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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 在加工過程中產生的移動 然而 過度的夾緊力可誘導工件產生更大的彈性變 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 產品型號 零件圖號 共 9 頁機械加工工序卡片 產品名稱 支架 零件名稱 支架 第 1 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 鑄造 第 1 步 毛坯 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每坯件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 工序工時 工位器具編號 工位器具名稱 準終 單件 工時定額 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r min 切削速度 m min 進給量 mm r 背吃刀量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 毛坯 準備毛坯 1 鑄造毛坯 2 時效熱處理 3 涂底漆 產品型號 零件圖號 共 9 頁機械加工工序卡片 產品名稱 支架 零件名稱 支架 第 2 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 金工 第 2 步 粗銑精銑高度為40 的上下端面 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每坯件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) X52K 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 工序工時 工位器具編號 工位器具名稱 準終 單件 工時定額 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r min 切削速度 m min 進給量 mm z 背吃刀量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 銑 粗銑精銑高度為 40 的上下端面 高速鋼圓柱立銑刀 50 95 15 0 25 3 1 0 66min 1 粗銑精銑 35 上端面 專用夾具 166 26 0 03 1 1 1 31min 2 粗銑精銑 40 下端面 專用量具和游標卡尺 95 15 0 25 3 1 0 29min 產品型號 零件圖號 共 9 頁機械加工工序卡片 產品名稱 支架 零件名稱 支架 第 3 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 金工 第 3 步 粗精銑 20 左右端面 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每坯件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) XA6132 萬能立式升降銑床 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 工序工時 工位器具編號 工位器具名稱 準終 單件 工時定額 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r min 切削速度 m min 進給量 mm r 背吃刀量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 粗銑精銑 20 左端面 高速鋼圓柱立銑刀 50 專用夾具 95 15 0 25 3 1 0 66min 2 粗銑精銑 20 右端面 專用量具和游標卡尺 166 26 0 03 1 1 1 14min 產品型號 零件圖號 共 9 頁機械加工工序卡片 產品名稱 支架 零件名稱 支架 第 4 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 金工 第 4 步 鉆 擴 鉸 20H7mm 孔 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每坯件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 立式鉆床 Z525 型 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 鉆床夾具 工序工時 工位器具編號 工位器具名稱 準終 單件 工時定額 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r min 切削速度 m min 進給量 mm r 背吃刀量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 鉆 20H7mm 孔 莫氏錐柄麻花鉆 D 17mm 250 18 0 4 23 0 1 0 64min 2 擴 20H7mm 孔 錐柄擴孔鉆 D 19 7mm 47 3 66 1 2 1 80 1 1 06min 3 鉸 20H7mm 孔 錐柄機用鉸刀 D 20mm 47 3 806 1 0 0 14 1 1 48min 產品型號 零件圖號 共 9 頁機械加工工序卡片 產品名稱 支架 零件名稱 支架 第 5 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 金工 第 5 步 粗車精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每坯件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) CA6140 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用車夾具 工序工時 工位器具編號 工位器具名稱 準終 單件 工時定額 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r min 切削速度 m min 進給量 mm r 背吃刀量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 粗車 30 H7 mm 孔 專用車夾具 1000 22 0 3 7 80 1 0 15min 2 精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 專用車夾具 450 11 0 3 0 16 1 1 0min 產品型號 零件圖號 共 9 頁機械加工工序卡片 產品名稱 支架 零件名稱 支架 第 6 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 金工 第 6 步 鉆 粗鉸 精鉸 10 H7 mm 孔 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每坯件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 立式鉆床 Z525 型 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用鉆夾具 工序工時 工位器具編號 工位器具名稱 準終 單件 工時定額 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r min 切削速度 m min 進給量 mm r 背吃刀量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 鉆 10 H7 mm 孔 莫氏錐柄麻花鉆 D 9 8mm 1000 30 0 3 9 80 1 0 64min 2 鉸 10 H7 mm 孔 錐柄機用鉸刀 D 10mm 450 14 07 0 3 0 16 1 1 48min 產品型號 零件圖號 共 9 頁機械加工工序卡片 產品名稱 支架 零件名稱 支架 第 7 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 金工 第 7 步 鉆 3mm 孔 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每坯件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 立式鉆床 Z525 型 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用鉆夾具 工序工時 工位器具編號 工位器具名稱 準終 單件 工時定額 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r min 切削速度 m min 進給量 mm r 背吃刀量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 鉆 3mm 孔 專用鉆夾具 1000 30 0 3 9 80 1 0 64min 產品型號 零件圖號 共 9 頁機械加工工序卡片 產品名稱 支架 零件名稱 支架 第 8 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 金工 第 8 步 鉆攻絲 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每坯件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 立式鉆床 Z525 型 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用鉆夾具 工序工時 工位器具編號 工位器具名稱 準終 單件 工時定額 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r min 切削速度 m min 進給量 mm r 背吃刀量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 1 鉆攻絲 4XM4 孔 專用鉆夾具 450 14 07 0 3 0 16 1 1 48min 產品型號 零件圖號 共 9 頁機械加工工序卡片 產品名稱 支架 零件名稱 支架 第 9 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 鉗工 第 9 步 鉗 檢 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每坯件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 工序工時 工位器具編號 工位器具名稱 準終 單件 工時定額 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r min 切削速度 m min 進給量 mm r 背吃刀量 mm 進給 次數(shù) 機動 輔助 九 表面去毛刺 十 涂料 十一 檢驗入庫 游標卡尺 0 200 專用的量檢具 產品型號 零 部 件圖號 機械加工工藝過程卡片 產品名稱 零 部 件名稱 支座 共 2 頁 第 1 頁 材料牌號 HT200 毛坯種類 鑄件 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 1 每臺件 數(shù) 1 備注 工時工 序 號 工序名 稱 工序內容 車間 工段 設備 工藝裝備 準終 單件 一 毛坯 準備毛坯 1 鑄造毛坯 鑄造 2 時效熱處理 熱 3 涂底漆 油漆 二 銑 粗銑精銑高度為 40 的上下端面 金工 X52K 高速鋼圓柱立銑刀 50 1 粗銑精銑 35 上端面 金工 專用夾具 1 97 2 粗銑精銑 40 下端面 金工 專用量具和游標卡尺 1 20 三 銑 粗精銑 20 左右端面 金工 XA6132 高速鋼圓柱立銑刀 50 1 80 1 粗銑精銑 20 左端面 金工 專用夾具 1 97 2 粗銑精銑 20 右端面 金工 專用量具和游標卡尺 1 20 四 鉆 鉆 擴 鉸 20H7mm 孔 金工 Z525 專用鉆夾具 描 圖 1 鉆 20H7mm 孔 金工 莫氏錐柄麻花鉆 D 17mm 0 64 描 校 2 擴 20H7mm 孔 金工 錐柄擴孔鉆 D 19 7mm 1 06 3 鉸 20H7mm 孔 金工 錐柄機用鉸刀 D 20mm 1 48 底圖號 五 車 粗車精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 金工 CA6140 專用車夾具 裝訂號 1 粗車 30 H7 mm 孔 金工 專用車夾具 0 15 設計 日期 審核 日期 標準化 日 期 會簽 日期 標 記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 產品型號 零 部 件圖號機械加工工藝過程卡片 產品名稱 零 部 件名稱 支座 共 2 頁 第 2 頁 材料 牌號 HT200 毛坯種類 鑄件 毛坯外形尺寸 每毛坯 可制件數(shù) 1 每臺件數(shù) 1 備 注 工時工序 號 工序 名稱 工序內容 車間 工 段 設備 工藝裝備 準 終 單 件 2 精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 金工 專用車夾具 1 00 六 鉆 鉆 鉸 10 H7 mm 孔 金工 Z525 專用鉆夾具 1 鉆 10 H7 mm 孔 金工 莫氏錐柄麻花鉆 D 9 8mm 0 64 2 鉸 10 H7 mm 孔 金工 錐柄機用鉸刀 D 10mm 1 48 七 鉆 鉆 3mm 孔 金工 Z525 專用鉆夾具 1 00 描 圖 八 鉆攻 絲 鉆攻絲 4XM4 孔 金工 Z525 專用鉆夾具 1 48 九 鉗 表面去毛刺 鉗工 描 校 十 涂料 十一 檢 檢驗入庫 檢驗 游標卡尺 0 200 專用的量檢具 底圖號 裝訂號 設計 日 期 審核 日期 標準化 日期 會簽 日期 標記 處數(shù) 更改文件 號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 I 廣東工業(yè)大學 華立學院 本科畢業(yè)設計 論文 支架零件的加工工藝設計 系 部 機電學部 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 年 級 班級名稱 學 號 學生姓名 指導教師 2014 年 2 月 II 摘 要 支架零件加工工藝及鉆床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 關鍵詞 工藝 工序 切削用量 III Abstract Support parts processing technology and drilling fixture design is the design of process design including machining process design and fixture three In process design should first of all parts for analysis to understand part of the process to design blank structure and choose the good parts machining datum design the process routes of the parts then the parts of each step in the process to the size calculation the key is to determine the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure Key words Technics Process Cutting dosage IV 目 錄 摘 要 II 第 1 章 序 言 1 第 2 章 零件的分析 2 2 1 零件的形狀 2 2 2 零件的工藝分析 2 第 3 章 選擇毛坯 確定毛坯尺寸 設計毛坯圖 3 第 4 章 選擇加工方法 制定工藝路線 5 4 1 基面的選擇 5 4 2 制定工藝路線 6 4 3 選擇加工設備和工藝裝備 9 4 4 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 9 第 5 章 確定切削用量及基本時間 11 5 1 工序 切削用量及基本時間的確定 11 5 2 工序 切削用量及基本時間的確定 13 5 3 工序 切削用量及基本時間的確定 14 5 4 工序 切削用量及基本時間的確定 15 5 5 工序 切削用量及基本時間的確定 17 5 6 工序 的切削用量及基本時間的確定 18 5 7 工序 的切削用量及基本時間的確定 20 5 8 工序 的切削用量及基本時間的確定 20 總 結 22 致 謝 23 參 考 文 獻 24 1 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品 并把它們裝備成機械 裝備的行業(yè) 機械制造業(yè)的產品既可以直接供人們使用 也可以為其它行業(yè)的生產提 供裝備 社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產品 我們的生活離不開制造業(yè) 因此制造業(yè)是國民經濟發(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濟綜合實力和科學 技術水平的重要指標 支架零件加工工藝及鉆床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 又要注意生產實踐的需要 只有將各種理論與生產實踐相結合 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 2 第 2 章 零件的分析 2 1 零件的形狀 題目給的零件是支架零件 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 HT200 該材料為灰鑄鐵 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 由零件圖可知 35 45 的中心線是主要的設計基準和加工基準 該零件的主要 加工面可分為兩組 3 1 20mm 孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括 20mm 的一個端面及孔和倒角 30mm 的一個端面及孔和倒 角 2 以 10mm 孔為加工表面 這一組加工表面包括 10mm 的端面和倒角及內孔 10mm 3mm 的孔倒角 2mm 這兩組的加工表面有著一定的位置要求 主要是 1 20mm 孔內與 10mm 中心線垂直度公差為 0 05 由以上分析可知 對這兩組加工表面而言 先加工第一組 再加工第二組 由參考 文獻中有關面和孔加工精度及機床所能達到的位置精度可知 上述技術要求是可以達 到的 零件的結構工藝性也是可行的 第 3 章 選擇毛坯 確定毛坯尺寸 設計毛坯圖 零件材料為 HT200 鑄件的特點是液態(tài)成形 其主要優(yōu)點是適應性強 即適用于 不同重量 不同壁厚的鑄件 也適用于不同的金屬 還特別適應制造形狀復雜的鑄件 考慮到零件在使用過程中起連接作用 分析其在工作過程中所受載荷 最后選用鑄件 以便使金屬纖維盡量不被切斷 保證零件工作可靠 年產量已達成批生產水平 而且 零件輪廓尺寸不大 可以采用砂型鑄造 這從提高生產效率 保證加工精度 減少生 產成本上考慮 也是應該的 根據(jù)零件材料確定毛坯為灰鑄鐵 通過計算和查詢資料可知 毛坯重量約為 0 65kg 生產類型為中小批量 可采用一箱多件砂型鑄造毛坯 由于 30mm 的孔需要 鑄造出來 故還需要安放型心 此外 為消除殘余應力 鑄造后應安排人工時效進行 處理 由參考文獻可知 差得該鑄件的尺寸公差等級 CT 為 8 10 級 加工余量等級 MA 為 G 級 故 CT 10 級 MA 為 G 級 表 3 1 用查表法確定各加工表面的總余量 加工表面 基 本尺寸 加 工余量 等級 加工 余量數(shù)值 說明 4 20 的端面 40 H 3 頂面降一級 單側加工 16 的孔 16 H 3 0 底面 孔降一級 雙側 加工 30 的外圓 端面 45 G 3 雙側加工 取下行值 30 的孔 32 H 3 0 孔降一級 雙側加工 10 的兩端 面 10 G 3 雙側加工 取下行值 10 的孔 16 H 3 0 孔降一級 雙側加工 表 3 2 由參考文獻可知 鑄件主要尺寸的公差如下表 主要加工表 面 零件尺 寸 總余量 毛坯尺 寸 公差 CT 20 的端面 40 H 3 3 2 16 的孔 16 H 3 0 2 2 30 的外圓 端面 45 G 3 2 8 30 的孔 32 H 3 0 2 6 10 的兩端 面 10 G 3 2 4 10 的孔 16 H 3 0 2 2 圖 3 1 所示為本零件的毛坯圖 5 第 4 章 選擇加工方法 制定工藝路線 4 1 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 甚者 還會造成零件大批報廢 使生產無法正常進行 6 粗基準的選擇 對像支架這樣的零件來說 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 4 2 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 在生產綱領已經確定為成批生產的條件下 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率 除此以外 還應當考慮經濟 效果 以便使生產成本盡量下降 4 2 1 工藝路線方案一 一 毛坯 準備毛坯 1 鑄造毛坯 鑄造 2 時效熱處理 熱 3 涂底漆 油漆 二 銑 粗銑精銑高度為 40 的上下端面 金工 1 粗銑精銑 35 上端面 金工 2 粗銑精銑 40 下端面 金工 三 銑 粗精銑 20 左右端面 金工 1 粗銑精銑 20 左端面 金工 2 粗銑精銑 20 右端面 金工 四 鉆 鉆 擴 鉸 20H7mm 孔 金工 1 鉆 20H7mm 孔 金工 2 擴 20H7mm 孔 金工 3 鉸 20H7mm 孔 金工 五 車 粗車精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 金工 1 粗車 30 H7 mm 孔 金工 2 精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 金工 7 六 鉆 鉆 鉸 10 H7 mm 孔 金工 1 鉆 10 H7 mm 孔 金工 2 鉸 10 H7 mm 孔 金工 七 鉆 鉆 3mm 孔 金工 八 鉆攻絲 鉆攻絲 4XM4 孔 金工 九 鉗 表面去毛刺 鉗工 十 涂料 十一 檢 檢驗入庫 檢驗 4 2 2 工藝路線方案二 一 毛坯 準備毛坯 1 鑄造毛坯 鑄造 2 時效熱處理 熱 3 涂底漆 油漆 二 銑 粗銑精銑高度為 40 的上下端面 金工 1 粗銑精銑 35 上端面 金工 2 粗銑精銑 40 下端面 金工 三 銑 粗精銑 20 左右端面 金工 1 粗銑精銑 20 左端面 金工 2 粗銑精銑 20 右端面 金工 四 車 粗車精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 金工 1 粗車 30 H7 mm 孔 金工 2 精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 金工 五 鉆 鉆 擴 鉸 20H7mm 孔 金工 1 鉆 20H7mm 孔 金工 2 擴 20H7mm 孔 金工 3 鉸 20H7mm 孔 金工 六 鉆 鉆 鉸 10 H7 mm 孔 金工 1 鉆 10 H7 mm 孔 金工 2 鉸 10 H7 mm 孔 金工 七 鉆 鉆 3mm 孔 金工 八 鉆攻絲 鉆攻絲 4XM4 孔 金工 8 九 鉗 表面去毛刺 鉗工 十 涂料 十一 檢 檢驗入庫 檢驗 4 2 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 而且在過程有一定難度 要設計專用夾具 因此綜合 2 個工藝方案 取優(yōu)棄劣 具體工藝過程如下 一 毛坯 準備毛坯 1 鑄造毛坯 鑄造 2 時效熱處理 熱 3 涂底漆 油漆 二 銑 粗銑精銑高度為 40 的上下端面 金工 1 粗銑精銑 35 上端面 金工 2 粗銑精銑 40 下端面 金工 三 銑 粗精銑 20 左右端面 金工 1 粗銑精銑 20 左端面 金工 2 粗銑精銑 20 右端面 金工 四 鉆 鉆 擴 鉸 20H7mm 孔 金工 1 鉆 20H7mm 孔 金工 2 擴 20H7mm 孔 金工 3 鉸 20H7mm 孔 金工 五 車 粗車精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 金工 1 粗車 30 H7 mm 孔 金工 2 精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 金工 六 鉆 鉆 鉸 10 H7 mm 孔 金工 1 鉆 10 H7 mm 孔 金工 2 鉸 10 H7 mm 孔 金工 七 鉆 鉆 3mm 孔 金工 八 鉆攻絲 鉆攻絲 4XM4 孔 金工 9 九 鉗 表面去毛刺 鉗工 十 涂料 十一 檢 檢驗入庫 檢驗 4 3 選擇加工設備和工藝裝備 4 3 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 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 4 3 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 為提高生產率及經濟性 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 第二卷 表 10 21 47 及表 10 2 53 可得到所有參數(shù) 磨具的選用 磨具通常又稱為砂輪 是磨削加工所使用的 刀具 磨具的性能 主要取決于磨具的磨料 結合劑 粒度 硬度 組織以及砂輪的形狀和尺寸 參考 簡明機械加工工藝手冊 主編 徐圣群 表 12 47 選擇雙斜邊二號砂輪 4 3 3 選擇量具 本零件屬于成批量生產 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 4 4 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 支架 零件材料為 HT200 查 機械加工工藝手冊 以后簡稱 工藝手冊 10 表 2 2 17 各種鑄鐵的性能比較 灰鑄鐵的硬度 HB 為 143 269 表 2 2 23 灰鑄鐵的 物理性能 HT200 密度 7 2 7 3 計算零件毛坯的重量約為 2 3cmg kg 表 3 1 機械加工車間的生產性質 同類零件的年產量 件 生產類別 重型 零件重 2000kg 中型 零件重 100 2000kg 輕型 零件重 100kg 單件生產 5 以下 10 以下 100 以下 小批生產 5 100 10 200 100 500 中批生產 100 300 200 500 500 5000 大批生產 300 1000 500 5000 5000 50000 大量生產 1000 以上 5000 以上 50000 以上 根據(jù)所發(fā)的任務書上的數(shù)據(jù) 該零件的月工序數(shù)不低于 30 50 毛坯重量 2 120 250 6 04 0 頂 側面 底 面 鑄孔的機械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機械加工余量選擇 根據(jù)上述原始資料及加工工藝 分別確定各加工表面的機械加工余量 工序尺寸及 毛坯尺寸 第 5 章 確定切削用量及基本時間 5 1 工序 切削用量及基本時間的確定 5 1 1 切削用量 本工序為銑 35 上端面 已知工件材料為 HT200 選擇高速鋼圓柱銑刀直徑 d 60mm 齒數(shù) z 10 根據(jù)資 料選擇銑刀的基本形狀 r 10 a 12 45 已知銑削寬度 a 2 5mm 銑削深度 an0 e 50mm 故機床選用 X52K 立式銑床 P 1 確定每齒進給量 f Z 根據(jù)資料所知 X52K 立式臥式銑床的功率為 7 5kw 工藝系統(tǒng)剛性為中等 查得每齒進給量 f 0 16 0 24mm z 現(xiàn)取 f 0 16mm z Z Z 2 選擇銑刀磨損標準及耐用度 根據(jù)資料所知 銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為 1 5mm 銑刀直徑 d 60mm 12 耐用度 T 180min 3 確定切削速度 根據(jù)資料所知 依據(jù)銑刀直徑 d 60mm 齒數(shù) z 10 銑削寬度 a 2 5mm 銑e 削深度 a 50mm 耐用度 T 180min 時查取P Vc 98mm s n 439r min V f 490mm s 根據(jù) X52K 立式銑床主軸轉速表查取 n c 300r min Vfc 475mm s 則實際切削 Vc 10cnd Vc 56 52m min364 實際進給量 f zcnvf f 0 16mm zzc103475 4 校驗機床功率 根據(jù)資料所知 銑削時的功率 單位 kw 為 當 f 0 16mm z a 50mm ZP a 2 5mm Vf 490mm s 時由切削功率的修正系數(shù) k 1 則 P e mpcc 3 5kw P 0 8 kw ct 根據(jù) XA6132 型立式銑床說明書可知 機床主軸主電動機允許的功率 P cm P Pcmt P 7 5 0 8 6 P 3 5kwc 因此機床功率能滿足要求 5 1 2 基本時間 根據(jù)資料所知高速鋼圓柱銑刀銑面基本時間為 t mzcfnl 2 13 t 4 6minm16 03 5 2 5 2 工序 切削用量及基本時間的確定 5 2 1 切削用量 本工序為銑 40 下端面 選擇高速鋼圓柱銑刀直徑 d 50mm 齒數(shù) z 8 已知銑 削寬度 a 2 5mm 銑削深度 a 35mm 故機床選用 X52K 立式銑床 e P 1 確定每齒進給量 f Z 根據(jù)資料所知 查得每齒進給量 f 0 20 0 30mm z 現(xiàn)取 f 0 20mm z Z Z 2 選擇銑刀磨損標準及耐用度 根據(jù)資料所知 銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為 0 80mm 耐用度 T 180min 3 確定切削速度和每齒進給量 f zc 根據(jù)資料所知 依據(jù)上述參數(shù) 查取 Vc 73mm s n 350r min V f 390mm s 根據(jù) X52K 型立式銑床主軸轉速表查取 n c 150r min Vfc 350mm s 則實際切削 Vc 10cnd Vc 23 55m min54 3 實際進給量 f zcnvf f 0 23mm zzc1053 4 校驗機床功率 依據(jù)上道工序校驗的方法 根據(jù)資料所知 切削功率的修正系數(shù) k 1 則mpc P 2 3kw P 0 8 kw P 7 5 可知機床功率能夠滿足要求 cctcm 14 5 2 2 基本時間 根據(jù)資料所知高速鋼圓柱銑刀銑面基本時間為 t mzcfnl 2 t 4 3 min0 15 3 5 3 工序 切削用量及基本時間的確定 5 3 1 切削用量 銑 20 左右端面 所選刀具為高速鋼圓柱銑刀其直徑為 d 60mm 齒數(shù) z 8 其他與上道工序類似 1 確定每次進給量 f Z 根據(jù)資料 查得每齒進給量 fz 0 20 0 30mm z 現(xiàn)取 fz 0 20mm z 2 選擇銑刀磨鈍標準及耐用度 根據(jù)資料 銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為 0 8mm 耐用度 T 180min 3 確定切削速度和每齒進給量 f zc 根據(jù)資料所知 依據(jù)上述參數(shù) 查取 Vc 85mm s n 425r min V f 438mm s 根據(jù) XA6132 型立式銑床主軸轉速表查取 n c 250r min Vfc 400mm s 則實際切削 Vc 10cd Vc 47 1m min2564 3 實際進給量 f zcnvf 15 f 0 2mm zzc82504 4 校驗機床功率 根據(jù)資料所知 根據(jù)以上參數(shù)可知 切削功率的修正系數(shù) k 1 則 P mpcc 2 5kw P 0 8 kw P 7 5 依據(jù)上述校驗方法可知機床功率能滿足要求 ctcm 5 3 2 基本時間 根據(jù)資料所知高速鋼圓柱銑刀銑面基本時間為 t mzcfnl 2 t 5 8 min0 5 63 5 4 工序 切削用量及基本時間的確定 5 4 1 切削用量 本工序為鉆 擴 鉸 20H7mm 孔 機床 立式鉆床 Z525 刀具 根據(jù)參照參考文獻 3 表 4 3 9 選高速鋼錐柄麻花鉆頭 鉆孔 209H 鉆孔 時先采取的是鉆 孔 再擴到 所以 17 1 7 17Dm 切削深度 pa8 5m 進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 38 取 f rf 3 0 切削速度 參照參考文獻 3 表 2 4 41 取 V48Vs 機床主軸轉速 n 100 486539 min317vrd 按照參考文獻 3 表 3 1 31 取 0n 所以實際切削速度 v 176 5 ds 16 切削工時 被切削層長度 l42m 刀具切入長度 1 17 205 96rDlctgkctgm 刀具切出長度 取2l4 l32 走刀次數(shù)為 1 機動時間 jt60 5in 3jLfn 擴孔 209H 刀具 根據(jù)參照參考文獻 3 表 4 3 31 選擇硬質合金錐柄麻花擴孔鉆頭 片型號 E403 因鉆孔 時先采取的是先鉆到 孔再擴到 所以 17 19 7 19 7Dm 17d 切削深度 pa 35m 進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 52 取 f 0 6 fr 切削速度 參照參考文獻 3 表 2 4 53 取 V4Vs 機床主軸轉速 n100 462 78 in319vrD 按照參考文獻 3 表 3 1 31 取 5mn 所以實際切削速度 v 0 5 06ds 切削工時 被切削層長度 l42m 刀具切入長度 有 11 19 7 20 8632rDdlctgkctgm 刀具切出長度 取l42 l3 走刀次數(shù)為 1 機動時間 2jt30 16in 5jLfn 鉸孔 09H 刀具 根據(jù)參照參考文獻 3 表 4 3 54 選擇硬質合金錐柄機用鉸刀 切削深度 且 pa 15m 20D 17 進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 58 取 f rmf 0 2 1 rf 0 2 切削速度 參照參考文獻 3 表 2 4 60 取 V sV3 機床主軸轉速 n100 3265 7 in14rD 按照參考文獻 3 表 3 1 31 取 mn 實際切削速度 v 0 63 0s 切削工時 被切削層長度 l42 刀具切入長度 10019 7 20 9rDdlctgkctgm 刀具切出長度 取2lm4 l32 走刀次數(shù)為 1 機動時間 3jt 09 7in315jLnf 該工序的加工機動時間的總和是 jt 2016 70 48minj 5 5 工序 切削用量及基本時間的確定 5 5 1 切削用量 本工序為粗車精車 30 H7 mm 孔及 3X2 退刀槽 加工條件為 工件材料為 HT200 選用 CA6140 車床 刀具選擇 采用雙頭刃磨法 后角 o 120 45 度車刀 1 鉆孔切削用量 18 查 切削手冊 所以rmf 86 0 7 36 210 dl 按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇rmf 70 f5 1 最終決定選擇機床已有的進給量 經校驗63 rmf 48 校驗成功 ax85Ff 2 鉆頭磨鈍標準及壽命 后刀面最大磨損限度 查 切削手冊 為 0 5 0 8mm 壽命 in60 T 切削速度 查 切削手冊 修正系數(shù) rmvc 10 0 1 TVK MV 1tvK 故5 Kx0 1vapv rmc 5 in 7 394 50rxdns 查 切削手冊 機床實際轉速為 i 2nc 故實際的切削速度 rmvsc7 10 3 校驗扭矩功率 所以 NmMc73 N2 14 mcM 故滿足條件 校驗成立 EPkwP 0 2 1 5 5 2 計算工時 min14 074526 nflLtm 5 6 工序 的切削用量及基本時間的確定 5 6 1 切削用量 本工序為鉆 半精鉸 精鉸 10mm 的孔 鉸刀選用 9 95 的標準高速鋼鉸刀 r0 0 a0 8 kr 5 鉸孔擴削用量 1 確定進給量 f 根據(jù)參考文獻三表 10 4 7 查出 f 表 0 65 1 4 按該表注釋取較小進給量 19 按 Z525 機床說明書 取 f 0 72 2 確定切削速度 v 和轉速 n 根據(jù)表 10 4 39 取 V 表 14 2 切削速度的修正系數(shù)可按表 10 4 10 查出 kmv 1 15 83 9204pra 故 K 0 87qpv 故 V 14 2 0 87 1 12 35m min表 N 01 12 3548 6 minvrd 表 根據(jù) Z525 機床說明書選擇 n 275r min 這時實際的鉸孔速度 V 為 V 0 8713 5 i1n 根據(jù)以上計算確定切削用量如下 鉆孔 d 0 15mm f 0 3mm r n 400r min v 18m min 半精鉸 d 0 15 85mm f 0 5mm r n 574r min v 25 8m min 精鉸 d 0 15 95mm f 0 72mm r n 275r min v 13 65m min 5 6 2 時間計算 1 鉆孔基本工時 T m12llnff 式中 n 400 f 0 3 l 27 5mm l 1 l2 5mm T m27 50 3min4 3 半精鉸基本工時 l 1 75 2 1 45218 1 21 ctgctgkrdD L 27 5mm n 530r min f 0 5mm 取 l1 3mm l2 4mm T m7 5340 6min 20 3 精鉸基本工時 l 1 7 3 2 1 4528 15 1 21 ctgctgkrdD 取 l1 4mm l2 2mm l 27 5mm T m7 40 18min5 5 7 工序 的切削用量及基本時間的確定 5 7 1 切削用量 本工序為鉆孔 3mm 機床 鉆床 Z525 刀具 根據(jù)參照參考文獻 3 表 4 3 9 選硬質合金錐柄麻花鉆頭 切削深度 pam5 1 根據(jù)參考文獻 3 表 查得 進給量 切削速度 342 0 2 fmr smV 36 0 機床主軸轉速 n in 147 600dV 按照參考文獻 3 表 3 1 31 取 nr 實際切削速度 v3 4 50 106Dms 5 7 2 切削工時 被切削層長度 lm 刀具切入長度 1 1 2 0242rctgkctg 刀具切出長度 取 2l4ml32 加工基本時間 jt14 1in0 6jLlfn 5 8 工序 的切削用量及基本時間的確定 切削用量 21 鉆攻絲 4XM4 孔螺紋底孔及攻螺紋 鉆螺紋底孔 rmf2 0 rm1 05 取 1 sv in 所以 rn8713r 按機床選取 wi80r 所以實際切削速度 smv2 in5 切削工時 一個孔 st3 1 03 攻螺紋 4M 根據(jù)表 4 32 選取 smv12 所以 293 rn89in 按機床選取 53 4i 7w 所以實際切削速度 sv10 所以切削時間 一個孔 t52 34 22 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 23 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 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 24 參 考 文 獻 1 東北重型機械學院 洛陽農業(yè)機械學院 長春汽車廠工人大學 機床夾具設計手 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?？茖W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 洛陽農業(yè)機械學院 長春汽車廠工人大學 機床夾具設計手 冊 上?？茖W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 上海科學技術出版社 2540 15 樂兌謙 金屬切削刀具 機械工業(yè)出版社 2545 4 17