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夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)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(guó)研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)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(duì)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(huì)影響它的位置精度，并反過來(lái)影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來(lái)減小由于彈性變形對(duì)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(duì)剛性模型[9-11]對(duì)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(duì)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(lái)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(wú)法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來(lái)克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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) 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
第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè)
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個(gè)
接觸處的坐標(biāo)系
（j=x，y，z）是對(duì)應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線力接觸。
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(duì)于這個(gè)問題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁(yè)]中給出如下：
（2）
其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。
切向變形沿著和切線方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁(yè)]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
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，
（4）
(5)
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 是 沿，和三個(gè)正交組件（見圖2）。
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：
（6）
其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
但是作用在工件的夾緊力會(huì)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：
（7）
其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 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）。
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(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)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）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計(jì)算得出（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：
(8)
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：
最小化 （9）
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(duì)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）
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完成，是遵守對(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯）
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(kù)侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(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：
（11）
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)
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。這通過以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
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：
（i=1，2，…,L+C） (14)
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)化模型，可以寫成：最小化 (15)
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(duì)。該補(bǔ)充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對(duì)為主要目標(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 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）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來(lái)確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測(cè)精度和，有參考文獻(xiàn)[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
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(cè)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(lái)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)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有：
雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)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(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)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)
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)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)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）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)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)了剛才所描述的算法。請(qǐng)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(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)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、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2），
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)為相對(duì)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)變換定理可以用來(lái)表達(dá)在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)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：
（22）
方程（21）現(xiàn)在可以改寫為： （23）
其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量。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：
（24）
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)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/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)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(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為：
（25）
其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)外加工力量和載體的6×1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）
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），
現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來(lái)確定最佳夾緊力及其對(duì)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
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; 、和全球坐標(biāo)系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來(lái)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(duì)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(duì)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(jí)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，
（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。
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(duì)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)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工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(shì)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(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，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)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
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)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(duì)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。
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畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 姓名 下發(fā)日期 題目 車床轉(zhuǎn)盤零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程和專用夾具設(shè)計(jì) 專題 車床轉(zhuǎn)盤零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程和專用夾具設(shè)計(jì) 主 要 內(nèi) 容 及 要 求 主要內(nèi)容 1 確定生產(chǎn)類型 對(duì)零件進(jìn)行工藝分析 2 選擇毛坯種類及制造方法 繪制零件 毛坯綜合圖 3 擬訂零件的機(jī)械加工工藝過程 選擇各工序的加工設(shè)備和工藝裝備 確定 各工序切削用量和工序尺寸 計(jì)算某一代表工序的工時(shí)定額 4 填寫工藝文件 工藝過程卡片 或工藝卡片 和工序卡片 可視工作量大 小只填部分主要工序的工序卡片 5 設(shè)計(jì)指定工序的專用夾具 繪制夾具裝配總圖和主要零件圖 6 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 要求 必須以負(fù)責(zé)的態(tài)度對(duì)待自己所做的技術(shù)決定 數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果 在教師指導(dǎo)下 獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù) 培養(yǎng)較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和學(xué)習(xí)能力 獲得機(jī)械 工程師的基本訓(xùn)練 使整個(gè)設(shè)計(jì)在技術(shù)上是先進(jìn)的 在經(jīng)濟(jì)上是合理的 在生產(chǎn)上是 可行的 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)應(yīng)滿足加工質(zhì)量 生產(chǎn)率 經(jīng)濟(jì)性要求 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)方案應(yīng) 合理 有一定的特色和見解 計(jì)算步驟清晰 計(jì)算結(jié)果正確 設(shè)計(jì)制圖符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì) 計(jì)算和繪圖 設(shè)計(jì)說(shuō)明書要求內(nèi)容完整 文字通順 語(yǔ)言簡(jiǎn)練 圖 示清晰 重要計(jì)算公式和數(shù)據(jù)應(yīng)注明出處 設(shè)計(jì)說(shuō)明書不少于 2 萬(wàn)字 查閱文獻(xiàn) 15 篇以上 翻譯與課題有關(guān)的英文資料 2 篇 譯文字?jǐn)?shù)不少于 5 千漢字 繪制圖紙折合總量不少于 5 張 A1 主要技 術(shù)參數(shù) 該零件圖樣一張 生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn) 每日一班 進(jìn) 度 及 完 成 日 期 3 月 23 日 4 月 5 日 2 周 課題調(diào)研 理解熟悉設(shè)計(jì)任務(wù) 借閱資料 翻譯英 文文獻(xiàn) 制訂設(shè)計(jì)計(jì)劃 4 月 6 日 4 月 12 日 1 周 分析 抄畫零件圖 繪制零件 毛坯綜合圖 4 月 13 日 5 月 10 日 4 周 選擇加工方案 確定工藝路線和工藝尺寸 編制 機(jī)械加工工藝規(guī)程 5 月 11 日 5 月 31 日 3 周 設(shè)計(jì)專用夾具 繪制夾具總裝圖及其主要零件圖 6 月 1 日 6 月 14 日 2 周 技術(shù)文件編制 編寫完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 打印圖 紙 上交說(shuō)明書和圖紙 6 月 15 日 6 月 21 日 1 周 教師審閱畢業(yè)設(shè)計(jì) 學(xué)生準(zhǔn)備答辯 教學(xué)院長(zhǎng)簽字 日 期 教研室主任簽字 日 期 指導(dǎo)教師簽字 日 期 指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語(yǔ) 指導(dǎo)教師 年 月 日 指 定 論 文 評(píng) 閱 人 評(píng) 語(yǔ) 評(píng)閱人 年 月 日 答 辯 委 員 會(huì) 評(píng) 語(yǔ) 指導(dǎo)教師給定 成績(jī) 30 評(píng)閱人給定 成績(jī) 30 答辯成績(jī) 40 總 評(píng) 答辯委員會(huì)主席 簽字 評(píng) 定 成 績(jī) 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 I 摘要 用與車外圓 端面和鏜孔等加工的機(jī)床叫車床 車削很少在其他種類的機(jī)床上進(jìn) 行 因?yàn)槠渌麢C(jī)床都不能像車床那樣方便地進(jìn)行車削加工 由于車床除了用于車外圓 外還能用于鏜孔 車端面 鉆孔和鉸孔 車床的多功能性可以使工件在一次定位安裝 中完成多種加工 這就是在生產(chǎn)中普遍使用各種車床比其他種類的機(jī)床都要多的原因 車床的主要部件 床身 主軸箱組件 尾架組件 拖板組件 變速齒輪箱 絲杠 和光杠 大多數(shù)車床的刀架安裝在復(fù)式刀座上 刀座上有底座 底座安裝在橫拖板上 可 繞垂直軸和上刀架轉(zhuǎn)動(dòng) 上刀架安裝在底座上 可用手輪和刻度盤控制一個(gè)短絲杠使 其前后移動(dòng) 轉(zhuǎn)盤用螺栓與中滑板緊固在一起 松開螺母 可使其在水平面內(nèi)扳轉(zhuǎn)任意角度 小滑板沿轉(zhuǎn)盤上的導(dǎo)軌可以做短距離的移動(dòng) 當(dāng)轉(zhuǎn)盤扳轉(zhuǎn)某一角度后 小滑板便可帶 動(dòng)車刀做相應(yīng)的斜向移動(dòng) 普通車床的轉(zhuǎn)盤位于上刀架和下刀架之間 它是上刀架的 導(dǎo)向件 當(dāng)需要用小刀架車錐面時(shí) 可通過賺盤相對(duì)于下刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)整錐角 本說(shuō)明書堆車床轉(zhuǎn)盤零件的作用 零件的工藝過程 夾具設(shè)計(jì)做了比較系統(tǒng)完整 的分析和論證 對(duì)工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的說(shuō)明 并制定了合理的加工工藝路線 編制了一整套的機(jī)械加工工藝卡片 對(duì)關(guān)鍵工序的加工余量 工序尺寸 工序公差 切削用量等進(jìn)行了計(jì)算 對(duì)機(jī)械加工工藝過程中需要的夾具具進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析 保證 整個(gè)工藝過程的完整性 關(guān)鍵詞 金屬切削 轉(zhuǎn)盤 精度 工藝規(guī)程 公差 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 II Abstract The basic machines that are designed primarily to do turning facing and boring are called lathes Very little turning is done on other types of machine tools and none can do it with equal facility Because lathe can do boring facing drilling and reaming in addition to turning their versatility permits several operations to be performed with a single setup of the workpiece These accounts for the fact that lathes of various types are more widely used in manufacturing than any other machine tool Lathe Construction The essential components of a lathe are depicted in the block diagram These are the bed headstock assembly tailstock assembly carriage assembly quick change gear box and the lea Turntable Precision Technical schedule Tolerance 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 III 目錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 第 1 章 緒論 1 1 1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 1 1 2 論文主要研究?jī)?nèi)容 1 2 1 零件的作用 2 2 2 零件的工藝分析 2 第 3 章 機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 3 3 1 機(jī)械加工工藝規(guī)程的定義 3 3 2 機(jī)械加工工藝過程的組成 3 3 3 機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用 3 3 4 機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原則 步驟和內(nèi)容 4 3 5 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)確定生產(chǎn)類型 4 3 6 確定毛坯的制造形式 5 3 7 基準(zhǔn)的選擇 5 3 8 制定工藝路線 7 3 9 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 7 3 10 確定切削用量及基本時(shí)間 11 第 4 章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 26 4 1 機(jī)床夾具介紹 26 4 2 夾具設(shè)計(jì) 32 結(jié)論 35 參考文獻(xiàn) 36 致謝 37 附件 1 38 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 IV 附件 2 49 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 1 第 1 章 緒論 1 1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 當(dāng)今社會(huì) 工業(yè)正在飛速發(fā)展 各種新型產(chǎn)品日新月異 機(jī)械已成為工業(yè)發(fā)展的 一支主導(dǎo)力量 機(jī)械加工水平的高低直接影響著工業(yè)前進(jìn)的步伐 而在機(jī)械加工中車 工是機(jī)械加工中最常用的工種 在金屬車削機(jī)床中 車床約占總數(shù)的一半左右 無(wú)論 是成批大量生產(chǎn)還是單件小批量生產(chǎn) 以及在機(jī)械維護(hù)管理當(dāng)面 車削加工都占有重 要的地位 而車床轉(zhuǎn)盤作為車床的一個(gè)重要部件 它的重要作用是不可忽視的 普通 車床的轉(zhuǎn)盤位于上刀架和下刀架直接按 它是上刀架的導(dǎo)向件 當(dāng)需要用小刀架車錐 面時(shí) 可通過轉(zhuǎn)盤相對(duì)于下刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)整錐角 轉(zhuǎn)盤用螺栓與中滑板緊固在一起 松開螺母可使其在水平面內(nèi)扳轉(zhuǎn)任意角度 小滑板沿轉(zhuǎn)盤上的導(dǎo)軌可做短距離的移動(dòng) 當(dāng)轉(zhuǎn)盤扳轉(zhuǎn)一角度后 小滑板便可帶動(dòng)車刀做相應(yīng)的斜向移動(dòng) 1 2 論文主要研究?jī)?nèi)容 車床轉(zhuǎn)盤零件的材料是 HT200 毛坯用鑄造的方法加工 因?yàn)槭侵信可a(chǎn) 適 合用機(jī)械造型的方法鑄造 本論文中對(duì)車床轉(zhuǎn)盤零件的鑄造方法及毛坯到零件的機(jī)械加工工藝過程和加工時(shí) 候的技術(shù)要求做了詳細(xì)的分析 并對(duì)某些中藥的工序刀具的車削速度和車削工時(shí)進(jìn)行 了較為嚴(yán)密的計(jì)算 為了保證加工質(zhì)量 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 需要設(shè)計(jì)專用夾具 本文設(shè)計(jì)出某些重要 工序?qū)Ｓ脢A具的裝配圖和零件圖 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 2 第 2 章 零件的分析 2 1 零件的作用 題目所給的是車床轉(zhuǎn)盤零件 普通車床的轉(zhuǎn)盤位于刀架部件的上刀架與下刀架之 間 它是上刀架的導(dǎo)向件 當(dāng)需要用小刀架車錐面時(shí) 可通過轉(zhuǎn)盤相對(duì)于下刀架的轉(zhuǎn) 動(dòng)來(lái)調(diào)整錐角 2 2 零件的工藝分析 圖 2 1 車床轉(zhuǎn)盤零件零件圖 普通車床的轉(zhuǎn)盤零件 從零件圖可以看出 零件的主要加工面有 底面 P 及 70h6 外圓面 N 燕尾槽導(dǎo)軌面 M 及 H 35H7 孔 196mm 圓弧面和尺寸 132mm 兩側(cè)面 K 及其端面 Q 等 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 3 第 3 章 機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 3 1 機(jī)械加工工藝規(guī)程的定義 規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為工藝規(guī)程 其中規(guī) 定零件機(jī)械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為機(jī)械加工工藝規(guī)程 它在具體的生產(chǎn)條件下 是最合理或較合理工藝過程和操作方法 并按規(guī)定的書 寫形式寫成工藝文件 經(jīng)審批后用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn) 工藝規(guī)程中包括工序的排列順序 加 工尺寸 公差及技術(shù)要求 工藝設(shè)備及工藝措施 切削用量及工時(shí)定額等內(nèi)容 3 2 機(jī)械加工工藝過程的組成 機(jī)械加工工藝過程由若干個(gè)按一定順序排列的工序組成 機(jī)械加工的每一個(gè)工序 又可依次細(xì)分為安裝 工位 工步和走刀 工序 一個(gè) 或一組 工人在一個(gè)工作地點(diǎn)對(duì)一個(gè) 或同時(shí)對(duì)幾個(gè) 工件連 續(xù)完成的那一部分工藝過程 安裝 如果在一個(gè)工序中需要對(duì)工件進(jìn)行幾次裝夾 則每次裝夾下完成的那 部分工序內(nèi)容稱為一個(gè)安裝 工位 在工件的一次按裝中 通過分度 或移位 裝置 使工件相對(duì)于機(jī)床 床身變換加工位置 則把每一個(gè)加工位置上的安裝內(nèi)容稱為工位 工步 加工表面 切削刀具 切削速度和進(jìn)給量都不變的情況下所完成的工 位內(nèi)容 稱為一個(gè)工步 走刀 切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步內(nèi)容 稱為一次走刀 3 3 機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用 根據(jù)機(jī)械加工工藝規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備 包括技術(shù)準(zhǔn)備 機(jī)械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)計(jì)劃 調(diào)度 工人的操作 質(zhì)量檢查等的依據(jù) 新建或擴(kuò)建車間 或工段 其原始依據(jù)也是機(jī)械加工工藝規(guī)程 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 4 3 4 機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原則 步驟和內(nèi)容 3 4 1 機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)機(jī)械加工工藝規(guī)程應(yīng)遵循如下原則 1 可靠地保證零件圖樣上所有技術(shù)要求的實(shí)現(xiàn) 2 必須能滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求 3 在滿足技術(shù)要求和生產(chǎn)綱領(lǐng)要求的前提下 一般要求工藝成本最低 4 盡量減輕工人 的勞動(dòng)強(qiáng)度 保障生產(chǎn)安全 3 4 2 機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 1 閱讀裝配圖和零件圖 2 工藝審查 3 熟悉或確定毛坯 4 擬定機(jī)械加工工藝路線 5 確定滿足各工序要求的工藝裝備 包括機(jī)床 夾具 刀具和量具等 6 確定各主要工序的技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法 7 確定各工序的加工余量 計(jì)算工序尺寸和公差 8 確定切削用量 9 確定時(shí)間定額 10 填寫工藝文件 3 5 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)確定生產(chǎn)類型 該產(chǎn)品年產(chǎn)量為 3000 件 年 備品率為 10 廢品率為 1 N Qn 1 a b 3 1 3000 1 1 10 1 3300 件 年 生產(chǎn)類型不同 其生產(chǎn)過程和生產(chǎn)組織 車間的機(jī)床布置 毛坯的制造方法 采 用的工藝設(shè)備 加工方法和工人的熟練程度等都有不同要求 因此在制定工藝路線的 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 5 時(shí)候應(yīng)該首先確定該產(chǎn)品的生產(chǎn)類型 以便更好的組織生產(chǎn) 表 3 1 各種生產(chǎn)類型的規(guī)范 零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng) 件 年 生產(chǎn)類型 重型機(jī)械 中型機(jī)械 輕型機(jī)械 單件生產(chǎn) 5 20 100 小批生產(chǎn) 5 100 20 200 100 200 中批生產(chǎn) 100 300 200 500 500 5000 大批生產(chǎn) 300 1000 500 5000 5000 50000 大量生產(chǎn) 1000 5000 50000 車床轉(zhuǎn)盤零件為小型零件 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng) 3330 件 年 在表 3 1 中對(duì)應(yīng) 500 5000 件 年 所以應(yīng)確定該生產(chǎn)類型為中型生產(chǎn) 3 6 確定毛坯的制造形式 毛坯的選擇既影響到毛坯制造工藝又影響到機(jī)械加工工藝 要根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng) 材 料的工藝特性及零件對(duì)材料性能的要求和零件的結(jié)構(gòu)等因素而定 生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小 零件材料以及零件對(duì)材料組織和性能的要求 例如 鑄鐵和青銅不能鍛造只能 用鑄件 零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸 先有生產(chǎn)條件 選擇毛坯時(shí) 要考慮毛坯制造的實(shí)際水平 生產(chǎn)能力 設(shè)備情 況及外協(xié)的可能性和經(jīng)濟(jì)性 根據(jù)以上條件零件材料選擇為 HT200 毛坯采用鑄件 因?yàn)檗D(zhuǎn)盤零件位于上刀架與 下刀架直接按 它是上刀架的導(dǎo)向件 零件工作時(shí)要求有一定的抗震性 零件為中批 量生產(chǎn) 對(duì)生產(chǎn)效率要求高 可采用機(jī)械砂型鑄造 3 7 基準(zhǔn)的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一 基面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 加工工藝過程中回問題百出 更有甚者 還 會(huì)造成零件的大批報(bào)廢 是生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 6 1 粗基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以下面的幾點(diǎn)為原則 a 應(yīng)選能加工出精基準(zhǔn)的毛坯表面作粗基準(zhǔn) b 當(dāng)必須保證加工表面與不加工表面的位置和尺寸時(shí) 應(yīng)選不加工的表面作為粗基準(zhǔn) c 要保證工件上某重要表面的余量均勻時(shí) 則應(yīng)選擇該表面為定位粗基準(zhǔn) d 當(dāng)全部表 面都需要加工時(shí) 應(yīng)選余量最小的表面作為基準(zhǔn) 以保證該表面有足夠的加工余量 對(duì)于零件而言 盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn) 而對(duì)有若干個(gè)不加工表面的工 件 則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn) 因本零件毛坯 是鑄造加工形成 鑄造精度處于中等水平 粗基準(zhǔn)選底面 P 和兩側(cè)面 K 面 實(shí)現(xiàn)限制 六個(gè)自由度的完全定位 2 精基準(zhǔn)的選擇 選擇精基準(zhǔn)時(shí)要考慮的主要問題是如何保證設(shè)計(jì)技術(shù)要求的實(shí)現(xiàn)以及裝夾準(zhǔn)確 可靠 方便 為此 一般遵循下列五條原則 基準(zhǔn)重合原則 即盡可能選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn) 這樣可以避免定位基準(zhǔn) 與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn) 基準(zhǔn)的統(tǒng)一有利于保證各表面 間的位置精度 避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換所帶來(lái)的誤差 并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一 從 而可減少夾具設(shè)計(jì)和制造工作 例如 軸類零件常用頂針孔作為定位基準(zhǔn) 車削 磨 削都以頂針孔定位 這樣不但在一次裝夾中能加工大多書表面 而且保證了各外圓表 面的同軸度及端面與軸心線的垂直度 互為基準(zhǔn)的原則 選擇精基準(zhǔn)時(shí) 有時(shí)兩個(gè)被加工面 可以互為基準(zhǔn)反復(fù)加工 例如 對(duì)淬火后的齒輪磨齒 是以齒面為基準(zhǔn)磨內(nèi)孔 再以孔為基準(zhǔn)磨齒面 這樣能 保證齒面余量均勻 自為基準(zhǔn)原則 有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻 可以選擇加工 表面本身為基準(zhǔn) 例如 磨削機(jī)床導(dǎo)軌面時(shí) 是以導(dǎo)軌面找正定位的 此外 像拉孔 在無(wú)心磨床上磨外圓等 都是自為基準(zhǔn)的例子 便于裝夾原則 所選擇的精基準(zhǔn) 應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確 可靠 夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單 操作方便 這稱為便于裝夾原則 此外 還應(yīng)選擇工件上精度高 尺寸較大的表面為精基準(zhǔn) 以保證定位穩(wěn)固可靠 這里主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題 當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí) 應(yīng)該進(jìn)行 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 7 尺寸換算 要從保證孔與孔 孔與平面 平面與平面之間的位置出發(fā) 進(jìn)而保證轉(zhuǎn)盤 零件在整個(gè)加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位 3 8 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn) 應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀 尺寸精度及位置精度等級(jí)等 技術(shù)要求能得到合理的保證 在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為中批生產(chǎn)的情況下 可以考慮采用 萬(wàn)能性機(jī)床配以專用夾具 并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率 除此之外 還應(yīng)當(dāng)考慮 經(jīng)濟(jì)效果 以便使生產(chǎn)成本盡量下降 工藝路線方案 工序 粗銑燕尾面 M H 及空刀面和凹臺(tái)面 以底面 P 為主要定位基準(zhǔn) 兩側(cè)面 K 為第二定位基準(zhǔn) 工序 粗銑 半精銑轉(zhuǎn)盤的兩個(gè)端面 Q 和 R 以 M H 面以未加工面 N 為定位基準(zhǔn) 工序 粗車 半精車 精車加工轉(zhuǎn)盤底面 P 外圓面 N 端面 L 等以已加工面 M H Q 面定位 實(shí)現(xiàn)完全定位 工序 粗銑 半精銑加工轉(zhuǎn)盤的 196mm 圓弧面和尺寸 132mm 的兩側(cè)面 K 以底 面 P 外圓面 N 燕尾面 H 定位 工序 精銑燕尾面 M H 及空刀面和凹臺(tái)面 以已加工面底面 P 為主要定位基準(zhǔn) 以已加工兩側(cè)面 K 為第二定位基準(zhǔn) 工序 鉆 擴(kuò) 鉸 孔 357 工序 鉆 2 孔 1 工序 VIII 倒角 去毛刺 工序 IX 檢驗(yàn) 以上工藝過程詳見附件三 機(jī)械加工工藝卡片 3 9 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 進(jìn)行機(jī)械加工余量的分析計(jì)算 是為了確定最有利的加工余量 以節(jié)省材料 利 用分析計(jì)算法 必須有可靠的數(shù)據(jù) 否則難以進(jìn)行 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 8 3 9 1 選擇毛坯 毛坯經(jīng)鑄造生產(chǎn) 已經(jīng)由零件圖給出 3 9 2 影響加工余量的因素 1 被加工表面上道工序尺寸公差 a 2 被加工表面上道工序表面粗糙度 和缺陷層yRaH 3 被加工表面上道工序的空間誤差 ae 4 本道工序裝夾誤差 b 3 9 3 確定機(jī)械加工余量的方法 確定加工余量的方法有三種 計(jì)算法 查表法和經(jīng)驗(yàn)法 本零件加工余量的確定 采用查表修正法 已知零件的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn) 毛坯的制造方法選用砂型機(jī)械造型 因?yàn)榱慵?的 35 孔需要鑄出 因此需要安放型芯 因此 為了消除殘余應(yīng)力 鑄造后應(yīng)安排人 工時(shí)效 1 鑄造尺寸公差 鑄造尺寸公差有 16 級(jí) 由于是中批生產(chǎn) 毛坯的制造方法采用砂型機(jī)械制造的方 法 砂型鑄造機(jī)器造型時(shí)灰鑄鐵毛坯鑄件的公差等級(jí)為 8 10 選取該零件毛坯鑄件的 公差等級(jí)為 9 級(jí) 選錯(cuò)箱值為 1 0 參數(shù)由 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 李益民 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 查取 2 鑄件機(jī)械加工余量 對(duì)于中批生產(chǎn)的鑄件加工余量由 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 表 2 2 5 查得 表 3 2 各加工表面總余量 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 9 加工表面 基本尺寸 mm 加工余量等 級(jí) 加工余量數(shù) 值 mm 說(shuō)明 H 面 74 H 3 0 可歸為孔軸配合 雙側(cè)加工 M 面 22 G 3 0 配合面 下箱鑄造 單側(cè)加工 Q 面 234 G 4 0 自由公差 要求較 低 雙側(cè)加工 N 面 70 H 3 0 軸孔配合 降低一 級(jí) 雙側(cè)加工 K 面 196 1 32 G 4 0 沒有嚴(yán)格要求 雙 側(cè)加工 P 面 22 H 3 5 分型要求降低一級(jí) 單側(cè)加工 G 面 44 G 3 0 下箱鑄造 有粗糙 度要求 單側(cè)加工 表 3 3 主要毛坯尺寸及公差 主要加工面 零件尺寸 mm 總加工余量 mm 毛坯尺寸 mm 公差 CT mm H 面 74 6 80 1 M 面 22 3 5 3 0 28 5 1 Q 面 234 8 242 1 N 面 70 6 76 1 K 面 19 132 8 6 20 138 1 P 面 22 3 0 3 5 28 5 1 G 面 44 2 5 3 5 49 1 各面的具體代號(hào)見零件圖 選取 MA 為 G 級(jí) 各表面的總余量見表 3 2 由 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 表 2 2 1 可查得鑄件的各主要尺寸公差 轉(zhuǎn)盤零件的毛坯鑄件選擇 P 面所在的平面為分型 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 10 面 冒口系統(tǒng)的類型采用頂注式澆注系統(tǒng) 原因是零件的高度不大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 中等 壁厚的板塊類零件 3 9 4 毛坯零件綜合圖 零件 毛坯綜合圖一般包括以下內(nèi)容 鑄造毛坯形狀 尺寸及公差 加工余量與工 藝余量 鑄造斜度及圓角 分型面 澆冒口殘根的位置 工藝基準(zhǔn)及其他有關(guān)技術(shù)要 求等 本次設(shè)計(jì)的零件澆冒口設(shè)計(jì)在零件 70 圓端面垂直方向上 具體采用的澆注方 式為頂澆注的一般形式 分型面選在 P 面所在的平面上 這樣鑄造零件大部分在下箱 容易鑄造和保證良好的質(zhì)量 因?yàn)樯靶蜋C(jī)器造型的鑄件 零件應(yīng)設(shè)計(jì)拔模斜度 零件 的拔模斜度為 3 鑄造圓角取 52R 零件 毛坯綜合圖的技術(shù)條件一般包括以下內(nèi)容 合金牌號(hào) 鑄造方法 鑄造的精 度等級(jí) 未注明的鑄造斜角及圓角半徑 鑄造的檢驗(yàn)等級(jí) 鑄件綜合技術(shù)條件 鑄件 的交貨狀態(tài) 鑄件是否進(jìn)行氣壓或液壓試驗(yàn) 熱處理硬度等 具體的要求見零件 毛坯 圖 圖 3 1 車床轉(zhuǎn)盤零件毛坯 零件圖 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 11 3 10 確定切削用量及基本時(shí)間 切削用量包括背吃刀量 進(jìn)給量 f 和切削速度 v 確定順序是先確定 f 再pa pa 確定 v 所用公式和參數(shù)均選自 1 崇凱 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南 M 一 工序 粗銑燕尾面 M H 及空刀面和凹臺(tái)面 1 加工條件 零件毛坯為 HT200 鑄件 200Mb aP 加工要求 銑削 M H 面及凹臺(tái)面 1 6aR 本工序可分為以下工步 粗銑 M H 面 銑空刀面 粗銑凸臺(tái)面 粗銑凹臺(tái)面 2 切削用量 1 工步 粗銑 M H 面 銑刀選用單角銑刀 D 63mm 55 L 16mm 10 16 周齒 16 端0 0 齒 8 齒數(shù) Z 20 選用 X51 立式銑床 1 確定每齒進(jìn)給量 zf 根據(jù)表 5 145 查得 當(dāng) 3mm 時(shí) 0 06 0 1mm z 故選取 0 08 mm z pa zf zf 2 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和耐用度 根據(jù)表 5 148 用高速鋼單角銑刀粗加工鑄鐵件 銑刀刀齒后面最大磨損量為 1 2mm 銑刀直徑 d 63mm 耐用度 T 120min 表 5 149 3 確定切削速度和工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 Mzf 根據(jù)表 2 17 中的公式計(jì)算 V 3 2 vvvqVxyupmpzeCdkTaf 式中 22 8 0 45 0 1 0 2 0 3 VCvqvxvyvu 0 1 m 0 33 T 120min 16mm 0 08mm z 1 8mm z 20 d 63vp pazfea 23 64m min1208 10 16203 32 3 45 v 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 12 min 49 1634 210rdvnc 選用 X51 型立式銑床為 n 125r min 2 083r s 則實(shí)際切削速度 v 24 73m min 0 41m s 工作每分鐘的進(jìn)給量為 選擇 100mm min 則實(shí)際的每齒進(jìn)給量為min 96208 60zffzM zMf zfzz 3 1 4 校驗(yàn)機(jī)床功率 根據(jù)表 2 18 的計(jì)算公式 銑削的功率為 3 3 10 cFp 3 4 cFwFq ueyzxc knafCdZ 式中 30 1 0 0 65 0 83 FCFxFyFu 0 0 83 0 083mm z 1 0FwFqzfFck 則 Nc 2 430 112563 80 803 1 kw7 4 cp X61 銑床的 主電動(dòng)機(jī)的功率為 4kw 故所選切削用量可以采用 所確定的切削用量 為 0 08mm z 100mm min n 125r min v 0 41m szfMzf 3 基本時(shí)間 根據(jù)表 2 25 角銑刀銑燕尾槽的基本時(shí)間為 3 5 iflTzMj21 式中 l 227mm 2 5mm madle 6 12 8 63 1 2lsTj 94in1210 27 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 13 2 工步 粗銑凹臺(tái)面 銑刀選用硬質(zhì)合金鑲齒三面刃銑刀 D 80mm L 16mm 齒數(shù) Z 10 選用 X51 立式銑 床 1 確定每齒進(jìn)給量 zf 根據(jù)表 5 145 查得 當(dāng) 3mm 時(shí) 0 15 0 3mm z 故選取 0 2mm z pa zf zf 2 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和耐用度 根據(jù)表 5 148 用硬質(zhì)合金銑刀粗加工鑄鐵件 銑刀刀齒后面最大磨損量為 1 5mm 銑刀直徑 d 63mm 耐用度 T 180min 表 5 149 3 確定切削速度和工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 Mzf 根據(jù)表 2 17 中的公式計(jì)算 V 3 6 vvvqVxyupmpzeCdkTaf 式中 18 9 0 2 0 1 0 4 0 1 cvq 0 1 m 0 15 T 180min 1 8 0 08mm zvppzf 32mm z 10 d 22 ea 9 07m min1032 08 109 1 5 v min 4 7rdvnc 選用 X51 型立式銑床為 n 125r min 2 083r s 則實(shí)際切削速度 v 8 635m min 0 14m s 工作每分鐘的進(jìn)給量為 選min 120 60zffzM 擇 125mm min 則實(shí)際的每齒進(jìn)給量為 zMf zfzz 8 12560 4 校驗(yàn)機(jī)床功率 根據(jù)表 2 18 的計(jì)算公式 銑削的功率為 3 7 10 cFp 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 14 3 8 cFwFq ueyzxpc knafCd 式中 54 5 0 9 0 74 1 0 FcFx 0 1 0 0 083mm z 1 0wqzfcFk 則 Nc 96 420 1125308 540 174 9 kw5 6 cp X51 銑床的 主電動(dòng)機(jī)的功率為 4kw 故所選切削用量可以采用 所確定的切削用量 為 0 208mm z 125mm min n 125r min v 0 14m szfMzf 3 基本時(shí)間 根據(jù)表 2 25 端銑刀銑凹臺(tái)面的基本時(shí)間為 3 9 iflTzMj21 式中 l 196mm 2 5mm madle 5 3 6 3 1 2lsTj 918in5 21096 二 工序 II 銑削轉(zhuǎn)盤的兩端面 Q 及 R 1 加工條件 HT200 鑄件abMp2 加工要求 銑削端面粗糙度為 3 2 2 切削用量 本工序是粗銑端面 銑刀選用高速鋼端面鑲齒三面刃銑刀 D 80 L 12 8 15 10 齒數(shù) Z 10 端面單邊加工余量 Z 3mm 高 0 0 速鋼刀具銑削時(shí) 粗銑便能達(dá)到 3 2 的粗糙度 又查機(jī)械工藝手冊(cè)可知 當(dāng)加工余量 小于 6mm 時(shí) 可一次性切除 所以銑削深度 3mm 銑削寬度為 22mm Q 面 paea 37mm R 面 機(jī)床選用 X61 臥式銑床 1 確定每齒的進(jìn)給量 zf 根據(jù)表 5 144 X61 立式銑床的銑削功率為 4KW 工藝系統(tǒng)剛性為中等 查得每齒 進(jìn)給量 0 15 0 30 現(xiàn)取 0 25mm z zf zf 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 15 2 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)表 5 148 銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為 1 5 2 0mm 銑刀直徑 D 80mm 耐 用度 T 180min 3 確定切削速度和工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 Mzf 根據(jù)表 2 17 中的公式計(jì)算 V 3 10 vvvqVxyupmpzeCdkTaf 式中 18 9 0 20 0 1 0 4 0 1 VC q 0 1 m 0 15 T 180min 1 8mm 0 25mm z 22 z 10 d 80vppZfea 18 91m min1025 031889 1 4 1 5 0 v min 5 8 rdvnc 根據(jù) X61 型立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表選擇 n 80r min 1 333r s 則實(shí)際切削速度 v 20 1m min 0 335m s 工作每分鐘的進(jìn)給量為10dn 選擇 150mm min 則實(shí)際的每齒進(jìn)給量為min 1502 06zffzM zMfzfzz 15 4 校驗(yàn)機(jī)床功率 根據(jù)表 2 18 的計(jì)算公式銑削時(shí)的功率為 3 11 10 cFp 3 12 cFwFq ueyxpcknafCdZ 式中 54 5 0 9 0 74 1 1 0 0 1 0FCFxFy cFk 代入計(jì)算得 78 77N c kwpc 0264 135 78 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 16 X61 銑床的電動(dòng)機(jī)的功率為 4kw 故切削用量可以采用 smvrnmfzfzMz 35 0i 8i 150 25 0 2 基本時(shí)間 由公式 3 12 iflTzMj21 切削 Q 面時(shí) 2 ea 式中 l 39mm madl e 1 32 80 5 0 3 1 5 0 221 2 l 切削 R 面時(shí) 37 ea 式中 l 132mm madl e 7 42 3780 5 0 3 1 5 0 221 2l 故此工序銑刀總行程 2 39 3 1 2 132 4 7 2 226 9mmzL 切削基本時(shí)間 1 15min 69s iflTzMj21 509 6 三 工序 III 車削加工轉(zhuǎn)盤底面 P 外圓面 N 端面 L 空刀面和倒角 1 加工條件 工件為 HT200 鑄件 加工要求 外圓面 N 粗糙度為 3 2 底面 P 粗糙度為 1 6 精度要求較高 須精加 工 本工序可分為以下幾個(gè)工步 粗車外圓面 N 精車外圓面 N 粗車空刀面 粗車底面 P 半精車底面 P 倒角 2 切削用量 1 確定工步 粗車外圓面 N 的切削用量 機(jī)床選為 C620 1 臥式車床 刀具材料為硬質(zhì)合金 YG8 可轉(zhuǎn)位車刀 由于 C620 1 車床的中心高位 200mm 故選刀桿尺寸 B H 為 16mm 25mm 刀片厚度為 5mm 根據(jù)表 5 113 選擇車刀切削部分幾何形狀為平面帶到棱型 前角 5 后角 6 主偏0 0 角 90 副偏角 10 刃傾角 0 刀尖圓弧半徑 0 8mm r r s 1 確定背吃刀量 pa 由表 5 33 查得粗車外圓后精車外圓余量為 1mm 故粗車外圓面的背吃刀量應(yīng)選擇 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 17 為 2 5mm pa216 2 確定進(jìn)給量 f 根據(jù)表 5 114 在粗車鑄鐵 刀桿尺寸為 16mm 25mm 3mm 工件直徑為 pa 60 100 時(shí) f 0 6 1 4mm r 按 C620 1 車床的進(jìn)給量 表 5 57 選擇 f 1 0mm r 確定的經(jīng)給量尚需滿足機(jī)床機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求 故需進(jìn)行檢驗(yàn) 根據(jù)表 5 55 C620 1 車床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力 3530N maxF 根據(jù)表 5 124 當(dāng)鑄鐵 200 2 8mm f 1 2mm 45 時(shí) 進(jìn)給b MPap r 力 950N fF 的修正系數(shù)為 1 17 1 2 1 0 1 0 表 2 12 故實(shí)際進(jìn)f Fk Fk0 Fs Fk 給力為 950 1 17 1 2 1 0 1 0 1333 8Nf 所以進(jìn)給量 f 1 0mm r 可用 fF max 3 確定車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)表 5 119 車刀后刀面最大磨損量取為 0 8mm 可轉(zhuǎn)位車刀耐用度 T 30min 4 確定切削速度 V 根據(jù)表 5 120 當(dāng)用 YG8 硬質(zhì)合金車刀加工鑄鐵 200 2 8mm f 1 2mm r 時(shí) 切削速度 V 60m min b MPap 切削速度的修正系數(shù)為 1 15 0 9 0 8 0 83 1 0 0 89 表 2 9 故Tvkvsvktvvk v 60 1 15 0 9 0 8 0 83 1 0 0 89 36 7m min n 153 8r mind 10764 3 按 C620 1 車床的轉(zhuǎn)速 表 5 56 選擇 n 150r min 2 5r s 則實(shí)際切削速度 35 7m min v10n015 5 校驗(yàn)機(jī)床功率 由表 5 126 當(dāng)硬質(zhì)合金刀具切削鑄鐵 HBS 160 245 2 8mm f 1 2mm r V 35 7m min 時(shí) 1 7kw pa cP 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 18 切削功率修正系數(shù)為 1 0 1 15 1 0 0 8 0 83 cPk cTPcMPkcsPctPk 1 0 表 2 9 故實(shí)際切削時(shí)的功率為cPk 1 7 1 0 1 15 1 0 0 8 0 83 1 0 1 3kw 根據(jù)表 5 59 當(dāng) n 150r min 機(jī)床主軸允許功率 5 9kw 故所選切削EcE 用量可在 C620 1 車床上進(jìn)行 最后確定的切削用量為 2 5mm f 1 0mm r n 150r min V 35 7m minpa 6 確定粗車外圓面的基本時(shí)間 根據(jù)表 2 21 車外圓的基本時(shí)間為 3 13 ifnllifLTj 3211 式中 l 7mm 45 r 2 5 2 3 5mm 0 f 1 0mm r n 150r min i 1 tan1 rpl 2l3 則 0 08min 4 8s1jT0 57 四 工序 V 鉆 擴(kuò) 鉸 35H7 孔 一 鉆 擴(kuò) 鉸 35H7 孔 1 鉆孔 1 鉆頭 選用 25 的標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆 磨出雙錐和修磨橫刀 2 確定切削用量 1 確定進(jìn)給量 根據(jù)表 5 127 可查出 0 78 0 96mm r 由于孔深和孔徑之比f(wàn) f 不需要修正 所以選用 Z550 型立式鉆床 由表 5 66 選取進(jìn)給量為35 0 dl 0 90mm r f 根據(jù)表 5 64 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的軸向力 24525N 進(jìn)給量為 0 12 2 64 maxF 由于所選擇的進(jìn)給量 介于 0 12 2 64 故所選 可用 f f 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 19 1 確定鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和耐用度 由表 5 130 可查得鉆頭的后刀面最大磨損限度為 0 8 1 2 故選擇后刀面最大磨 損限度為 1 0 鉆頭的刀具壽命為 T 75min 2 確定切削速度 v 進(jìn)給力 轉(zhuǎn)矩fFcM 由表 2 13 鉆孔時(shí)的切削速度計(jì)算公式為 3 14 vyxpm zvckfaTdC0 式中 11 1 0 25 1 0 0 125 0 0 4vCvzvkvxvy 故 15 09m minc 0 19 5127 4 0 0 n 192 25r min0dv 3 根據(jù)表 5 65 選擇 Z535 鉆床轉(zhuǎn)速為 195r min 故實(shí)際切削速度為 V 15 3m min 109524 0n 由表 2 15 鉆孔時(shí)軸向力計(jì)算公式為 3 15 FyzFf kfdC0 式中 420 1 0 0 8 1 0FCFzyk 故 9651 2N 190 2548 1f 由表 2 15 鉆孔時(shí)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為 3 16 MyzckfdC0 式中 0 206 2 0 0 8 1 0MCzMyk 故 118 3N m 190 2506 8 c 3 校驗(yàn)機(jī)床功率 由表 2 15 切削功率 為cP 2 41kw 3 17 03dvMcc 253 18 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 20 機(jī)床的有效功率為 7 5 0 85 6 375kw P 由于 故所選的鉆削用量可用 即c min 3 15in 19 90 250 vrmfd 相應(yīng)地 kwPNMFccf 4 2 3 8 61 5 鉆孔基本時(shí)間確定 3 18 fnljLT21 式中 l 22mm 14 5 2 2 1 cot21 Dl 45cot2l 故 sTj 16 3min 09 0 2 擴(kuò)鉆孔 1 選用 33 的標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆 磨出雙錐和修磨橫刀 2 確定切削用量 1 確定進(jìn)給量 根據(jù)表 5 127 可查出 1 0 1 2mm r 再由表 5 66 選擇 Z535f f 鉆床的進(jìn)給量為 1 0mm r 根據(jù)表 5 64 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的軸向力 15696N 進(jìn)給量為 0 11 1 6 maxF 由于所選擇的進(jìn)給量 介于 0 11 1 6 故所選 可用 f f 2 確定鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和耐用度 由表 5 130 可查得鉆頭的后刀面最大磨損限度為 0 8 1 2 故選擇后刀面最大磨 損限度為 1 0 鉆頭的刀具壽命為 T 110min 3 確定切削速度 v 進(jìn)給力 轉(zhuǎn)矩fFcM 由表 2 13 鉆孔時(shí)的切削速度計(jì)算公式為 3 19 vyxpm zvckfaTdC0 式中 15 2 0 25 1 0 0 125 0 0 4vCvzvkvvy 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 21 故 20 58m mincv0 1 41032 5405 故 n 198 6r min0d 8 根據(jù)表 5 65 選擇 Z535 鉆床轉(zhuǎn)速為 195r min 故實(shí)際切削速度為 V 20 21m min 109534 0nd 由表 2 15 鉆孔時(shí)軸向力計(jì)算公式為 3 20 FyzFf kfdC0 式中 420 1 0 0 8 1 0FCFzyk 故 13860N 10 3428 1f 由表 2 15 鉆孔時(shí)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為 3 21 MyzckfdC0 式中 0 206 2 0 0 8 0 87MCzMy 故 173 7N m 8 96 032 0 2c 4 校驗(yàn)機(jī)床功率 由表 2 15 切削功率 為cP 3 55kw 3 22 03dvMcc 321 07 機(jī)床的有效功率為 4 5 0 81 3 65kw 由于 故所選的鉆削用量可用 即cP min 21 0in 195 96 0 30 vrmfd 相應(yīng)地 kwPNMFccf 3 7 3 18 5 鉆孔基本時(shí)間的確定 3 23 fnljLT21 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 22 式中 l 22mm 6 2 2 1 cot211 dDl 245cot3l 故 sTj 6 9min 0956 3 擴(kuò)孔 1 擴(kuò)孔鉆 選用 34 8mm 標(biāo)準(zhǔn)高速鋼擴(kuò)孔鉆 2 確定擴(kuò)孔切削用量 1 確定進(jìn)給量 f 根據(jù)表 5 128 擴(kuò)孔時(shí)的進(jìn)給量介于 1 2 1 5 之間 選擇進(jìn)給量為 f 1 2mm 根據(jù)表 5 64 Z535 型立式鉆床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的軸向力 15696N 進(jìn)給量為maxF 0 11 1 6 由于所選擇的進(jìn)給量 介于 0 11 1 6 故所選 可用 f f 2 確定鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和耐用度 由表 5 130 可查得鉆頭的后刀面最大磨損限度為 0 9 1 4 故選擇后刀面最大磨 損限度為 1 0 鉆頭的刀具壽命為 T 50min 3 確定切削速度 v 進(jìn)給力 轉(zhuǎn)矩fFcM 由表 2 13 鉆孔時(shí)的切削速度計(jì)算公式為 3 24 vyxpm zvckfaTdC0 式中 18 8 0 2 1 0 0 125 0 0 4vCvzvkvxvy 故 25 37m minc 0 18 512034 40 故 n 244 8r min0dv 7 根據(jù)表 5 65 選擇 Z535 鉆床轉(zhuǎn)速為 275r min 故實(shí)際切削速度為 V 28 5m min 102758 34 10nd 4 擴(kuò)孔基本時(shí)間確定 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 23 3 25 fnljLT21 式中 l 22mm 2 9 2 cot211 dDl 245cot38 l 故 sTj 8 4min0 752 9 4 鉸孔 1 鉸刀 選用 35mm 標(biāo)準(zhǔn)高速鋼鉸刀 2 確定鉸空切削用量 1 確定進(jìn)給量 根據(jù)表 5 135 高速鋼鉸刀鉸孔時(shí)的進(jìn)給量為 1 0 1 5 故選f 擇進(jìn)給量 f 1 0mm 2 切削速度 及 根據(jù)表 5 135 可知 高速鋼鉸刀鉸孔時(shí)切削速度為 8 14 故vn 選擇切削速度 V 10m min 故機(jī)床轉(zhuǎn)速為 min 9 03514 0rdn 根據(jù)表 5 65 查得選取機(jī)床轉(zhuǎn)速為 100r min 故實(shí)際切削速度 min 9 103514 dv 3 確定鉸孔基本時(shí)間 3 26 fnljLT21 式中 l 22mm 2 1 2 cot211 dDl 45cot8 352l 故 sTj 6 min 0 2 五 鉆 2 13 孔 1 選用 13 的標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆 磨出雙錐和修磨橫刀 2 確定切削用量 1 確定進(jìn)給量 根據(jù)表 5 127 可查出 0 52 0 64mm r 再由表 5 66 選擇f f Z535 鉆床的進(jìn)給量為 0 57mm r 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 24 根據(jù)表 5 64 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的軸向力 15696N 進(jìn)給量為 0 11 1 6 maxF 由于所選擇的進(jìn)給量 介于 0 11 1 6 故所選 可用 f f 2 確定鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和耐用度 由表 5 130 可查得鉆頭的后刀面最大磨損限度為 0 5 0 8 故選擇后刀面最大磨 損限度為 0 6 鉆頭的刀具壽命為 T 60min 3 確定切削速度 v 進(jìn)給力 轉(zhuǎn)矩fFcM 由表 2 13 鉆孔時(shí)的切削速度計(jì)算公式為 3 27 vyxpm zvckfaTdC0 式中 11 1 0 25 1 0 0 125 0 1 0 4vCvzvkvxvy 故 13 77m minc 0 157 46031 4 0252 故 n 337 3r min0dv 根據(jù)表 5 65 選擇 Z535 鉆床轉(zhuǎn)速為 275r min 故實(shí)際切削速度為 V 11 23m min 1027534 0nd 由表 2 15 鉆孔時(shí)軸向力計(jì)算公式為 3 28 FyzFf kfdC0 式中 420 1 0 0 8 1 0FCFzyk 故 3482 5N 157 013428 f 由表 2 15 鉆孔時(shí)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為 3 29 MyzckfdC0 式中 0 206 2 0 0 8 1 0MCzMy 故 22 2N m 157 01326 08 2c 5 校驗(yàn)機(jī)床功率 由表 2 15 切削功率 為cP 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 25 0 64kw03dvMPcc 132 機(jī)床的有效功率為 4 5 0 81 3 65kw 由于 故所選的鉆削用量可用 即cP min 23 1in 275 5 0 130 rvrmfd 相應(yīng)地 kwPNMFccf 64 0 482 5 鉆孔基本時(shí)間的確定 3 30 fnljLT21 式中 l 20mm 8 5 2 1 cot21 Dl 45cot32l 故 sTj min0 75 082 故鉆 2 13 孔所需基本時(shí)間 T 2 24s jT 第 4 章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 4 1 機(jī)床夾具介紹 夾具是一種能夠使工件按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝備 它廣 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 26 泛地運(yùn)用于機(jī)械加工 檢測(cè)和裝配等整個(gè)工藝過程中 在現(xiàn)代化的機(jī)械和儀器的制造 業(yè)中 提高加工精度和生產(chǎn)率 降低制造成本 一直都是生產(chǎn)廠家所追求的目標(biāo) 正 確地設(shè)計(jì)并合理的使用夾具 是保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率 從而降低生產(chǎn)成本的重 要技術(shù)環(huán)節(jié)之一 同時(shí)也擴(kuò)大各種機(jī)床使用范圍必不可少重要手段 4 1 1 機(jī)床夾具的定位及夾緊 1 概述 在機(jī)械制造中 用于裝夾工件 和引導(dǎo)刀具 的裝置 稱為夾具 它是用來(lái)固定 加工對(duì)象 使之占有正確位置 以接受施工或檢測(cè)的裝置 機(jī)床夾具的概念 在機(jī)械加工過程中 為了保證加工精度 首先要使工件在機(jī)床上占有正確的位置 確定工件在機(jī)床上或夾具中占有正確的位置的過程 稱為工件的定位 定位后將其固 定 使其在加工過程中始終保持定位位置不變的操作稱為夾緊 工件在機(jī)床或夾具上 定位 夾緊的過程稱為工件的裝夾 用以裝夾工件的裝置稱為機(jī)床夾具 簡(jiǎn)稱夾具 機(jī)床夾具的組成 機(jī)床夾具的基本組成部分 定位裝置 該裝置由定位元件組合而成 其作用是確定工件在夾具中的正確位置 夾緊裝置 該裝置的作用是將工件壓緊夾牢 并保證工件在加工的過程中正確位置不變 夾具體 夾具體是夾具的基本骨架 通過它將夾具所有的元件構(gòu)成一個(gè)整體 2 機(jī)床夾具的其他特殊元件或裝置 連接元件 根據(jù)機(jī)床的特點(diǎn) 夾具在機(jī)床上的安裝連接常有兩種形式 一種是安裝在機(jī)床工 作臺(tái)上 另一種是安裝在機(jī)床主軸上 連接元件用以確定夾具本身在機(jī)床上的位置 如機(jī)床夾具所使用的過渡盤 銑床夾具所使用的定向鍵等 都是連接元件 對(duì)刀元件 常用在普通銑床夾具中 用對(duì)刀快調(diào)整銑刀加工前的位置 對(duì)刀時(shí) 銑刀不與對(duì) 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 27 刀快直接接觸 而用塞尺進(jìn)行檢查 以免碰傷銑刀的切削刃和對(duì)刀快工作表面 導(dǎo)向元件 常用在鉆床 鏜床夾具中 用鉆套和鏜套引導(dǎo)刀具加工中的正確位置 其他元件或裝置 根據(jù)加工需要 有些夾具還分別采用分度裝置 靠模裝置 上下料裝置 預(yù)出器 個(gè)平衡快等 這些元件或裝置需要專門設(shè)計(jì) 3 機(jī)床夾具的分類 根據(jù)機(jī)床夾具的通用化程度 可將夾具分為以下幾種 通用夾具 專用夾具 成 組夾具 組合夾具 隨行夾具 其中專用夾具是針對(duì)某一種工件的某道工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)的夾具 所以結(jié)構(gòu)緊湊 操 作迅速方便 專用夾具通常由使用廠根據(jù)要求自行設(shè)計(jì)與制造 專用夾具定位精度高 一批工件加工或所得尺寸穩(wěn)定 互換性高 并且可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 節(jié)省工時(shí) 顯著 提高效率 另外利用專用夾具還可以擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍 但專用夾具是為滿足某個(gè) 工件某道工序的加工需要而專門設(shè)計(jì)的 所以它的適用范圍較窄 此外 專用夾具的 設(shè)計(jì)制造周期較長(zhǎng) 當(dāng)產(chǎn)品更換時(shí) 往往因無(wú)法再使用而報(bào)廢 因此 專用夾具主要 適用于產(chǎn)品品種相對(duì)穩(wěn)定的大批大量生產(chǎn) 4 機(jī)床夾具在機(jī)械加工中的作用 夾具是機(jī)械加工中的一種工藝裝備 它在生產(chǎn)中起的作用很大 所以在機(jī)械加工 中的應(yīng)用十分廣泛 歸納起來(lái)有以下幾個(gè)方面的作用 保證工件的加工精度 由于采用夾具安裝 可以準(zhǔn)確地確定工件與機(jī)床 刀具之間的相互位置 所以在 機(jī)械加工中 可以保證工件各個(gè)表面的相互位置精度 使其不受或不受各種主觀因素 的影響 容易獲得較高的加工精度 并使一批工件的精度穩(wěn)定 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低加工成本 采用夾具使工件裝夾方便 免去工件逐個(gè)找正對(duì)刀所花費(fèi)的時(shí)間 因此可以縮短 輔助時(shí)間 另外 采用夾具裝夾或 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 對(duì)操作工人的技術(shù)水平的要求可 以降低 有利于提高生產(chǎn)率和降低成本 擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍和改變機(jī)床用途 使用專用夾具可以改變?cè)瓩C(jī)床的用途和擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍 實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能 這 是在生產(chǎn)條件有限的也器中常用的一種技術(shù)改造措施 例如 在車床或搖臂鉆床上安 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 28 裝鏜摸夾具后 就可以對(duì)箱體孔系進(jìn)行鏜削加工 一充分發(fā)揮通用機(jī)床的作用 改善勞動(dòng)條件和保證生產(chǎn)安全 使用專用機(jī)床夾具可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 改善勞動(dòng)條件 保證安全生產(chǎn) 4 1 2 工件的裝夾方式 工件在機(jī)床上的裝夾方式有以下三種方法 1 直接找正法 在機(jī)床上根據(jù)工件上有關(guān)基準(zhǔn)直接找正工件 使工件獲得加工的正確位置的方法 直接找正法的定位精度和工作效率 取決于被找工件表面的精度 找正方法和所 用工具及工人的技術(shù)水平 此法一般多用于單件小批生產(chǎn)和精度要求特別高的場(chǎng)合 2 劃線找正法 在機(jī)床上按毛坯或工件上所劃線找正工件 使工件獲得正確位置的方法 此法由于受到劃線精度的限制 定位精度比較低 多用于單件小批量生產(chǎn) 毛坯 精度較低以及大型零件等不使用夾具的粗加工中 3 用夾具裝夾 即通過夾具上的定位元件使工件相對(duì)于刀具及機(jī)床獲得正確位置的方法 此法使工件定位迅速方便 定位精度較高 廣泛用于成批和大量生產(chǎn) 上述用裝夾工件的方法有以下幾個(gè)特點(diǎn) 1 工件在夾具中的定位 是通過工件上的定位基準(zhǔn)與夾具上的定位元件相接觸而 實(shí)現(xiàn)的 由于夾具預(yù)先在機(jī)床上已調(diào)整好位置 也有在加工過程中再進(jìn)行找正的 因此 工件通過夾具相對(duì)于機(jī)床也就有了正確的位置 通過夾具上的對(duì)刀裝置 保證了工件加工表面相對(duì)于刀具的正確位置 4 1 3 工件的定位 1 工件定位的基本原理 工件裝夾在機(jī)床上必須使工件相對(duì)于刀具和機(jī)床處于正確的加工位置 它包括工 件在夾具的定位 夾具在機(jī)床上的安裝以及夾具相對(duì)于刀具和整個(gè)工藝系統(tǒng)的調(diào)整等 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 29 工作過程 在使用夾具的情況下 就要使機(jī)床 刀具 夾具和工件之間保持正確的加 工位置 顯然 工件的定位是其中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié) 1 六點(diǎn)定位原則 定位 就是限制自由度 通常是用一個(gè)支承點(diǎn)限制工件的一個(gè)自由度 用合理設(shè) 置的六個(gè)支承點(diǎn) 限制工件的六個(gè)自由度 使工件在夾具中的位置完全確定 這就是 工件定位的 六點(diǎn)定位原則 工件定位中可能出現(xiàn)的集中情況 完全定位 六個(gè)支承點(diǎn)限制了工件的全部自由度 稱為完全定位 不完全定位 根據(jù)工件的加工要求 并不需要限制工件的全部自由度 這樣的定位 稱為不完 全定位 欠定位 根據(jù)工件的加工要求 應(yīng)該限制的自由度沒有被限制的定