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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(shí)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(diǎn)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(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(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(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(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?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(shí)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(diǎn)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(dú)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(diǎn)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(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(diǎn)，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(diǎn)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(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計算每個負(fù)載點(diǎn)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(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(diǎn)，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(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下： （24） 其中是在第i個接觸點(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(diǎn)進(jìn)行修改為： （25） 其中是在第i個夾緊點(diǎn)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(diǎn)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(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(diǎn)（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(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過的排序算法計算每個采樣點(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(diǎn)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?yàn)閺淖畛跬ㄟ^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(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個采樣點(diǎn)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(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。 寧XX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(論文) 閥體工藝規(guī)程制定與夾具設(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 II 閥體工藝規(guī)程制定與夾具設(shè)計 摘 要 本次設(shè)計內(nèi)容涉及了機(jī)械制造工藝及機(jī)床夾具設(shè)計、金屬切削機(jī)床、公差配合與測量等多方面的知識。 閥體零件的工藝規(guī)程及銑Φ75凸臺面及鉆、攻4-M8螺紋的工裝夾具設(shè)計是包括零件加工的工藝設(shè)計、工序設(shè)計以及專用夾具的設(shè)計三部分。在工藝設(shè)計中要首先對零件進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)。 關(guān)鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。 蘇州科技學(xué)院天平學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） The planning process and fixture design Abstract This design involves the machinery manufacturing process and fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measurement and other aspects of knowledge. Process planning and milling Phi body parts of the 75 convex table and drilling, tapping the 4-M8 thread fixture design process design, including the parts processing process design and fixture three. In the process of design should first of all parts for analysis, to understand the parts of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design a part of the process route; then the parts of each step of the process dimension calculation, is the key to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then the special fixture fixture design, selection of the various components, such as the connecting part positioning element, clamping elements, guiding elements, fixture and machine tools and other components; the positioning errors calculated fixture positioning, analysis the rationality and shortcoming of the fixture structure, pay attention to improve and design in later. Key words: Technology, process, cutting dosage, clamping, positioning I 蘇州科技學(xué)院天平學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 第1章 緒論 1 1．1引言 1 1．2機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用 1 1．3閥體常用材料說明 1 1．4課題背景及發(fā)展趨勢 2 第2章 工藝規(guī)程設(shè)計 3 2．1毛坯的制造形式 3 2．2零件分析 3 2．3 基面的選擇 4 2.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇原則 4 2.3.2精基準(zhǔn)選擇的原則 4 2．4制定工藝路線 5 2．5機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6 2．6確定切削用量及基本工時 8 第3章鉆M18底孔孔夾具設(shè)計 24 3.1研究原始質(zhì)料 24 3.2定位基準(zhǔn)的選擇 24 3.3 切削力及夾緊力的計算 24 3.4誤差分析與計算 25 3.5 零、部件的設(shè)計與選用 26 3.5.1定位銷選用 26 3.5.3 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計與選用 27 3.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 28 3.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明 30 總 結(jié) 30 致 謝 31 參 考 文 獻(xiàn) 32 34 第1章 緒論 1．1引言 閥體 英文：Valve body 是閥門中的一個主要零部件；根據(jù)壓力等級有不同的機(jī)械制造方法。例如：鑄造、鍛造等。 中低壓規(guī)格的閥體通常采用鑄造工藝生產(chǎn)閥體。 中高壓規(guī)格的閥體采用鍛造工藝生產(chǎn)。 與閥芯以及閥座密封圈一起形成密封后能夠有效承受介質(zhì)壓力。 1．2機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用 機(jī)械加工工藝規(guī)程是指規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件。 制訂工藝規(guī)程的原則是保證圖樣上規(guī)定的各項技術(shù)要求，有較高的生產(chǎn)效率，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益高，勞動條件良好。 制訂工藝規(guī)程的程序： 1、 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型 2、 分析產(chǎn)品裝配圖，對零件圖樣進(jìn)行工藝審查 3、 確定毛坯種類、形狀、尺寸及精度 4、 制訂工藝路線 5、 進(jìn)行工序設(shè)計（確定各工序加工余量、切削用量、工序尺寸及公差、選擇工藝裝備，計算時間定額等。） 1．3閥體常用材料說明 1.灰鑄件 灰鑄件閥以其價格低廉、適用范圍廣而應(yīng)用在工業(yè)的各個領(lǐng)域。它們通常用在水、蒸汽、油和氣體為介質(zhì)的情況下，并廣泛地應(yīng)用于化工、印染、油化、紡織和許多其它對鐵污染影響少或沒有影響到的工業(yè)產(chǎn)品上。適用于工作溫度在-15～200℃之間，公稱壓力PN≤1.6MPa的低壓閥門。 2. 球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是鑄鐵的一種，這種鑄鐵，團(tuán)狀或球狀石墨取代了灰鑄鐵中的片狀石墨。這種金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變使它的機(jī)械性能比普通的灰鑄鐵要好，而且不損傷其它性能。所以，用球墨鑄鐵制造的閥門比那些用灰鑄鐵制造的閥門使用壓力更高。適用于工作溫度在–30～350℃之間，公稱壓力PN≤4.0MPa的中低壓閥門。 適用介質(zhì)為水、海水、蒸汽、空氣、煤氣、油品等。 3. 碳素鋼 起初發(fā)展鑄鋼是為適應(yīng)那些超出鑄鐵閥和青銅閥能力的生產(chǎn)需要。但由于碳鋼閥總的使用性能好，并對由熱膨脹、沖擊載荷和管線變形而產(chǎn)生應(yīng)力的抵抗強(qiáng)度大，就使它的使用范圍擴(kuò)大，通常包括了用鑄鐵閥和青銅閥門的工況條件。 適用于工作溫度在–29～425℃之間的中高壓閥門。其中16Mn、30Mn作溫度為–40～400℃之間，常用來替代ASTM A105。適用介質(zhì)為飽和蒸汽和過熱蒸汽。高溫和低溫油品、液化氣體、壓縮空氣、水、天燃?xì)獾? 1．4課題背景及發(fā)展趨勢 當(dāng)今世界正經(jīng)歷著一場新的技術(shù)革命，新概念、新理論、新方法、新工藝不斷出現(xiàn)，作為向各行各業(yè)提供裝備的機(jī)械工業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展。 機(jī)床夾具已成為機(jī)械加工時的重要裝備，同時是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)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)也正朝著高精、高效、模塊、組合、通用 、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。機(jī)床夾具的主要功能是使工件定位夾緊，使工件相對于刀具及機(jī)床占有正確的加工位置，保證其被加工表面達(dá)到工序所規(guī)定的技術(shù)要求，工件定位后，經(jīng)夾緊裝置施力于工件，將其固定夾牢，使其在加工過程中不致因切削力、重力、離心力等外力作用而發(fā)生位置改變。為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。 安裝方法有找正法和用專用夾具，找正法用于單件、小批生產(chǎn)中，而專用夾具用于生產(chǎn)批量較大或特殊需要時。 第2章 工藝規(guī)程設(shè)計 2．1毛坯的制造形式 零件材料為HT300，由于零件成批生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，選用砂型鑄造，采用機(jī)械翻砂造型，鑄造精度為9級，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產(chǎn)率和保證加工精度上考慮也是應(yīng)該的。 2．2零件分析 要對該零件的槽、平面和孔進(jìn)行加工。具體加工要求如下： ?160mm的端面 粗糙度6.3 ? 86mm的端面 粗糙度6.3 ? 57mm的孔 粗糙度12.5 ? 48H7mm的孔 粗糙度3.2 ? 70.6H11mm的孔 粗糙度6.3 60mm的孔 粗糙度6.3 ? 54H7mm的孔 粗糙度3.2 M602-6H螺紋 公差等級IT6 粗糙度6.3 4- ?14mm的孔 粗糙度12.5 ?75mm的凸臺面 粗糙度12.5 ?32mm的凸臺面 粗糙度12.5 M482-6H螺紋 公差等級IT6 粗糙度12.5 M181.5-6H螺紋 公差等級IT6 粗糙度12.5 4-M8-6H螺紋 公差等級IT6 粗糙度12.5 對其加工的技術(shù)要求： 1.鑄件應(yīng)符合JB/T 6431-92《容積式壓縮機(jī)用灰鑄鐵技術(shù)要求》的規(guī)定。 2.鑄件表面應(yīng)光潔，不得有型砂、芯砂、澆冒口、多肉、結(jié)疤及粘沙等存在，加工表面不應(yīng)有影響質(zhì)量的裂紋、縮松、砂眼和鐵豆、碰傷及刻痕等缺陷。 3.未注圓角半徑R6。 4.留有加工余量的表面硬度（190%p30）HB。 5.材料:HT300。 2．3 基面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一?；孢x擇的正確、合理，可以保證質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴(yán)重的還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法進(jìn)行。 2.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇原則 1）如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面 之間的位置要求，應(yīng)以不加工表面作為粗基準(zhǔn)。如果在工件上有很多不需加工的表面，則應(yīng)以其中與加工面位置精度要求較高的表面作粗基準(zhǔn)。 2）如果必須首先保證工件某重要表面的加工余量均勻，應(yīng)選擇該表面作精基準(zhǔn)。 3）如需保證各加工表面都有足夠的加工余量，應(yīng)選加工余量較小的表面作粗基準(zhǔn)。 4）選作粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒有澆口、冒口、飛邊等缺陷，以便定位可靠。 5）粗基準(zhǔn)一般只能使用一次，特別是主要定位基準(zhǔn)，以免產(chǎn)生較大的位置誤差。 對于類似回轉(zhuǎn)類零件，一般選用外圓面作這定位粗基準(zhǔn)，本套設(shè)計采用?86外圓面作為定位粗基準(zhǔn)。 2.3.2精基準(zhǔn)選擇的原則 選擇精基準(zhǔn)時要考慮的主要問題是如何保證設(shè)計技術(shù)要求的實(shí)現(xiàn)以及裝夾準(zhǔn)確、可靠、方便。 精基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求： 1） 用設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”，以免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。 2） 當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位可以較方便地加工很多表面時，應(yīng)盡可能采用此組精基準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)統(tǒng)一”，以免生產(chǎn)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。 3） 當(dāng)精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時，應(yīng)選擇加工表面本身作為精基準(zhǔn)，即遵循“自為基準(zhǔn)”原則。該加工表面與其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。 4） 為獲得均勻的加工余量或較高 的位置精度，可遵循“互為基準(zhǔn)”、反復(fù)加工的原則。 5） 有多種方案可供選擇時應(yīng)選擇定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定、夾緊可靠，可使夾具結(jié)構(gòu)簡單的表面作為精基準(zhǔn)。 由上及零件圖知，選用Φ48H7孔、一個Φ14孔及Φ160端面作為定位精基準(zhǔn)。 2．4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)以確定為大批生產(chǎn)的條件下，可采用通用機(jī)床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)效率。除此以外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便降低生產(chǎn)成本。 工藝方案一： 工序01鑄造 工序02人工時效 工序03車?160mm的端面 工序04車?86mm的端面 工序05锪?57mm深3mm孔，粗鏜、半精鏜?48H7mm孔并倒C1 锪?70.6H11深3.5mm孔，鏜?60mm孔并倒角C1 工序06锪?70.6H11深3.5mm孔；粗鏜、半精鏜?54H7孔 鏜?54mm孔至?56mm攻絲M602-6H螺紋并倒角C2 工序07鉆4-?14mm孔 工序08銑?75mm的凸臺面 工序09銑?32mm的凸臺面 工序10 鏜、攻M482-6H螺紋并倒倒C2 工序11 鉆、攻M181.5-6H螺紋 工序12 鉆、攻4-M8-6H螺紋 工序13 去毛刺 工序14 檢驗(yàn)至圖紙要求并入庫 工藝方案二： 工序01鑄造 工序02人工時效 工序03車?160mm的端面 工序04車?86mm的端面 工序05锪?57mm深3mm孔，粗鏜、半精鏜?48H7mm孔并倒C1 锪?70.6H11深3.5mm孔，鏜?60mm孔并倒角C1 工序06锪?70.6H11深3.5mm孔；粗鏜、半精鏜?54H7孔 鏜?54mm孔至?56mm攻絲M602-6H螺紋并倒角C2 工序07銑?75mm的凸臺面 工序08銑?32mm的凸臺面 工序09鏜、攻M482-6H螺紋并倒倒C2 工序10 鉆、攻M181.5-6H螺紋 工序11：鉆4-?14mm孔 工序12 鉆、攻4-M8-6H螺紋 工序13 去毛刺 工序14 檢驗(yàn)至圖紙要求并入庫 工藝方案的比較與分析： 上述兩個方案的差別在于，方案一把4-14mm孔的加工放得相對靠前，方案二則相反，采用方案一的好處在于，4-14mm孔早早加工出來，為后面工序的加工，提供了定位基準(zhǔn)，節(jié)約了后序加工的工時及夾具設(shè)計的難度，故采用方案一。 2．5機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 1. ?160mm端面的加工余量 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。一步車削即可滿足其精度要求。 2. ? 86mm端面的加工余量 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。一步車削即可滿足其精度要求。 3. ? 57mm孔的加工余量 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。一步鏜削即可滿足其精度要求。 4. ? 48H7mm孔的加工余量 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。二步鏜削，粗鏜——半精鏜即可滿足其精度要求。 5. ? 70.6H11mm孔的加工余量 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。一步锪孔即可滿足其精度要求。 6. 60mm孔的加工余量 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。一步鏜孔即可滿足其精度要求。 7. ? 54H7mm孔加工余量 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。二步鏜孔即粗鏜——半精鏜可滿足其精度要求。 8. M602-6H螺紋 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=3.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。 9. 4- ?14mm孔的加工余量 孔的尺寸不大，采用實(shí)心鑄造。 10. ?75mm的凸臺面 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。一步銑削即可滿足其精度要求。 11. ?32mm的凸臺面 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。一步銑削即可滿足其精度要求。 12. M482-6H螺紋 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4得鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,鑄件尺寸公差為CT9級，加工余量為MA-E級。 13. M181.5-6H螺紋 M181.5-6H螺紋尺寸小于30，故采用實(shí)心鑄造。 14. 4-M8-6H螺紋 4-M8-6H螺紋尺寸小于30，故采用實(shí)心鑄造。 2．6確定切削用量及基本工時 工序01 鑄造。 工序02 人工時效 工序03車?160mm的端面 1.工件材料：HT300 δb=220MPa 鑄造 加工要求：車?160mm的端面 刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸16x25mm,=90,=15, =12,=0.5mm 2．計算切削用量 1) 已知毛坯長度方向的加工余量為2.0+0..8 -0。7mm, =2.0mm 2) 進(jìn)給量f 根據(jù)《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》中表2.4-3,當(dāng)?shù)稐U尺寸為16×25 mm，>1~3mm,以及工件直徑為160時，f =0.10~0.35mm/r 按CA6140車床說明書（見切削手冊）取 f =0.16mm/r 3) 計算切削速度，按《切削手冊》表1.27,切削速度的計算公式為(壽命T=60min) (m/min) 其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28,即=1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。 所以 1.440.81.040.810.97=158.6(m/min) 4)確定機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速 ns== 316r/min 按機(jī)床說明書(見《工藝手冊》表4.2-8),與316r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為300r/min及400r/min。現(xiàn)選取=300r/min。 所以實(shí)際切削速度v=110r/min/。 5) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1 　　　L=80mm, =2.0mm, =0, =0 tm===1.708(min) 工序04車?86mm的端面 1.工件材料：HT300 δb=220MPa 鑄造 加工要求：車?86mm的端面 刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸16x25mm,=90,=15, =12,=0.5mm 2．計算切削用量 1) 已知毛坯長度方向的加工余量為2.0+0..8 -0。7mm, =2.0mm 2) 進(jìn)給量f 根據(jù)《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》中表2.4-3,當(dāng)?shù)稐U尺寸為16×25 mm，>1~3mm,以及工件直徑為160時，f =0.10~0.35mm/r 按CA6140車床說明書（見切削手冊）取 f =0.16mm/r 3) 計算切削速度，按《切削手冊》表1.27,切削速度的計算公式為(壽命T=60min) (m/min) 其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28,即=1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。 所以 1.440.81.040.810.97=158.6(m/min) 4)確定機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速 ns== 587r/min 按機(jī)床說明書(見《工藝手冊》表4.2-8),與587r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為500r/min及600r/min?，F(xiàn)選取=600r/min。 所以實(shí)際切削速度v=180r/min/。 5) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1 　　　L=43mm, =2.0mm, =0, =0 tm===0.469(min) 工序05锪?57mm深3mm孔，粗鏜、半精鏜?48H7mm孔并倒C1 锪?70.6H11深3.5mm孔，鏜?60mm孔并倒角C1 工步一：锪?57mm深3mm孔 1、加工條件 加工材料: HT300，硬度200~220HBS，鑄件。 工藝要求：孔徑d=57mm深3，精度H12~H13,用乳化液冷卻。 機(jī)床：選用T68鏜床專用夾具 2、選擇锪孔鉆 選擇高速鋼锪刀（如圖3所示），其直徑d=57mm 3．選擇切削用量 （1）選擇進(jìn)給量 按加工要求決定進(jìn)給量：根據(jù)《切削用量手冊》表2.7，當(dāng)鑄鐵硬度>200H 有。 （2）計算切削速度 根據(jù)《切削用量手冊》表2.15，當(dāng)鑄鐵硬度=200～220HBS時， , 當(dāng)d>20mm，v=200mm/min。 切削速度的修正系數(shù)為：，，，， 故=2001.01.00.751.0m/min=150 m/min = =838.1r/mm 根據(jù)T68型鏜床技術(shù)資料（見《簡明手冊》表4.2-12）可選擇n=800r/mm， 4．計算基本工時 根據(jù)公式 式中，，l=2mm，入切量及超切量由《切削用量手冊》表2.29查出，計算得， L=（2+6）mm=8mm 故有： t==0.004min 工步二：粗鏜、半精鏜?48H7mm孔并倒C1 1．加工條件 加工要求：粗鏜、半精鏜?48H7mm孔并倒C1，單側(cè)加工余量Z=2.0mm。 機(jī)床：選用T68金剛鏜床和專用夾具。 刀具：硬質(zhì)合金單刃鏜刀。 2、選擇切削用量 （1）選擇切削深度 由于單側(cè)加工余量Z=2.0mm，故可在二次鏜去全部余量，則=2.0mm (2)選擇進(jìn)給量 根據(jù)【6】《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表11-313，查得粗鏜時，硬質(zhì)合金刀頭，加工材料鑄鐵： =40-80m/min f=0.3-1.0mm/r 選擇=150m/min 則 根據(jù)《簡明手冊》表4.2-20～4.2-61，選擇，。 （3）計算基本工時 根據(jù)公式，式中，當(dāng)加工一個孔時l=56，， L=（56+1.0+3）mm=60mm 故有=min=0.162min 工步三：锪?70.6H11深3.5mm孔 1、加工條件 加工材料: HT300，硬度200~220HBS，鑄件。 工藝要求：孔徑d=70.6mm深3.5，精度H12~H13,用乳化液冷卻。 機(jī)床：選用T68鏜床專用夾具 2、選擇锪孔鉆 選擇高速鋼锪刀（如圖3所示），其直徑d=70.6mm 3．選擇切削用量 （1）選擇進(jìn)給量 按加工要求決定進(jìn)給量：根據(jù)《切削用量手冊》表2.7，當(dāng)鑄鐵硬度>200H 有。 （2）計算切削速度 根據(jù)《切削用量手冊》表2.15，當(dāng)鑄鐵硬度=200～220HBS時， , 當(dāng)d>20mm，v=200mm/min。 切削速度的修正系數(shù)為：，，，， 故=2001.01.00.751.0m/min=150 m/min = =676.6r/mm 根據(jù)T68型鏜床技術(shù)資料（見《簡明手冊》表4.2-12）可選擇n=700r/mm， 4．計算基本工時 根據(jù)公式 式中，，l=3.5mm，入切量及超切量由《切削用量手冊》表2.29查出，計算得， L=（3.5+6）mm=9.5mm 故有： t==0.034min 工步四：鏜?60mm孔并倒角C1 1．加工條件 加工要求：鏜?60mm孔并倒角C1，單側(cè)加工余量Z=2.0mm。 機(jī)床：選用T68金剛鏜床和專用夾具。 刀具：硬質(zhì)合金單刃鏜刀。 2、選擇切削用量 （1）選擇切削深度 由于單側(cè)加工余量Z=2.0mm，故可在二次鏜去全部余量，則=2.0mm (2)選擇進(jìn)給量 根據(jù)【6】《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表11-313，查得粗鏜時，硬質(zhì)合金刀頭，加工材料鑄鐵： =40-80m/min f=0.3-1.0mm/r 選擇=150m/min 則 根據(jù)《簡明手冊》表4.2-20～4.2-61，選擇，。 （3）計算基本工時 根據(jù)公式，式中，當(dāng)加工一個孔時l=36.5，， L=（36.5+2.0+3）mm=41.5mm 故有=min=0.056min 工序06锪?70.6H11深3.5mm孔；粗鏜、半精鏜?54H7孔 鏜?54mm孔至?56mm攻絲M602-6H螺紋并倒角C2 工步一：锪?70.6H11深3.5mm孔 1、加工條件 加工材料: HT300，硬度200~220HBS，鑄件。 工藝要求：孔徑d=70.6mm深3.5，精度H12~H13,用乳化液冷卻。 機(jī)床：選用T68鏜床專用夾具 2、選擇锪孔鉆 選擇高速鋼锪刀（如圖3所示），其直徑d=70.6mm 3．選擇切削用量 （1）選擇進(jìn)給量 按加工要求決定進(jìn)給量：根據(jù)《切削用量手冊》表2.7，當(dāng)鑄鐵硬度>200H 有。 （2）計算切削速度 根據(jù)《切削用量手冊》表2.15，當(dāng)鑄鐵硬度=200～220HBS時， , 當(dāng)d>20mm，v=200mm/min。 切削速度的修正系數(shù)為：，，，， 故=2001.01.00.751.0m/min=150 m/min = =676.6r/mm 根據(jù)T68型鏜床技術(shù)資料（見《簡明手冊》表4.2-12）可選擇n=700r/mm， 4．計算基本工時 根據(jù)公式 式中，，l=3.5mm，入切量及超切量由《切削用量手冊》表2.29查出，計算得， L=（3.5+6）mm=9.5mm 故有： t==0.034min 工步二：粗鏜、半精鏜?54H7孔 1．加工條件 加工要求：粗鏜、半精鏜?54H7孔，單側(cè)加工余量Z=2.0mm。 機(jī)床：選用T68金剛鏜床和專用夾具。 刀具：硬質(zhì)合金單刃鏜刀。 2、選擇切削用量 （1）選擇切削深度 由于單側(cè)加工余量Z=2.0mm，故可在二次鏜去全部余量，則=2.0mm (2)選擇進(jìn)給量 根據(jù)【6】《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表11-313，查得粗鏜時，硬質(zhì)合金刀頭，加工材料鑄鐵： =40-80m/min f=0.3-1.0mm/r 選擇=150m/min 則 根據(jù)《簡明手冊》表4.2-20～4.2-61，選擇，。 （3）計算基本工時 根據(jù)公式，式中，當(dāng)加工一個孔時l=91.5，， L=（91.5+1.0+3）mm=95.5mm 故有=min=0.258min 工步三：鏜?54mm孔至?56mm 1．加工條件 加工要求：鏜?54mm孔至?56mm，單側(cè)加工余量Z=1.0mm。 機(jī)床：選用T68金剛鏜床和專用夾具。 刀具：硬質(zhì)合金單刃鏜刀。 2、選擇切削用量 （1）選擇切削深度 由于單側(cè)加工余量Z=1.0mm，故可在二次鏜去全部余量，則=1.0mm (2)選擇進(jìn)給量 根據(jù)【6】《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表11-313，查得粗鏜時，硬質(zhì)合金刀頭，加工材料鑄鐵： =40-80m/min f=0.3-1.0mm/r 選擇=150m/min 則 根據(jù)《簡明手冊》表4.2-20～4.2-61，選擇，。 （3）計算基本工時 根據(jù)公式，式中，當(dāng)加工一個孔時l=26.5，， L=（26.5+1.0+3）mm=30.5mm 故有=min=0.052min 工步四：攻絲M602-6H螺紋并倒角C2 切削速度：參考有關(guān)手冊， 選取V=150mm/min f=0.1mm/r( 參考相關(guān)手冊) =(1000150)/(π60)=796.2r/mm 現(xiàn)選用T68鏜床 查《金屬機(jī)械加工手冊》選取 nw=800r/min f=0.25mm/r 實(shí)際切削速度為 =150.7m/min 切削工時 切入長度l1=2.0mm, 切出長度l2=3mm 加工長度l=26.5mm t= （l1+ l2+l）/ fmnw=（2.0+3+26.5）/（0.25800）=0.158min 工序07鉆4-?14mm孔 工件材料：灰鑄鐵HT150 刀具：高速鋼鉆頭 加工要求：鉆4-?14mm孔 切削速度：參考有關(guān)手冊， 選取V=45mm/min f=0.30mm/r( 參考相關(guān)手冊) =100045/（π14）=1024r/mm 現(xiàn)選用Z3025搖臂鉆床 查《金屬機(jī)械加工手冊》選取 nw=1000r/min f=0.28mm/r 實(shí)際切削速度為 =44.0m/min 切削工時 切入長度l1=7mm, 切出長度l2=3mm, 加工長度l=16mm nw=（7+3+16）/（0.281000）=0.0929min 總的工時T=4t=0.371min 工序08銑?75mm的凸臺面 切削速度：參考有關(guān)手冊， 選取V=200mm/min fz=0.2mm/z( 參考相關(guān)手冊) =1000200/（π75）=849.3r/mm 現(xiàn)選用X51立式銑床 查《金屬機(jī)械加工手冊》選取 nw=800r/min fm=0.2mm/min 實(shí)際切削速度為 =188.4m/min 切削工時 切入長度l1=2.0mm, 切出長度l2=0mm, 加工長度l=37.5mm =（2.0+0+37.5）/（8000.2）=0.247min 工序09銑?32mm的凸臺面 切削速度：參考有關(guān)手冊， 選取V=100mm/min fz=0.2mm/z( 參考相關(guān)手冊) =1000100/（π32）=995.2r/mm 現(xiàn)選用X51立式銑床 查《金屬機(jī)械加工手冊》選取 nw=1000r/min fm=0.2mm/min 實(shí)際切削速度為 =100.5m/min 切削工時 切入長度l1=2.0mm, 切出長度l2=0mm, 加工長度l=16mm =（2.0+0+16）/（10000.2）=0.090min 工序10 鏜、攻M482-6H螺紋并倒倒C2 工步一：鏜?40孔至?44 1．加工條件 加工要求：鏜?40mm孔至?44mm，單側(cè)加工余量Z=2.0mm。 機(jī)床：選用T68金剛鏜床和專用夾具。 刀具：硬質(zhì)合金單刃鏜刀。 2、選擇切削用量 （1）選擇切削深度 由于單側(cè)加工余量Z=2.0mm，故可在二次鏜去全部余量，則=2.0mm (2)選擇進(jìn)給量 根據(jù)【6】《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表11-313，查得粗鏜時，硬質(zhì)合金刀頭，加工材料鑄鐵： =40-80m/min f=0.3-1.0mm/r 選擇=150m/min 則 根據(jù)《簡明手冊》表4.2-20～4.2-61，選擇，。 （3）計算基本工時 根據(jù)公式，式中，當(dāng)加工一個孔時l=30，， L=（30+2.0+3）mm=35mm 故有=min=0.047min 工步二：攻M482-6H螺紋并倒倒C2 切削速度：參考有關(guān)手冊， 選取V=150mm/min f=0.1mm/r( 參考相關(guān)手冊) =(1000150)/(π48)=995.2r/mm 現(xiàn)選用T68鏜床 查《金屬機(jī)械加工手冊》選取 nw=1000r/min f=0.25mm/r 實(shí)際切削速度為 =150.7m/min 切削工時 切入長度l1=2.0mm, 切出長度l2=3mm 加工長度l=30mm t= （l1+ l2+l）/ fmnw=（2.0+3+30）/（0.251000）=0.140min 工序11 鉆、攻M181.5-6H螺紋 工步一：鉆M181.5-6H螺紋底孔￠15 工件材料：灰鑄鐵HT300 刀具：高速鋼鉆頭 (1)鉆￠15孔 刀具：高速鋼鉆頭 切削速度：參考有關(guān)手冊， 選取V=48.5mm/min f=0.15mm/r( 參考相關(guān)手冊) 現(xiàn)選用Z525立式鉆床 查《金屬機(jī)械加工手冊》選取 nw=1000r/min f=0.25mm/r 實(shí)際切削速度為 =47.1m/min 切削工時 切入長度l1=2.0mm, 切出長度l2=3mm 加工長度l=20mm t= (l1+ l2+ l )/ fmnw=(2.0+3+20)/(0.251000)=0.100min 工步二：攻M181.5-6H螺紋 切削速度：參考有關(guān)手冊， 選取V=50mm/min f=0.1mm/r( 參考相關(guān)手冊) =(100050)/(π18)=884.6r/mm 現(xiàn)選用T68鏜床 查《金屬機(jī)械加工手冊》選取 nw=800r/min f=0.25mm/r 實(shí)際切削速度為 =45.2m/min 切削工時 切入長度l1=1.5mm, 切出長度l2=0mm 加工長度l=20mm t= （l1+ l2+l）/ fmnw=（1.5+0+20）/（0.25800）=0.106min 工序12 鉆、攻4-M8-6H螺紋 工步一：鉆4-M8-6H螺紋底孔?6.8 工件材料：灰鑄鐵HT300 刀具：高速鋼鉆頭 (1)鉆￠6.8孔 刀具：高速鋼鉆頭 切削速度：參考有關(guān)手冊， 選取V=21mm/min f=0.15mm/r( 參考相關(guān)手冊) 現(xiàn)選用Z3025搖臂鉆床 查《金屬機(jī)械加工手冊》選取 nw=1000r/min f=0.25mm/r 實(shí)際切削速度為 =21.4m/min 切削工時 切入長度l1=3.4mm, 切出長度l2=3mm 加工長度l=16mm t= (l1+ l2+ l )/ fmnw=(3.4+3+16)/(0.251000)=0.0896min 總的工時：T=4t=0.358min 工步二：攻4-M8-6H螺紋 切削速度：參考有關(guān)手冊， 選取V=21mm/min f=0.1mm/r( 參考相關(guān)手冊) =(100021)/(π8)=836.0r/mm 現(xiàn)選用T68鏜床 查《金屬機(jī)械加工手冊》選取 nw=800r/min f=0.25mm/r 實(shí)際切削速度為 =20.1m/min 切削工時 切入長度l1=0.6mm, 切出長度l2=3mm 加工長度l=16mm t= （l1+ l2+l）/ fmnw=（0.6+3+16）/（0.25800）=0.098min 總的工時：T=4t=0.392min 工序13 去毛刺 工序14 檢驗(yàn)至圖紙要求并入庫 第3章鉆M18底孔孔夾具設(shè)計 3.1研究原始質(zhì)料 利用本夾具主要用來鉆M18底孔，并攻絲，因?yàn)榧庸ぞ炔桓?，故在加工中，主要目的是降低生產(chǎn)成本，減輕勞動強(qiáng)度從而來提高效率。 3.2定位基準(zhǔn)的選擇 要合理選擇定位基準(zhǔn)，不然會影響加工過程的質(zhì)量，進(jìn)而最終工件質(zhì)量。選擇不合適的基準(zhǔn)，故會增加加工過程或不合理工藝路線，導(dǎo)致夾具設(shè)計困難，最終達(dá)不到零件加工精度（特別位置精度）。所以我們應(yīng)該根據(jù)零件的技術(shù)要求，以保證加工精度的要求，定位基準(zhǔn)的合理選擇。以已加工好的端面作定位夾具。 由零件圖可知：在鉆孔前，平面進(jìn)行了粗、精銑加工，孔鉆、擴(kuò)、鉸加工。定位、夾緊方案： 為了在定位誤差范圍滿足要求，定位一面一 銷一擋塊，結(jié)構(gòu)中的定位是簡單易操作的。一邊是底平面圖的處理；在孔無位置公差要求，所以我們?yōu)槎ㄎ换鶞?zhǔn)設(shè)計的底面和兩個孔鉆的模式選擇，以滿足加工要求。底部和5自由度的兩個定位孔限制工件的定位。 3.3 切削力及夾緊力的計算 鉆孔選用：鉆床Z525，刀具鉆頭。 由文獻(xiàn)可得： 切削力公式： 式中 查表得： 其中： 即： 實(shí)際所需夾緊力： 有： 安全系數(shù)K可按： 式中：安全系數(shù) 所以 通過計算實(shí)際夾緊力不大，夾具結(jié)構(gòu)簡單操作方便，采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。 取，， 查文獻(xiàn)移動螺旋夾緊時夾緊力計算： 式中參數(shù)由文獻(xiàn)查得： 螺旋夾緊力： 由上述計算易得： 通過計算實(shí)際所需夾緊力不大，該夾具具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，決定使用手動螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。 3.4誤差分析與計算 該夾具以底面、中心孔定位基準(zhǔn)， 該孔1次性加工即可滿足要求。 由文獻(xiàn)可得： ⑴銷的定位誤差 ： 其中： ， ， ， ⑵ 夾緊誤差 ： 其中接觸變形位移值： 查[5]表1～2～15有。 ⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過 ⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取 誤差總和： 從以上、所設(shè)計的夾具滿足零件加工精度要求。 3.5 零、部件的設(shè)計與選用 3.5.1定位銷選用 本夾具用可換定位銷定位 表3.1可換定位銷 d H D 公稱 允差 12～18 16 15 ～0.011 22 5 1 4 M12 4 3.5.3 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計與選用 為了減少輔助時間采用可換鉆套，以來滿足達(dá)到孔的加工的要求。 圖3.1 可換鉆套 鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下 表3.4 鉆套 d H D 公稱 允差 6 12 12 +0.018 +0.007 22 18 10 4 9 0.5 18 襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖3.2 固定襯套 其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下 表3.5 固定襯套 d H D C 公稱 允差 公稱 允差 12 +0.034 +0.016 12 18 +0.023 +0.012 0.5 2 3.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 對夾具體的設(shè)計的基本要求 （1）應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應(yīng)該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。 （2）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應(yīng)有足夠的厚度，剛度可以適當(dāng)加固。 （3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯 夾較大的工件的外觀，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強(qiáng)度）前提下，應(yīng)能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單。 （4）應(yīng)便于鐵屑去除 在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應(yīng)在夾具體上面。 （5）安裝應(yīng)牢固、可靠 夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)夾安裝在重力的中心，夾具應(yīng)盡可能低，支撐面積應(yīng)足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結(jié)構(gòu)，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。 加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設(shè)計，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外，夾點(diǎn)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點(diǎn)，在設(shè)計中還應(yīng)考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設(shè)計，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑。 3.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明 本夾具用于在鉆床上加工鉆M18底孔。在底部平面工件的定位基準(zhǔn)，中心孔，實(shí)現(xiàn)完全定位在定位環(huán)。手動螺旋夾持工件。夾緊機(jī)構(gòu)，操作簡單，夾緊可靠。 如前所述，夾具設(shè)計，為了提高生產(chǎn)率，首先想到的是如何安裝，拆卸方便，本程序是鉸鏈板。鉆模的表面，所以主要的鉆削力，因?yàn)殂@削力向下，鉸鏈板壓得我們使用，減少壓力，鉆削力和夾緊力的方向是相同的，它是更容易保證工件的穩(wěn)定性，我們采用定位銷和固定銷定位，當(dāng)我們把工件旋轉(zhuǎn)，工件，使工件固定在固定腳的位置，然后用鉸鏈板，將鉆模板，它是在工件的開始水平位置，當(dāng)我們?nèi)∠鹿ぜ?，先打開翻蓋式鉆模板，然后松開鉸鏈板，可去除工件。 總 結(jié) 在本次畢業(yè)設(shè)計中，我們將設(shè)計主要分為兩大部分進(jìn)行：工藝編制部分和夾具設(shè)計部分。 在工藝部分中，我們涉及到要確定各工序的安裝工位和該工序需要的工步，加工該工序的機(jī)車及機(jī)床的進(jìn)給量，切削深度，主軸轉(zhuǎn)速和切削速度，該工序的夾具，刀具及量具，還有走刀次數(shù)和走刀長度，最后計算該工序的基本時間，輔助時間和工作地服務(wù)時間。其中，工序機(jī)床的進(jìn)給量，主軸轉(zhuǎn)速和切削速度需要計算并查手冊確定。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我對大學(xué)四年所學(xué)的知識有了一次全面的綜合運(yùn)用，也學(xué)到了許多上課時沒涉及到的知識，尤其在利用手冊等方面，對今后畢業(yè)出去工作都有很大的幫助。另外，在這次設(shè)計當(dāng)中，指導(dǎo)老師在大多數(shù)時間犧牲自己的寶貴休息時間，對我們進(jìn)行細(xì)心的指導(dǎo)，我對他們表示衷心的感謝！老師，您辛苦了！ 在這次畢業(yè)設(shè)計中，我基本完成了畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)，達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計的目的，但是，我知道自己的設(shè)計還有許多不足甚至錯誤，希望老師們能夠諒解，謝謝！ 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計受到了院系各級領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，得到了全校教師的大力支持與幫助。在此，我衷心的向你們道一聲：你們辛苦了。 通過畢業(yè)設(shè)計，是對我們四年來所學(xué)知識的綜合的檢測，更是一個對所學(xué)知識的回顧及綜合復(fù)習(xí)的過程；對機(jī)械繪圖、工程材料、機(jī)械設(shè)計、夾具設(shè)計等過程等都有了更進(jìn)一步的認(rèn)識。 感謝院系領(lǐng)導(dǎo)給了我足夠時間來完成整套夾具設(shè)計，在設(shè)計過程中，得到了老師和同學(xué)的幫助與指導(dǎo)，在此表示感謝；也對做相關(guān)題目的同學(xué)的資助表示感謝，感謝他們在模具設(shè)計過程中對我的幫助和指導(dǎo)，尤其對擔(dān)任本次設(shè)計的指導(dǎo)老師表示深深敬意，在設(shè)計過程中遇到一些困難，在老師的幫助下我才順利的完成了該夾具的設(shè)計，他對我設(shè)計過程中出現(xiàn)的疏忽與不足之處提出批評與修改建議，使我的設(shè)計的夾具最終更加的完善。 這次設(shè)計我深知有很多不足，在此懇請大家給予指導(dǎo)。 參 考 文 獻(xiàn) 1， 鄒青 主編 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 2004，8 2， 趙志修 主編 機(jī)械制造工藝學(xué) 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 1984，2 3， 孫麗媛 主編 機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo) 北京：冶金工業(yè)出版社 2002，12 4， 李洪 主編 機(jī)械加工工藝手冊 北京： 北京出版社 1990，12 5， 鄧文英 主編 金屬工藝學(xué) 北京： 高等教育出版社 2000 6， 黃茂林 主編 機(jī)械原理 重慶： 重慶大學(xué)出版社 2002，7 7， 丘宣懷 主編 機(jī)械設(shè)計 北京： 高等教育出版社 1997 8， 儲凱 許斌 等主編 機(jī)械工程材料 重慶： 重慶大學(xué)出版社 1997，12 9， 廖念釗 主編 互換性與技術(shù)測量 北京： 中國計量出版社 2000，1 10，樂兌謙 主編 金屬切削刀具 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 1992，12 11，李慶壽 主編 機(jī)床夾具設(shè)計 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 1983，4 12，陶濟(jì)賢 主編 機(jī)床夾具設(shè)計 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 1986，4 13， 機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)圖冊 貴州：貴州人民出版社 1983，7 14，龔定安 主編 機(jī)床夾具設(shè)計原理 陜西：陜西科技出版社，1981,7 15，李益民 主編 機(jī)械制造工藝學(xué)習(xí)題集 黑龍江： 哈兒濱工業(yè)大學(xué)出版社 1984, 7 16, 周永強(qiáng)等 主編 高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo) 北京： 中國建材工業(yè)出版社 2002,12