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夾具夾緊力的優(yōu)化及對工件定位精度的影響 B.Li 和 S.N.Mellkote 布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國研究所 由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過最小化夾具設(shè)計優(yōu)化，夾緊力是一個重要的設(shè)計變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對工件定位精度的影響通過3-2-1式銑夾具的例子進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞：彈性 接觸 模型 夾具 夾緊力 優(yōu)化 前言 定位和夾緊的工件加工中的兩個關(guān)鍵因素。要實現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過程中產(chǎn)生的移動。然而，過度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會影響它的位置精度，并反過來影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來減小由于彈性變形對工件的定位誤差，同時滿足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報道[參考文獻(xiàn)1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計算成本。同時，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對剛性模型[9-11]對夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問題是制定一個線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個定位點調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因為它較法線接觸力相對較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨特的三維夾具可以處理超過6個自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(dǎo)計算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無法確定工件移位的唯一性。 這種限制可以通過計算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，對于一個相對嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會受夾具點的局部彈性變形的強(qiáng)烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗的接觸力變形的關(guān)系（稱為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對設(shè)計參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對報告做了改善，然而，他們沒有處理計算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒有在這些文件中提到 。 本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準(zhǔn)靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個問題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。 1． 夾具——工件聯(lián)系模型 1．1 模型假設(shè) 該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過程中保持不變，這個假設(shè)是有效的，在對液壓或氣動夾具使用。在實際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見圖1）第i夾具接觸力局部變形如下： (1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線和法線方向的接觸剛度 第 19 頁 共 15 頁 圖1 彈簧夾具—— 工件接觸模型。 表示在第i個 接觸處的坐標(biāo)系 （j=x，y，z）是對應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線力接觸。 1．2 工件——夾具的接觸剛度模型 集中遵守一個球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因為接觸半徑與隨法線力呈非線性變化 [23]。由于法線力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個球體彈性半空間的問題。對于這個問題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁]中給出如下： （2） 其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。 切向變形沿著和切線方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁] （3） 其中、 分別是工件和夾具剪切模量 一個合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值：在計算上述的線性近似， （4） (5) 正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認(rèn)定是0.94。 2．夾緊力優(yōu)化 我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運(yùn)動過程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實現(xiàn)這個目標(biāo)是通過制定一個多目標(biāo)約束優(yōu)化問題的問題，如下描述。 2.1 目標(biāo)函數(shù)配方 工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊輪換往往是相當(dāng)小[17]的工件定位誤差假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個正交組件（見圖2）。 圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn) 工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計算如下： （6） 其中表示一個向量二級標(biāo)準(zhǔn)。 但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差。當(dāng)多個夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式： （7） 其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個夾緊點夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。 在這個文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線的，接觸的摩擦力相對較小，并在進(jìn)行分析時忽略了加緊力對工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計算得出（見圖3），工件剛體運(yùn)動，歸于夾緊行動現(xiàn)在可以寫成： (8) 工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個目標(biāo)函數(shù)可以寫為： 最小化 （9） 要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過使用最低總能量互補(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對接觸問題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過夾緊力的隨時調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第二個目標(biāo)函數(shù)，并給出： 最小化 （10） 其中代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ)，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。 如圖3 加權(quán)系數(shù)計算確定的基礎(chǔ) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（外文翻譯） 2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束 在（10）式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個接觸處的靜摩擦力約束。庫侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個非線性約束和線性化版本可以使用，并且[19]有： （11） 假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）： (12) 其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機(jī)械加工力和工件重量。 2.3界接觸力 由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線的接觸力只能被壓縮。這通過以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13） 它假設(shè)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個法線的接觸壓力不能超過壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個約束可寫為： （i=1，2，…,L+C） (14) 如果是在第i個工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫成：最小化 (15) 3．模型算法求解 式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問題可以通過求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個約束對。該補(bǔ)充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動到一個穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個指定的加權(quán)范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設(shè)最初所有夾緊力不明確，要確定一個合適的。在定位和夾緊點的接觸力的計算只考慮第一個目標(biāo)函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過計算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為: 最小化 （16） 由： (11)–(14) 得。 類似的算法尋找一個方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測精度和，有參考文獻(xiàn)[15]： （17） 其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。 圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用 4． 加工過程中的夾緊力的優(yōu)化及測定 上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負(fù)載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負(fù)荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿意和適宜的整個刀具軌跡 ，用保守的辦法來解決下面將被討論的問題，考慮一個有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個采樣點，考慮以下四個最壞加工負(fù)荷向量： (18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對應(yīng)的和另外兩個正交切削分力，而且有： 雖然4個最壞情況加工負(fù)荷向量不會在工件加工的同一時刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進(jìn)給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負(fù)載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項工作中，四個載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時）對工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對應(yīng)于每個采樣點計算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有： (i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19) 其中是最佳夾緊力的四個情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個相應(yīng)的夾具在第i個樣本點和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計算每個負(fù)載點之后的結(jié)果，一套簡單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過在所有負(fù)載情況和采樣點排序，并選擇夾緊點的最高值的最佳的夾緊力，見于式 （20）： （k=1，2，…，C） （20） 只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會出現(xiàn)更多采樣點和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。 5．影響工件的定位精度 它的興趣在于最早提出了評價夾緊力的算法對工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準(zhǔn)靜態(tài)加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運(yùn)動的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2）， 如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對于工件的質(zhì)量中心的第i個位置矢量定位點，坐標(biāo)變換定理可以用來表達(dá)在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21) 其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為： （22） 方程（21）現(xiàn)在可以改寫為： （23） 其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒有拉力的可能。因此，在第i裝夾點接觸力可能與的關(guān)系如下： （24） 其中是在第i個接觸點由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項研究中假定液壓/氣動夾具，根據(jù)對外加工負(fù)荷，故在法線方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變，因此，必須對方程（24）的夾緊點進(jìn)行修改為： （25） 其中是在第i個夾緊點的夾緊力，讓表示一個對外加工力量和載體的6×1矢量。并結(jié)合方程（23）—（25）與靜態(tài)平衡方程，得到下面的方程組： （26） 其中，其中表示相乘。由于夾緊和加工工件剛體移動，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6）， 現(xiàn)在可以計算如下： （27） 其中是考慮工件中心加工點的位置向量，且 6．模擬工作 較早前提出的算法是用來確定最佳夾緊力及其對兩例工件精度的影響例如： 1．適用于工件單點力。 2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列 如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標(biāo)系。 3-2-1夾具圖7所示，是用來定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對加工瞬時銑削力條件進(jìn)行了計算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時加工力，圖4中表3和表4列出了初級夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個25.4毫米銑槽使用EMSIM進(jìn)行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體， （見圖8）。模擬計算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。 圖8最終銑削過程模擬例如2。 表6中5個坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點。最佳夾緊力是用前面討論過的排序算法計算每個采樣點和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)載。 7．結(jié)果與討論 例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9， 圖9 對于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過減少工件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得。由于夾緊力和負(fù)載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點減少錯誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因為從最初通過互補(bǔ)勢能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個序列應(yīng)用于銑削負(fù)載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個序列。最佳的夾緊力，，對應(yīng)列表6每個樣本點，隨著最后的最佳夾緊力，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。 結(jié)果表明，由于每個組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個夾緊點最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個完整的刀具路徑改進(jìn)方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對于初始夾緊力的強(qiáng)度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。 圖10 8．結(jié)論 該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具，工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個雙目標(biāo)約束優(yōu)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。 9．參考資料： 1、J. 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DeMeter. 對工件準(zhǔn)靜態(tài)分析功能位移在加工夾具的應(yīng)用程序，制造科學(xué)雜志與工程： 325–331頁, 1996。 機(jī) 械 加 工 工 序 卡 （一） 工序名稱 工序簡圖 粗銑 工序號 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第1頁 20 共6頁 產(chǎn)品名稱 零件名稱 零件圖號 撥叉 撥叉 機(jī)床名稱 機(jī)床型號 冷卻液 銑床 X52K 毛坯材料 工 時 定時 結(jié)束時間 毛坯尺寸 輔助時間 夾具名稱 銑夾具 基本時間 夾具編號 單件時間 5mm 每臺產(chǎn)品零件數(shù) 1 工時定額 上工序 切削 下工序 車 序號 工序內(nèi)容 轉(zhuǎn)數(shù) r/min 切削速度 m/min 進(jìn)給速度 mm/r/min 刀 具 輔助工具 量具 名稱 編號 名稱 編號 名稱 編號 1 粗銑叉口一側(cè)端面 銑刀 量規(guī) 2 3 4 機(jī) 械 加 工 工 序 卡 （一） 工序名稱 工序簡圖 精銑 工序號 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第2頁 30 共6頁 產(chǎn)品名稱 零件名稱 零件圖號 撥叉 撥叉 機(jī)床名稱 機(jī)床型號 冷卻液 銑床 X52K 毛坯材料 工 時 定時 結(jié)束時間 毛坯尺寸 輔助時間 夾具名稱 銑夾具 基本時間 夾具編號 單件時間 5mm 每臺產(chǎn)品零件數(shù) 1 工時定額 上工序 切削 下工序 車 序號 工序內(nèi)容 轉(zhuǎn)數(shù) r/min 切削速度 m/min 進(jìn)給速度 mm/r/min 刀 具 輔助工具 量具 名稱 編號 名稱 編號 名稱 編號 1 精銑叉口一側(cè)端面 銑刀 量規(guī) 2 3 4 機(jī) 械 加 工 工 序 卡 （一） 工序名稱 工序簡圖 鉆、擴(kuò)、鉸 工序號 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第3頁 40 共6頁 產(chǎn)品名稱 零件名稱 零件圖號 撥叉 撥叉 機(jī)床名稱 機(jī)床型號 冷卻液 鉆床 Z525 毛坯材料 工 時 定時 結(jié)束時間 毛坯尺寸 輔助時間 夾具名稱 鉆夾具 基本時間 夾具編號 單件時間 5mm 每臺產(chǎn)品零件數(shù) 1 工時定額 上工序 切削 下工序 車 序號 工序內(nèi)容 轉(zhuǎn)數(shù) r/min 切削速度 m/min 進(jìn)給速度 mm/r/min 刀 具 輔助工具 量具 名稱 編號 名稱 編號 名稱 編號 1 鉆、擴(kuò)、鉸?19孔 鉆頭 量規(guī) 2 3 4 機(jī) 械 加 工 工 序 卡 （一） 工序名稱 工序簡圖 粗精車 工序號 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第4頁 50 共6頁 產(chǎn)品名稱 零件名稱 零件圖號 撥叉 撥叉 機(jī)床名稱 機(jī)床型號 冷卻液 車床 CA6140 毛坯材料 工 時 定時 結(jié)束時間 毛坯尺寸 輔助時間 夾具名稱 車夾具 基本時間 夾具編號 單件時間 5mm 每臺產(chǎn)品零件數(shù) 1 工時定額 上工序 切削 下工序 車 序號 工序內(nèi)容 轉(zhuǎn)數(shù) r/min 切削速度 m/min 進(jìn)給速度 mm/r/min 刀 具 輔助工具 量具 名稱 編號 名稱 編號 名稱 編號 1 粗精車?19孔端面 車刀 量規(guī) 2 3 4 機(jī) 械 加 工 工 序 卡 （一） 工序名稱 工序簡圖 粗精車 工序號 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第5頁 60 共6頁 產(chǎn)品名稱 零件名稱 零件圖號 撥叉 撥叉 機(jī)床名稱 機(jī)床型號 冷卻液 車床 CA6140 毛坯材料 工 時 定時 結(jié)束時間 毛坯尺寸 輔助時間 夾具名稱 車夾具 基本時間 夾具編號 單件時間 5mm 每臺產(chǎn)品零件數(shù) 1 工時定額 上工序 切削 下工序 車 序號 工序內(nèi)容 轉(zhuǎn)數(shù) r/min 切削速度 m/min 進(jìn)給速度 mm/r/min 刀 具 輔助工具 量具 名稱 編號 名稱 編號 名稱 編號 1 粗精車?19孔另外端面 車刀 量規(guī) 2 3 4 機(jī) 械 加 工 工 序 卡 （一） 工序名稱 工序簡圖 銑 工序號 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第6頁 70 共6頁 產(chǎn)品名稱 零件名稱 零件圖號 撥叉 撥叉 機(jī)床名稱 機(jī)床型號 冷卻液 銑床 X52K 毛坯材料 工 時 定時 結(jié)束時間 毛坯尺寸 輔助時間 夾具名稱 銑夾具 基本時間 夾具編號 單件時間 5mm 每臺產(chǎn)品零件數(shù) 1 工時定額 上工序 切削 下工序 車 序號 工序內(nèi)容 轉(zhuǎn)數(shù) r/min 切削速度 m/min 進(jìn)給速度 mm/r/min 刀 具 輔助工具 量具 名稱 編號 名稱 編號 名稱 編號 1 銑叉口50寬度 銑刀 量規(guī) 2 3 4 購買后包含有CAD圖紙和論文,咨詢Q401339828 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 作 者： 學(xué) 號： 系 部： 專 業(yè)： 題 目： 撥叉成組車夾具設(shè)計 指導(dǎo)者： 評閱者： 2014年05月 畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要 制造業(yè)是國家發(fā)展與社會進(jìn)步的基礎(chǔ)，而工藝制造將是未來面對普通消費(fèi)者的主要的機(jī)械制造產(chǎn)品，而隨著國家的發(fā)展人民生活水平的提高，人們對加工產(chǎn)品的需求和要求必定變的更多，所以我們有必要對加工零件的設(shè)計與加工投入更多的精力。而我將在畢業(yè)后前往一家以機(jī)械生產(chǎn)為主的企業(yè)工作，所以了解機(jī)械中零件的加工工藝特點及工藝工裝設(shè)計是非常必要的。 為了更好的進(jìn)行此次畢業(yè)設(shè)計我在校圖書館與遼寧省圖書館借閱了許多資料，其中對設(shè)計幫助比較大的有侯家駒編的《汽車制造工藝學(xué)》，張耀宸編的《機(jī)械加工工藝設(shè)計實用手冊》，楊黎明主編的《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》，現(xiàn)代機(jī)械制造工藝裝備標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊編委會編的《現(xiàn)代機(jī)械制造工藝裝備標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊》等許多圖書。 本設(shè)計是基于車床撥叉零件的加工工藝規(guī)程及一些工序的專用夾具設(shè)計。零件的主要加工表面是平面和孔系。由于本人水平有限，經(jīng)驗不足，設(shè)計中必定有許多錯誤的地方，還請各位老師批評，指正。 關(guān)鍵詞 車床撥叉類零件；工藝；夾具； 畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要 Title： Fork group lathe fixture design Abstract： The manufacturing industry is the foundation for national development and social progress, and manufacturing process will be coming face to face with ordinary consumers the main mechanical manufacturing products, and with the improvement of national development and people's living standard, people's requirements for the processing of product will become more, so I have necessary for parts design and processing into more energy. And I will go to a mechanical manufacturing enterprises to work, so it is necessary to understand the machining process characteristics and process design of mechanical parts. In order to better the graduation design I in the school library and Liaoning Province Library to borrow a lot of data, of which the design help relatively large Jiaju Hou Bian the automobile manufacturing technology ", Zhang Yaochen series the machining process design practical handbook", Yang Liming editor in chief of "machine fixture design handbook, the modern machinery manufacturing technology and equipment standards for application of manual editorial will compile the modern machinery manufacturing process equipment standard application handbook" many books. The design is based on the lathe fork parts of the processing technology and some of the special fixture design. The main processing surface of the part is the plane and the hole. Because of my limited level, lack of experience, there must be many mistakes in the design, but also please the teacher criticism, correction. Keywords：fork group;technology; fixture; 25 目 錄 1 前言 1 1.1簡介 1 1.2設(shè)計目的 1 2 零件的分析 1 2.1零件的作用 1 2.2零件的工藝分析 2 2.2.1孔的加工 2 2.2.2面的加工 2 3 工藝規(guī)劃設(shè)計 3 3.1毛坯的制造形式 3 3.2基面的選擇 3 3.2.1粗基準(zhǔn)的選擇 3 3.2.2精基準(zhǔn)的選擇 3 3.3工藝路線的擬定 3 3.3.1工藝路線方案 3 3.3.2工藝方案的確定 4 3.4毛坯尺寸及其加工余量的確定 4 3.4.1兩側(cè)面毛坯尺寸及加工余量計算 4 3.4.2小頭孔毛坯尺寸及加工余量計算 5 3.5確定各工序切削用量及基本工時 5 4 撥叉成組車夾具 13 4.1 車床夾具設(shè)計要求說明 13 4.2車床夾具的設(shè)計要點 13 4.3 定位機(jī)構(gòu) 15 4.4夾緊機(jī)構(gòu) 15 4.5零件的車床夾具的加工誤差分析 15 4.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu) 16 4.7 零件的車床專用夾具簡單使用說明 17 5 本章小結(jié) 18 總 結(jié) 19 參考文獻(xiàn) 20 致 謝 21 1 前言 1.1簡介 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是我們學(xué)完了大學(xué)全部基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的，這是我們在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計之前對所有各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。 本次課程設(shè)計內(nèi)容包括零件的分析，工藝路線的制定，工藝規(guī)劃設(shè)計，某道工序的夾具設(shè)計以及該道工序的工序卡，機(jī)械加工綜合卡片，夾具裝配圖以及夾具底座零件圖的繪制等等。 就我個人而言，希望能通過這次課程設(shè)計對未來即將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，并學(xué)會將所學(xué)到的理論知識應(yīng)用到具體的實際生產(chǎn)問題中來，為以后走向社會打下堅實的基礎(chǔ)。 由于能力有限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請老師批評指正。 1.2設(shè)計目的 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是在學(xué)完了機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程進(jìn)行了生產(chǎn)實習(xí)之后的一個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過設(shè)計能獲得綜合運(yùn)用過去所學(xué)過的全部課程進(jìn)行機(jī)械制造工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本能力，為以后做好畢業(yè)設(shè)計、走上工作崗位進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。它要求學(xué)生綜合運(yùn)用本課程及有關(guān)先修課程的理論和實踐知識，進(jìn)行零件加工工藝規(guī)程的設(shè)計。其目的如下： ①培養(yǎng)學(xué)生解決機(jī)械加工工藝問題的能力。通過課程設(shè)計，熟練運(yùn)用機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)課程中的基本理論及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，正確地解決一個零件在加工中定位、加緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量，初步具備設(shè)計一個中等復(fù)雜程度零件的能力。 ②培養(yǎng)學(xué)生熟悉并運(yùn)用有關(guān)手冊、規(guī)范、圖表等技術(shù)資料的能力。 ③進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生識圖、制圖、運(yùn)用和編寫技術(shù)文件等基本技能。 2 零件的分析 2.1零件的作用 該零件為典型的桿類零件，而且為連桿類。因此，其主要的要素包括兩側(cè)面，1孔。另外，還有其它輔助要素：通過φ19mm孔連接即該拔叉的作用是實現(xiàn)運(yùn)動的傳遞作用。 2.2零件的工藝分析 該拔叉的加工表面分三種，主要是孔的加工，兩側(cè)面的加工各組加工面之間有嚴(yán)格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，特別是孔的加工，幾乎都要保證Ra3.2um的表面粗糙度，因而需精加工，現(xiàn)將主要加工面分述如下： 2.2.1孔的加工 該零件共有1個孔要加工：φ19mm孔是零件的主要加工面，多組面，，通過兩孔中心連線及對兩側(cè)對稱面，沒有位置尺寸度要求。 2.2.2面的加工 該零件共有2個側(cè)面要加工：兩個側(cè)面是配合φ19mm孔后續(xù)工序的主要精基準(zhǔn)面，需要精加工。 3 工藝規(guī)劃設(shè)計 3.1毛坯的制造形式 零件材料為HT200，根據(jù)選擇毛坯應(yīng)考慮的因素，該零件體積較小，形狀較復(fù)雜，外表面采用不去除材料方法獲得粗糙度要求，由于零件生產(chǎn)類型為成批，大批生產(chǎn)，而砂型鑄造生產(chǎn)成本低，設(shè)備簡單，故本零件毛坯采用鑄造。 3.2基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)劃設(shè)計中的重要工作之一，基準(zhǔn)選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高，否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。 3.2.1粗基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)為后續(xù)加工提供精基準(zhǔn)，由于兩側(cè)面較平整且加工精度較高，故以2個主要側(cè)面為基準(zhǔn)。? 3.2.2精基準(zhǔn)的選擇 精基準(zhǔn)主要考慮如何保證加工精度和裝夾方便，該零件上重要表面是大頭孔φ19H8，由于其與底面有垂直度關(guān)系，所以底面自然成為精基準(zhǔn)面，考慮到第二基準(zhǔn)面選擇的方便性，將其精度由原來的該定位基準(zhǔn)組合在后續(xù)孔的加工中，以及孔上徑向孔的加工中都將作為精基準(zhǔn)面。 3.3工藝路線的擬定 擬定工藝路線的內(nèi)容除選擇定位基準(zhǔn)外，還要選擇各加工表面的加工方法，安排工序的先后順序，確定加工設(shè)備，工藝裝備等。工藝路線的擬定要考慮使工件的幾何形狀精度，尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理保證，成批生產(chǎn)還應(yīng)考慮采用組合機(jī)床，專用夾具，工序集中，以提高效率，還應(yīng)考慮加工的經(jīng)濟(jì)性，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 3.3.1工藝路線方案 10 鑄造 鑄造時效處理 20 粗銑 粗銑叉口一側(cè)端面 30 精銑 精銑叉口一側(cè)端面 40 鉆、擴(kuò)、鉸 鉆、擴(kuò)、鉸?19孔 40 粗精車 粗精車?19孔端面 50 粗精車 粗精車?19孔另外端面 60 銑 銑叉口50寬度 70 入庫 入庫、組裝入庫 3.3.2工藝方案的確定 10 鑄造 鑄造時效處理 20 粗銑 粗銑叉口一側(cè)端面 30 精銑 精銑叉口一側(cè)端面 40 鉆、擴(kuò)、鉸 鉆、擴(kuò)、鉸?19孔 40 粗精車 粗精車?19孔端面 50 粗精車 粗精車?19孔另外端面 60 銑 銑叉口50寬度 70 入庫 入庫、組裝入庫 3.4毛坯尺寸及其加工余量的確定 拔叉零件材料為HT200,毛坯重量約為1.56kg，生產(chǎn)類型為中批或大批生產(chǎn)，采用普通模鍛生產(chǎn)。 查表確定加工余量： 普通模鍛，材料為HT200鋼，分模線平直對稱，材質(zhì)系數(shù)M1,復(fù)雜系數(shù)=1.56/1.8≈0.87,為S1級，厚度為26mm，普通級，查的上下偏差分別為+1.4和-0.6 3.4.1兩側(cè)面毛坯尺寸及加工余量計算 根據(jù)工序要求，兩側(cè)面經(jīng)過四道工序，先粗銑端面B，再粗銑端面A，精銑端面B，最后精銑端面A，各步余量如下： 粗銑：由《機(jī)械加工工藝手冊第一卷》表3.2-23，其余量值規(guī)定，零件厚度大于6mm到30mm，寬度小于100mm，其加工余量為1.0mm。 精銑：由《機(jī)械加工工藝手冊第一卷》表3.2-25，其余量值規(guī)定，零件厚度大于6mm到30mm，寬度小于100mm，其加工余量為0.5mm。 精銑后尺寸與零件尺寸相同，但由于設(shè)計零件圖紙并未給出具體的公差等級，現(xiàn)按《機(jī)械加工工藝手冊》表5.29，粗銑→精銑所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度取IT8,按入體原則取值。 3.4.2小頭孔毛坯尺寸及加工余量計算 毛坯的名義尺寸：19－0.8－3.2＝18mm； 毛坯的最大尺寸：18＋1.4＝19.4mm； 毛坯的最小尺寸：18－0.4＝17.6mm； 粗鏜小頭孔后的最大尺寸：18＋3.2＋0.4＋0.21＝21.81 mm； 粗鏜小頭孔后的最小尺寸：18＋3.2－1.4＝19.8 mm。 精銑后尺寸與零件尺寸相同，但由于設(shè)計零件圖紙并未給出具體的公差等級，現(xiàn)按《機(jī)械加工工藝手冊》表5.29，粗銑→精銑所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度取IT8,按入體原則取值。 3.5確定各工序切削用量及基本工時 工序20：粗精銑叉口一側(cè)端面 （1）粗精銑叉口一側(cè)端面 取背吃到量，選用X52型立式銑床 ，每齒進(jìn)給量 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X52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(jìn)給 為 由《工藝手冊》得 工序30：粗精銑叉口一側(cè)端面 取背吃到量，選用X52型立式銑床 ，每齒進(jìn)給量 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X52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(jìn)給 為 由《工藝手冊》得 工序40：鉆、擴(kuò)、鉸?19孔 （1）鉆孔 切屑用量： 鉆、擴(kuò)、鉸?19孔先鉆?18孔 取背吃刀量，由參考文獻(xiàn)[2]可查出，根據(jù)z525立式鉆床，取進(jìn)給量，切屑速度：，，，則修正后的切屑速度，即 查參考文獻(xiàn)[2]表3.17，取， 故實際切屑速度為。 切屑用時： =10mm，，， 故，， ， （2）擴(kuò)孔 切屑用量： 取背吃刀量，由參考文獻(xiàn)[2]可查出，根據(jù)z525立式鉆床，取進(jìn)給量，切屑速度：，，，則修正后的切屑速度，即， 查參考文獻(xiàn)[2]表3.17，取， 故實際切屑速度為。 切屑用時： =10mm，，， 故，， ， （3）鉸孔 切屑用量： 取背吃刀量，由參考文獻(xiàn)[2]可查出，根據(jù)z525立式鉆床，取進(jìn)給量，切屑速度：，，，則修正后的切屑速度，即， 查參考文獻(xiàn)[2]表3.17，取， 故實際切屑速度為。 切屑用時： =10mm，，，， 故，， ，。 工序50 粗精車?19孔端面 所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于C602—1機(jī)床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。 ①.確定切削深度 由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成，故 == ②.確定進(jìn)給量 根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4 刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時， 進(jìn)給量=0.5～1.0 按CA6140機(jī)床進(jìn)給量（表4.2—9）在《機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊》可知： =0.7 確定的進(jìn)給量尚需滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求，故需進(jìn)行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。 根據(jù)表1.21，當(dāng)強(qiáng)度在174～207時，，，=時，徑向進(jìn)給力：=950。 切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進(jìn)給力為： =950=1111.5 由于切削時進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力，故所選=可用。 ③.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。 ④.確定切削速度 切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。 根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當(dāng)硬質(zhì)合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。 切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故： ==63 （3-12） ===120 （3-13） 根據(jù)CA6140車床說明書選擇 =125 這時實際切削速度為： == （3-14） ⑤.校驗機(jī)床功率 切削時的功率可由表查出，也可按公式進(jìn)行計算。 由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時， = 切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為： =1.7=1.2 根據(jù)表1.30，當(dāng)=時，機(jī)床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行，最后決定的切削用量為： =1.25，=，==，= 工序50 粗精車?19孔另外端面 所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于C602—1機(jī)床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。 ①.確定切削深度 由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成，故 == ②.確定進(jìn)給量 根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4 刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時， 進(jìn)給量=0.5～1.0 按CA6140機(jī)床進(jìn)給量（表4.2—9）在《機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊》可知： =0.7 確定的進(jìn)給量尚需滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求，故需進(jìn)行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。 根據(jù)表1.21，當(dāng)強(qiáng)度在174～207時，，，=時，徑向進(jìn)給力：=950。 切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進(jìn)給力為： =950=1111.5 由于切削時進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力，故所選=可用。 ③.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。 ④.確定切削速度 切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。 根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當(dāng)硬質(zhì)合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。 切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故： ==63 （3-12） ===120 （3-13） 根據(jù)CA6140車床說明書選擇 =125 這時實際切削速度為： == （3-14） ⑤.校驗機(jī)床功率 切削時的功率可由表查出，也可按公式進(jìn)行計算。 由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時， = 切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為： =1.7=1.2 根據(jù)表1.30，當(dāng)=時，機(jī)床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行，最后決定的切削用量為： =1.25，=，==，= 工序60：銑銑叉口50寬度 每齒進(jìn)給量 查表 X52 故實際銑削速度 當(dāng) ，工作臺每分鐘進(jìn)給量 4 撥叉成組車夾具 4.1 車床夾具設(shè)計要求說明 車床夾具主要用于加工?19孔另外端面。因而車床夾具的主要特點是工件加工表面的中心線與機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)軸線同軸。 （1） 安裝在車床主軸上的夾具。這類夾具很多，有通用的三爪卡盤、四爪卡盤，花盤，頂尖等，還有自行設(shè)計的心軸；專用夾具通常可分為心軸式、夾頭式、卡盤式、角鐵式和花盤式。這類夾具的特點是加工時隨機(jī)床主軸一起旋轉(zhuǎn)，刀具做進(jìn)給運(yùn)動 定心式車床夾具 在定心式車床夾具上，工件常以孔或外圓定位，夾具采用定心夾緊機(jī)構(gòu)。 角鐵式車床夾具 在車床上加工殼體、支座、杠桿、接頭等零件的回轉(zhuǎn)端面時，由于零件形狀較復(fù)雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設(shè)計專用夾具。這種夾具的夾具體呈角鐵狀，故稱其為角鐵式車床夾具。 花盤式車床夾具 這類夾具的夾具體稱花盤，上面開有若干個T形槽，安裝定位元件、夾緊元件和分度元件等輔助元件，可加工形狀復(fù)雜工件的外圓和內(nèi)孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。 （2） 安裝在托板上的夾具。某些重型、畸形工件，常常將夾具安裝在托板上。刀具則安裝在車床主軸上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，夾具做進(jìn)給運(yùn)動。 由于后一類夾具應(yīng)用很少，屬于機(jī)床改裝范疇。而生產(chǎn)中需自行設(shè)計的較多是安裝在車床主軸上的專用夾具，所以零件在車床上加工用專用夾具。 4.2車床夾具的設(shè)計要點 （1）定位裝置的設(shè)計特點和夾緊裝置的設(shè)計要求 當(dāng)加工回轉(zhuǎn)表面時，要求工件加工面的軸線與機(jī)床主軸軸線重合，夾具上定位裝置的結(jié)構(gòu)和布置必須保證這一點。 當(dāng)加工的表面與工序基準(zhǔn)之間有尺寸聯(lián)系或相互位置精度要求時，則應(yīng)以夾具的回轉(zhuǎn)軸線為基準(zhǔn)來確定定位元件的位置。 工件的夾緊應(yīng)可靠。由于加工時工件和夾具一起隨主軸高速回轉(zhuǎn)，故在加工過程中工件除受切削力矩的作用外，整個夾具還要受到重力和離心力的作用，轉(zhuǎn)速越高離心力越大，這些力不僅降低夾緊力，同時會使主軸振動。因此，夾緊機(jī)構(gòu)必須具有足夠的夾緊力，自鎖性能好，以防止工件在加工過程中移動或發(fā)生事故。對于角鐵式夾具，夾緊力的施力方式要注意防止引起夾具變形。 （2）夾具與機(jī)床主軸的連接 車床夾具與機(jī)床主軸的連接精度對夾具的加工精度有一定的影響。因此，要求夾具的回轉(zhuǎn)軸線與臥式車床主軸軸線應(yīng)具有盡可能小的同軸度誤差。 心軸類車床夾具以莫氏錐柄與機(jī)床主軸錐孔配合連接，用螺桿拉緊。有的心軸則以中心孔與車床前、后頂尖安裝使用。 根據(jù)徑向尺寸的大小，其它專用夾具在機(jī)床主軸上的安裝連接一般有兩種方式： 1)對于徑向尺寸D＜140mm，或D＜(2～3)d的小型夾具，一般用錐柄安裝在車床主軸的錐孔中，并用螺桿拉緊，如圖1-a所示。這種連接方式定心精度較高。 2)對于徑向尺寸較大的夾具，一般用過渡盤與車床主軸軸頸連接。過渡盤與主軸配合處的形狀取決于主軸前端的結(jié)構(gòu)。 圖1-b所示的過渡盤，其上有一個定位圓孔按H7/h6或H7/js6與主軸軸頸相配合，并用螺紋和主軸連接。為防止停車和倒車時因慣性作用使兩者松開，可用壓板將過渡盤壓在主軸上。專用夾具則以其定位止口按H7/h6或H7/js6裝配在過渡盤的凸緣上，用螺釘緊固。這種連接方式的定心精度受配合間隙的影響。為了提高定心精度，可按找正圓校正夾具與機(jī)床主軸的同軸度。 對于車床主軸前端為圓錐體并有凸緣的結(jié)構(gòu)，如圖1-c所示，過渡盤在其長錐面上配合定心，用活套在主軸上的螺母鎖緊，由鍵傳遞扭矩。這種安裝方式的定心精度較高，但端面要求緊貼，制造上較困難。 圖1-d所示是以主軸前端短錐面與過渡盤連接的方式。過渡盤推入主軸后，其端面與主軸端面只允許有0.05～0.1mm的間隙，用螺釘均勻擰緊后，即可保證端面與錐面全部接觸，以使定心準(zhǔn)確、剛度好。 圖1 車床夾具與機(jī)床主軸的連接 過渡盤常作為車床附件備用，設(shè)計夾具時應(yīng)按過渡盤凸緣確定專用夾具體的止口尺寸。過渡盤的材料通常為鑄鐵。各種車床主軸前端的結(jié)構(gòu)尺寸，可查閱有關(guān)手冊 4.3 定位機(jī)構(gòu) 由零件圖分析孔F的加工要求，必須保證孔軸向和徑向的加工尺寸，得出，夾具必須限制工件的六個自由度，才可以達(dá)到加工要求。先設(shè)計夾具模型如下： 選擇定位元件為：支承板，支撐釘，定位銷，上下蓋板。支撐板限制了X,Y,Z方向的移動自由度，X,Y方向的轉(zhuǎn)動自由度，支撐釘限制了Z方向的轉(zhuǎn)動自由度?？梢姡ㄎ环桨高x擇合理。 4.4夾緊機(jī)構(gòu) 選擇工件的夾緊方案，夾緊方案的選擇原則是夾得穩(wěn)，夾得勞，夾得快。選擇夾緊機(jī)構(gòu)時，要合理確定夾緊力的三要素：大小、方向、作用點。夾緊裝置的基本要求如下： 2、 夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置； 3、 夾緊力要適當(dāng)，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉(zhuǎn)動、不震動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形。 4、 夾緊機(jī)構(gòu)的操作應(yīng)安全、方便、迅速、省力。 5、 機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，制造、維修要方便。 分析零件加工要素的性質(zhì)，確定夾緊動力源類型為手動夾緊，夾緊裝置為壓板，壓緊力來源為螺旋力。夾具的具體結(jié)構(gòu)與參數(shù)見夾具裝配圖和零件圖。 4.5零件的車床夾具的加工誤差分析 工件在車床夾具上加工時，加工誤差的大小受工件在夾具上的定位誤差、夾具誤差、夾具在主軸上的安裝誤差和加工方法誤差的影響。 如夾具圖所示，在夾具上加工時，尺寸的加工誤差的影響因素如下所述： （1）定位誤差 由于C面既是工序基準(zhǔn)，又是定位基準(zhǔn)，基準(zhǔn)不重合誤差為零。工件在夾具上定位時，定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)是重合的，基準(zhǔn)位移誤差為零。因此，尺寸的定位誤差等于零。 （2）夾具誤差 夾具誤差為限位基面與軸線間的距離誤差，以及限位基面相對安裝基面C的平行度誤差是0.01. （3）安裝誤差 因為夾具和主軸是莫氏錐度配合，夾具的安裝誤差幾乎可以忽略不計。 （4）加工方法誤差 如車床主軸上安裝夾具基準(zhǔn)與主軸回轉(zhuǎn)軸線間的誤差、主軸的徑向跳動、車床溜板進(jìn)給方向與主軸軸線的平行度或垂直度等。它的大小取決于機(jī)床的制造精度、夾具的懸伸長度和離心力的大小等因素。一般取 =/3=0.05/3=0.017mm 零件的車床夾具總加工誤差是： 精度儲備： 故此方案可行。 4.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu) 夾具體設(shè)計的基本要求 （1）應(yīng)有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性 夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀塊或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面，應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽缇群托螤罹龋鼈冎g應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈恢镁取? 為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進(jìn)行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進(jìn)行退火處理。 （2）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度 為了保證在加工過程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產(chǎn)生不允許的變形和振動，夾具體應(yīng)有足夠的壁厚，剛性不足處可適當(dāng)增設(shè)加強(qiáng)筋。 （3）應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和使用性 夾具體一般外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應(yīng)特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性，應(yīng)做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足剛度和強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。 （4）應(yīng)便于排除切屑 在機(jī)械加工過程中，切屑會不斷地積聚在夾具體周圍，如不及時排除，切削熱量的積聚會破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會破壞定位精度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對于加工過程中切屑產(chǎn)生不多的情況，可適當(dāng)加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對于加工過程中切削產(chǎn)生較多的情況，一般應(yīng)在夾具體上設(shè)置排屑槽。 （5）在機(jī)床上的安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠 夾具在機(jī)床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機(jī)床上的相應(yīng)表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當(dāng)夾具在機(jī)床工作臺上安裝時，夾具的重心應(yīng)盡量低，支承面積應(yīng)足夠大，安裝基面應(yīng)有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應(yīng)中空，大型夾具還應(yīng)設(shè)置吊環(huán)或起重孔。 確定夾具體的結(jié)構(gòu)尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。 4.7 零件的車床專用夾具簡單使用說明 （1）夾具的總體結(jié)構(gòu)應(yīng)力力求緊湊、輕便，懸臂尺寸要短，重心盡可能靠近主軸。 （2）當(dāng)工件和夾具上個元件相對機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)軸線不平衡時，將產(chǎn)生較大的離心力和振動，影響工件的加工質(zhì)量、刀具的壽命、機(jī)床的精度和安全生產(chǎn)，特別是在轉(zhuǎn)速較高的情況下影響更大。因此，對于重量不對稱的夾具，要有平衡要求。平衡的方法有兩種：設(shè)置平衡塊或加工減重孔。在工廠實際生產(chǎn)中，常用適配的方法進(jìn)行夾具的平衡工作。 （3）為了保證安全，夾具上各種元件一般不超過夾具的圓形輪廓之外。因此，還應(yīng)該注意防止切削和冷卻液的飛濺問題，必要時應(yīng)該加防護(hù)罩。 5 本章小結(jié) 如前所述，在設(shè)計夾具時，應(yīng)該注意提高勞動生產(chǎn)率避免干涉。應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為銑床夾具選擇了壓緊螺釘夾緊方式。本工序為銑余量小，切削力小，所以一般的手動夾緊就能達(dá)到本工序的要求。 本夾具的最大優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單緊湊。夾具的夾緊力不大，故使用手動夾緊。為了提高生產(chǎn)力，使用快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。 總 結(jié) 本次課程設(shè)計是在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性復(fù)習(xí)，是一次對我們所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握情況的重要考察和檢驗，更是培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際，分析并解決問題能力的重要內(nèi)容和階段。使我更好的掌握了CAD和PROE制圖軟件。 這次課程設(shè)計，其設(shè)計圖主要用CAD制圖軟件完成。自我感覺尚有很多不足和錯誤，首先，在設(shè)計夾具裝配件時過于匆忙，裝配拔叉時放在了左手邊，不符合工人正常勞作習(xí)慣；其次是課程設(shè)計前準(zhǔn)備工作沒做好，在圖書館很多資料和文獻(xiàn)都沒能借到（早已借空了），在借閱同學(xué)的相關(guān)資料時沒有時間認(rèn)真琢磨和分析相關(guān)信息和數(shù)據(jù)；最后就是課程設(shè)計說明書的編寫過于匆忙，時間很緊，很多文字和標(biāo)準(zhǔn)，公式，數(shù)據(jù)，計算上的錯誤沒有時間一一改正（確實，在打這篇文稿，發(fā)現(xiàn)了很多錯誤和缺憾）。 課程設(shè)計，是一個系統(tǒng)性、知識點廣泛的學(xué)習(xí)過程。通過這樣一個系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)和結(jié)合，使自己把學(xué)過的知識聯(lián)系起來，運(yùn)用到各個方面上去。同時，廣泛地運(yùn)用設(shè)計手冊及各種參考資料，學(xué)會了在實際中運(yùn)用工具書，和獨立完成每一步查找工作；整個零件的加工過程是和其他同學(xué)分工完成的，集中體現(xiàn)了團(tuán)隊精神，合作分工能很好的提高辦事效率！在這次設(shè)計中培養(yǎng)了我獨立分工合作的能力！為以后出身社會的工作打下基礎(chǔ)！ 參考文獻(xiàn) 1、徐洪本 ．機(jī)床夾具設(shè)計手冊．遼寧科技大學(xué)出版社．2004.3 2、鄧文英等．金屬工藝學(xué)．高等教育出版社．2008.4 3、付風(fēng)嵐等．公差與檢測技術(shù)．科學(xué)出版社．2006.9 4、王先逵等．機(jī)械加工工藝手冊．機(jī)械工業(yè)出版社．2007.9 5、陳宏鈞．金屬切削速算手冊．機(jī)械工業(yè)出版社．2007.9 致 謝 在畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束之際我向所有幫助過我的老師和同學(xué)說一聲，謝謝！我想沒有他們的幫助，畢業(yè)設(shè)計就會做得很困難。 這次畢業(yè)設(shè)計是在老師悉心指導(dǎo)下完成的。XX老師以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范、高度的責(zé)任感使我受益非淺。在做設(shè)計的過程中也遇到了不少的問題，XX老師給了我許多關(guān)懷和幫助，并且隨時詢問我畢業(yè)設(shè)計的進(jìn)展情況、細(xì)心的指導(dǎo)我們，也經(jīng)常打電話或者發(fā)電子郵件過來指導(dǎo)我的設(shè)計。 在論文工作中，得到了機(jī)電學(xué)院有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師的幫助與支持，在此表示衷心的感謝。 最后，在即將完成畢業(yè)設(shè)計之時，我再次感謝對我指導(dǎo)、關(guān)心和幫助過老師、領(lǐng)導(dǎo)及同學(xué)。謝謝了！