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附錄1 外文翻譯
基于事例推理的夾具設(shè)計研究與應(yīng)用
摘要:根據(jù)基于事例的設(shè)計方法,提出采用工序件的特征信息和夾具的結(jié)構(gòu)特征信息來描述夾具的相似性,并建立了包括這2方面主要特征信息為基礎(chǔ)的事例索引碼,設(shè)計了事例庫的結(jié)構(gòu)形式,創(chuàng)建了層次化的事例組織方式;同時,提出了基于知識引導(dǎo)的夾具事例檢索算法,以及事例的修改和采用同族事例碼進行相似事例的存貯,形成了基于事例推理的夾具設(shè)計.所開發(fā)的原型系統(tǒng)在型號工程夾具設(shè)計等項目的設(shè)計過程中得到了應(yīng)用,并取得了令人滿意的使用效果.
關(guān)鍵詞: 基于事例的推理 夾具設(shè)計 CAD
夾具是以確定工件安全定位準(zhǔn)確為目的的裝置，并在加工過程中保持工件與刀具或機床的位置一致不變。因為夾具的結(jié)構(gòu)依賴于產(chǎn)品的特點和在企業(yè)規(guī)劃中加工工序的地位,所以它的設(shè)計是制造過程中的瓶頸,制約著效率的提高. 夾具設(shè)計是一個復(fù)雜的過程,需要有從大量的設(shè)計論文中了解質(zhì)量知識的經(jīng)驗，這些設(shè)計論文包括工件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、涉及加工工藝，和加工環(huán)境。當(dāng)用這些擅長繪制詳細(xì)設(shè)計圖的傳統(tǒng)的CAD工具（如Unigraphics、CATIA、Pro/E)時,這仍然是一項非常耗時的工作，但是利用以往的設(shè)計經(jīng)驗和資源也不能提供一些益處,而這正是提高效率的關(guān)鍵因素. 基于事例推理 (CBR) 的方法適應(yīng)以往個案解決的辦法,建立一個新問題的方法,主要有以下四步驟:檢索、利用、修改,并保留.這是一個比用專業(yè)系統(tǒng)模仿人類思維有用的使用方法，因為提出一個類似的情況,和采用一些修改,似乎不言自明,而且比人類更直觀.所以支持不同事例的設(shè)計工具已經(jīng)在諸多領(lǐng)域中發(fā)展起來，如在注射成型及設(shè)計、建筑設(shè)計、模具設(shè)計投死, 規(guī)劃過程中,還有夾具設(shè)計. 孫用六個數(shù)字組成代碼參數(shù),包括工件的形狀、機械部分、軸襯,第一定位裝置,第二定位裝置和夾緊裝置. 但這個系統(tǒng)不能用于除鉆床夾具外的其他夾具類型,不能解決儲存需要保留的同一參數(shù)代碼的問題,這在CBR中是非常重要的.
1事例參數(shù)和事例圖書館的建立
1.1事例參數(shù)
事例參數(shù)應(yīng)該由工件的所有的特征組成，來區(qū)別不同的夾具. 使用他們能夠使操作方便. 因為零件的形狀是多種多樣的, 在生產(chǎn)企業(yè)中制造的技術(shù)要求也不斷發(fā)展,許多特征作被用做事例參數(shù)將會使搜索速度降低,其主要特征是不重要的,因為分配給每個特征的比重必須減少. 另一方面,事例參數(shù)包含所有的特征是困難的。
因此,考慮到實際和快速設(shè)計的需求,事例參數(shù)要包含工件的主要特征和夾具的結(jié)構(gòu)。事例參數(shù)代碼由16位數(shù)組成：13位數(shù)是事例特征 3位數(shù)是事例識別數(shù)字。
前13位數(shù)代表13個特征。 每個數(shù)字與特征的一個屬性相一致,這可能是"*"、"？"、"1"、"2"，…，"A"、"B",…，"Z"，…，等其中的一個。其中，"*"是指任何一個,"?"代表不確定,"0"代表沒有。
系統(tǒng)規(guī)定:夾具的類型，工件的形狀，位置模式不能是"*"和"?"。在設(shè)計系統(tǒng)時,三個項目的屬性信息沒有這些選擇,這就意味著必須選擇確定的屬性。
最后三位數(shù)是事例識別號碼,如果事例特征的13位數(shù)是一樣的,這三個數(shù)字就用來區(qū)別他們。
該系統(tǒng)還規(guī)定:"000"是用于修正的一個典型事例,其他事例"001"、"002"、…,這些是用于設(shè)計師查找參考事例的. 如果其中一個偶爾需要改變成典型事例,首先它必須要求改成"000",前面的自動變成參考事例.
事例索引碼的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1—夾具類型； 6—工件重量； 11—夾緊模型；
2—工件形狀； 7—工件剛度； 12—夾具體；
3—工件材料； 8—加工內(nèi)容； 13—其他；
4—批 量； 9—過程所有物； 14到16—事例識別碼；
5—工件比例； 10—定位模型；
圖1 事例索引碼的結(jié)構(gòu)
1.2事例庫
事例庫由許多預(yù)定義的事例組成。事例的描述是基于事例推理的最重要的問題之一。所以由索引碼復(fù)合。
1.3 事例的層次化
夾具的結(jié)構(gòu)相似被認(rèn)為是整個夾具，成分和內(nèi)容相似。所以，整個夾具事例庫，成分事例庫，夾具的成分事例庫形成相同。整個夾具的設(shè)計資料通常是由工件資料和工件加工資料組成,這就意味著夾具的設(shè)計應(yīng)滿足特別功能的需求.全部夾具事例是由功能成分組成，它是用功能成分的名字和數(shù)字來進行描述的。成分事例代表成員（成分功能和其他結(jié)構(gòu)成分，主要驅(qū)動參數(shù)，數(shù)字，和它們的約束關(guān)系）。成分事例（夾具的最低層）是功能成分和和其他成分的結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)代夾具設(shè)計中有很多參數(shù)化準(zhǔn)件和普通非標(biāo)準(zhǔn)件。所以成分事例圖書館應(yīng)記錄特殊參數(shù)和保持它們的方法。
2事例修改的策略
在基于事例的夾具設(shè)計中，最重要的是相似點的修改，這樣能有助于獲得最相似的事例，以及縮短適應(yīng)時間。根據(jù)夾具設(shè)計的需求，事例修改的策略使最接近的事例方法和知識指導(dǎo)結(jié)合起來。首先在深度上查找，然后在寬度上；知識指導(dǎo)策略意味著在來自客觀事物根源的知識規(guī)則上查找，這就要首先查找固定類型，然后查找工件的形狀，第三查找定位方法。例如，如果事例索引碼包括夾具類型的磨削夾具，就只查找所有的磨削夾具，然后查找工件形狀的盒子，第三查找一個平面兩個銷的定位方法。如果沒有合適的，就查找深度標(biāo)點，然后回到最上層，然后再找所有與寬度相關(guān)的事例。
修改方法：
1） 根據(jù)夾具事例庫的事例索引信息，查找有關(guān)事例庫。
2） 將事例索引碼與事例庫的每個事例碼匹配，然后計算相似尺寸的價值。
3） 整理相似尺寸的次序，最大的架子是最類似的事例。
兩個事例之間的相似點是基于兩個事例特征之間的相似點。相似點尺寸的計算依靠特征的類型。相似點的價值可以通過數(shù)字化的價值來計算，例如比較重量分別是50kg 和 20kg的工件。非數(shù)字化的價值也能計算，例如，現(xiàn)在前13位索引碼都是非數(shù)字化的價值。一個夾具的相似尺寸的計算公式如下：
其中S表示通用夾具的相似尺寸，n表示索引特性數(shù)，表示每個特性的重量，表示事例庫中特性和相關(guān)夾具的特性的相似尺寸。同時， ，數(shù)值計算如下：
其中表示第i個特征的索引特性值，表示事例庫中第j個事例的第i個特征的特性值。
所以有兩種方法選擇相似夾具。一個方法是建立數(shù)值。如果通用事例的相似尺寸值比給定的數(shù)值小，這些事例就不能選來作相似事例。事例庫最初建立的時候，只有一些事例，數(shù)值可以建小一點。如果有大量的相似事例，數(shù)值就應(yīng)該建的大一些。另外一個方法是只建立相似事例的數(shù)字（例如10），這是類型單里相似尺寸的最大值。
3 事例的修改和存儲
3.1事例的修改
夾具設(shè)計中相似事例的修改包括以下三個階段：
1） 成分的替代
2） 保持形式不變，調(diào)整成分的特性
3） 模型重新設(shè)計
如果夾具的成分是普通的物品，它們能通過使用工具被修改，代替以及刪除，這些已經(jīng)被設(shè)計好了。
3.2事例的存儲
在將一個新的事例保存到事例庫之前，設(shè)計者必須考慮保存是否有價值。如果這個事例不能增加系統(tǒng)的知識，就沒有必要把它保存到事例庫里。如果它有價值的話，設(shè)計者在保存之前必須分析一下，看看這個事例是否作為標(biāo)準(zhǔn)事例或參考事例被存儲了。一個標(biāo)準(zhǔn)事例是一個描述同族事例主要特征的標(biāo)準(zhǔn)。一個同族事例是有事例庫中索引碼前13位相同而最后三位不同的那些事例組成的。一個標(biāo)準(zhǔn)事例的最后三位通常是“000”。一個參考事例屬于同族標(biāo)準(zhǔn)事例，最后三位用不同數(shù)字區(qū)分。
從被解釋的概念中，可采用以下方法：
1）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族一致，和一個存在的標(biāo)準(zhǔn)事例的前13位數(shù)相同，那么這個事例就不能存儲因為已經(jīng)這種標(biāo)準(zhǔn)事例了?；蛘咧荒茏鳛橐粋€參考事例保存（最后三位不是“000”，而且和其它的不一樣）在事例庫中。
2）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族一致，并且被認(rèn)為代替這個事例族要比以前的標(biāo)準(zhǔn)事例好，那么這個標(biāo)準(zhǔn)事例就被這個新的事例代替，以前的標(biāo)準(zhǔn)事例作為一個參考事例保存。
3）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族不一致，一個新的事例族將會自動產(chǎn)生，并作為標(biāo)準(zhǔn)事例保存到事例庫中。
4夾具設(shè)計中基于事例推理的過程
根據(jù)夾具設(shè)計的特性，夾具設(shè)計的基本信息，例如夾具的名字，零件，生產(chǎn)和設(shè)計者等等，必須先輸入。然后，輸入或設(shè)計工件的模型。輸入有關(guān)工件的細(xì)節(jié)信息，建立事例索引碼，然后CBR開始依靠相似尺寸查找相似事例，選出最相似的事例。如果需要的話，事例要滿足通用性設(shè)計，再存儲到事例庫中。程序流程圖如圖2所示
圖2 基于事例推理的夾具設(shè)計流程圖
5基于事例推理的夾具設(shè)計說明
這是一個工件如圖3所示。材料是45鋼，底座，形狀為塊狀，生產(chǎn)批量為中批等。需要設(shè)計成一個用來旋轉(zhuǎn)孔的旋轉(zhuǎn)夾具。
圖3 需要設(shè)計夾具的一個工件
（最大尺寸80mmx49mmx22mm）
工件的特征值，屬性值，事例索引碼和重量在表1中列出。
表1 工件的事例索引碼和重量
特征名稱 特性值 索引碼 重量
夾具類型 車床夾具 1 100
工件形狀 塊狀 9 90
工件材料 中碳鋼 3 70
批量 中批 2 60
工件比例 小 5 60
工件重量 輕 5 60
工件剛度 硬度強 1 60
加工內(nèi)容 孔 3 80
程序要求 完成加工 3 70
定位方法 三個平面 1 100
夾緊方法 不確定 ？ 90
夾具體 復(fù)合 4 80
其他 沒有 0 60
通過查找和計算相似點，最相似的事例的事例索引碼是19325513321402000，細(xì)節(jié)信息在表2中列出。
表2 最相似事例的事例索引碼
特征名稱 特性值 索引碼
夾具類型 車床夾具 1
工件形狀 塊狀 9
工件材料 中碳鋼 3
批量 中批 2
工件比例 小 5
工件重量 輕 5
工件剛度 硬度強 1
加工內(nèi)容 孔 3
程序要求 完成加工 3
定位方法 三個平面 1
夾緊方法 不確定 ？
夾具體 復(fù)合 4
其他 沒有 0
相似點的計算如下：
所以夾具的相似尺寸值是0.806，這是在事例庫中用于設(shè)計的最相似的事例，最相似的事例的結(jié)構(gòu)如圖4所示
圖4 最相似的夾具
當(dāng)成分替代，修改定位模型和夾緊模型，以及調(diào)節(jié)相關(guān)尺寸之后，新的夾具被設(shè)計出來，圖形如圖6所示
圖5 需要設(shè)計的新夾具
因為在事例庫中沒有相似夾具，新夾具被儲存到事例庫中。事例索引碼是19325523311402000。
6 結(jié)論
基于事例推理，作為一個問題解決的方法，是一個比模仿人類思想的專業(yè)系統(tǒng)更有效的方法，已經(jīng)在很多難獲取知識的領(lǐng)域里得到發(fā)展?；谑吕评淼膬?yōu)點如下：它和人類的思想很相似；一個事例庫通過保存新事例獲得自學(xué)能力，它比有慣例庫更快更容易，它可以更好的傳遞和解釋新的知識，這和慣例庫有很大的不同?；谑吕评碇刑岢龅囊粋€夾具設(shè)計的框架已經(jīng)被實行了，使用的是支持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的VC++，UG電腦繪圖軟件。這個框架也已經(jīng)和普通成分庫和典型夾具庫結(jié)合起來。這個發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，用于航空項目，幫助夾具設(shè)計者提高設(shè)計效率和重新使用先前的設(shè)計資源。
9
撥叉鏜Φ40孔夾具設(shè)計
1 課題研究的目的和意義
撥叉主要零件加工工藝及夾具設(shè)計是本人在基本完成大學(xué)的學(xué)習(xí)任務(wù)后完成的一次由理論轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)的一個過程，將我在大學(xué)期間學(xué)習(xí)到的東西全部整合到一起運用到實踐當(dāng)中去，使本人對自己所學(xué)的專業(yè)知識，專業(yè)技能，和專業(yè)所從事的方向有了更深層次的學(xué)習(xí)與了解，為我以后的工作打下基礎(chǔ)。機械加工工藝主要是實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計，保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源，降低成本的重要手段，是企業(yè)進行生產(chǎn)準(zhǔn)備，計劃調(diào)度，加工操作，生產(chǎn)安全，技術(shù)檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)。然而夾具在制造系統(tǒng)中也是一個非常重要的組成部分，好的夾具可以提高勞動生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本，還可以擴大機床的使用范圍，而這個撥叉主要零件的精度，材料的好壞，加工的工藝將直接影響到發(fā)動機的使用效率和壽命，所以本次設(shè)計要實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計，保證產(chǎn)品質(zhì)量還要在保證產(chǎn)品加工精度的同時提高生產(chǎn)率，節(jié)約成本。
2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1國外研究現(xiàn)狀
工業(yè)設(shè)計是人類社會發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進步的產(chǎn)物，從英國莫里斯的“工藝美術(shù)運動”，到德國的包豪斯設(shè)計革命以及美國的廣泛傳播與推廣，工業(yè)設(shè)計經(jīng)過了醞釀，探索，形成，發(fā)展百余年的歷史滄桑。時至今日，工業(yè)設(shè)計已成為一門獨立的專業(yè)學(xué)科，并且有一套完整的研究體系。
1980 年國際工業(yè)設(shè)計協(xié)會理事會（ICSID）給工業(yè)作了明確定義：“就批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品而言，憑借訓(xùn)練，技術(shù)知識，經(jīng)驗及視覺感受，而預(yù)示材料、結(jié)構(gòu)、構(gòu) 造、形態(tài)、色彩、表面加工，裝飾以新的品質(zhì)和規(guī)格，叫做工業(yè)設(shè)計。根據(jù)當(dāng)時的具體情況，工業(yè)設(shè)計師應(yīng)在上述工業(yè)產(chǎn)品全部側(cè)面或其中幾個方面進行工作，而且 需要工業(yè)設(shè)計師對包裝、宣傳、展示，市場開發(fā)等問題的解決付出自己的技術(shù)知識和經(jīng)驗以及視覺評價能力時，這也屬于工業(yè)設(shè)計的范疇”。
材料、結(jié)構(gòu)、 工藝是產(chǎn)品設(shè)計的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，一方面，技術(shù)制約著設(shè)計；另一方面，技術(shù)也推動著設(shè)計。從設(shè)計美學(xué)的觀點看，技術(shù)不僅僅是物質(zhì)基礎(chǔ)還具有其本身的“功能” 作用，只要善于應(yīng)用材料的特性，予以相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式和適當(dāng)?shù)募庸すに嚕湍軌騽?chuàng)造出實用，美觀，經(jīng)濟的產(chǎn)品，即在產(chǎn)品中發(fā)揮技術(shù)潛在的“功能”。
任 何設(shè)計都是時代的產(chǎn)物，它的不同的面貌，不同的特征反映著不同歷史時期的科學(xué)技術(shù)水平。技術(shù)是產(chǎn)品形態(tài)發(fā)展的先導(dǎo)，新材料，新工藝的出現(xiàn)，必然給產(chǎn)品帶來 新的結(jié)構(gòu)，新的形態(tài)和新的造型風(fēng)格。材料，加工工藝，結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品形象有機地聯(lián)系在一起的，某個環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。
2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
改革開放以來，隨著中國與世界的接軌，中國不斷的引進了西方先進的加工技術(shù)，而且隨著世界科技的飛速發(fā)展，數(shù)控機床，加工中心，柔性制造單元，柔性制造系統(tǒng)等一系列高端設(shè)備得以廣泛的運用，使得我國的加工精度和加工方法也發(fā)生了革命性的改變。產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快，產(chǎn)品需求的多樣化，是制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，特別像撥叉主要零件這種不規(guī)則零件就出現(xiàn)了重大問題，現(xiàn)階段撥叉主要零件零件加工還打不到自動化加工，它的工藝好需要人工畫線的方法來保證，而零件的裝夾也是通過人工來完成的，所以現(xiàn)階段我國對撥叉主要零件這種不規(guī)則零件的加工的效率還是比較低的階段。夾具方面人們也從過去傳統(tǒng)的夾具的裝夾，定位，刀具的引導(dǎo)定位為夾具的裝夾和定位，隨著數(shù)字化加工設(shè)備的擴大化，已經(jīng)將夾具的引導(dǎo)刀具功能完全替代，給今后的夾具的快速裝夾與定位提出了更高的要求。
近年來，機械制造工藝有著飛速的發(fā)展。比如，應(yīng)用人工智能選擇零件的工藝規(guī)程。因為特種加工的微觀物理過程非常復(fù)雜，往往涉及電磁場、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電化學(xué)等諸多領(lǐng)域，其加工機理的理論研究極其困難,通常很難用簡單的解析式來表達。近年來，雖然各國學(xué)者采用各種理論對不同的特種加工技術(shù)進行了深入的研究，并取得了卓越的理論成就，但離定量的實際應(yīng)用尚有一定的距離。然而采用每一種特種加工方法所獲得的加工精度和表面 質(zhì)量與加工條件參數(shù)間都有其規(guī)律。因此，目前常采用研究傳統(tǒng)切削加工機理的實驗統(tǒng)計方 法來了解特種加工的工藝規(guī)律，以便實際應(yīng)用，但還缺乏系統(tǒng)性。受其限制，目前特種加工 的工藝參數(shù)只能憑經(jīng)驗選取，還難以實現(xiàn)最優(yōu)化和自動化，例如，電火花成形電極的沉入式 加工工藝，它在占電火花成形機床總數(shù)95%以上的非數(shù)控電火花成形加工機床和較大尺寸的模具型腔加工中得到廣泛應(yīng)用。雖然已有學(xué)者對其CAD、CAPP和CAM原理開展了一些研究，并取得了一些成果，但由于工藝數(shù)據(jù)的缺乏，仍未有成熟的商品化的CAD/CAM系統(tǒng)問世。通常 只能采用手工的方法或部分借助于CAD造型、部分生成復(fù)雜電極的三維型面數(shù)據(jù)。隨著模糊 數(shù)學(xué)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及專家系統(tǒng)等多種人工智能技術(shù)的成熟發(fā)展，人們開始嘗試?yán)眠@一技術(shù) 來建立加工效果和加工條件之間的定量化的精度、效率、經(jīng)濟性等實驗?zāi)Ｐ停⒌玫搅顺醪?的成果。因此，通過實驗建模，將典型加工實例和加工經(jīng)驗作為知識存儲起來，建立描述特 種加工工藝規(guī)律的可擴展性開放系統(tǒng)的條件已經(jīng)成熟。并為進一步開展特種加工加工工藝過程的計算機模擬，應(yīng)用人工智能選擇零件的工藝規(guī)程和虛擬加工奠定基礎(chǔ)。
同時，在機械加工過程中，夾具占有非常重要的地位，它可靠地保證了工件的加工精度，提高了加工效率，減輕了勞動的強度，夾具的設(shè)計過程中，應(yīng)深入生產(chǎn)實際，（對工件的圖紙，工藝文件，生產(chǎn)綱領(lǐng)等分析），精心調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外的先進技術(shù)，制訂出合理的設(shè)計方案。
我們都知道減少停工檢修期是提高生產(chǎn)力、使生產(chǎn)能力利用系數(shù)最大化的一項重要因素。然而零件加工過程中的精確定位和裝夾的重復(fù)精度也是改進效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。譬如柔性加工中心的產(chǎn)生就是為了減少產(chǎn)品循環(huán)周期。
目前中國制造業(yè)發(fā)展迅猛，以前的我國制造業(yè)普遍使用剛性專機加工各種各樣的零部件，導(dǎo)致改型和生產(chǎn)個零部件周期較長。隨著我國制造業(yè)發(fā)展和各種各種零件的需求與日俱增，加工設(shè)備和工藝也向著柔性化的方向轉(zhuǎn)變。加工裝備的柔性概念和需求主要體現(xiàn)在對設(shè)備快速性和適應(yīng)性的需求上，因此制造商不得不尋求柔性和產(chǎn)量之間的最佳組合。當(dāng)然，在滿足了柔性的條件下、也有著不同的解決方案，如：模塊化、可變換化、可重新配置化、在線兼容性等。不論采用哪種方案，使用高性能的液壓夾具都顯得尤為重要，現(xiàn)在，柔性專機、可重新配置的機床及專用加工中心的組合應(yīng)用，使得發(fā)動機零件的加工變得越來越柔性化，具體情況取決于每個加工項目的產(chǎn)量配額
使用液壓夾具的主要優(yōu)勢是能節(jié)省夾緊和松卸工件時所花的大量的時間。有關(guān)統(tǒng)計資料表明液壓夾緊相比機械夾緊節(jié)省90%~95%的時間，縮小了生產(chǎn)循環(huán)周期，從而增加了產(chǎn)量也就意味著降低了成本。
當(dāng)加工一長型鋁合金零件時，刀具通過時旋轉(zhuǎn)油缸可快速讓開，刀具通過后可快速復(fù)位。液壓夾具系統(tǒng)的第二項重要特點是可實現(xiàn)非常高的定位精度。關(guān)鍵在于夾緊力在定位和夾緊過程中保持恒定不變。從而確保了同一道工序下的加工質(zhì)量一致性。由于變形造成的廢品率將會微乎其微。
夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟的方向發(fā)展
3 設(shè)計思路
通過網(wǎng)絡(luò)、期刊、教材、廠家資料及國內(nèi)外相關(guān)文獻查閱。根據(jù)要求完成對撥叉主要零件加工工藝和夾具設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計。完成設(shè)計圖紙的繪制并進行相關(guān)校核工作，完成設(shè)計說明書的編寫。
、撥叉主要零件加工工藝
1、 制訂撥叉主要零件加工工藝規(guī)程，關(guān)鍵是工序的劃分和定位基準(zhǔn)的選擇。在設(shè)計開始的過程中，我們必須要認(rèn)真分析零件圖，了解其撥叉主要零件零件的結(jié)構(gòu)特點和相關(guān)的技術(shù)要求，對撥叉主要零件零件的每一個細(xì)節(jié)，都應(yīng)仔細(xì)的分析，如撥叉主要零件加工表面的平行度、粗糙度、垂直度，特別是要注意撥叉主要零件零件各孔系自身精度（同撥叉主要零件度、圓度、粗糙度等）和它們的相互位置精度（撥叉主要零件線之間的平行度、垂直度以及撥叉主要零件線與平面之間的平行度、垂直度等要求），撥叉主要零件零件的尺寸是整個零件加工的關(guān)鍵，必須弄清撥叉主要零件零件的每一個尺寸。繪制零件圖是一個重點，同時因為撥叉主要零件零件比較復(fù)雜,所以也是一個難點。我們采用autoCAD軟件繪制零件圖，一方面增加我們對零件的了解認(rèn)識，另一方面增加我們對autoCAD軟件的熟悉。
工序的劃分
確定加工順序和工序內(nèi)容，安排工序的集中和分散程度，劃分工序階段，這項工作與生產(chǎn)綱領(lǐng)有密切關(guān)系，具體可以根據(jù)生產(chǎn)類型、零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求和機床設(shè)備等。生產(chǎn)條件確定工藝過程的工序次數(shù)；如批量小時可采用在通用機床上工序集中原則，批量大時即可按工序分散原則，組織流水線生產(chǎn)，也可利用高生產(chǎn)率的通用設(shè)備，按工序集中原則組織生產(chǎn)。
2、夾具設(shè)計可能遇到的問題：
工件定位是否正確，定位精度是否滿足要求，工件夾緊牢固是否可靠等等。
工件在夾具中的定位精度，主要與定位基準(zhǔn)是否與工序基準(zhǔn)重合、定位基準(zhǔn)與定位元件的配合狀況等因素有關(guān)，可提高夾具的制造精度，減少配合間隙，就能提高夾具在機床上的定位精度，夾具中出現(xiàn)過定位時，可通過撤消多余定位元件，使多余定位元件失去限制重復(fù)自由度的能力，增加過定位元件與定位基準(zhǔn)的配合間隙等辦法來解決。
夾緊必須可靠，但夾緊力不可過大，以免工件或夾具產(chǎn)生過大變形?？刹捎枚帱c夾緊或在工件鋼性薄弱部位安放適當(dāng)?shù)妮o助支撐。夾具的設(shè)計必須要保證夾具的定位準(zhǔn)確和機構(gòu)合理,考慮夾具的定位誤差和安裝誤差。我們將通過對工件與夾具的認(rèn)真分析,結(jié)合一些夾具的具體設(shè)計事例,查閱相關(guān)的夾具設(shè)計資料,聯(lián)系在工廠看到的一些撥叉主要零件零件加工的夾具來解決這些問題.
上述即為遇到困難的解決措施
3、 本課題擬采用的研究手段（途徑）和可行性分析
根據(jù)不同的研究對象擬采用不同的研究手段（途徑），本課題包括兩方面內(nèi)容：
撥叉鏜Φ40孔夾具設(shè)計
制定工藝規(guī)程的研究途徑和可行性分析
毛坯的選擇：
根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和零件結(jié)構(gòu)選擇毛坯，毛坯的類型一般在零件圖上已有規(guī)定。對于鑄件和鍛件應(yīng)了解其分模面、澆口、冒口位置和拔模率，以便在選擇定位基準(zhǔn)和計算加工余量時有所考慮。如果毛坯是棒料或型材，則按其標(biāo)準(zhǔn)確定尺寸規(guī)格，并決定每批加工件數(shù)。
毛坯的種類和其質(zhì)量對機械加工的質(zhì)量有密切的關(guān)系。同時對提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料、降低成本有很大的影響。擬訂工藝路線：
表示零件的加工順序及加工方法，分出工序，安裝或工位及工步等。并選擇各工序所使用的機床型號、刀具、夾具及量具等。擬訂工藝路線從實際出發(fā)，理論聯(lián)系實際和工人結(jié)合起來。常常需要提出幾個方案，進行分析比較后再確定。
計算切削用量、加工余量及工時定額：
查閱《切削用量手冊》等資料并進行計算確定。目前，對單件小批量生產(chǎn)不規(guī)定切削用量，而是由操作工人根據(jù)經(jīng)驗自行選定，但對于自動線和流水線，為保證生產(chǎn)的節(jié)拍，必須規(guī)定切削用量，并不能隨意改變。計算加工余量、工序尺寸及公差是要控制各工序的加工質(zhì)量以保證最終加工質(zhì)量。工時定額一般按各工廠的實際經(jīng)驗積累起來的統(tǒng)計資料來估算。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，工藝的改進，新工藝，新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，工時定額應(yīng)進行相應(yīng)的修改。
對機械加工工藝規(guī)程基本要求可歸結(jié)為質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。雖然有時互相矛盾，但只要把它們處理好，就會成為一個統(tǒng)一體。在三個要求中，質(zhì)量是首要的。質(zhì)量表現(xiàn)在機械產(chǎn)品的各項技術(shù)性能指標(biāo)，質(zhì)量不能保證，根本談不上數(shù)量；質(zhì)量和生產(chǎn)率之間是密切聯(lián)系的，在保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)該不斷地最大限度地提高生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)量的要求。如果兩者矛盾，則生產(chǎn)率要服從于質(zhì)量，應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下解決生產(chǎn)率問題。在保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能的節(jié)約耗費，減少投資，降低制造成本，這就是經(jīng)濟性。
因此，撥叉主要零件的工藝規(guī)程研究途徑應(yīng)該體現(xiàn)質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的統(tǒng)一，達到經(jīng)濟合理及可行的最優(yōu)方案。
夾具設(shè)計的研究途徑和可行性分析
撥叉主要零件、銑、鉆等工序使用的專用夾具，此類夾具的特點是針對性強、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、生產(chǎn)率高。
夾具設(shè)計最關(guān)鍵是要求對工件定位正確，且滿足定位精度要求。為了解決此問題，首先得了解影響定位精度的因素。然后采取措施解決具體的問題。如定位基準(zhǔn)與定位元件的配合狀況和影響定位精度，那么可以提高夾具的制造精度，減小配合間隙就能提高夾具在機床上的定位精度。
除此之外，選擇夾具的類型與結(jié)構(gòu)型式必須與零件生產(chǎn)批量大小相適應(yīng)，夾具結(jié)構(gòu)與零部件應(yīng)具有足夠的剛度和強度，從而保證夾具操作方便、夾緊可靠、使用安全、并有合理的裝卸空間。
課題研究的主要方法：
（1） 搜集資料，了解并掌握撥叉主要零件加工工藝結(jié)構(gòu)和工作原理。
（2） 確定設(shè)計大體思路，撰寫開題報告，要求完成具體的設(shè)計內(nèi)容及計算。
（3） 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，熟悉相關(guān)軟件AutoCAD，確定設(shè)計方法及設(shè)計要點。按要求完成完整的設(shè)計計劃及預(yù)期達到的結(jié)果，進行相關(guān)設(shè)計及計算。
（4） 對所設(shè)計夾具設(shè)計相關(guān)校核，準(zhǔn)備相關(guān)資料。
（5） 對設(shè)計說明書初稿進行相關(guān)格式修改，對設(shè)計圖紙并進行修改。
研究過程中的主要問題和解決的方法：
4 工作進度與安排
2.15—3.15 理解和消化課題內(nèi)容，完成課題的調(diào)研、開題報告、翻譯、文獻綜的撰寫等；
3.16—4.01 完成撥叉主要零件的工藝工裝設(shè)計與優(yōu)化方案；
4.02—4.15 完成撥叉主要零件的工藝工裝設(shè)計與優(yōu)化參數(shù)計算；
4.16—4.20 完成撥叉主要零件的工藝工裝設(shè)計與優(yōu)化各元件設(shè)計；
4.21—5.15 撥叉主要零件的工藝工裝裝配圖和主要零件圖設(shè)計；
5.16—5.31 完成論文的撰寫和答辯準(zhǔn)備工作。
參考文獻
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6
2011屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
寧湖北汽車工業(yè)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)
撥叉鏜Φ40孔夾具設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
7
2011屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
獨創(chuàng)性聲明
本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到，本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
學(xué)位論文作者簽名：
? 日期：??? 年 月 日
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)學(xué)?？梢詫⒈緦W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
√
本論文屬于
保密□ ，在____年解密后適用本授權(quán)書。
不保密□。
（請在以上方框內(nèi)打“√”）
學(xué)位論文作者簽名： ?????????????????? 指導(dǎo)教師簽名：
日期： 年 月 日????????????? 日期： 年 月 日
摘 要
撥叉零件首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設(shè)計出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準(zhǔn)，設(shè)計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設(shè)計，選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計中注意改進。
進行專用夾具的設(shè)計，選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計中注意改進。
為了防止零件在夾緊過程中變形，保證加工過程中定位的穩(wěn)定性，則采用鉤形壓板為夾緊元件對零件底座進行夾緊。為了保證有足夠的夾緊力，動力源裝置采用鉤形壓板。
本夾具設(shè)計的優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)簡單實用、安裝方便、易更換、造價低廉。
關(guān)鍵詞：夾具，鏜孔，鉤形壓板
Abstract
The fork part first carries on the analysis to the components, understand the parts of the process and then design a blank structure, and choose the good components the processing datum, designs the process routes of the parts; then the parts of each labor step process is the key to decide the size calculation, process equipment and cutting processes; then design special fixture, the fixture selection for the various components of the design, such as connecting parts positioning elements and clamping elements, guide element, fixture and machine tool and other components; calculate fixture positioning errors when positioning, analysis the rationality and shortcoming of fixture structure, improve and design in later.
Design of special fixture, the fixture selection for the various components of the design, such as connecting parts positioning elements and clamping elements, guide element, fixture and machine tool and other components; calculate fixture positioning errors when positioning, analysis the rationality and shortcoming of fixture structure, improve and design in later.
In order to prevent the deformation of the parts in the clamping process, ensure the stability of positioning in the processing process, using the hook clamp for clamping elements for clamping of the base parts. In order to ensure a sufficient clamping force, the power source device adopts the hook clamp.
The advantages of fixture design are: simple structure, convenient installation, low cost, easy replacement.
Keywords: fixture, boring, hook plate
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 1
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 2
1.3 本課題應(yīng)達到的要求 3
1.4 機械加工工藝及夾具設(shè)計的發(fā)展 4
1.4.1 發(fā)展歷史 4
1.4.2 發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.4.3 發(fā)展趨勢 5
第2章 零件的分析 8
2.1 零件的形狀 8
2.2 零件的工藝分析 9
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計 10
3.1 確定毛坯的制造形式 10
3.2 定位基準(zhǔn)的選擇零件表面加工方法的選擇 10
3.3 制定工藝路線(方案分析與比較) 10
3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 12
3.4.1 機床選用 12
3.4.2 選擇刀具 12
3.4.3 選擇量具 13
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 13
3.6 確定切削用量及基本工時（機動時間） 14
第4章 鏜孔夾具設(shè)計的要求 20
4.1 鏜孔夾具方案設(shè)計 20
4.2 夾具總體設(shè)計的要求 20
4.3 機床夾具的組成 21
4.4 夾具設(shè)計的基本要求 22
4.5 本次夾具設(shè)計的基本過程 22
4.5.1 擬定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖 22
4.5.2 繪制夾具總裝配圖及零件圖 23
4.6 確定夾具的類型 24
4.7 鏜模的主要類型 24
4.8 明確設(shè)計任務(wù)，了解零件加工工藝過程 25
4.8.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求 25
4.8.2 熟悉零件加工工藝過程 25
第5章 定位裝置設(shè)計 26
5.1 零件定位的基本原理 26
5.1.1 六點定位原理 26
5.1.2 工件定位中的約束分析 26
5.2 常用定位元件及選用 27
5.2.1 對定位元件的基本要求 27
5.2.2 常用定位元件的選用 27
5.3 定位方案的確定 28
第6章 夾緊裝置設(shè)計 30
6.1 夾緊裝置的組成與基本要求 30
6.2 夾緊力的確定 30
6.2.1 確定夾緊力的基本原則 30
6.2.2 切削力的計算 31
6.2.3 夾緊力的計算 32
6.2.4 液壓缸的選型計算 35
第7章 對刀及引導(dǎo)裝置設(shè)計 39
7.1 鏜套的類別 39
7.2 鏜套的設(shè)計 39
第8章 夾具體的設(shè)計 41
8.1 夾具體設(shè)計的基本要求 41
8.2 夾具體毛坯的類型 41
8.3 夾具體的設(shè)計 42
8.4 鏜模板的設(shè)計 43
第9章 經(jīng)濟性分析 44
總 結(jié) 46
致 謝 47
參考文獻 48
第1章 緒 論
1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義
工裝工藝及夾具畢業(yè)設(shè)計是對所學(xué)專業(yè)課知識的一次鞏固，是在進行社會實踐之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練。機床夾具已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設(shè)計和使用是促進生產(chǎn)發(fā)展的重要工藝措施之一。
機械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的主要依據(jù)。根據(jù)它來組織原材料和毛坯的供應(yīng)，進行機床調(diào)整，專用工藝裝備的設(shè)計與制造，編制生產(chǎn)作業(yè)計劃，調(diào)配勞動力，以及進行生產(chǎn)成本核算等。
機械加工工藝規(guī)程也是組織生產(chǎn)、進行計劃調(diào)度的依據(jù)。有了它就可以制定生產(chǎn)產(chǎn)品的進度計劃和相應(yīng)的調(diào)度計劃，并能做到各工序科學(xué)地銜接，使生產(chǎn)均衡、順利，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低消耗。
機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片，是兩個主要的工藝文件。機械加工工藝過程卡片，是說明零件加工工藝過程的工藝文件。在單件、小批量生產(chǎn)中，以機械加工工藝過程卡片指導(dǎo)生產(chǎn)，過程卡的各個項目編制較為詳細(xì)。機械加工工序卡片是為每個工序詳細(xì)制定的，用于直接指導(dǎo)工人進行生產(chǎn)，多用于大批量生產(chǎn)的零件和成批生產(chǎn)中的重要零件。
在機械行業(yè)中，如何去保證工件的高精度、加工的成本等實質(zhì)性問題，一直是從事于機械行業(yè)人員研究的問題，其中在設(shè)計夾具的時候就要考慮以上問題，高效的夾具是工件高精度的保證，如何讓夾具更高效、更經(jīng)濟，這是行業(yè)人急需要解決的。
隨著社會的發(fā)展，科技的不斷提高，各種高科技技術(shù)逐漸滲透到各個行業(yè)，如何利用這些高科技為人類服務(wù)，如何充分利用這些高科技在機械行業(yè)中，這還需要機械行業(yè)人員不斷的努力，開拓創(chuàng)新。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，和社會市場需要，夾具的設(shè)計在逐步的超向柔性制造系統(tǒng)方向發(fā)展。迄今為止,夾具仍是機電產(chǎn)品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已高度標(biāo)準(zhǔn)化,用戶只需要按品種、規(guī)格選用采購。而模具和夾具則和產(chǎn)品息息相關(guān),產(chǎn)品一有變化就需重新制作,通常是屬于專用性質(zhì)的工具,模具已發(fā)展成為獨立的行業(yè);夾具在國內(nèi)外也正在逐漸形成一個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)。 組合夾具不僅具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、組合化等當(dāng)代先進設(shè)計思想,又符合節(jié)約資源的原則,更適合綠色制造的環(huán)境保護原理。所以是今后夾具技術(shù)的一個重要發(fā)展方向單位 。
機床夾具通常是指裝夾工件用的裝置:至于裝夾各種刀具用的裝置,則一般稱為“輔助工具”。輔助工具有時也廣義地包括在機床夾具的范圍內(nèi)。按照機床夾具的應(yīng)用范圍,一般可分為通用夾具,專用夾具和可調(diào)整式夾具等。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，對自己所學(xué)的理論知識進行一次綜合運用，也是對四年的學(xué)習(xí)深度的一個檢驗。在這次設(shè)計過程中，充分挖掘自己分析問題，解決問題的潛力。并希望通過畢業(yè)設(shè)計能養(yǎng)成一種嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真的態(tài)度，為以后參加工作打下一個良好的基礎(chǔ)。
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況
工裝的全稱是工藝裝備，工裝是指加工機床外而需保證零件加工質(zhì)量的工藝裝備，是制造過程中所用的各種工具的總稱。它是各企業(yè)內(nèi)除生產(chǎn)設(shè)備和工具外的為配合生產(chǎn)設(shè)備和人完成工藝制作要求的部分，大多工裝都是針對各自產(chǎn)品特點的。機械加工過程中用來固定和定位要加工的零件或毛坯件的裝置，即工裝的主要作用有：固定，定位，防止變形。
夾具屬于工裝，工裝包含夾具，屬于從屬關(guān)系。不僅僅是焊裝用，在機加工方面也有用，許多時候，需要裝配幾個部件并保證其定位準(zhǔn)確的時候就需要。設(shè)計工裝夾具要緊扣產(chǎn)品，因為工裝夾具是專門為某些產(chǎn)品特定的，要保證生產(chǎn)時無干涉現(xiàn)象、定位準(zhǔn)確、操作工操作便捷等。簡單的說，就是用于工件裝夾的工具。
夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認(rèn)識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關(guān)系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結(jié)合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。
由于現(xiàn)代加工的高速發(fā)展，對傳統(tǒng)的夾具提出了較高要求，如快速、高效、安全等。要想達到這樣的生產(chǎn)要求，就必須計算加工工序零件在加工過程中由于切削力、重力、慣性力等所產(chǎn)生的切削力及切削力矩，按照夾具設(shè)計中所確定的夾緊方式進行夾緊力的計算，為了減小夾具的具體尺寸，就需要增大夾具的定位區(qū)間，增大由夾緊力而產(chǎn)生的摩擦力矩、正壓力及由此而產(chǎn)生的摩擦力，以達到夾具小巧而精用的目的。同時為了減少工人的勞動強度，提高工件裝夾效率，還需要對夾具的夾緊機構(gòu)的行程進行設(shè)計，以期以最短的夾緊行程，達到最佳的夾緊效果。
1.3 本課題應(yīng)達到的要求
通過實際調(diào)研和采集相應(yīng)的設(shè)計數(shù)據(jù)、閱讀相關(guān)資料相結(jié)合，對撥叉的基本結(jié)構(gòu)及作用有個大致的了解，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過對金屬切削加工、金屬切削機床、機械設(shè)計與理論等相關(guān)知識充分掌握后，分析撥叉的加工工藝，確定撥叉各加工表面的加工方法，進而形成撥叉的機械加工工藝路線。并能根據(jù)撥叉的加工工序要求，分析撥叉的定位方式、金屬切削加工過程中的機床工作臺驅(qū)動、工件夾緊等方面的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合機械機構(gòu)設(shè)計的相關(guān)理論知識，完成工件的有效定位及夾緊，從而使整個撥叉的加工工藝路線經(jīng)濟，工件定位方案合理，來達到產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計。
針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及計算問題，綜合所學(xué)的機械理論設(shè)計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的知識，設(shè)計出一套適合于實際的撥叉加工工藝路線，從而實現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設(shè)計。為提高鏜床夾具在機床上安裝的穩(wěn)固性，減輕其斷續(xù)切削可能引起的振動，夾具體不僅要有足夠的剛度和強度，其高度和寬度比也應(yīng)恰當(dāng)，一般有H/B≤1～1.25，以降低夾具重心，使工件加工表面盡量靠近工作臺面。
機械加工工藝及夾具設(shè)計是全面綜合運用有關(guān)專業(yè)課程的理論和實踐知識進行加工工藝及夾具設(shè)計的一次重要實踐。機床夾具是在機床上裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床和刀具有一個正確的位置，并且在加工過程中保持這個位置不變。夾具不僅能保證工件的加工精度、提高加工效率，還能減輕工人的勞動強度、降低產(chǎn)品的制造成本、擴大機床的使用范圍。制造技術(shù)已經(jīng)是生產(chǎn)、國際經(jīng)濟競爭、產(chǎn)品革新的一種重要手段，所有國家都在尋求、獲得、開發(fā)和利用它。它正被看作是現(xiàn)代國家經(jīng)濟上獲得成功的關(guān)鍵因素。
機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件，是一切有關(guān)工生產(chǎn)人員都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行、認(rèn)真貫徹的紀(jì)律性文件。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規(guī)程來體現(xiàn)。而機床夾具是在機床上用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床或刀具有個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。它們的研究對機械工業(yè)有著很重要的意義。
1.4 機械加工工藝及夾具設(shè)計的發(fā)展
1.4.1 發(fā)展歷史
從1949年以來，我國機械工業(yè)有了很大的發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)中產(chǎn)品門類比較齊全、具有相當(dāng)規(guī)模和一定技術(shù)基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)部門之一，其機械加工和夾具也有很大的發(fā)展，但是與工業(yè)發(fā)達國家相比，我們這方面的水平還存在著階段性的差距，主要表現(xiàn)在機械產(chǎn)品質(zhì)量和水平不夠高，加工工藝過程不合理，夾具應(yīng)用也比較少，使其加工工人勞動強度大，加工出來的產(chǎn)品也不理想。
1.4.2 發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)在，各工業(yè)化國家都把制造技術(shù)視為當(dāng)代科技發(fā)展為活躍的領(lǐng)域和國際間科技競爭的主戰(zhàn)場，制定了一系列振興計劃、建立世界級制造技術(shù)中心，紛紛把先進制造技術(shù)列為國家關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。
機械加工工藝及夾具隨著制造技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進。機械加工工藝以各個工廠的具體情況不同，其加工的規(guī)程也有很大的不同。突破已往的死模式。使其隨著情況的不同具有更加合理的工藝過程。也使產(chǎn)品的質(zhì)量大大提高。制定加工工藝雖可按情況合理制定，但也要滿足其基本要求：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能提高勞動生產(chǎn)率和降低加工成本。并在充分利用本工廠現(xiàn)有生產(chǎn)條件的基礎(chǔ)上，盡可能采用國內(nèi)、外先進工藝技術(shù)和經(jīng)驗。還應(yīng)保證操作者良好的勞動條件。但我國現(xiàn)階段還是主要依賴工藝人員的經(jīng)驗來編制工藝，多半不規(guī)定工步和切削用量，工時定額也憑經(jīng)驗來確定，十分粗略，缺乏科學(xué)依據(jù)，難以進行合理的經(jīng)濟核算。
機床夾具最早出現(xiàn)在18世紀(jì)后期。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。
國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右。現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3～4年就要更新50～80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10～20％左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對機床夾具提出了如下新的要求：
1）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本；
2）能裝夾一組具有相似性特征的工件；
3）能適用于精密加工的高精度機床夾具；
4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具；
5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率；
6）提高機床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。
1.4.3 發(fā)展趨勢
長期以來，加工工藝編制是由工藝人員憑經(jīng)驗進行的。如果由幾位工藝員各自編制同一個零件的工藝規(guī)程，其方案一般各不相同，而且很可能都不是最佳方案。這是因為工藝設(shè)計涉及的因素多，因果關(guān)系錯綜復(fù)雜。CAPP將是機械加工工藝的發(fā)展趨勢，它不僅提高了工藝設(shè)計的質(zhì)量，而且使工藝人員從繁瑣重復(fù)的工作中擺脫出來，集中精力去考慮提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量問題。
1夾具的發(fā)展趨勢
現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化、高效化、精密化和柔性化等四個方面。
（1）標(biāo)準(zhǔn)化 機床夾具的目的就在于提高生產(chǎn)效率，這樣也就必使其具有標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，而機床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2148～T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本。
（2）高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應(yīng)的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。
（3）精密化 機床夾具的精度會直接影響到零件的加工精度，而隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應(yīng)提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。這些精密化的夾具為以后零件加工的精度提供了保證。
（4）柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應(yīng)現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)為可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當(dāng)前夾具發(fā)展的主要方向。
2機械加工制造技術(shù)的發(fā)展趨勢
（1）特種加工 它是指一些物理的、化學(xué)的加工方法，如電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、離子束加工等。特種加工方法的主要對象是難加工材料的加工，如金剛石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可達分子級加工單位或原子級加工單位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。特種加工與傳統(tǒng)加工相結(jié)合的復(fù)合加工有較大的發(fā)展前途。
（2）快速成形 利用離散、堆積成形概念，可將一個三維實體分解為若干二維實體制造出來，再經(jīng)堆積而構(gòu)成三維實體。
（3）精密工程 它包括精密加工的超精密加工技術(shù)、微細(xì)加工和超微細(xì)加工技術(shù)、微型機械和納米技術(shù)等方面。當(dāng)前，以納米技術(shù)為代表的超精密加工技術(shù)和以微細(xì)加工為手段的微型機械技術(shù)有重要意義，它們代表了這一時期精密工程的方向。
（4）傳統(tǒng)加工工藝的改造和革新 這一方面的技術(shù)潛力很大，如高速切削、超高速切削、強力磨削、超硬材料磨具的出現(xiàn)都對加工理論的發(fā)展、加工質(zhì)量和效率的提高有重要意義。另一方面，舊設(shè)備的改造和挖潛，如普通機床改造成數(shù)控機床等，對機械工業(yè)的發(fā)展和提高是不容忽視的。
3.簡單的評述
綜上，機械加工藝及夾具隨著科技的發(fā)展都使計算機技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、控制論及系統(tǒng)工程與制造技術(shù)的結(jié)合為制造系統(tǒng)，形成現(xiàn)代制造工程學(xué)。而物料流、能量流、信息流是組成制造系統(tǒng)的三個基本要素?，F(xiàn)代加工都為集成化的系統(tǒng)加工，這雖減輕了工人的勞動強度，但同時對工人的知識水平要求較高。這需要我們?nèi)轿坏恼J(rèn)知現(xiàn)代科技知識。因此，在以后的學(xué)習(xí)中需要我們?nèi)轿坏膶W(xué)習(xí)其各個相關(guān)領(lǐng)域的知識，不能只注重一點，為將來的人才戰(zhàn)略提出了新的要求。
2011屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
第2章 零件的分析
2.1 零件的形狀
題目給的零件是撥叉零件，主要作用是起固定作用。它主要用于軸撥叉之間的連接，以固定安裝需要。
零件的實際形狀如上圖所示，從零件圖上看，該零件是典型的零件，結(jié)構(gòu)比較簡單。具體尺寸，公差如下圖所示。
2.2 零件的工藝分析
由零件圖可知，其材料為HT200，具有較高強度，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。
撥叉零件主要加工表面為：
1.上端面，表面粗糙度值為1.6。
2. 下端面，表面粗糙度值為1.6。
3.φ40孔、φ20孔、φ18孔，表面粗糙度值為1.6。
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第3章 工藝規(guī)程設(shè)計
本撥叉假設(shè)年產(chǎn)量為10萬臺，每臺需要該零件1個，備品率為111%，廢品率為0.25%，每日工作班次為2班。
該零件材料為HT200，考慮到零件在工作時要有高的耐磨性，所以選擇鍛造。依據(jù)設(shè)計要求Q=100000件/年，n=1件/臺；結(jié)合生產(chǎn)實際，備品率α和 廢品率β分別取111%和0.25%代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)
N=2XQn(1+α)（1+β)=23134115件/年
3.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為HT200，考慮到零件在使用過程中起連接作用，分析其在工作過程中所受載荷，最后選用鍛造，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。年產(chǎn)量已達成批生產(chǎn)水平，而且零件輪廓尺寸不大，可以采用鍛造，這從提高生產(chǎn)效率，保證加工精度，減少生產(chǎn)成本上考慮，也是應(yīng)該的。
3.2 定位基準(zhǔn)的選擇零件表面加工方法的選擇
待加工的零件是盤狀零件，孔是設(shè)計基準(zhǔn)（也是裝配基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)），為避免由于基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)生的誤差，應(yīng)選孔為定位基準(zhǔn)，即遵循“基準(zhǔn)重合”的原則。
3.3 制定工藝路線(方案分析與比較)
制定工藝路線的出發(fā)點，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，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
方案一：
10 鑄造 鑄造毛坯
20 熱處理 退火
30 粗銑 粗銑上端面，留1mm精加工余量。
40 精銑 精銑下端面
50 粗銑 粗銑下端面，留1mm精加工余量。
60 精銑 精銑下端面
70 鉆擴鉸 鉆擴鉸φ20并倒角
80 粗鏜 粗鏜φ40孔
90 精鏜 精鏜φ40孔
100 鉆擴 鉆擴φ18并倒角
110 鉆孔攻絲 鉆孔2XM12底孔并進行攻絲
120 銑寬度為5mm的開口槽
130 插鍵槽
140 去毛刺 去毛刺
150 檢驗 檢驗入庫
方案二：
10 鑄造 鑄造毛坯
20 熱處理 退火
30 粗銑 粗銑上端面，留1mm精加工余量。
40 精銑 精銑下端面
50 粗銑 粗銑下端面，留1mm精加工余量。
60 精銑 精銑下端面
70 鉆擴鉸 鉆擴鉸φ20并倒角
80 鉆擴 鉆擴φ18并倒角
90 粗鏜 粗鏜φ40孔
100 精鏜 精鏜φ40孔
110 鉆孔攻絲 鉆孔2XM12底孔并進行攻絲
120 銑寬度為5mm的開口槽
130 插鍵槽
140 去毛刺 去毛刺
150 檢驗 檢驗入庫
方案分析：方案二把孔加工調(diào)整到加工面之前，這樣就會導(dǎo)致鏜孔的時候沒有以面為定位基準(zhǔn)，會導(dǎo)致面與孔之間沒有一定的垂直關(guān)系，會導(dǎo)致孔的偏斜。
最終方案：
10 鑄造 鑄造毛坯
20 熱處理 退火
30 粗銑 粗銑上端面，留1mm精加工余量。
40 精銑 精銑下端面
50 粗銑 粗銑下端面，留1mm精加工余量。
60 精銑 精銑下端面
70 鉆擴鉸 鉆擴鉸φ20并倒角
80 粗鏜 粗鏜φ40孔
90 精鏜 精鏜φ40孔
100 鉆擴 鉆擴φ18并倒角
110 鉆孔攻絲 鉆孔2XM12底孔并進行攻絲
120 銑寬度為5mm的開口槽
130 插鍵槽
140 去毛刺 去毛刺
150 檢驗 檢驗入庫
3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備
3.4.1 機床選用
①.工序30、40、50、60粗銑、精銑。各工序的工步數(shù)不多，成批量生產(chǎn)，故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求屬于中等要求，選用最常用的X52K立式銑床。參考根據(jù)《機械制造設(shè)計工工藝簡明手冊》表4.2-7。
②.工序70、80是鏜孔，選用TPX6113鏜床。
3.4.2 選擇刀具
①.在銑床上加工的工序,一般選用硬質(zhì)合金銑刀。加工刀具選用YG6類硬質(zhì)合金銑刀，它的主要應(yīng)用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟性,可選用可轉(zhuǎn)位銑刀(GB5343.1-134,GB5343.2-134)。
②.鏜孔時選用高速鋼鏜刀，參考《機械加工工藝手冊》（主編 孟少農(nóng)），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數(shù)。
3.4.3 選擇量具
本零件屬于成批量生產(chǎn)，一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種：一是按計量器具的不確定度選擇；二是按計量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“撥叉” 零件材料為HT200，查《機械加工工藝手冊》（以后簡稱《工藝手冊》），表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較，硬度HB為143～2611，表2.2-23 球墨鑄鐵的物理性能，密度ρ=7.2～7.3（），計算零件毛坯的重量約為2。
表3-1 機械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì)
生產(chǎn)類別
同類零件的年產(chǎn)量[件]
重型
（零件重>2000kg）
中型
（零件重100~2000kg）
輕型
（零件重<100kg）
單件生產(chǎn)
5以下
10以下
100以下
小批生產(chǎn)
5~100
10~200
100~500
中批生產(chǎn)
100~300
200~500
500~5000
大批生產(chǎn)
300~1000
500~5000
5000~50000
大量生產(chǎn)
1000以上
5000以上
50000以上
根據(jù)所發(fā)的任務(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)，選擇鑄造類型的主要特點要生產(chǎn)率高，適用于大批生產(chǎn)，查《工藝手冊》表3.1-111 特種鑄造的類別、特點和應(yīng)用范圍，再根據(jù)表3.1-20 各種鑄造方法的經(jīng)濟合理性，采用機器砂模造型鑄件。
表3-2 成批和大量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級
鑄造方法
公差等級CT
球墨鑄鐵
砂型手工造型
11~11
砂型機器造型及殼型
8~10
金屬型
7~11
低壓鑄造
7~11
熔模鑄造
5~7
根據(jù)上表選擇金屬型公差等級為7級。
3-3 鑄件尺寸公差數(shù)值
鑄件基本尺寸
公差等級CT
大于
至
8
63
100
190
100
190
250
1.6
1.8
2.0
根據(jù)上表查得鑄件基本尺寸大于100至190，公差等級為8級的公差數(shù)值為1.8。
表3-4 鑄鐵件機械加工余量（JB4054-134）如下
鑄件基本尺寸
加工余量等級 6
澆注時位置
>120~250
6.0
4.0
頂、側(cè)面
底 面
鑄孔的機械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機械加工余量選擇。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。
3.6 確定切削用量及基本工時（機動時間）
工序30：粗銑上端面，留1mm精加工余量。
機床：銑床X52K
工件材料HT200 ，鑄造 ，高速鋼鑲齒銑刀、 齒數(shù) ，查表5.8
確定銑削速度
采用X52K立式銑床 ，查表3.6，取轉(zhuǎn)速 ， 故實際銑削速度
當(dāng)工作臺每分鐘進給 為
由《工藝手冊》得
工序40：精銑上端面
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
機床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻[3]表3.1～74，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81,取
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
機動時間：
所以該工序總機動時間
工序50：粗銑下端面，留1mm精加工余量。
機床：銑床X52K
工件材料HT200 ，鑄造 ，高速鋼鑲齒銑刀、 齒數(shù) ，查表5.8
確定銑削速度
采用X52K立式銑床 ，查表3.6，取轉(zhuǎn)速 ， 故實際銑削速度
當(dāng)工作臺每分鐘進給 為
由《工藝手冊》得
工序60：精銑下端面
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，?。焊鶕?jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
機床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻[3]表3.1～74，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81,取
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
機動時間：
所以該工序總機動時間
工序70 ：粗鏜φ40孔
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
單邊余量Z=1.1mm
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進給量。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4～45，取。
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1～41，取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
工序80 精鏜φ40孔
粗加工后單邊余量Z=0.4mm，一次鏜去全部余量， ，精鏜后孔徑
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進給量
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4～45，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.14—41，取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
所以該工序總機動工時
第4章 鏜孔夾具設(shè)計的要求
4.1 鏜孔夾具方案設(shè)計
方案設(shè)計是夾具設(shè)計的重要階段，它在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上，要完成下列設(shè)計工作：[1]
① 研究殼體零件原始資料，明確設(shè)計要求。
② 擬訂鏜孔夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖。
③ 繪制夾具總圖，標(biāo)注有關(guān)尺寸及技術(shù)要求。
④ 繪制零件圖。
從另外一方面來說，機床夾具設(shè)計是工藝裝備設(shè)計中的一個重要組成部分，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率的一項重要技術(shù)措施。在設(shè)計過程中應(yīng)深人實際，進行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外的先進技術(shù)，制定出合理的設(shè)計方案，再進行具體的設(shè)計。而深入生產(chǎn)實際調(diào)查研究中，應(yīng)當(dāng)掌握下面的一些資料：[1]
(1)工件圖紙；詳細(xì)閱讀工件的圖紙，了解工件被加工表面是技術(shù)要求，該零件在機器中的位置和作用，以及裝置中的特殊要求。
(2)工藝文件：了解工件的工藝過程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面狀況，基準(zhǔn)面選擇的情況，可用機床設(shè)備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。
(3)生產(chǎn)綱領(lǐng)：夾具的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與工件的批量大小相適應(yīng)，做到經(jīng)濟合理。
在本次畢業(yè)設(shè)計的夾具要求是中小批量生產(chǎn)的夾具設(shè)計。
(4)制造與使用夾具的情況，有無通用零部件可供選用。工廠有無壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術(shù)狀況等。
夾具的出現(xiàn)可靠地保證加工精度，提高整體工作效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。
4.2 夾具總體設(shè)計的要求
1）夾具應(yīng)滿足零件加工工序的精度要求。特別對于精加工工序，
應(yīng)適當(dāng)提高夾具的精度，以保證工件的尺寸公差和形狀位置公差等。
2）夾具應(yīng)達到加工生產(chǎn)率的要求。特別對于大批量生產(chǎn)中使用的
夾具，應(yīng)設(shè)法縮短加工的基本時間和輔助時間。
3）夾具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可設(shè)置必要的
防護裝置、擋屑板以及各種安全器具。
4）能保證夾具一定的使用壽命和較低的夾具制造成本。夾具元件
的材料選用將直接影響夾具的使用壽命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力學(xué)性能較好的材料。夾具的低成本設(shè)計在世界各國都以相當(dāng)重視。為此，夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)中。宜采用氣壓、液壓等高效夾緊裝置；而小批量生產(chǎn)，則宜采用較簡單的夾具結(jié)構(gòu)。
5）要適當(dāng)提高夾具元件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)程度。選用標(biāo)準(zhǔn)化元件，
特別應(yīng)選用商品化的標(biāo)準(zhǔn)元件，以縮短夾具制造周期，從而降低夾具成本。
6）必須具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以便夾具的制造、使用和維修。
以上要求有時是互相矛盾的，故應(yīng)在全面考慮的基礎(chǔ)上，處理好主要矛盾，使之達到較好的效果。例如鏜模設(shè)計中，通常側(cè)重于生產(chǎn)率的要求。
在機械加工中，在機床上用來確定工件位置并將其壓緊夾牢的工藝裝備稱為機床夾具。不僅單件小批量生產(chǎn)中需要它，成批大量生產(chǎn)更不可缺少。機床夾具是機床和工件之間的連接裝備，能使工件相對于機床和刀具獲得正確位置，以保證零件和產(chǎn)品的質(zhì)量，并提高生產(chǎn)率。機床夾具的性能好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，因此機床夾具設(shè)計是機械制造裝備設(shè)計中一項重要的工作，也是加工過程中最活躍的因素之一。
4.3 機床夾具的組成
雖然機床夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。一般可以概況為一下幾個部分組成，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。
1. 定位支承元件。定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。
2. 夾緊裝置。夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。
3. 連接定向元件。這種元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。
4. 對刀元件或?qū)蛟?。這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件。用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進行加工的元件稱為導(dǎo)向元件。
5. 其他裝置或元件。根據(jù)加工需要，有些夾具上還設(shè)有分度裝置?？磕Ｑb置、上下料裝置、工件頂出機構(gòu)、電動扳手和平衡塊等，以及標(biāo)準(zhǔn)化了的其他連接元件。
6. 夾具體。夾具體是夾具的基本骨架，用來配置、安裝各夾具元件，使之組成一整體。
4.4 夾具設(shè)計的基本要求
一個優(yōu)良的機床夾具必須滿足下列基本要求。
(1) 保證工件的加工精度。保證加工精度的關(guān)鍵，首先在于正確地選定定位基準(zhǔn)、定位方法和定位元件，必要時還需要進行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對加工精度的影響，注意夾具應(yīng)有足夠的剛度，多次重復(fù)使用的夾具還應(yīng)該注意相關(guān)元件的強度和耐磨性，確保夾具能滿足工件精度要求。
(2) 提高生產(chǎn)效率。專用夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，應(yīng)盡量采用各種快速高效的裝夾機構(gòu)，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率。
(3) 工藝性能好。專用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、合理、便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗、維修等。
(4) 使用性能好。專用夾具的操作應(yīng)簡便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經(jīng)濟適用的前提下，應(yīng)盡可能采用氣動、液壓等機械化加緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。專用夾具還應(yīng)排屑方便，必要時可設(shè)置排屑機構(gòu)，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。
(5) 經(jīng)濟性好。專用夾具應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，力求結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對夾具方案進行必要的技術(shù)經(jīng)濟分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益。
4.5 本次夾具設(shè)計的基本過程
4.5.1 擬定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖
1. 確定工件的定位方案，根據(jù)工件定位原理選擇或者設(shè)計定位裝置，合理設(shè)置定位元件，進行定位誤差的分析計算，定位誤差應(yīng)小于工序公差的三分之一。
2. 確定刀具的對刀或引導(dǎo)方式，設(shè)計對刀及引導(dǎo)裝置。
3. 確定工件的夾緊方案，合理的確定夾緊的方向和作用點，進行夾緊力的分析計算，最后確定夾緊元件及傳動裝置的主要尺寸。
4. 確定夾具其它元件(夾具體、鏜模板等)的架構(gòu)模型。
5. 合理布置夾具元件，確定夾具體的形式及夾具的總體結(jié)構(gòu)。
4.5.2 繪制夾具總裝配圖及零件圖
1. 夾具總裝配圖應(yīng)盡量采用1：1的比例，越要時可采用1：2、1：5、2：1、5：1等比例。主視圖應(yīng)選面對操作者的工作位置。
2. 總裝配圖繪制的順序是：用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位 基面，夾緊表面及加工表面(加工余量用網(wǎng)線表示)繪制在各個視圖的合理位置上，視工件為透明體，依次繪出定位、對刀—導(dǎo)引、夾緊及其它元件或裝置，最后繪出夾具體，并對各零件進行編號，填寫零件明細(xì)表和標(biāo)題欄。
3. 標(biāo)注必要的尺寸、公差配合及技術(shù)要求。
4. 夾具中的非標(biāo)準(zhǔn)零件要繪制零件圖，并按總裝配圖的設(shè)計要求，確定各零件的尺寸、公差及技術(shù)要求。
4.6 確定夾具的類型
按使用范圍，夾具可分為通用夾具和專用夾具兩類。通用夾具適用于各種不同尺寸的零件加工，如導(dǎo)尺、分度盤等。這類夾具是作為附件與機床一起配套供應(yīng)的。專用夾具是專門為某一工件在某一工序進行加工而設(shè)計的夾具，如在銑床上加工彎曲零件必須采用相應(yīng)的夾具，在壓刨上加工斜面、曲面也要采用專用夾具。
4.7 鏜模的主要類型
鏜床專用夾具一般通稱為“鏜?！薄？砂寸M模有無夾具體，以及夾具體是否可動，而分為下面幾類：[1]
1.固定式鏜模
這種鏜模在使用時，是被固定在鏜床工作臺。用于在立軸式鏜床上加工較大的單孔或在搖臂鏜床上加工平行孔系。如果要在立式鏜床上使用固定式鏜模加工平行空系，則需要在機床主軸上安裝鏜模時，一般先將裝在主軸上的定尺刀具伸入鏜套中，以確定鏜模的位置，然后將其緊固。這種加工方式的鏜孔精度比較高。
2.回轉(zhuǎn)式鏜模
回轉(zhuǎn)式鏜模主要用于加工同一圓周面上的平行孔系，或分布在圓周上的徑向孔。有立軸、臥軸和斜軸回轉(zhuǎn)等三種基本形式。由于回轉(zhuǎn)臺已標(biāo)準(zhǔn)化，并作為機床附件由專門廠生產(chǎn)供應(yīng)，固回轉(zhuǎn)式鏜模的設(shè)計，大多數(shù)情況是設(shè)計專用的工作夾具和標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)臺聯(lián)合使用。
3.翻轉(zhuǎn)式鏜模
主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻轉(zhuǎn)式鏜?？蓽p少工件裝夾的次數(shù)，提高工件上各孔之間的位置精度。
4.蓋板式鏜模
這種鏜模無夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鏜模板上。鏜模板在工件上裝夾，適合于體積大而笨重的工件上的小孔加工。夾具、結(jié)構(gòu)簡單輕便，易清除切屑；但是每次夾具需從工件上裝卸，較費時，故此鏜模的質(zhì)量一般不宜超過10 kg。
5.滑柱式鏜模
滑柱式鏜模的結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了和規(guī)格化了，具有不同的系列。使用時，只要根據(jù)工件的形狀、尺寸和加工要求等具體情況，專門設(shè)計制造相應(yīng)的定位、夾緊裝置和鏜套等，裝在夾具體的平臺或鏜模板上的適當(dāng)位置，就可用于加工。
4.8 明確設(shè)計任務(wù)，了解零件加工工藝過程
4.8.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求
該零件為HT200；零件圖如上圖2.3，中批量生產(chǎn)；該工序在立式鏜床上用鏜刀加工。
4.8.2 熟悉零件加工工藝過程
10 鑄造 鑄造毛坯
20 熱處理 退火
30 粗銑 粗銑上端面，留1mm精加工余量。
40 精銑 精銑下端面
50 粗銑 粗銑下端面，留1mm精加工余量。
60 精銑 精銑下端面
70 鉆擴鉸 鉆擴鉸φ20并倒角
80 粗鏜 粗鏜φ40孔
90 精鏜 精鏜φ40孔
100 鉆擴 鉆擴φ18并倒角
110 鉆孔攻絲 鉆孔2XM12底孔并進行攻絲
120 銑寬度為5mm的開口槽
130 插鍵槽
140 去毛刺 去毛刺
150 檢驗 檢驗入庫
以上銑削工序均在X52K銑床上加工，工序3在立式鏜床上加工鏜￠40孔在T68。工序4在Z525立式鉆床上加工。
第5章 定位裝置設(shè)計
5.1 零件定位的基本原理
5.1.1 六點定位原理
工件定位的實質(zhì)就是要使工件在夾具中占有某個確定的位置。任何一個剛體(工件)在空間直角坐標(biāo)系內(nèi)都有六個自由度，即沿X、Y、Z軸的移動和繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)，如圖1-1所示。工件在空間的六個自由度，可用很合理布置的六個支承點來限制，使零件得到正確的位置，此即工件的六點定位原理。
圖 1-1 自由度示意圖
5.1.2 工件定位中的約束分析
運用六點定位原理可以分析和判斷夾具中定位結(jié)構(gòu)是否正確、布局是否合理、約束條件是否滿足。
根據(jù)工件自由度被約束的情況，工件定位可分為以下幾種類型。
1. 完全定位。完全定位是指工件的六個自由度不重復(fù)地被全部約束的定位。當(dāng)工件在X、Y、Z三個坐標(biāo)方向均有尺寸要求或位置精度要求時，一般采用這種定位方式。
2. 不完全定位。根據(jù)工件的加工要求，有時并不需要約束工件的全部自由度，這樣的定位方式稱為不完全定位。工件在定位時應(yīng)該約束的自由度數(shù)目應(yīng)由工序的加工要求而定，不影響加工精度的自由度可以不加約束。
3. 欠約束。根據(jù)工件的加工要求，應(yīng)該約束的自由度沒有完全被約束的定位稱為欠定位。欠定位無法保證加工要求，因此，在確定工件在夾具中的定位方案時，決不允許有欠定位的現(xiàn)象產(chǎn)生。
4. 過定位。夾具上的兩個或兩個以上的定位元件重復(fù)約束同一個自由度的現(xiàn)象，稱為過定位。消除或減少過定位引起的干涉，一般有兩種方法：一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)；二是控制或者提高工件定位基準(zhǔn)之間以及定位元件工作表面之間的位置精度。
5.2 常用定位元件及選用
工件在夾具中要想獲得正確定位，首先應(yīng)正確選擇定位基準(zhǔn)，其次則是選擇合適的定位元件。工件定位時，工件定位基準(zhǔn)和夾具的定位元件接觸形成定位副。
5.2.1 對定位元件的基本要求
1. 限位基面應(yīng)有足夠的精度。定位元件具有足夠的精度，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)常與工件接觸和摩擦，容易磨損，為此要求定位元件限位表面的耐磨性較好，以保證夾具的使用壽命和定位精度。
3. 支承元件應(yīng)有足夠的強度和剛度。定位元件在加工過程中，受工作重力、加緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應(yīng)有足夠的剛度和強度，避免使用中的變形和損壞。
4. 定位元件應(yīng)有較好的工藝性。
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。
5.2.2 常用定位元件的選用
1. 工件以平面定位
(1) 以面積較小的已經(jīng)加工的基準(zhǔn)平面定位時，選用平頭支承釘；以粗糙不平的基準(zhǔn)面或毛皮面定位時，選用圓頭支承釘側(cè)面定位時，可選用網(wǎng)狀支承釘。
(2) 以面積較大、平面精度較高的基準(zhǔn)平面定位時，選用支承板定位元件；用于側(cè)面定位時，可選用帶斜槽的支承板；通常盡可能選用帶斜槽的支承板，以利于清除切屑。
(3) 以毛坯面、階梯平面和環(huán)形平面作基準(zhǔn)平面定位時，選用自位支承作定位元件。但需注意，自位支承雖有兩個或三個支承點，由于自位和浮動作用只能作為一個支承點。
(4) 以毛坯面作基準(zhǔn)平面，可選用調(diào)節(jié)支承作為定位元件。
(5) 當(dāng)工件定位基準(zhǔn)面需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用更輔助支承作輔助定位元件。
2. 工件以外圓柱定位
(1) 當(dāng)工件的對稱度要求較高時，可選用V形塊定位。
(2) 當(dāng)工件定位圓柱面精度較高時(一般不低于IT8)，可選用定位套或半圓形定位座定位。
3. 工件以內(nèi)孔定位
(1) 工件上定位內(nèi)孔較小時，常選用定位銷作為定位元件。
(2) 在套類、盤類零件的車削、磨削和齒輪加工中，大都選用心軸定位，為了便于加緊和減小工件因間隙造成的傾斜，當(dāng)工件定位內(nèi)孔與基準(zhǔn)端面垂直精度較高時，常以孔和端面聯(lián)合定位。
本次設(shè)計中，平面的定位采用帶斜槽的支承板，內(nèi)孔的定位采用定位銷。
5.3 定位方案的確定
根據(jù)所加工的工件尺寸為形狀是矩形即撥叉類零件可以初步確定采用一面三支撐釘定位，又因為零件體積比較大不便于裝卸和搬運，因此在工件安裝后采取推入式將工件送到指定位置，綜合考慮工件在加工過程中的穩(wěn)定性等其它因素最終確定采取一面兩孔定位。一面則采用五個支承板(圖2-1)來代替以限制工件的三個自由度，兩孔則用兩個短銷，為防止出現(xiàn)過定位現(xiàn)象其中一個用削邊銷（本設(shè)計用的是菱形削邊銷），為更好的限制工件轉(zhuǎn)動，兩銷在空間的位置為斜對角布置，并且削邊的方向要與兩銷中心的連線互相垂直，如圖