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夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)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(guó)研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)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(guò)最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)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(duì)工件定位精度的影響通過(guò)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(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)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(guò)程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過(guò)度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會(huì)影響它的位置精度，并反過(guò)來(lái)影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來(lái)減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)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(bào)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(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒(méi)有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過(guò)對(duì)剛性模型[9-11]對(duì)夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)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(wèn)題是制定一個(gè)線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)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?yàn)樗^法線接觸力相對(duì)較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過(guò)6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過(guò)假設(shè)已知摩擦力的方向來(lái)推導(dǎo)計(jì)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(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無(wú)法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過(guò)計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來(lái)克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)受夾具點(diǎn)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(yàn)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(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過(guò)工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對(duì)報(bào)告做了改善，然而，他們沒(méi)有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒(méi)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(diǎn)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(duì)工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒(méi)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(guò)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(gè)問(wèn)題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題提出和解決。通過(guò)兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對(duì)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(guò)程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對(duì)液壓或氣動(dòng)夾具使用。在實(shí)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(jiàn)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(yè) 共 15 頁(yè)
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個(gè)
接觸處的坐標(biāo)系
（j=x，y，z）是對(duì)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(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因?yàn)榻佑|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(gè)球體彈性半空間的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁(yè)]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(yè)]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個(gè)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(jì)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(dòng)過(guò)程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過(guò)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(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過(guò)制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題的問(wèn)題，如下描述。
2.1 目標(biāo)函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)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(gè)正交組件（見(jiàn)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(jì)算如下：
（6）
其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
但是作用在工件的夾緊力會(huì)影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)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(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個(gè)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(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過(guò)（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(jì)算得出（見(jiàn)圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫(xiě)成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過(guò)盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫(xiě)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(guò)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(wèn)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(duì)接觸問(wèn)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(guò)夾緊力的隨時(shí)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(gè)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(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)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(jì)（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(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫(kù)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(gè)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(guò)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(gè)法線的接觸壓力不能超過(guò)壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫(xiě)為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個(gè)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(xiě)成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)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(gè)約束對(duì)。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(duì)為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到一個(gè)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(gè)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(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)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(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問(wèn)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(guò)計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問(wèn)題可改寫(xiě)為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來(lái)確定最低的上的約束, 通過(guò)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(cè)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(guò)程中的夾緊力的優(yōu)化及測(cè)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(diǎn)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(jì)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(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來(lái)解決下面將被討論的問(wèn)題，考慮一個(gè)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(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)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(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有：
雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)在工件加工的同一時(shí)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(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)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(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)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(guò)在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見(jiàn)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(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)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(qǐng)注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)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(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)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(gè)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(dòng)的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對(duì)于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來(lái)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(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)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(xiě)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(dòng)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(méi)有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)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(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)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(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為：
（25）
其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)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(dòng)，q可通過(guò)求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見(jiàn)圖6），
現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來(lái)確定最佳夾緊力及其對(duì)兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點(diǎn)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(lái)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(duì)系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開(kāi)發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對(duì)加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級(jí)夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)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(shí)（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(jiàn)圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過(guò)程模擬例如2。
表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過(guò)的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)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(duì)于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見(jiàn)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(guò)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(diǎn)減少錯(cuò)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?yàn)閺淖畛跬ㄟ^(guò)互補(bǔ)勢(shì)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(gè)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(gè)序列。最佳的夾緊力，，對(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個(gè)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(gè)夾緊點(diǎn)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(gè)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(duì)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(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題，使用-約束的方法解決。該算法通過(guò)兩個(gè)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(dòng)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. D. Lee 和L. S. Haynes .《柔性?shī)A具系統(tǒng)的有限元分析》交易美國(guó)ASME，工程雜志工業(yè) ：134-139頁(yè)。
2、W. Cai, S. J. Hu 和J. X. Yuan .“柔性鈑金夾具：原理，算法和模擬”，交易美國(guó)ASME，制造科學(xué)與工程雜志 ：1996 318-324頁(yè)。
3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“負(fù)載對(duì)表面平整度的影響”工件夾具制造科學(xué)研討會(huì)論文集1996，第一卷：146-152頁(yè)。
4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“適用于選拔夾具設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，美國(guó)ASME工業(yè)工程雜志：113 、 412-414，1991。
5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.《計(jì)算機(jī)輔助夾具分析中的應(yīng)用有限元分析和數(shù)學(xué)優(yōu)化模型》， 1995 ASME程序，MED： 777-787頁(yè)。
6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工過(guò)程仿真的加工裝置作用力系統(tǒng)研究”， NAMRI/SME：207–214頁(yè), 1995
7、“考慮工件夾具，夾具接觸相互作用布局優(yōu)化模擬的結(jié)果” 341-346，1998。
8、E. C. DeMeter. 《快速支持布局優(yōu)化》，國(guó)際機(jī)床制造， 碩士論文 1998。
9、Y.-C. Chou, V. Chandru, M. M. Barash .《加工夾具機(jī)械構(gòu)造的數(shù)學(xué)算法：分析和合成》，美國(guó)ASME，工程學(xué)報(bào)工業(yè)“：1989 299-306頁(yè)。
10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 《具有摩擦性的夾具規(guī)劃》 美國(guó)ASME，工業(yè)工程學(xué)報(bào)：1991，320–327頁(yè)。
11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夾緊力分析”，國(guó)際機(jī)床制造，碩士論文 1995年。
12、E. C. DeMeter.《加工夾具的性能的最小——最大負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)》 美國(guó)ASME，工業(yè)工程雜志 ：1994
13、E. C. DeMeter .《加工夾具最大負(fù)荷的性能優(yōu)化模型》 美國(guó)ASME，工業(yè)工程雜志 1995。
14、JH復(fù)和AYC倪.“核查和工件夾持的夾具設(shè)計(jì)”方案優(yōu)化，設(shè)計(jì)和制造，4，碩士論文： 307-318，1994。
15、T. H. Richards、埃利斯 霍伍德.1977,《應(yīng)力能量方法分析》，1977。
16、M. J. Hockenberger and E. C. DeMeter. 對(duì)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(yè), 1996。
機(jī)械加工工藝過(guò)程卡
產(chǎn)品型號(hào)
CA6140
零（部）圖號(hào)
共 1 頁(yè)
產(chǎn)品名稱
機(jī)床
零（部）名稱
撥叉
第 1 頁(yè)
材料牌號(hào)
HT200
毛坯種類
鑄造
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
1
每臺(tái)件數(shù)
1
備 注
工序號(hào)
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
車
間
工
段
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工 時(shí)
準(zhǔn)終
單件
10
鑄造
鑄造
鑄造
鑄造
20
時(shí)效
時(shí)效處理，去應(yīng)力
時(shí)效
時(shí)效
30
銑削
粗銑左端面
2. 精銑左端面
銑床車間
2
銑床
專用夾具、高速鋼鑲嵌式端面銑刀，
游標(biāo)卡尺
60s
60s
40
鉆孔
擴(kuò)孔
鉆孔φ21.2
2.擴(kuò)孔至φ22
鉆床車間
2
鉆床
專用夾具、直柄麻花鉆，卡尺，塞規(guī)
100s
100s
50
倒角
倒角15°
1.
車床車間
1
車床
普通車刀，游標(biāo)卡尺
10s
10
60
拉花鍵
拉花鍵
1.
拉床車間
1
拉床
專用夾具、拉刀
160s
160s
70
銑削
粗銑上平面、精銑上平面
銑床車間
2
銑床
專用夾具、盤(pán)銑刀深度，
游標(biāo)卡尺
200s
200s
80
銑削
粗銑溝槽、精銑溝槽
2.
銑床車間
2
銑床
專用夾具、高速鋼鑲嵌式端面銑刀，
游標(biāo)卡尺
60s
60s
90
鉆孔
鉆孔2×φ8
1.
鉆床車間
1
鉆床
專用夾具、麻花鉆，內(nèi)徑千分尺
60s
60s
100
攻螺紋
攻螺紋2×M8，鉆M5的錐孔
1.
2.
鉗工車間
1
錐絲
錐絲
60s
60s
110
檢驗(yàn)
檢驗(yàn)車間
塞規(guī)，卡尺等。
設(shè)計(jì)（日期）
審核（日期）
標(biāo)準(zhǔn)化（日期）
會(huì)簽（日期）
標(biāo)記
處記
更改文件號(hào)
簽字
日期
機(jī)械制造教研室
機(jī) 械 加 工 工 序 卡
產(chǎn)品型號(hào)
零件名稱
零件號(hào)
831003
撥叉
831003
工序名稱
粗銑左端面
工序號(hào)
1
技檢要求
基準(zhǔn)面
材料
同時(shí)加工零件數(shù)
設(shè)備
牌號(hào)
硬度
名稱
型號(hào)
HT200
HBS210
1
臥式銑床
X62W
夾具
定 額
代號(hào)
名稱
單件時(shí)間（分）
每班次數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
工人等級(jí)
專用夾具
工步號(hào)
工步內(nèi)容
走刀長(zhǎng)度(毫米）
走刀次數(shù)
切削深度(毫米）
切削速度（米/秒）
主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)）
機(jī)動(dòng)時(shí)間（分）
輔助時(shí)間（分）
刀具
輔具
量具
名稱規(guī)格
數(shù)量
名稱規(guī)格
數(shù)量
名稱規(guī)格
1
粗銑左端面
75
0.31
37.5
3.6
0.1
0.41
高速鋼鑲嵌式端面銑刀
2
擬制
日期
審核
日期
批準(zhǔn)
日期
共 5 頁(yè)
第 1 頁(yè)
機(jī)械制造教研室
機(jī) 械 加 工 工 序 卡
產(chǎn)品型號(hào)
零件名稱
零件號(hào)
831003
撥叉
831003
工序名稱
鉆φ21.2.倒角
工序號(hào)
2
技檢要求
基準(zhǔn)面
材料
同時(shí)加工零件數(shù)
設(shè)備
牌號(hào)
硬度
名稱
型號(hào)
HT200
HBS210
1
立式鉆床，車床
ZQ5035
夾具
定 額
代號(hào)
名稱
單件時(shí)間（分）
每班次數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
工人等級(jí)
鉆?21.2mm孔夾具
工步號(hào)
工步內(nèi)容
走刀長(zhǎng)度(毫米）
走刀次數(shù)
切削深度(毫米）
切削速度（米/秒）
主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)）
機(jī)動(dòng)時(shí)間（分）
輔助時(shí)間（分）
刀具
輔具
量具
名稱規(guī)格
數(shù)量
名稱規(guī)格
數(shù)量
名稱規(guī)格
1
鉆φ21.2孔
80
31
475
0.5
0.36
1.55
直柄麻花鉆
卡尺，塞規(guī)
2
倒角15°
10
普通車刀
游標(biāo)卡尺
3
擬制
日期
審核
日期
批準(zhǔn)
日期
共 5 頁(yè)
第 2 頁(yè)
機(jī)械制造教研室
機(jī) 械 加 工 工 序 卡
產(chǎn)品型號(hào)
零件名稱
零件號(hào)
831003
撥叉
831003
工序名稱
拉花鍵
工序號(hào)
3
技檢要求
基準(zhǔn)面
材料
同時(shí)加工零件數(shù)
設(shè)備
牌號(hào)
硬度
名稱
型號(hào)
HT200
HBS210
1
拉床
夾具
定 額
代號(hào)
名稱
單件時(shí)間（分）
每班次數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
工人等級(jí)
專用夾具
工步號(hào)
工步內(nèi)容
走刀長(zhǎng)度(毫米）
走刀次數(shù)
切削深度(毫米）
切削速度（米/秒）
主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)）
機(jī)動(dòng)時(shí)間（分）
輔助時(shí)間（分）
刀具
輔具
量具
名稱規(guī)格
數(shù)量
名稱規(guī)格
數(shù)量
名稱規(guī)格
1
拉花鍵
10
1
3.0
300
0.14
拉刀
1
游標(biāo)卡尺
2
3
擬制
日期
審核
日期
批準(zhǔn)
日期
共 5 頁(yè)
第 3 頁(yè)
機(jī)械制造教研室
機(jī) 械 加 工 工 序 卡
產(chǎn)品型號(hào)
零件名稱
零件號(hào)
831003
撥叉
831003
工序名稱
粗銑精銑
工序號(hào)
4
技檢要求
基準(zhǔn)面
材料
同時(shí)加工零件數(shù)
設(shè)備
牌號(hào)
硬度
名稱
型號(hào)
HT200
HBS210
1
銑床
夾具
定 額
代號(hào)
名稱
單件時(shí)間（分）
每班次數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
工人等級(jí)
專用夾具
工步號(hào)
工步內(nèi)容
走刀長(zhǎng)度(毫米）
走刀次數(shù)
切削深度(毫米）
切削速度（米/秒）
主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)）
機(jī)動(dòng)時(shí)間（分）
輔助時(shí)間（分）
刀具
輔具
量具
名稱規(guī)格
數(shù)量
名稱規(guī)格
數(shù)量
名稱規(guī)格
1
粗銑上平面、精銑上平面
91
1
15
33
30
2.4
0.85
0.41
盤(pán)銑刀深度
1
游標(biāo)卡尺
2
粗銑溝槽、精銑溝槽
91
1
24
35
47.5
0.95
2.37
0.41
高速鋼鑲嵌式端面銑刀
1
游標(biāo)卡尺
擬制
日期
審核
日期
批準(zhǔn)
日期
共 5 頁(yè)
第 4 頁(yè)
機(jī)械制造教研室
機(jī) 械 加 工 工 序 卡
產(chǎn)品型號(hào)
零件名稱
零件號(hào)
831003
撥叉
831003
工序名稱
鉆孔
攻螺紋孔，鉆M5的錐孔
工序號(hào)
5
技檢要求
基準(zhǔn)面
材料
同時(shí)加工零件數(shù)
設(shè)備
牌號(hào)
硬度
名稱
型號(hào)
HT200
HBS210
1
鉆床，錐絲
夾具
定 額
代號(hào)
名稱
單件時(shí)間（分）
每班次數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
工人等級(jí)
專用夾具
工步號(hào)
工步內(nèi)容
走刀長(zhǎng)度(毫米）
走刀次數(shù)
切削深度(毫米）
切削速度（米/秒）
主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)）
機(jī)動(dòng)時(shí)間（分）
輔助時(shí)間（分）
刀具
輔具
量具
名稱規(guī)格
數(shù)量
名稱規(guī)格
數(shù)量
名稱規(guī)格
1
鉆2×φ8孔
3
1
9.5
33.6
680
0.33
0.5
1.55
高速鋼麻花鉆
1
游標(biāo)卡尺
2
攻2-M8螺紋孔
3.75
2
9.5
9.8
392
1.25
0.13
1.55
絲錐
1
游標(biāo)卡尺
3
鉆M5的錐孔
9.5
33.6
1600
0.33
0.5
1.55
高速鋼麻花鉆
1
游標(biāo)卡尺
擬制
日期
審核
日期
批準(zhǔn)
日期
共 5 頁(yè)
第 5 頁(yè)
南通職業(yè)大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
學(xué)生姓名
所學(xué)專業(yè)
機(jī)械制造與自動(dòng)化
班 級(jí)
機(jī)制111
課題名稱
工作內(nèi)容
（應(yīng)完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容、論文內(nèi)容）
1、毛坯圖 1張
2、機(jī)械加工工藝規(guī)程卡片 1套
3、夾具裝配總圖（包括所有非標(biāo)零件圖） 2套
（有條件學(xué)生還必須完成所有圖紙的三維圖設(shè)計(jì)）
4、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1份（1萬(wàn)字以上）
5、專業(yè)英語(yǔ)資料翻譯 1萬(wàn)字符
6、繪圖量為3張（折合成0號(hào)圖紙計(jì)算）以上
工作要求
（設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的性能、指標(biāo)，論文質(zhì)量要求）
1、生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批生產(chǎn)。
2、工藝過(guò)程合理，工序設(shè)計(jì)基本能指導(dǎo)工人生產(chǎn)，能達(dá)到零件圖樣規(guī)定的要求。同時(shí)應(yīng)符合在保證質(zhì)量的前提下，盡可能提高效率、降低成本的原則。
3、 夾具設(shè)計(jì)應(yīng)滿足工藝設(shè)計(jì)規(guī)定的精度和生產(chǎn)效率，同時(shí)還應(yīng)符合可靠、簡(jiǎn)單、方便的原則。夾具本身結(jié)構(gòu)工藝性好。
4、 說(shuō)明書(shū)應(yīng)概括地介紹設(shè)計(jì)全貌，對(duì)設(shè)計(jì)的各部分內(nèi)容應(yīng)作重點(diǎn)說(shuō)明，分析論證及必要的計(jì)算。要求系統(tǒng)性好，條理清楚，圖文并茂，充分表達(dá)自己的見(jiàn)解，并且要求用鋼筆書(shū)寫(xiě)或電腦打印。
主要參考
資料
1、 金屬切削工藝人員手冊(cè)
2、 金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)
3、 機(jī)械制造工藝學(xué)教材
4、 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)
工作進(jìn)度
要求
1、 12年10月10日-10月20日 零件結(jié)構(gòu)性工藝分析 繪制毛坯圖
2、12年12月21日-12年12月10日 編制機(jī)械加工工藝過(guò)程卡 、編制機(jī)械加工工序卡 、夾具設(shè)計(jì)（包括夾具總圖、所有非標(biāo)零件圖）
3、 12年12月11日-13年1月20日 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、專業(yè)英語(yǔ)資料翻譯
4、 13年2月11日-13年4月8日頂崗實(shí)習(xí)
5、13年4月9日- 4月19日 答辯前的準(zhǔn)備、畢業(yè)答辯
課題組
其他成員
無(wú)
指導(dǎo)教師
（簽名）
董應(yīng)超
教研室主任
（簽名）
部門(mén)批準(zhǔn)
（蓋章）
機(jī)械工程學(xué)院
簽發(fā)日期
10月10日
南通職業(yè)大學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題 目
CA6140車床撥叉加工工藝及
2套夾具設(shè)計(jì)
所屬系部
機(jī)械工程系
所屬專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造
所屬班級(jí)
機(jī)制
學(xué) 號(hào)
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
起訖日期
摘 要
本設(shè)計(jì)是基于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(jì)。撥叉零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來(lái)說(shuō)，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，本設(shè)計(jì)遵循先面后孔的原則。并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度?；鶞?zhǔn)選擇以撥叉的輸入軸和輸出軸的支承孔作為粗基準(zhǔn)，以頂面與兩個(gè)工藝孔作為精基準(zhǔn)。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出頂平面，再以頂平面與支承孔系定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個(gè)別工序外均用頂平面和工藝孔定位加工其他孔系與平面。支承孔系的加工采用的是坐標(biāo)法鏜孔。整個(gè)加工過(guò)程均選用組合機(jī)床。夾具選用專用夾具，夾緊方式多選用氣動(dòng)夾緊，夾緊可靠，機(jī)構(gòu)可以不必自鎖，因此生產(chǎn)效率較高，適用于大批量、流水線上加工，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：撥叉類零件；工藝；夾具；
29
Abstract
This design is the special fixture for machining process of forked plectrum parts and process design based on. The main processing surface fork parts of the plane and a series of hole. In general, ensure the machining accuracy of plane than to ensure machining accuracy hole easily. Therefore, the design follows the surface after the first hole of the principle. And the hole and the plane processing clearly divided into roughing and finishing stages of processing to ensure the accuracy of the hole. The supporting hole of the input shaft and the output shaft of the benchmark by a shifting fork as a rough benchmark, the top two holes as a precision technology base. Main processing process arrangement is to support hole positioning processing the top plane, and then the top plane and the series of supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes individual processes are used in the top plane positioning technology and other processing Kong and plane. The supporting hole processing system using the method of coordinate boring. The whole process selection of combined machine tool. The special fixture fixture, clamping means more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, agencies can not self-locking, therefore the production efficiency is higher, suitable for high-volume, line processing, can meet the design requirements.
Key Words: fork parts; technology; fixture;
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1 機(jī)械加工工藝概述 1
1.2機(jī)械加工工藝流程 1
1.3夾具概述 2
1.4機(jī)床夾具的功能 3
1.5機(jī)床夾具的發(fā)展趨勢(shì) 3
1.5.1機(jī)床夾具的現(xiàn)狀 3
1.5.2現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向 4
第2章 零件的工藝性分析 5
2.1零件的作用 5
2.2零件的工藝分析 6
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 7
3.1確定毛坯的制造形成 7
3.2基準(zhǔn)的選擇 8
3.3制定工藝路線 8
3.4機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 10
3.5確定切削用量及基本工時(shí) 11
第4章 銑槽夾具專用夾具設(shè)計(jì) 22
4.1 問(wèn)題的提出 22
4.2 夾具設(shè)計(jì) 22
4.2.1 定位基準(zhǔn)的選定 22
4.2.2 夾緊力分析 22
4.2.3 定位誤差的分析 23
4.3 夾具設(shè)計(jì)及操作 23
第5章 設(shè)計(jì)銑頂面的夾具設(shè)計(jì) 25
5.1 提出問(wèn)題 25
5.2 夾具設(shè)計(jì) 26
5.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 26
5.2.2 定位誤差的分析 26
5.2.3 銑削力及夾緊力計(jì)算 26
5.2.4 夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明 27
結(jié) 論 28
參 考 文 獻(xiàn) 29
致 謝 30
第1章 緒論
1.1 機(jī)械加工工藝概述
機(jī)械加工工藝是指用機(jī)械加工的方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)使其成為合格零件的全過(guò)程，加工工藝是工人進(jìn)行加工的一個(gè)依據(jù)。
機(jī)械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟，采用機(jī)械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱為機(jī)械加工工藝過(guò)程。比如一個(gè)普通零件的加工工藝流程是粗加工-精加工-裝配-檢驗(yàn)-包裝，就是個(gè)加工的籠統(tǒng)的流程。
機(jī)械加工工藝就是在流程的基礎(chǔ)上，改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品 或半成品，是每個(gè)步驟，每個(gè)流程的詳細(xì)說(shuō)明，比如，上面說(shuō)的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分為車，鉗工，銑床，等等，每個(gè)步驟就要有詳 細(xì)的數(shù)據(jù)了，比如粗糙度要達(dá)到多少，公差要達(dá)到多少。
技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量、設(shè)備條件和工人素質(zhì)等情況，確定采用的工藝過(guò)程，并將有關(guān)內(nèi)容寫(xiě)成工藝文件，這種文件就稱工藝規(guī)程。這個(gè)就比較有針對(duì)性了。每個(gè)廠都可能不太一樣，因?yàn)閷?shí)際情況都不一樣。
總的來(lái)說(shuō)，工藝流程是綱領(lǐng)，加工工藝是每個(gè)步驟的詳細(xì)參數(shù)，工藝規(guī)程是某個(gè)廠根據(jù)實(shí)際情況編寫(xiě)的特定的加工工藝。
1.2機(jī)械加工工藝流程
機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法等的工藝文件之一，它是在具體的生產(chǎn)條件下，把較為合理的工藝過(guò)程和操作方法，按照規(guī)定的形式書(shū)寫(xiě) 成工藝文件，經(jīng)審批后用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)。機(jī)械加工工藝規(guī)程一般包括以下內(nèi)容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內(nèi)容及所用的設(shè)備和工藝裝備、工件的檢驗(yàn)項(xiàng)目及 檢驗(yàn)方法、切削用量、時(shí)間定額等。
制訂工藝規(guī)程的步驟
1) 計(jì)算年生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型。
2) 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖，對(duì)零件進(jìn)行工藝分析。
3) 選擇毛坯。
4) 擬訂工藝路線。
5) 確定各工序的加工余量，計(jì)算工序尺寸及公差。
6) 確定各工序所用的設(shè)備及刀具、夾具、量具和輔助工具。
7) 確定切削用量及工時(shí)定額。
8) 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法。
9) 填寫(xiě)工藝文件。
在制訂工藝規(guī)程的過(guò)程中，往往要對(duì)前面已初步確定的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，以提高經(jīng)濟(jì)效益。在執(zhí)行工藝規(guī)程過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)前所未料的情況，如生產(chǎn)條件的變化，新技術(shù)、新工藝的引進(jìn)，新材料、先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用等，都要求及時(shí)對(duì)工藝規(guī)程進(jìn)行修訂和完善。
1.3夾具概述
夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測(cè)等工藝過(guò)程中。
在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱為機(jī)床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機(jī)床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，幫機(jī)床夾具設(shè)計(jì)在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占有極其重要的地位。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。
“工欲善其事，必先利其器?！?
工具是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志。自20世紀(jì)末期以來(lái)，現(xiàn)代制造技術(shù)與機(jī)械制造工藝自動(dòng)化都有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機(jī)床夾具對(duì)零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此，無(wú)論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備。
1.4機(jī)床夾具的功能
在機(jī)床上用夾具裝夾工件時(shí)，其主要功能是使工件定位和夾緊。
1．機(jī)床夾具的主要功能
機(jī)床夾具的主要功能是裝工件，使工件在夾具中定位和夾緊。
（1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過(guò)程。定位是通過(guò)工件定位基準(zhǔn)面與夾具定位元件面接觸或配合實(shí)現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工的尺寸和位置精度要求。
（2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過(guò)程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時(shí)，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會(huì)松動(dòng)、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。
2．機(jī)床夾具的特殊功能
機(jī)床夾具的特殊功能主要是對(duì)刀和導(dǎo)向。
（1）對(duì)刀 調(diào)整刀具切削刃相對(duì)工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對(duì)刀塊，它能迅速地確定銑刀相對(duì)于夾具的正確位置。
（2）導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導(dǎo)其進(jìn)行鉆削。導(dǎo)向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具（鏜模）也具有導(dǎo)向功能。
1.5機(jī)床夾具的發(fā)展趨勢(shì)
隨著科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步及社會(huì)生產(chǎn)力的迅速提高，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門(mén)類齊全的工藝裝備。
1.5.1機(jī)床夾具的現(xiàn)狀
國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工作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(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。然而，一般企業(yè)仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約4年就要更新80%左右的專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量?jī)H為15%左右。特別是近年來(lái)，數(shù)控機(jī)床（NC）、加工中心（MC）、成組技術(shù)（GT）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)機(jī)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）適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具。
4）適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具。
5）采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
6）提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。
1.5.2現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向
現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為精密化、高效化、柔性化、標(biāo)準(zhǔn)化四個(gè)方面。
精密化
隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高，勢(shì)必相應(yīng)提高了對(duì)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(pán)，其分度精度可達(dá)±0.1；用于精密車削的高精度三爪卡盤(pán)，其定心精度為5μm；精密心軸的同軸度公差可控制在1μm內(nèi)；又如用于軸承套圈磨削的電磁無(wú)心夾具，工件的圓度公差可達(dá)0.2～0.5μm。
高效化
高效化夾具主要用來(lái)減少工件加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。常見(jiàn)的高效化夾具有：自動(dòng)化夾具、高速化夾具、具有夾緊動(dòng)力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動(dòng)虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用的高速三爪自定心卡盤(pán)，可保證卡爪在（試驗(yàn)）轉(zhuǎn)速為2600r/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。
柔性化
機(jī)床夾具的柔性化與機(jī)床的柔性化相似，它是指機(jī)床夾具通過(guò)調(diào)整、拼裝、組合等方式，以適應(yīng)可變因素的能力。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、拼裝夾具、數(shù)控機(jī)床夾具等。在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，夾具的柔性化將是夾具發(fā)展的主要方向。
標(biāo)準(zhǔn)化
機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個(gè)方面。在制訂典型夾具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先進(jìn)行夾具元件和部件的通用化，建立類型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的結(jié)構(gòu)。通用化方法包括夾具、部件、元件、毛壞和材料的通用化。夾具的標(biāo)準(zhǔn)化階段是通用化的深入，主要是確立夾具零件或部件的尺寸系列，為夾具工作圖的審查創(chuàng)造良好的條件。目前我國(guó)已有夾具零件及部件的國(guó)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(jī)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。
第2章 零件的工藝性分析
2.1零件的作用
題目給定的零件是CA6140撥叉（見(jiàn)附圖1）它位于車床變速機(jī)構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)按照工作者的要求進(jìn)行工作。獲得所需要的速度和扭矩寬度為30mm的面寸精度要求很高，因?yàn)樵趽懿鎿軇?dòng)滑移齒輪時(shí)如果槽的尺寸精度不夠或間隙很大時(shí)，滑移齒輪得不到高的位置精度，所以寬度為30mm的面槽和滑移齒輪的配合精度要求很高。
2.2零件的工藝分析
分析零件圖可知，該撥叉形狀、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)鑄造毛坯可得到基本形狀，減少了工序加工，又節(jié)約了材料。除了撥叉上表面外，其余加工表面精度低，不需要高度機(jī)床加工，可通過(guò)銑削、鉆床等車床的粗加工就可以達(dá)到要求；而主要工作表面----撥叉上表面加工精度雖然較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用經(jīng)濟(jì)的方法保質(zhì)保量的加工出來(lái)。由此可見(jiàn)，該零件工藝性較好。 CA6140撥叉共有三組加工表面
（1） 零件兩端面，可以后端面加工精度高，可以先以后端面為粗基準(zhǔn)加工右端面，再以前端面為精基準(zhǔn)加工左端面；
(2） 以花鍵中心線為基準(zhǔn)的加工面：這一組面包括?25H7的六齒方花鍵孔、?22H12的花鍵底孔、兩端的2X150倒角和距花鍵中心線為22mm的上頂面；
（3) 以工件右端面為基準(zhǔn)的18H11mm的槽、上頂面的2-M8通孔和?5錐孔。
經(jīng)上述分析可知， 對(duì)于后兩組加工表面，可先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面。
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
3.1確定毛坯的制造形成
（1）選擇毛坯
零件材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，鑄造性能良好，考慮到零件加工表面少，精度要求不高，有強(qiáng)肋，且工作條件不差，既沒(méi)有變載荷，又屬間歇性工作，故選用金屬型鑄件，以滿足不加工表面的粗糙度要求及生產(chǎn)要求。
零件的形狀簡(jiǎn)單，因此毛坯形狀需要與零件形狀盡量接近，又因內(nèi)花鍵較小，因此不可直接鑄出。
（2)確定毛坯尺寸公差和機(jī)械加工余量
1.公差等級(jí)
由撥叉的功能和技術(shù)要求，確定該零件的公差等級(jí)為IT10
2.零件表面粗糙度
由零件圖可知，該撥叉各加工表面粗糙度Ra均大于等于1.6um
3.機(jī)械加工余量
由鑄件鑄造類型為金屬鑄造，因此加工余量等級(jí)選用F
機(jī)械加工余量為3
3.2基準(zhǔn)的選擇
基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基準(zhǔn)的選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高，否則，加工工藝過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。
（1）粗基準(zhǔn)的選擇 因?yàn)橐ＷC花間道中心線垂直于右端面，所以Φ40的外圓表面為粗基準(zhǔn)。
（2）精基準(zhǔn)的選擇 為保證定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)重合，加工2—M8、Φ5錐孔、18H11槽以零件的左端面和花鍵的中心線為精基準(zhǔn)，銑上頂面以花鍵中心線為精基準(zhǔn)。
3.3制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此以外好應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
1、 工藝路線方案一
工序10：粗、精銑后端面；
工序20：鉆、擴(kuò)花鍵底孔Φ22H12；
工序30：倒角1.5 X 15°；
工序40：粗、精銑上頂面；
工序50：粗、精銑18H11底槽；
工序60：鉆2—M8通孔并攻絲，鉆Φ5錐孔；
工序70：拉內(nèi)花鍵Φ25H7；
工序80：挫圓角；
工序90：去毛刺，清洗；
工序100：終檢。
2、 工藝路線方案二
工序10：粗、精銑后端面；
工序20：鉆、擴(kuò)花鍵底孔Φ22H12；
工序30：倒角1.5 X 15°；
工序40：拉內(nèi)花鍵Φ25H7；
工序50：粗、精銑18H11底槽；
工序60：粗、精銑上頂面；
工序70：鉆2—M8通孔并攻絲，鉆Φ5錐孔；
工序80：挫圓角；
工序90：去毛刺，清洗；
工序100：終檢。
3、 兩套工藝方案的比較與分析
上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一把拉內(nèi)花鍵Φ25H7放在粗、精銑18H11底槽之后，這樣后面的工序50、工序60、工序70很難對(duì)工件進(jìn)行定位和夾緊。造成生產(chǎn)率的下降。而工藝路線二把花鍵底孔Φ22H12鉆削出來(lái)并倒角后緊接著就拉內(nèi)花鍵Φ25H7。這樣后面的工序就很容易對(duì)工件進(jìn)行定位和夾緊，即以花鍵中心線進(jìn)行定位、進(jìn)行螺旋夾緊。此方案定位精度高，專用夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。
通過(guò)以上兩種工藝路線的優(yōu)缺點(diǎn)分析。最后確定工藝路線二為該零件的加工路線，工藝過(guò)程詳見(jiàn)加工工序卡片。
3.4機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“CA6140撥叉（編號(hào)831003）”零件材料為HT200，毛坯重量約為0.84kg。生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)。采用鑄造毛坯。
根據(jù)上述原始資料加工工藝，分別確定各個(gè)加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸如下：
1、后端面加工余量
后端面有3±0.8mm的加工余量，足以把鑄鐵的硬質(zhì)表面層切除。后端面粗銑一次、精銑一次。粗銑加工余量2.8mm、工序經(jīng)濟(jì)精度等級(jí)IT11、公差值0.22mm。精銑加工余量0.2mm、工序經(jīng)濟(jì)精度等級(jí)IT7、公差值0.035mm、表面粗糙度Ra3.2um、工序基本尺寸80mm。
2、矩形花鍵底孔
要求以花鍵外徑定心，故先鉆中心孔。再擴(kuò)最后拉削內(nèi)孔尺寸為Φ22H12（見(jiàn)零件圖）。參照《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表3—59確定孔加工余量的分配：
鉆孔Φ20mm。工序經(jīng)濟(jì)加工精度等級(jí)IT11、公差值0.13mm；
擴(kuò)孔Φ22H12mm、工序經(jīng)濟(jì)加工精度等級(jí)IT10、公差值0.084mm、粗糙度Ra6.3um；
拉內(nèi)花鍵，花鍵孔以外徑定心，拉削時(shí)加工余量參照《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》取2Z=1mm。
3、18H11底槽的加工余量
槽底面粗銑余量為35mm。槽側(cè)面的銑削余量為17.9mm、工序經(jīng)濟(jì)精度等級(jí)為IT12、公差值0.25mm、槽底面表面粗糙度Ra6.3um。精銑的加工余量為側(cè)面余量0.1mm、工序經(jīng)濟(jì)精度等級(jí)為IT9、公差值為0.021mm、側(cè)面粗糙度為Ra3.2um。
4、上頂面的加工余量
此工序?yàn)閮蓚€(gè)工步：①、粗銑上頂面 ②、精銑上頂面
粗銑加工余量為2.8mm、工序經(jīng)濟(jì)加工精度等級(jí)為IT11、公差值0.22mm；
精銑加工余量為0.2mm、工序經(jīng)濟(jì)加工精度等級(jí)為IT7、公差值0.035mm、表面粗糙度Ra3.2um。
3.5確定切削用量及基本工時(shí)
工序10:以Φ40外圓為基準(zhǔn)，粗、精銑后端面。
1、 加工條件：
工件材料：HT200， ,鑄造。
加工要求：粗、精銑后端面，尺寸保證80mm。
機(jī)床:
刀具材料：鑲齒銑刀
2. 計(jì)算切削用量：
工步1：粗銑
背吃刀量為
進(jìn)給量的確定：機(jī)床的功率5～10Kw，工件夾具系統(tǒng)的剛度為中等條件，按《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》中表3.3選取該工序的每齒進(jìn)給量為。
銑削速度：參考《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程》得，選用鑲齒銑刀，其中在的條件下選取。銑削速度為。有公式 可以得到：。
由于手冊(cè)中的X51型立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速為，所以，實(shí)際銑削速度為：。
基本時(shí)間t：根據(jù)面銑刀平面（對(duì)稱銑削、主偏角）的基本時(shí)間計(jì)算公式：。其中，，，取，。則有：
。
工步2：精銑
背吃刀量的確定。
進(jìn)給量的確定：由《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》中表3.3，按表面粗糙度為的條件選取，該工序的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為。
銑削速度的計(jì)算：根據(jù)其他有關(guān)資料確定，按鑲齒銑刀，，的條件選取，銑削速度v為。由公式可以求得銑刀轉(zhuǎn)速。參照《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程》中4-15的X51立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，選取轉(zhuǎn)速為。再將此轉(zhuǎn)速代入上面公式。可以求得：
。
基本時(shí)間的確定：根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程》中表5-43中面銑刀銑平面（對(duì)稱銑削、主偏角）的基本時(shí)間公式，可以求得該工序的基本時(shí)間，其中，，取，，，得：
。
工序20：以Φ40mm外圓為基準(zhǔn)鉆、擴(kuò)花鍵底孔Φ22H12mm
1、加工條件：
工件材料：HT200， ,鑄造。
加工要求：鉆花鍵底孔，尺寸保證20mm。
機(jī)床：
刀具材料：高速鋼直柄麻花鉆Φ20mm、擴(kuò)孔鉆Φ22mm
計(jì)算切削用量：
工步1：鉆Φ20mm花鍵底孔
背吃刀量：
進(jìn)給量的確定：選取該工步的每齒進(jìn)給量 。
切削用量的計(jì)算：因?yàn)樵摴ぜ牟牧蠟镠T200，所以選取切削速度為。由式可以求得：
參照《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程》中表4-9所列的的主軸轉(zhuǎn)速。先取，再將n代入中，得到：
基本時(shí)間t：
其中，，，取。所以基本時(shí)間t為：
工步2：擴(kuò)Φ20mm花鍵底孔至Φ22H12mm
背吃刀量確定 。
進(jìn)給量的確定：由《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》中表2.10的資料，選取該工件的沒(méi)轉(zhuǎn)進(jìn)給量。
切削速度的確定：根據(jù)相關(guān)資料，確定：
由公式?？梢缘玫剑?
按機(jī)床選取，得到切削速度
基本時(shí)間t：
其中，，
取。所以基本時(shí)間t為：
工序30：以Φ40mm外圓為基準(zhǔn)，倒角1.5 X 15°
加工條件
工件材料：HT200, ,鑄造。
加工要求：倒角1.515°
機(jī)床：
刀具材料：專用刀具。
此工步使用到專用刀具與手動(dòng)進(jìn)給。
檢驗(yàn)機(jī)床功率 按《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表 1.24
可以查出 當(dāng)σｂ＝160～241HBS
工藝過(guò)程詳見(jiàn)加工工序卡片
按 車床說(shuō)明書(shū) 主電機(jī)功率
可見(jiàn)比P小得多所以機(jī)床功率足夠所用切削用量符合要求
鉆削功率檢驗(yàn)按《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表 2.21
當(dāng)
查得轉(zhuǎn)矩
《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表由表2.32 得功率公式
按車床說(shuō)明書(shū) 主電機(jī)功率
可見(jiàn)比小得多，所以機(jī)床功率足夠，所用切削用量符合要求。
工序40：拉內(nèi)花鍵Φ25H7
1、加工條件：
工件材料：HT200，鑄件；
加工要求：花鍵底孔粗糙度Ra6.3μm，鍵槽側(cè)面粗糙度Ra3.2μm，鍵槽底面粗糙度Ra1.6μm，鍵槽尺寸6mm，偏差代號(hào)H9；
刀具：高速鋼拉刀；④切削液：乳化液；
機(jī)床：拉床。
①確定齒升量：根據(jù)有關(guān)手冊(cè)，確定拉花鍵孔時(shí)花鍵拉刀的單面齒升量為0.06mm；
②切削速度：查有《切削簡(jiǎn)明手冊(cè)》有切削速度為0.06m/s（3.6m/min）；
③切削工時(shí)： t=Zblηk/1000vfzZ
式中： 單面余量1.5mm(由Φ22mm拉削到Φ25mm)；
拉削表面長(zhǎng)度，80mm；
η 考慮校準(zhǔn)部分的長(zhǎng)度系數(shù)，取1.2；
考慮機(jī)床返回行程系數(shù)，取1.4 ；
拉削速度（m/min）；
fz 拉刀單面齒升；
Z 拉刀同時(shí)工作齒數(shù)，Z=l/p；
P 拉刀齒距。
所以
因?yàn)槔锻瑫r(shí)工作齒數(shù)z=l/p=80/127所以其本工時(shí) Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13min=7.8s 。
工序50：粗、精銑18H11底槽
加工條件
工件材料：HT200, ,鑄造。
加工要求：以花鍵中心線為基準(zhǔn)粗、精銑18H11底槽、底面表面粗糙度、側(cè)面表面粗糙度。
機(jī)床：立式升降臺(tái)銑床（）
刀具材料：根據(jù)《實(shí)用機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》表21-5選用高速鋼鑲齒三面刃銑刀。外徑160mm，內(nèi)徑40mm，刀寬粗銑16mm，精銑18mm，齒數(shù)為24齒。
工步1、粗銑16槽
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-75，得，取。
銑削速度：查《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》表30-33，得
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表3.1-74取
實(shí)際切削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長(zhǎng)度：
=81mm
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)1次
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工步2、精銑18槽
切削深度：
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表查得：進(jìn)給量,查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-82得切削速度，
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表3.1-74取
實(shí)際切削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長(zhǎng)度：
=81mm
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
本工序機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序60：粗、精銑上頂面
機(jī)床：立式升降臺(tái)銑床
刀具：根據(jù)《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表10-231，選用高速鋼錯(cuò)齒三面刃銑刀，規(guī)格為：，齒數(shù)為12齒。
工步1、粗銑上端面
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-75，，取。
銑削速度：查《實(shí)用機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》表11-94，得，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表3.1-74取
實(shí)際切削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長(zhǎng)度：
=82mm
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工步2、精銑上端面
切削深度：
根據(jù)《實(shí)用機(jī)械加工工藝師冊(cè)》表11-91查得：每齒進(jìn)給量,取，根據(jù)《實(shí)用機(jī)械加工工藝師冊(cè)》表11-94
查得切削速度
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表3.1-74取
實(shí)際切削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長(zhǎng)度：
=81mm
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
本工序機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序70：鉆孔并攻絲
機(jī)床：搖臂鉆床
刀具：根據(jù)參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表4.3-9硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆頭。
工序1、鉆孔
鉆孔前鑄件為實(shí)心，根據(jù)上文所的加工余量先鉆孔到再攻絲，所以。
鉆削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-38，取
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-41，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，有：
，
按照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表3.1-31取
所以實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度： 取
走刀次數(shù)為1，鉆孔數(shù)為2個(gè)
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工序2、攻2-M8螺紋通孔
刀具：釩鋼機(jī)動(dòng)絲錐
進(jìn)給量：查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表1.8-1得所加工螺紋孔螺距,因此進(jìn)給量
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-105，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：，加工數(shù)為2
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
本工序機(jī)動(dòng)時(shí)間：。
第4章 銑槽夾具專用夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。經(jīng)分析決定設(shè)計(jì)銑槽專用夾具。
4.1 問(wèn)題的提出
本夾具主要用于銑槽，以保證進(jìn)度要求。因此，在本工序加工時(shí)，主要考慮如何提高生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工質(zhì)量。
4.2 夾具設(shè)計(jì)
4.2.1 定位基準(zhǔn)的選定
由零件圖可知，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為花鍵孔中心線和工件的右加工表面（A）為定位基準(zhǔn)。因此選用工件以加工右端面（A）和花鍵心軸的中心線為主定位基準(zhǔn)。
4.2.2 夾緊力分析
1、夾緊力方向的確定
由快速螺旋壓板機(jī)構(gòu)夾緊工件，所以可以判定工件的受力方向是水平方向。
2、夾緊力作用點(diǎn)的選擇
夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)該在端面上，這樣可以保證工件不會(huì)產(chǎn)生較大的變形。
3、 夾緊力大小的確定
由《指導(dǎo)手冊(cè)》表10-1 常見(jiàn)的夾緊方式所需夾緊力，可以得出其夾緊力，因?yàn)樵谕瓿杀竟ば驎r(shí)，鉆?7孔所需的切削余量和切削速度最快，所用的力也最大，所以?shī)A緊力滿足鉆孔時(shí)所需要的力，剩余的其他加工時(shí)的夾緊也必定滿足要求。
鉆孔加工切削力：
由《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2-32 鉆孔時(shí)軸向力、扭矩及功率的計(jì)算公式：；
其中，CF=420；zF=1.0；yF=0.8；CM=0.206；zM=2.0；yM=0.8；Kr=0.94;
則，
鉆孔加工夾緊力：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-7，傳動(dòng)效率；
由普通螺紋基本尺寸表（GB/T 196-2003）查得螺紋中徑；
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得，螺紋升角；
螺紋摩擦角
則夾緊力
4.2.3 定位誤差的分析
由于槽的軸向尺寸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，故軸向尺寸無(wú)基準(zhǔn)不重合度誤差。徑向尺寸無(wú)極限偏差、形狀和位置公差，故徑向尺寸無(wú)基準(zhǔn)不重合度誤差。即不必考慮定位誤差，只需保證夾具的花鍵心軸的制造精度和安裝精度。
4.3 夾具設(shè)計(jì)及操作
如前所述,在設(shè)計(jì)夾具時(shí),應(yīng)該注意提高勞動(dòng)率.為此,在螺母夾緊時(shí)采用開(kāi)口墊圈,以便裝卸,夾具體底面上的一對(duì)定位鍵可使整個(gè)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上有正確的安裝位置,以利于銑削加工。結(jié)果，本夾具總體的感覺(jué)還比較緊湊。
夾具上裝有對(duì)刀塊裝置，可使夾具在一批零件的加工之前很好的對(duì)刀（與塞尺配合使用）；同時(shí)，夾具體底面上的一對(duì)定位鍵可使整個(gè)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上有一正確的安裝位置，以有利于銑削加工。
銑床夾具的裝配圖及夾具體零件圖分別見(jiàn)附圖3附圖4。
第5章 設(shè)計(jì)銑頂面的夾具設(shè)計(jì)
5.1 提出問(wèn)題
利用本夾具定位毛坯銑削工件頂面。由于是第一道工序，工序5，其他表面都未曾加工。由于左端面要進(jìn)行鉆孔，而銑削上下表面要以花鍵孔的中心線為工序基準(zhǔn)，所以花鍵孔的中心線與左端面的垂直度也應(yīng)有所要求，因此銑削左端面牽涉到之后的各道工序，保證左端面與花鍵孔中心線的垂直度為重點(diǎn)。
5.2 夾具設(shè)計(jì)
5.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞?zhǔn)選擇不當(dāng)往往會(huì)增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設(shè)計(jì)更加困難甚至達(dá)不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準(zhǔn)。此零件圖沒(méi)有較高的技術(shù)要求，也沒(méi)有較高的平行度和對(duì)稱度要求，所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工精度
由零件圖可知，其工序基準(zhǔn)為其相對(duì)應(yīng)端面，因此，選擇小端面為定位基準(zhǔn)
5.2.2 定位誤差的分析
由于大斷面的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)一致，故不存在基準(zhǔn)不重合誤差。水平尺寸無(wú)極限偏差、形狀和位置公差，故水平尺寸無(wú)基準(zhǔn)制造誤差。所以，定位誤差為零。
5.2.3 銑削力及夾緊力計(jì)算
F=Cp ap0.83 fz0.65 D-0.83BzKp
F—銑削力
Cp—在用高速鋼銑刀銑削時(shí)，考慮工件材料及銑刀類型的系數(shù)，其值查表
Ap——銑削深度
D——銑刀直徑
Fz——每齒進(jìn)給量
B——銑削寬度
Z——銑刀齒數(shù)
Kp——用高速鋼銑刀銑削時(shí)，考慮工件材料機(jī)械性能不同的修正系數(shù)對(duì)與結(jié)構(gòu)鋼，鑄鋼；Kp=（σb/736）0.8,對(duì)于灰鑄鐵：Kp=（HB/190）0.55
計(jì)算得銑削力為5100N,
由夾緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力應(yīng)滿足下式：
P=K·F
式中，安全系數(shù)
為基本安全系數(shù)1.5；
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1；
為刀具鈍化系數(shù)1.2；
為斷續(xù)銑削系數(shù)1.2。
所以 （N）
5.2.4 夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明
所需的實(shí)際夾緊力為12117N是比較大的，為了使得整個(gè)夾具結(jié)構(gòu)緊湊而簡(jiǎn)單，而且選擇通用夾具，所以首選平口虎鉗作為銑削大端面。
結(jié) 論
通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我能夠?qū)?shū)本的知識(shí)做進(jìn)一步的了解與學(xué)習(xí)，對(duì)資料的查詢與合理的應(yīng)用做了更深入的了解，本次進(jìn)行工件的工藝路線分析、工藝卡的制定、工藝過(guò)程的分析，對(duì)我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)的課程進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用與綜合的學(xué)習(xí)提高了我了思考問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，為以后的設(shè)計(jì)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
由于能力有限，設(shè)計(jì)中還有很多不足之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指導(dǎo)
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 李 洪．機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M] ．北京出版社，2006．1．
[2] 陳宏鈞．實(shí)用金屬切削手冊(cè)[M] ．機(jī)械工業(yè)出版社，2005．1．
[3] 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會(huì)．金屬切削手冊(cè)[M]．上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002．
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[10] 馬賢智．機(jī)械加工余量與公差手冊(cè)[M]．中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994．12．
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[12] 王光斗．機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．上海科學(xué)技術(shù)出版社，2002．8．
致 謝
在畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束之際我向所有幫助過(guò)我的老師和同學(xué)說(shuō)一聲，謝謝！我想沒(méi)有他們的幫助，畢業(yè)設(shè)計(jì)就會(huì)做得很困難。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在老師悉心指導(dǎo)下完成的。XX老師以其淵博的學(xué)識(shí)、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(jì)的過(guò)程中也遇到了不少的問(wèn)題，XX老師給了我許多關(guān)懷和幫助，并且隨時(shí)詢問(wèn)我畢業(yè)設(shè)計(jì)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(guò)來(lái)指導(dǎo)我的設(shè)計(jì)。
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(jì)之時(shí)，我再次感謝對(duì)我指導(dǎo)、關(guān)心和幫助過(guò)老師、領(lǐng)導(dǎo)及同學(xué)。謝謝了！