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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(jì)優(yōu)化 夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量 可以得到優(yōu)化 以減少工件的位移 本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法 該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸 并涉及制定和解決方案的 多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束 夾緊力的最優(yōu)化對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(gè)關(guān)鍵因素 要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能 需將 工件定位到一個(gè)合適的基準(zhǔn)上并夾緊 采用的夾緊力必須足夠大 以抑制工件 在加工過程中產(chǎn)生的移動(dòng) 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(shí)滿足加工的要求 在夾具 分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法 大 量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報(bào)道 參考文獻(xiàn) 1 8 隨著得墨忒耳 8 這種 方法的限制是需要較大的模型和計(jì)算成本 同時(shí) 多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員 一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論 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(gè)規(guī)則完整的形狀 得墨忒耳 12 13 用螺釘理論解決的最低夾緊力 總的 問題是制定一個(gè)線性規(guī)劃 其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的 法線接觸力 接觸摩擦力的影響被忽視 因?yàn)樗^法線接觸力相對較小 由于 這種方法是基于剛體假設(shè) 獨(dú)特的三維夾具可以處理超過 6 個(gè)自由度的裝夾 復(fù)和倪 14 也提出迭代搜索方法 通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(dǎo)計(jì)算最小 夾緊力 該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個(gè)以上的接觸力是使其靜力不 確定 因此 這種方法無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(jì)算夾具 工件系統(tǒng) 15 的彈性來克服 對于一個(gè)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(diǎn)的局部彈性變形的強(qiáng) 烈影響 Hockenberger 和得墨忒耳 16 使用經(jīng)驗(yàn)的接觸力變形的關(guān)系 稱為元功 能 解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移 同一作者還考察了加工工件 夾具位移對設(shè)計(jì)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(bào)告做了改善 然而 他們沒有處理計(jì)算夾具與工件的接觸 剛度的方法 此外 其算法的應(yīng)用沒有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列 李和 Melkote 19 和烏爾塔多和 Melkote 20 用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾 緊點(diǎn)彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移 他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法 夾具布局 21 和夾緊力 22 但是 關(guān)于 multiclamp 系統(tǒng)及其對工件精度影響的 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(gè)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(gè)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(gè)假設(shè)是有效的 在對液壓或氣動(dòng)夾具使用 在實(shí)際中 夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布 然而 這種模式的發(fā)展 假設(shè)總觸剛度 見圖 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(gè)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(gè)球形尖端定位 夾具和工件的接觸并不是線性的 因?yàn)榻佑| 半徑與隨法線力呈非線性變化 23 由于法線力 接觸變形作用于半徑 和平iPiR 面工件表面之間 這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問題 對于這個(gè)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(gè)合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 2 這就 產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值 在計(jì)算上述的線性近似 第 3 頁 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(yùn)動(dòng)過程中 局 部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形 同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過程中夾具 工件系統(tǒng)平衡 工件的位移減少 從而減少定位誤差 實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過制 定一個(gè)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(duì)輪換往往是相當(dāng)小 17 的工件定位誤差 假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上 其中 和TwwdXYZ wX wY 是 沿 和 三個(gè)正交組件 見圖 2 Zxgygz 圖 2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn) 工件的定位誤差歸于裝夾力 然后可以在該剛體位移的 范數(shù)計(jì)算如下 2L 第 4 頁 共 15 頁 6 222wwwdXYZ 其中 表示一個(gè)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(gè)夾緊力作用于工件 由 此產(chǎn)生的夾緊力為 有如下形式 TRRCXYZP 7 RC 其中夾緊力 是矢量 夾緊力的方向 矩陣 1 TLCC 1 TCLCRn 是夾緊力是矢量的方向余弦 和 coscosLiLiiin i i Li 是第 i 個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在 和 方向上的向量角度 i 1 2 3 C gXYgZ 在這個(gè)文件中 由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差 被假定為受的作 用力是法線的 接觸的摩擦力相對較小 并在進(jìn)行分析時(shí)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(jì)算gZ 111 XYZNNssszizizikk 和 得出 見圖 3 工件剛體運(yùn)動(dòng) 歸于夾緊行動(dòng)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(gè)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(shí)調(diào)整 因此 總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第 二個(gè)目標(biāo)函數(shù) 并給出 最小化 10 222iiiL CL CL Cx 111FFUW kkyziii TQ 其中 代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ) 代表由外部力量和力矩配合 W 完成 是遵守對角矩陣的 和Q1 LCxyzxyzcc 1iijjck 是所有接觸力的載體 TxyzzFF 如圖 3 加權(quán)系數(shù) 計(jì)算確定的基礎(chǔ)2L 2 2 摩擦和靜態(tài)平衡約束 在 10 式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束 他們中最重要的是在每個(gè) 接觸處的靜摩擦力約束 庫侖摩擦力的法律規(guī)定 是 22iiixyszFF is 靜態(tài)摩擦系數(shù) 這方面的一個(gè)非線性約束和線性化版本可以使用 并且 19 有 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 6 頁 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(gè)法線的接觸壓力不能超過壓 工件材料的屈服強(qiáng)度 這個(gè)約束可寫為 yS i 1 2 L C 14 iyiPSA 如果 是在第 i 個(gè)工件 夾具的接觸處的接觸面積 完整的夾緊力優(yōu)化i 模型 可以寫成 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(gè)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(dú)特可行的夾緊力 因此 工件 夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng) 到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài) 即最低能量狀態(tài) 此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán) 范數(shù) 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個(gè)指定的加權(quán)范數(shù) 小于或等于 其中 是 2Lf 2L 的約束 假設(shè)最初所有夾緊力不明確 要確定一個(gè)合適的 在定位和夾緊f 點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)函數(shù) 即 雖然有這樣的接觸力 并不1f 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 7 頁 共 15 頁 一定產(chǎn)生最低的夾緊力 這是一個(gè) 真正的 可行的解決彈性力學(xué)問題辦法 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(jì)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(gè)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(jì) 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(jì) 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(diǎn)的不斷變化而變化 因此 相應(yīng)的夾緊力和最 佳的加工負(fù)荷獲得將由圖 4 算法獲得 這大大增加了計(jì)算負(fù)擔(dān) 并要求為選擇 的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn) 將獲得滿意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 用保守的辦法來解 決下面將被討論的問題 考慮一個(gè)有限的數(shù)目 例如 m 沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè) 置的產(chǎn)生 m 個(gè)最佳夾緊力 選擇記為 在每個(gè)采樣點(diǎn) 1optP2t3optPopt 考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 10 頁 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(gè)正交切削分力 而且maxXYmaxZ 有 222maxrXYZFF 雖然 4 個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會在工件加工的同一時(shí)刻出現(xiàn) 但在每 次常規(guī)的進(jìn)給速度中 刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次 負(fù)載向量引入的誤差可忽略 因此 在這項(xiàng)工作中 四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置 但不是同時(shí) 對工件進(jìn) 行的采樣 夾緊力的優(yōu)化算法圖 4 對應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算最佳的夾緊力 夾 緊力的最佳形式有 i 1 2 m j x y z r 19 max12 TiiijjcjPC 其中 是最佳夾緊力的四個(gè)情況下的加工負(fù)荷載體 C 1 2 C 是每ij ikjC 個(gè)相應(yīng)的夾具在第 i 個(gè)樣本點(diǎn)和第 j 負(fù)荷情況下力的大小 是計(jì)算每個(gè)負(fù)maxijP 載點(diǎn)之后的結(jié)果 一套簡單的 最佳 夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)和裝載條件 里發(fā)現(xiàn) 并在所有的最佳夾緊力中選擇 這是通過在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排 序 并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力 見于式 20 maxkC k 1 2 C 20 maxikkjC 只要這些具備 就得到一套優(yōu)化的夾緊力 驗(yàn)證這Tmaxax12C optP 些力 以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡 否則 會出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述 程序 在這種方式中 可為整個(gè)刀具路徑確定 最佳 夾緊力 圖 5 總結(jié)optP 了剛才所描述的算法 請注意 雖然這種方法是保守的 它提供了一個(gè)確定的 夾緊力 最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法 5 影響工件的定位精度 它的興趣在于最早提出了評價(jià)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(jì) 外文翻譯 第 11 頁 共 15 頁 變形發(fā)生在每個(gè)工件夾具接觸處 使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn) 隨后 準(zhǔn)靜態(tài) 加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位 工件剛體運(yùn)動(dòng)的定義是由它在 和gXY 方向上的移位 和自轉(zhuǎn) 見圖 2 gZTdwwXYZ Twxyz 如前所述 工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形 假設(shè)Tiiixyzd 為相對于工件的質(zhì)量中心的第 i 個(gè)位置矢量定位點(diǎn) 坐標(biāo)變換定理 TiirXYZ 可以用來表達(dá)在工件的位移 以及工件自轉(zhuǎn)idwwXYZ 如下 21 wxyz 1Tii iiRrd 其中 表示旋轉(zhuǎn)矩陣 描述當(dāng)?shù)卦诘?i 幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和 是一個(gè)1iR wcR 旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標(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(yùn)動(dòng)矢量 yqTwwxzX 工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒有拉力的可能 因此 在第 i 裝夾點(diǎn)接觸力 可能與 的關(guān)系如下 iFid 24 0 iiiKdzFotherws 其中 是在第 i 個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形 意 Tiz 0iz 味著凈壓縮變形 而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形 是表示在本地坐標(biāo)iixyzKdagk 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 12 頁 共 15 頁 系第 i 個(gè)接觸剛度矩陣 是單位向量 在這項(xiàng)研究中假定液壓 氣 01Tze 動(dòng)夾具 根據(jù)對外加工負(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(diǎn)進(jìn)行修改為 25 TyiiixFp 其中 是在第 i 個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力 讓 表示一個(gè)對外加工力量和載體的 6 1i EF 矢量 并結(jié)合方程 23 25 與靜態(tài)平衡方程 得到下面的方程組 26 1L C1 0iEiiiRFfr 其中 其中 表示相乘 由于夾緊和加工工件剛體移動(dòng) q 可通過求解式 26 得到 工件的定位誤差向量 見圖 6 rrTXYZmm 現(xiàn)在可以計(jì)算如下 27 rmBq 其中 是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量 且rTmXYZ 100mmYBX 6 模擬工作 較早前提出的算法是用來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(diǎn)力 2 應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 13 頁 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(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算 如表 2 給出例 1 應(yīng) 用工件在點(diǎn) 109 2 毫米 25 4 毫米 34 3 毫米 瞬時(shí)加工力 圖 4 中表 3 和表 4 列出了初級夾緊力和最佳夾緊力的算法 該算法如圖 5 所示 一個(gè) 25 4 毫 米銑槽使用 EMSIM 進(jìn)行了數(shù)值模擬 以減少起步 0 0 毫米 25 4 毫米 34 3 毫米 和結(jié)束時(shí) 127 0 毫米 25 4 毫米 34 3 毫米 四種情況下加工負(fù)荷載體 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 14 頁 共 15 頁 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 15 頁 共 15 頁 見圖 8 模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表 5 中給出 圖 8 最終銑削過程模擬例如 2 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 16 頁 共 15 頁 表 6 中 5 個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn) 最佳夾緊力是用前面討論過的排序 算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)載 7 結(jié)果與討論 例如算法 1 的繪制最佳夾緊力收斂圖 9 圖 9 對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(diǎn)減少錯(cuò)誤從 13 1 到 14 6 不等 在這 種情況下 所有加工條件改善不是很大 因?yàn)閺淖畛跬ㄟ^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(gè)序列應(yīng)用于銑削 負(fù)載到工件 他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個(gè)序列 最佳的夾緊力 對應(yīng)列表 6 每個(gè)樣本點(diǎn) 隨著最后的最佳夾緊 maxaxmax iiiiij yzrPP 力 在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù) 和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖 10 在每個(gè)采樣opt 2L 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 17 頁 共 15 頁 點(diǎn)的加權(quán)范數(shù) 的 和 繪制 2LmaxiPaxiymaxizaxirP 結(jié)果表明 由于每個(gè) 組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力 它具有最高的加opt 權(quán)范數(shù) 如圖 10 所示 如果在每個(gè)夾緊點(diǎn)最大組成部分是用于確定初步夾2 緊力 則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置 有比 相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù) 故 是一個(gè)inPopt 2LoptP 完整的刀具路徑改進(jìn)方案 上述模擬結(jié)果表明 該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對 于初始夾緊力的強(qiáng)度 這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù) 因此將2 提高工件的定位精度 圖 10 8 結(jié)論 該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具 工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力 的新方法 夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型 并尋求 盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù) 得出工件的定位誤差 該2L 整體模型 制定一個(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問題 使用 約束的方法解決 該算法通 過兩個(gè)模擬表明 涉及 3 2 1 型 二夾銑夾具的例子 今后的工作將解決在動(dòng) 態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化 其中慣性 剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件 夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用 9 參考資料 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 18 頁 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(jì)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(jì)算機(jī)輔助夾具分析中的應(yīng)用有限元 分析和數(shù)學(xué)優(yōu)化模型 1995 ASME 程序 MED 777 787 頁 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(bào)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(bào) 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(jì) 方案優(yōu)化 設(shè)計(jì)和制 造 4 碩士論文 307 318 1994 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 第 19 頁 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 I 畢 業(yè) 論 文 設(shè) 計(jì) 箱體機(jī)械加工工藝及鏜床夾具設(shè)計(jì) 院 系 專 業(yè) 年 級 班 級 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 教授 完 成 日 期 年 月 日 II 摘 要 本文是在主軸箱體的圖樣分析后進(jìn)行主軸箱體的機(jī)械加工工藝路線的設(shè)計(jì) 同時(shí)按照其中的加工工序的要求設(shè)計(jì)夾具 主軸箱體的主要加工內(nèi)容是表面和孔 其加工路線長 加工時(shí)間多 加工成 本高 零件的加工精度要求也高 按照機(jī)械加工工藝要求 遵循先面后孔的原則 并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證加工精度 基準(zhǔn)選擇 以底面作為粗基準(zhǔn) 以底面與兩個(gè)工藝孔作為精基準(zhǔn) 確定了其加工的工藝路線 和加工中所需要的各種工藝參數(shù) 在零件的夾具設(shè)計(jì)中 主要是根據(jù)零件加工工序要求 分析應(yīng)限的自由度數(shù) 進(jìn)而根據(jù)零件的表面特征選定定位元件 再分析所選定位元件能否限定應(yīng)限自由 度 確定了定位元件后還需要選擇夾緊元件 最后就是確定專用夾具的結(jié)構(gòu)形式 關(guān)鍵詞 主軸箱體 加工工藝 工序 專用夾具 III Abstract This paper is the design of mechanical processing routes of spindle box in the pattern analysis of spindle box after the design process and in accordance with the requirements of the fixture The main processing spindle box is the surface and hole The processing route is long processing time high processing cost the machining precision is high In accordance with the requirements of the machining process follow the principle of the surface after the first hole and the hole and the plane processing clearly divided into roughing and finishing stages of processing to ensure accuracy Datum selection to the bottom as a rough benchmark the bottom surface and the two holes as a precision technology base various process parameters needed to process the machining and processing of the In the fixture design of parts mainly according to the requirement of machining process the number of degrees of freedom analysis should limit then according to the surface characteristics of components selected location element then analyze the selected location components can be qualified shall be limited degrees of freedom Determine the location element also need to select the clamping element the last is to determine the structure of the special fixture Key words spindle box processing technology process sp ecial fixture IV 目 錄 摘 要 II ABSTRACT III 1 緒 論 1 1 1 本課題的研究內(nèi)容和意義 1 1 2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 2 1 3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 3 2 主軸箱體的圖樣分析 4 2 1 主軸箱體的作用 4 2 2 主軸箱體的圖樣分析 4 2 3 工藝分析 5 3 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 7 3 1 確定毛坯的制造形式 7 3 2 定位基準(zhǔn)的選擇 8 3 2 1 粗基準(zhǔn)的選擇 8 3 2 2 精基準(zhǔn)的選擇 9 3 3 擬定工藝路線 10 3 3 1 劃分加工階段 10 3 3 2 安排加工順序 10 3 3 3 擬定加工工藝路線 11 3 4 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 13 3 5 切削用量及工時(shí)定額的確定 14 4 主軸箱體鏜孔夾具設(shè)計(jì) 27 4 1 研究原始質(zhì)料 27 4 2 定位 夾緊方案的選擇 27 4 3 切削力及夾緊力的計(jì)算 27 4 4 誤差分析與計(jì)算 29 4 5 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 30 結(jié) 論 31 參考文獻(xiàn) 32 致 謝 33 1 箱體機(jī)械加工工藝及鏜床夾具設(shè)計(jì) 1 緒 論 1 1 本課題的研究內(nèi)容和意義 工裝工藝及夾具畢業(yè)設(shè)計(jì)是對所學(xué)專業(yè)課知識的一次鞏固 是在進(jìn)行社會實(shí) 踐之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí) 也是理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練 機(jī)床夾具已成為機(jī)械加工中的重要裝備 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)和使用是促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展 的重要工藝措施之一 機(jī)械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的主要依據(jù) 根據(jù)它來組織原材料和毛坯 的供應(yīng) 進(jìn)行機(jī)床調(diào)整 專用工藝裝備的設(shè)計(jì)與制造 編制生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃 調(diào)配 勞動(dòng)力 以及進(jìn)行生產(chǎn)成本核算等 機(jī)械加工工藝規(guī)程也是組織生產(chǎn) 進(jìn)行計(jì)劃調(diào)度的依據(jù) 有了它就可以制定 生產(chǎn)產(chǎn)品的進(jìn)度計(jì)劃和相應(yīng)的調(diào)度計(jì)劃 并能做到各工序科學(xué)地銜接 使生產(chǎn)均 衡 順利 實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì) 高產(chǎn)和低消耗 機(jī)械加工工藝過程卡片和機(jī)械加工工序卡片 是兩個(gè)主要的工藝文件 機(jī)械 加工工藝過程卡片 是說明零件加工工藝過程的工藝文件 在單件 小批量生產(chǎn) 中 以機(jī)械加工工藝過程卡片指導(dǎo)生產(chǎn) 過程卡的各個(gè)項(xiàng)目編制較為詳細(xì) 機(jī)械 加工工序卡片是為每個(gè)工序詳細(xì)制定的 用于直接指導(dǎo)工人進(jìn)行生產(chǎn) 多用于大 批量生產(chǎn)的零件和成批生產(chǎn)中的重要零件 在機(jī)械行業(yè)中 如何去保證工件的高精度 加工的成本等實(shí)質(zhì)性問題 一直 是從事于機(jī)械行業(yè)人員研究的問題 其中在設(shè)計(jì)夾具的時(shí)候就要考慮以上問題 高效的夾具是工件高精度的保證 如何讓夾具更高效 更經(jīng)濟(jì) 這是行業(yè)人急需 要解決的 隨著社會的發(fā)展 科技的不斷提高 各種高科技技術(shù)逐漸滲透到各個(gè)行業(yè) 如何利用這些高科技為人類服務(wù) 如何充分利用這些高科技在機(jī)械行業(yè)中 這還 需要機(jī)械行業(yè)人員不斷的努力 開拓創(chuàng)新 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 和社會市場需要 夾具的設(shè)計(jì)在逐步的超向柔性制造 系統(tǒng)方向發(fā)展 迄今為止 夾具仍是機(jī)電產(chǎn)品制造中必不可缺的四大工具之一 刀 具本身已高度標(biāo)準(zhǔn)化 用戶只需要按品種 規(guī)格選用采購 而模具和夾具則和產(chǎn) 2 品息息相關(guān) 產(chǎn)品一有變化就需重新制作 通常是屬于專用性質(zhì)的工具 模具已發(fā) 展成為獨(dú)立的行業(yè) 夾具在國內(nèi)外也正在逐漸形成一個(gè)依附于機(jī)床業(yè)或獨(dú)立的小 行業(yè) 組合夾具不僅具有標(biāo)準(zhǔn)化 模塊化 組合化等當(dāng)代先進(jìn)設(shè)計(jì)思想 又符合 節(jié)約資源的原則 更適合綠色制造的環(huán)境保護(hù)原理 所以是今后夾具技術(shù)的一個(gè) 重要發(fā)展方向單位 機(jī)床夾具通常是指裝夾工件用的裝置 至于裝夾各種刀具用的裝置 則一般稱 為 輔助工具 輔助工具有時(shí)也廣義地包括在機(jī)床夾具的范圍內(nèi) 按照機(jī)床夾 具的應(yīng)用范圍 一般可分為通用夾具 專用夾具和可調(diào)整式夾具等 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 對自己所學(xué)的理論知識進(jìn)行一次綜合運(yùn)用 也是對四年 的學(xué)習(xí)深度的一個(gè)檢驗(yàn) 在這次設(shè)計(jì)過程中 充分挖掘自己分析問題 解決問題 的潛力 并希望通過畢業(yè)設(shè)計(jì)能養(yǎng)成一種嚴(yán)謹(jǐn) 認(rèn)真的態(tài)度 為以后參加工作打 下一個(gè)良好的基礎(chǔ) 1 2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 工裝的全稱是工藝裝備 工裝是指加工機(jī)床外而需保證零件加工質(zhì)量的工藝 裝備 是制造過程中所用的各種工具的總稱 它是各企業(yè)內(nèi)除生產(chǎn)設(shè)備和工具外 的為配合生產(chǎn)設(shè)備和人完成工藝制作要求的部分 大多工裝都是針對各自產(chǎn)品特 點(diǎn)的 機(jī)械加工過程中用來固定和定位要加工的零件或毛坯件的裝置 即工裝的 主要作用有 固定 定位 防止變形 夾具屬于工裝 工裝包含夾具 屬于從屬關(guān)系 不僅僅是焊裝用 在機(jī)加工 方面也有用 許多時(shí)候 需要裝配幾個(gè)部件并保證其定位準(zhǔn)確的時(shí)候就需要 設(shè) 計(jì)工裝夾具要緊扣產(chǎn)品 因?yàn)楣ぱb夾具是專門為某些產(chǎn)品特定的 要保證生產(chǎn)時(shí) 無干涉現(xiàn)象 定位準(zhǔn)確 操作工操作便捷等 簡單的說 就是用于工件裝夾的工 具 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在 大約可以分為三個(gè)階段 第一個(gè)階段主要表現(xiàn)在夾具與 人的結(jié)合上 這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具 是加工過程加速和趨于 完善 第二階段 夾具成為人與機(jī)床之間的橋梁 夾具的機(jī)能發(fā)生變化 它主要 用于工件的定位和夾緊 人們越來越認(rèn)識到 夾具與操作人員改進(jìn)工作及機(jī)床性 能的提高有著密切的關(guān)系 所以對夾具引起了重視 第三階段表現(xiàn)為夾具與機(jī)床 的結(jié)合 夾具作為機(jī)床的一部分 成為機(jī)械加工中不可缺少的工藝裝備 由于現(xiàn)代加工的高速發(fā)展 對傳統(tǒng)的夾具提出了較高要求 如快速 高效 3 安全等 要想達(dá)到這樣的生產(chǎn)要求 就必須計(jì)算加工工序零件在加工過程中由于 切削力 重力 慣性力等所產(chǎn)生的切削力及切削力矩 按照夾具設(shè)計(jì)中所確定的 夾緊方式進(jìn)行夾緊力的計(jì)算 為了減小夾具的具體尺寸 就需要增大夾具的定位 區(qū)間 增大由夾緊力而產(chǎn)生的摩擦力矩 正壓力及由此而產(chǎn)生的摩擦力 以達(dá)到 夾具小巧而精用的目的 同時(shí)為了減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 提高工件裝夾效率 還 需要對夾具的夾緊機(jī)構(gòu)的行程進(jìn)行設(shè)計(jì) 以期以最短的夾緊行程 達(dá)到最佳的夾 緊效果 1 3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 通過實(shí)際調(diào)研和采集相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 閱讀相關(guān)資料相結(jié)合 對主軸箱體的 基本結(jié)構(gòu)及作用有個(gè)大致的了解 在此基礎(chǔ)上 經(jīng)過對金屬切削加工 金屬切削 機(jī)床 機(jī)械設(shè)計(jì)與理論等相關(guān)知識充分掌握后 分析主軸箱體的加工工藝 確定 主軸箱體各加工表面的加工方法 進(jìn)而形成主軸箱體的機(jī)械加工工藝路線 并能 根據(jù)主軸箱體的加工工序要求 分析主軸箱體的定位方式 金屬切削加工過程中 的機(jī)床工作臺驅(qū)動(dòng) 工件夾緊等方面的相關(guān)數(shù)據(jù) 結(jié)合機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)理論 知識 完成工件的有效定位及夾緊 從而使整個(gè)主軸箱體的加工工藝路線經(jīng)濟(jì) 工件定位方案合理 來達(dá)到產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計(jì) 針對實(shí)際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制 工件夾緊及工藝參數(shù)確 定及計(jì)算問題 綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計(jì)與方法 機(jī)械加工工藝文件編制及實(shí)施 等方面的知識 設(shè)計(jì)出一套適合于實(shí)際的主軸箱體加工工藝路線 從而實(shí)現(xiàn)適合 于現(xiàn)代加工制造業(yè) 夾緊裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì) 為提高鉆床夾具在機(jī)床上安裝的穩(wěn)固 性 減輕其斷續(xù)切削可能引起的振動(dòng) 夾具體不僅要有足夠的剛度和強(qiáng)度 其高 度和寬度比也應(yīng)恰當(dāng) 一般有 H B 1 1 25 以降低夾具重心 使工件加工表面 盡量靠近工作臺面 4 2 主軸箱體的圖樣分析 2 1 主軸箱體的作用 主軸箱體 如圖 2 1 及圖 2 2 所示 其主要作用是 主軸箱體類零件是機(jī)器或 部件的基礎(chǔ)零件 主軸箱體是將主電機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過一系列的變速機(jī)構(gòu)使 主軸得到所需的正反兩種方向的移動(dòng) 同時(shí)主軸箱體分出部分動(dòng)力將運(yùn)動(dòng)傳給絲 杠 同時(shí)它將機(jī)器或部件中的軸 套 齒輪等有關(guān)零件組裝成一個(gè)整體 使它們 之間保持正確的相互位置 并按照一定的傳動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)地傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力 因而 主軸箱體是主傳動(dòng)系中的關(guān)鍵零件 因此 主軸箱體的加工質(zhì)量將直接影響機(jī)器 或部件的精度 性能和壽命 圖 2 1 主軸箱體 2 2 主軸箱體的圖樣分析 在編制主軸箱體機(jī)械加工工藝規(guī)程之前 首先應(yīng)研究主軸箱體的工作圖樣和 產(chǎn)品裝備圖樣 熟悉該產(chǎn)品的用途 性能及工作條件 明確該主軸箱體在產(chǎn)品中 5 的位置和作用 了解并研究各項(xiàng)技術(shù)條件制定的依據(jù) 找出其主要技術(shù)要求和技 術(shù)關(guān)鍵 以便在擬定工藝規(guī)程時(shí)采用適當(dāng)?shù)拇胧┘右员ＷC 主軸箱體的材料為 HT200 灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單 鑄造性能優(yōu)良 減震性能 良好 傳動(dòng)主軸箱體需要加工表面以及加工表面的位置要求 現(xiàn)分析如下 1 該零件為機(jī)床主軸箱體 主要加工部位為平面和孔系 其結(jié)構(gòu)復(fù)雜 精度 要求又高 加工時(shí)應(yīng)注意選擇定位基準(zhǔn)及夾緊力 2 材料 HT200 3 鑄件人工時(shí)效處理 2 3 工藝分析 工藝分析的目的主要有兩個(gè) 一是審查零件的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸精度 相互位置精度 表面粗糙度 材料及 熱處理等的技術(shù)要求是否合理 是否便于加工與裝配 二是通過工藝分析 對零件的工藝要求有進(jìn)一步的了解 以便制定出合理的 工藝規(guī)程 鑄件必須進(jìn)行時(shí)效處理 以消除應(yīng)力 有條件時(shí)應(yīng)在露天存放一年以上再 加工 為了保證加工精度應(yīng)使定位基準(zhǔn)統(tǒng)一 該零件主要定位基準(zhǔn) 集中在 D 面 和 W 面上 鏜孔時(shí) 在可能的條件下盡量采用 支承鏜削 方法 以增加鏜桿的剛性 提高加工精度 對直徑較小的孔 應(yīng)采用鉆 擴(kuò) 鉸加工方法 為保證在同一軸上各孔的同軸度 可采用在已加工孔上 安裝導(dǎo)向套再加工 其他孔的方法 為提高孔的加工精度 應(yīng)將粗鏜 半精鏜和精鏜分開進(jìn)行 鑄造時(shí)一般 50mm 以下孔不鑄出 孔的尺寸精度檢驗(yàn) 使用內(nèi)徑千分尺或內(nèi)徑百分表進(jìn)行測量 軸內(nèi)孔之間 距離的測量可以通過孔與孔之間壁厚進(jìn)行間接測量 同一軸線上各孔的同軸度 可采用檢驗(yàn)心軸進(jìn)行檢驗(yàn) 各軸孔的軸線之間的平行度 以及軸孔的軸線與基準(zhǔn)面的平行度 均應(yīng)通 過檢驗(yàn)心軸進(jìn)行測量 主軸箱體作為主傳動(dòng)系的支承零件 各傳動(dòng)軸間要求一定的位置精度 因此 6 加工此主軸箱體的主要任務(wù)是保證各孔系間的相互位置精度 在此主軸箱體的加 工中保證各孔正確位置是靠 T618 坐標(biāo)鏜床手動(dòng)控制坐標(biāo)來完成的 為更好地保 證加工質(zhì)量 單件小批量生產(chǎn)也可采用組合夾具 專用鏜模進(jìn)行加工 批量較大 時(shí) 應(yīng)采用專用鏜模進(jìn)行加工 根據(jù)主軸箱體零件圖可知 其主要加工面是進(jìn)行導(dǎo)軌面的加工 表面加工 孔加工 鉆孔 攻絲 孔的精度要求高 該零件年生產(chǎn)屬小批量生產(chǎn) 設(shè)計(jì)加工 零件所需要的專用夾具是為了提高勞動(dòng)效率 降低成本 7 3 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3 1 確定毛坯的制造形式 毛坯的選擇不僅影響毛坯的制造工藝及費(fèi)用 零件生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性 而且也 與零件的機(jī)械加工工藝和質(zhì)量密切相關(guān) 故正確選擇毛坯具有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意 義 毛坯選擇時(shí) 應(yīng)全面考慮以下因素 1 零件的材料及機(jī)械性能要求 2 零件的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸 3 生產(chǎn)類型 它在很大程度上決定采用毛坯制造方法的經(jīng)濟(jì)性 4 現(xiàn)有生產(chǎn)條件 5 充分考慮利用新工藝 新材料 新技術(shù)的可能性 長期使用經(jīng)驗(yàn)證明 由于灰口鑄鐵有一系列的技術(shù)上 如耐磨性好 有一定 程度的吸震能力 良好的鑄造性能等 和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn) 通常主軸箱體材料采用 灰口鑄鐵 最常用的是 HT200 400 當(dāng)載荷較大時(shí) 采用 HT300 540 高強(qiáng)鑄鐵 主軸箱體的毛坯大部分采用整體鑄鐵件或鑄鋼件 當(dāng)零件尺寸和重量很大無 法采用整體鑄件 受鑄造能力的限制 時(shí) 可以采用焊接結(jié)構(gòu)件 它是由多塊金 屬經(jīng)粗加工后用焊接的方法連成一整體毛坯 焊接結(jié)構(gòu)有鑄 焊 鑄 煅 焊 煅 焊等 采用焊接結(jié)構(gòu)可以用小的鑄造設(shè)備制造出大型毛坯 解決鑄造生產(chǎn)能 力不足的問題 焊前對各種組合件進(jìn)行粗加工 可以部分地減輕大型機(jī)床的負(fù)荷 毛坯未進(jìn)入機(jī)械加工車間之前 為不消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力 對毛坯應(yīng)進(jìn)行人工 實(shí)效處理 對某些大型的毛坯和易變形的零件粗加工后要再進(jìn)行時(shí)效處理 毛坯鑄造時(shí) 應(yīng)防止沙眼 氣孔 縮孔 非金屬夾雜物等缺陷出現(xiàn) 特別是 主要加工面要求更高 重要的主軸箱體毛坯還應(yīng)該達(dá)到規(guī)定的化學(xué)成分和機(jī)械性 能要求 該零件為主軸箱體類 且外型尺寸較大 材料為 HT200 零件的形狀較復(fù)雜 因此不能用鍛造 只能用鑄件 采用砂型鑄造毛坯 如圖 3 1 主軸箱體毛坯圖所 示 采用小批量造型生產(chǎn) 根據(jù)零件主要的加工表面的粗糙度查參考文獻(xiàn) 機(jī)械 8 制造工藝簡明手冊 確定各表面加工余量 毛坯鑄造時(shí) 應(yīng)防止砂眼和氣孔的產(chǎn)生 為了減少毛坯制造時(shí)產(chǎn)生殘余應(yīng)力 應(yīng)使主軸箱體壁厚盡量均勻 主軸箱體澆鑄后應(yīng)安排時(shí)效或退火工序 該主軸箱體的材料是 HT200 單件小批生產(chǎn) 由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜 所以毛坯采用 鑄件 為了提高主軸箱體加工精度的穩(wěn)定性 采用時(shí)效處理以消除內(nèi)應(yīng)力 3 2 定位基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一 定位基準(zhǔn)選擇正確 合 理 可以保證零件的加工質(zhì)量 提高生產(chǎn)率 否則 就會使加工工藝過程問題百 出 使生產(chǎn)無法進(jìn)行 主軸箱體定位基準(zhǔn)的選擇 直接關(guān)系到主軸箱體上各個(gè)平面與平面之間 孔 與平面之間 孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求是否能夠保證 在選擇基準(zhǔn) 時(shí) 首先要遵守 基準(zhǔn)統(tǒng)一 和 基準(zhǔn)重合 的原則 同時(shí)必須考慮生產(chǎn)批量的 大小 生產(chǎn)設(shè)備 特別是夾具的選用等因素 該主軸箱體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜 壁厚不均 剛性不好 而加工精度要求又高 故主 軸箱體重要加工表面都要?jiǎng)澐执?精加工兩個(gè)階段 這樣可以避免粗加工造成的 內(nèi)應(yīng)力 切削力 夾緊力和切削熱對加工精度的影響 有利于保證主軸箱體的加 工精度 3 2 1 粗基準(zhǔn)的選擇 選擇粗基準(zhǔn)時(shí) 主要要求保證各加工面有足夠的余量 使加工面與不加工面 間的位置符合圖樣要求 并特別注意要盡快獲得精基面 具體選擇時(shí)應(yīng)考慮下列 原則 重要表面原則 為保證工件上重要表面的加工余量小而均勻 則應(yīng)選擇該表面為粗基準(zhǔn) 不加工表面原則 為了保證加工面與不加工面間的位置要求 一般應(yīng)選擇不加工面為粗基準(zhǔn) 余量最小原則 如果零件上每個(gè)表面都要加工 則應(yīng)選擇其中加工余量最小的表面為粗基準(zhǔn) 以避免該表面在加工時(shí)因余量不足而留下部分毛坯面 造成工件廢品 使用一次原則 9 因?yàn)榇只鶞?zhǔn)本身都是未經(jīng)機(jī)械加工的毛坯面 其表面粗糙且精度低 若重復(fù) 使用將產(chǎn)生較大的誤差 平整光潔原則 以便工件定位可靠 夾緊方便 根據(jù)生產(chǎn)類型不同 實(shí)現(xiàn)以主軸孔為粗基準(zhǔn)的工件安裝方式也不一樣 大批 大量生產(chǎn)時(shí) 由于毛坯精度高 可以直接用主軸箱體上的重要孔在專用夾具上定 位 工件安裝迅速 生產(chǎn)率高 在單件 小批及中批生產(chǎn)時(shí) 一般毛坯精度較低 按上述辦法選擇粗基準(zhǔn) 往往會造成主軸箱體外形偏斜 甚至局部加工余量不夠 因此通常采用劃線找正的辦法進(jìn)行第一道的工序加工 即以主軸孔及中心線為粗 基準(zhǔn)對毛坯進(jìn)行劃線和檢查 必要時(shí)予以糾正 糾正后孔的余量應(yīng)足夠 但不應(yīng) 定均勻 該主軸箱體為單件小批量生產(chǎn) 在單件小批量生產(chǎn)時(shí) 由于毛坯精度低 所 以以劃線找正法安裝 劃線時(shí)先找正主軸孔中心 然后以主軸孔為基準(zhǔn)找出其他 需加工平面的位置 加工該主軸箱體時(shí) 按所劃的線找正安裝工件 則體現(xiàn)的是 以主軸孔作為粗基準(zhǔn) 3 2 2 精基準(zhǔn)的選擇 選擇精基準(zhǔn)時(shí) 主要考慮保證加工精度和工件裝夾方便可靠 一般應(yīng)考慮以 下原則 1 基準(zhǔn)重合原則 即選用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn) 以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的 基準(zhǔn)不重合誤差 2 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 應(yīng)采用同一組基準(zhǔn)定位加工零件上盡可能多的表面 這就是基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 3 自為基準(zhǔn)原則 某些要求加工余量小而均勻的精加工工序 選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn) 稱為自為基準(zhǔn)原則 4 互為基準(zhǔn)原則 5 便于裝夾原則 所選精基準(zhǔn)應(yīng)保證工件安裝可靠 夾具設(shè)計(jì)簡單 操作方便 為了保證主軸箱體零件孔與孔 孔與平面 平面與平面之間的相互位置和距 離尺寸精度 主軸箱體類零件精基準(zhǔn)選擇常用兩種原則 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 基準(zhǔn)重 10 合原則 小批生產(chǎn)時(shí)一般采用基準(zhǔn)重合原則 即以裝配基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn) 避免 了基準(zhǔn)不重合誤差 有利于提高主軸箱體上各表面間的相互位置精度 大批生產(chǎn) 時(shí)常采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 即一面兩孔定位 可避免由于基準(zhǔn)變換而帶來的累積誤 差 該零件以三面定位 主軸箱體上的裝配基準(zhǔn)為平面 而它們又是主軸箱體上 其他要素的設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 因此以這些裝配基準(zhǔn)平面作為定位基準(zhǔn) 避免了基準(zhǔn)不重 合誤差 有利于提高主軸箱體各主要表面的相互位置精度 有零件圖可知 D 面 W 面為精基準(zhǔn) 3 3 擬定工藝路線 3 3 1 劃分加工階段 零件的技術(shù)要求較高時(shí) 零件在進(jìn)行加工時(shí)都應(yīng)劃分加工階段 按工序性質(zhì) 不同 可劃分如下幾個(gè)階段 粗加工階段 此階段的主要任務(wù)是提高生產(chǎn)率 切除零件被加工面上的大部分余量 使毛 坯形狀和尺寸接近與成品 所能達(dá)到的加工精度和表面質(zhì)量都比較低 半精加工階段 此階段要減少主要表面粗加工中留下的誤差 使加工面達(dá)到一定的精度并留 有一定的加工余量 并完成次要表面的加工 鉆 攻絲 銑鍵槽等 為精加工 做好準(zhǔn)備 精加工階段 切除少量加工余量 保證各主要表面達(dá)到圖紙要求 所得精度與表面質(zhì)量都 比較高 所以此階段主要目的是全面保證加工質(zhì)量 光整加工階段 此階段主要針對要進(jìn)一步提高尺寸精度 降低粗糙度 IT6 級以上 的表面 一般不用于提高形狀 位置精度 根據(jù)加工階段劃分的要求及零件的批量 該主軸箱體的加工劃分為 3 個(gè)階段 粗加工階段 粗銑各個(gè)平面 孔端面及各主軸孔粗鏜 半精加工階段 半精鏜 各主軸孔 完成各次要孔等 和精加工階段 磨各平面 精鏜各主軸孔 3 3 2 安排加工順序 復(fù)雜工件的機(jī)械加工工藝路線中要經(jīng)過切削加工 熱處理和輔助工序 如何 11 將這些工序安排在一個(gè)合理的加工順序中 生產(chǎn)中已總結(jié)出一些指導(dǎo)性的原則 先述如下 切屑加工工序順序的安排原則 1 先粗后精 各表面加工順序按照粗加工 半精加工 精加工和光整加工的順序進(jìn)行 目 的是逐步提高零件加工表面的精度和表面質(zhì)量 2 先主后次 零件的主要加工表面 一般是指設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面 主要工作面 裝配基面等 應(yīng) 先加工 而次要表面 鍵槽 螺孔等 可在主要表面加工到一定精度之后 最終 精度加工之前進(jìn)行加工 3 先面后孔原則 對于主軸箱體類 支架類 機(jī)體類等零件 平面輪廓尺寸較大 用平面定位 比較穩(wěn)定可靠 故應(yīng)先加工平面 后加工孔 這樣 不僅使后續(xù)的加工有一個(gè)穩(wěn) 定可靠的平面作為定位基準(zhǔn)面 而且在平整的表面上加工孔 加工變得容易一些 也有利于提高孔的加工精度 4 先基準(zhǔn)后其他 作為精基準(zhǔn)的表面要首先加工出來 該主軸箱體的加工和裝配大多以平面為基準(zhǔn) 按照加工順序安排的原則 采 用先面后孔的加工順序 先加工平面 可以為加工精度較高的支承孔提供穩(wěn)定可 靠的精基準(zhǔn) 有利于提高加工精度 另外 先加工平面可以將鑄件不平表面切除 可減少鉆孔時(shí)鉆頭引偏和刀具崩刃等現(xiàn)象的發(fā)生 對刀和調(diào)整也較為方便 加工 孔系時(shí)應(yīng)遵循先主后次的原則 即先加工主要平面或孔系 這也符合切削加工順 序的安排原則 根據(jù)各面各孔的精度要求 加工順序如下 平面的加工 查 零件制造工藝與裝備 表 3 9 平面加工方法可知 通過粗 銑 精銑的加工順序可以滿足要求平面通過粗刨 精刨 粗磨 精磨的加工順序 可以滿足要求 E 平面通過粗刨 精刨的加工順序可以滿足要求 主軸孔的加工 查 機(jī)械制造工藝與裝備 表 3 8 可知 通過粗鏜 半精鏜 精鏜的加工順序可以滿足要求 其余各孔 通過鉆 擴(kuò) 鉸的加工順序可以滿 足要求 12 3 3 3 擬定加工工藝路線 擬定工藝路線的出發(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 還要考慮經(jīng)濟(jì)效果 以便降低生產(chǎn)成本 綜合以上加工階段和加工順序的分析 可以初步得出主軸箱體的加工藝路線 初擬主軸箱體加工工藝路線方案一如表 3 1 所示 表 3 1 工藝路線方案一 工序號 工序內(nèi)容 10 鑄造 清理 20 時(shí)效處理 30 對零件的軸線及以主軸孔為基準(zhǔn)畫加工面的線 了解各道工序加工要求及加工余量 40 按線找正 粗銑箱體底平面 50 粗銑箱體頂部平面 保證尺寸及粗糙度要求 60 精銑箱體底平面 保證尺寸及粗糙度要求 70 鉆頂面6 M10底孔6 8 鉆頂面6 M10底孔其中的鉸2 8 先不攻絲 作為夾具安裝定位孔 80 銑底部導(dǎo)軌槽 90 精銑箱體頂部平面 100 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 粗銑前側(cè)面 110 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 粗銑后側(cè)面 120 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 半精銑前側(cè)面 130 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 半精銑后側(cè)面 140 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 精銑前側(cè)面 150 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 精銑后側(cè)面 160 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 粗銑左側(cè)面 170 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 粗銑右側(cè)面 180 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 半精銑左側(cè)面 190 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 半精銑右側(cè)面 200 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 精銑左側(cè)面 210 以頂平面和頂面鉆鉸的 2 孔為基準(zhǔn) 精銑右側(cè)面 13 220 粗鏜 95 90 120 孔 230 半精鏜 95 90 120 孔 240 精鏜 95 90 120 孔 250 粗鏜 52 62 64 孔 260 精鏜 52 62 64 孔 270 粗鏜 42 40 孔 280 精鏜 42 40 孔 290 粗鏜 28 25 孔 300 精鏜 28 25 孔 310 鉆 24 和 2 30 通孔 320 攻頂面上 6 M10 螺紋孔 330 粗磨 精磨側(cè)面 340 去毛刺 350 檢驗(yàn)入庫 方案一在鏜孔時(shí) 把粗鏜 半精鏜 精鏜分開進(jìn)行加工 滿足了粗精分開的 原則 可以有效避免因粗精不分給工件帶來的加工應(yīng)力無法釋放的危害 有效地 保證了零件的加工精度 而且四個(gè)是孔同時(shí)進(jìn)行加工的 不僅可以保證各主軸孔 間的相互位置精度 而且還有效地提高了零件的加工效率 降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng) 度 考慮到機(jī)械加工順序安排原則及零件的生產(chǎn)成本等因素 其優(yōu)越性在于把粗 鏜 半精鏜 精鏜分開進(jìn)行加工 符合切削加工工序順序的先粗后精安排原則 而且各軸孔加工順序按照粗加工 半精加工 精加工進(jìn)行 可以逐步提高零件加 工表面的精度和表面質(zhì)量 可以逐漸提高各個(gè)軸孔的質(zhì)量要求 可以提高各軸孔 間的相互位置精度和各自的尺寸精度 保證主軸箱體零件的技術(shù)要求 確定其為 此零件的加工工藝路線 3 4 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 主軸箱體體的材料是 HT200 單件小批生產(chǎn) 由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜 所以毛坯采用 鑄件 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 尺寸與毛坯尺寸如下 14 頂面 根據(jù)其加工長度和加工寬度的大小及尺寸公差等級 查 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì) 簡明手冊 表 2 2 4 鑄件機(jī)械加工余量 可得頂面 B 長度方向的單邊加工余量如 下 精加工余量 Z 2 2 5mm 粗加工余量 Z 1 5 5mm 毛坯余量 Z 5 5 2 5 8mm 左右兩側(cè)面 根據(jù)其加工長度和加工寬度的大小及尺寸公差等級 查 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì) 簡明手冊 表 2 2 4 鑄件機(jī)械加工余量 可得兩側(cè)面 A C 長度方向的單邊加工 余量如下 精加工余量 Z 2 2 5mm 粗加工余量 Z 1 5 5mm 毛坯余量 Z 5 5 2 5 8mm 前后兩側(cè)面 根據(jù)其加工長度和加工寬度的大小及尺寸公差等級 查 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì) 簡明手冊 表 2 2 4 鑄件機(jī)械加工余量 可得平面 D W 長度方向的單邊加工余 量如下 精磨余量 Z4 1 0mm 粗磨余量 Z3 1 5mm 半精刨余量 Z 2 3 5mm 粗刨余量 Z1 5 0mm 毛坯余量 Z 5 0 3 5 1 5 1 0 11mm 3 5 切削用量及工時(shí)定額的確定 受論文篇幅所限 只選取部分工序及加工內(nèi)容進(jìn)行工藝計(jì)算 還請諒解 工序 40 粗銑主軸箱體底平面 1 粗銑主軸箱體底平面 加工條件 工件材料 HT200 鑄造 機(jī)床 X52K 立式銑床 15 查 機(jī)械加工工藝師手冊 表 30 34 選擇工藝裝備及確定切削用量 刀具 硬質(zhì)合金三面刃圓盤銑刀 面銑刀 材料 齒15YTmD0 數(shù) 此為粗齒銑刀 8 Z 因其單邊余量 Z 2mm 所以銑削深度 pam2 每齒進(jìn)給量 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 4 75 取 f Zmaf 10 取銑削速度 參照 機(jī)械加工工藝師手冊 表 30 34 取 V smv 2 1 由式 3 1 得機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n 014 3 6210 dV 3 1 按照 機(jī)械加工工藝師手冊 表 3 1 74 可以查得機(jī)床與之接近的轉(zhuǎn)速為 30 minr 實(shí)際銑削速度 v smdn 73 16014 30 進(jìn)給量 fZaff 8 工作臺每分進(jìn)給量 m in 28 svf 銑削寬度 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 4 81 取 a60 被切削層長度 由毛坯尺寸可知 l 60lm 刀具切入長度 1 210 5 1 3lDa 3 2 2 6 m 刀具切出長度 取 2lm 走刀次數(shù)為 1 工序 50 銑削箱體頂部平面 保證尺寸及粗糙度要求 1 粗銑主軸箱體底平面 加工條件 工件材料 HT200 鑄造 機(jī)床 X52K 立式銑床 16 查 機(jī)械加工工藝師手冊 表 30 34 選擇工藝裝備及確定切削用量 刀具 硬質(zhì)合金三面刃圓盤銑刀 面銑刀 材料 齒15YTmD0 數(shù) 此為粗齒銑刀 8 Z 因其單邊余量 Z 2mm 所以銑削深度 pam2 每齒進(jìn)給量 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 4 75 取 f Zmaf 10 取銑削速度 參照 機(jī)械加工工藝師手冊 表 30 34 取 V smv 2 1 由式 3 3 得機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n 014 3610 dV 3 3 按照 機(jī)械加工工藝師手冊 表 3 1 74 可以查得機(jī)床與之接近的轉(zhuǎn)速為 30 minr 實(shí)際銑削速度 v smdn 73 16014 30 進(jìn)給量 fZaff 8 工作臺每分進(jìn)給量 m in 28 svf 銑削寬度 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 4 81 取 a60 被切削層長度 由毛坯尺寸可知 l 60lm 刀具切入長度 1 210 5 1 3lDa 3 4 2 6 m 刀具切出長度 取 2lm 走刀次數(shù)為 1 工序 100 粗 精銑左右端側(cè)平面 加工條件 工件材料 HT200 鑄造 機(jī)床 ZHX W L 63 組合銑床 查 機(jī)械加工工藝師手冊 表 30 34 選擇工藝裝備及確定切削用量 17 刀具 高速鋼三面刃圓盤銑刀 面銑刀 齒數(shù) 12 15YTmD0 此為細(xì)齒銑刀 精銑該平面的單邊余量 Z 1mm 銑削深度 pam0 1 每齒進(jìn)給量 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 表 30 31 取 f Zaf 08 銑削速度 參照 機(jī)械加工工藝師手冊 表 30 31 取 v smv 32 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 由式 3 5 有 n 100 61 in314Vnrd 3 5 按照 機(jī)械加工工藝師手冊 表 3 1 74 可以查得機(jī)床與之接近的轉(zhuǎn)速為 75 minr 實(shí)際銑削速度 v smdn 4 061754 30 進(jìn)給量 由式有 fVZaff 25 2 3 6 工作臺每分進(jìn)給量 mf in 13 5 svf 3 7 被切削層長度 由毛坯尺寸可知 l ml20 刀具切入長度 精銑時(shí) 1Dl1 刀具切出長度 取 2l 走刀次數(shù)為 1 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 249 37 5 3 2 21min 1t 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 5 45 可查得銑削的輔助時(shí)間 41 0 ft 精銑寬度為 20mm 的下平臺 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 切削工時(shí) 249 37 5 3 2 21min 2t 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 5 45 可查得銑削的輔助時(shí)間 41 02ft 粗精銑寬度為 30mm 的下平臺的總工時(shí) 2121fftt min42 510 3 8 工序 110 粗 精銑前后兩端面切削用量及基本時(shí)間的確定 18 本工序?yàn)榇帚?已知加工材料為 HT200 鑄鐵 鑄件 ZHX W L 63 組合銑床 工件裝在專用夾具中 刀具 YG8 硬質(zhì)合金端銑刀 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 4 63 可選銑刀直徑 220mm 齒數(shù) Z 6 wd 1 確定背吃刀量 ap map5 2 確定進(jìn)給量 f 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 4 15 可查得 0 20 0 29mm z 選擇 0 20mm z 故 zf zf rZ 160 3 9 3 確定切削速度 v 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 4 25 可選擇 50m min cv min 41 850910rdvnwcs 3 10 按 X52K 機(jī)床的轉(zhuǎn)速 選擇 所以實(shí)際切削速度 v in r in 08 69102dvw 3 11 3 12 工作臺每分鐘進(jìn)給量為 min 120620 Mznfw 3 13 按機(jī)床工作臺進(jìn)給量表 選擇 130mm min zf 則實(shí)際每齒進(jìn)給量為 zznfwM 2 0163 3 14 工額定時(shí)的計(jì)算 jT 100 1 3 05lccd 19 min85 2130486521 iflTMzj 3 15 式中 485mm 取l l1 86mm 取 ml5 32 l42 in 130mfz 2 工序 90 精銑前后兩端面切削用量及基本時(shí)間的確定 本工序?yàn)榫?已知加工材料為 HT200 鑄鐵 鑄件 ZHX W L 63 組合銑床 工件裝在專用夾具中 刀具 YG8 硬質(zhì)合金端銑刀 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 4 63 可選銑刀直徑 220mm 齒數(shù) Z 6 wd 1 確定背吃刀量 pa m5 2 2 確定進(jìn)給量 f 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 4 15 可查得 f 0 4 0 6mm z 選 擇 f 0 52mm z 故 rmzf 087 65 3 16 3 確定切削速度 v 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 4 25 可選擇 min 68vc in 4 980610rdvnwcs 3 17 按機(jī)床的轉(zhuǎn)速 選擇 所以實(shí)際切削速度 v min r min 08 69102vw 3 18 工作臺每分鐘進(jìn)給量為 in 5469 Mznfw 3 19 按機(jī)床工作臺進(jìn)給量表 選擇 min 0fmz 20 則實(shí)際每齒進(jìn)給量為 zmznfwM 10 6 3 20 工額定時(shí)的計(jì)算 jT in17 926048521 iflMzj 3 21 式中 485mm 取l dccdl 05 3 5 0001 86mm 1l 取 ml 32l42 2min 54 fmz 工序 110 精鏜階梯孔切削用量及基本時(shí)間的確定 本工序?yàn)榇昼M 已知加工材料為 HT200 鑄鐵 鑄件 鏜床 T618 工件裝在 組合夾具中 刀具 硬質(zhì)合金金剛鏜鏜刀 確定背吃刀量 pa 5 128單 邊 余 量bZm 3 22 確定進(jìn)給量 f 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 3 14 可查得 f 0 3 1 0mm r 按機(jī)床進(jìn)給量 選擇 f 0 74mm r 確定切削速度 v 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 3 14 可查得 40 80m min 選cv 擇 min 65vc min 01 85610min 10rrdvws 3 23 按 T618 機(jī)床的轉(zhuǎn)速 選擇 所以實(shí)際切削速度 v i 2r in 2 710nvw 3 24 21 工額定時(shí)的計(jì)算 jT min39 01274 0521 ifnlwj 3 25 式中 3mm 5mm ml50 1l2l 0 74mm r 1 f in 0r 工序 120 粗 精鏜孔切削用量及基本時(shí)間的確定 本工序?yàn)榫M 已知加工材料為 HT200 鑄鐵 鑄件 組合鏜床 T618 工件 裝在組合夾具中 刀具 硬質(zhì)合金金剛鏜鏜刀 1 確定背吃刀量 pa m9 0218 3 26 2 確定進(jìn)給量 f 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 3 14 可查得 f 0 2 0 8mm r 按 T618 機(jī)床進(jìn)給量 選擇 f 0 52mm r 3 確定切削速度 v 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 3 14 可查得 60 100m min 選cv 擇 85m min cv min 41 298510rdvnwcs 3 27 按 T618 機(jī)床的轉(zhuǎn)速 選擇 250r min 所以實(shí)際切削速度 v in 63 92105nvw 3 28 4 工額定時(shí)的計(jì)算 jT min45 0125 0321 ifnlwj 3 29 式中 50mm 3mm 5mm l1l2l 22 0 74mm r 250r min 1 fni 工序 130 精鏜孔切削用量及基本時(shí)間的確定 本工序?yàn)榫M 已知加工材料為 HT200 鑄鐵 鑄件 組合鏜床 T618 工件 裝在組合夾具中 刀具 硬質(zhì)合金金剛鏜鏜刀 1 確定背吃刀量 pa m1 02891 3 30 2 確定進(jìn)給量 f 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 3 14 可查得 f 0 15 0 50mm r 按機(jī)床進(jìn)給量 選擇 f 0 37mm r 3 確定切削速度 v 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 3 14 可查得 50 80m min 選cv 擇 70m min cv min 09 186 701rdvnwcs 3 31 按機(jī)床的轉(zhuǎn)速 選擇 所以實(shí)際切削速度 v min 25r in 23 75108 9vw 3 32 4 工額定時(shí)的計(jì)算 jT min78 01237 0521 ifnlwj 3 33 式中 50mm 3mm 5mm l1l2l 0 37mm r 200r min 1 fni 粗鏜 80H8 的孔 機(jī)床 組合鏜床 T618 刀具 硬質(zhì)合金鏜刀 鏜刀材料 5YT 切削深度 毛坯孔徑 pa2 0m 07dm 23 進(jìn)給量 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 4 66 刀桿伸出長度取 f m20 切削深度為 2 0mm 因此確定進(jìn)給量 Fa0 2 fmr 切削速度 參照 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 4 9 取V1 92 5 mins 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 101548 32 min3 7Vrd 3 34 按照 機(jī)械加工工藝師手冊 表 3 1 41 取 60 inr 實(shí)際切削速度 v3 14751 90dns 3 35 工作臺每分鐘進(jìn)給量 mf0 260 minf 3 36 被切削層長度 l65 刀具切入長度 1 2 0 3 5 4pratgktg 3 37 刀具切出長度 取 2lm5 l2 行程次數(shù) i1 機(jī)動(dòng)時(shí)間 jt26 40 96min1jmlf 3 38 查 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 5 37 工步輔助時(shí)間為 2 61min 精鏜下端孔到 80H8 機(jī)床 組合鏜床 T618 刀具 硬質(zhì)合金鏜刀 鏜刀材料 5YT 切削深度 pa0 5m 進(jìn)給量 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 4 66 刀桿伸出長度取 f m20 切削深度為 因此確定進(jìn)給量 f4 0 15 fmr 切削速度 參照 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 4 9 V 取 in 8 60 2 68 sv 24 3 39 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n 取 min 27 114 38 600rdv in 750r 3 40 實(shí)際切削速度 v sn 0 7205 3 41 工作臺每分鐘進(jìn)給量 mf min 1 f 3 42 被切削層長度 l65 刀具切入長度 1 0 5 2 3 2 87pratgktg 3 43 刀具切出長度 取 2lm5ml42 行程次數(shù) i1 機(jī)動(dòng)時(shí)間 jt26 870 59in1jmlf 3 44 所以該工序總機(jī)動(dòng)工時(shí) 0 49 4mijt 查 機(jī)械加工工藝師手冊 表 2 5 37 工步輔助時(shí)間為 1 56min 工序 120 鉆 攻左側(cè)面孔 保證尺寸公差要求切削用量及基本時(shí)間的確定 本工序?yàn)殂@孔 已知加工材料為 HT200 鑄鐵 鑄件 機(jī)床為 Z525 型搖臂鉆 床 工件裝在組合夾具中 由于內(nèi)孔直徑較小 查 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊 可知毛坯上不預(yù)留孔 為實(shí)心件 刀具 高速鋼麻花鉆 1 確定背吃刀量 pa m7 2 確定進(jìn)給量 f 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 2 13 可查得 f 0 32mm r 3 確定切削速度 v 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 2 13 可查得 24 34m min cv 25 選擇 30m min cv min 40 15301rdvnwcs 3 45 按機(jī)床的轉(zhuǎn)速 選擇 所以實(shí)際切削速度 v min 4r in 89 2104vw 3 46 4 工額定時(shí)的計(jì)算 jT min29 01432 0521 ifnlwj 3 47 式中 30mm 取 5mm 1 4mm 取 2mm l 2 121 rctgKdl 1l2l2l 0 32mm r 400r min 1 fni 工序 120 鉆 攻上前后端面孔切削用量及基本時(shí)間的確定 已知加工材料為 HT200 鑄鐵 鑄件 鉆床 工件裝在組合夾具中 刀具 高速鋼鉆頭 1 確定背吃刀量 pa m5 2 確定進(jìn)給量 f 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 2 32 可查得 f 1 0 1 2mm r 按 機(jī)床進(jìn)給量 選擇 f 1 0mm r 3 確定切削速度 v 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 2 34 可查得 20 30m min 選cv 擇 25m min cv min 04 3218 510rdvnwcs 3 48 按 Z525 機(jī)床的轉(zhuǎn)速 選擇 所以實(shí)際切削速度 v in 315rnw 26 min 53 24108 ndvw 3 49 4 工額定時(shí)的計(jì)算 jT in1 035 121 ifnlwj 3 50 式中 30mm 取 3mm 1 4mm 取l 2 121 rctgKdDl 1l2l 3mm 2l 1 0mm r 315r min 1 fni 工序 120 鉆 攻各孔切削用量及基本時(shí)間的確定 已知加工材料為 HT200 鑄鐵 鑄件 機(jī)床為鉆床 工件裝在組合夾具中 刀具 高速鋼鉆頭 1 確定背吃刀量 pa m03 294 5 3 51 2 確定進(jìn)給量 f 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 2 43 可查得 f 0 15 0 25mm r 按機(jī)床進(jìn)給量 選擇 f 0 16mm r 3 確定切削速度 v 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊 第 2 版 表 3 2 43 可查得 8 15m min 選擇cv min 10vc min 38 1275010rdvwcs 3 52 按機(jī)床的轉(zhuǎn)速 選擇 所以實(shí)際切削速度 v min 2rn in 27 1051dvw 3 53 4 工額定時(shí)的計(jì)算 jT 27 min31 2016 321 ifnlTwj 3 54 式中 30mm 取 3mm 13mm l 21 rctgKdDl 1l2l 0 16mm r 200r min 1 fni 28 4 主軸箱體鏜孔夾具設(shè)計(jì) 4 1 研究原始質(zhì)料 利用本夾具主要用來加工鏜孔 加工時(shí)除了要滿足粗糙度要求外 還應(yīng)滿足 兩孔軸線間公差要求 為了保證技術(shù)要求 最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn) 同時(shí) 應(yīng)考 慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度 4 2 定位 夾緊方案的選擇 由零件圖可知 在對鏜孔加工前 底平面進(jìn)行了粗 精銑加工因此 定位 夾緊方案有 在加工中用作確定工件在夾具中占有正確位置的基準(zhǔn) 稱為定位基準(zhǔn) 據(jù) 夾具手冊 知定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與工序基準(zhǔn)重合 在同一工件的各道工序中 應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工 該零件以三面定位 主軸箱體上的裝配基準(zhǔn) 為平面 而它們又是主軸箱體上其他要素的設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 因此以這些裝配基準(zhǔn)平面 作為定位基準(zhǔn) 避免了基準(zhǔn)不重合誤差 有利于提高主軸箱體各主要表面的相互 位置精度 有零件圖可知 根據(jù)本道工序 選底面和側(cè)面為定位基準(zhǔn) 4 3 切削力及夾緊力的計(jì)算 鏜刀材料 硬質(zhì)合金鏜刀 5YT 刀具的幾何參數(shù) 60 粗 K 90精 1 0s 8 由參考文獻(xiàn) 5 查表 可得 321 圓周切削分力公式 0 75 14CpcPFafvK 5 1 式中 0 4pam 1 fr rpsopkKK 5 2 查 5 表 得 查 5 表 取 421 736nmpb 125 0 6b 75n 由表 可得參數(shù) 694 0k 0 opK 1sp 0rpK 5 3 即 74 8 CFN 29 同理 徑向切削分力公式 0 9750 3238PpcPFafvK 5 4 式中參數(shù) 7 0 pkK 0 1op spK 1rp 即 32 4 PFN 軸向切削分力公式 0 5 4326fpcPFafvK 5 5 式中參數(shù) 1 pkK 0 op 1 spK rp 即 605 48 fFN 根據(jù)工件受力切削力 夾緊力的作用情況 找出在加工過程中對夾緊最不利 的瞬間狀態(tài) 按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力 最后為保證夾緊可靠 再乘以 安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值 即 FKW 安全系數(shù) K 可按下式計(jì)算有 6543210 式中 為各種因素的安全系數(shù) 查參考文獻(xiàn) 5 表 可得 6 12 01 301 56C 5 6 1 2 52 23PK 5 7 01 301 5f 5 8 所以有 193 08 KCWFN 5 9 76 3 KPWFN 5 10 159 0 f 螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有 210 tgtQLz 5 11 式中參數(shù)由參考文獻(xiàn) 5 可查得 6 2 2 76zr 901 0592 29 30 5 12 其中 3 Lm 80NQ 螺旋夾緊力 047 2W 該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件 受力簡圖如下 163 圖 5 1 移動(dòng)壓板受力簡圖 由表 得 原動(dòng)力計(jì)算公式 261 001KLWl 即 0478 23 932 75 KWLNl 5 13 由上述計(jì)算易得 K 由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大 為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單 操作方便 決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 4 4 誤差分析與計(jì)算 該夾具以一個(gè)平面和和 2 個(gè)孔定位 要求保證孔軸線間的尺寸公差 為了滿 足工序的加工要求 必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差 由 5 和 6 可得 1 定位誤差 當(dāng)以任意邊接觸時(shí) minDWd 2 通過分析可得 0 5D 31 0 1dm in 因此 當(dāng)以任意邊接觸時(shí) 0 63DW 夾緊誤差 cos minaxyj 其中接觸變形位移值 mSNHBKRknZaZy 014 8 9 1 5 14 cos0 3jym 磨損造成的加工誤差 通常不超過Mj 05 夾具相對刀具位置誤差 取ADm1 誤差總和 0 965jw 從以上的分析可見 所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求 4 5 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 如前所述 該工件為提高生產(chǎn)率 經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較 選用了手動(dòng) 夾緊方式 螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單 夾緊可靠 通用性大 在 機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用 此外 當(dāng)夾具有制造誤差 工作過程出現(xiàn)磨損 以及零件尺寸變化時(shí) 影響 定位 夾緊的可靠 為防止此現(xiàn)象 選用可換定位銷 以便隨時(shí)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào) 整換取 32 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)的是主軸箱體工藝工裝及夾具設(shè)計(jì) 該主軸箱體是車床的重要基礎(chǔ) 件 其加工部位多 加工精度要求高 加工所需要的時(shí)間長 零件的生產(chǎn)成本相 對較高 主軸箱體的主要加工內(nèi)容是表面和孔 其加工路線長 加工時(shí)間多 加 工成本高 零件的加工精度要求也高 按照機(jī)械加工工藝要求 遵循先面后孔的 原則 并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證加工精度 基 準(zhǔn)選擇以底面作為粗基準(zhǔn) 以底面與兩個(gè)工藝孔作為精基準(zhǔn) 確定了其加工的工 藝路線和加工中所需要的各種工藝參數(shù) 在零件的夾具設(shè)計(jì)中 主要是根據(jù)零件加工工序要求 分析應(yīng)限的自由度數(shù) 進(jìn)而根據(jù)零件的表面特征選定定位元件 再分析所選定位元件能否限定應(yīng)限自由 度 確定了定位元件后還需要選擇夾緊元件 最后就是確定專用夾具的結(jié)構(gòu)形式 33 參考文獻(xiàn) 1 柯明揚(yáng) 主編 機(jī)械制造工藝學(xué) M 北京 北京航空航天大學(xué)出版社 1996 132 153 2 陳于萍 主編 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 32 56 3 關(guān)慧貞 馮辛安 主編 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) M 機(jī)械工業(yè)出版社 2009 51 59 4 黃如林 汪 群 主編 金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版 社 2006 27 64 5