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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 第 1 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 iijjFkd 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ij 第 2 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)ixyz 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(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iPiR 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 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(xiàn) 23 第 217 頁(yè) 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(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 第 3 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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(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TwwdXYZ wX wY 是 沿 和 三個(gè)正交組件 見(jiàn)圖 2 Zxgygz 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 2L 第 4 頁(yè) 共 15 頁(yè) 6 222wwwdXYZ 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 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(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在 和 方向上的向量角度 i 1 2 3 C gXYgZ 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zkii 的所有定位器正常剛度 相乘 并假設(shè)工件 取決于 zks xNyzgXY 的方向 各自的等效接觸剛度可有下式 計(jì)算gZ 111 XYZNNssszizizikk 和 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 wd 8 111XYZ TRRRwNNNsssziziziPPdkk 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 2L 最小化 XYZ 222RRERCNNw111PP iii 9 第 5 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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gXYgZ 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 222iiiL CL CL Cx 111FFUW kkyziii TQ 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 W 完成 是遵守對(duì)角矩陣的 和Q1 LCxyzxyzcc 1iijjck 是所有接觸力的載體 TxyzzFF 如圖 3 加權(quán)系數(shù) 計(jì)算確定的基礎(chǔ)2L 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 22iiixyszFF is 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 6 頁(yè) 共 15 頁(yè) 11 iiixyszF 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 0F 0M 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)iP 以下的 的約束表 i 1 2 L C 13 iP0i 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 yS i 1 2 L C 14 iyiPSA 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i 模型 可以寫(xiě)成 最小化 15 12fTRCwQP 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1f 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2f 2L1f 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 2Lf 2L 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f 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1f 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 7 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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2L 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 12TfQ 由 11 14 得 RCwP 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RCwP 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 2L 索取決于所需的預(yù)測(cè)精度 和 有參考文獻(xiàn) 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(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 8 頁(yè) 共 15 頁(yè) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 9 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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) 1optP2t3optPopt 考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 10 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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(duì)應(yīng)的 和 另外兩個(gè)正交切削分力 而且maxXYmaxZ 有 222maxrXYZFF 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 max12 TiiijjcjPC 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ij ikjC 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)maxijP 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 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(yàn)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(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)optP 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 11 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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gXY 方向上的移位 和自轉(zhuǎn) 見(jiàn)圖 2 gZTdwwXYZ Twxyz 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)Tiiixyzd 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 TiirXYZ 可以用來(lái)表達(dá)在工件的位移 以及工件自轉(zhuǎn)idwwXYZ 如下 21 wxyz 1Tii iiRrd 其中 表示旋轉(zhuǎn)矩陣 描述當(dāng)?shù)卦诘?i 幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和 是一個(gè)1iR wcR 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 w wcR 22 w 1R1zyzxyx 方程 21 現(xiàn)在可以改寫(xiě)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(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量 yqTwwxzX 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 iFid 24 0 iiiKdzFotherws 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 Tiz 0iz 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)iixyzKdagk 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 12 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 01Tze 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 TyiiixFp 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 1i EF 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 1L C1 0iEiiiRFfr 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 rrTXYZmm 現(xiàn)在可以計(jì)算如下 27 rmBq 其中 是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量 且rTmXYZ 100mmYBX 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 13 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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(biāo)系 gXYgZ 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 14 頁(yè) 共 15 頁(yè) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 15 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 16 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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2L 下形式 結(jié)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(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2L 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 maxaxmax iiiiij yzrPP 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opt 2L 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 17 頁(yè) 共 15 頁(yè) 點(diǎn)的加權(quán)范數(shù) 的 和 繪制 2LmaxiPaxiymaxizaxirP 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opt 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2 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)inPopt 2LoptP 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2 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2L 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 18 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè) 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 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì) 論文 題目 蝸輪軸加工工藝設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 論文 時(shí)間 2013 12 26 至 2014 4 1 設(shè)計(jì) 論文 進(jìn)行地點(diǎn) 自定 1 設(shè)計(jì) 論文 內(nèi)容 1 確定生產(chǎn)類型 對(duì)零件進(jìn)行工藝分析 畫(huà)零件圖 2 確定毛坯種類及制造方法 繪制毛坯圖 3 擬定零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程 選擇各工序的加工設(shè)備和工藝裝備 刀具 量具 夾具 輔具 確定各工序加工余量和工序尺寸 計(jì)算各工序的切削用量和工時(shí)定額 進(jìn)行技術(shù)經(jīng) 濟(jì)分析 4 填寫(xiě)工藝文件 工藝過(guò)程卡片 工藝卡片 工序卡片 5 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 設(shè)計(jì) 論文 的主要技術(shù)指標(biāo) 1 年產(chǎn)量為 5000 臺(tái) 年 零件材料為 QT850 3 2 產(chǎn)品要求優(yōu)質(zhì) 高產(chǎn) 低消耗 3 設(shè)計(jì) 論文 的基本要求 1 零件圖和毛坯圖 各 1 張 A3 2 機(jī)械加工工藝卡片 1 套 A3 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 份 2 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū) 4 應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 應(yīng)收集的資料 蝸輪軸的功用 材料及相關(guān)技術(shù)要求 工藝路線擬定的方法 設(shè)備選擇 夾具確定 主要參考文獻(xiàn) 1 崇凱 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2006 2 趙如福 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) 第四版 M 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2006 3 楊寶田 4D 型柴油機(jī)渦輪軸加工工藝設(shè)計(jì) D 天津大學(xué) 2004 4 楊黎明 黃凱 李恩至 陳仕賢 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) M 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 1986 5 各階段任務(wù)及時(shí)間安排 序號(hào) 設(shè)計(jì) 論文 各階段任務(wù) 時(shí)間安排 1 明確設(shè)計(jì)要求 查閱文獻(xiàn) 收集有關(guān)資料 完成開(kāi)題報(bào)告 12 月 1 日 1 月 13 日 2 零件的結(jié)構(gòu)分析 零件的技術(shù)要求分析 1 月 13 日 2 月 15 日3 工藝規(guī)程方案選擇設(shè)計(jì) 2 月 15 日 2 月 30 日 4 填寫(xiě)工藝文件 3 月 1 日 3 月 15 日 5 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 月 15 日 3 月 30 日 6 修改設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 4 月 1 日 月 日 學(xué) 生 簽 名 指導(dǎo)教師簽名 彭永忠 系 主 任 簽 名 2013 年 12 月 26 日 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)要求 零件圖 TH16 43 23 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南 P275 圖 6 11 1 圖書(shū)館網(wǎng)站上查閱相關(guān)中文文獻(xiàn) 10 篇以上 關(guān)鍵詞有 渦輪軸 加工工藝 工藝規(guī)程 制造工藝 夾具 2 閱讀工藝設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)等相關(guān)書(shū)籍 掌握制訂工藝文件的步驟和方法 掌握夾具設(shè)計(jì)的步驟 3 繪制零件圖 計(jì)算機(jī)繪圖 A3 4 進(jìn)行渦輪軸的工藝分析 用途 技術(shù)要求及工藝性等 及生產(chǎn)類型的確定 5 選擇毛坯 計(jì)算毛坯尺寸公差和機(jī)械加工余量 確定毛坯圖 繪制毛坯零件圖 計(jì)算機(jī)繪圖 A3 6 確定渦輪軸工藝路線 定位基準(zhǔn)的選擇 表面加工方法的確定 加工階段的劃分 工序集中和工序 分散的安排 工序順序的安排 工藝路線的安排 繪制工藝路線粗表 工序號(hào) 工序名稱 機(jī)床設(shè) 備 刀具 量具 7 機(jī)床設(shè)備和工藝裝備的選用 8 各加工工序的加工余量 工序尺寸和公差的確定 詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程 9 各加工工序的切削用量 時(shí)間定額的計(jì)算 詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程 10 繪制機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 1 張 機(jī)械加工工序卡片全套 11 分析零件圖和工序圖 了解零件的功用 特點(diǎn) 材料 生產(chǎn)類型及技術(shù)要求 詳細(xì)分析工件加工工 藝過(guò)程和本工序加工要求 如工序尺寸 工序基準(zhǔn) 加工余量 定位基準(zhǔn)和夾緊部位等 12 了解本工序使用的機(jī)床和刀具 了解機(jī)床的規(guī)格 主要參數(shù)以及在機(jī)床上安裝夾具的部位的結(jié)構(gòu)和 配合尺寸 了解本工序使用的刀具類型 主要結(jié)構(gòu)尺寸等情況 13 熟悉夾具設(shè)計(jì)用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 查閱夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)和夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)資料等 14 了解夾具典型結(jié)構(gòu) 應(yīng)多參閱一些典型夾具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)及夾具部件的典型結(jié)構(gòu) 以增加對(duì)夾具結(jié)構(gòu)的 認(rèn)識(shí) 考慮本零件各工序用到的夾具 15 確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 確定工件的定位方案 確定刀具的對(duì)刀或引導(dǎo)方式 確定工件的夾緊方案 確定夾具其他組成部分的結(jié)構(gòu)形式 確定夾具體的形式和夾具的總體結(jié)構(gòu) 16 繪制夾具的裝配草圖和裝配圖 按 1 1 繪制 夾具裝配圖可按如下順序進(jìn)行 1 把工件視為透明體 用雙點(diǎn)畫(huà)線畫(huà)出工件的輪廓 定位面 夾緊面和加工表面 2 畫(huà)出定位元件和導(dǎo)向元件 3 按夾緊狀態(tài)畫(huà)出夾緊裝置 4 畫(huà)出其他元件或機(jī)構(gòu) 5 最后畫(huà)出夾具體 把上述各組成部分聯(lián)結(jié)成一體 形成完整的夾具 6 標(biāo)注必要的尺寸 配合和技術(shù)條件 7 對(duì)零件編號(hào) 填寫(xiě)標(biāo)題欄和零件明細(xì)表 17 繪制夾具零件圖 對(duì)裝配圖中非標(biāo)準(zhǔn)零件均應(yīng)繪制零件圖 視圖盡可能與裝配圖上的位置一致 尺 寸 形狀 位置 配合以及加工表面粗糙度等要標(biāo)注完整 零件圖的編號(hào)與裝配圖的編號(hào)一致 18 編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 說(shuō)明書(shū)必須包括以上所有內(nèi)容 內(nèi)容布置必須合理 格式安排畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明 書(shū)格式執(zhí)行 每一章必須單獨(dú)起頁(yè) 用 Word 輸出 說(shuō)明書(shū)包括 中文摘要 英文摘要 目錄 正 文 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 謝辭 19 英文翻譯 論文中英文摘要必須自己翻譯 不準(zhǔn)用電腦如金山快譯等直接翻譯句子 20 需要借的書(shū)籍 TG75 43 1 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與制造 TH16 43 23 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南 TH16 42 機(jī)械制造工藝與裝備習(xí)題集和課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) TG5 62 6 4 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) TG75 62 1 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) TG75 431 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與制造 1 張宏寶 1 8T 渦輪軸加工工藝的改造 J 汽車與配件 2005 年 51 期 36 37 2 古連文 鄒冕 周克勤 柴油機(jī)渦輪軸現(xiàn)場(chǎng)加工 J 中國(guó)修船 2006 年 02 期 34 35 3 鄧根清 主動(dòng)軸機(jī)械加工工藝及改進(jìn) J 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2005 年 06 期 92 93 4 周德生 渦輪軸加工新技術(shù) J 機(jī)械工人 冷加工 2004 年 05 期 21 25 4 制造工藝 manufacturing process 5 一 零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 6 7 1 零件的作用 8 題目所給的零件是 CA6140 車床的杠桿 它位于車床制動(dòng)機(jī)構(gòu)中 主要起制動(dòng)作用 杠桿一端與制動(dòng)帶連 9 接 另一端通過(guò)剛球與齒條軸的凸起 或凹槽 相接觸 當(dāng)離合器脫開(kāi)時(shí) 齒條軸與杠桿下端接觸 是 10 起逆時(shí)針?lè)较驍[動(dòng) 將制動(dòng)帶拉緊 當(dāng)左右離合器中任一個(gè)接合時(shí) 杠桿都順時(shí)針?lè)较驍[動(dòng) 使制動(dòng)帶 11 放松 從而達(dá)到制動(dòng)的目的 12 13 2 零件的工藝分析 14 所加工零件立體圖 零件圖如下圖所視 15 18 19 20 從零件圖上可以看出 主要加工表面可以分為四個(gè)部分 1 25mm 的圓柱內(nèi)表面 加工時(shí)要保證 25 00 023 的 0 023 公差要求 以及表面粗糙度 Ra1 6 表面要求較高 2 連桿的支撐底板底面 粗糙度要求 Ra3 2 同時(shí)保證連桿的高度 30mm 3 連桿上端面及下端側(cè)面 上端面 40 30mm 粗糙度要求 Ra3 2 同時(shí)保證與 25mm 的圓柱軸線的 距離 90mm 下端側(cè)面保證尺寸 17mm 粗糙度要求 Ra6 3 離 25mm 的圓柱軸線 45mm 的側(cè)面粗糙度 要求 Ra12 5 4 鉆孔及攻螺紋孔 上端面 2 M6 保證尺寸 10mm 20mm 沉頭錐角 120 粗糙度要求 Ra6 3 M8 的螺紋孔 锪 14 3mm 的圓柱孔 粗糙度 Ra3 2 鉆下端 12 7 00 1 的錐孔 保證公差要 求 以及中心線與 25mm 的圓柱軸線的距離 60 mm 粗糙度要求 Ra6 3 根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及一般機(jī)床所能達(dá)到的位置精度 該零件沒(méi)有很難加工的表面 上述各表面 的技術(shù)要求采用常規(guī)加工工藝均可以保證 3 零件的生產(chǎn)類型 依設(shè)計(jì)題目知 5 臺(tái) 年 n 1 件 臺(tái) 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際 備產(chǎn)率 和廢品率 分別取為 和 帶入公式得該零件的生產(chǎn)綱領(lǐng) 5 5555 件 年 零件是機(jī)床的杠桿 質(zhì)量為 kg 查表 可知其屬輕型零件 生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn) 22 二 選擇毛坯 確定毛坯尺寸 設(shè)計(jì)毛坯圖 28 選擇毛坯 29 該零件材料為 考慮到零件的結(jié)構(gòu)以及材料 選擇毛坯為鑄件 由于零件年產(chǎn)量為 5555 件 30 屬于批量生產(chǎn) 而且零件的輪廓尺寸不大 故采用砂型機(jī)器鑄造 這從提高生產(chǎn)率 保證加工精度以及 31 節(jié)省材料上考慮 是合理的 32 確定機(jī)械加工余量 毛坯尺寸和公差 33 參見(jiàn)本書(shū)第五章第一節(jié) 灰鑄鐵的公差按表 和表 確定 要確定毛坯的尺寸公差及機(jī)械加工余量 應(yīng) 34 先確定如下各項(xiàng)因素 35 鑄件機(jī)械加工余量等級(jí) 該值由鑄件的成型方法和材料確定 成型方法為砂型機(jī)器鑄造 材料為灰口鑄鐵 確定加工余量等級(jí)為 G 鑄件尺寸公差 毛坯鑄件的基本尺寸處于 之間 而鑄件的尺寸公差等級(jí)為 8 10 取為 級(jí) 根據(jù)表 2 2 1 取鑄件的尺寸公差為 mm 確定機(jī)械加工余量 根據(jù)表 2 25 查得的毛坯的加工余量等級(jí)為 G 以及鑄件的尺寸 根據(jù)表 2 2 4 定鑄件的機(jī)械加工余量為 2 5mm 確定毛坯尺寸 根據(jù)成型零件的基本尺寸 以及確定的機(jī)械加工余量和鑄件的尺寸公差確定毛坯的尺寸為基本尺寸加上 機(jī)械加工余量 即基本尺寸加上 2 5mm 確定毛坯尺寸公差 根據(jù)表 2 2 1 毛坯的尺寸公差等級(jí)為 級(jí) 確定尺寸公差為 mm 設(shè)計(jì)毛坯圖 毛坯圖如下圖所視 注 圖中尺寸小數(shù)點(diǎn)后的 4 應(yīng)該為 5 即 92 5 10 5 17 5 32 5 36 三 選擇加工方法 制定工藝路線 1 定位基準(zhǔn)的選擇 本零件是帶孔的桿狀零件 孔是其設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 在銑削零件的三個(gè)平面以及鉆孔的時(shí)侯 都應(yīng)以孔為定位 基準(zhǔn) 避免基準(zhǔn)不重合誤差的產(chǎn)生 在銑削底面時(shí)應(yīng)該以不需要加工的面為粗定位基準(zhǔn) 2 零件表面加工方法的選擇 本零件的加工面有端面 內(nèi)孔 螺紋孔 其中端面有一個(gè)大底面和二個(gè)小端面 內(nèi)孔有 25mm 和 12 7mm 各一個(gè)孔 螺紋孔有 M6 和 M8 各一個(gè) 材料為灰鑄鐵 以公差等級(jí)和表面粗糙度要求 參考 本指南有關(guān)資料 其加工方法選擇如下 1 大底面據(jù)表面粗糙度 3 2 考慮加工余量的安排 根據(jù)表 5 16 選用先粗銑后半精銑的方法加工 2 25mm 的孔根據(jù)表面粗糙度 選公差等級(jí)為 IT8 根據(jù)表 5 15 選用先鉆后擴(kuò)再粗鉸再精鉸的加工 方法 3 端面一據(jù)表面粗糙度 6 3 根據(jù)表 5 16 采用銑削的加工方法 銑一刀 4 12 7mm 的孔根據(jù)表 5 15 選用鉆削的加工方法 5 端面二根據(jù)表面粗糙度 3 2 根據(jù)表 5 16 選用先粗銑后半精銑的加工方法 6 M6 螺紋孔根據(jù)螺紋的加工方法 選用先鉆后倒角再攻絲的加工方法 7 M8 螺紋孔根據(jù)螺紋的加工方法 選用先鉆后倒角再攻絲的加工方法 3 制定工藝路線 根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)以及需要選用的定位基準(zhǔn) 按照先加工基準(zhǔn)面 以及先粗后精的的原則 該零件應(yīng)先 加工大底面 再鉆孔 再加工其他表面的方法 具體工藝路線如下 工序 以不需要加工的底面為粗基準(zhǔn) 銑削另一個(gè)底面 以銑削過(guò)的底面和一個(gè)支撐為定位 粗 精 銑端面一 保證長(zhǎng)度 30mm 的尺寸和粗糙度為 3 2 工序 以銑削過(guò)的底面和直徑 45 的外圓表面定位 鉆 擴(kuò) 鉸直徑 25 的孔 工序 以銑削過(guò)的底面和鉆削后的孔和一個(gè)支撐為定位 銑削直徑為 12 7 孔的端面二 工序 以銑削過(guò)的底面和鉆削后的孔和一個(gè)支撐為定位 粗 精銑 2 M6 端面三 保證長(zhǎng)度 90mm 的尺 寸和粗糙度 3 2 工序 以銑削過(guò)的底面和鉆削后的孔和一個(gè)支撐為定位 鉆 锪 攻 M8 的螺紋孔 工序 以銑削過(guò)的底面和鉆削后的孔和一個(gè)支撐為定位 鉆 攻 M6 的螺紋孔 工序 以銑削過(guò)的底面和鉆削后的孔和一個(gè)支撐為定位 鉆 擴(kuò)直徑 12 7 的孔 四 工序設(shè)計(jì) 工序 40 50 80 1 選擇加工設(shè)備與工藝裝備 1 選擇機(jī)床 根據(jù)不同的工序選擇機(jī)床 a 工序 40 是粗銑 工序的工步數(shù)不多 成批生產(chǎn)不要求很高的生產(chǎn)率 故選用立式銑床 根據(jù)零件外廓尺寸 精度要求 選用功率為 4 5KW 的 X51 式立式銑床即能滿足要求 b 工序 50 是鉆 擴(kuò)孔 80 是鉆孔 锪孔 攻螺紋 由于加工面位置分散 表面粗糙度數(shù)值要求不同 因而選擇 Z535 鉆床 2 選擇夾具 本零件結(jié)構(gòu)不規(guī)則 不易進(jìn)行裝夾 定位 故工序 40 50 80 均選擇專用夾具 3 選擇刀具 根據(jù)不同的工序選擇刀具 a 工序 40 銑端面一 二時(shí) 在立式銑床上加工 所以選擇端銑刀 按表 3 1 27 和 3 1 37 查得 選用鑲 齒套式面銑刀根據(jù)零件加工尺寸 所選銑刀直徑 d 100mm 齒數(shù) Z 10 材料選擇硬質(zhì)合金鋼 b 工序 50 鉆孔 d 12 7mm 時(shí) 選擇錐柄麻花鉆頭 d 12mm 長(zhǎng)度 l 182mm 齒數(shù) Z 3 材料選擇高 速鋼 1 號(hào)莫氏圓錐 19 c 工序 50 鉆底孔 2 M6 時(shí) 選擇錐柄麻花鉆頭 d 4 9mm 長(zhǎng)度 l 52mm 齒數(shù) Z 3 材料選擇高速鋼 1 號(hào)莫氏圓錐 d 工序 50 擴(kuò)孔 d 12 7 0 10mm 時(shí) 選擇錐柄擴(kuò)孔鉆的 d 12 7mm 長(zhǎng)度 l 101mm 齒數(shù) Z 3 材料選 擇高速鋼 e 工序 80 鉆 M8 底孔時(shí) 選擇直柄麻花鉆頭 d 6 8mm 長(zhǎng)度 l 101mm 齒數(shù) Z 3 材料選擇高速鋼 f 工序 80 锪孔時(shí) 選擇帶導(dǎo)柱直柄平底锪鉆 直徑 d 14mm d1 6 6mm 長(zhǎng)度 L 150mm 材料選擇 高速鋼 g 工序 80 攻螺紋 M8 時(shí) 根據(jù)螺紋公稱直徑選擇 M8 絲錐 直徑 d 8mm 長(zhǎng)度 L 72mm 螺距 P 1 25 h 工序 80 攻螺紋 M6 時(shí) 根據(jù)螺紋公稱直徑選擇 M6 絲錐 直徑 d 6mm 長(zhǎng)度 L 66mm 螺距 P 1 i 工序 80 鉆 120 度的倒時(shí) 選擇直柄錐面锪鉆 直徑 d 16mm d1 10mm d2 3 2mm 長(zhǎng)度 l 20mm 齒數(shù) Z 6 材料選擇高速鋼 4 選擇量具 本零件屬成批生產(chǎn) 一般情況下盡量采用通用量具 根據(jù)零件表面的精度要求 尺寸和形狀特點(diǎn) 參考 有關(guān)資料 選擇如下 a 選擇加工平面所用量具 銑端面 選擇讀數(shù)值 0 02 測(cè)量范圍 0 150 游標(biāo)卡尺 b 選擇加工孔所用量具 12 7mm 孔經(jīng)過(guò)鉆 擴(kuò)兩次加工 選擇讀數(shù)值 0 01 測(cè)量范圍 5 30 的內(nèi)徑千分尺 M8 和 6M 螺紋經(jīng)過(guò) 鉆 锪孔 攻螺紋加工 鉆 锪孔時(shí)選擇讀數(shù)值 0 01 測(cè)量范圍 5 30 的內(nèi)徑千分尺 攻螺紋時(shí)選擇螺紋塞 規(guī)進(jìn)行測(cè)量 2 確定工序尺寸 本零件各工序加工余量 工序尺寸及公差 表面粗糙度見(jiàn)下表 四 確定切削用量及基本時(shí)間 工序 以銑削過(guò)的底面和鉆削后的孔和一個(gè)支撐為定位 粗 精銑 2 M6 端面三 保證長(zhǎng)度 90mm 的尺寸和粗糙度 3 2 粗銑 M6 孔端面 1 切削用量 本工序?yàn)殂?已知加工材料為 HT200 鑄件 160Mpa 128 192HBS 機(jī)床為 X51 式立式銑床 選用鑲齒套式面銑刀 直徑 d 100mm 齒數(shù) Z 10 材料選擇 YG6 硬質(zhì)合金鋼 工件裝夾在專用夾具上 19 1 確定背吃刀量 aP 本工序加工余量 aP 1 5mm 2 確定每齒進(jìn)給量 fz 本工序要求加工表面粗糙度為 Ra 6 3 m 查表 3 5 取每齒進(jìn)給量 fz 0 18mm z 3 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 查表 3 7 得后刀面最大磨損限度為 1 5mm 查表 3 8 刀具壽命為 180min 4 確定切削速度 Vc 和工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 Vf 當(dāng)壽命為 180min d0 z 100 10 10 aP 1 5mm fz 0 18mm z 時(shí) 查表 3 16 得 Vc 98m min n 322r min Vf 490mm min 其修正系數(shù)為 kMv kMn kMfn 1 0 Kkrv kkrn kkrfn 1 1 Ksv ksn ksvf 0 8 Kaev kaen kaevf 1 13 所以 v 98 1 0 1 1 0 8 1 13 97 45m min ns 322 1 0 1 1 0 8 1 13 320 2r min Vf 490 1 0 1 1 0 8 1 13 487 26mm min 根據(jù) X51 立式銑床說(shuō)明書(shū) 由 4 2 36 選擇 nw 300r min Vf 480mm min 實(shí)際切削速度為 v 94 2m min 工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 fm f Z nw 540mm min 查機(jī)床說(shuō)明書(shū)取 fm 480mm min 2 基本時(shí)間 經(jīng)計(jì)算平面銑削長(zhǎng)度為 40mm 入切量及超切量取 8 8mm 故銑削該平面的基本時(shí)間為 Ti 40 8 8 480min 6 1s 精銑 M6 孔端面 1 切削用量 本工序?yàn)殂?已知加工材料為 HT200 鑄件 160Mpa 128 192HBS 機(jī)床為式立式銑床 選用鑲齒套式面銑刀 直徑 d 100mm 齒數(shù) Z 10 材料選擇 YG6 硬質(zhì)合金鋼 工件裝夾在專用夾具上 1 確定背吃刀量 aP 本工序加工余量 aP 1 0mm 2 確定每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 fr 本工序要求加工表面粗糙度為 Ra 3 2 m 查表 3 5 取每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 fr 0 5mm r 即 fz fr 10 0 05mm z 3 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 查表 3 7 得后刀面最大磨損限度為 0 5mm 查表 3 8 刀具壽命為 180min 4 確定切削速度 Vc 和工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 Vf 19 計(jì)算得 Vc 168 4m min ns 1000 Vc 3 14 d0 1000 168 4 3 14 100 536 3r min 根據(jù) X51 立式銑床說(shuō)明書(shū) 由 4 2 36 選擇 nw 490r min 實(shí)際切削速度為 v 3 14 d nw 10 3 153 9m min 工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 fm fz Z nw 245mm min 查機(jī)床說(shuō)明書(shū)取 fm 230mm min 2 基本時(shí)間 故銑削該平面的基本時(shí)間為 Ti 40 8 8 230min 12 7s 工序 以銑削過(guò)的底面和鉆削后的孔和一個(gè)支撐為定位 鉆 攻 M6 的螺紋孔 鉆 2 M6 底孔 本工序?yàn)殂@ 已知加工材料為 HT200 鑄件 機(jī)床為 Z535 立式鉆床 工件裝夾在專用夾具上 1 切削用量 1 確定粗加工 2 M6 螺紋底孔的切削用量 所選刀具為直柄麻花鉆 確定背吃刀量 ap 鉆孔粗加工雙邊余量 4 9mm 顯然 ap 4 9 2 2 45mm 確定進(jìn)給量 f 根據(jù)表 2 7 在高速鋼鉆頭鉆孔時(shí) 麻花鉆直徑為 4 9mm 進(jìn)給量 f 0 27 33mm r 選擇進(jìn)給量為 0 3mm r 選擇鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)表 2 12 高速鋼鉆頭粗加工灰鑄鐵 后刀面最大磨損限度 0 5 0 8 取值為 0 6 4 9mm 高速鋼鉆頭平均壽命 T 20min 19 確定切削速度 v 根據(jù)表 2 13 鉆孔時(shí)切削速度的計(jì)算公式 計(jì)算得 vc 16 7m min ns 1108 r min 根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)查表 4 2 15 取 nw 996r min 故實(shí)際切削速度為 V 3 14 4 9 996 1000 15 3 m min 確定攻 2 M6 螺紋的切削用量 所選刀具為 M6 絲錐 確定背吃刀量 ap 攻 M6 螺紋雙邊余量 1 1mm 顯然 ap 1 1 2 0 55mm 確定進(jìn)給量 f 根據(jù)表 攻 2 M6 螺紋時(shí) 加工材料為灰鑄鐵 進(jìn)給量為 0 3mm r 確定切削速度 v 螺紋直徑 6mm 螺距 1 加工灰鑄鐵 查表得 vc 8m min 計(jì)算得 ns 424 6 根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)查表 4 2 15 取 nw 400r min 故實(shí)際切削速度為 V 3 14 6 400 1000 7 5 m min 3 倒 2x120 度角 采用 120 度锪鉆 為縮短輔助時(shí)間 取倒角時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速與攻螺紋時(shí)相同 nw 400r min 手動(dòng)進(jìn)給 2 基本時(shí)間 1 確定粗加工 2 M6 螺紋底孔的基本時(shí)間 1 鉆深為 20mm 孔的基本時(shí)間為 19 計(jì)算得 T 5 0s 2 鉆深為 15mm 孔的基本時(shí)間為 計(jì)算得 T 4 0s 2 確定攻 M6 螺紋的基本時(shí)間 根據(jù)表 2 30 攻螺紋的基本時(shí)間為 計(jì)算得 T 21s 工序 以銑削過(guò)的底面和鉆削后的孔和一個(gè)支撐為定位 鉆 擴(kuò)直徑 12 7 的 孔 19 加工 12 7 4 4 底孔 1 本工序?yàn)殂@ 已知加工材料為 HT200 鑄件 機(jī)床為 Z535 立式鉆床 工件裝夾在專用夾具 上 1 確定粗加工 12mm 孔的切削用量 所選刀具為直柄麻花鉆 確定背吃刀量 ap 鉆孔粗加工雙邊余量 12mm 顯然 ap 12 2 6mm 確定進(jìn)給量 f 根據(jù)表 2 7 在高速鋼鉆頭鉆孔時(shí) 麻花鉆直徑為 12mm 進(jìn)給量 f 0 26 32mm r 選擇進(jìn)給量為 0 3mm r 選擇鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)表 2 12 高速鋼鉆頭粗加工灰鑄鐵 后刀面最大磨損限度 0 5 0 8 取值為 0 6 高速鋼鉆頭平均壽命 T 60min 確定切削速度 v 根據(jù)表 2 13 鉆孔時(shí)切削速度的計(jì)算公式 由表 2 30 和表 2 31 查出 Cv 9 5 m 0 125 ap 6mm Xv 0 yv 0 55 Zv 0 25 kv 0 75 1 16 d0 12mm T 60min fz 0 3 計(jì)算得 Vc 18m min ns 1000 xV 3 14xd0 1000 x18 3 14x12 477 7 r min 根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)查表 4 2 15 取 nw 530 r min 故實(shí)際切削速度為 V 3 14 12 530 1000 19 97 m min 擴(kuò) 12 7mm 盲孔 所選刀具為高速鋼擴(kuò)刀 確定背吃刀量 ap 擴(kuò)孔雙邊余量 0 7mm 顯然 ap 0 7 2 0 35mm 確定進(jìn)給量 f 根據(jù)表 在高速鋼擴(kuò)孔時(shí) 加工材料為灰鑄鐵 擴(kuò)刀直徑為 12 7mm 進(jìn)給量 f 0 3 0 6mm r 選擇進(jìn)給量為 0 5mm r 選擇擴(kuò)刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)表 2 12 高速鋼擴(kuò)刀加工灰鑄鐵 后刀面最大磨損限度 0 6 0 9 取值為 0 6 12 7mm 擴(kuò)刀加工灰鑄鐵平均壽命 T 60min 確定切削速度 v 根據(jù)表 2 13 擴(kuò)孔時(shí)切削速度的計(jì)算公式 19 其中 Cv 18 8 m 0 125 Xv 0 1 yv 0 4 Zv 0 2 Kv 0 75 1 16 f 0 5 d0 12 7mm T 60min ap 0 35mm 計(jì)算得 vc 23 9m min ns 599 r min 根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)查表 4 2 15 取 nw 530r min 故實(shí)際切削速度為 V 3 14 12 7 530 1000 21 1 m min 2 基本時(shí)間 1 確定粗加工 12mm 底孔的基本時(shí)間 鉆孔的基本時(shí)間為 計(jì)算得 T 4 1s 2 確定擴(kuò) 12 7mm 盲孔的基本時(shí)間 擴(kuò)孔的基本時(shí)間為 計(jì)算得 T 2 5s 五 夾具設(shè)計(jì) 本夾具是工序 60 在 所設(shè)計(jì)的夾具裝配圖如圖 1 1 所示 零件圖如圖 1 2 所示 1 定位方案 工件以端面及 25mm 內(nèi)孔及一支承定位 采用一面一孔一支承定位方案 其中端面限制 3 個(gè)自由度 以 32mm 內(nèi)孔放置 定位軸限制 2 個(gè)自由度 以 10mm 的支承限制 1 個(gè)自由度 2 夾緊機(jī)構(gòu) 根據(jù)零件的定位方案 加工方法 生產(chǎn)率要求 運(yùn)用手動(dòng)夾緊可以滿足 采用螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu) 通過(guò)擰緊右側(cè)夾緊螺母 15 使工件夾緊 有效提高了工作效率 手動(dòng)螺旋夾緊是可靠的 可免去夾緊力計(jì)算 19 3 對(duì)刀裝置 采用鉆模板對(duì)刀 選用 JB T 8045 2 1999 可換鉆套 襯套與鉆模板配合實(shí)現(xiàn)對(duì)刀 配合公差分別為 H7 n6 H7 f6 鉆模 板使用兩個(gè)支承釘定位保證其加工位置與孔軸線垂直 鉆套高度 H 0 5D 3mm 4 夾具與機(jī)床連接元件 采用夾具體座耳結(jié)構(gòu)與機(jī)床連接 用 T 形螺栓固定 5 夾具體 由于是鉆夾具 不需安裝定位元件來(lái)確定夾具在工作臺(tái)面上的位置 只需設(shè)計(jì)座耳與機(jī)床連接 6 使用說(shuō)明 安裝工件時(shí) 先將工件定位孔裝入定位軸 安裝開(kāi)口墊圈 用夾緊螺母擰緊 夾緊元件 定位時(shí) 將鉆模板撥下 通過(guò)調(diào)整支承釘 調(diào)整加工位置 以保證鉆孔時(shí)的位置精度 調(diào)整好后用鎖緊螺母 1 固定 7 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 該夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 操作方便 容易鑄成 加工定位方便 利于鉆孔加工 七 設(shè)計(jì)小結(jié) 通過(guò)本次設(shè)計(jì)過(guò)程 我對(duì)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)和大部分專業(yè)課知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí) 加深了對(duì)專業(yè)課知識(shí)的 認(rèn)識(shí) 同樣了解到了自己在知識(shí)實(shí)際運(yùn)用方面的不足 在設(shè)計(jì)中 我通過(guò)查尋各種資料 結(jié)合所學(xué)知識(shí) 在老師的指導(dǎo)下 掌握了夾具設(shè)計(jì)的過(guò)程方法 更加深該了機(jī)械行業(yè)需要嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的認(rèn)識(shí) 本次設(shè)計(jì)對(duì)以后的專業(yè)課設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)都起到 了很大的作用 同樣為以后工作打下了基礎(chǔ) 八 參考文獻(xiàn) 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)主編 華楚生重慶大學(xué)出版社 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)主編 王昆何小柏汪信遠(yuǎn)高等教育出版社 畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖主編 毛昕張秀艷高等教育出版社 黃英肖平陽(yáng) 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)主編 李益民機(jī)械工業(yè)出版社 切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè) 主編 艾興 肖詩(shī)綱 機(jī)械工業(yè)出版社