基于UG的銑床夾具的虛擬設計及運動仿真
基于UG的銑床夾具的虛擬設計及運動仿真,基于,ug,銑床,夾具,虛擬,設計,運動,仿真
摘 要
本次設計內容涉及了機械加工工藝及機床夾具設計、UG運動仿真等多方面的知識。設計內容主要包括泵體零件的結構分析，工藝設計、工序階段的劃分，銑床專用夾具的設計，相關零部件的三維建模與裝配，裝配圖的繪制及運動仿真等。
齒輪泵體是組成機器的重要零部件，零件的加工質量將直接影響機器的性能、精度和壽命。因此本次任務是通過對零件結構進行具體分析，設計出合理的加工工藝方案及方便，高效的工裝夾具，保證零件的加工質量。在設計夾具時須根據(jù)零件的結構尺寸及材料性質合理選擇定位方式，定位元件與定位機構，及夾緊機構 。在其設計過程中三維輔助設計軟件的運用是不可或缺的環(huán)節(jié)，UG軟件是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一，可以進行建模、裝配、運動仿真、模擬加工等，在現(xiàn)代的機械加工中有廣泛的應用。本文利用UG軟件對零件與夾具體進行模型設計、裝配、運動分析，并把三維圖形轉換成二維工程圖。
關鍵詞：工藝設計；銑床夾具；三維建模；運動仿真
III
Abstract
This design content involves the machine manufacture craft,the engine jig design,the metal-cutting machine tool, the common difference coordination ,the survey and so on.The design content mainly includes structure analysis of parts,process design,the division of process stages,the special fixture design of milling machine,3d modeling,installation of related spare parts,the drawing of assembly drawings ,the motion simulation and so on.
The gear pump is one of the important parts of machine，parts processing quality will directly affect the performance, precision and the working hours of the machine.So this task is that we design a reasonable process scheme convenient and efficient jig by analyzing the specific parts structure to ensure the parts processing quality.We shall legitimately select positioning method ,positioning device and positioning mechanism according to the structure and the material properties when we design the fixture.In the process of design,the three-dimensional design software is an indispensable link,the UG system is one of the most successful CAD/CAM software,it can be used to build model ,fit parts,move simulation ,simulate processing.So it is widely used in modern machining.The text mainly makes some model design ,assembly,motion analysis and makes change 3D into 2D engineering drawings.
Key words: process planning; milling jig; theree-dimensional modeling; motion simulation
目 錄
摘 要 III
ABSTRACT IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1 機床夾具的概述 1
1.2 國內外發(fā)展及研究狀況 1
1.3 本課題的主要內容 1
2 零件的工藝分析及規(guī)程設計 2
2.1 零件的作用 2
2.2 零件的工藝分析 2
2.3 零件的生產類型 3
2.4 毛坯的制造形式的確定 3
2.5 零件加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 3
2.6 定位基準的選擇 4
2.6.1 精基準的選擇 4
2.6.2 粗基準的選擇 5
2.7 工藝路線的擬定 5
2.8 切削用量及基本工時的確定 6
3 專用夾具設計 17
3.1 設計機床夾具的目的 17
3.2 機床夾具的設計要求 17
3.3 銑前后端面的專用夾具設計 17
3.3.1 問題的提出 17
3.3.2 定位基準的選擇 17
3.3.3 切削力與夾緊力的計算 17
3.3.4 定位誤差分析與計算 19
3.3.5 夾具設計及操作簡要說明 19
3.3.6 專用夾具相關零部件的設計分析與三維建模 20
3.4 粗銑2×M16螺紋孔外側端面專用夾具設計 25
3.4.1 定位基準的選擇 25
3.4.2 定位基準的選擇 25
3.4.3 切削力及夾緊力的計算 26
3.4.4 定位誤差分析與計算 27
3.4.5 夾具設計及操作簡要說明 27
4 運動仿真 30
4.1 UG的概述 30
4.2 運動仿真與分析 30
4.2.1 專用銑床夾具1夾緊裝置的運動仿真 30
5 結論 34
5.1 結論 34
5.2 不足之處及展望 34
致 謝 35
參考文獻 36
附 錄 37
V
基于UG的銑床夾具虛擬設計及運動仿真
1 緒論
1.1 機床夾具的概述
在機械制造的切削加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等工藝過程中，要使用大量的夾具來安裝加工對象，使其占有正確的位置，以保證零件和產品的加工質量，并提高生產率，從而提高其經濟性。把工件迅速固定在正確位置上，完成切削加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等工作所使用的工藝裝備稱為夾具。把機床上用來完成工件裝夾任務所使用的工藝裝備稱為機床夾具。
隨著我國現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，對機械傳動裝置的技術性能和經濟指標提出了越來越高的要求，普通機床夾具已經不能滿足現(xiàn)代工業(yè)大批量高效生產的需要，而研制新型專用夾具是機械行業(yè)中重要的課題之一。
1.2 國內外發(fā)展及研究狀況
我國國內的夾具始于20世紀年代，當時建立了面向機械行業(yè)的天津夾具廠，和面向航空工業(yè)的保定向陽機械廠，以后又建立了數(shù)個生產專用夾具元件的工廠。在當時曾達到全國年產專用夾具元件800萬件的水平。20世紀80年代以后，兩廠又各自獨立開發(fā)了適合NC機床、加工中心的孔系組合夾具系統(tǒng)，不僅滿足了我國國內的需求，還出口到美國等國家。當前我國每年尚需進口不少NC機床、加工中心，而由國外配套孔系夾具，價格非常昂貴，現(xiàn)大都由國內配套，節(jié)約了大量外匯。
從國際上看俄國、德國和美國是夾具的主要生產國。當前國際上的夾具企業(yè)均為中小企業(yè)，專用夾具、可調整夾具主要接受本地區(qū)和國內訂貨。有關夾具和專用夾具的產值和貿易額尚缺乏統(tǒng)計資料，但歐美市場上一套用于加工中心的央具，而專用夾具的大型基礎件尤其昂貴。由于我國在專用夾具技術上有歷史的積累和性能價格比的優(yōu)勢，隨著我國加入WTO和制造業(yè)全球一體化的趨勢，特別是電子商務的日益發(fā)展，其中蘊藏著很大的商機，具有進一步擴大出口良好前景。
1.3 本課題的主要內容
⑴初步了解熟悉機床夾具發(fā)展狀況；
⑵進行零件進行工藝分析并制定加工工藝規(guī)程；
⑶分析設計銑前后端面的銑床夾具定位方式、夾緊方案，計算切削力、夾緊力并使用UG進行三維建模、裝配并生成爆炸視圖；
⑷分析設計銑螺紋外端面的銑床夾具定位方式、夾緊方案，計算切削力、夾緊力并使用UG進行三維建模、裝配并生成爆炸視圖；
⑸使用UG進行運動仿真并分析；
⑹對之前所做的畢業(yè)設計進行總結。
2 零件的工藝分析及規(guī)程設計
2.1 零件的作用
本課題所設計的零件是齒輪泵體零件，齒輪泵體是組成機器的基礎零件，其作用是將機器和部件中的軸，齒輪等有關零部件聯(lián)成一個整體，并使之保持正確的相對位置，彼此協(xié)調工作，以傳遞動力、傳遞力矩、完成機器或部件的預定功能。所以要求箱體零件要有足夠的剛度和強度，良好的密封性和散熱性。因此，箱體零的加工質量將直接影響機器的性能、精度和壽命。
2.2 零件的工藝分析
本齒輪泵零件的材料為HT200，硬度190HBS，屬于脆性材料，零件的外觀形狀較為復雜，尺寸不大，因此不能進行鍛造和沖壓。但零件的鑄造性能和切削加工性能優(yōu)良，故可進行鑄造毛坯。以下是零件所需要加工的表面、表面的加工精度以及各加工表面之間的位置要求：
⑴以前后端面互為基準所要加工的端面，加工面包括前后端面，其中基準面B對應的面相對于基準面B的平行度為0.015。所要加工端面的粗糙度要求，查參考文獻[1]表4-7，采用粗銑—精銑即可達到要求，經濟加工等級選擇IT9。
⑵以底座上端面、下端面為基準所要加工的面，這組加工面主要有下端面、3×φ50內圓、2×φ20內圓。所要加工的下端面粗糙度要求，查參考文獻[1]表4-7，采用粗銑—精銑即可達到要求，經濟加工等級選擇IT9。3×φ50內圓、2×φ20內圓粗糙度要求，查參考文獻[1]表4-5，通過粗鏜—半精鏜即可達到要求，經濟加工等級選擇IT9。其中下面φ50和φ20內圓端面圓跳動為0.02，以及與上面?zhèn)z圓中心線平行度為0.04。
⑶以下底面、前端面為基準加工2×φ5銷孔以及4×M8的螺紋孔。銷孔的粗糙度要求，查參考文獻[1]表4-7，可進行鉆—絞來達到要求，經濟加工等級選擇IT9。
⑷以銷孔、下端面為基準加工寬為60mm的鍵槽、2×φ15定位孔孔、左右端面、2×M16螺紋。如圖2×φ15定位孔孔的粗糙度要求，查參考文獻[1]表4-5，可通過絞孔達到加工要求，經濟加工等級選擇IT9。左右端面的粗糙度要求，查參考文獻[1]表4-7，一次粗銑即可完成，經濟加工等級選擇IT10。零件圖如圖2.1所示。
圖2.1齒輪泵零件圖
2.3 零件的生產類型
本零件的生產綱領可按參考文獻[3]中生產綱領公式計算：
(2.1)
式中 —產品的年產量（生產綱領）；
—單位產品中該零件的數(shù)量；
—零件生產備品率（%），廢品率（%）。
根據(jù)本零件的產量要求得，Q=12000件/年，n=1件/臺；取a=3%,b=1.5%，則
N=12000×1×（1+3%）（1+1.5%）=12054件/年。
查參考文獻[3]表1-1得，零件為大批量生產。
2.4 毛坯的制造形式的確定
根據(jù)齒輪泵體零件圖2.1可知，材料為 HT200，硬度選用190HBS，生產類型為大批量生產，故采用砂型機鑄造毛坯。，這樣，毛坯形狀與成品相似，加工方便，省工省料。
2.5 零件加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
毛坯的形狀應力求接近零件形狀，以減少機械加工勞動量。毛坯尺寸應在保證切削加工精度的情況下，盡量減少切除余量，以便更好的節(jié)約成本，提高工作效率，獲得更大的經濟效益。
如上所述：泵體零件材料為HT200，生產類型為大批量生產，采用砂型機鑄造毛坯，由參考文獻[1]表1-11查得鑄件等級為CT9，尺寸公差為2.5mm。
(1)泵體前后端面、下端面、左右端面的加工余量
因為泵體前后端面與下端面沒有精度要求，粗糙度要求也不高，查閱參考文獻[1]表4-31與4-32，其粗加工余量為1mm，精加工余量為0.6mm。
(2)3×φ50、2×φ20內圓的加工余量
泵體內圓精度要求介于IT7~IT8之間，粗糙度要求較高，查閱參考文獻[1]表4-27，其粗鏜余量為2.0mm，半精鏜加工余量為1.5mm。
(3)2×φ5銷孔、2×φ15定位孔的加工余量
泵體孔的加工精度不做要求，粗糙度要求不高，查閱參考文獻[1]表4-27，其絞孔加工余量為0.2mm。
綜上所述得零件毛坯圖,如圖2.2。
圖2.2齒輪泵零件毛坯圖
2.6 定位基準的選擇
定位基準按基準面的加工狀況可分為粗基準和精基準。最初工序中，只能選擇一未加工的毛坯面作為定位基準，稱為粗基準，隨后以已加工面為定位基準，稱為精基準。
正確地選擇定位基準是工藝設計過程的一項重要內容，也是保證零件加工精度的關鍵。在制定工藝規(guī)程時，應先考慮選擇怎樣的精基準以保證達到精度要求并把各個表面加工出來，然后再考慮選擇合適的粗基準把精基準面加工出來。另外，為了使工件便于裝夾和易于獲得所需加工精度，可在工件上某部位作一輔助基準，用以定位。此外應從零件的整個加工工藝過程的全局出發(fā)，在分析零件的結構特點、設計基準和技術要求的基礎上，根據(jù)粗、精基準的選擇原則，合理選擇定位基準。
2.6.1 精基準的選擇
在選擇精基準時，應該遵循基準重合，基準統(tǒng)一，互為基準，自為基準便于裝夾等原則?？紤]到此下端面加工精度要求較高，平面比較大，并且此平面有定位孔，可以實現(xiàn)齒輪泵體零件“一面兩孔”的典型定位方式;其余各面和孔的加工也可以用它來定位,故選擇下端面與前端面作為精基準，這樣的工藝路線遵循了“基準統(tǒng)一”的原則。
2.6.2 粗基準的選擇
考慮到泵體后端面有平行度要求且此面表面較為平整，沒有澆口、冒口，符合粗基準的選擇條件，因此選擇泵體后端面作為粗基準。
2.7 工藝路線的擬定
零件主要表面及其他表面的機械加工順序，對組織生產、保證質量和降低成本有較大的作用。機械加工工序應遵循基面先行，先主后次，先粗后精，先面后孔等加工順序來合理安排。由于泵體零件的孔系加工序集中且精度要求較高，故應先加工端面，再以端面做為精基準加工孔。這樣既能滿足精度要求，又能減少機械加工時間。
初步擬定的工藝路線：
工序1 鑄造毛坯。
工序2 人工時效溫度（500°～550°）消除應力。
工序3 粗、精銑前端面。
工序4 粗、精銑后端面。
工序5 粗、精銑下底面。
工序6 粗絞2×φ15定位孔。
工序7 粗、半精鏜3×φ50內圓。
工序8 粗、半精鏜2×φ20內圓。
工序9 鉆4×M8螺紋孔、攻螺紋。
工序10 鉆、絞2×φ5銷孔。
工序11 銑60mm鍵槽。
工序12 粗銑2×M16螺紋孔外側端面。
工序13 鉆2×M16螺紋孔，攻螺紋。
工序14 去毛刺。
工序15 終檢、入庫。
初步方案中雖遵循了工藝路線擬訂的一般原則但某些工序有些問題還值得進一步討論。例如在工序6粗絞2×φ15定位孔中可利用2×φ5銷孔作為定位基準，能減少加工誤差。
修改后的工藝路線：
工序1 鑄造毛坯。
工序2 人工時效溫度（500°～550°）消除應力。
工序3 粗、精銑前端面。
工序4 粗、精銑后端面。
工序5 粗、精銑下底面。
工序6 粗、半精鏜3×φ50內圓。
工序7 粗、半精鏜2×φ20內圓。
工序8 鉆4×M8螺紋孔、攻螺紋。
工序9 鉆、絞2×φ5銷孔。
工序10 銑60mm鍵槽。
工序11 粗絞2×φ15定位孔。
工序12 粗銑2×M16螺紋孔外側端面。
工序13 攻2×M16螺紋。
工序14 去毛刺。
工序15 終檢、入庫。
2.8 切削用量及基本工時的確定
基本工時是指在一定的技術、組織、條件下制定出來的完成某項工作（例如一個工序）所需的時間?；竟r是計算產品成本的企業(yè)核算的依據(jù)之一，基本工時必須正確確定，應該具有平均先進水平。
合理地選擇切削用量，對保證加工精度和表面質量，提高生產率和刀具耐用度等，都有很大的影響。
選擇切削用量是指要選定切削深度、進給量和切削速度。在這3個因素中，對刀具耐用度影響最大的是切削速度，其次是進給量，而切削深度影響最小，對表面粗糙度影響最大的是進給量，而對切削力影響最大的則是切削速度。因此，在粗加工階段，應考慮選擇盡可能大的切削深度，其次是選擇較大的進給量，最后確定一個合適的切削速度。在半精、精加工階段，由于加工精度和表面質量的要求較高，因此一般均選擇較小的切削深度和進給量，在保證刀具耐用度的前提下，應選取較高的切削速度，以保證加工質量和生產率的要求。
工序1：鑄造毛坯
工序2：人工時效溫度（500°～550°）消除應力
工序3： 粗、精銑泵體前端面
工步1：粗銑泵體前端面
工件材料：HT200，砂型鑄造。
機床選擇：X62W臥式萬能銑床，機床功率為7.5KW 。刀具選用：選取YG8硬質合金端銑刀 ，刀具直徑D=80mm，Z=4。根據(jù)參考文獻[1]表4-76查得，查參考文獻[1]表4-79得。背吃刀量的選定：由于加工不大可一次加工完成，故取=1mm。則
端面銑刀轉速 ： (2.2)
查參考文獻[2]表4-17-1選取機床轉速n=235r/min,則實際切削速度：
(2.3)
工作臺每分鐘進給量為：
(2.4)
查參考文獻[2]表4-17-2選取工作臺進給量n=190mm/min。
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-7中銑刀銑平面的基本時間計算公式：
(2.5)
其中=， (2.6)
故 = =6m ，l2=1~3mm故取2mm，
則 (2.7)
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工步2：精銑泵體前端面
機床選擇：X62W臥式萬能銑床 ，機床功率為7.5KW 。刀具選用：選取YG8硬質合金端銑刀 ，刀具直徑D=80mm，Z=4。根據(jù)參考文獻[1]表4-76查得。查參考文獻[1]表4-79得。背吃刀量的選定：由于精銑可一次加工完成，故取=0.6mm，則
端面銑刀轉速： (2.8)
查參考文獻[2]表4-17-1選取機床轉速n=375r/min,則實際切削速度：
(2.9)
工作臺每分鐘進給量為：
(2.10)
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-7中銑刀銑平面的基本時間計算公式：
(2.11)
其中=， (2.12)
故 = =6m ，=1~3mm故取2mm，
則 (2.13)
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工序4：粗、精銑泵體后端面
工步1：粗銑泵體后端面
工件材料：HT200，砂型鑄造。
機床選擇：X62W臥式萬能銑床，機床功率為7.5KW 。刀具選用：選取YG8硬質合金端銑刀 ，刀具直徑D=80mm，Z=4。根據(jù)參考文獻[1]表4-76查得，查參考文獻[1]表4-79得。背吃刀量的選定：由于加工不大可一次加工完成，故取=1mm。則
端面銑刀轉速 ： (2.14)
查參考文獻[2]表4-17-1選取機床轉速n=235r/min,則實際切削速度：
(2.15)
工作臺每分鐘進給量為：
(2.16)
查參考文獻[2]表4-17-2選取工作臺進給量n=190mm/min
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-7中銑刀銑平面的基本時間計算公式：
(2.17)
其中=， (2.18)
故 = =6m ，=1~3mm故取2mm，
則 (2.19)
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工步2：精銑泵體后端面
機床選擇：X62W臥式萬能銑床，機床功率為7.5KW 。刀具選用：選取YG8硬質合金端銑刀 ，刀具直徑D=80mm，Z=4。根據(jù)參考文獻[1]表4-76查得，查參考文獻[1]表4-79得。背吃刀量的選定：由于精銑可一次加工完成，故取=0.6mm。則
端面銑刀轉速 ： (2.20)
查參考文獻[2]表4-17-1選取機床轉速n=375r/min,則實際切削速度：
(2.21)
工作臺每分鐘進給量為：
(2.22)
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-7中銑刀銑平面的基本時間計算公式：
(2.23)
其中=， (2.24)
故 = =6m ，=1~3mm故取2mm，
則 (2.25)
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工序5：粗、精銑下端面
工件材料：HT200，砂型鑄造。
工步1：粗銑下端面
機床選擇：X51立式銑床 ，機床功率為4.5KW 。刀具選用：選取鑲螺旋形刀片的硬質合金立銑刀 ，Z=4。查參考文獻[1]表4-78刀具直徑D=30mm，，查參考文獻[1]表4-79得。背吃刀量的選定：由于粗銑可一次加工完成，故取=1mm。則
立銑刀轉速 ： (2.26)
查參考文獻[2]表4-16-1選取機床轉速n=725r/min,則實際切削速度：
(2.27)
工作臺每分鐘進給量為：
(2.28)
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-7中銑刀銑平面的基本時間計算公式：
( 2.29)
其中=， (2.30)
故 = =7.5m ，=1~3mm故取2mm，
則 (2.31)
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工步2：精銑下端面
機床選擇：X51立式銑床 ，機床功率為4.5KW 。刀具選用：選取鑲螺旋形刀片的硬質合金立銑刀 ，Z=4。查參考文獻[1]表4-78刀具直徑D=30mm，，查參考文獻[1]表4-79得。背吃刀量的選定：由于精銑可一次加工完成，故取=1mm。則
立銑刀轉速： (2.32)
查參考文獻[2]表4-16-1選取機床轉速n=945r/min,則實際切削速度：
(2.33)
工作臺每分鐘進給量為：
(2.34)
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-7中銑刀銑平面的基本時間計算公式：
(2.35)
其中=， (2.36)
故 = =7.5m ，=1~3mm故取2mm,
則 (2.37)
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工序6：粗、半精鏜3φ50內圓
工步1：粗鏜3φ50內圓
工件材料：HT200，砂型鑄造。
機床選擇：T68臥式鏜床 ，機床功率為6.5KW 。刀具選用：選取硬質合金圓形鏜刀，查參考文獻[1]表4-71鏜桿長度選取750mm，刀具直徑D=20mm。背吃刀量的選定：由于粗鏜余量為2mm可一次加工完成故取。查參考文獻[1]表4-72得，。則
圓形鏜刀轉速 ： (2.38)
查參考文獻[2]表4-7-1選取機床轉速n=630r/min,則實際切削速度：
(2.39)
基本時間的計算：
(2.40)
其中=5mm，=2~4mm故取3mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工步2：半精鏜3xφ50內圓
機床選擇：T68臥式鏜床 ，機床功率為6.5KW 。刀具選用：選取硬質合金圓形鏜刀，查參考文獻[1]表4-71鏜桿長度選取750mm，刀具直徑D=20mm。背吃刀量的選定：由于粗鏜余量為1.5mm可一次加工完成故取，查參考文獻[1]表4-72得，。則
圓形鏜刀轉速 ： (2.41)
查參考文獻[2]表4-7-1選取機床轉速n=800r/min,則實際切削速度:
(2.42)
基本時間的計算：
其中=5mm，=2~4mm故取3mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工序7：粗、半精鏜2xφ20內圓
工步1：粗鏜2xφ20內圓
工件材料：HT200，砂型鑄造。
機床選擇：T68臥式鏜床 ，機床功率為6.5KW 。刀具選用：選取硬質合金圓形鏜刀，查參考文獻[1]表4-71鏜桿長度選取750mm，刀具直徑D=16mm。背吃刀量的選定：由于粗鏜余量為2mm可一次加工完成故取。查參考文獻[1]表4-72得，。則
圓形鏜刀轉速： (2.43)
查參考文獻[2]表4-7-1選取機床轉速n=1000r/min,則實際切削速度：
(2.44)
基本時間的計算：
(2.45)
其中=5mm，=2~4mm故取3mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工步2：半精鏜2xφ20內圓
工件材料：HT200，砂型鑄造。
機床選擇：T68臥式鏜床 ，機床功率為6.5KW 。刀具選用：選取硬質合金圓形鏜刀，查參考文獻[1]表4-71鏜桿長度選取750mm，刀具直徑D=16mm。背吃刀量的選定：由于粗鏜余量為1.5mm可一次加工完成故取。查參考文獻[1]表4-72得，。則
圓形鏜刀轉速： (2.46)
查參考文獻[2]表4-7-1選取機床轉速n=1200r/min,則實際切削速度：
(2.47)
基本時間的計算：
(2.48)
其中=5mm，=2~4mm故取3mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工序8：鉆、攻4×M8螺紋孔
工步1：預鉆4xφ7孔
工件材料：HT200，砂型鑄造。
機床選擇：Z535立式鉆床 ，機床功率為4.5KW 。刀具選用：選取直徑為Φ7的高速鋼鉆頭，查參考文獻[1]表4-65得進給量。查參考文獻[1]表4-66得。則
鉆頭轉速： (2.49)
查參考文獻[2]表4-5-1選取機床轉速n=1100r/min,則實際切削速度：
(2.50)
基本時間的計算：
(2.51)
其中=4mm，=1~4mm故取3mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工步2：攻4×M8螺紋孔
機床選擇：Z535立式鉆床 ，機床功率為4.5KW 。刀具選用：選取硬質合金YG8，M8絲錐。查參考文獻[1]表4-65得，切削速度查參考文獻[1]表4-66選取。則
絲錐轉速: (2.52)
查參考文獻[2]表4-5-2選取機床轉速n=750r/min,則實際切削速度：
(2.53)
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-5中攻螺紋的基本時間計算公式：
(2.54)
其中=5mm，=2~4mm故取3mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工序9：鉆、絞2×φ5的銷孔
工步1：預鉆2×φ4.8孔
工件材料：HT200，砂型鑄造。
機床選擇：Z535立式鉆床 ，機床功率為4.5KW 。刀具選用：選取硬質合金YG8，φ4.8mm鉆頭。查參考文獻[1]表4-65得，切削速度查參考文獻[1]表4-66選取。則
鉆頭轉速： (2.55)
查參考文獻[2]表4-5-2選取機床轉速n=1100r/min,則實際切削速度：
(2.56)
基本時間的計算：查參考文獻[1]表7-5中鉆孔的基本時間計算公式：
(2.57)
其中=4mm，=1~4mm故取2mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工步2：絞φ5mm的銷孔
機床選擇：Z535立式鉆床 ，機床功率為4.5KW 。刀具選用：選取YG3硬質合金絞刀。背吃刀量的選?。河捎谝淮谓g孔即可完成故取。查參考文獻[2]表3-52得，切削速度查參考文獻[2]表3-52選取。則
鉸刀轉速: (2.58)
查參考文獻[2]表4-5-1選取機床轉速n=1100r/min,則實際切削速度：
(2.59)
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-5中絞孔的基本時間計算公式：
(2.60)
其中=3mm，=2~4mm故取3mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工序10：銑寬60mm的底槽
工件材料：HT200，砂型鑄造。
機床選擇：X51立式銑床 ，機床功率為4.5KW。刀具選用：選取高速鋼三面刃立銑刀，刀具直徑D=50mm。根據(jù)參考文獻[1]表4-77可得，查參考文獻[2]表4-79得。背吃刀量的選定：由于加工不大可分一次加工完成，故取=4mm。則
立銑刀轉速： (2.61)
查參考文獻[2]表4-16-1選取機床轉速n=125r/min,則實際切削速度：
(2.62)
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-7中銑刀銑底槽的基本時間計算公式：
(2.63)
其中=26mm，=1~3mm故取2mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工序11：粗絞2xφ15定位孔
工件材料：HT200，砂型鑄造。
機床選擇：Z525立式鉆床 ，機床功率為2.8KW 。刀具選用：選取YG3硬質合絞刀。背吃刀量的選?。河捎谝淮谓g孔即可完成則選取。查參考文獻[2]表3-52可得，查參考文獻[2]表3-52切削速度選取。則
鉸刀轉速： (2.64)
查參考文獻[2]表4-5-2選取機床轉速n=960r/min,則實際切削速度：
(2.65)
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-5中絞孔的基本時間計算公式：
(2.66)
其中=3mm ，=2~4mm故取3mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工序12：粗銑2×M16螺紋孔外側端面
工件材料：HT200，砂型鑄造。
機床選擇：X62W臥式萬能銑床， 機床功率為7.5KW 。刀具選用：選取YG8硬質合金端銑刀 ，刀具直徑D=40mm，Z=4。根據(jù)參考文獻[1]表4-76查得，查參考文獻[1]表4-79得。背吃刀量的選定：由于加工不大可一次加工完成，故取=2mm。則
端面銑刀轉速： (2.67)
查參考文獻[2]表4-17-1選取機床轉速n=475r/min,則實際切削速度：
(2.68)
工作臺每分鐘進給量為：
(2.69)
查參考文獻[2]表4-17-2選取工作臺進給量n=375mm/min。
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-7中銑刀銑平面的基本時間計算公式：
(2.70)
其中=， (2.71)
故 = =6.8m ，=1~3mm故取2mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
工序13：攻2×M16螺紋孔
工件材料：HT200，金屬型鑄造。
機床選擇：Z3025搖臂鉆床 ，機床功率為2.2KW 。刀具選用：選取硬質合金YG8、M16絲錐。查參考文獻[1]表4-65得，切削速度查參考文獻[1]表4-66選取。則
絲錐轉速： (2.72 )
查參考文獻[2]表4-4-1選取機床轉速n=400r/min,則實際切削速度:
(2.73 )
基本時間的計算：查參考文獻[2]表7-5中攻螺紋的基本時間計算公式：
(2.74)
其中=5mm，=2~4mm故取3mm，
則
由參考文獻[1]表4-106，算得輔助時間
3 專用夾具設計
3.1 設計機床夾具的目的
在機械制造的機械加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等冷、熱工藝過程中，使用著大量的夾具。機床夾具的作用主要有以下幾個方面：
⑴較容易、較穩(wěn)定地保證加工精度，因為用夾具裝夾工件時，工件相對機床（刀具）的位置由夾具來.保證，基本不受工人技術水平的影響，因而能較容易、較穩(wěn)定地保證工件的加工精度；
⑵提高勞動生產率，因為采用夾具后，工件不需要劃線找正，裝夾也方便迅速，顯著地減少了輔助時間，提高了勞動生產率；擴大機床的使用范圍，因為使用專用夾具可以改變機床的用途、擴大機床的使用范圍，例如，在在車床或搖臂轉床上安裝鏜模夾具后，就可以對箱體孔系進行鏜削加工；
⑶改善勞動條件、保證生產安全，因為使用專用機床夾具可以減輕工人的勞動強度、改善勞動條件，降低對工人操作技術水平的要求，保證安全。
3.2 機床夾具的設計要求
設計機床夾具時，應該滿足下列4項基本要求：
⑴保證工件的加工精度要求；
⑵保證工人的操作方便；
⑶達到加工生產率要求；
⑷滿足夾具一定的使用壽命和經濟性要求。
3.3 銑前后端面的專用夾具設計
為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用銑床夾具。根據(jù)零件加工的具體要求初步設計第3、4道加工工序的銑床夾具。
3.3.1 問題的提出
本夾具主要用來銑削泵體前后端面，其表面粗糙度要求Ra=3.6μm，無加工精度要求。故需粗銑、精銑兩道工序來完成即可。
3.3.2 定位基準的選擇
在選擇定位基準時必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應該根據(jù)零件圖的技術要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。
由對泵零件工藝設計及工序的安排可知，下端面是后面多個加工工序的基準面，選擇下端面作為定位基準能夠減少設計及制造夾具時間和費用，符合基準統(tǒng)一原則。但一個面不足以定位，同時采用兩孔定位，即以下端面和兩個對稱的孔為基準。下端面可以限制3個自由度，15孔與定位銷配合可以限制2個自由度，另外的15孔與削邊銷配合可限制1個自由度，即可實現(xiàn)零件的完全定位。
3.3.3 切削力與夾緊力的計算
⒈夾緊力的計算
本夾具是采用簡單螺旋形夾緊機構對泵體左右端面進行夾緊，夾緊力垂直于左右端面。查參考文獻[4]表6.3-6夾緊力公式為：
(3.1)
式中—夾緊力（N）；
—原始作用力（N）；
—作用力臂（mm）；
—螺紋中徑（mm）；
—螺紋升角（）；
—螺紋摩擦角（）；
—外圓直徑（mm）；
—內圓直徑（mm）；
—端面與工件間的摩擦系。
其中一般取500N，由零件圖知=10.78mm，=7.1mm，=，=，=1，D=7.5mmd=6mm，由此可以算得理論夾緊力為： (3.2)
2.切削力的計算
銑削時所用刀具：硬質合金端銑刀，，。粗銑時， 查參考文獻[4]表1.6-11得，，；精銑時，，，。根據(jù)參考文獻[4]表1.6-10銑削切削力公式： (3.3)
其中，,，，，，，各修正系數(shù)均為1.0，故。
所以粗銑時切削力：
精銑時的切削力：
校核：毛坯為大批量生產，基本重量為1.5kg。根據(jù)銑削參考文獻[4]表夾緊力公式：
(3.4)
其中—安全系數(shù)；
—銑削切削力（N）；
—零件重量（N）；
—端面與零件之間的摩擦系數(shù)。
安全系數(shù)按下式計算：
查參考文獻[4]表可知式中： 為一般安全系數(shù)1.5；
為加工性質系數(shù)1.2；
為刀具鈍化系數(shù)1.2；
為續(xù)斷切削系數(shù)1。
則
通過計算得：
經校核其值小于設定的夾緊力，故夾具中的夾緊裝置適用。
3.3.4 定位誤差分析與計算
1.定位誤差產生的原因。
任意一批工件在夾具中加工時，引起加工尺寸產生的誤差主要原因有倆類：
⑴由于定位基準本身尺寸和幾何形狀誤差，以及定位基準與定位元件之間的間隙，所引起的同一批工件工序定位基準沿加工尺寸方向的最大位移，稱為基準位移誤差，以表示。
⑵由于工序基準與定位基準不重合，所引起同一批工件工序基準相對于定位基準面而言沿加工方向的最大位移，稱為基準不重合誤差，以表示[3]。
本夾具高度方向的主要定位元件為一平面加兩個孔，其精度要求為自由公差，定位基準為平面，定位元件為定位銷及削邊銷查參考文獻[4]表6.2-8，極限偏偏差為+0.068mm，遠小于工件尺寸公差，所以滿足要求。
3.3.5 夾具設計及操作簡要說明
利用泵體一個平面及其上的兩個圓孔作為定位基準，即一面兩孔組合定位方式。采用一面兩孔定位,易于做到工藝過程中的基準統(tǒng)一,保證工件的相對位置精度,且具有支承面大、支承剛度好、結構簡單、可靠、裝卸工件方便等優(yōu)點。以工件底面及兩孔定位，采用支撐板和定位銷定位，泵體底面為第一定位基準,限制了工件的、、 3個自由度，圓柱銷為第二定位基準限制了工件的、 2個自由度;菱形銷為第三定位基準,它和圓柱銷聯(lián)合限制 了工件的自由度，實現(xiàn)了工件的完全定位，定位圖如圖3.1所示。
圖3.1泵體的定位圖
在定位后需將工件夾緊,本工序采用左右對稱布置的簡單螺旋形夾緊機構將工件壓緊。具體的夾緊裝置圖如圖3.2所示。
圖3.2泵體夾緊裝置圖
3.3.6 專用夾具相關零部件的設計分析與三維建模
⒈支撐板
根據(jù)零件、定位元件及夾緊裝置的結構尺寸以及位置。（查參考文獻[5]）設計支撐板的長度為250mm，寬為150mm，高度為30mm，材料為T8按GB/T1298的規(guī)定：
熱處理 55~60HRC；其它技術條件按GB/T2259的規(guī)定。三維建模如圖如3.3所示。
圖3.3支撐板
⒉定位銷、削邊銷
根據(jù)泵體零件孔的直徑尺寸查參考文獻[4]表6.2-8，設計定位銷及削邊銷的規(guī)格尺寸。
材料為T8按GB/T1298的規(guī)定： 熱處理 55~60HRC；其它技術條件按GB/T8044-1999的規(guī)定。三維建模圖如圖3.4所示。
圖3.4定位銷、削邊銷
⒊夾具體支架1
設計夾具體支架1是為了保證的夾緊元件能有準確的夾緊位置，故材料選擇為HT250，為了避免在熱應力的作用下發(fā)生變形，要進行時效處理，夾具體邊緣要去毛刺，避免出現(xiàn)砂眼，疏松，氣孔等鑄造缺陷，三維建模圖如圖3.5所示。
圖3.5夾具體支架1
⒋夾具體支架2
夾具體支架2的作用同上，三維建模如圖3.6所示。
圖3.6夾具體支架2
⒌六角頭普通粗牙螺紋絞制孔用螺1
本螺釘用于連接支架1與支撐板，結構簡單。根據(jù)參考文獻[6]表14-1及14-8，選用d=M8，公稱長度l=69mm、性能等級為8.8級、表面氧化、級六角頭螺栓。三維建模如圖3.7所示。
圖3.7 M8-7H
⒍六角頭普通粗牙螺紋絞制孔用螺2
本螺釘用于連接支架2與支撐板，結構簡單。根據(jù)參考文獻[6]表14-1及14-8，選用d=M6，公稱長度l=21mm、性能等級為8.8級、表面氧化、級六角頭螺栓。三維建模如圖3.8所示。
圖3.8 M6-7H
⒎壓緊螺釘
零件與夾具體支架1相配合組成左端面壓緊裝置，壓緊M16螺紋孔端面，（查參考文獻[5]）材料選擇45號鋼，淬火，回火35~40HRC。三維建模如圖3.9所示。
圖3.9壓緊螺釘
⒏壓緊螺柱
本零件與夾具體支架2相配合組成右端面壓緊裝置，壓緊M16螺紋孔端面，（查參考文獻[5]）材料選擇45號鋼，淬火，回火35~40HRC。三維建模如圖3.10所示。
圖3.10壓緊螺柱
⒐夾具裝配圖
本套銑床專用夾具能夠實現(xiàn)零件的完全定位而且結構簡單，便于裝配，安裝與拆卸方便。適合大批量零件的加工生產。總體裝配如圖3.11所示。
圖3.11總體裝配圖
3.4 粗銑2×M16螺紋孔外側端面專用夾具設計
3.4.1 定位基準的選擇
利用銑床銑削螺紋孔外側端面，能夠提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度。端面粗糙度要求Ra=6.3μm，無加工精度要求。故只需進行粗銑即可。
3.4.2 定位基準的選擇
為了保證加工精度及零件的表面質量，要對工件進行完全定位。由于下端面在之間已經完成加工，表面較為平整。故可利用下端面與倆孔進行定位，這是典型的一面?zhèn)z孔定位方式。具體的定位裝置如圖3.12所示。
圖3.12定位裝置
3.4.3 切削力及夾緊力的計算
1.切削力的計算
銑削時所用刀具：硬質合金端銑刀，，。粗銑時， 查參考文獻[4]表1.6-11得，，。根據(jù)參考文獻[4]表1.6-10銑削切削力公式： (3.5)
其中，,，，，，，各修正系數(shù)均為1.0，故。
所以粗銑時切削力：
2.夾緊力的計算
本夾具是采用通過擰緊一對六角螺母對泵體上端面進行夾緊，屬于簡單的螺旋夾緊機構。為了防止工件在切削力的作用下移動，查參考文獻[1]表5-67得到夾緊力的計算公式：
收藏