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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 英國巴斯大學機械工程學系 摘要 在夾具安裝階段，夾具組件的精確測量能力決定其精確性，尤其是對大尺寸的產(chǎn)品和應用來說。大量定制一些在設計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)量應該與迅速轉換理念相互協(xié)調(diào)，對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算。在航空航天工業(yè)中，靈活和可重構夾具的概念的發(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用到許多種產(chǎn)品和裝配中去。一直不佳的準確性和可靠性為這類夾具的缺點，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得以審查。本文介紹了一種在靈活夾具中為了最大限度地減少定位和夾緊的不確定性的方法。 關鍵詞:可持續(xù)性夾具；夾具安裝；校準不確定性；夾具的監(jiān)測；計量；可重復使用的夾具 1引言 質(zhì)量和可靠性等因素早已經(jīng)轉換為新零件固有的特征。在他們的產(chǎn)品和服務范圍內(nèi)，近期市場趨勢已經(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計在部件和組件級別上遵循第二次高幅度的變化。有先進制造系統(tǒng)和技術的國家提供了更多的靈活性，能使設計師更加自由的發(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量方法，就能測量及公丈的距離。用來檢測大尺寸零件的這些設備通常是由多個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計基準上。對于大批量產(chǎn)品，在計算機輔助軟件上就能估算出其主要的花費需求，否則，在某些情況下或以其他方式生產(chǎn)的產(chǎn)品成本可能會是非常高的。這個問題與客戶不斷用錢來尋求具有更高價值的市場需求相互矛盾。用一種典型的變化產(chǎn)品可以創(chuàng)建一個更加具有持續(xù)性的商業(yè)，因為它能夠滿足相對比較大地市場需求。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夾具及固定裝置則是應對上述挑戰(zhàn)關鍵的解決方案。靈活夾具的概念已經(jīng)在研究領域存在了幾年[1]。然而，它們在很大程度上沒有充分利用真正的生產(chǎn)設施，尤其是大尺寸產(chǎn)品的制造，如航空航天設備。這是由于關于它們的初始安裝、校準困難和可重復性等挑戰(zhàn)往往超出公差要求。這些夾具和高品質(zhì)關鍵部件裝置的制造以及大量的集成計量系統(tǒng)，都可以減少上述限制。本文包括了有關安裝的計量問題和靈活的夾具校準以及檢測服務。 2相關工作 2.1大型零件的制造和裝配 通常把要精密制造的機械零件移動到機床工作臺是必需的，先進行粗加工，然后精對準和夾緊。在這個階段，一方面是準備用于加工高精度的關鍵所在，然而，這對于一些大尺寸或重的零部件并不總是可以實現(xiàn)的。大型產(chǎn)品是指那些與一些不經(jīng)濟的可能需要處理或在工廠周圍移動的的組件一起來達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器和系統(tǒng)的運動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，每個產(chǎn)品將會出現(xiàn)。在設計和制造夾具上，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，因為敏感或關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)、可重構夾具會產(chǎn)生更低的重復性。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現(xiàn)。這些機械故障，例如夾具和固定裝置由于疲勞和塑料變形就是一個終止其服務的主要原因，發(fā)送它們再進行回收。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，與之有關聯(lián)的夾具和固定裝置將會變得多余。即使夾具有工作順序，但它們?nèi)匀挥袌髲U并送往循環(huán)再造。這種方法會帶來高負擔回收的能耗。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，可用來評估振動的影響因素。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間是固定夾具的又一重大缺點，這些夾具應該在制造前就被訂購，在生產(chǎn)計劃和產(chǎn)品上市前還可以創(chuàng)建額外的復雜性。不管他們的類型，大型夾具有一些共同的元素，包括一個主框架、內(nèi)在的框架，有可能有一個或數(shù)多個可移動的機制或更小的組件，如鉗、套管、皮卡和可調(diào)螺絲[表1]。 2.2柔性夾具 開發(fā)的柔性夾具的概念增加了其可持續(xù)性、快速轉換以及降低了成本?，F(xiàn)在可以使用現(xiàn)成的模塊來設計和組裝夾具。根據(jù)規(guī)定，只有極少數(shù)夾具的專用零件需要設計和制造。以這種概念看，大多數(shù)散裝部件、附件關節(jié)都應用的很具體。一旦產(chǎn)品設計變異完全制造出來，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計變異相匹配。因為組裝和組件范圍上的設計都相當接近，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，每一個不同比例的柔性夾具都需要被重新安排。為了增加使用這種類型夾具的效益，這個問題在設計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該是在靠近增加兼容性和夾具子系統(tǒng)間變性。夾具關鍵部件的收集在短期內(nèi)能保證所需夾具的可用性。另外，這些夾具的存儲需要很少空間，因為拆除所有模塊是可能的，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用到柔性夾具，因為它們的精度等級是足夠滿足的。大尺寸制造的夾具設施盡管沒有許多柔性夾具那樣操作靈活，比如航空航天設備。準確性和定位銷的不確定性、夾具的可重復性以及夾具結構的漂移都出現(xiàn)這樣一個事實，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)中將會有很高的利用價值。 圖2.2 夾具與汽車行業(yè)中的可重構組件 大量的體積計量系統(tǒng)和技術一直有許多新的發(fā)展。依靠計量系統(tǒng)和技術的現(xiàn)代激光技術現(xiàn)在就能夠測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鍵部件。 夾具的安裝通常開始形成機架或主要框架，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。計量系統(tǒng)能夠用于柔性夾具的主要框架和其內(nèi)部框架的安裝，從而來保證每個零部件彼此之間的準確定位。表1顯示了這些大規(guī)模的測量系統(tǒng)數(shù)。跟蹤系統(tǒng)能夠測量基準點，它是實現(xiàn)這一目的的最合適的測量系統(tǒng)。一起跟蹤球式反射鏡在三維空間內(nèi)都可以認準所要記錄的位置。球式反射鏡可以直接練習目標對象來提供幾何位置信息或可以在機械重復的球式反射鏡下應用，從這個角度用激光來跟蹤目標或短期目標。像一些其他測量儀器的激光跟蹤有時候不確定，在夾具的安裝過程中需要做以說明。此外，激光跟蹤和目標點之間的光線問題還應該考慮到。如果必要的話，多個跟蹤職位都可以使用，在實際測量活動中，其結果必然是伴隨著一個不確定的說明。經(jīng)過測量，這些給定的分散的特征值是合理的，這個問題與一些夾具或夾具的安裝及以后的審核都是一樣的。這些知識闡明了一個給定的定位夾具的能力和裝配任務。換句話說，它表示在其相關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)裝置和組裝應用，在不同的公司也有大量不同形狀和設計的夾具。這些夾具中的某一些的形式都是標準形式，然而另一些是經(jīng)過專門設計和制造的特殊零部件。后者可以說是建立在產(chǎn)品的復雜性和大規(guī)模的基礎上的，所以可能會是非常昂貴的[9]。 無論成本和目的如何，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或柔性夾具。表2對它們的典型應用的這些方法做出了比較。 固定框夾具通常用于重型應用上，它們更適合于應用在能夠減輕花費開銷的大量產(chǎn)品上。 對于制造業(yè)和大型組裝及復雜產(chǎn)品來說，柔性夾具的應用有很多好處。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，制造柔性夾具和夾具可能會是非常有益的。除了在時間和金錢上使利益均衡外，柔性夾具還會有一個更加靈活的設計思路。由于在夾具的制造和裝配過程中，會直接和經(jīng)常改變夾具的拓撲成本。與傳統(tǒng)夾具相比較，這種類型的柔性夾具的可重用性和可重構性是一個主要的優(yōu)點。這一點尤為重要，因為它在綠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，為相關項目的工裝費用降低了項目成本。 表2.1 用于驗證夾具大量的例子、便攜式測量儀器 儀器 輔助部件 測量類型 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 球形目標 是 攝影 目標 是 光投影 是 關節(jié)臂 三坐標測量機 基于激光掃描頭 是 接觸探頭 是 2.4 柔性夾具的安裝 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)，尤其是當定位公差比較小時，柔性夾具也應當被監(jiān)測以便于開發(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的大尺寸夾具的實際實驗結果來測量指令階段。這是不論這個夾具是否是第一次安裝在夾具中還是對已經(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)其復雜性，一種典型的大尺寸夾具具有三至五個結構。通常除了有一個主框架之外，在每一個級別的基本水平，也可以由一個或多個結構。這些結構用來作為參考以便于作為夾具基準來定位。在一個自動化固定的平臺上，機器系統(tǒng)會進行多項任務，比如定位、加工和進行裝配。因此機器人的工作基準與夾具的工作框架相聯(lián)系。仔細考慮夾具的綜合數(shù)據(jù)，會確保后續(xù)安裝達到預期的公差要求。 2.4.1 測試輔助柔性夾具的安裝 柔性夾具的安裝在第一次進行模擬仿真時有幾個安裝階段。使用模擬演習，在這個工程中可以減少一些潛在的錯誤和返工。測量輔助安裝過程是類似的跟蹤對象位置的過程，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)，然后當所有的夾具組件被放到所設計的位置時，在0.1mm至0.15mm公差內(nèi)，它們可以使用適當?shù)呐ぞ厥站o。典型的計量協(xié)助柔性夾具安裝階段如下： 在出廠時設置初試參考結構； 測量初始參照系； 安裝基地或其位置的主框架； 安裝脫機內(nèi)結構； 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； 重點定位元件的精細調(diào)整和緊固； 核查參照系和夾具； 對于夾具關鍵位置的服務監(jiān)測。 這些階段是從無到有夾具的完整安裝。更不用說，在設計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明的比較 典型特征 固定框架 柔性夾具 夾具 應用 大批量產(chǎn)品 小批量產(chǎn)品 樣機 優(yōu)點 唯一性 可重復性 可重構性 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 重量 重 中 低 可移植性 不可移植 難以在每一個安裝中定位 難以進行 成本 非常高 中等 低 生產(chǎn)時間 長 中等 短 2.4.2 柔性夾具的安裝 柔性夾具安裝過程中采取了以下階段： 安裝夾具的主框架； 移動單元和子系統(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，也會更進一步節(jié)約時間和成本。圖3顯示了三組不同活動小組對于柔性夾具的安裝過程。在這個過程中，假定夾具的標準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試和調(diào)試時以降低測量不確定度來進行一次夾具安裝。一旦達到可接受水平的不確定性的物理安裝才能進行。 圖2.3 柔性夾具的測量輔助安裝程序 在夾具安裝過程中，它可能需要用到多個測量系統(tǒng)或用到包括一套完整夾具安裝關鍵點的測量系統(tǒng)。這應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參考點。 在夾具上定位的關鍵點、測量儀器的不確定性應該予以考慮。作為一個經(jīng)驗法則，每個夾具關鍵位置的定位的準確性應該是在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為0.01mm。 柔性夾具安裝的最佳做法如下： 一個工廠的墻壁和地板上的初始參考點的位置是首選，以減少測量的不確定性； 應驗證該儀器所在位置上經(jīng)常使用初始參考點的基地； 在每個夾具的大節(jié)上，為更好地具有跟蹤和可重復性，可以附加多個球式反射跟蹤系統(tǒng)； 夾具大型組件有關于彎曲或扭曲的測量應集中在角梁的中央部分，以減少定位誤差； 內(nèi)框架參考點應選擇盡可能遠的創(chuàng)建框的坐標系統(tǒng)。這可能會導致在內(nèi)框坐標系時的較小的不確定性。 3.不確定性 由于評估的結果旨在對于所描述物體真正價值范圍內(nèi)的評估定位，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，首先是與測量過程中有關的，其次是與夾具定位的不確定性有關。測量不確定性的一些因素，如灰塵、重力、溫度、氣壓、濕度、測量儀器和相關軟件中的系統(tǒng)誤差、操作人員的技能、接觸探針或球式反射跟蹤儀?；谀z[8]的定義，測量結果應伴隨著它的不確定性說明，這些錯誤詳細來源的討論超出了本文的范圍。已經(jīng)有多項研究來建立真正的不確定性的一些測量儀器[10、11]。 夾具關鍵點的測量結果應該包括相關的置信水平。除了最初的不確定性上升的測量儀器，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、自動化和移動部分，是這個問題變得更加復雜。 仔細考慮夾具設計階段不確定性的來源可以在一個給定的情況下減少過度使用公差預算的風險。夾具的精度和夾具的成本之間有著直接的關系。然而，整體的成本也應該被考慮在內(nèi)。高數(shù)額的零部件有更長的使用壽命。換句話說，質(zhì)量特征接近平均值是，在使用過程中會很少失效。朝六個方向靠近在安裝時是很必要的，然后是在高精度夾具和敏感部位上的可重構、柔性夾具及夾具的監(jiān)測。 4.討論 柔性夾具適用于組裝和在加工部分有不同的設計和幾何參數(shù)。尤其是當這些部件之間的設計變化小時，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，這是因為它可能會通過夾具重新配置到一個新的產(chǎn)品或組件的變種上。然而，當所需的零件盒裝配的設計完全不同時，可能需要不同尺寸夾具組件的完整地重排，因此，在設計一個新的零件和重組夾具的拓撲結構時應該考慮到要便于減少夾具的安裝和重新配置的時間以及成本，并最大限度的重用現(xiàn)在的組件在當前的裝配中。 一個柔性夾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)約成本和時間。本次選擇的過程中應該對未來產(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，計劃和設計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鍵問題。 仿真軟件和工具的廣泛使用，可以減少返工和浪費夾具材料相關的成本。例如測量儀器，其目標點之間的視線檢查就會使用這些軟件來輔助。圖4顯示了柔性夾具安裝在測量仿真軟件中的第一個階段。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測量點的水平視線的問題和不確定性。 由于關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買夾具元件方面的財政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因為它們能提前分析出夾具的長處和弱點，揭示其物理設置。 選擇合適的測量儀器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計量。一個連貫的計量系統(tǒng)，其測量結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給定的公差范圍內(nèi)所需任務的能力。 圖4.1 測量輔助夾具安裝的模擬過程 由于關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買夾具元件方面的財政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因為它們能提前分析出夾具的長處和弱點，揭示其物理設置。 選擇合適的測量儀器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計量。一個連貫的計量系統(tǒng)，其測量結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給定的公差范圍內(nèi)所需任務的能力。 總結 零件和裝配體應該以盡量減少夾具成本的方式來設計，以滿足使用標準組件。如果在夾具更新至下一產(chǎn)品時提前思考，則其速度和成本可能會增加。在夾具和固定裝置的設計上有強大的總成本、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)的典型設計或產(chǎn)品，子系統(tǒng)或組件，以滿足產(chǎn)品的變化和客戶的需求。對于大型產(chǎn)品的幾何尺寸超出幾米夾具的可能會造成重大的開銷。此外，一旦所需的零部件倍制造出來，這些夾具則會變得多余。常規(guī)回收多余夾具是不經(jīng)濟的。因此，找到增加夾具的靈活性才是所需求的方法。 柔性夾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性的不確定性。高精度計量系統(tǒng)現(xiàn)在能夠用來對夾具進行初始安裝和服務。然后使用該系統(tǒng)有可能重新設定夾具元素使其精確到一個新的拓撲結構，以便于定位不同幾何位置的組件，允許幾次使用夾具。 本文提出了一種對于大規(guī)模柔性夾具及夾具初始定位和安裝的通用的算法。計量輔助夾具安裝的新概念被證明對復雜的設置和夾具的安裝是有益的。當完全裝配好時，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鍵點來予以保證。這種方法將應用于大尺寸元件和產(chǎn)品的制造以及裝配件，尤其是應用于航空航天和發(fā)電工業(yè)中。 摘 要 工藝學是以研究機械加工工藝和夾具設計為主的一門學科，具有很強的實踐性，要求在學習過程中應緊密聯(lián)系生產(chǎn)實踐，同時它又具有很強的綜合性， 本次設計的課題是機械零件的加工工藝規(guī)程的制定及專用夾具設計，主要內(nèi)容如下： 首先，對零件進行分析，主要是零件作用的分析和工藝分析，通過零件分析可以了解零件的基本情況，而工藝分析可以知道零件的加工表面和加工要求。根據(jù)零件圖提出的加工要求，確定毛坯的制造形式和尺寸的確定。 第二步，進行基面的選擇，確定加工過程中的粗基準和精基準。根據(jù)選好的基準，制訂工藝路線，通常制訂兩種以上的工藝路線，通過工藝方案的比較與分析，再選擇可以使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理的保證的一種工序。 第三步，根據(jù)已經(jīng)選定的工序路線，確定每一工步的切削用量及基本工時，并選擇合適的機床和刀具、量具。對于粗加工，還要校核機床功率。 最后，經(jīng)過多方面的考慮，設計了專用夾具。先提出設計問題，再選擇定位基準，然后開始切削力、夾緊力的計算和定位誤差的分析。然后把設計的過程整理為圖紙，并編寫說明書。 通過以上的概述，整個設計基本完成。 關鍵詞：機械；車床套；加工工藝；夾具設計 ABSTRACT A specialized main specialized course that " mechanical manufacturing engineering is studied " is machinery , rely mainly on studying machining technology and jig to design technological discipline , have very strong practicality , require that should contact production practices closely in the learning process, at the same time it has comprehensive the very strong one, The topic of this graduation design is the lather set establishment and empress that processes craft regulations three work preface appropriation tongs designs, the main contents is as follows: First of all, analyze ， it is mainly analysis of the function of the part and craft analysis to the part , through part analyze can find out about basic situation of part, and craft analyze may know the processing surface of the part and is it require to process. The processing demand put forward according to the part picture, confirm the manufacture form of the blank and sureness of the size. The second step, carry on the choice the base ， confirm thick datum and precise datum in the processing course. According to the datum chosen ， make the craft route , usually make the craft route of more than two kinds, with analyzing through the comparison of the craft scheme, and then choosing be able to make such specification requirements as the precision of geometry form , size of the part and precision of position ,etc. get a kind of process of the rational assurance s. The third step, according to the already selected process route, confirm for every steps of cutting consumption and basic man-hour ， choose suitable lathe and cutter. To rough machining ， will check the power of the lathe . namely two sets of miller tongses that drill the mold and a set of Xian step noodles.Put forward the question of designing first ， and then choose to orient the datum , then the calculation that begins to cut strength , clamp strength and analysis of the localization error. Then put the design course in order as the drawing. Keywords：machine， Lather set，Process the craft，The fixture design 目錄 摘要 1 第1章 緒論 4 第2章 零件的分析 8 2.1 零件的作用 8 2.2 零件的工藝分析 9 2.3 零件的技術要求 10 第3章 工藝規(guī)程的分析 10 3.1 生產(chǎn)綱領和生產(chǎn)類型的確定 10 3.2 確定毛坯制造形式 11 3.3 基準面的選擇 13 3.4 加工方案設計要點 14 3.5 工藝方案的制定 15 3.6 切削用量及工時的計算 16 第4章 夾具設計 27 4.1 概論 27 4.2 鏜床夾具 28 4.2.1 定位方案 28 4.2.2 夾緊方案 29 4.2.3 誤差分析計算 31 4.2.4 切削力和夾緊力計算 32 4.2.5 導向元件的設計 34 結論與展望 37 致謝 38 參考文獻 39 第1章 緒論 機械工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)代機械制造技術是機械工業(yè)賴以生存和發(fā)展的重要保證。隨著科技不斷的發(fā)展，特別是近年來機械工業(yè)領域正朝著高精度、高質(zhì)量、高效率、低成本方向發(fā)展，使機械工業(yè)得到了很大的提高。 機械加工工藝是制造機械產(chǎn)品的技巧、方法和程序；是實現(xiàn)產(chǎn)品設計、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和降低成本的重要手段；是企業(yè)進行生產(chǎn)準備、計劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)；也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟效益的技術保證。生產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)。機械制造中，需要的加工順序、裝配工序及檢驗工序等，使用著大量的夾具，可以提高勞動效率，提高加工精度，減少廢品，可以擴大機床的工藝范圍，改善操作的勞動條件。因此，夾具是機械制造的一項重要工藝裝備，它們的研究對機械工業(yè)有著很重要的意義。機床夾具已成為機械加工時的重要裝備，同時是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術也正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。機床夾具的設計和使用是促進機械工業(yè)發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，機床夾具的改進和創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術人員在技術革新中的一項重要任務。 機械制造工藝學設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的，這是我們在進行設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。就我個人而言，我希望能通過這次設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，為今后參加祖國的“四化”建設打下一個良好的基礎。由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。 1.1 課題背景及意義 材料、機構、工藝是產(chǎn)品設計的物質(zhì)技術基礎，一方面，技術制約著設計；另一方面，技術也推動著設計。技術使產(chǎn)品形態(tài)發(fā)展的先導，新材料，新工藝的出現(xiàn)，必然給產(chǎn)品帶來新的機構、新的形態(tài)和新的造型風格。 材料、加工工藝、結構和產(chǎn)品形象有機的聯(lián)系在一起的，某各環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。隨著機床加精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度對夾具的制造精度要求更高精度夾具的定位孔距精度也隨著提高，機床夾具的精度以提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟行，家具有不同的型號，以及不同檔位的精度標準供選擇。 工業(yè)的模塊、組合夾具元件模塊化實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型家具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解市場需求，不斷的改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)網(wǎng)站，位夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經(jīng)營電子商務化。迅速發(fā)展對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，使多品種，對中小批生產(chǎn)作為機械生產(chǎn)的主流，為了適應機械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，必然對機床夾具提出更高的要求。 車床的撥叉位于車床變速機構中，主要起換檔，使主軸回轉運動按照操作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件下方的孔與操縱機構相連，而上方的半孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動下方的齒輪變速。 撥叉C是機車變速箱中一個重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結構形狀較復雜，但其加工孔和側面有精度要求，此外還有小頭孔上的槽要求加工，對精度有一定的要求。撥叉的底面、大頭孔上兩側面和大小頭孔粗糙度要求都是，所以都要求精加工。其大頭孔與側面有垂直度的公差要求，所要加工的槽，在其槽兩側面有平行度公差和對稱度公差要求等。因為零件的尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質(zhì)量均影響機器或部件的裝配質(zhì)量，進而影響其性能與工作壽命，因此它們的加工必須保證精度要求。 零件要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能夠保證加工質(zhì)量，同時使加工的勞動量最小。而設計和工藝是密切相關的，又是相輔相成的。設計者要考慮加工工藝問題。工藝師要考慮如何從工藝上保證設計者的要求。 1.2 夾具的發(fā)展趨勢 夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。 高精 隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm，夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國戴美樂公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內(nèi)；夾具重復安裝的定位精度高達±5μm；瑞士EROWA柔性夾具的重復定位精度高達2~5μm。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇。 高效 為了提高機床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用1~2秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機床上安裝與調(diào)整夾具的時間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國杰金斯公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產(chǎn)效率的作用。 模塊、組合 夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經(jīng)營電子商務化。 夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好。德國戴美樂公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低，經(jīng)濟實用才有推廣應用的價值。 專家們建議組合夾具行業(yè)加強產(chǎn)、學、研發(fā)協(xié)作的力度，加快用高新技術改造和提升夾具技術水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網(wǎng)站，充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡技術，與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術。主動與國外夾具廠商聯(lián)系，爭取合資與合作，引進技術，這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。 第2章 零件的分析 2.1 零件的作用 機械零件在機械的工作中將作用于其它零部件，在工作時，又受其它因素所影響。機器里的作用力在機械零件內(nèi)引起很大的壓縮應力和縱向彎曲應力，機械零件本身的慣性力則在機械零件橫斷面上引起拉伸應力和橫向彎曲應力，而且這些受力的情況是急劇地改變的，所以機械零件工作條件的特征是承受接近于沖擊性質(zhì)的變動負荷。 因此，機械零件不但應具有高的疲勞強度，而且本身的重量應盡量減輕，以降低由于機械零件本身重量所產(chǎn)生的慣性力。故制造機械零件應使用優(yōu)質(zhì)鋼材和設計合理的結構形式，在制造毛坯時應使金屬纖維的方向合適排列。 2.2 零件的工藝分析 2.2 零件的工藝分析 2.2.1 零件的工藝特點 機械零件的主要功能是實現(xiàn)與其它零件的有效聯(lián)接，通過它的變化，同一類型的可以搭載不同的機械，滿足市場需求。同一系列機械零件的與連接面尺寸基本相同，與連接面則不同，但具有相同的功能孔。一般，機械零件其結構特點是外形尺寸大。機械零件大多采用灰鑄鐵鑄造毛坯，材料其結構特點是壁厚不均勻，一般處壁厚為6-8mm，最薄處壁厚只有5mm，最大壁厚處卻達40mm。其與及連接的兩個面的面積較大，壓鑄時容易產(chǎn)生變形，且變形量不易控制，所以面必須進行機械加工。 2.2.2零件的加工特點 加工的首要問題是與面的平面度。若平面度不好，則在加工過程中將產(chǎn)生定位誤差，在測量過程中將會在建立基準過程中產(chǎn)生測量誤差，出現(xiàn)測量基準與定位基準不統(tǒng)一的問題。即使測量與定位基準統(tǒng)一，也會發(fā)生零件合格與否的誤判;其次是孔的加工。如何保證相互之間位置精度是此工序的關鍵:另外，對連接用孔的加工也很關鍵。關鍵點在于如何高效地完成加工。 2.3 零件的技術要求 為了保證零件在工作過程中有良好的穩(wěn)定性和密封性，在其重要表面和孔上均有詳盡的技術要求。 首先，孔和面是重中之重。在加工完孔和面后的幾乎每個工序的定位都要用到孔和面。因此，它們的位置至關重要。對其的尺寸精度要求較高，孔徑精度達到了H8級，位置精度達到了IT9。對其的粗糙度要求較高。 其次孔和面也都達到了H8級。在選擇加工規(guī)程時要分析機械加工手冊上的提供的途徑，保證粗糙度和尺寸精度都到達到理想的精度。同時有緣度要求。 再次面在制定工藝路線時要經(jīng)常被作為定位基準面，其中面對結合面有平行度要求，對孔有垂直度要求在加工孔時要特別的對待，選擇好恰當?shù)募庸し椒ā? 第3章 工藝規(guī)程的分析 3.1 生產(chǎn)綱領和生產(chǎn)類型的確定 生產(chǎn)綱領的大小對生產(chǎn)組織和零件加工工藝過程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度，以及所選用的工藝方法和工藝裝備。 零件生產(chǎn)綱領可按下式計算。 N=Qn（1+a%）（1+b%） N——零件的年產(chǎn)量 Q——產(chǎn)品年產(chǎn)量 n——每臺產(chǎn)品中該零件的件數(shù) ——備品百分率 ——廢品百分率 根據(jù)教材中生產(chǎn)綱領與生產(chǎn)類型及產(chǎn)品大小和復雜程度的關系，確定其生產(chǎn)類型。 圖2-1，為某產(chǎn)品上的一個零件。該產(chǎn)品年產(chǎn)量為5000臺。設其備品率為25%，機械加工廢品率為0.2%，每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量為1件，現(xiàn)制定該此零件零件的機械加工工藝規(guī)程。 圖2-1 零件工件 N=Qn（1+a%）（1+b%） =5000*1*（1+25%）（1+0.2%） =6262.5 件/年 此零件零件的年產(chǎn)量為6262.5件，現(xiàn)已知該產(chǎn)品屬于輕型機械，根據(jù)生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領的關系查閱參考文獻 ，確定其生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)。 3.2 確定毛坯制造形式 3.2.1 毛坯材料及熱處理 毛坯材料 由資料[2]《機械加工工藝手冊》表4-71，可得力學性能： 表1.1的性能參數(shù) 牌號 鑄件壁厚 最小抗拉強度 硬度 鑄件硬度范圍 金相組織 灰鑄體 2.5-10 10-20 20-30 30-50 175 145 130 120 H175 150-200 鐵素體+珠光體 灰鑄體一般的工作條件： ① 承受中等載荷的零件。 ② 磨檫面間的單位面積壓力不大于490KPa。 毛坯的熱處理 灰鑄體中的碳全部或大部分以片狀石墨方式存在鑄鐵中，由于片狀石墨對基體的割裂作用大，引起應力集中也大；因此，使石墨片得到細化，并改善石墨片的分布，可提高鑄鐵的性能?？刹捎檬嘶穑瑏硐T鐵表層和壁厚較薄的部位可能出現(xiàn)的白口組織（有大量的滲碳體出現(xiàn)），以便于切削加工。 3.2.2 毛坯的結構確定 毛坯的結構工藝要求 此零件為鑄造件，對毛坯的結構工藝有一定要求： ① 鑄件的壁厚應和合適，均勻，不得有突然變化。 ② 鑄造圓角要適當，不得有尖角。 ③ 鑄件結構要盡量簡化，并要有和合理的起模斜度，以減少分型面、芯子、并便于起模。 ④ 加強肋的厚度和分布要合理，以免冷卻時鑄件變形或產(chǎn)生裂紋。 ⑤ 鑄件的選材要合理，應有較好的可鑄性。 毛坯形狀、尺寸確定的要求 設計毛坯形狀、尺寸還應考慮到： ① 各加工面的幾何形狀應盡量簡單。 ② 工藝基準以設計基準相一致。 ③ 便于裝夾、加工和檢查。 ④ 結構要素統(tǒng)一，盡量使用普通設備和標準刀具進行加工。 在確定毛坯時，要考慮經(jīng)濟性。雖然毛坯的形狀尺寸與零件接近，可以減少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但這樣可能導致毛坯制造困難，需要采用昂貴的毛坯制造設備，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的種類形狀及尺寸的確定一定要考慮零件成本的問題但要保證零件的使用性能。在毛坯的種類 形狀及尺寸確定后，必要時可據(jù)此繪出毛坯圖。 3.3 基準面的選擇 在生產(chǎn)中，工件加工時廣泛采用專用夾具裝夾，機械零件加工中可作為定位基面的表面兩面等，這些表面在加工過程中不斷地轉換基準，由初到精逐步形成。 （1）粗基準的選擇 為保證工件上兩端面的加工余量均勻，根據(jù)粗基準選擇原則，先選毛坯面任一面為基準面加工另一側面。機械零件加工粗基準選擇要保證其對稱性和孔的壁厚均勻， （2）精基準的選擇 由于面面積大、精度高、定位準確、夾緊可靠，所以大部分工序選用其一個指定的面，以及指定的一個面作為精基準。這不僅使基準統(tǒng)一，而且還減少了定位誤差（基準重合） （3）確定合理的夾緊方案 機械零件相對剛性較差，要十分注意加緊力的大小、方向及著力點的選擇，根據(jù)選擇夾緊裝置的要求，在不破壞工件正確定位的前提下，應能保持與工件的正確位置。夾緊適當、可靠，并使機構操作方便、安全、省力。 3.4 加工方案設計要點 對零件的加工，由于工件容易變形，且面與孔之間、孔與孔之間、面與面之間經(jīng)常有尺寸關聯(lián)要求，所以如何選擇定位基準，如何安排工藝順序就非常關鍵，所以加工中通常應注意以下幾個問題: 3.4.1粗、精加工的劃分 由于工件在粗加工后會引起顯著變形時，所以常將平面和孔的加工交替進行，在這些表面都粗加工以后，再精加工基準面及其它表面及面上各孔。 (1)粗加工階段 通常先用與離合器結合面定位，粗銑與結合面，然后再以粗銑后的與結合面為基準，粗銑離合器結合面及其他表面，去除毛坯余量。 （2）半精加工階段 通常安排一些半加工工序，將精度和光潔度要求中等的一些表面加工完成，而對于要求高的表面進行半精加工，為以后的精加工做好準備。 (3)精加工階段 通常首先完成定位基準面(結合面)的精銑及面上兩銷孔的精加工，并以此為精基準完成對精度和光潔度要求高的表面及孔的加工。 3.4.2 次要小表面及孔的加工 如螺紋孔，可以在精加工主要表面后進行，一方面加工時對工件變形影響不大，同時廢品率也降低。另一方面如果主要表面出廢品后，這些小表面就不必再加工了，從而也不會浪費工時。但是，如果小表面的加工很容易碰傷主要表面時，就應該把小表面的加工放在主要表面的精加工之前。 3.4.3 熱處理的安排 有些機械零件有熱處理的要求。為了消除內(nèi)應力，需要進行人工時效，所以通常將熱處理放在粗加工之后，半精加工之前。又如為了提高工件的表面硬度，需進行淬火，就要安排在半精加工之后，精加工之前。 3.4.4 輔助工序的安排 如檢驗，在零件全部加工完畢后、各加工階段結束時、關鍵工序前后，都要適當安排。其他輔助工序還有清洗、去飛刺、表面處理、氣密試驗、包裝等，也應按其要求排入工藝過程。 3.5 工藝方案的制定 工序1：鑄造出毛坯 工序2：毛坯退火處理 工序3：粗,精銑基準面底部面 ? ? 工序4：粗,精銑左側面 ? ? 工序5：粗,精銑右側面 ? ? 工序6：鉆,擴,絞Φ40孔 ? ? 工序7：鉆2-Φ10孔 ? ? 工序8：鉆2-Φ20孔 ? ? 工序9：鉆2-Φ45孔,鉆2-Φ22孔 ? ? 工序10：鉆,擴,絞孔Φ12 ? ? 工序11：鉆,擴,絞孔Φ10 ? ? 工序12：粗鏜,半精鏜,精鏜Φ75孔 ? ? 工序13：去毛刺 ? ? 工序14：入庫 ? 3.6 切削用量及工時的計算 工序一 鑄造。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：鑄造 工序二 熱處理。 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：正火處理（釋放應力，增加材料延展性和韌性）。 工序三 粗,精銑基準面底部面。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：粗,精銑基準面底部面 機床：X52k。 刀具：硬質(zhì)合金端銑刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》（后簡稱《切削手冊》）。選擇刀具前角γo＝18°后角αo＝10°,主偏角Kr=60°,副偏角Kr’=8° 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.75mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝85m/min(，n=235r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.3mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝150m/min(，n=450r/min 工序四 粗,精銑左側面。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：粗,精銑左側面 機床：X52k。 刀具：硬質(zhì)合金端銑刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》（后簡稱《切削手冊》）。選擇刀具前角γo＝18°后角αo＝10°,主偏角Kr=60°,副偏角Kr’=8° 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.75mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝85m/min(，n=235r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.3mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝150m/min(，n=450r/min 工序五 粗,精銑右側面。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：粗,精銑右側面 機床：X52k。 刀具：硬質(zhì)合金端銑刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》（后簡稱《切削手冊》）。選擇刀具前角γo＝18°后角αo＝10°,主偏角Kr=60°,副偏角Kr’=8° 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.75mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝85m/min(，n=235r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.3mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝150m/min(，n=450r/min 工序六 鉆,擴,絞Φ40孔。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：鉆,擴,絞Φ40孔 機床：Z525。 刀具：麻花鉆，擴孔刀，鉸刀 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.8mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.2m/min(，n=12r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.6mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.5mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.4m/min(，n=14r/min 工步3 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.2mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.5m/min(，n=16r/min 工序七 鉆2-Φ10孔。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：鉆2-Φ10孔 機床：Z525。 刀具：麻花鉆，擴孔刀 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.8mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.2m/min(，n=12r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.6mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.5mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.4m/min(，n=14r/min 工序八 鉆2-Φ20孔。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：鉆2-Φ20孔 機床：Z525。 刀具：麻花鉆，擴孔刀 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.8mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.2m/min(，n=12r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.6mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.5mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.4m/min(，n=14r/min 工序九 鉆2-Φ45孔。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：鉆2-Φ45孔 機床：Z525。 刀具：麻花鉆，擴孔刀 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.8mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.2m/min(，n=12r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.6mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.5mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.4m/min(，n=14r/min 工序十 鉆,擴,絞孔Φ12。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：鉆,擴,絞孔Φ12 機床：Z525。 刀具：麻花鉆，擴孔刀，鉸刀 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.8mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.2m/min(，n=12r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.6mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.5mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.4m/min(，n=14r/min 工步3 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.2mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.5m/min(，n=16r/min 工序十一 鉆,擴,絞孔Φ10。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：鉆,擴,絞孔Φ10 機床：Z525。 刀具：麻花鉆，擴孔刀，鉸刀 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.8mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.2m/min(，n=12r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.6mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.5mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.4m/min(，n=14r/min 工步3 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.2mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.5m/min(，n=16r/min 工序十二 粗鏜,半精鏜,精鏜Φ75孔。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：粗鏜,半精鏜,精鏜Φ75孔 機床：T68。 刀具：鏜刀 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.8mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.8mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.2m/min(，n=12r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.3mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.4m/min(，n=14r/min 工步3 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.2mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝1.5m/min(，n=16r/min 第4章 夾具設計 4.1 概論 4.1.1 夾具的定義與分類 機床夾具就是機床上所使用的一種輔助設備，用它來準確的確定工件與刀具的相對位置，即工件的定位與夾緊，以完成加工所需要的相對運動。所以機床夾具是用以使工件定位和夾緊的輔助裝置。 機床夾具按其使用范圍可分為以下五種基本類型： 1）通用夾具通用夾具一般已標準化，并由專門的專業(yè)工廠生產(chǎn)，常作為機床的標準附件提供給用戶。 2）專用夾具這類夾具是針對某一種工件的某一個工序而專門設計的，因其用途轉移而得名。適用于大批大量生產(chǎn)，本處夾具多設計為專用夾具。 3）通用可調(diào)夾具和成組夾具這類夾具的特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適用不同零件的加工。用于相試零件的成組加工所用的夾具，稱為成組夾具。通用可調(diào)夾具與成組夾具相比，加工對象不很明確，適用范圍更廣一些。 4）組合夾具這類夾具是由一套完全標準化的元件，根據(jù)零件的加工要求拼裝而成的夾具。 5）隨行夾具這是一種在自動線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。工件安裝在隨行夾具上，除完成對工件的定位和夾緊外，還載著工件由運輸裝置送往各機床，并在各機床上被定位和夾緊。 機床夾具基本組成部分根據(jù)其功用一般可分為，定位元件或裝置、刀具導向元件或裝置、夾緊元件或裝置、連接元件、夾具體、其他元件或裝置。 4.1.2 夾具的用途和優(yōu)點 使用夾具最終目的是保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善工人勞動條件，提高生產(chǎn)率，降低勞動成本。機床夾具的用途可歸結為：1.保證產(chǎn)品質(zhì)量；2.提高勞動生產(chǎn)率3.擴大機床的工藝范圍，解決復雜或困難的工藝問題。4.改變原機床的用途，擴大機床的使用范圍。5.減輕操作的勞動強度，做到生產(chǎn)安全。 4.1.3夾具設計的特點 在夾具設計工作中一般有以下特點： 1.夾具的設計周期短，一般不進行強度和剛度的計算。 2.專用夾具的設計，對產(chǎn)品零件的有較強的針對性。 3.確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率是設計任務的首要問題。 4.加緊裝置的設置對整個夾具的結構具有決定性的影響。 4.1.4夾具設計的基本要求 夾具設計的原則是經(jīng)濟和適用。夾具設計的基本要求可分為三個方面：（1）好用（2）好造（3）好修。其中好用是主要的，但不應該脫離工序的要求和生產(chǎn)的具體情況而過分強調(diào)。具體要求有以下幾點： 1.夾具的構造應與其用途及生產(chǎn)相適應。2.保證工件精度。3.保證使用方便與安全。4.正確處理作用力的平衡問題。5.注意結構的工藝性，便于制造和維修。6.注意夾具與機床、輔助夾具、刀具、量具之間的關系。 4.2 鏜床夾具 4.2.1 定位方案 本課題夾具用平面組合和一塊限位塊定位，利用平面限制3個自由度，其它2個側面定位塊限制3個自由度，實現(xiàn)完全定位 4.2.2 夾緊方案 夾緊裝置由三部分組成： （1）動力裝置 動力裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。通常是指機動夾緊時所用的氣動、液壓、電動等動力裝置。 （2）夾緊元件 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來完成夾緊動作。 （3）中間傳力機構 中間傳力機構是介于動力源和和夾緊裝置之間的傳力機構，它將原動力以一定的大小和方向傳遞給夾緊元件。 （1）夾緊時不破壞工件在夾具中占有的正確位置； （2）夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中的定位穩(wěn)定性，又要防止因夾緊力過大而損傷工件表面及產(chǎn)生夾緊變形； （3）夾緊機構操作安全、省力，夾緊迅速。 （4）夾緊機構的復雜程度、工作效率應與工件的年生產(chǎn)類型相適應。結構應該盡量簡單，便于制造與維修。 （5）具有良好的自鎖性能 確定夾緊力即要確定夾緊力的作用點、方向和大小等三個要素。 1夾緊力作用點 夾緊力作用點是指夾緊時，夾緊元件與工件表面的接觸位置。它對工件夾緊的穩(wěn)定性和變形有很大的影響。 （1）夾緊力的作用點應該落在支撐元件上或幾個支撐元件所形成的支撐平面內(nèi)，以保證定位確定的工件位置不被破壞。 （2）夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位上，這對剛性較差的零件尤為重要。 （3）夾緊力的作用點應盡可能靠近加工面，這樣可以增加夾緊力的可靠性，防止和減少工件的振動。 2夾緊力方向 夾緊力的方向與工件定位基準所處的位置，以及工件所受外力的作用方向有關。 （1）夾緊力的作用方向應垂直于工件的主要定位基準，以保證加工精度。 （2）夾緊力的作用方向應有利于減少所需的夾緊力的大小。 3夾緊力的大小 夾緊力的大小，對工件裝夾的可靠性，工件和夾具的變形，夾緊裝置的復雜程度等都有很大的影響。 計算夾緊力，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)以簡化計算。然后根據(jù)工件受切削力、夾緊力后處于靜力平衡條件，計算出理論夾緊力F，再乘以安全系數(shù)K，作為實際所需的夾緊力F，即F=k F?？紤]到切削力的變化和工藝系統(tǒng)的變形等因素，一般取K=2.5～3。本夾具采用螺旋壓板夾緊機構，其夾緊力的計算公式為： F= 式中 ——考慮傳動機構轉軸摩檫損失時的傳動效率； ——螺紋升角； d——螺紋中徑； ——螺紋摩檫角。 經(jīng)計算 F=5396N 4.2.3 誤差分析計算 因為工件的定位基準和定位元件均有制造誤差，所以工件在夾具中定位后的實際位置將在一定范圍內(nèi)變動，即存在一定的定位誤差，設計定位裝置時，就要控制這一誤差在加工中所允許的范圍內(nèi)。 產(chǎn)生定位誤差的原因有以下兩個方面：1）定位基準和工序基準不重合；2）定位基準位移。定位誤差就是由基準不重合誤差和基準位移公差綜合引起的同批工件工序尺寸的那部分公差，也就是等于兩者的代數(shù)和。 （3-6） 本夾具的主要定位元件為定位塊，定位時定位基準——右夾具體的左端面與止推面的接合面即為工序基準，即不存在基準位移公差也不存在基準不重合誤差，所以。 （3-7） 所以基準不重合誤差為 （3-8） 基準位移誤差為 （3-9） 則總的定位誤差為 （3-10） 已知本工序中，，故 （3-11） 4.2.4 切削力和夾緊力計算 刀具材料：（鏜刀） 刀具有關幾何參數(shù)： 由《機床夾具設計手冊》表1-2-9 可得銑削切削力的計算公式： 式（2.1） 查《機床夾具設計手冊》表得： 對于灰鑄鐵： 式（2.2） 取 ， 即 所以 由《金屬切削刀具》表1-2可得： 垂直切削力 ： 式（2.3） 背向力： 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夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即： 式（2.4） 安全系數(shù)K可按下式計算： 式（2.5） 式中：為各種因素的安全系數(shù)，見《機床夾具設計手冊》表可得： 所以 式（2.6） 式（2.7） 式（2.8） 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。 單個螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算： 式（2.9） 式中參數(shù)由《機床夾具設計手冊》可查得： 其中： 螺旋夾緊力： 易得： 經(jīng)過比較實際夾緊力遠遠大于要求的夾緊力，因此采用該夾緊機構工作是可靠的。 4.2.5 導向元件的設計 ⑤夾具體設計 鏜桿、鏜套、襯套、鏜模板及夾具體設計 （1）如圖所以開有直槽的引導，它與鏜套的接觸面積小，溝槽又可以排削，而如果是用開有油槽的圓柱引導，這種結構簡單，但與鏜套的接觸面大，潤滑不好，加工時切削易進入引導部分， 圖a帶有直槽的鏜桿導向部分結構尺寸（見表3-4-1） D R C H 槽數(shù) >62 5 4 8 4 表3-4-1 （1） 鏜桿尺寸 鏜桿直徑和長度對剛性影響較大。直徑受到加工孔徑的限制，但應盡量大些，直徑d一般按以下選?。?精鏜用小值；粗