chǎn)率高，適用于大批生產(chǎn)，查《工藝手冊(cè)》表3.1-19 特種鍛造的類別、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，再根據(jù)表3.1-20 各種鍛造方法的經(jīng)濟(jì)合理性，采用機(jī)器造型鍛件。 表3-2 成批和大量生產(chǎn)鍛件的尺寸公差等級(jí) 鍛造方法 公差等級(jí)CT 15CRMO 砂型手工造型 11~13 砂型機(jī)器造型及殼型 8~10 金屬型 7~9 低鍛造造 7~9 熔模鍛造 5~7 根據(jù)上表選擇金屬型公差等級(jí)為7級(jí)。 3-3 鍛件尺寸公差數(shù)值 鍛件基本尺寸 公差等級(jí)CT 大于 至 8 63 100 160 100 160 250 1.6 1.8 2.0 根據(jù)上表查得鍛件基本尺寸大于100至160，公差等級(jí)為8級(jí)的公差數(shù)值為1.8。 表3-4 鍛鐵件機(jī)械加工余量（JB2854-80）如下 鍛件基本尺寸 加工余量等級(jí) 6 澆注時(shí)位置 >120~250 6.0 4.0 頂、側(cè)面 底 面 鍛孔的機(jī)械加工余量一般按澆注時(shí)位置處于頂面的機(jī)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(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。 3.6確定切削用量及基本工時(shí) 切削用量一般包括切削深度、進(jìn)給量及切削速度三項(xiàng)。確定方法是先是確定切削深度、進(jìn)給量，再確定切削速度?，F(xiàn)根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》（第三版，艾興、肖詩(shī)綱編，1993年機(jī)械工業(yè)出版社出版）確定本零件各工序的切削用量所選用的表格均加以*號(hào)，與《機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)》的表區(qū)別。 工序110鉆8-M16螺紋底孔，然后進(jìn)行攻絲8-M16 本工序采用計(jì)算法。 表3-5高速鋼麻花鉆的類型和用途 標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 類型 直徑范圍（mm） 用途 GB1436-85 直柄麻花鉆 2.0～20.0 在各種機(jī)床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔 GB1437-85 直柄長(zhǎng)麻花鉆 1.0～31.5 在各種機(jī)床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔 GB1438-85 錐柄麻花鉆 3.0～100.0 在各種機(jī)床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔 GB1439-85 錐柄長(zhǎng)麻花鉆 5.0～50.0 在各種機(jī)床上，用鉆模或不用鉆模鉆孔 選用Z525搖臂鉆床，查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 孟少農(nóng) 主編，查《機(jī)》表2.4-37鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度可得，耐用度為4500，表10.2-5標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆的直徑系列選擇錐柄長(zhǎng)，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(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆的全長(zhǎng)和溝槽長(zhǎng)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(kuò)孔鉆和鉸刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)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 鍛鐵 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(kuò)孔） 鍛鐵、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(jìn)給量 查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 孟少農(nóng) 主編，第二卷表10.4高速鋼鉆頭鉆孔的進(jìn)給量為f=0.25～0.65,根據(jù)表4.13中可知，進(jìn)給量取f=0.60。 ②.確定切削速度 查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-17高速鋼鉆頭在15CRMO（190HBS）上鉆孔的切削速度軸向力，扭矩及功率得，V=12，參考《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-10鉆擴(kuò)鉸孔條件改變時(shí)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(shí)際切削速度 = = =11.8 進(jìn)行攻絲8-M16 取 （） 所以 （） 按機(jī)床選取= （） 所以實(shí)際切削速度 （） 切削工時(shí)（一個(gè)孔）： 第4章 鉆8-M16底孔夾具設(shè)計(jì) 4.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個(gè)過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。 僅僅定好位在大多數(shù)場(chǎng)合下，還無(wú)法進(jìn)行加工。只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝置對(duì)工件進(jìn)行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù)。 夾緊裝置的基本任務(wù)是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動(dòng)和震動(dòng)，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時(shí)工件的定位是在夾緊過程中實(shí)現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。 一般夾緊裝置由動(dòng)源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機(jī)構(gòu)即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。他包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件。 考慮到機(jī)床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時(shí)的具體切削量決定采用手動(dòng)夾緊。 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機(jī)構(gòu)組成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)來夾緊工件。是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機(jī)構(gòu)。 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋，實(shí)際上相當(dāng)于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。 典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； （2）擴(kuò)力比大； （3）自瑣性能好； （4）行程不受限制； （5）夾緊動(dòng)作慢。 夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動(dòng)裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動(dòng)裝置和夾緊元件合二為一。力源為機(jī)動(dòng)夾緊，通過螺栓夾緊移動(dòng)壓板。達(dá)到夾緊和定心作用。 工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn)，通過螺栓夾緊移動(dòng)壓板，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊。并且移動(dòng)壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動(dòng)壓板，通過精確的圓弧定位，實(shí)現(xiàn)定心。此套移動(dòng)壓板制作簡(jiǎn)單，便于手動(dòng)調(diào)整。通過松緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓板的前后移動(dòng)，以達(dá)到壓緊的目的。壓緊的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)工件的定心，使其定位基準(zhǔn)的對(duì)稱中心在規(guī)定位置上。 在這次夾具設(shè)計(jì)中，定位是采用一根心軸和一個(gè)定位插銷來定位水平方向的。在垂直方向，用兩個(gè)同心半圓環(huán)來定位。當(dāng)被加工零件放到夾具體同心圓環(huán)上后，用定位插銷把夾具上的鉆模板和零件通過先加工的孔進(jìn)行定位，把壓板壓緊，之后取出定位插銷。 4.2 夾具的導(dǎo)向 在鉆床上加工孔時(shí)，大都采用導(dǎo)向元件或?qū)蜓b置，用以引導(dǎo)刀具進(jìn)入正確的加工位置，并在加工過程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的剛性，從而保證零件上孔的精度，在鉆床上加工的過程中，導(dǎo)向裝置保證同軸各孔的同軸度、各孔孔距精度、各軸線間的平行度等，因此，導(dǎo)向裝置如同定位元件一樣，對(duì)于保證工件的加工精度有這十分重要的作用。 導(dǎo)向元件包括刀桿的導(dǎo)向部分和導(dǎo)向套。 在這套鉆床夾具上用的導(dǎo)向套是鉆套。 鉆套按其結(jié)構(gòu)可分為固定鉆套，可換鉆套，快換鉆套及特殊鉆套。 因此套鉆夾具加工量不大，磨損較小，孔距離精度要求較高，則選用固定鉆套。如圖4.2。直接壓入鉆模板或夾具體的孔中。 圖4.2 鉆套 鉆模板與固定鉆套外圓一般采用H7/h6的配合。且必須有很高的耐磨性，材料選擇20Mn2。淬火HRC110。相同的，為了防止定位銷與模板之間的磨損，在模板定位孔之間套上兩個(gè)固定襯套。選取的標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào)為12*18 GB2263-19134。材料仍選取T10A， 淬火HRC110。公差采用H7/p6的配合。 4.3 切削力及夾緊力的計(jì)算 刀具：鉆頭φ14。 則軸向力：見《工藝師手冊(cè)》表28.4 F=Cdfk……………………………………3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=( F=420 轉(zhuǎn)矩 T=Cdfk 式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8 T=0.206 功率 P= 在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù) K=KKKK 式中 K—基本安全系數(shù)，1.5; K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1; K—刀具鈍化系數(shù), 1.1; K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1 則 F=KF=1.5 鉆削時(shí) T=17.34 N 切向方向所受力: F= 取 F=4416 F> F 所以,時(shí)工件不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故本夾具可安全工作。 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。即： 安全系數(shù)K可按下式計(jì)算有：： 式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]表可得： 所以有： 該孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為中心軸，故以回轉(zhuǎn)面做定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”原則；　參考文獻(xiàn)，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實(shí)際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關(guān)系F夾＝KF 軸向力：F夾＝KF （N） 扭距： Nm 在計(jì)算切削力時(shí)必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù) 由資料《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表可得： 切削力公式： 式（2.17） 式中 查表得： 即： 實(shí)際所需夾緊力：由參考文獻(xiàn)[16]《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表得： 安全系數(shù)K可按下式計(jì)算，由式（2.5）有：： 式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻(xiàn)[16]《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 可得： 所以 由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。 4.4 鉆孔與工件之間的切屑間隙 鉆套的類型和特點(diǎn): 1、固定鉆套：鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中，鉆模板或夾具體的孔與鉆套外圓一般采用H7/n6配合，主要用于加工量不大，磨損教小的中小批生產(chǎn)或加工孔徑甚小，孔距離精度要求較高的小孔。 2、可換鉆套：主要用在大批量生產(chǎn)中，由于鉆套磨損大，因此在可換鉆套和鉆模板之間加一個(gè)襯套，襯套直接壓入鉆模板的孔內(nèi)，鉆套以F7/m6或F7/k6配合裝入襯套中。 3、快換鉆套：當(dāng)對(duì)孔進(jìn)行鉆鉸等加工時(shí)，由于刀徑不斷增大，需要不同的導(dǎo)套引導(dǎo)刀具，為便于快速更換采用快換鉆套。 4、特殊鉆套：尺寸或形狀與標(biāo)準(zhǔn)鉆套不同的鉆套統(tǒng)稱特殊鉆套。 鉆套下端面與工件表面之間應(yīng)留一定的空隙C，使開始鉆孔時(shí)，鉆頭切屑刃不位于鉆套的孔中，以免刮傷鉆套內(nèi)孔，如圖4.3。 圖4.3 切屑間隙 C=(0.3～1.2)d。 在本次夾具鉆模設(shè)計(jì)中考慮了多方面的因素，確定了設(shè)計(jì)方案后，選擇了C=8。因?yàn)榇算@的材料是鍛件，所以C可以取較小的值。 4.5 鉆模板 在導(dǎo)向裝置中，導(dǎo)套通常是安裝在鉆模板上，因此鉆模板必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度，以防變形而影響鉆孔精度。鉆模板按其與夾具體連接的方式，可分為固定式鉆模板、鉸鏈?zhǔn)姐@模板、可卸式鉆模板、滑柱式鉆模板和活動(dòng)鉆模板等。 在此套鉆模夾具中選用的是可卸式鉆模板，在裝卸工件時(shí)需從夾具體上裝上或卸下，鉆螺栓緊固，鉆模精度較高。[4] 4.6定位誤差的分析 3) 夾具安裝誤差 因夾具在機(jī)床上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱為夾具的安裝誤差。 圖5-2中夾具的安裝基面為平面，因而沒有安裝誤差，=0. 4) 夾具誤差 因夾具上定位元件、對(duì)刀或?qū)蛟⒎侄妊b置及安裝基準(zhǔn)之間的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差。夾具誤差主要包括定位元件相對(duì)于安裝基準(zhǔn)的尺寸或位置誤差；定位元件相對(duì)于對(duì)刀或?qū)蛟ò瑢?dǎo)向元件之間）的尺寸或位置誤差；導(dǎo)向元件相對(duì)于安裝基準(zhǔn)的尺寸或位置誤差；若有分度裝置時(shí)，還存在分度誤差。以上幾項(xiàng)共同組成夾具誤差。 5) 加工方法誤差 因機(jī)床精度、刀具精度、刀具與機(jī)床的位置精度、工藝系統(tǒng)的受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，統(tǒng)稱為加工方法誤差。因該項(xiàng)誤差影響因素多，又不便于計(jì)算，所以常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為它留出工件公差的1/3.計(jì)算時(shí)可設(shè) 。 2. 保證加工精度的條件 工件在夾具中加工時(shí)，總加工誤差為上述各項(xiàng)誤差之和。由于上述誤差均為獨(dú)立隨機(jī)變量，應(yīng)用概率法疊加。因此保證工件加工精度的條件是 即工件的總加工誤差應(yīng)不大于工件的加工尺寸。 為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過早報(bào)廢，在分析計(jì)算工件加工精度時(shí)，需留出一定的精度儲(chǔ)備量。因此將上式改寫為 或 當(dāng)時(shí)，夾具能滿足工件的加工要求。值的大小還表示了夾具使用壽命的長(zhǎng)短和夾具總圖上各項(xiàng)公差值確定得是否合理。 知此方案可行。 4.7 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用 工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。 為了減少輔助時(shí)間采用可換鉆套，以來滿足達(dá)到孔的加工的要求。 表 d D D1 H t 基本 極限 偏差F7 基本 極限 偏差D6 ＞0～1 +0.016 +0.006 3 +0.010 +0.004 6 6 9 -- 0.008 ＞1～1.8 4 +0.016 +0.008 7 ＞1.8～2.6 5 8 ＞2.6～3 6 9 8 12 16 ＞3～3.3 +0.022 +0.010 ＞3.3～4 7 +0.019 +0.010 10 ＞4～5 8 11 ＞5～6 10 11 10 16 20 ＞6～8 +0.028 +0.011 12 +0.023 +0.012 15 ＞8～10 15 18 12 20 25 ＞10～12 +0.034 +0.016 18 22 ＞12～15 22 +0.028 +0.015 26 16 28 36 ＞15～18 26 30 0.012 ＞18～22 +0.041 +0.020 30 34 20 36 HT150 ＞22～26 35 +0.033 +0.017 39 ＞26～30 42 46 25 HT150 56 ＞30～35 +0.050 +0.025 48 52 ＞35～42 55 +0.039 +0.020 59 30 56 67 ＞42～48 110 66 ＞48～50 70 74 0.040 鉆模板選用翻轉(zhuǎn)鉆模板，用沉頭螺釘錐銷定位于夾具體上。 4.8 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 對(duì)夾具體的設(shè)計(jì)的基本要求 （1）應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應(yīng)該采用鍛造，時(shí)效處理，退火等處理方式。 （2）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動(dòng)是不允許的，夾具應(yīng)有足夠的厚度，剛度可以適當(dāng)加固。 （3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯(cuò) 夾較大的工件的外觀，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個(gè)表面的要求高，所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強(qiáng)度）前提下，應(yīng)能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單。 （4）應(yīng)便于鐵屑去除 在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時(shí)清除，切削熱的積累會(huì)破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會(huì)破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個(gè)過程中的鐵屑不多，可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對(duì)切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應(yīng)在夾具體上面。 （5）安裝應(yīng)牢固、可靠 夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)夾安裝在重力的中心，夾具應(yīng)盡可能低，支撐面積應(yīng)足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識(shí)別特定的文件夾結(jié)構(gòu)，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。 加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具，積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠，所以?shī)A具設(shè)計(jì)，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外，夾點(diǎn)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具，切割積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠，所以?shī)A具設(shè)計(jì)，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑。 4.9 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說明 由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此設(shè)計(jì)時(shí)，需要更換零件加工時(shí)速度要求快。本夾具設(shè)計(jì)，用移動(dòng)夾緊的大平面定位三個(gè)自由度，用一個(gè)定位銷軸定位兩個(gè)自由度。利用翻轉(zhuǎn)式鉆模可以翻轉(zhuǎn)去掉工件，操作方便，簡(jiǎn)單實(shí)用。 結(jié) 論 1. 結(jié)論 通過這一過程工裝設(shè)計(jì)，我理解的一般原則和夾具設(shè)計(jì)工藝路線大多箱體類零件和深化機(jī)械制造加工過程的理解，在夾具設(shè)計(jì)過程中，我明白了夾具的作用. 2.不足和未來展望 由于我的水平有限，較理想的精度要求在現(xiàn)有加工線以下，并選擇定位基準(zhǔn)，使平行度公差的過程的組成部分，主要的影響，降低了加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率得到提高。 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敲完最后一個(gè)字符，再次從仔細(xì)閱讀文本已經(jīng)并不陌生，我感覺好多。雖然不是特別值得一提的成就來炫耀，但對(duì)我來說，是寶貴的。這是無(wú)數(shù)的教誨，關(guān)心他人，樂于助人的結(jié)果。 我要感謝我的導(dǎo)師XX老師。雖然教師負(fù)責(zé)教學(xué)，科研任務(wù)，還需要一段時(shí)間，不時(shí)有門，叫我勸功課，從第一稿到最終版本，耐心，再審，大章偏頗布局，小一審缺陷報(bào)表格式，都可以指出。他教我各方面的知識(shí)，拓寬我的知識(shí)，培養(yǎng)我的技能，完成論文是不無(wú)裨益。我還要感謝所有的大學(xué)老師教給我的，是你讓我成熟和壯大;感謝學(xué)院的工作人員，他的細(xì)致工作，讓我的同學(xué)，有序的學(xué)習(xí)和生活。