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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 布什伍德拉夫機械工程學院 佐治亞理工學院 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 進而影響工件的最終加工質量 這種效應可通過最小化夾具設 計優(yōu)化 夾緊力是一個重要的設計變量 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 銑夾具的例子進行了分析 關鍵詞 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被報道 參考文獻 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)的有限元基礎研究人員 一直重點關注的夾具布局優(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整夾緊力強度的 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 獨特的三維夾具可以處理超過 6 個自由度的裝夾 復和倪 14 也提出迭代搜索方法 通過假設已知摩擦力的方向來推導計算最小 夾緊力 該剛體分析的主要限制因素是當出現(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 第 1 頁 共 15 頁 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 對嚴格的工件 該夾具在機械加工工件的位置會受夾具點的局部彈性變形的強 烈影響 Hockenberger 和得墨忒耳 16 使用經(jīng)驗的接觸力變形的關系 稱為元功 能 解決由于夾緊和準靜態(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 其算法的應用沒有討論機械加工刀具路徑負載有限序列 李和 Melkote 19 和烏爾塔多和 Melkote 20 用接觸力學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)受到準靜態(tài)加 載的最佳夾緊力為基礎的彈性方法 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 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 受到準靜態(tài)負載 夾緊力可假定為在加工過程中保持不變 這個假設是有效的 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 假設總觸剛度 見圖 1 第 i 夾具接觸力局部變形如下 1 iijjFkd 其中 j x y z 表示 在當?shù)刈幼鴺讼登芯€和法線方向的接觸剛度ij 第 2 頁 共 15 頁 圖1 彈簧夾具 工件接觸模型 表示在第i個ixyz 接觸處的坐標系 j x y z 是對應沿著 xyz方向的彈性變形 分別 j x y z 的代表ijd 和 切向力接觸 法線力接觸 ixFiyizF 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iPiR 面工件表面之間 這可從封閉赫茲的辦法解決縮進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 23 第 93 頁 中給出如下 in 2 1 3296 iiniPRE 其中 式中 和 是工件和夾具的彈性模量 22 11fw wEf w 分別是工件和材料的泊松比 f 切向變形 沿著 和 切線方向 硅業(yè)切力距ity iittx 或 者 ixiy 有以下形式 文獻 23 第 217 頁 iyQiix或 者 3 t28 ifi wiaG 其中 分別是工件和夾具剪切模量 1 3134ifi wPRE fGw 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 第 3 頁 共 15 頁 4 1 32 68 9iizREk 5 1 24jii iwxy zf kG 正常的力被假定為從 0 到 1000N 且最小二乘擬合相應的 R2 值認定是 0 94 2 夾緊力優(yōu)化 我們的目標是確定最優(yōu)夾緊力 將盡量減少由于工件剛體運動過程中 局 部的夾緊和加工負荷引起的彈性變形 同時保持在準靜態(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)這個目標是通過制 定一個多目標約束優(yōu)化問題的問題 如下描述 2 1 目標函數(shù)配方 工件旋轉 由于部隊輪換往往是相當小 17 的工件定位誤差 假設為確定其剛體翻譯基本上 其中 和TwwdXYZ wX wY 是 沿 和 三個正交組件 見圖 2 Zxgygz 圖 2 工件剛體平移和旋轉 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 2L 第 4 頁 共 15 頁 6 222wwwdXYZ 其中 表示一個向量二級標準 但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差 當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 TRRCXYZP 7 RC 其中夾緊力 是矢量 夾緊力的方向 矩陣 1 TLCC 1 TCLCRn 是夾緊力是矢量的方向余弦 和 coscosLiLiiin i i Li 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 gXYgZ 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zkii 的所有定位器正常剛度 相乘 并假設工件 取決于 zks xNyzgXY 的方向 各自的等效接觸剛度可有下式 計算gZ 111 XYZNNssszizizikk 和 得出 見圖 3 工件剛體運動 歸于夾緊行動現(xiàn)在可以寫成 wd 8 111XYZ TRRRwNNNsssziziziPPdkk 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 第一個目標函數(shù)可以寫為 2L 最小化 XYZ 222RRERCNNw111PP iii 9 第 5 頁 共 15 頁 要注意 加權因素是與等效接觸剛度成正比的在 和 方向上 通gXYgZ 過使用最低總能量互補參考文獻 15 23 的原則求解彈性力學接觸問題得出 A 的組成部分是唯一確定的 這保證了夾緊力和相應的定位反應是 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整 因此 總能量最小化的形式為補充的夾緊力優(yōu)化的第 二個目標函數(shù) 并給出 最小化 10 222iiiL CL CL Cx 111FFUW kkyziii TQ 其中 代表機構的彈性變形應變能互補 代表由外部力量和力矩配合 W 完成 是遵守對角矩陣的 和Q1 LCxyzxyzcc 1iijjck 是所有接觸力的載體 TxyzzFF 如圖 3 加權系數(shù) 計算確定的基礎2L 2 2 摩擦和靜態(tài)平衡約束 在 10 式優(yōu)化的目標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 22iiixyszFF is 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 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 6 頁 共 15 頁 11 iiixyszF 假設準靜態(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 0F 0M 其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機械加工力和工件重量 2 3 界接觸力 由于夾具 工件接觸是單側面的 法線的接觸力 只能被壓縮 這通過iP 以下的 的約束表 i 1 2 L C 13 iP0i 它假設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 工件材料的屈服強度 這個約束可寫為 yS i 1 2 L C 14 iyiPSA 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i 模型 可以寫成 最小化 15 12fTRCwQP 3 模型算法求解 式 15 多目標優(yōu)化問題可以通過求解約束 24 這種方法將確定的目標 作為首要職能之一 并將其轉換成一個約束對 該補充 的主要目的是處1f 理功能 并由此得到夾緊力 作為約束的加權范數(shù) 最小化 對 為主要2f 2L1f 目標的選擇 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 范數(shù) 的約束轉換涉及到一個指定的加權范數(shù) 小于或等于 其中 是 2Lf 2L 的約束 假設最初所有夾緊力不明確 要確定一個合適的 在定位和夾緊f 點的接觸力的計算只考慮第一個目標函數(shù) 即 雖然有這樣的接觸力 并不1f 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 7 頁 共 15 頁 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 這些夾緊力的加權系數(shù) 通過計算并作為2L 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 12TfQ 由 11 14 得 RCwP 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RCwP 可能降低 上限 由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權范數(shù) 迭代次數(shù) K 終止搜 2L 索取決于所需的預測精度 和 有參考文獻 15 TwxyzTiiiziidrXYZ 2Klog 17 其中 表示上限的功能 完整的算法在如圖 4 中給出 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 8 頁 共 15 頁 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 9 頁 共 15 頁 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 相應的夾緊力和最 佳的加工負荷獲得將由圖 4 算法獲得 這大大增加了計算負擔 并要求為選擇 的夾緊力提供標準 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 沿相應的刀具路徑設 置的產(chǎn)生 m 個最佳夾緊力 選擇記為 在每個采樣點 1optP2t3optPopt 考慮以下四個最壞加工負荷向量 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 10 頁 共 15 頁 max1axTXYZF 2maxaxTYXYZF 3maxaxTXYZF 4aTrXYZF 18 和 表示在 和 方向上的最大值 和 上gg 的數(shù)字 1 2 3 分別代替對應的 和 另外兩個正交切削分力 而且maxXYmaxZ 有 222maxrXYZFF 雖然 4 個最壞情況加工負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)的進給速度中 刀具旋轉一次出現(xiàn)一次 負載向量引入的誤差可忽略 因此 在這項工作中 四個載體負載適用于同一位置 但不是同時 對工件進 行的采樣 夾緊力的優(yōu)化算法圖 4 對應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 max12 TiiijjcjPC 其中 是最佳夾緊力的四個情況下的加工負荷載體 C 1 2 C 是每ij ikjC 個相應的夾具在第 i 個樣本點和第 j 負荷情況下力的大小 是計算每個負maxijP 載點之后的結果 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 maxkC k 1 2 C 20 maxikkjC 只要這些具備 就得到一套優(yōu)化的夾緊力 驗證這Tmaxax12C optP 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optP 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 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 11 頁 共 15 頁 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 隨后 準靜態(tài) 加工負荷應用造成工件在夾具的移位 工件剛體運動的定義是由它在 和gXY 方向上的移位 和自轉 見圖 2 gZTdwwXYZ Twxyz 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Tiiixyzd 為相對于工件的質量中心的第 i 個位置矢量定位點 坐標變換定理 TiirXYZ 可以用來表達在工件的位移 以及工件自轉idwwXYZ 如下 21 wxyz 1Tii iiRrd 其中 表示旋轉矩陣 描述當?shù)卦诘?i 幀相聯(lián)系的全球坐標系和 是一個1iR wcR 旋轉矩陣確定工件相對于全球的坐標系的定位坐標系 假設夾具夾緊工件旋轉 由于旋轉 很小 故 也可近似為 w wcR 22 w 1R1zyzxyx 方程 21 現(xiàn)在可以改寫為 23 TiiidRBq 其中 是經(jīng)方程 21 重新編排后變換得到的矩 ii ii10YBZ0Xi 陣式 是夾緊和加工導致的工件剛體運動矢量 yqTwwxzX 工件與夾具單方面接觸性質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 的關系如下 iFid 24 0 iiiKdzFotherws 其中 是在第 i 個接觸點由于夾緊和加工負荷造成的變形 意 Tiz 0iz 味著凈壓縮變形 而負數(shù)則代表拉伸變形 是表示在本地坐標iixyzKdagk 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 12 頁 共 15 頁 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 01Tze 動夾具 根據(jù)對外加工負荷 故在法線方向的夾緊力的強度保持不變 因此 必須對方程 24 的夾緊點進行修改為 25 TyiiixFp 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 1i EF 矢量 并結合方程 23 25 與靜態(tài)平衡方程 得到下面的方程組 26 1L C1 0iEiiiRFfr 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 rrTXYZmm 現(xiàn)在可以計算如下 27 rmBq 其中 是考慮工件中心加工點的位置向量 且rTmXYZ 100mmYBX 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 應用于工件負載準靜態(tài)銑削序列 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 13 頁 共 15 頁 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 16L 和 全球坐標系 gXYgZ 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 使用伊利諾伊大學開發(fā) EMSIM 程序 參考文獻 26 對加工瞬時銑削力條件進行了計算 如表 2 給出例 1 應 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 和結束時 127 0 毫米 25 4 毫米 34 3 毫米 四種情況下加工負荷載體 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 14 頁 共 15 頁 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 15 頁 共 15 頁 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 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 16 頁 共 15 頁 表 6 中 5 個坐標列出了為模擬抽樣調查點 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載載體最后的夾緊力和負載 7 結果與討論 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 見圖 7 由此得到的夾緊力加權范數(shù) 有如2L 下形式 結果表明 最佳夾緊力所述加工 222 3RRRCXYZPP 條件下有比初步夾緊力強度低得多的加權范數(shù) 最初的夾緊力是通過減少工2L 件的夾具系統(tǒng)補充能量算法獲得 由于夾緊力和負載造成的工件的定位誤差 如表 7 結果表明工件旋轉小 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用于銑削 負載到工件 他應用于工件銑削負載一個序列 最佳的夾緊力 對應列表 6 每個樣本點 隨著最后的最佳夾緊 maxaxmax iiiiij yzrPP 力 在每個采樣點的加權范數(shù) 和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖 10 在每個采樣opt 2L 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 17 頁 共 15 頁 點的加權范數(shù) 的 和 繪制 2LmaxiPaxiymaxizaxirP 結果表明 由于每個 組成部分是各相應的最大夾緊力 它具有最高的加opt 權范數(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2 緊力 則夾緊力需相應設置 有比 相當大的加權范數(shù) 故 是一個inPopt 2LoptP 完整的刀具路徑改進方案 上述模擬結果表明 該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對 于初始夾緊力的強度 這種做法將減少所造成的夾緊力的加權范數(shù) 因此將2 提高工件的定位精度 圖 10 8 結論 該文件提出了關于確定多鉗夾具 工件受準靜態(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的夾具與工件系統(tǒng)模型 并尋求 盡量減少應用到所造成的工件夾緊力的加權范數(shù) 得出工件的定位誤差 該2L 整體模型 制定一個雙目標約束優(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 剛度和阻尼效應在確定工件 夾具系統(tǒng)的響應特性具有重要作用 9 參考資料 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 18 頁 共 15 頁 1 J D Lee 和 L S Haynes 柔性夾具系統(tǒng)的有限元分析 交易美國 ASME 工程雜志工業(yè) 134 139 頁 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 ASME 制造科學與工程雜志 1996 318 324 頁 3 P Chandra S M Athavale R E DeVor 和 S G Kapoor 負載對表面平 整度的影響 工件夾具制造科學研討會論文集 1996 第一卷 146 152 頁 4 R J Menassa 和 V R DeVries 適用于選拔夾具設計與優(yōu)化方法 美國 ASME 工業(yè)工程雜志 113 412 414 1991 5 A J C Trappey C Su 和 J Hou 計算機輔助夾具分析中的應用有限元 分析和數(shù)學優(yōu)化模型 1995 ASME 程序 MED 777 787 頁 6 S N Melkote S M Athavale R E DeVor S G Kapoor 和 J Burkey 基于加工過程仿真的加工裝置作用力系統(tǒng)研究 NAMRI SME 207 214 頁 1995 7 考慮工件夾具 夾具接觸相互作用布局優(yōu)化模擬的結果 341 346 1998 8 E C DeMeter 快速支持布局優(yōu)化 國際機床制造 碩士論文 1998 9 Y C Chou V Chandru M M Barash 加工夾具機械構造的數(shù)學算法 分析和合成 美國 ASME 工程學報工業(yè) 1989 299 306 頁 10 S H Lee 和 M R Cutkosky 具有摩擦性的夾具規(guī)劃 美國 ASME 工業(yè)工程學報 1991 320 327 頁 11 S Jeng L Chen 和 W Chieng 最小夾緊力分析 國際機床制造 碩 士論文 1995 年 12 E C DeMeter 加工夾具的性能的最小 最大負荷標準 美國 ASME 工業(yè)工程雜志 1994 13 E C DeMeter 加工夾具最大負荷的性能優(yōu)化模型 美國 ASME 工 業(yè)工程雜志 1995 14 JH 復和 AYC 倪 核查和工件夾持的夾具設計 方案優(yōu)化 設計和制 造 4 碩士論文 307 318 1994 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計 外文翻譯 第 19 頁 共 15 頁 15 T H Richards 埃利斯 霍伍德 1977 應力能量方法分析 1977 16 M J Hockenberger and E C DeMeter 對工件準靜態(tài)分析功能位移在加 工夾具的應用程序 制造科學雜志與工程 325 331 頁 1996 XX 大學 課 程 設 計 論 文 直角管接頭加工工藝及車削 M22X1 5 夾具設計 所 在 學 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指 導 老 師 年 月 日 II 摘 要 直角管接頭零件加工工藝及夾具設計是包括零件加工的工藝設計 工序設計以及 專用夾具的設計三部分 在工藝設計中要首先對零件進行分析 了解零件的工藝再設 計出毛坯的結構 并選擇好零件的加工基準 設計出零件的工藝路線 接著對零件各 個工步的工序進行尺寸計算 關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量 然后進 行專用夾具的設計 選擇設計出夾具的各個組成部件 如定位元件 夾緊元件 引導 元件 夾具體與機床的連接部件以及其它部件 計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差 分析夾具結構的合理性與不足之處 并在以后設計中注意改進 關鍵詞 工藝 工序 切削用量 夾緊 定位 誤差 目 錄 摘 要 II 目 錄 III 第 1 章 序 言 5 第 2 章 零件的分析 6 2 1 零件的形狀 6 2 2 零件的工藝分析 6 第 3 章 工藝規(guī)程設計 7 3 1 確定毛坯的制造形式 7 3 2 基面的選擇 7 3 3 制定工藝路線 8 3 3 1 工藝路線方案一 8 3 3 2 工藝路線方案二 9 3 3 3 工藝方案的比較與分析 9 3 4 選擇加工設備和工藝裝備 10 3 4 1 機床選用 10 3 4 2 選擇刀具 10 3 4 3 選擇量具 10 3 5 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 10 3 6 確定切削用量及基本工時 12 第 4 章 加工 28孔夾具設計 22 4 1 車床夾具設計要求說明 22 4 2 車床夾具的設計要點 22 4 3 定位機構 24 4 4 夾緊機構 24 4 5 零件的車床夾具的加工誤差分析 26 4 6 確定夾具體結構尺寸和總體結構 27 4 6 零件的車床專用夾具簡單使用說明 28 IV 總 結 29 致 謝 30 參 考 文 獻 31 第 1 章 序 言 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品 并把它們裝備成機械 裝備的行業(yè) 機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用 也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提 供裝備 社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品 我們的生活離不開制造業(yè) 因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè) 是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支 柱 從某中意義上講 機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學 技術水平的重要指標 直角管接頭零件加工工藝及夾具設計是在學完了機械制圖 機械制造技術基礎 機械設計 機械工程材料等的基礎下 進行的一個全面的考核 正確地解決一個零件 在加工中的定位 夾緊以及工藝路線安排 工藝尺寸確定等問題 并設計出專用夾具 保證尺寸證零件的加工質量 本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力 因此本次設 計綜合性和實踐性強 涉及知識面廣 所以在設計中既要注意基本概念 基本理論 又要注意生產(chǎn)實踐的需要 只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結合 才能很好的完成本次 設計 本次設計水平有限 其中難免有缺點錯誤 敬請老師們批評指正 6 第 2 章 零件的分析 2 1 零件的形狀 題目給的零件是直角管接頭零件 主要作用是起連接作用 零件的實際形狀如上圖所示 從零件圖上看 該零件是典型的零件 結構比較簡 單 具體尺寸 公差如下圖所示 2 2 零件的工藝分析 由零件圖可知 其材料為 Q235 該材料為 Q235 鋼 具有較高強度 耐磨性 耐熱 性及減振性 適用于承受較大應力和要求耐磨零件 直角管接頭零件主要加工表面為 1 車外圓及端面 表面粗糙度 值為aR 3 2 2 車外圓及端面 表面粗糙度 值 3 2 3 車裝配孔 表面粗糙度 值m aRm a 3 2 4 半精車側面 及表面粗糙度 值 3 2 5 兩側面粗糙度 a值 6 3 12 5 法蘭面粗糙度 值 6 3 a 直角管接頭共有兩組加工表面 他們之間有一定的位置要求 現(xiàn)分述如下 1 上端的加工表面 這一組加工表面包括 上端面 外圓 22 R1 2 錐段 這一部份只有端面有 6 3 的 粗糙度要求 其要求并不高 粗車后半精車就可以達到精度要求 而鉆工沒有精度要 求 因此一道工序就可以達到要求 并不需要擴孔 鉸孔等工序 2 下底面的加工表面 這一組加工表面包括 30X30 底面 其要求也不高 粗銑后精銑就可以達到精 度要求 第 3 章 工藝規(guī)程設計 本直角管接頭來假設年產(chǎn)量為 10 萬臺 每臺車床需要該零件 1 個 備品率為 19 廢品率為 0 25 每日工作班次為 2 班 該零件材料為 Q235 考慮到零件在工作時要有高的耐磨性 所以選擇鑄鐵鑄造 依據(jù)設計要求 Q 100000 件 年 n 1 件 臺 結合生產(chǎn)實際 備品率 和 廢品率 分 別取 19 和 0 25 代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領 N 2XQn 1 1 238595 件 年 3 1 確定毛坯的制造形式 零件材料為 Q235 選擇型材 這從提高生產(chǎn)效率 保證加工精度 減少生產(chǎn)成本 上考慮 也是應該的 3 2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一 基面選擇的正確與合理 可以使加工 質量得到保證 生產(chǎn)效率得以提高 否則 不但使加工工藝過程中的問題百出 更有 8 甚者 還會造成零件大批報廢 使生產(chǎn)無法正常進行 粗基準的選擇 對像直角管接頭這樣的零件來說 選好粗基準是至關重要的 對本 零件來說 如果外圓的端面做基準 則可能造成這一組內外圓的面與零件的外形不對 稱 按照有關粗基準的選擇原則 即當零件有不加工表面時 應以這些不加工表面做粗 基準 若零件有若干個不加工表面時 則應以與加工表面要求相對應位置精度較高的 不加工表面做為粗基準 對于精基準而言 主要應該考慮基準重合的問題 當設計基準與工序基準不重合時 應該進行尺寸換算 這在以后還要專門計算 此處不在重復 3 3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點 應當是使零件的幾何形狀 尺寸精度及位置精度等技術要 求能得到合理的保證 在生產(chǎn)綱領已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下 可以考慮采用萬能 性機床配以專用夾具 并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率 除此以外 還應當考慮經(jīng)濟 效果 以便使生產(chǎn)成本盡量下降 3 3 1 工藝路線方案一 10 開料 選擇毛坯 型材開料 90X35 X50 20 銑 粗銑外部輪廓 銑至 86X31X46 各個方向留 1mm 的加工 余量 30 銑 精銑外部輪廓 銑至 85X30X45 加工到尺寸公差要求 40 車 粗車 半精車外圓 22 R1 2 錐段 50 車 車 R1 2 錐螺紋 60 車 粗車 半精車另外一頭外圓 22 70 車 車退刀槽 17 8X2 80 車 車 M22X1 5 外螺紋 90 鉆 鉆 10 孔 2 處 100 車 粗車 半精車 17 8 孔 角度 24 度的內圓錐段 110 去毛刺 去毛刺 120 檢驗 按圖紙要求檢驗各部尺寸及形位公差 130 入庫 清洗 加工表面涂防銹油 入庫 3 3 2 工藝路線方案二 10 開料 選擇毛坯 型材開料 90X35 X50 20 銑 粗銑外部輪廓 銑至 86X31X46 各個方向留 1mm 的加工 余量 30 銑 精銑外部輪廓 銑至 85X30X45 加工到尺寸公差要求 40 鉆 鉆 10 孔 2 處 50 車 粗車 半精車外圓 22 R1 2 錐段 60 車 車 R1 2 錐螺紋 70 車 粗車 半精車另外一頭外圓 22 80 車 車退刀槽 17 8X2 90 車 車 M22X1 5 外螺紋 100 車 粗車 半精車 17 8 孔 角度 24 度的內圓錐段 110 去毛刺 去毛刺 120 檢驗 按圖紙要求檢驗各部尺寸及形位公差 130 入庫 清洗 加工表面涂防銹油 入庫 3 3 3 工藝方案的比較與分析 上述兩個方案的特點在于 方案一的定位和裝夾等都比較方便 但是要更換多臺設 備 加工過程比較繁瑣 而且在加工過程中位置精度不易保證 方案二減少了裝夾次 數(shù) 但是要及時更換刀具 因為有些工序在車床上也可以加工 鏜 鉆孔等等 需要 換上相應的刀具 而且在磨削過程有一定難度 要設計專用夾具 因此綜合兩個工藝 方案 取優(yōu)棄劣 具體工藝過程如下 10 開料 選擇毛坯 型材開料 90X35 X50 20 銑 粗銑外部輪廓 銑至 86X31X46 各個方向留 1mm 的加工 余量 30 銑 精銑外部輪廓 銑至 85X30X45 加工到尺寸公差要求 40 車 粗車 半精車外圓 22 R1 2 錐段 50 車 車 R1 2 錐螺紋 60 車 粗車 半精車另外一頭外圓 22 10 70 車 車退刀槽 17 8X2 80 車 車 M22X1 5 外螺紋 90 鉆 鉆 10 孔 2 處 100 車 粗車 半精車 17 8 孔 角度 24 度的內圓錐段 110 去毛刺 去毛刺 120 檢驗 按圖紙要求檢驗各部尺寸及形位公差 130 入庫 清洗 加工表面涂防銹油 入庫 3 4 選擇加工設備和工藝裝備 3 4 1 機床選用 工序 和工序 是粗車 粗鏜和半精車 半精鏜 各工序的工步數(shù)不多 成批 量生產(chǎn) 故選用臥式車床就能滿足要求 本零件外輪廓尺寸不大 精度要求屬于中等 要求 選用最常用的 CA6140 臥式車床 參考根據(jù) 機械制造設計工工藝簡明手冊 表 4 2 7 工序 是鉆孔 選用 Z525 搖臂鉆床 3 4 2 選擇刀具 在車床上加工的工序 一般選用硬質合金車刀和鏜刀 加工刀具選用 YG6 類硬質 合金車刀 它的主要應用范圍為普通鑄鐵 冷硬鑄鐵 高溫合金的精加工和半精加工 為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟性 可選用可轉位車刀 GB5343 1 85 GB5343 2 85 鉆孔時選用高速鋼麻花鉆 參考 機械加工工藝手冊 主編 孟少農(nóng) 第二卷 表 10 21 47 及表 10 2 53 可得到所有參數(shù) 3 4 3 選擇量具 本零件屬于成批量生產(chǎn) 一般均采用通常量具 選擇量具的方法有兩種 一是按計 量器具的不確定度選擇 二是按計量器的測量方法極限誤差選擇 采用其中的一種方 法即可 3 5 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 直角管接頭 零件材料為 Q235 查 機械加工工藝手冊 以后簡稱 工藝手 冊 表 2 2 17 各種鑄鐵的性能比較 Q235 鋼的硬度 HB 為 143 269 表 2 2 23 Q235 鋼的物理性能 Q235 密度 7 2 7 3 計算零件毛坯的重量約為 23cmg kg 表 3 1 機械加工車間的生產(chǎn)性質 同類零件的年產(chǎn)量 件 生產(chǎn)類別 重型 零件重 2000kg 中型 零件重 100 2000kg 輕型 零件重11 80 13 20 151 101 表 3 7 通用型麻花鉆的主要幾何參數(shù)的推存值 根據(jù) GB6137 85 d mm 2 f 8 6 18 00 30 118 12 40 60 表 3 8 鉆頭 擴孔鉆和鉸刀的磨鈍標準及耐用度 1 后刀面最大磨損限度 mm 鉆頭 直徑 d0 mm 刀具材料 加工材料 20 高速鋼 鑄鐵 0 5 0 8 2 單刃加工刀具耐用度 T min 刀具直徑 d0 mm 刀具類型 加工材料 刀具材料 11 20 鉆頭 鉆孔及擴 孔 鑄鐵 銅合金及 合金 高速鋼 60 鉆頭后刀面最大磨損限度為 0 5 0 8mm 刀具耐用度 T 60 min 確定進給量 查 機械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編 第二卷表 10 4 高速鋼鉆頭鉆孔的進給量 為 f 0 25 0 65 根據(jù)表 4 13 中可知 進給量取 f 0 60 zm rm 確定切削速度 查 機械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編 表 10 4 17 高速鋼鉆頭在球墨鑄鐵 190HBS 上鉆孔的切削速度軸向力 扭矩及功率得 V 12 參考 機械加工in 工藝手冊 孟少農(nóng) 主編 表 10 4 10 鉆擴鉸孔條件改變時切削速度修正系數(shù) K 1 0 R 0 85 mvtv V 12 10 32 3 85 0 min 17 則 131 3 nir 18 查表 4 2 12 可知 取 n 150 minr 則實際切削速度 11 8v實 確定切削時間 查 機械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編 表 10 4 43 鉆孔時加工機動時間計算 23 1 10dn 0514 3 20 公式 T 3 ifn llw1 19 其中 l l 5 l 2 3f2mdRKcot wm1m 則 t 9 13 s 工序 100 粗車 半精車 17 8 孔 角度 24 度的內圓錐段 1 選擇機床 由于加工的零件的外廓尺寸不是很大 又屬于回轉體 故可以在車床上鏜孔 又因 為經(jīng)濟精度的要求不是很高 故可以選擇 CA6140 型臥式車床 2 選擇刀具 依據(jù) 根據(jù)表 1 2 可以選擇 YG6 型硬質合金鏜刀 切 削 用 量 簡 明 手 冊 依據(jù) 根據(jù)表 1 30 由于 CA6140 機床的中心高度 切 削 用 量 簡 明 手 冊 20hm 所以可以選擇刀桿的尺寸為 BXH 16mmX25mm 刀片的厚度為 4 5mm 依據(jù) 根據(jù)表 1 3 選擇車刀的幾何形狀為平面帶倒棱形前刀 切 削 用 量 簡 明 手 冊 面 如表 13 表 13 車刀幾何形狀角度 刀角名稱 符號 范圍 取值 主偏角 kr 60 75 60 副偏角 Kr 15 20 20 前角 0 10 15 10 后角 6 8 8 刃傾角 s 0 0e 0 4 0 8 0 5 3 切削用量的計算 1 決定切削速度 ap 由于加工余量為 0 9 故可在一次走刀內切完 則 mm21 80 9p 2 決定進給量 f 依據(jù) 根據(jù)表 1 5 當粗鏜 Q235 鋼 鏜刀的直徑為 20mm 切 削 用 量 簡 明 手 冊 6 0573 鏜刀伸出的長度為 125mm 時 2apm 0 15 fmr 依據(jù) 根據(jù)表 4 2 9 查得 CA6140 型機床的進給量 機 械 制 造 工 藝 設 計 簡 明 手 冊 選 0 3 fr 3 依據(jù) 根據(jù)表 1 9 所選擇的鏜刀磨鈍標準及刀具壽命 切 削 用 量 簡 明 手 冊 T 60min 4 決定切削速度 cv 依據(jù) 根據(jù)表 1 28 可查得切削速度的修正系數(shù)為 切 削 用 量 簡 明 手 冊 0 65tvk 故0 92krv 8svk1 0Tv 24kv1 8Mv 0 65x0 92x0 8x1 24x1 18 0 7Mtkrs 依據(jù) 根據(jù)表 1 27 切削速度的計算為 切 削 用 量 簡 明 手 冊 vcmxyCTapf 116m min0 2 150 29763c r min6 in194 8vnrD 依據(jù) 根據(jù) CA6140 車床的使用說明書 選擇 切 削 用 量 簡 明 手 冊 120 crm 這時實際切削速度 為cv 82m min1 820 in0cDn 5 校驗機床功率 依據(jù) 根據(jù)表 1 24 當 切 削 用 量 簡 明 手 冊 580 97bMPa 2 0pm 時 0 3 fmr 86 incv 1 4cPkW 依據(jù) 切削用量簡明手冊 根據(jù)表 1 29 2 可查得切削功率的修正系數(shù) 0 94 1 0 故實際切削時的功率為krPcrF oPcFck 1 4091 36pW 依據(jù) 根據(jù) CA6140 車床的使用說明書 當 切 削 用 量 簡 明 手 冊 120 mincnr 車床主軸所允許的功率 因為 故所選擇之切削用量可以在 C620 1 車4 9Ek cEP 床上進行 22 最后決定的車削用量為 0 9 3 120 min 82 inp camfrnrv 第 4 章 車削 M22X1 5 夾具設計 4 1 車床夾具設計要求說明 車床夾具主要用于車削 M22X1 5 夾具設計夾具 因而車床夾具的主要特點是工件 加工表面的中心線與機床主軸的回轉軸線同軸 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床主軸一起旋轉 刀具做進給運動 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 夾緊機構 角鐵式車床夾具 在車床上加工殼體 支座 杠桿 接頭等零件的回轉端面時 由于零件形狀較復雜 難以裝夾在通用卡盤上 因而須設計專用夾具 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 可加工形狀復雜工件的外圓和內孔 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運動 夾具做進給運動 由于后一類夾具應用很少 屬于機床改裝范疇 而生產(chǎn)中需自行設計的較多是安 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 車床夾具的設計要點 1 定位裝置的設計特點和夾緊裝置的設計要求 當加工回轉表面時 要求工件加工面的軸線與機床主軸軸線重合 夾具上定位裝 置的結構和布置必須保證這一點 當加工的表面與工序基準之間有尺寸聯(lián)系或相互位置精度要求時 則應以夾具的 回轉軸線為基準來確定定位元件的位置 工件的夾緊應可靠 由于加工時工件和夾具一起隨主軸高速回轉 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 轉速越高離 24 心力越大 這些力不僅降低夾緊力 同時會使主軸振動 因此 夾緊機構必須具有足 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 夾具與機床主軸的連接 車床夾具與機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 具的回轉軸線與臥式車床主軸軸線應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構 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構 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 以使定心準確 剛度好 圖 1 車床夾具與機床主軸的連接 過渡盤常作為車床附件備用 設計夾具時應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構尺寸 可查閱有關手冊 4 3 定位機構 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 才可以達到加工要求 先設計夾具模型如下 選擇定位元件為 支承板 支撐釘 定位銷 支撐板限制了 X Y Z 方向的移動自由 度 X Y 方向的轉動自由度 支撐釘限制了 Z 方向的轉動自由度 可見 定位方案選擇 合理 4 4 夾緊機構 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 機構時 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 1 夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置 2 夾緊力要適當 既要保證工件在加工過程中不移動 不轉動 不震動 又不因 夾緊力過大而使工件表面損傷 變形 3 夾緊機構的操作應安全 方便 迅速 省力 4 機構應盡量簡單 制造 維修要方便 分析零件加工要素的性質 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 夾具的具體結構與參數(shù)見夾具裝配圖和零件圖 根據(jù)工件受力切削力 夾緊力的作用情況 找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬 26 間狀態(tài) 按靜力平衡原理計算出理論夾緊力 最后為保證夾緊可靠 再乘以安全系數(shù) 作為實際所需夾緊力的數(shù)值 即 FKW 安全系數(shù) K 可按下式計算有 6543210 式中 為各種因素的安全系數(shù) 查參考文獻 5 表 可得 6 12 01 310 56C 25223PK f 所以有 19308 KCWFN 76 P 5 Kf 螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有 210 tgtQLz 式中參數(shù)由參考文獻 5 可查得 6 2 76zr 901052 29 其中 80N 螺旋夾緊力 4 W 由計算可知所需實際夾緊力不是很大 為了使其夾具結構簡單 操作方便 決定 選用手動螺旋夾緊機構 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D 誤差 夾具在主軸上的安裝誤差 和加工方法誤差 的影響 J A G 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 D 由于 C 面既是工序基準 又是定位基準 基準不重合誤差 為零 工件在夾具上B 定位時 定位基準與限位基準是重合的 基準位移誤差 為零 因此 尺寸的定位誤Y 差 等于零 D 2 夾具誤差 J 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 A 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 G 如車床主軸上安裝夾具基準與主軸回轉軸線間的誤差 主軸的徑向跳動 車床溜 板進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 017mmG K 零件的車床夾具總加工誤差是 2A2JDG 062 17 0 精度儲備 238 6 5 0 CJ 故此方案可行 4 6 確定夾具體結構尺寸和總體結構 夾具體設計的基本要求 1 應有適當?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 安裝對刀塊或導向元件的表面以 及夾具體的安裝基面 應有適當?shù)某叽缇群托螤罹?它們之間應有適當?shù)奈恢镁?度 為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定 鑄造夾具體要進行時效處理 焊接和鍛造夾具體要 進行退火處理 2 應有足夠的強度和剛度 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 夾具體應有足夠的壁厚 剛性不足處可適當增設加強筋 3 應有良好的結構工藝性和使用性 28 夾具體一般外形尺寸較大 結構比較復雜 而且各表面間的相互位置精度要求高 因此應特別注意其結構工藝性 應做到裝卸工件方便 夾具維修方便 在滿足剛度和 強度的前提下 應盡量能減輕重量 縮小體積 力求簡單 4 應便于排除切屑 在機械加工過程中 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 一般應在夾具體上設置排屑槽 5 在機床上的安裝應穩(wěn)定可靠 夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上的相應表面的接觸或 配合實現(xiàn)的 當夾具在機床工作臺上安裝時 夾具的重心應盡量低 支承面積應足夠 大 安裝基面應有較高的配合精度 保證安裝穩(wěn)定可靠 夾具底部一般應中空 大型 夾具還應設置吊環(huán)或起重孔 確定夾具體的結構尺寸 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 夾具的總體結構應力力求緊湊 輕便 懸臂尺寸要短 重心盡可能靠近主軸 2 當工件和夾具上個元件相對機床主軸的旋轉軸線不平衡時 將產(chǎn)生較大的離 心力和振動 影響工件的加工質量 刀具的壽命 機床的精度和安全生產(chǎn) 特別是在 轉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 應該注意防止切削和冷卻液的飛濺問題 必要時應該加防護罩 30 總 結 課程設計即將結束了 時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的 通過這次的 設計使我們不再是只知道書本上的空理論 不再是紙上談兵 而是將理論和實踐相結 合進行實實在在的設計 使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領 使我們更好的利用圖書館的資料 更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和 AUTOCAD 等制圖軟件 為我們踏入社會打下了好的基礎 課程設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的 還應該更好的做到 理論和實踐的結合 因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導 使我們學到了很多 也非常珍惜大學給我們的這次設計的機會 它將是我們課程設計完成的更出色的關鍵 一步 致 謝 這次課程設計使我收益不小 為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎 但是 查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時 數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊 由于經(jīng) 驗不足 在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題 不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出 寶貴的意見 在我遇到難題時給我指明了方向 最終我很順利的完成了課程設計 這次課程設計成績的取得 與指導老師的細心指導是分不開的 在此 我衷心感 謝我的指導老師 特別是每次都放下他的休息時間 耐心地幫助我解決技術上的一些 難題 她嚴肅的科學態(tài)度 嚴謹?shù)闹螌W精神 精益求精的工作作風 深深地感染和激 勵著我 從題目的選擇到項目的最終完成 他都始終給予我細心的指導和不懈的支持 多少個日日夜夜 他不僅在學業(yè)上給我以精心指導 同時還在思想 生活上給我以無 微不至的關懷 除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外 他的治學嚴謹和科學研究的精神也 是我永遠學習的榜樣 并將積極影響我今后的學習和工作 在此謹向指導老師致以誠 摯的謝意和崇高的敬意 參 考 文 獻 1 東北重型機械學院 洛陽農(nóng)業(yè)機械學院 長春汽車廠工人大學 機床夾具設計手 32 冊 M 上海 上?？茖W技術出版社 1980 2 張進生 機械制造工藝與夾具設計指導 機械工業(yè)出版社 1995 3 李慶壽 機床夾具設計 機械工業(yè)出版社 1991 4 李洪 機械加工工藝手冊 北京出版社 1996 5 上海市金屬切削技術協(xié)會 金屬切削手冊 上海科學技術出版社 2544 6 黃如林 劉新佳 汪群 切削加工簡明實用手冊 化學工業(yè)出版社 2544 7 余光國 馬俊 張興發(fā) 機床夾具設計 M 重慶 重慶大學出版社 1995 8 周永強 高等學校課程設計指導 M 北京 中國建材工業(yè)出版社 2542 9 劉文劍 曹天河 趙維 夾具工程師手冊 M 哈爾濱 黑龍江科學技術出版社 1987 10 王光斗 王春福 機床夾具設計手冊 上?？茖W技術出版社 2542 11 東北重型機械學院 洛陽農(nóng)業(yè)機械學院 長春汽車廠工人大學 機床夾具設計手 冊 上海科學技術出版社 1984 12 李慶壽 機械制造工藝裝備設計適用手冊 M 銀州 寧夏人民出版社 1991 13 廖念釗 莫雨松 李碩根 互換性與技術測量 M 中國計量出版社 2540 9 19 14 王光斗 王春福 機床夾具設計手冊 M 上?？茖W技術出版社 2540 15 樂兌謙 金屬切削刀具 機械工業(yè)出版社 25Q235 4 17