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可持續(xù)夾具及固定裝置的高精度安裝的方法論 J. Jamshidi，P.G. maropoulos 英國(guó)巴斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系 摘要 在夾具安裝階段，夾具組件的精確測(cè)量能力決定其精確性，尤其是對(duì)大尺寸的產(chǎn)品和應(yīng)用來(lái)說(shuō)。大量定制一些在設(shè)計(jì)上有多樣性的小批量產(chǎn)品和零部件是十分重要的。產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該與迅速轉(zhuǎn)換理念相互協(xié)調(diào)，對(duì)于敏感元器件及組件而言，以犧牲產(chǎn)品質(zhì)量來(lái)提高速度是不明智的，例如在航空航天工業(yè)中所看到的那些零部件。提高精確性對(duì)于夾具的安裝是很有必要的，為了要盡量少用，這可取決于夾具和夾具定位變化的耐受性預(yù)算。在航空航天工業(yè)中，靈活和可重構(gòu)夾具的概念的發(fā)展及固定裝置是夾具的主要開(kāi)銷(xiāo)成本。吸引他們的是重構(gòu)夾具的可重用性，可持續(xù)使用是由于那些零部件也能夠被重新應(yīng)用到許多種產(chǎn)品和裝配中去。一直不佳的準(zhǔn)確性和可靠性為這類(lèi)夾具的缺點(diǎn)，這篇論文主要是研究可持續(xù)夾具主要零部件的精確定位，影響夾具性能的因素在安裝階段會(huì)得以審查。本文介紹了一種在靈活?yuàn)A具中為了最大限度地減少定位和夾緊的不確定性的方法。 關(guān)鍵詞:可持續(xù)性?shī)A具；夾具安裝；校準(zhǔn)不確定性；夾具的監(jiān)測(cè)；計(jì)量；可重復(fù)使用的夾具 1引言 質(zhì)量和可靠性等因素早已經(jīng)轉(zhuǎn)換為新零件固有的特征。在他們的產(chǎn)品和服務(wù)范圍內(nèi)，近期市場(chǎng)趨勢(shì)已經(jīng)迫使制造業(yè)走向大規(guī)模定制。其次增加新陳品的多樣化設(shè)計(jì)在部件和組件級(jí)別上遵循第二次高幅度的變化。有先進(jìn)制造系統(tǒng)和技術(shù)的國(guó)家提供了更多的靈活性，能使設(shè)計(jì)師更加自由的發(fā)揮想象。例如在過(guò)去幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新的大體積測(cè)量方法，就能測(cè)量及公丈的距離。用來(lái)檢測(cè)大尺寸零件的這些設(shè)備通常是由多個(gè)組裝部件所制造出來(lái)的。在重組和裝配期間，那些大尺寸產(chǎn)品的制造需要用到專(zhuān)用的夾具和固定裝置，以便于他們的零部件能夠被定位在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)上。對(duì)于大批量產(chǎn)品，在計(jì)算機(jī)輔助軟件上就能估算出其主要的花費(fèi)需求，否則，在某些情況下或以其他方式生產(chǎn)的產(chǎn)品成本可能會(huì)是非常高的。這個(gè)問(wèn)題與客戶(hù)不斷用錢(qián)來(lái)尋求具有更高價(jià)值的市場(chǎng)需求相互矛盾。用一種典型的變化產(chǎn)品可以創(chuàng)建一個(gè)更加具有持續(xù)性的商業(yè)，因?yàn)樗軌驖M(mǎn)足相對(duì)比較大地市場(chǎng)需求。由支持產(chǎn)品變化的不同形狀的產(chǎn)品而形成的靈活和可重構(gòu)夾具及固定裝置則是應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)關(guān)鍵的解決方案。靈活?yuàn)A具的概念已經(jīng)在研究領(lǐng)域存在了幾年[1]。然而，它們?cè)诤艽蟪潭壬蠜](méi)有充分利用真正的生產(chǎn)設(shè)施，尤其是大尺寸產(chǎn)品的制造，如航空航天設(shè)備。這是由于關(guān)于它們的初始安裝、校準(zhǔn)困難和可重復(fù)性等挑戰(zhàn)往往超出公差要求。這些夾具和高品質(zhì)關(guān)鍵部件裝置的制造以及大量的集成計(jì)量系統(tǒng)，都可以減少上述限制。本文包括了有關(guān)安裝的計(jì)量問(wèn)題和靈活的夾具校準(zhǔn)以及檢測(cè)服務(wù)。 2相關(guān)工作 2.1大型零件的制造和裝配 通常把要精密制造的機(jī)械零件移動(dòng)到機(jī)床工作臺(tái)是必需的，先進(jìn)行粗加工，然后精對(duì)準(zhǔn)和夾緊。在這個(gè)階段，一方面是準(zhǔn)備用于加工高精度的關(guān)鍵所在，然而，這對(duì)于一些大尺寸或重的零部件并不總是可以實(shí)現(xiàn)的。大型產(chǎn)品是指那些與一些不經(jīng)濟(jì)的可能需要處理或在工廠周?chē)苿?dòng)的的組件一起來(lái)達(dá)到制造和裝配的目的[2]。制造業(yè)和這些部件的裝配工藝包括所需機(jī)器和系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以及這些部件的位置和方向。這些零部件通常定位在大尺寸夾具及固定裝置上該定位的位置。如果這些部件以小批量生產(chǎn)，在航空航天工業(yè)、高開(kāi)銷(xiāo)的情況下，每個(gè)產(chǎn)品將會(huì)出現(xiàn)。在設(shè)計(jì)和制造夾具上，已經(jīng)有了許多嘗試，以便于能夠持有許多種組件的變種。然而，這方法是不可行的，因?yàn)槊舾谢蜿P(guān)鍵的零部件完全是由它們的高精度要求所決定的。與固定的夾具相比較，可調(diào)、可重構(gòu)夾具會(huì)產(chǎn)生更低的重復(fù)性。固定夾具有固定的方式，可以通過(guò)焊接或鉚接的接頭固定在一起來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些機(jī)械故障，例如夾具和固定裝置由于疲勞和塑料變形就是一個(gè)終止其服務(wù)的主要原因，發(fā)送它們?cè)龠M(jìn)行回收。小批量制造的需求是目前常見(jiàn)的淘汰不合格夾具，其使用壽命取決于產(chǎn)品的生命周期。換句話(huà)說(shuō)，在制造變種零件停止不久之后，與之有關(guān)聯(lián)的夾具和固定裝置將會(huì)變得多余。即使夾具有工作順序，但它們?nèi)匀挥袌?bào)廢并送往循環(huán)再造。這種方法會(huì)帶來(lái)高負(fù)擔(dān)回收的能耗。在大尺寸零件下的固定夾具和夾具的漂移以及夾具都能影響大尺寸零件組裝的精確性[5]。對(duì)于大尺寸的夾具已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了幾種分析夾具剛性的方法，可用來(lái)評(píng)估振動(dòng)的影響因素。在任何情況下更加可持續(xù)生產(chǎn)要通過(guò)選擇性方案才能得以實(shí)現(xiàn)。如圖2.1所示。 圖2.1 典型的大型夾具元件 用于制造所延誤的時(shí)間是固定夾具的又一重大缺點(diǎn)，這些夾具應(yīng)該在制造前就被訂購(gòu)，在生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)品上市前還可以創(chuàng)建額外的復(fù)雜性。不管他們的類(lèi)型，大型夾具有一些共同的元素，包括一個(gè)主框架、內(nèi)在的框架，有可能有一個(gè)或數(shù)多個(gè)可移動(dòng)的機(jī)制或更小的組件，如鉗、套管、皮卡和可調(diào)螺絲[表1]。 2.2柔性?shī)A具 開(kāi)發(fā)的柔性?shī)A具的概念增加了其可持續(xù)性、快速轉(zhuǎn)換以及降低了成本?，F(xiàn)在可以使用現(xiàn)成的模塊來(lái)設(shè)計(jì)和組裝夾具。根據(jù)規(guī)定，只有極少數(shù)夾具的專(zhuān)用零件需要設(shè)計(jì)和制造。以這種概念看，大多數(shù)散裝部件、附件關(guān)節(jié)都應(yīng)用的很具體。一旦產(chǎn)品設(shè)計(jì)變異完全制造出來(lái)，然后就可以拆卸上述組件和重組成一種新的元件來(lái)與未來(lái)的設(shè)計(jì)變異相匹配。因?yàn)榻M裝和組件范圍上的設(shè)計(jì)都相當(dāng)接近，所以這種方法是最能降低夾具成本的。 根據(jù)組件的變化水平和工作類(lèi)型的需求，每一個(gè)不同比例的柔性?shī)A具都需要被重新安排。為了增加使用這種類(lèi)型夾具的效益，這個(gè)問(wèn)題在設(shè)計(jì)階段考慮是十分重要的。例如，在可能的情況下，皮卡車(chē)的位置和三維定位夾具上的組件的不同變種，甚至完全不同的部分應(yīng)該是在靠近增加兼容性和夾具子系統(tǒng)間變性。夾具關(guān)鍵部件的收集在短期內(nèi)能保證所需夾具的可用性。另外，這些夾具的存儲(chǔ)需要很少空間，因?yàn)椴鸪心K是可能的，通常以腳手架的形式并把它們彼此放在一起。目前在一些汽車(chē)公司應(yīng)用到柔性?shī)A具，因?yàn)樗鼈兊木鹊燃?jí)是足夠滿(mǎn)足的。大尺寸制造的夾具設(shè)施盡管沒(méi)有許多柔性?shī)A具那樣操作靈活，比如航空航天設(shè)備。準(zhǔn)確性和定位銷(xiāo)的不確定性、夾具的可重復(fù)性以及夾具結(jié)構(gòu)的漂移都出現(xiàn)這樣一個(gè)事實(shí)，這些夾具在發(fā)電和航空航天等工業(yè)不能滿(mǎn)足公差要求。一旦它們的精度問(wèn)題得以解決，這些夾具在上述的工業(yè)中將會(huì)有很高的利用價(jià)值。 圖2.2 夾具與汽車(chē)行業(yè)中的可重構(gòu)組件 大量的體積計(jì)量系統(tǒng)和技術(shù)一直有許多新的發(fā)展。依靠計(jì)量系統(tǒng)和技術(shù)的現(xiàn)代激光技術(shù)現(xiàn)在就能夠測(cè)量一些可接受精度的大尺寸產(chǎn)品甚至到幾公丈的產(chǎn)品。在安裝和初期安裝調(diào)試期間，這些系統(tǒng)能夠用來(lái)精確定位一些夾具的關(guān)鍵部件。 夾具的安裝通常開(kāi)始形成機(jī)架或主要框架，然后是那些大的部件和像皮卡和夾具那樣逐漸更小的零部件。計(jì)量系統(tǒng)能夠用于柔性?shī)A具的主要框架和其內(nèi)部框架的安裝，從而來(lái)保證每個(gè)零部件彼此之間的準(zhǔn)確定位。表1顯示了這些大規(guī)模的測(cè)量系統(tǒng)數(shù)。跟蹤系統(tǒng)能夠測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，它是實(shí)現(xiàn)這一目的的最合適的測(cè)量系統(tǒng)。一起跟蹤球式反射鏡在三維空間內(nèi)都可以認(rèn)準(zhǔn)所要記錄的位置。球式反射鏡可以直接練習(xí)目標(biāo)對(duì)象來(lái)提供幾何位置信息或可以在機(jī)械重復(fù)的球式反射鏡下應(yīng)用，從這個(gè)角度用激光來(lái)跟蹤目標(biāo)或短期目標(biāo)。像一些其他測(cè)量?jī)x器的激光跟蹤有時(shí)候不確定，在夾具的安裝過(guò)程中需要做以說(shuō)明。此外，激光跟蹤和目標(biāo)點(diǎn)之間的光線問(wèn)題還應(yīng)該考慮到。如果必要的話(huà)，多個(gè)跟蹤職位都可以使用，在實(shí)際測(cè)量活動(dòng)中，其結(jié)果必然是伴隨著一個(gè)不確定的說(shuō)明。經(jīng)過(guò)測(cè)量，這些給定的分散的特征值是合理的，這個(gè)問(wèn)題與一些夾具或夾具的安裝及以后的審核都是一樣的。這些知識(shí)闡明了一個(gè)給定的定位夾具的能力和裝配任務(wù)。換句話(huà)說(shuō)，它表示在其相關(guān)流程中一套夾具是否能夠滿(mǎn)足公差要求。 2.3夾具理論比較 為了用于多種生產(chǎn)裝置和組裝應(yīng)用，在不同的公司也有大量不同形狀和設(shè)計(jì)的夾具。這些夾具中的某一些的形式都是標(biāo)準(zhǔn)形式，然而另一些是經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和制造的特殊零部件。后者可以說(shuō)是建立在產(chǎn)品的復(fù)雜性和大規(guī)模的基礎(chǔ)上的，所以可能會(huì)是非常昂貴的[9]。 無(wú)論成本和目的如何，制造和組裝過(guò)程都可以完成，要么不使用夾具，要么用固定幀夾具或用可重構(gòu)或柔性?shī)A具。表2對(duì)它們的典型應(yīng)用的這些方法做出了比較。 固定框夾具通常用于重型應(yīng)用上，它們更適合于應(yīng)用在能夠減輕花費(fèi)開(kāi)銷(xiāo)的大量產(chǎn)品上。 對(duì)于制造業(yè)和大型組裝及復(fù)雜產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，柔性?shī)A具的應(yīng)用有很多好處。特別是在研究和發(fā)展工作中，以及低容量產(chǎn)品的情況下，制造柔性?shī)A具和夾具可能會(huì)是非常有益的。除了在時(shí)間和金錢(qián)上使利益均衡外，柔性?shī)A具還會(huì)有一個(gè)更加靈活的設(shè)計(jì)思路。由于在夾具的制造和裝配過(guò)程中，會(huì)直接和經(jīng)常改變夾具的拓?fù)涑杀?。與傳統(tǒng)夾具相比較，這種類(lèi)型的柔性?shī)A具的可重用性和可重構(gòu)性是一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)。這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)樗诰G色制造方面符合行業(yè)的發(fā)展方向，通過(guò)回收使用系統(tǒng)的組成部件，為相關(guān)項(xiàng)目的工裝費(fèi)用降低了項(xiàng)目成本。 表2.1 用于驗(yàn)證夾具大量的例子、便攜式測(cè)量?jī)x器 儀器 輔助部件 測(cè)量類(lèi)型 接觸式 非接觸式 圖像 激光跟蹤儀 賽立信探頭 是 T型探頭 是 激光雷達(dá) 球形目標(biāo) 是 攝影 目標(biāo) 是 光投影 是 關(guān)節(jié)臂 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 基于激光掃描頭 是 接觸探頭 是 2.4 柔性?shī)A具的安裝 本節(jié)中描述的夾具在安裝過(guò)程中需要考慮一些問(wèn)題。夾具元件安裝在合適位置可以說(shuō)是一種挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng)定位公差比較小時(shí)，柔性?shī)A具也應(yīng)當(dāng)被監(jiān)測(cè)以便于開(kāi)發(fā)和與傳統(tǒng)夾具相比較它們的剛性。 給出了一個(gè)通用的描述階段根據(jù)初步夾具安裝在仿真軟件環(huán)境和利用一些尺寸為5m×4m×3m的大尺寸夾具的實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)測(cè)量指令階段。這是不論這個(gè)夾具是否是第一次安裝在夾具中還是對(duì)已經(jīng)存在的夾具只做外形上的更換，其都是為了定位不同的零部件。 根據(jù)其復(fù)雜性，一種典型的大尺寸夾具具有三至五個(gè)結(jié)構(gòu)。通常除了有一個(gè)主框架之外，在每一個(gè)級(jí)別的基本水平，也可以由一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)用來(lái)作為參考以便于作為夾具基準(zhǔn)來(lái)定位。在一個(gè)自動(dòng)化固定的平臺(tái)上，機(jī)器系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行多項(xiàng)任務(wù)，比如定位、加工和進(jìn)行裝配。因此機(jī)器人的工作基準(zhǔn)與夾具的工作框架相聯(lián)系。仔細(xì)考慮夾具的綜合數(shù)據(jù)，會(huì)確保后續(xù)安裝達(dá)到預(yù)期的公差要求。 2.4.1 測(cè)試輔助柔性?shī)A具的安裝 柔性?shī)A具的安裝在第一次進(jìn)行模擬仿真時(shí)有幾個(gè)安裝階段。使用模擬演習(xí)，在這個(gè)工程中可以減少一些潛在的錯(cuò)誤和返工。測(cè)量輔助安裝過(guò)程是類(lèi)似的跟蹤對(duì)象位置的過(guò)程，是常見(jiàn)的大尺寸組件用到的。夾具的組件先用這種方法使其大致位置公差在1mm以?xún)?nèi)，然后當(dāng)所有的夾具組件被放到所設(shè)計(jì)的位置時(shí)，在0.1mm至0.15mm公差內(nèi)，它們可以使用適當(dāng)?shù)呐ぞ厥站o。典型的計(jì)量協(xié)助柔性?shī)A具安裝階段如下： 在出廠時(shí)設(shè)置初試參考結(jié)構(gòu)； 測(cè)量初始參照系； 安裝基地或其位置的主框架； 安裝脫機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)； 安裝控股和定位； 在內(nèi)框和主框架位置安裝鉗、套管和皮卡。 底座上安裝內(nèi)框； 重點(diǎn)定位元件的精細(xì)調(diào)整和緊固； 核查參照系和夾具； 對(duì)于夾具關(guān)鍵位置的服務(wù)監(jiān)測(cè)。 這些階段是從無(wú)到有夾具的完整安裝。更不用說(shuō)，在設(shè)計(jì)變化略有變化的情況下，一些下面的操作將被忽略。 表2.2 不同夾具理念之間簡(jiǎn)明的比較 典型特征 固定框架 柔性?shī)A具 夾具 應(yīng)用 大批量產(chǎn)品 小批量產(chǎn)品 樣機(jī) 優(yōu)點(diǎn) 唯一性 可重復(fù)性 可重構(gòu)性 成本效益 耐用性 非常高 高 低 剛度 非常高 剛性不確定 低 缺點(diǎn) 重量 重 中 低 可移植性 不可移植 難以在每一個(gè)安裝中定位 難以進(jìn)行 成本 非常高 中等 低 生產(chǎn)時(shí)間 長(zhǎng) 中等 短 2.4.2 柔性?shī)A具的安裝 柔性?shī)A具安裝過(guò)程中采取了以下階段： 安裝夾具的主框架； 移動(dòng)單元和子系統(tǒng)組裝； 夾具內(nèi)框架在夾具裝配中的安裝； 皮卡和夾具的裝配。 主框架通常是夾具的骨干。因此，它一般不會(huì)改變外形，和內(nèi)框架及較小的元素如襯套、皮卡和夾具一樣具有規(guī)律性。慎重考慮制造過(guò)程可以減少夾具元件較大元素的重新排列，也會(huì)更進(jìn)一步節(jié)約時(shí)間和成本。圖3顯示了三組不同活動(dòng)小組對(duì)于柔性?shī)A具的安裝過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，假定夾具的標(biāo)準(zhǔn)件是從可供選擇的現(xiàn)成的部件和組件中選出來(lái)的，然后提前在大量的物理安裝測(cè)試和調(diào)試時(shí)以降低測(cè)量不確定度來(lái)進(jìn)行一次夾具安裝。一旦達(dá)到可接受水平的不確定性的物理安裝才能進(jìn)行。 圖2.3 柔性?shī)A具的測(cè)量輔助安裝程序 在夾具安裝過(guò)程中，它可能需要用到多個(gè)測(cè)量系統(tǒng)或用到包括一套完整夾具安裝關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量系統(tǒng)。這應(yīng)該包括在夾具維修期間放在工廠的地板和墻壁上的穩(wěn)定性及漂移檢查的目標(biāo)參考點(diǎn)。 在夾具上定位的關(guān)鍵點(diǎn)、測(cè)量?jī)x器的不確定性應(yīng)該予以考慮。作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則，每個(gè)夾具關(guān)鍵位置的定位的準(zhǔn)確性應(yīng)該是在10倍，甚至比所需的耐受性更好。換句話(huà)說(shuō)，如果組件公差指定至0.1mm，則夾具定位精度至少應(yīng)為0.01mm。 柔性?shī)A具安裝的最佳做法如下： 一個(gè)工廠的墻壁和地板上的初始參考點(diǎn)的位置是首選，以減少測(cè)量的不確定性； 應(yīng)驗(yàn)證該儀器所在位置上經(jīng)常使用初始參考點(diǎn)的基地； 在每個(gè)夾具的大節(jié)上，為更好地具有跟蹤和可重復(fù)性，可以附加多個(gè)球式反射跟蹤系統(tǒng)； 夾具大型組件有關(guān)于彎曲或扭曲的測(cè)量應(yīng)集中在角梁的中央部分，以減少定位誤差； 內(nèi)框架參考點(diǎn)應(yīng)選擇盡可能遠(yuǎn)的創(chuàng)建框的坐標(biāo)系統(tǒng)。這可能會(huì)導(dǎo)致在內(nèi)框坐標(biāo)系時(shí)的較小的不確定性。 3.不確定性 由于評(píng)估的結(jié)果旨在對(duì)于所描述物體真正價(jià)值范圍內(nèi)的評(píng)估定位，則不確定性被定義為膠[8]。這里的不確定性來(lái)自?xún)煞矫娴膶彶椋紫仁桥c測(cè)量過(guò)程中有關(guān)的，其次是與夾具定位的不確定性有關(guān)。測(cè)量不確定性的一些因素，如灰塵、重力、溫度、氣壓、濕度、測(cè)量?jī)x器和相關(guān)軟件中的系統(tǒng)誤差、操作人員的技能、接觸探針或球式反射跟蹤儀?；谀z[8]的定義，測(cè)量結(jié)果應(yīng)伴隨著它的不確定性說(shuō)明，這些錯(cuò)誤詳細(xì)來(lái)源的討論超出了本文的范圍。已經(jīng)有多項(xiàng)研究來(lái)建立真正的不確定性的一些測(cè)量?jī)x器[10、11]。 夾具關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果應(yīng)該包括相關(guān)的置信水平。除了最初的不確定性上升的測(cè)量?jī)x器，夾具的不確定性還有其他方面的影響。夾具框架方面的應(yīng)用由于產(chǎn)品重量以及制造工藝過(guò)程在夾具框架中能創(chuàng)建一些彈性變形。夾具有了集成化、自動(dòng)化和移動(dòng)部分，是這個(gè)問(wèn)題變得更加復(fù)雜。 仔細(xì)考慮夾具設(shè)計(jì)階段不確定性的來(lái)源可以在一個(gè)給定的情況下減少過(guò)度使用公差預(yù)算的風(fēng)險(xiǎn)。夾具的精度和夾具的成本之間有著直接的關(guān)系。然而，整體的成本也應(yīng)該被考慮在內(nèi)。高數(shù)額的零部件有更長(zhǎng)的使用壽命。換句話(huà)說(shuō)，質(zhì)量特征接近平均值是，在使用過(guò)程中會(huì)很少失效。朝六個(gè)方向靠近在安裝時(shí)是很必要的，然后是在高精度夾具和敏感部位上的可重構(gòu)、柔性?shī)A具及夾具的監(jiān)測(cè)。 4.討論 柔性?shī)A具適用于組裝和在加工部分有不同的設(shè)計(jì)和幾何參數(shù)。尤其是當(dāng)這些部件之間的設(shè)計(jì)變化小時(shí)，這種類(lèi)型的夾具被證明是具有成本效益和快速的解決方案，這是因?yàn)樗赡軙?huì)通過(guò)夾具重新配置到一個(gè)新的產(chǎn)品或組件的變種上。然而，當(dāng)所需的零件盒裝配的設(shè)計(jì)完全不同時(shí)，可能需要不同尺寸夾具組件的完整地重排，因此，在設(shè)計(jì)一個(gè)新的零件和重組夾具的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該考慮到要便于減少夾具的安裝和重新配置的時(shí)間以及成本，并最大限度的重用現(xiàn)在的組件在當(dāng)前的裝配中。 一個(gè)柔性?shī)A具有許多種裝配方式，是由于其靈活性。在正確的安裝順序下選擇合適的組件，可以最大限度的節(jié)約成本和時(shí)間。本次選擇的過(guò)程中應(yīng)該對(duì)未來(lái)產(chǎn)品的夾具的潛在的重用予以考慮。在產(chǎn)品不斷變化的情況下，計(jì)劃和設(shè)計(jì)夾具框架是很重要的。使用定制的夾具、緊固件、軸套和其他夾具元件都是降低成本的關(guān)鍵問(wèn)題。 仿真軟件和工具的廣泛使用，可以減少返工和浪費(fèi)夾具材料相關(guān)的成本。例如測(cè)量?jī)x器，其目標(biāo)點(diǎn)之間的視線檢查就會(huì)使用這些軟件來(lái)輔助。圖4顯示了柔性?shī)A具安裝在測(cè)量仿真軟件中的第一個(gè)階段。由于夾具正在興建的模擬的效益越 來(lái)越明顯，因此它可以突出儀器與目標(biāo)測(cè)量點(diǎn)的水平視線的問(wèn)題和不確定性。 由于關(guān)于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形，則可以提前在仿真中分析以及在購(gòu)買(mǎi)夾具元件方面的財(cái)政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因?yàn)樗鼈兡芴崆胺治龀鰥A具的長(zhǎng)處和弱點(diǎn)，揭示其物理設(shè)置。 選擇合適的測(cè)量?jī)x器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計(jì)量。一個(gè)連貫的計(jì)量系統(tǒng)，其測(cè)量結(jié)果的不確定性能夠決定夾具的不確定性，也暴露了夾具和是否符合一個(gè)給定的公差范圍內(nèi)所需任務(wù)的能力。 圖4.1 測(cè)量輔助夾具安裝的模擬過(guò)程 由于關(guān)于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形，則可以提前在仿真中分析以及在購(gòu)買(mǎi)夾具元件方面的財(cái)政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因?yàn)樗鼈兡芴崆胺治龀鰥A具的長(zhǎng)處和弱點(diǎn)，揭示其物理設(shè)置。 選擇合適的測(cè)量?jī)x器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計(jì)量。一個(gè)連貫的計(jì)量系統(tǒng)，其測(cè)量結(jié)果的不確定性能夠決定夾具的不確定性，也暴露了夾具和是否符合一個(gè)給定的公差范圍內(nèi)所需任務(wù)的能力。 總結(jié) 零件和裝配體應(yīng)該以盡量減少夾具成本的方式來(lái)設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足使用標(biāo)準(zhǔn)組件。如果在夾具更新至下一產(chǎn)品時(shí)提前思考，則其速度和成本可能會(huì)增加。在夾具和固定裝置的設(shè)計(jì)上有強(qiáng)大的總成本、碳足跡及其可持續(xù)性。它往往要求生產(chǎn)出只有極少數(shù)的典型設(shè)計(jì)或產(chǎn)品，子系統(tǒng)或組件，以滿(mǎn)足產(chǎn)品的變化和客戶(hù)的需求。對(duì)于大型產(chǎn)品的幾何尺寸超出幾米夾具的可能會(huì)造成重大的開(kāi)銷(xiāo)。此外，一旦所需的零部件倍制造出來(lái)，這些夾具則會(huì)變得多余。常規(guī)回收多余夾具是不經(jīng)濟(jì)的。因此，找到增加夾具的靈活性才是所需求的方法。 柔性?shī)A具和夾具的概念已存于二十余年。然而它們的潛能還沒(méi)有真正發(fā)揮，是由于其精度可可重復(fù)性的不確定性。高精度計(jì)量系統(tǒng)現(xiàn)在能夠用來(lái)對(duì)夾具進(jìn)行初始安裝和服務(wù)。然后使用該系統(tǒng)有可能重新設(shè)定夾具元素使其精確到一個(gè)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以便于定位不同幾何位置的組件，允許幾次使用夾具。 本文提出了一種對(duì)于大規(guī)模柔性?shī)A具及夾具初始定位和安裝的通用的算法。計(jì)量輔助夾具安裝的新概念被證明對(duì)復(fù)雜的設(shè)置和夾具的安裝是有益的。當(dāng)完全裝配好時(shí)，夾具的穩(wěn)定性可以通過(guò)慎重考慮和選擇夾具幾何位置上的關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)予以保證。這種方法將應(yīng)用于大尺寸元件和產(chǎn)品的制造以及裝配件，尤其是應(yīng)用于航空航天和發(fā)電工業(yè)中。 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 產(chǎn)品型號(hào) ? 產(chǎn)品型號(hào) ? 共頁(yè) 產(chǎn)品名稱(chēng) 零件名稱(chēng) 后托架（CA6140車(chē)床） 第 1頁(yè) 材料牌號(hào) HT200 毛坯種類(lèi) 鑄件 毛坯外型尺寸 220×60×67mm 每毛坯件數(shù) 2000 每臺(tái)件數(shù) 備注 ? 工 序 號(hào) 工序 名稱(chēng) 工 序 內(nèi) 容 車(chē)間 工段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時(shí) 準(zhǔn)終 單件 00 毛坯 10 銑 1、粗銑底面； 2、精銑底面，保證尺寸120×60mm； 金工 X6132 專(zhuān)用夾具，高速鋼圓柱形銑刀，游標(biāo)卡尺 1.49min 20 鉆 1、鉆兩個(gè)?13mm的孔； 2、鉆兩個(gè)銷(xiāo)孔?10mm； 3、锪兩個(gè)沉頭孔?20mm； Z5125A 專(zhuān)用夾具，高速鋼直柄麻花鉆、高速鋼90度锪鉆，塞規(guī) 0.59min ? 30 鉆 1、鉆孔到?28mm； 2、鉆孔到?23.5mm； 3、锪平孔?25.5mm端面； Z575 專(zhuān)用夾具，高速鋼錐柄麻花鉆、高速鋼90度锪鉆，塞規(guī) 1.26min ? 40 擴(kuò) 1、擴(kuò)孔到?38.7mm； 2、擴(kuò)孔到?29.5mm； 3、擴(kuò)孔到?24.5mm； Z575 專(zhuān)用夾具，高速鋼直柄麻花鉆，塞規(guī) 1.41min ? 50 鉆 1、鉆螺紋孔?5.1mm； 2、鉆深孔?6mm； Z5125A 專(zhuān)用夾具，高速鋼直柄麻花鉆 ?0.43min ? 60 攻 1、攻螺紋孔M6； Z5125A 專(zhuān)用夾具，M6絲錐 0.10min 70 鏜 1、半精鏜到?39.7mm； 2、半精鏜到?30mm； 3、半精鏜到?25.3mm； T68 專(zhuān)用夾具，硬質(zhì)合金鏜刀，塞規(guī) 2.26min 80 鏜 1、精鏜孔到?40mm； 2、精鏜孔到?30.2mm； 3、精鏜孔到?25.5mm； T68 專(zhuān)用夾具，硬質(zhì)合金鏜刀，塞規(guī) 2.26min 90 鉗 1、加工油槽； 2、去毛刺； ? 100 檢 1、按圖紙要求檢驗(yàn)； ? ? ? ? ? ? ? ? ? 設(shè)計(jì)（日期） 審核（日期） 會(huì)簽（日期） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 前 言 機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具和大部分專(zhuān)業(yè)課，并進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)課程的一次深入的全面總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。因此，它在幾年的學(xué)習(xí)中占有重要的地位。 就我個(gè)人而言，希望通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，對(duì)今后將從事的工作，進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，通過(guò)設(shè)計(jì)鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為回廠后的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 由于能力所限，設(shè)計(jì)中尚有許多不足之處，希望各位教師給予批評(píng)指教。 一、零件的分析： (一)計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng),確定生產(chǎn)類(lèi)型： 零件圖上為CA6140車(chē)床上的后托架,生產(chǎn)量為2000件,該產(chǎn)品屬于輕型機(jī)械,根據(jù)表1-3生產(chǎn)類(lèi)型與生產(chǎn)綱領(lǐng)等的關(guān)系,可確定其生產(chǎn)類(lèi)型為中批生產(chǎn)。 （二）零件的作用： 后托架在CA6140車(chē)床床身的尾部，三個(gè)孔分別裝絲杠、光杠、轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)，起加強(qiáng)固定作用；在?40mm與?30.2mm之間的孔為毛線孔，用于導(dǎo)通油路；旁路的螺紋孔是連接油蓋的；正面的四個(gè)孔將后托架固定于車(chē)床尾部。 （三）零件的工藝分析： CA6140車(chē)床后托架共有兩組表面，他們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)敘述如下： 1、以?40mm孔為中心的加工表面：這一組加工表面包括：?40mm，?30.2mm及?25.5mm的孔,兩沉頭孔為?20mm，兩裝配鉸孔?13mm，深孔?6mm，螺紋M6，兩銷(xiāo)孔。其中，主要加工表面為?40mm ，?30.2mm及?25.5mm的三個(gè)孔。 2、以底面120×60mm為中心的加工表面：這一組加工表面包括底面120×60mm和锪平面。這兩組加工表面之間有一定的位置要求，主要是： ?40mm孔的軸線與底面的平行度為100：0.07； ?30.2mm孔的軸線與底面的平行度為100：0.07； ?30.2mm孔的軸線與底面的平行度為100：0.07； 下底面的平面度誤差為0.03； 毛線孔的中心線與底面的尺寸誤差為±0.07； 由此可分析知,對(duì)于這兩組加工表面而言,可以先加工其中一組表面，然后借助與專(zhuān)用夾具加工另一組表面，并且保證他們之間的位置精度要求。 二、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)： （一）確定毛坯的制造形式： 后托架是車(chē)床CA6140的后托起部分，該零件材料為HT200，考慮到機(jī)床運(yùn)行中要經(jīng)常使主軸正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，此時(shí)，轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)、絲杠、光杠也進(jìn)行正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的連續(xù)或瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)。因此，扭矩最大 ，強(qiáng)度不高使用鑄件，由于零件的年產(chǎn)量為2000件，已達(dá)到中批量生產(chǎn)水平，并且零件的輪廓尺寸不大，故可以采用砂型鑄造，這從提高生產(chǎn)率，保證加工精度上考慮，也是比較合理的。 （二）基準(zhǔn)的選擇 基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的重要工作之一，基準(zhǔn)選擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過(guò)程中會(huì)問(wèn)題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件大批量報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法正常運(yùn)行。 1、粗基準(zhǔn)的選擇：對(duì)于一般的孔類(lèi)零件，以孔作為粗基準(zhǔn)完全合理，但對(duì)本零件來(lái)說(shuō)，孔?40mm為鑄造孔，不易作為精基準(zhǔn)，故我們可以考慮以頂面加一個(gè)可調(diào)支撐作為粗基準(zhǔn)，以此基準(zhǔn)把底面120×60mm先加工出來(lái)，由于此頂面只限制了X、Y、Z的轉(zhuǎn)動(dòng)和Z的移動(dòng)4個(gè)自由度，故可以考慮選左端面為第二基準(zhǔn)面，此二面可以限制6個(gè)自由度，達(dá)到完全定位。 2、精基準(zhǔn)的選擇：主要應(yīng)考慮到基準(zhǔn)重合問(wèn)題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)盡量進(jìn)行尺寸計(jì)算。這在后面還要專(zhuān)門(mén)計(jì)算，此處不在重復(fù)。 (三) 制訂工藝路線： 制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在用生產(chǎn)綱領(lǐng)確定為中批量生產(chǎn)的條件下,可以考慮用萬(wàn)能性機(jī)床配以專(zhuān)用夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率，但同時(shí)也要保證質(zhì)量。除此之外，還要考慮到經(jīng)濟(jì)效果，在實(shí)際生產(chǎn)中還要考慮加工的設(shè)備，以盡量使成本降到最低。 1、工藝方案一： 工序10：粗、精銑底面，保證尺寸120×60mm； 工序20：鉆兩個(gè)?13mm的孔；鉆兩個(gè)銷(xiāo)孔?10mm；锪兩個(gè)沉頭孔?20mm； 工序30：鉆孔?38mm；鉆孔?28mm；鉆孔?23.5mm；锪平孔?25.5mm端面； 工序40：擴(kuò)孔?39.5mm；擴(kuò)孔?29.5mm；擴(kuò)孔?29.5mm； 工序50：半精鏜?40mm； ?30mm； ?25mm； 工序60：精鏜孔?40mm； ?30.2mm； ?25.5mm； 工序70：鉆螺紋孔?5.1mm；鉆深孔?6mm； 工序80：攻螺紋孔M6； 工序90：加工油槽，去毛刺； 工序100：按圖紙要求檢驗(yàn)； 2、工藝方案二： 工序10：鉆孔?38mm；鉆孔?28mm；鉆孔?23.5mm；锪平孔?25.5mm端面； 工序20：擴(kuò)孔?39.5mm；擴(kuò)孔?29.5mm；擴(kuò)孔?29.5mm； 工序30：粗、精銑底面，保證尺寸120×60mm； 工序40：鉆兩個(gè)?13mm的孔；鉆兩個(gè)銷(xiāo)孔?10mm；锪兩個(gè)沉頭孔?20mm 工序50：半精鏜?40mm； ?30mm； ?25mm； 工序60：精鏜孔?40mm； ?30.2mm； ?25.5mm； 工序70：鉆螺紋孔?5.1mm；鉆深孔?6mm； 工序80：攻螺紋孔M6； 工序90：加工油槽，去毛刺； 工序100：按圖紙要求檢驗(yàn)； 3、工藝方案的比較分析： 以上兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一是先加工以底面為中心的表面，再以此為基準(zhǔn)加工3個(gè)孔及其他相關(guān)的孔；方案二卻恰恰相反，先加工3個(gè)孔，再以孔定位加工底面。 根據(jù)后托架的作用和兩個(gè)方案的比較分析，由于?40m, ?30.2mm, ?25.5mm這三個(gè)孔的軸線平行度要求較高。因此，選用底面為基準(zhǔn)時(shí)，加工孔的精度一定的越高越好。因此，方案二的工序不太合適，我們采用方案一的大致順序。經(jīng)過(guò)分析，方案一的加工順序是先粗加工、精加工一組表面，再粗加工、精加工另外一組平面。這看上去大致是合理的，但仔細(xì)推敲后，發(fā)現(xiàn)仍然有不太符合工藝原則，現(xiàn)將改進(jìn)的工藝過(guò)程具體分析如下： 工序10：粗、精銑底面，保證尺寸120×60mm； 工序20：鉆兩個(gè)?13mm的孔；鉆兩個(gè)銷(xiāo)孔?10mm；锪兩個(gè)沉頭孔?20mm； 工序30：鉆孔?38mm；鉆孔?28mm；鉆孔?23.5mm；锪平孔?25.5mm端面； 工序40：擴(kuò)孔?39.5mm；擴(kuò)孔?29.5mm；擴(kuò)孔?29.5mm； 工序50：鉆螺紋孔?5.1mm；鉆深孔?6mm； 工序60：攻螺紋孔M6； 工序70：半精鏜?40mm； ?30mm； ?25mm； 工序80：加工油槽； 工序90：精鏜孔?40mm； ?30.2mm； ?25.5mm； 工序100：去毛刺； 工序110：按圖紙要求檢驗(yàn)； （四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定: CA6140車(chē)床后托架零件材料為HT200，硬度為200HBS，毛坯余量為3.05kg,生產(chǎn)類(lèi) 型為中批生產(chǎn),采用鑄造毛坯。 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(jī)械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸如下： 1、底面（120×60mm） 考慮其表面粗糙度比較高，故需粗、精銑底面，其加工余量Z=2mm。 2、其余各鑄造孔加工余量如下： 零件尺寸 單邊 毛坯 ?40mm 1.5mm ?37mm 3、其余各孔由于直徑較小，故只能為實(shí)心孔,其毛坯不能鑄造出孔,參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》后確定： ?25.5mm孔————鉆孔到?23.5mm；擴(kuò)孔到?24.7mm； 半精鏜到?24.9；精鏜到?25.5mm； ?30.2mm孔————鉆孔到?28mm；擴(kuò)孔到?29.3mm 半精鏜到?29.8mm；精鏜到?30.2mm； ?40mm孔—————擴(kuò)孔到?38.7mm； 半精鏜到?39.6mm；精鏜到?40mm； （五)確定切削用量及基本工時(shí) ： 工序10：粗、精銑底面： 1、加工條件 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：粗、精銑底面，保證尺寸120×60mm和臺(tái)階高18mm； 機(jī)床：X6132型銑床； 刀具：高速鋼圓柱形銑刀，根據(jù)《金屬切削手冊(cè)》表6-4取銑刀直徑d=100mm，根據(jù)《金屬切削手冊(cè)》表6-7查得銑刀齒數(shù)Z=14； 2、確定銑削深度： 參考有《金屬切削手冊(cè)》確定粗加工的銑削深度a=2.5mm；精加工的銑削深度a=0.5mm； 3、確定每齒進(jìn)給量： 參考《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》（軟件版）取粗銑時(shí)的每齒進(jìn)給量f=0.15(mm/z)；精銑時(shí)的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f=0.8（mm/z）； 4、確定主軸轉(zhuǎn)速： 參考《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》表8-4，取粗銑時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速為150r/min，精銑時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速為190r/min； 5、計(jì)算銑削速度： 前面已經(jīng)確定銑刀直徑d=100mm和主軸轉(zhuǎn)速（粗銑刀時(shí)為300r/mm）。所以，相應(yīng)的銑削速度分別為： 粗銑時(shí)： 精銑時(shí)： 6、校核機(jī)床功率（只需校核粗加工即可）： 關(guān)由手冊(cè)查得功率； 取Z=14，，，a=2.5mm， 而由手冊(cè)查得=1，=1故1，所以：起所耗功率遠(yuǎn)小于機(jī)床功率，故可用。 7、計(jì)算基本工時(shí)： 參考《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》（軟件版）確定切入和切出的行程長(zhǎng)度，而工件的長(zhǎng)度為，故銑刀的工作行程為。所以，基本工時(shí)為： 0.41（m/min）（粗銑時(shí)）； 1.08（m/min）（精銑時(shí)）； 工序20：鉆四個(gè)定位孔（2-?10mm和2- ?13mm）；锪兩個(gè)沉頭孔?20mm，深2mm； 工步1：鉆兩個(gè)?13mm孔 1、加工條件 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：鉆錐度孔?10mm，保證零件圖上的精度要求； 機(jī)床：Z5125A型鉆床； 刀具：，鉆頭直徑13mm， 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.3（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速取； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步2：鉆兩個(gè)?10mm孔 1、加工條件 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：鉆錐度孔?10mm，保證零件圖上的精度要求； 機(jī)床：Z5125A型鉆床； 刀具：高速鋼麻花鉆，鉆頭直徑10mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.2（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步3：锪兩個(gè)沉頭孔?20mm，深12mm 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：锪孔?20mm 機(jī)床：Z5125A型鉆床； 刀具：高速鋼麻花鉆，鉆頭直徑20mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.3（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工序30：鉆孔到?28mm；?23.5mm；锪平?25.5mm端面，深2mm； 工步1：鉆孔到?28mm 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：鉆孔?28mm； 機(jī)床：Z575型鉆床； 刀具：高速鋼麻花鉆，鉆頭直徑28mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.4（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步2：鉆孔到?23.5mm 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：鉆孔?23.5mm； 機(jī)床：Z575型鉆床； 刀具：高速鋼麻花鉆，鉆頭直徑23.5mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.4（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速取； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步3：锪平?25.5mm端面 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：锪平?25.5mm端面； 機(jī)床：Z575型鉆床； 刀具：高速鋼90度锪鉆，锪鉆直徑25.5mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.4（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工序40：擴(kuò)孔到?38.7mm；?29.5mm；?24.5mm； 工步1：擴(kuò)孔到?38.7mm 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：擴(kuò)孔?39.5mm； 機(jī)床：Z575型鉆床； 刀具：高速鋼擴(kuò)孔鉆，擴(kuò)孔鉆直徑38.7mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.5（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步2：擴(kuò)孔到?29.5mm 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：擴(kuò)孔?29.5mm； 機(jī)床：Z575型鉆床； 刀具：高速鋼擴(kuò)孔鉆，擴(kuò)孔鉆直徑29.5mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.6（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速取； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步3：擴(kuò)孔到?24.5mm 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：擴(kuò)孔?24.5mm； 機(jī)床：Z575型鉆床； 刀具：高速鋼擴(kuò)孔鉆，擴(kuò)孔鉆直徑24.5mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.4（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工序50：鉆螺紋孔?5.2mm；鉆深孔?6mm； 工步1：鉆螺紋孔?5.2mm 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：鉆孔?5.1mm； 機(jī)床：Z5125A型鉆床； 刀具：高速鋼麻花鉆，鉆頭直徑5.2mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.15（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速取； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步2：鉆深孔?6mm 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：鉆孔?6mm； 機(jī)床：Z5125A型鉆床； 刀具：高速鋼麻花鉆，鉆頭直徑6mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.2（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速?。? 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工序60：攻螺紋孔M6； 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：攻螺紋孔M6； 機(jī)床：Z5125A型鉆床； 刀具：高速鋼麻花鉆，鉆頭直徑6mm； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取進(jìn)給量f=0.2（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》中表5-6，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速?。? 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工序70：半精鏜到?39.7mm； ?30mm； ?25.3mm； 工步1：半精鏜到?39.7mm； 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：半精鏜到?39.7mm； 機(jī)床：T68鏜床； 刀具：硬質(zhì)合金鏜刀； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取進(jìn)給量f=0.37（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速取； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步2：半精鏜到?30mm； 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：半精鏜到?30mm； 機(jī)床：T68鏜床； 刀具：硬質(zhì)合金鏜刀； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取進(jìn)給量f=0.13（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步3：半精鏜到?25.3mm； 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：半精鏜到?25.3mm； 機(jī)床：T68鏜床； 刀具：硬質(zhì)合金鏜刀； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取進(jìn)給量f=0.13（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工序80：精鏜到?40mm；?30.2mm；?25.5mm； 工步1：精鏜到?40mm； 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：精鏜到?40mm； 機(jī)床：T68鏜床； 刀具：硬質(zhì)合金鏜刀； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取進(jìn)給量f=0.37（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步2：精鏜到?30.2mm； 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：精鏜到?30.2mm； 機(jī)床：T68鏜床； 刀具：硬質(zhì)合金鏜刀； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取進(jìn)給量f=0.13（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 工步3：精鏜到?25.3mm； 1、加工條件： 工件材料：HT200，σ=200HBS，鑄造； 加工需求：精鏜到?25.5mm； 機(jī)床：T68鏜床； 刀具：硬質(zhì)合金鏜刀； 2、確定切削進(jìn)給量： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取進(jìn)給量f=0.13（mm/r）； 3、確定切削速度： 根據(jù)《實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)》，取切削速度； 4、計(jì)算轉(zhuǎn)速： ，按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速??； 5、計(jì)算基本時(shí)間： 六 專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì) 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本通常需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具，我設(shè)計(jì)的是該道工序的專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)——鉆M6底孔及攻螺紋和鉆6油池孔的鉆床夾具，本夾具將用于Z525鉆床。刀具為直柄麻花鉆。 （一）問(wèn)題的提出 此夾具主要來(lái)加工油孔及螺紋孔，主要技術(shù)要求為6孔深120mm, 5孔深25mm,其垂直度與其平行度均為自由公差，要求不變。 （二）夾具設(shè)計(jì) 1.定位基準(zhǔn)的選擇 出于定位簡(jiǎn)單和快速的考慮，工件以40和30兩孔和側(cè)面作為定位基準(zhǔn)，即用帶臺(tái)肩定位銷(xiāo)和削邊銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)工件完全定位。再通過(guò)汽缸帶動(dòng)壓板卡緊工件。 2.切削力和卡緊力計(jì)算 刀具：麻花鉆 鉆頭直徑為6、5 切削深度：6孔 120mm M6孔 25mm 鉆孔力計(jì)算 （6孔） 扭矩：M=6ndmfxmkm1-8nm =225.6361.90.280.8110-8 =2.4510-5Nm K料w=（2.05/90）0.6=k料f=1.047 MJ=k料wM=1.0472.4510-5=2.5610-5nm 切削力 F=588.6060.280.81=1.275kN FJ=k料wF=1.0471.275=1.335kN 由于M6孔的切削力，扭矩，均為鉆6孔小，所以，可省略計(jì)算。 由上計(jì)算可知，鉆6、5孔扭矩及切削力很少，扭矩甚至可忽略不計(jì)，切削力沿z軸線方向自相上而下，定位銷(xiāo)的阻力即可與之平衡，而側(cè)面以?shī)A緊螺母夾緊主要是用來(lái)抵抗鉆削時(shí)造成的扭矩，其扭矩的級(jí)小于10.5nm,所以只需很少的加緊力即滿(mǎn)足要求，所以校核計(jì)算省略。 3.定位誤差分析 本工序采用帶臺(tái)肩定位銷(xiāo)和削邊銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)工件完全定位。雖然工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不一致，但仍能保證位置精度。 4.卡具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，使用氣壓自動(dòng)卡緊。夾具的設(shè)計(jì)除了考慮工件的定位和加緊之外，還要考慮夾具如何在機(jī)床上定位，以及加工中的輔助裝置等?？ň呱显O(shè)置有鉆套，用于確定的鉆頭位置。在本工序中，為了避免多次裝夾造成的定位誤差，也為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，將采用一次性加工2個(gè)孔。對(duì)于夾具來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要方面就是要考慮如何將夾具與機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)行連接和固定，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是既要保證連接的可靠性又要考慮到裝、卸的方便。 總結(jié)： 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步地理解了所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)及具體運(yùn)用了這些知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使自己對(duì)工藝人員所從事的工作有了親身的體驗(yàn)，學(xué)會(huì)了查圖表、資料、手冊(cè)等工具書(shū)。通過(guò)實(shí)例對(duì)工藝規(guī)程的編制和切削用量的選擇計(jì)算等做了一次練習(xí)?？傊ㄟ^(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我受益匪淺，為我今后的學(xué)習(xí)與工作打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)而良好的基礎(chǔ)。 雖然開(kāi)始的時(shí)候真的很難下手，但是經(jīng)過(guò)不斷地常識(shí)和摸索，我終于能夠獨(dú)立的做一些相關(guān)的事，這不僅是一次作業(yè)，更是鍛煉自己的機(jī)會(huì)。 主要參考文獻(xiàn)： [1]余駿一 鄒青．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009年； [2]金屬切削手冊(cè)（第三版）．上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會(huì)編，2000年； [3]陳家芳．實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)．上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000 年； [4]鄒青．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010年； 第 24 頁(yè) 共 24 頁(yè)