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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(jī)械工程學(xué)院 佐治亞理工學(xué)院 格魯吉亞 美國研究所 由于夾緊和加工 在工件和夾具的接觸部位會產(chǎn)生局部彈性變形 使工件 尺寸發(fā)生變化 進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量 這種效應(yīng)可通過最小化夾具設(shè) 計優(yōu)化 夾緊力是一個重要的設(shè)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(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)化對工件定位精度的影響通過 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關(guān)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(zhǔn)上并夾緊 采用的夾緊力必須足夠大 以抑制工件 在加工過程中產(chǎn)生的移動 然而 過度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變 形 這會影響它的位置精度 并反過來影響零件質(zhì)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(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算成本 同時 多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員 一直重點關(guān)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(jìn)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(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(shè) 獨特的三維夾具可以處理超過 6 個自由度的裝夾 復(fù)和倪 14 也提出迭代搜索方法 通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(dǎo)計算最小 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(yán)格的工件 該夾具在機(jī)械加工工件的位置會受夾具點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 夾具位移對設(shè)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(yīng)用沒有討論機(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(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 這個問題被作為多目標(biāo)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(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程中保持不變 這個假設(shè)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(shè)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(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線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(biāo)系 j x y z 是對應(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(jìn)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(xiàn) 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(xiàn) 23 第 217 頁 iyQiix或 者 3 t28 ifi wiaG 其中 分別是工件和夾具剪切模量 1 3134ifi wPRE fGw 一個合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 2 這就 產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值 在計算上述的線性近似 第 3 頁 共 15 頁 4 1 32 68 9iizREk 5 1 24jii iwxy zf kG 正常的力被假定為從 0 到 1000N 且最小二乘擬合相應(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動過程中 局 部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形 同時保持在準(zhǔn)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(biāo)是通過制 定一個多目標(biāo)約束優(yōu)化問題的問題 如下描述 2 1 目標(biāo)函數(shù)配方 工件旋轉(zhuǎn) 由于部隊輪換往往是相當(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 三個正交組件 見圖 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)計算如下 2L 第 4 頁 共 15 頁 6 222wwwdXYZ 其中 表示一個向量二級標(biāo)準(zhǔn) 但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差 當(dāng)多個夾緊力作用于工件 由 此產(chǎn)生的夾緊力為 有如下形式 TRRCXYZP 7 RC 其中夾緊力 是矢量 夾緊力的方向 矩陣 1 TLCC 1 TCLCRn 是夾緊力是矢量的方向余弦 和 coscosLiLiiin i i Li 是第 i 個夾緊點夾緊力在 和 方向上的向量角度 i 1 2 3 C gXYgZ 在這個文件中 由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差 被假定為受的作 用力是法線的 接觸的摩擦力相對較小 并在進(jìn)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(shè)工件 取決于 zks xNyzgXY 的方向 各自的等效接觸剛度可有下式 計算gZ 111 XYZNNssszizizikk 和 得出 見圖 3 工件剛體運動 歸于夾緊行動現(xiàn)在可以寫成 wd 8 111XYZ TRRRwNNNsssziziziPPdkk 工件有位移 因此 定位誤差的減小可以通過盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù) 因此 第一個目標(biāo)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(quán)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(bǔ)參考文獻(xiàn) 15 23 的原則求解彈性力學(xué)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(yīng)的定位反應(yīng)是 真正的 解 決方案 對接觸問題和產(chǎn)生的 真正 剛體位移 而且工件保持在靜態(tài)平衡 通過夾緊力的隨時調(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 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(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 外文翻譯 第 6 頁 共 15 頁 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 在一個法線的接觸壓力不能超過壓 工件材料的屈服強(qiáng)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(biāo)優(yōu)化問題可以通過求解約束 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)換成一個約束對 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 為主要2f 2L1f 目標(biāo)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(qū)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(quán) 范數(shù) 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個指定的加權(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(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 外文翻譯 第 7 頁 共 15 頁 一定產(chǎn)生最低的夾緊力 這是一個 真正的 可行的解決彈性力學(xué)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(quán)系數(shù) 通過計算并作為2L 初始值與 比較 因此 夾緊力式 15 的優(yōu)化問題可改寫為 最小化 16 12TfQ 由 11 14 得 RCwP 類似的算法尋找一個方程根的二分法來確定最低的 上的約束 通過盡RCwP 可能降低 上限 由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù) 迭代次數(shù) K 終止搜 2L 索取決于所需的預(yù)測精度 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 外文翻譯 第 8 頁 共 15 頁 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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(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(yīng)的刀具路徑設(shè) 置的產(chǎn)生 m 個最佳夾緊力 選擇記為 在每個采樣點 1optP2t3optPopt 考慮以下四個最壞加工負(fù)荷向量 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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(yīng)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(fù)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(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 在這項工作中 四個載體負(fù)載適用于同一位置 但不是同時 對工件進(jìn) 行的采樣 夾緊力的優(yōu)化算法圖 4 對應(yīng)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(fù)荷載體 C 1 2 C 是每ij ikjC 個相應(yīng)的夾具在第 i 個樣本點和第 j 負(fù)荷情況下力的大小 是計算每個負(fù)maxijP 載點之后的結(jié)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(fù)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(fù)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(jié)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(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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(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 工件剛體運動的定義是由它在 和gXY 方向上的移位 和自轉(zhuǎn) 見圖 2 gZTdwwXYZ Twxyz 如前所述 工件剛體位移產(chǎn)生于在每個夾緊處的局部變形 假設(shè)Tiiixyzd 為相對于工件的質(zhì)量中心的第 i 個位置矢量定位點 坐標(biāo)變換定理 TiirXYZ 可以用來表達(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1iR wcR 旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標(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)致的工件剛體運動矢量 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有拉力的可能 因此 在第 i 裝夾點接觸力 可能與 的關(guān)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(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 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(fù)荷 故在法線方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變 因此 必須對方程 24 的夾緊點進(jìn)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(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 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(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 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(biāo)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(xué)開發(fā) EMSIM 程序 參考文獻(xiàn) 26 對加工瞬時銑削力條件進(jìn)行了計算 如表 2 給出例 1 應(yīng) 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(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 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 外文翻譯 第 14 頁 共 15 頁 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 外文翻譯 第 16 頁 共 15 頁 表 6 中 5 個坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)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(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 對于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè) 見圖 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(bǔ)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(yīng)用于銑削 負(fù)載到工件 他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個序列 最佳的夾緊力 對應(yīng)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(quán)范數(shù) 和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖 10 在每個采樣opt 2L 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 外文翻譯 第 17 頁 共 15 頁 點的加權(quán)范數(shù) 的 和 繪制 2LmaxiPaxiymaxizaxirP 結(jié)果表明 由于每個 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(yīng)設(shè)置 有比 相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù) 故 是一個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 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 制定一個雙目標(biāo)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(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 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(xué)與工程雜志 1996 318 324 頁 3 P Chandra S M Athavale R E DeVor 和 S G Kapoor 負(fù)載對表面平 整度的影響 工件夾具制造科學(xué)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(shè)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(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 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(jié)果 341 346 1998 8 E C DeMeter 快速支持布局優(yōu)化 國際機(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 ASME 工程學(xué)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(xué)報 1991 320 327 頁 11 S Jeng L Chen 和 W Chieng 最小夾緊力分析 國際機(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 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 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 方案優(yōu)化 設(shè)計和制 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 外文翻譯 第 19 頁 共 15 頁 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 1996 軸 機(jī)械加工工藝規(guī)程 專 業(yè) 機(jī)械制造及自動化 班 級 機(jī)制 3054 姓 名 使剛敏 學(xué) 號 17 號 指導(dǎo)老師 陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 目 錄 1 工藝過程卡 2 工序卡 3 零件圖 4 零件毛坯合圖 5 夾具總裝圖 6 零件圖 01 7 零件圖 02 8 刀具工作圖 9 量具工作圖 產(chǎn)品型號 零件圖號 31288機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸 共 頁 第 頁 材 料 牌 號 45 鋼 毛 坯 種 類 模鍛 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 備 注 工 時 工 序 號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 準(zhǔn)終 單件 0 鍛 模鍛 01 熱處理 正火熱處理 03 銑 銑左端面 鉆中心孔 X53K 游標(biāo)卡尺 專用銑床夾具 05 銑 銑右端面 鉆中心孔且保證總長 370mm X53K 游標(biāo)卡尺 專用銑床夾具 10 粗車 粗車各段外圓及端面 C620 1 游標(biāo)卡尺 兩頂尖裝夾 90 0 外圓車刀 15 半精車 粗車各段外圓及端面 C620 1 游標(biāo)卡尺 兩頂尖裝夾 90 0 外圓車刀 20 銑 銑 30k6 25k6 20h6 24 各段外圓的鍵槽 X53K 游標(biāo)卡尺 專用銑床夾具 直柄鍵槽銑刀 25 車 車 M24X1 5 的螺紋 C620 1 專用量具 兩頂尖裝夾 螺紋車刀 30 熱處理 30f7 兩節(jié)外圓表面需高頻淬火 hrc40 45 35 粗磨 粗磨 30k6 25k6 20h6 及 30f7 兩節(jié) 各段外圓 M1432 兩頂尖裝夾 選用單頭雙限卡規(guī) M14 32 設(shè) 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會 簽 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 產(chǎn)品型號 零件圖號 31288機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸 共 頁 第 頁 材 料 牌 號 45 鋼 毛 坯 種 類 模鍛 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 備 注 工 時 工 序 號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 準(zhǔn)終 單件 40 精磨 精磨 30k6 25k6 20h6 各段外圓 M1432 兩頂尖裝夾 選用單頭雙限卡規(guī) 45 去毛刺 50 檢驗 55 入庫 M14 32 設(shè) 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會 簽 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 產(chǎn)品型號 零件圖號 31288銑 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸 共 8 頁 第 1 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 工序 03 銑左端面鉆中心孔 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) X53K 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用銑床夾具 工序工時 分 工位器具編號 工位器具名稱 準(zhǔn)終 單件 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 工步工時工步 號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 r min m min mm r mm 進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動 輔助 1 銑左端面 2 鉆 B 型中心孔 游標(biāo)卡尺 專用銑床夾具 設(shè) 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會 簽 日期 產(chǎn)品型號 零件圖號 31288銑 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸 共 8 頁 第 2 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 工序 05 銑右端面鉆中心孔 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) X53K 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用銑床夾具 工序工時 分 工位器具編號 工位器具名稱 準(zhǔn)終 單件 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 工步工時工步 號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 r min m min mm r mm 進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動 輔助 1 銑右端面 2 鉆 B 型中心孔 游標(biāo)卡尺 專用銑床夾具 設(shè) 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會 簽 日期 產(chǎn)品型號 零件圖號 31288粗車 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸 共 8 頁 第 3 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 工序 10 粗車各段外圓端面 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) C620 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 兩頂尖裝夾 工序工時 分 工位器具編號 工位器具名稱 準(zhǔn)終 單件 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 臺階 切削深度 臺階 工步工時工步 號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 r min m min mm r mm 進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動 輔助 1 粗車 33 外圓 保證長度 5mm 380 44 1 0 33 1 3 1 4 5s 2 粗車 31 415 外圓 380 44 1 0 33 0 30 1 3 1 5 1 122 97s 3 粗車 26 415 外圓 保證長度 114mm 380 44 1 0 33 0 30 1 3 1 5 1 43 04s 4 粗車 21 4 外圓 保證長度 31mm 游標(biāo)卡尺 兩頂尖裝夾 90 0 外圓車刀 380 44 1 0 33 0 30 1 3 1 5 1 17 44s 設(shè) 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會 簽 日期 產(chǎn)品型號 零件圖號 31288半精車 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸 共 8 頁 第 4 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 工序 15 半精車各段外圓及端面 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) C620 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 兩頂尖裝夾 工序工時 分 工位器具編號 工位器具名稱 準(zhǔn)終 單件 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 工步工時工步 號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 r min m min mm r mm 進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動 輔助 1 半精車 30 4 外圓 2 半精車 29 外圓 游標(biāo)卡尺 兩頂尖裝夾 90 0 外圓車刀 3 半精車 25 4 外圓 4 半精車 24 外圓 5 半精車 20 4 外圓 設(shè) 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會 簽 日期 產(chǎn)品型號 零件圖號 31288銑鍵槽 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸 共 8 頁 第 5 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 工序 20 銑 30k6 25k6 20h6 24各段外圓的鍵槽 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) X53K 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用銑床夾具 工序工時 分 工位器具編號 工位器具名稱 準(zhǔn)終 單件 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 工步工時工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 r min m min mm r mm 進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動 輔助 1 銑 30k6 上的鍵槽 槽寬 8mm 2 銑 25k6 上的鍵槽 槽寬 6mm 3 銑 20h6 上的鍵槽 槽寬 5mm 4 銑 24 上的鍵槽 槽寬 5mm 游標(biāo)卡尺 直柄鍵槽銑刀 設(shè) 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會 簽 日期 產(chǎn)品型號 零件圖號 31288車螺紋 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸 共 8 頁 第 6 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 工序 25 車 M24X1 5 螺紋 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) C620 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 兩頂尖裝夾 工序工時 分 工位器具編號 工位器具名稱 準(zhǔn)終 單件 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 工步工時工步 號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 r min m min mm r mm 進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動 輔助 1 車 M24X1 5 螺紋 專用量具 螺紋車刀 設(shè) 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會 簽 日期 產(chǎn)品型號 零件圖號 31288粗磨 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸 共 8 頁 第 7 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 工序 35 粗磨 30 粗磨 30k6 25k6 20h6 30f7 兩節(jié) 各段外圓 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) M1432 夾具編號 夾具名稱 切削液 兩頂尖裝夾 工序工時 分 工位器具編號 工位器具名稱 準(zhǔn)終 單件 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 工步工時工步 號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 r min m min mm r mm 進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動 輔助 1 粗磨 30k6 外圓 2 粗磨 25k6 外圓 3 粗磨 20h6 外圓 4 粗磨 30f7 兩節(jié)外圓 選用單頭雙限卡規(guī) 設(shè) 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會 簽 日期 產(chǎn)品型號 零件圖號 31288精磨 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 軸 共 8 頁 第 8 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 工序 40 精磨 30k6 25k6 20h6 各段外圓 毛 坯 種 類 毛坯外形尺 寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) M1432 夾具編號 夾具名稱 切削液 兩頂尖裝夾 工序工時 分 工位器具編號 工位器具名稱 準(zhǔn)終 單件 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 工步工時工步 號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 r min m min mm r mm 進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動 輔助 1 精磨 30k6 外圓 2 精磨 25k6 外圓 3 精磨 20h6 外圓 選用單頭雙限卡規(guī) 設(shè) 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會 簽 日期 零件圖 零件毛坯合圖 夾具總裝圖 M8x71 5XV AXmJBT HT 夾具零件圖 刀具工作圖 技 術(shù) 條 件 1 刀 片 材 料 刀 桿 45鋼 2 刀 片 型 號 3 使 用 105號 焊 料 焊 縫 不 大 于 0 2 4 刃 口 不 得 有 崩 刀 刀 面 不 得 有 裂 紋 量具工作圖 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 專 業(yè) 機(jī)械制造及自動化 班 級 機(jī)制 3054 姓 名 使剛敏 學(xué) 號 17 號 指導(dǎo)老師 陜 西 國 防 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 目 錄 第一部分 工藝設(shè)計說明書 1 1 零件圖工藝性分析 1 1 1 零件結(jié)構(gòu)功用分析 1 1 2 零件技術(shù)條件分析 1 1 3 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 1 2 毛坯選擇 1 2 1 毛坯類型 1 2 2 毛坯余量確定 1 2 3 毛坯 零件合圖草圖 2 3 機(jī)加工工藝路線確定 3 3 1 加工方法分析確定 3 3 2 加工順序的安排 3 3 3 定位基準(zhǔn)選擇 3 3 4 加工階段的劃分說明 3 3 5 主要機(jī)加工工序簡圖 3 4 工序尺寸及其公差確定 6 4 1 工序尺寸確定 6 4 2 軸向尺寸的工序尺寸鏈圖 7 5 設(shè)備及其工藝裝備確定 7 5 1 選擇機(jī)床和夾具 7 5 2 選擇刀具 7 5 3 選擇量具 8 6 切削用量及工時定額確定 8 第二部分 第 20 號工序夾具設(shè)計說明書 10 1 工序尺寸精度分析 10 2 定位方案確定 10 3 定位誤差分析計算 10 4 夾緊方案及元件確定 10 5 夾具總裝草圖 10 第三部分 第 10 號工序刀具設(shè)計說明書 12 1 工序尺寸精度分析 12 2 刀具類型確定 12 3 刀具設(shè)計參數(shù)確定 數(shù)據(jù)來源參考書 3 12 4 刀具工作草圖 13 第四部分 第 40 號工序量具設(shè)計說明書 14 1 工序尺寸精度分析 14 2 量具類型確定 14 3 極限量具尺寸公差確定 14 4 極限量具尺寸公差帶圖 14 5 極限量具結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 第五部分 畢業(yè)設(shè)計體會 15 第六部分 參考資料 17 0 第一部分 工藝設(shè)計說明書 1 零件圖工藝性分析 1 1 零件結(jié)構(gòu)功用分析 從傳動軸的受力分析可知 它受扭轉(zhuǎn)一彎曲復(fù)合作用力 由于其承受中等載荷 工作又較平穩(wěn) 沖 擊力很小 所以可采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的 45 號鋼 坯料用熱軋圓鋼 為了改善組織 提高力學(xué)性 能 坯料要經(jīng)過正火熱處理 1 2 零件技術(shù)條件分析 外圓尺寸精度 30k6 30f7 兩節(jié) 25k6 20h6 及 M24X1 5 的螺紋 外圓形狀位置精度 要求為 30f7 兩軸節(jié)相對 30k6 20h6 25k6 30f7 兩軸節(jié)表面需高頻淬火 外圓表面質(zhì)量 30k6 30f7 兩節(jié) 25k6 20h6 的表面質(zhì)量要求 Ra 均為 0 8um 其它面 Ra 為 12 5um 1 3 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 軸的鍛件強(qiáng)度較高 形狀比較簡單 外輪廓尺寸不大 在軸徑 30k6 30f7 兩節(jié) 25k6 20h6 及 M24X1 5 的螺紋上均開有鍵槽 且軸兩端帶有 B 型中心孔 結(jié)論 軸的結(jié)構(gòu)較規(guī)則 在加工鍵槽和 B 型中心孔時 采用專用夾具定位和夾緊 螺紋加工安 排在半精加工后 精加工前進(jìn)行 2 毛坯選擇 2 1 毛坯類型 在傳遞力矩過程時要承受很強(qiáng)的沖擊力和很大的交變載荷 要求材料應(yīng)有較高的強(qiáng)度 沖 擊韌度 疲勞強(qiáng)度和耐磨性 而且其輪廓形狀不復(fù)雜 故采用鍛件 零件尺寸不大 而且零件屬于批量生產(chǎn) 故采用模鍛 2 2 毛坯余量確定 毛坯的形狀和尺寸越接近成品零件 即毛坯精度越高 則零件的機(jī)械加工勞動量越少 材料消耗越 少 可充分提高勞動生產(chǎn)率 降低成本 但是毛坯制造費用會提高 在確定毛坯時 應(yīng)根據(jù)機(jī)械加 工和毛坯制造兩方面考慮 2 2 1 1 鍛件公差等級 由該零件的功能和技術(shù)確定其鍛件公差等級為普通級 2 鍛件質(zhì)量 Mf 根據(jù)鍛件成品質(zhì)量 1 94g 估算 3 分析鍛件形狀復(fù)雜系數(shù) s S Mf Mn 該零件為圓形 假設(shè)其最大直徑 37 長為 375 則在 Mn 4 d2 h S Mf Mn Vf Vn 229712 195 mm 316300 05mm 0 72633 由于 0 726 介于 0 63 和 1 之間 故該零件的形狀復(fù)雜系數(shù) S 屬 S 1 級 4 鍛件材質(zhì)系數(shù) M 由于該零件材料為 45 鋼 是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 0 65 的碳素鋼 故該鍛件 的材質(zhì)系數(shù)屬 M 1 級 5 零件表面粗糙度 由零件圖知 除 30k6 30f7 兩節(jié) 25k6 20h6 的表面質(zhì)量 Ra 為 0 8um 外 其余各加工表面 Ra 為 12 5um 2 2 2 初步確定機(jī)加工余量及毛坯尺寸 初選毛坯尺寸公差 根據(jù)毛坯尺寸公差 鍛件質(zhì)量 材質(zhì)系數(shù) 形狀復(fù)雜系數(shù) 初步確定本零件毛坯尺寸允許偏差 1 根據(jù)鍛件質(zhì)量 零件表面粗糙度 形狀復(fù)雜系數(shù)查參考書 1 中表 5 9 由此查得單邊余量 零件 尺寸 初選厚度方 向 單邊加工余 量 初選水平方 向 單邊加工余 量 確定厚度方 向 單邊加工余 量 確定水平方 向 單邊加工余 量 初選 鍛件尺寸 偏差 30k6 1 7 2 2 2 0 2 5 2 34 1 2 0 6 30f7 兩節(jié) 1 7 2 2 2 0 2 5 2 34 1 2 0 6 29 1 7 2 2 2 0 2 5 2 34 1 2 0 6 25k6 1 7 2 2 2 0 2 5 2 29 1 1 0 5 24 1 7 2 2 2 0 2 5 2 29 1 1 0 5 115 1 7 2 2 2 0 2 5 2 5 115 1 4 0 6 20h6 1 7 2 2 2 0 2 5 2 24 1 1 0 5 32 1 7 2 2 2 0 2 5 2 5 33 1 2 0 6 33 1 7 2 2 2 0 2 5 2 37 1 2 0 6 370 1 7 2 2 2 0 2 5 2 5 375 1 7 0 8 5 1 7 2 2 2 0 2 5 2 5 10 1 1 0 5 2 2 3 驗證上述余量是否滿足要求 計算同上得 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù) s S Mf Mn Vf Vn 229712 195 mm 316300 05mm 0 72633 S 屬于 S 1 級 查表得 機(jī)械加工余量與上述相同 滿足要求 2 3 毛坯 零件合圖草圖 2 3 機(jī)加工工藝路線確定 3 1 加工方法分析確定 1 30k6 外圓 粗車 IT12 級 Ra12 5um 半精車 IT9 級 Ra3 2um 銑鍵槽 IT9 級 Ra12 5um 粗磨 IT8 級 Ra0 8um 精磨 IT6 級 Ra0 8um 2 25k6 外圓 粗車 IT12 級 Ra12 5um 半精車 IT9 級 Ra3 2um 銑鍵槽 IT9 級 Ra12 5um 粗磨 IT8 級 Ra0 8um 精磨 IT6 級 Ra0 8um 3 20h6 外圓 粗車 IT12 級 Ra12 5um 半精車 IT9 級 Ra3 2um 銑鍵槽 IT9 級 Ra12 5um 粗磨 IT8 級 Ra0 8um 精磨 IT6 級 Ra0 8um 4 30f7 外圓 粗車 IT12 級 Ra12 5um 半精車 IT9 級 Ra3 2um 熱處理 30f7 兩節(jié)外圓表面局部高頻淬火 磨削 IT7 級 Ra0 8um 5 2M24X1 5 螺紋 粗車 IT12 級 Ra12 5um 半精車 IT9 級 Ra3 2um 銑鍵槽 IT9 級 Ra12 5um 車螺紋 配螺母 3 2 加工順序的安排 銑端面鉆中心孔保證總長 370mm 粗車各外圓和臺階端面 半精車各段外圓和切各段 3X0 5 退刀槽 3 加工 30k6 25k6 20h6 及 24 各段的鍵槽 隨后車 M24X1 5 的螺紋 局部熱處理 30f7 兩節(jié)表面進(jìn)行高頻淬火 最后粗精磨 30k6 25k6 20h6 外圓及 30f7 兩節(jié)外圓表面 保證 表面質(zhì)量 Ra 為 0 8um 3 3 定位基準(zhǔn)選擇 3 3 1 粗基準(zhǔn)的選擇 粗車時以外圓和兩側(cè)端面為粗基準(zhǔn) 3 3 2 精基準(zhǔn)的選擇 以兩側(cè)端面中心孔為精基準(zhǔn)定位 3 4 加工階段的劃分說明 加工階段分為 粗加工階段為工序 3 5 10 半精加工階段為工序 15 20 25 30 精加工階段 為工序 35 40 方案討論 M24X1 5 的螺紋加工安排在半精加工后 精加工前進(jìn)行 故放到半精加工階段來實現(xiàn) 3 5 主要機(jī)加工工序簡圖 工序 3 銑左端面 鉆中心孔 工序 5 銑右端面 鉆中心孔 工序 10 粗車各段外圓及端面 工序 15 半精車各段外圓及端面 4 工序20 銑 30k6 25k6 20h6 24各段外圓的鍵槽 工序 25 車 M24X1 5 的螺紋 工序 30 30f7 兩節(jié)外圓表面需高頻淬火 hrc40 45 工序 35 粗磨 30k6 25k6 20h6 30f7 兩節(jié) 各段外圓 5 工序 40 精磨 30k6 25k6 20h6 各段外圓 工序 45 去毛刺 工序 50 檢驗 工序 55 入庫 4 工序尺寸及其公差確定 4 1 工序尺寸確定 工序余量 雙邊 工序尺寸及公差 表面粗糙度 um加工 表面 粗 半精 粗磨 精磨 粗 半精 粗磨 精磨 粗 半精 粗磨 精磨 30 k6 外圓 2 6 1 0 0 3 0 1 31 4 150 0 39 30 4 150 0 062 30 1 150 0 025 30 0 150 0 013 Ra12 5 Ra3 2 Ra0 8 Ra0 8 25 k6 外圓 2 6 1 0 0 3 0 1 26 4 150 0 33 25 4 150 0 052 25 1 150 0 021 25 0 150 0 013 Ra12 5 Ra3 2 Ra0 8 Ra0 8 20 h6 外圓 2 6 1 0 0 3 0 1 21 4 0 0 33 20 4 0 0 052 20 1 0 0 021 200 0 013 Ra12 5 Ra3 2 Ra0 8 Ra0 8 6 30 f7 外圓 2 6 1 0 0 3 31 3 80 0 46 30 3 80 0 052 29 9 80 0 021 Ra12 5 Ra3 2 Ra0 8 工序余量 雙邊 工序尺寸及公差 表面粗糙度 um 加工 表面 粗車 半精 車 半精 車 粗車 半精車 半精車 粗車 半精 車 半精 車 29 2 6 1 0 1 4 31 4 0 0 46 30 4 0 0 062 290 0 052 Ra12 5 Ra3 2 Ra3 2 24 2 6 1 0 1 4 26 4 0 0 33 25 4 0 0 052 240 0 052 Ra12 5 Ra3 2 Ra3 2 115 1 5 單 邊 1 0 單 邊 1140 0 54 1150 0 54 Ra12 5 Ra3 2 32 1 5 單 邊 1 0 單 邊 310 0 39 320 0 39 Ra12 5 Ra3 2 5 1 5 單 邊 1 0 單 邊 60 0 18 50 0 18 Ra12 5 Ra3 2 370 2 5 3700 0 89 Ra12 5 4 2 軸向尺寸的工序尺寸鏈圖 7 5 設(shè)備及其工藝裝備確定 5 1 選擇機(jī)床和夾具 1 工序 03 05 是銑端面和鉆中心孔 可采用專用夾具在 X53K 銑床上加工 2 工序 10 15 25 是粗車 半精車 車螺紋各工序的工步數(shù)不多 成批生產(chǎn) 不要求很高的生 產(chǎn)率 故選用臥式車床能夠滿足使用要求 又由于要求的精度較高 表面粗糙度值較小 需選用較 精密的車床才能滿足要求 因此選用 C620 1 使用通用夾具 兩頂尖 裝夾 3 工序 20 是銑鍵槽 可采用專用夾具在立式銑床上加工 故選 X53K 4 工序 40 45 是磨削外圓 使用專用磨床夾具 選用臥式磨床 M1432 5 2 選擇刀具 1 工序 03 05 在銑床上加工 一般都選用硬質(zhì)合金端銑刀 2 工序 10 15 25 在車床上加工 一般都選用硬質(zhì)合金車刀 加工剛質(zhì)零件采用 YT 類硬質(zhì)合金 粗加工用 YT5 半精加工用 YT15 為了提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)性 選用 90 度車刀 螺紋車刀和鏜刀 切槽刀宜選用高速鋼 3 工序 20 銑鍵槽 零件要求銑切寬度分別為 5h9 6h9 8h9 故所選直柄鍵槽銑刀分別為 5e8 GB T1112 1 1997 6e8 GB T1112 1 1997 8e8 GB T1112 1 1997 5 3 選擇量具 本零件屬于成批生產(chǎn) 一般采用通用量具 8 工序 加工面尺寸 尺寸公差 選擇量具 31 4 0 39粗加工外圓 26 4 0 33 116 0 54 33 0 39粗加工軸向尺寸 6 0 18 115 0 54 32 0 39半精加工軸向尺寸 5 0 18 讀數(shù)值 0 02 測量范圍 0 150 游標(biāo)卡尺 30 4 0 062 25 4 0 052半精加工外圓 20 4 0 052 讀數(shù)值 0 01 測量范圍 75 100 外徑千分尺 30k6 0 013 25k6 0 013 20h6 0 013粗 精磨外圓 30f7 0 021 選用單頭雙限卡規(guī) GB6322 86 6 切削用量及工時定額確定 工序 10 參考書 1 本道工序為粗車 車臺階面和外圓 已知加工材料為 45 鋼 6b 670mpa 鍛件有外皮 機(jī)床為 CA6140 工件采用兩頂尖裝夾 1 確定粗車外圓 33 的切削用量 所選刀具為 YT5 硬質(zhì)合金車刀 刀桿尺寸 BXH 16mmX25mm 刀片厚為 4 5mm 根據(jù) 1 表 5 113 選擇刀具幾何角度 s 00 o 120 o 60 o 40 r 90 0 r 100 0 8mm a 確定被吃刀量 ap 粗車雙邊余量為 2 6mm 則 ap 1 3mm b 確定進(jìn)給量 f 根據(jù)表 5 114 在粗車鋼料 刀桿尺寸 16X25mm ap 3mm 工件直徑在 20 40mm 時 f 0 3 0 5mm r 按 C620 1 車床的進(jìn)給量 f 0 33mm r 確定的進(jìn)給量尚需滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度要求 故需進(jìn)行校驗 根據(jù)表 5 55 C620 1 車床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力 Fmax 3530N 根據(jù)表 5 123 當(dāng)鋼料 6b 570 670mpa ap 2mm f 0 75mm r r 45 0 V 65m min 時 進(jìn)給力 Ff 760N Ff 的修正系數(shù)為 Kr Ff 1 0 K sFf 1 0 KkTFf 1 17 故實際進(jìn)給力為 Ff 760X1 17 889 2N Ff Fmax 所選的進(jìn)給量 f 0 33mm r 可用 C 選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度根據(jù)表 5 119 車刀后刀面最大磨損量取 1m 車刀的耐用度為 T 60min d 確定切削速度 V 根據(jù)表 5 120 當(dāng)用 YT5 硬質(zhì)合金車刀加工 6b 600 700mpa 鋼料 9 ap 3mm f 0 75mm r V 109m min 切削速度的修正系數(shù)為 Ksv 0 8 Ktv 0 65 KKTv 0 81 KTv 1 0 Kmv Kkv 1 0 故 V109X0 8X0 81 45 9m min n 1000v 3 14d 1000X45 9 3 14X37 395 1r min 按 C620 1 車床的轉(zhuǎn)速 選擇 n 380 r min 則實際切削速度 V 44 1m min e 校驗機(jī)床功率 由表 5 125 當(dāng) 6b 580 970mpa HBS 166 277 ap 2mm f 0 75mm r V 44 1m min 時 Pc 1 7KW 切削功率的修正系數(shù)為 KTrPc 1 13 KkrPc 1 17 Kr Pc KMPc KkPc 1 0 KSPc 0 8 KtPc 0 65 故實 際切削時的功率為 Pc 0 72KW 根據(jù)表 5 29 當(dāng) n 120r min 時 機(jī)床主軸允許功率 PE 5 9KW Pc PE 故所選切削用量在 C620 1 車床上進(jìn)行最后確定的切削用量為 ap 1 3mm f 0 33mm r V 44 1m min n 380 r min 2 確定粗車外圓 31 4mm 及臺階面的切削用量 采用車外圓 33 的刀具加工這些表面 加 工余量皆可一次走刀切除 車外圓 31 4mm 的 ap 1 3mm f1 0 33mm r 臺階面的 ap 1 5mm f2 0 30mm r 主軸轉(zhuǎn)速與車外圓 33 的轉(zhuǎn)速相同 3 確定粗車外圓 26 4mm 及臺階面的切削用量 采用車外圓 33 的刀具加工這些表面 加工 余量皆可一次走刀切除 車外圓 26 4mm 的 ap 1 3mm f1 0 33mm r 臺階面的 ap 1 5mm f2 0 30mm r 主軸轉(zhuǎn)速與車外圓 33 的轉(zhuǎn)速相同 4 確定粗車外圓 21 4mm 及臺階面的切削用量 采用車外圓 33 的刀具加工這些表面 加 工余量皆可一次走刀切除 車外圓 21 4mm 的 ap 1 3mm f1 0 33mm r 臺階面的 ap 1 5mm f2 0 30mm r 主軸轉(zhuǎn)速與車外圓 33 的轉(zhuǎn)速相同 基本時間 1 確定粗車外圓 33 的基本時間 根據(jù)表 2 21 車外圓基本時間 Tj1 L L1 L2 L3 i nf L 7 5mm L1 ap tankr 2 3 kr 90 0 L1 2mm L2 0 L3 0 f 0 33mm r n 380 r min i 1 Tj1 7 5 2 0 33 380 4 5s 2 確定粗車外圓 31 4 的基本時間 根據(jù)表 2 21 車外圓基本時間 Tj2 L L1 L2 L3 i nf L 250mm L1 ap tankr 2 3 kr 90 0 L1 2mm L2 0 L3 0 f1 0 33mm r f2 0 30mm r n 380 r min i 1 Tj2 250 2 0 33 380 2 5 2 0 30 380 122 97s 3 確定粗車外圓 26 4 的基本時間 根據(jù)表 2 21 車外圓基本時間 Tj3 L L1 L2 L3 i nf L 83mm L1 ap tankr 2 3 kr 90 0 L1 2mm L2 0 L3 0 f1 0 33mm r f2 0 30mm r n 380 r min i 1 10 Tj3 83 2 0 33 380 2 5 2 0 30 380 43 04s 4 確定粗車外圓 21 4 的基本時間 根據(jù)表 2 21 車外圓基本時間 Tj4 L L1 L2 L3 i nf L 29 5mm L1 ap tankr 2 3 kr 90 0 L1 2mm L2 0 L3 0 f1 0 33mm r f2 0 30mm r n 380 r min i 1 Tj4 29 5 2 0 33 380 2 5 2 0 30 380 17 44s 確定工序 10 的基本時間 Tj Tj1 Tj2 Tj3 Tj4 4 5 122 97 43 04 17 44 s 187 95s 第二部分 第 20 號工序夾具設(shè)計說明書 1 工序尺寸精度分析 工序加工要在軸 25 40 0 052 的外圓表面上銑鍵槽保證尺寸 20 50 0 52 鍵槽寬為 6h9mm 無其它技術(shù)要求 該工序在立式銑床上加工 零件屬中批量生產(chǎn) 2 定位方案確定 理論上限制自由度分析 槽寬由定尺寸刀具保證 保證槽深應(yīng)限制 x 移動 y 轉(zhuǎn)動 保證鍵槽長度 應(yīng)限制 x 移動 保證鍵槽對稱度應(yīng)限制 y 移動 z 轉(zhuǎn)動 綜合結(jié)果限制 x 移動 y 移動 y 轉(zhuǎn)動 z 轉(zhuǎn)動 z 移動 實際上限制自由度分析 V 形塊定位 30 40 0 052 限制 y 移動 z 移動 y 轉(zhuǎn)動 z 轉(zhuǎn)動 大 頭端面用定位銷定位限制 x 移動 綜合結(jié)果實際限制 x 移動 y 移動 y 轉(zhuǎn)動 z 轉(zhuǎn)動 z 移動 3 定位誤差分析計算 工件采用 V 形塊定位 對稱度分析 基準(zhǔn)不重合誤差為 jb 0 02mm 基準(zhǔn)位移誤差為 db 0 則 dw jb db 0 02mm 對尺寸 20 50 0 52 分析 基準(zhǔn)不重合誤差為 jb 0 02 0 026 0 046mm 基準(zhǔn)位移誤差為 db 0 707T d 0 707X0 062 0 044mm 則 dw jb db 0 09mm 由于 T 0 52 mm T 3 0 173mm 即 dw T 3 故該夾具能夠滿足加工要求 4 夾緊方案及元件確定 本套夾具采用鉸鏈壓板夾緊 11 工件在加工時所受的力主要是切削力 F 由機(jī)床夾具設(shè)計手冊表 1 2 7 得切削力的計算公式 Fx 667Ds Kp 667x7x700 x650 726 1083N7 07 0 實際所需加緊力與計算加緊力之間的關(guān)系為 K 由表 1 2 2 查得為 1 15 F KFx 1 15X1083 1245 45N 5 夾具總裝草圖 AXmJBTV MXx1 587 12 第三部分 第 10 號工序刀具設(shè)計說明書 1 工序尺寸精度分析 粗車軸各段外圓保證尺寸 33 31 4 26 4 21 4 公差等級為 IT12 2 刀具類型確定 此道工序保證的尺寸精度要求不高可用游標(biāo)卡尺測量 屬粗加工 因此可用 90 度外圓車刀 3 刀具設(shè)計參數(shù)確定 數(shù)據(jù)來源參考書 3 序 號 項 目 數(shù)據(jù)來源或公式計算 采用值 1 車刀外行 表 2 6 2 7 焊接式 900 強(qiáng)力外圓車刀 刀片材料 YT5 2 刀桿材料 45 鋼 3 幾何角度 表 2 8 2 9 s 00 o 120 o 6 0 o 40 r 90 0 r 100 0 8mm 4 斷削參數(shù) 前面型式 表 2 11 2 12 f 0 33mm r 帶倒棱曲面圓弧卷削槽前面 Ln 8 5m o 1 200 br1 0 6 qn 9 3 5 過渡刃 表 2 13 ap 1 3mm 直線過渡刃 Kre 450 b 1 6 刀片型號 表 2 3 A420 L 20 B 12 C 7 R 12 5 r 1 e 0 8 7 車刀外型 結(jié)構(gòu)尺寸 表 2 1 2 2 2 5 BxH 20 x30 L 150 M 8 900 彎頭車刀 8 刀槽 型式 表 2 4 Sinrj ln 2qn 8 5 2x9 6 0 443 c o j 120 18 30 Hc H 1 2 cCos o Cos o c 30 1 7Cos5 Cos 50 6 30 31 7x1 1 24 Bc B C tg o c 12 7tg 60 5 30 10 6 j 18 30 c 5 30 Hc 24mm Bc 10 6mm Lc 19 4mm 13 Lc L CCos o Cos o c tg o 20 7 Cos5 Cos 60 5 30 tg5 20 7x0 08 19 4 4 刀具工作草圖 技 術(shù) 條 件 1 刀 片 材 料 刀 桿 45鋼 2 刀 片 型 號 3 使 用 0號 焊 料 焊 縫 不 大 于 0 2 4 刃 口 不 得 有 崩 刀 刀 面 不 得 有 裂 紋 14 第四部分 第 40 號工序量具設(shè)計說明書 1 工序尺寸精度分析 對軸外圓 30k6 選基孔制 首先確定被測軸的極限偏差 查 4 公差書第三章極限與配合標(biāo)準(zhǔn)得 30k6 的上偏差 es 0 009mm 下偏差 ei 0 025mm 公差等級為 IT6 2 量具類型確定 軸的外圓 30k6 的量具用卡規(guī) 量具測量面的材料用硬質(zhì)合金 測量面的硬度為 58 65HRC 其它 部分的材料為 45 鋼 3 極限量具尺寸公差確定 1 確定工作量規(guī)的制造公差和位置要素值 由公差書表 6 1 得 IT6 尺寸 30k6 的量規(guī)公差 為 T 0 0024mm 位置要素 Z 0 0028mm 2 計算工作量規(guī)的極限偏差 30k6 通規(guī) 上偏差 es Z T 2 0 009 0 0028 0 0012 0 0106mm 下偏差 es Z T 2 0 009 0 0028 0 0012 0 013mm 磨損極限 es 0 009mm 止規(guī) 上偏差 ei T 0 025 0 0024 0 0226mm 下偏差 ei 0 025mm 4 極限量具尺寸公差帶圖 15 5 極限量具結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 第五部分 畢業(yè)設(shè)計體會 時至今日 兩個月的畢業(yè)設(shè)計終于可以畫上一個句號了 現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè) 計的整個過程 頗有心思 有苦有甜 不過樂趣盡在其中 這是我第一次獨立從事這 種有相對難度的題目 接受任務(wù)以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年在校學(xué)習(xí)所學(xué)知識的 單純總結(jié) 但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己以前的看法有點太片面 畢業(yè)設(shè)計不僅 是對前面所學(xué)知識的一種檢驗 而且也是對自己能力的一種提高 下面我對整個畢業(yè)設(shè)計的過程做一下簡單的總結(jié) 第一 接到任務(wù)以后分析是開端 理清思路 確定方案 安排兩個月的設(shè)計進(jìn)程 第二 方案確定好以后就是找資料了 查資料是做畢業(yè)設(shè)計的前期準(zhǔn)備工作 好 的開端就相當(dāng)于成功了一半 因此資料是否全面 可靠 關(guān)系到整個畢業(yè)設(shè)計的進(jìn)程 第三 通過上面的過程 已經(jīng)積累了不少資料 對所設(shè)計的題目也大概有了一些 了解 這一步就是在這樣一個基礎(chǔ)上 綜合已有的資料來更透徹的分析題目 分析一 下題目該用哪種工藝路線 工藝路線確定好以后 那么就可以在這條路線上大顯身手 了 這樣雖然有一定的難度 不過哪怕做錯一點點 這也是個進(jìn)步 第四 有了上面的步驟 就可以選刀具 夾具 量具等 我的心得也就這么多了 宗旨 不管學(xué)會的還是學(xué)不會的 在設(shè)計過程中的確遇 到了許多的困難 真實萬事開頭難 不知道如何入手 最后終于完成了 有種如釋重 負(fù)的感覺 此外 還得出一個結(jié)論 知識必須通過對應(yīng)才能實現(xiàn)其價值 有些東西以 為學(xué)會了 但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事 所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才 是真的學(xué)會了 在此要感謝我的知道老師 感謝老師對我的悉心指導(dǎo) 感謝老師給我這樣的 機(jī)會鍛煉 在設(shè)計過程中 經(jīng)過查閱大量相關(guān)資料 與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué) 并向老 師請教等方式 使自己學(xué)到了不少知識 也經(jīng)歷了不少艱辛 但收獲同樣巨大 在這 次畢業(yè)設(shè)計過程中 我懂得了許多東西 也培養(yǎng)了我獨立工作的能力 豎立了對自己 工作能力的信心 相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響 雖然在這個花鍵 軸的設(shè)計加工過程中 工藝路線不是很完整 但是在這次設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是 這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富 使我終身受益 17 18 第六部分 參考資料 1 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南 主編 崇凱 化學(xué)工業(yè)出版社 2 機(jī)械制造工藝學(xué) 主編 鄭修本 機(jī)械工業(yè)出版社 3 刀具課程設(shè)計 機(jī)械工業(yè)出版社 4 公差配合與技術(shù)測量 主編 徐茂功 桂定一 機(jī)械工業(yè)出版社