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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 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 對嚴格的工件 該夾具在機械加工工件的位置會受夾具點的局部彈性變形的強 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)用沒有討論機械加工刀具路徑負載有限序列 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 受到準靜態(tài)負載 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?shù)刈幼鴺讼登芯€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 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 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 值認定是 0 94 2 夾緊力優(yōu)化 我們的目標是確定最優(yōu)夾緊力 將盡量減少由于工件剛體運動過程中 局 部的夾緊和加工負荷引起的彈性變形 同時保持在準靜態(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)這個目標是通過制 定一個多目標約束優(yōu)化問題的問題 如下描述 2 1 目標函數(shù)配方 工件旋轉(zhuǎn) 由于部隊輪換往往是相當小 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準 但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差 當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參考文獻 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充的夾緊力優(yōu)化的第 二個目標函數(shù) 并給出 最小化 10 222iiiL CL CL Cx 111FFUW kkyziii TQ 其中 代表機構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補 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 多目標優(yōu)化問題可以通過求解約束 24 這種方法將確定的目標 作為首要職能之一 并將其轉(zhuǎn)換成一個約束對 該補充 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 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 佳的加工負荷獲得將由圖 4 算法獲得 這大大增加了計算負擔 并要求為選擇 的夾緊力提供標準 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)的進給速度中 刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次 負載向量引入的誤差可忽略 因此 在這項工作中 四個載體負載適用于同一位置 但不是同時 對工件進 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 負荷情況下力的大小 是計算每個負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 準靜態(tài) 加工負荷應(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 坐標變換定理 TiirXYZ 可以用來表達在工件的位移 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?shù)卦诘?i 幀相聯(lián)系的全球坐標系和 是一個1iR wcR 旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標系的定位坐標系 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荷造成的變形 意 Tiz 0iz 味著凈壓縮變形 而負數(shù)則代表拉伸變形 是表示在本地坐標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)對外加工負荷 故在法線方向的夾緊力的強度保持不變 因此 必須對方程 24 的夾緊點進行修改為 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)用于工件負載準靜態(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 26 對加工瞬時銑削力條件進行了計算 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載載體最后的夾緊力和負載 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)補充能量算法獲得 由于夾緊力和負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 負載到工件 他應(yīng)用于工件銑削負載一個序列 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 相當大的加權(quán)范數(shù) 故 是一個inPopt 2LoptP 完整的刀具路徑改進方案 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 國際機床制造 碩士論文 1998 9 Y C Chou V Chandru M M Barash 加工夾具機械構(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 最大負荷標準 美國 ASME 工業(yè)工程雜志 1994 13 E C DeMeter 加工夾具最大負荷的性能優(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 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 2013 年 9 月 19 日 畢業(yè)設(shè)計 論 文 題 目 錐 軸 工 藝 及 鉆 3 斜 油 孔 夾 具 設(shè) 計 題目來源 自 擬 指 導(dǎo) 教 師 周 剛 職 稱 講 師 所 在 部 門 機 械 技 術(shù) 學(xué) 院 學(xué) 生 姓 名 陳 鑫 超 學(xué) 號 03 班 級 機 制 11133 所 屬 院 系 專 業(yè) 機 制 外語翻譯要求 翻譯后中文字數(shù)約 2500 字左右 內(nèi)容與課題相關(guān) 課 題 需 要 完 成 的 任 務(wù) 工 程 設(shè) 計 類 課 題 根 據(jù) 導(dǎo) 師 下 達 的 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 查 閱 相 關(guān) 設(shè) 計 資 料 不 少 于5 本 綜 合 應(yīng) 用 所 學(xué) 的 專 業(yè) 知 識 填 寫 開 題 報 告 根 據(jù) 任 務(wù) 設(shè) 計 完 成 零 件 的 加 工 工 藝 與 配 套 夾 具 具 體 為 1 繪 制 零 件 圖 及 毛 坯 零 件 綜 合 圖 各 一 張 2 編 制 機 加 工 工 藝 文 件 三 卡 全 套 3 繪 制 夾 具 裝 配 圖 及 全 套 夾 具 非 標 準 零 件 圖 4 編 寫 設(shè) 計 說 明 書 15000 字 序 號 內(nèi) 容 時 間 安 排 1 查 閱 相 關(guān) 設(shè) 計 資 料 填 寫 開 題 報 告 2013 9 23 9 29 2 工 藝 規(guī) 程 設(shè) 計 2013 9 30 10 11 3 編 制 三 卡 2013 10 14 11 1 4 工 裝 夾 具 設(shè) 計 2013 11 4 11 8 5 編 寫 說 明 書 完 成 專 外 翻 譯 2013 11 11 11 15 課 題 計 劃 安 排 計 劃 答 辯 時 間 2013 年 11 月 20 日 答 辯 提 交 資 料 2013 年 11 月 15 日 教 研 室 主 任 審 核 意 見 簽 名 I XX 大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 錐軸工藝及鉆 3 孔夾具設(shè)計 所 在 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 老 師 年 月 日 II 摘 要 錐軸零件加工工藝及鉆床夾具設(shè)計是包括零件加工的工藝設(shè)計 工序設(shè)計以及專 用夾具的設(shè)計三部分 在工藝設(shè)計中要首先對零件進行分析 了解零件的工藝再設(shè)計 出毛坯的結(jié)構(gòu) 并選擇好零件的加工基準 設(shè)計出零件的工藝路線 接著對零件各個 工步的工序進行尺寸計算 關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量 然后進行 專用夾具的設(shè)計 選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件 如定位元件 夾緊元件 引導(dǎo)元 件 夾具體與機床的連接部件以及其它部件 計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差 分 析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處 并在以后設(shè)計中注意改進 關(guān)鍵詞 工藝 工序 切削用量 夾緊 定位 誤差 III 目 錄 摘 要 II 目 錄 III 第 1 章 緒論 1 1 1 機械加工工藝概述 1 1 2 機械加工工藝流程 1 1 3 夾具概述 2 1 4 機床夾具的功能 2 1 5 機床夾具的發(fā)展趨勢 3 1 5 1 機床夾具的現(xiàn)狀 3 1 5 2 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 3 第 2 章 零件的分析 5 2 1 零件的形狀 5 2 2 零件的工藝分析 6 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計 7 3 1 確定毛坯的制造形式 7 3 2 基面的選擇 7 3 3 制定工藝路線 7 3 3 1 工藝路線方案一 7 3 3 2 工藝路線方案二 8 3 3 3 工藝方案的比較與分析 9 3 4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 10 3 4 1 機床選用 10 3 4 2 選擇刀具 10 3 4 3 選擇量具 10 3 5 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 10 3 6 確定切削用量及基本工時 13 3 7 時間定額計算及生產(chǎn)安排 23 IV 第 4 章 鉆 3 孔夾具設(shè)計 28 4 1 定位基準的選擇 28 4 2 切削力的計算與夾緊力分析 28 4 3 夾緊元件及動力裝置確定 28 4 4 鉆套 襯套及夾具體設(shè)計 29 4 5 夾具精度分析 31 總 結(jié) 32 致 謝 33 參 考 文 獻 34 1 第 1 章 緒論 1 1 機械加工工藝概述 機械加工工藝是指用機械加工的方法改變毛坯的形狀 尺寸 相對位置和性質(zhì)使 其成為合格零件的全過程 加工工藝是工人進行加工的一個依據(jù) 一個普通零件的加工工藝流程是粗加工 精加工 裝配 檢驗 包裝 就是個加工的 籠統(tǒng)的流程 機械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟 采用機械加工的方法 直接 改變毛坯的形狀 尺寸和表面質(zhì)量等 使其成為零件的過程稱為機械加工工藝過程 比如 上面說的 粗加工可能包括毛坯制造 打磨等等 精加工可能分為車 鉗 工 銑床 等等 每個步驟就要有詳 細的數(shù)據(jù)了 比如粗糙度要達到多少 公差要達 到多少 機械加工工藝就是在流程的基礎(chǔ)上 改變生產(chǎn)對象的形狀 尺寸 相對位置 和性質(zhì)等 使其成為成品 或半成品 是每個步驟 每個流程的詳細說明 總的來說 加工工藝是每個步驟的詳細參數(shù)工藝流程是綱領(lǐng) 工藝規(guī)程是某個廠 根據(jù)實際情況編寫的特定的加工工藝 1 2 機械加工工藝流程 機械加工工藝規(guī)程一般包括以下內(nèi)容 工件加工的工藝路線 各工序的具體內(nèi)容 及所用的設(shè)備和工藝裝備 工件的檢驗項目及 檢驗方法 切削用量 時間定額等 制訂工藝規(guī)程的步驟 1 計算年生產(chǎn)綱領(lǐng) 確定生產(chǎn)類型 2 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖 對零件進行工藝分析 3 確定各工序的加工余量 計算工序尺寸及公差 4 確定各工序所用的設(shè)備及刀具 夾具 量具和輔助工具 5 填寫工藝文件 6 選擇毛坯 7 擬訂工藝路線 8 確定切削用量及工時定額 8 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法 在制訂工藝規(guī)程的過程中 往往要對前面已初步確定的內(nèi)容進行調(diào)整 以提高經(jīng) 2 濟效益 在執(zhí)行工藝規(guī)程過程中 可能會出現(xiàn)前所未料的情況 如生產(chǎn)條件的變化 新技術(shù) 新工藝的引進 新材料 先進設(shè)備的應(yīng)用等 都要求及時對工藝規(guī)程進行修 訂和完善 1 3 夾具概述 現(xiàn)代生產(chǎn)中 機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備 它直接影響著加工的精度 勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等 在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準備中占有 極其重要的地位 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備 它廣泛地應(yīng)用于機械制造過程的切削加工 熱 處理 裝配 焊接和檢測等工藝過程中 在金屬切削機床上使用的夾具統(tǒng)稱為機床夾具 在機床夾具設(shè)計是一項重要的技 術(shù)工作 1 4 機床夾具的功能 在機床上用夾具裝夾工件時 其主要功能是使工件定位和夾緊 1 機床夾具的主要功能 機床夾具的主要功能是裝工件 使工件在夾具中定位和夾緊 1 定位 定位是通過工件定位基準面與夾具定位元件面接觸或配合實現(xiàn)的 確定工件在夾具中占有正確位置的過程 正確的定位可以保證工件加工的尺寸和 位置精度要求 2 夾緊 由于工件在加工時 受到各種力的作用 若不將工件固定 則工件會松動 脫落 工件定位后將其固定 使其在加工過程中保持定位位置不變的操作 因此 夾緊為工 件提供了安全 可靠的加工條件 2 機床夾具的特殊功能 機床夾具的特殊功能主要是對刀和導(dǎo)向 1 對刀 如銑床夾具中的對刀塊 它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置 調(diào)整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置 2 導(dǎo)向 導(dǎo)向元件制成模板形式 故鉆床夾具常稱為鉆模 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套 能迅速地確定鉆頭的位置 3 并引導(dǎo)其進行鉆削 鏜床夾具 鏜模 也具有導(dǎo)向功能 1 5 機床夾具的發(fā)展趨勢 隨著科學(xué)技術(shù)的巨大進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高 夾具已從一種輔助工具發(fā)展 成為門類齊全的工藝裝備 1 5 1 機床夾具的現(xiàn)狀 數(shù)控機床 NC 加工中心 MC 成組技術(shù) GT 柔性制造系統(tǒng) FMS 等新技 術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代 以適應(yīng)市場激烈的競爭 特別是近年來 對機床夾具提出了如下新的要求 1 適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具 2 能裝夾一組具有相似性特征的工件 3 提高機床夾具的標準化程度 4 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn) 以縮短生產(chǎn)準備周期 降低生產(chǎn)成本 5 適用于精密加工的高精度機床夾具 6 采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置 以進一步提高勞動生產(chǎn)率 1 5 2 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化 精密化 高效化 柔性化四個方面 標準化 機床夾具的標準化 有利于夾具的商品化生產(chǎn) 有利于縮短生產(chǎn)準備周期 降低 生產(chǎn)總成本 目前我國已有夾具零件及部件的國家標準 GB T2148 T2259 91 以及各類通用夾 具 組合夾具標準等 夾具的標準化階段是通用化的深入 主要是確立夾具零件或部件的尺寸系列 為 夾具工作圖的審查創(chuàng)造良好的條件 通用化方法包括夾具 部件 元件 毛壞和材料的通用化 精密化 精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多 隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高 勢必相應(yīng)提高了對 夾具的精度要求 例如用于精密分度的多齒盤 其分度精度可達 0 1 用于精密車削 的高精度三爪卡盤 其定心精度為 5 m 精密心軸的同軸度公差可控制在 1 m 內(nèi) 又 4 如用于軸承套圈磨削的電磁無心夾具 工件的圓度公差可達 0 2 0 5 m 高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間 以提高勞動生產(chǎn)率 減輕工人的勞動強度 常見的高效化夾具有 自動化夾具 高速化夾具 具有夾緊動 力裝置的夾具等 柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似 它是指機床夾具通過調(diào)整 拼裝 組合 等方式 以適應(yīng)可變因素的能力 具有柔性化特征的新型夾具種類主要有 組合夾具 通用可調(diào)夾具 成組夾具 拼裝夾具 數(shù)控機床夾具等 可變因素主要有 工序特征 生產(chǎn)批量 工件的形狀和 尺寸等 在較長時間內(nèi) 夾具的柔性化將是夾具發(fā)展的主要方向 5 第 2 章 零件的分析 2 1 零件的形狀 題目給的零件是錐軸零件 主要作用是起連接作用 零件的實際形狀如上圖所示 從零件圖上看 該零件是典型的零件 結(jié)構(gòu)比較簡 單 具體尺寸 公差如下圖所示 6 2 2 零件的工藝分析 由零件圖可知 其材料為 35 適用于承受較大應(yīng)力和要求耐磨零件 錐軸零件主要加工表面為 1 車外圓及端面 表面粗糙度 值為 3 2 2 車aRm 外圓及端面 表面粗糙度 值 3 2 3 車裝配孔 表面粗糙度 值 3 2 4 半aRm 精車側(cè)面 及表面粗糙度 值 3 2 5 兩側(cè)面粗糙度 a值 6 3 12 5 法 蘭面粗糙度 值 6 3 a 錐軸共有兩組加工表面 他們之間有一定的位置要求 現(xiàn)分述如下 1 左端的加工表面 這一組加工表面包括 大頭端面 16 內(nèi)圓 倒角鉆孔并攻絲 這一部份只有端 面有 6 3 的粗糙度要求 要求并不高 粗車后半精車就可以達到精度要求 而鉆工沒 有精度要求 因此一道工序就可以達到要求 并不需要擴孔 鉸孔等工序 2 小頭端面的加工表面 這一組加工表面包括 小頭端面 50 的外圓 粗糙度為 0 8 30 的外圓 10 度斜面外圓 并帶有倒角 鉆中心孔 其要求也不高 粗車后半精車就可以達到精 度要求 其中 8 的孔或內(nèi)圓直接在上做鏜工就行了 7 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計 本錐軸假設(shè)年產(chǎn)量為 10 萬臺 每臺車床需要該零件 1 個 備品率為 19 廢品率 為 0 25 每日工作班次為 2 班 該零件材料為 35 依據(jù)設(shè)計要求 Q 100000 件 年 n 1 件 臺 結(jié)合生產(chǎn)實際 備品率 和 廢品率 分別取 19 和 0 25 代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領(lǐng) N 2XQn 1 1 238595 件 年 3 1 確定毛坯的制造形式 零件材料為 35 年產(chǎn)量已達成批生產(chǎn)水平 而且零件輪廓尺寸不大 可以采用鍛 造 這從提高生產(chǎn)效率 保證加工精度 減少生產(chǎn)成本上考慮 也是應(yīng)該的 3 2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一 基面選擇的正確與合理 可以使加工 質(zhì)量得到保證 生產(chǎn)效率得以提高 否則 不但使加工工藝過程中的問題百出 更有 甚者 還會造成零件大批報廢 使生產(chǎn)無法正常進行 粗基準的選擇 對像錐軸這樣的零件來說 選好粗基準是至關(guān)重要的 對本零件來 說 如果外圓的端面做基準 則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對稱 按 照有關(guān)粗基準的選擇原則 即當零件有不加工表面時 應(yīng)以這些不加工表面做粗基準 若零件有若干個不加工表面時 則應(yīng)以與加工表面要求相對應(yīng)位置精度較高的不加工 表面做為粗基準 對于精基準而言 主要應(yīng)該考慮基準重合的問題 當設(shè)計基準與工序基準不重合時 應(yīng)該進行尺寸換算 這在以后還要專門計算 此處不在重復(fù) 3 3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點 應(yīng)當是使零件的幾何形狀 尺寸精度及位置精度等技術(shù)要 求能得到合理的保證 在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下 可以考慮采用萬能 性機床配以專用夾具 并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率 除此以外 還應(yīng)當考慮經(jīng)濟 效果 以便使生產(chǎn)成本盡量下降 3 3 1 工藝路線方案一 10 鍛造 鍛造出毛坯 20 熱處理 毛坯熱處理 時效處理 8 30 粗車 粗車小頭端面 粗車外圓 50 粗車外圓 30 粗車外圓 10 度斜面 粗 車各外圓臺階及圓弧圓角 注意各外圓留 1mm 的半精車余量 40 粗車 掉頭 粗車大頭端面 粗車外圓 90 粗車各外圓臺階及圓弧圓角 注意 各外圓留 1mm 的半精車余量 50 熱處理 滲碳 0 8 1 淬火 58 62HRC 60 半精車 半精車小頭端面 半精車外圓 50 半精車外圓 30 半精車外圓 10 度 斜面 半精車各外圓臺階及圓弧圓角 70 半精車 掉頭 半精車大頭端面 半精車外圓 90 半精車各外圓臺階及圓弧圓角 80 半精車 車退刀槽 2X2 到規(guī)定尺寸精度 90 半精車 車螺紋 M30X2 到規(guī)定尺寸精度 100 鉆 鉆中心孔 16 開口部 60 度倒角 110 鉆 鉆中心孔 8 開口部 60 度倒角 120 鉆孔 鉆圓周鉆孔 6 9 130 鉆孔 鉆圓周鉆孔 6 13 140 鉆孔 鉆徑向孔 2 10 150 銑槽 銑油槽 160 鉗 去毛刺 清洗 170 終檢 終檢入庫 3 3 2 工藝路線方案二 10 鍛造 鍛造出毛坯 20 熱處理 毛坯熱處理 時效處理 30 粗車 粗車小頭端面 粗車外圓 50 粗車外圓 30 粗車外圓 10 度斜面 粗 車各外圓臺階及圓弧圓角 注意各外圓留 1mm 的半精車余量 40 粗車 掉頭 粗車大頭端面 粗車外圓 90 粗車各外圓臺階及圓弧圓角 注意 各外圓留 1mm 的半精車余量 50 熱處理 滲碳 0 8 1 淬火 58 62HRC 60 半精車 半精車小頭端面 半精車外圓 50 半精車外圓 30 半精車外圓 10 度 斜面 半精車各外圓臺階及圓弧圓角 70 半精車 掉頭 半精車大頭端面 半精車外圓 90 半精車各外圓臺階及圓弧圓角 80 半精車 車退刀槽 2X2 到規(guī)定尺寸精度 9 90 半精車 車螺紋 M30X2 到規(guī)定尺寸精度 100 鉆 鉆中心孔 16 開口部 60 度倒角 110 鉆 鉆中心孔 8 開口部 60 度倒角 120 鉆孔 鉆圓周鉆孔 6 9 130 鉆孔 鉆圓周鉆孔 6 13 140 鉆孔 鉆徑向孔 2 10 150 銑槽 銑油槽 160 鉗 去毛刺 清洗 170 終檢 終檢入庫 3 3 3 工藝方案的比較與分析 上述兩個方案的特點在于 方案一的定位和裝夾等都比較方便 但是要更換多臺設(shè) 備 加工過程比較繁瑣 而且在加工過程中位置精度不易保證 方案二減少了裝夾次 數(shù) 但是要及時更換刀具 因為有些工序在車床上也可以加工 鏜 鉆孔等等 需要 換上相應(yīng)的刀具 而且在磨削過程有一定難度 要設(shè)計專用夾具 因此綜合兩個工藝 方案 取優(yōu)棄劣 具體工藝過程如下 10 鍛造 鍛造出毛坯 20 熱處理 毛坯熱處理 時效處理 30 粗車 粗車小頭端面 粗車外圓 50 粗車外圓 30 粗車外圓 10 度斜面 粗 車各外圓臺階及圓弧圓角 注意各外圓留 1mm 的半精車余量 40 粗車 掉頭 粗車大頭端面 粗車外圓 90 粗車各外圓臺階及圓弧圓角 注意 各外圓留 1mm 的半精車余量 50 熱處理 滲碳 0 8 1 淬火 58 62HRC 60 半精車 半精車小頭端面 半精車外圓 50 半精車外圓 30 半精車外圓 10 度 斜面 半精車各外圓臺階及圓弧圓角 70 半精車 掉頭 半精車大頭端面 半精車外圓 90 半精車各外圓臺階及圓弧圓角 80 半精車 車退刀槽 2X2 到規(guī)定尺寸精度 90 半精車 車螺紋 M30X2 到規(guī)定尺寸精度 100 鉆 鉆中心孔 16 開口部 60 度倒角 110 鉆 鉆中心孔 8 開口部 60 度倒角 120 鉆孔 鉆圓周鉆孔 6 9 10 130 鉆孔 鉆圓周鉆孔 6 13 140 鉆孔 鉆徑向孔 2 10 150 銑槽 銑油槽 160 鉗 去毛刺 清洗 170 終檢 終檢入庫 3 4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 3 4 1 機床選用 工序 30 40 60 70 80 90 是粗車 粗鏜和半精車 半精鏜 各工序的工步 數(shù)不多 成批量生產(chǎn) 故選用臥式車床就能滿足要求 本零件外輪廓尺寸不大 精度 要求屬于中等要求 選用最常用的 CA6140 臥式車床 參考根據(jù) 機械制造設(shè)計工工藝 簡明手冊 表 4 2 7 工序 100 110 120 130 140 是鉆孔 選用 Z525 搖臂鉆床 工序 150 是銑油槽 從經(jīng)濟角度看 采用 X52K 3 4 2 選擇刀具 在車床上加工的工序 一般選用硬質(zhì)合金車刀和鏜刀 加工刀具選用 YG6 類硬質(zhì) 合金車刀 它的主要應(yīng)用范圍為普通鑄鐵 冷硬鑄鐵 高溫合金的精加工和半精加工 為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟性 可選用可轉(zhuǎn)位車刀 GB5343 1 85 GB5343 2 85 鉆孔時選用高速鋼麻花鉆 參考 機械加工工藝手冊 主編 孟少農(nóng) 第二卷 表 10 21 47 及表 10 2 53 可得到所有參數(shù) 磨具的選用 磨具通常又稱為砂輪 是磨削加工所使用的 刀具 磨具的性能 主要取決于磨具的磨料 結(jié)合劑 粒度 硬度 組織以及砂輪的形狀和尺寸 參考 簡明機械加工工藝手冊 主編 徐圣群 表 12 47 選擇雙斜邊二號砂輪 3 4 3 選擇量具 本零件屬于成批量生產(chǎn) 一般均采用通常量具 選擇量具的方法有兩種 一是按計 量器具的不確定度選擇 二是按計量器的測量方法極限誤差選擇 采用其中的一種方 法即可 3 5 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 錐軸 零件材料為 35 查 機械加工工藝手冊 以后簡稱 工藝手冊 表 11 2 2 17 各種鐵的性能比較 35 硬度 HB 為 143 269 表 2 2 23 球墨鑄鐵的物理性能 35 密度 7 2 7 3 計算零件毛坯的重量約為 2 3cmg kg 表 3 1 機械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì) 同類零件的年產(chǎn)量 件 生產(chǎn)類別 重型 零件重 2000kg 中型 零件重 100 2000kg 輕型 零件重 100kg 單件生產(chǎn) 5 以下 10 以下 100 以下 小批生產(chǎn) 5 100 10 200 100 500 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 以上 5000 以上 50000 以上 根據(jù)所發(fā)的任務(wù)書上的數(shù)據(jù) 該零件的月工序數(shù)不低于 30 50 毛坯重量 2 120 250 6 04 0 頂 側(cè)面 底 面 鑄孔的機械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機械加工余量選擇 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械加工余量 工序尺寸及 毛坯尺寸 13 3 6 確定切削用量及基本工時 切削用量一般包括切削深度 進給量及切削速度三項 確定方法是先是確定切削深 度 進給量 再確定切削速度 現(xiàn)根據(jù) 切削用量簡明手冊 第三版 艾興 肖詩綱 編 1993 年機械工業(yè)出版社出版 確定本零件各工序的切削用量所選用的表格均加以 號 與 機械制造設(shè)計工工藝簡明手冊 的表區(qū)別 3 6 1 工序 粗車小頭端面 粗車外圓 50 粗車外圓 30 粗車外圓 10 度斜面 粗車各外圓 臺階及圓弧圓角 注意各外圓留 1mm 的半精車余量 3 6 1 1 確定粗車小頭端面的切削用量 所選刀具為 YG6 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀 根據(jù) 切削用量簡明手冊 表 1 1 由于 CA6140 機床的中心高為 200 表 1 30 故選刀桿尺寸 刀片mHB m2516 厚度為 選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面 前角 后角 m5 4 0V0 主偏角 副偏角 刃傾角 刀尖圓弧半徑 06vK09 vK01s 0sr8 確定切削深度 pa 由于單邊余量為 3MM 可在一次走刀內(nèi)完成 故 3 1 pm3 確定進給量 f 根據(jù) 切削加工簡明實用手冊 可知 表 1 4 刀桿尺寸為 工件直徑 400 之間時 1625 pa4 10 進給量 0 5 1 0frm 按 CA6140 機床進給量 表 4 2 9 在 機械制造工藝設(shè)計手冊 可知 0 7f 確定的進給量尚需滿足機床進給機構(gòu)強度的要求 故需進行校驗根據(jù)表 1 30 CA6140 機床進給機構(gòu)允許進給力 3530 maxFN 根據(jù)表 1 21 當強度在 174 207 時 HBSp4 f75 0rmrK 時 徑向進給力 950 045RFN 切削時 的修正系數(shù)為 1 0 1 0 1 17 表 1 29 2 故實際f rofKsFf krFfK 進給力為 950 1111 5 3 f17 N 2 由于切削時進給力小于機床進給機構(gòu)允許的進給力 故所選 可用 frm7 0 14 選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據(jù) 切削用量簡明使用手冊 表 1 9 車刀后刀面最大磨損量取為 車刀m5 1 壽命 Tmin60 確定切削速度 0V 切削速度可根據(jù)公式計算 也可直接有表中查出 根據(jù) 切削用量簡明使用手冊 表 1 11 當 硬質(zhì)合金刀加工硬度 200 2196YG 的鑄件 切削速度 HBSpa4 frm75 Vmin3 切削速度的修正系數(shù)為 1 0 0 92 0 8 1 0 1 0 見表tvKvsvKTvKv 1 28 故 tVv 63 3 0 0 184 920 1 3 min48 120 3 nDc 1127 ir 4 根據(jù) CA6140 車床說明書選擇 1250nmir 這時實際切削速度 為 cV 3 1cD 01257 min 5 校驗機床功率 切削時的功率可由表查出 也可按公式進行計算 由 切削用量簡明使用手冊 表 1 25 HBS160245pam3 f 切削速度 時 rm75 0min50V CPKW7 1 切削功率的修正系數(shù) 0 73 0 9 故實際切削時間的功率為 krcPcr0 1 7 1 2 3 3 6 根據(jù)表 1 30 當 時 機床主軸允許功率為 故所nmi125r EPKW9 5C EP 選切削用量可在 CA6140 機床上進行 最后決定的切削用量為 3 75 paf7 0ni125rsr08 Vmin0 15 倒角 為了縮短輔助時間 取倒角時的主軸轉(zhuǎn)速與鉆孔相同 srn28 3 換車刀手動進給 計算基本工時 3 nflt 7 式中 m127Lly l 由 切削用量簡明使用手冊 表 1 26 車削時的入切量及超切量 y 則 m1 1278 3 8 mt7 01258 in46 3 6 2 工序 掉頭 粗車大頭端面 粗車外圓 90 粗車各外圓臺階及圓弧圓角 注意各外圓 留 1mm 的半精車余量 本工序仍為粗車 已知條件與工序相同 車端面及倒角 可采用工序 相同的可轉(zhuǎn) 位車刀 3 6 1 1 確定粗車小頭端面的切削用量 所選刀具為 YG6 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀 根據(jù) 切削用量簡明手冊 表 1 1 由于 CA6140 機床的中心高為 200 表 1 30 故選刀桿尺寸 刀片mHB m2516 厚度為 選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面 前角 后角 m5 4 0V0 主偏角 副偏角 刃傾角 刀尖圓弧半徑 06vK09 vK01s 0sr8 確定切削深度 pa 由于單邊余量為 3MM 可在一次走刀內(nèi)完成 故 3 1 pm3 確定進給量 f 根據(jù) 切削加工簡明實用手冊 可知 表 1 4 刀桿尺寸為 工件直徑 400 之間時 1625 pa4 10 進給量 0 5 1 0frm 按 CA6140 機床進給量 表 4 2 9 在 機械制造工藝設(shè)計手冊 可知 0 7f 16 確定的進給量尚需滿足機床進給機構(gòu)強度的要求 故需進行校驗根據(jù)表 1 30 CA6140 機床進給機構(gòu)允許進給力 3530 maxFN 根據(jù)表 1 21 當強度在 174 207 時 HBSp4 f75 0rmrK 時 徑向進給力 950 045RFN 切削時 的修正系數(shù)為 1 0 1 0 1 17 表 1 29 2 故實際f rofKsFf krFfK 進給力為 950 1111 5 3 f17 N 2 由于切削時進給力小于機床進給機構(gòu)允許的進給力 故所選 可用 frm7 0 選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據(jù) 切削用量簡明使用手冊 表 1 9 車刀后刀面最大磨損量取為 車刀5 1 壽命 Tmin60 確定切削速度 0V 切削速度可根據(jù)公式計算 也可直接有表中查出 根據(jù) 切削用量簡明使用手冊 表 1 11 當 硬質(zhì)合金刀加工硬度 200 2196YG 的鑄件 切削速度 HBSpa4 frm75 Vmin3 切削速度的修正系數(shù)為 1 0 0 92 0 8 1 0 1 0 見表tvKvsvKTvKv 1 28 故 tVv 63 3 0 0 184 920 1 3 min48 120 3 nDc 1127 ir 4 根據(jù) CA6140 車床說明書選擇 1250nmir 這時實際切削速度 為 cV 3 1cD 01257 min 5 校驗機床功率 切削時的功率可由表查出 也可按公式進行計算 17 由 切削用量簡明使用手冊 表 1 25 HBS160245pam3 f 切削速度 時 rm75 0min50V CPKW7 1 切削功率的修正系數(shù) 0 73 0 9 故實際切削時間的功率為 krcPcr0 1 7 1 2 3 3 6 根據(jù)表 1 30 當 時 機床主軸允許功率為 故所nmi125r EPKW9 5C EP 選切削用量可在 CA6140 機床上進行 最后決定的切削用量為 3 75 paf7 0ni125rsr08 Vmin0 倒角 為了縮短輔助時間 取倒角時的主軸轉(zhuǎn)速與鉆孔相同 srn8 3 采用工序 確定切削用量的方法 得本工序的切削用量及基本時間如下 a 2 5 f 0 65 n 3 8 v 50 4 T 56pmmsrminis 3 6 3 工序 半精車小頭端面 半精車外圓 50 半精車外圓 30 半精車外圓 10 度斜面 半 精車各外圓臺階及圓弧圓角 3 6 3 1 確定切削用量 所選刀具為 YG6 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀 根據(jù) 切削用量簡明手冊 表 1 1 由于 C602 1 機床的中心高為 200 表 1 30 故選刀桿尺寸 刀mHB m2516 片厚度為 選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面 前角 后角5 4 0V 主偏角 副偏角 刃傾角 刀尖圓弧半徑 0 6vK09 vK01s 0sr8 確定切削深度 pa 由于單邊余量為 可在一次走刀內(nèi)完成 故 2 p5 m21 確定進給量 f 根據(jù) 切削加工簡明實用手冊 可知 表 1 4 刀桿尺寸為 工件直徑 400 之間時 m1625 pa4 10 進給量 0 5 1 0frm 按 CA6140 機床進給量 表 4 2 9 在 機械制造工藝設(shè)計手冊 可知 0 7f 18 確定的進給量尚需滿足機床進給機構(gòu)強度的要求 故需進行校驗根據(jù)表 1 30 CA6140 機床進給機構(gòu)允許進給力 3530 maxFN 根據(jù)表 1 21 當強度在 174 207 時 HBSp4 f75 0rmrK 時 徑向進給力 950 045RFN 切削時 的修正系數(shù)為 1 0 1 0 1 17 表 1 29 2 故實際f rofKsFf krFfK 進給力為 950 1111 5 由f17 N 于切削時進給力小于機床進給機構(gòu)允許的進給力 故所選 可用 frm7 0 選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據(jù) 切削用量簡明使用手冊 表 1 9 車刀后刀面最大磨損量取為 車刀5 1 壽命 Tmin60 確定切削速度 0V 切削速度可根據(jù)公式計算 也可直接有表中查出 根據(jù) 切削用量簡明使用手冊 表 1 11 當 硬質(zhì)合金刀加工硬度 200 21915YT 的鑄件 切削速度 HBSpa4 frm75 Vmin63 切削速度的修正系數(shù)為 1 0 0 92 0 8 1 0 1 0 見表tvKvsvKTvKv 1 28 故 tVv 63 3 0 0 184 920 1 12 min48 120 3 nDc 127 ir 13 根據(jù) CA6140 車床說明書選擇 1250nmir 這時實際切削速度 為 cV 3 1cD 01257 min 14 校驗機床功率 切削時的功率可由表查出 也可按公式進行計算 由 切削用量簡明使用手冊 表 1 25 HBS160245pam3 f 19 切削速度 時 rm75 0min50V CPkw7 1 切削功率的修正系數(shù) 0 73 0 9 故實際切削時間的功率為 rcPcrK0 1 7 1 2 3 k 根據(jù)表 1 30 當 時 機床主軸允許功率為 故所ni125EPkw9 5C EP 選切削用量可在 CA6140 機床上進行 最后決定的切削用量為 1 25 pamfr7 0nmi125rsr08 Vmin0 計算基本工時 3 flt 15 式中 m127Lly l 由 切削用量簡明使用手冊 表 1 26 車削時的入切量及超切量 y 則 m1 126 128 mt 05 in41 3 6 4 工序 掉頭 半精車大頭端面 半精車外圓 90 半精車各外圓臺階及圓弧圓角 本工序仍半精車 確定切削用量 所選刀具為 YG6 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀 根據(jù) 切削用量簡明手冊 表 1 1 由于 C602 1 機床的中心高為 200 表 1 30 故選刀桿尺寸 刀mHB m2516 片厚度為 選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面 前角 后角5 4 0V 主偏角 副偏角 刃傾角 刀尖圓弧半徑 0 6vK09 vK01s 0sr8 確定切削深度 pa 由于單邊余量為 可在一次走刀內(nèi)完成 故 2 p5 m21 確定進給量 f 根據(jù) 切削加工簡明實用手冊 可知 表 1 4 刀桿尺寸為 工件直徑 400 之間時 m1625 pa4 10 進給量 0 5 1 0frm 按 CA6140 機床進給量 表 4 2 9 在 機械制造工藝設(shè)計手冊 可知 20 0 7frm 確定的進給量尚需滿足機床進給機構(gòu)強度的要求 故需進行校驗根據(jù)表 1 30 CA6140 機床進給機構(gòu)允許進給力 3530 axFN 根據(jù)表 1 21 當強度在 174 207 時 HBSpm4 f75 0rrK 時 徑向進給力 950 045RFN 切削時 的修正系數(shù)為 1 0 1 0 1 17 表 1 29 2 故實際f rofKsFf krFfK 進給力為 950 1111 5 由f17 N 于切削時進給力小于機床進給機構(gòu)允許的進給力 故所選 可用 frm7 0 選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據(jù) 切削用量簡明使用手冊 表 1 9 車刀后刀面最大磨損量取為 車刀5 1 壽命 Tmin60 確定切削速度 0V 切削速度可根據(jù)公式計算 也可直接有表中查出 根據(jù) 切削用量簡明使用手冊 表 1 11 當 硬質(zhì)合金刀加工硬度 200 21915YT 的鑄件 切削速度 HBSpa4 frm75 Vmin63 切削速度的修正系數(shù)為 1 0 0 92 0 8 1 0 1 0 見表tvKvsvKTvKv 1 28 故 tVv 63 3 0 0 184 920 1 12 min48 120 3 nDc 127 ir 13 根據(jù) CA6140 車床說明書選擇 1250nmir 這時實際切削速度 為 cV 3 1cD 01257 min 14 校驗機床功率 切削時的功率可由表查出 也可按公式進行計算 21 由 切削用量簡明使用手冊 表 1 25 HBS160245pam3 f 切削速度 時 rm75 0min50V CPkw7 1 切削功率的修正系數(shù) 0 73 0 9 故實際切削時間的功率為 rcPcrK0 1 7 1 2 3 k 根據(jù)表 1 30 當 時 機床主軸允許功率為 故所ni125EPkw9 5C EP 選切削用量可在 CA6140 機床上進行 最后決定的切削用量為 1 25 pamfr7 0nmi125rsr08 Vmin0 計算基本工時 3 flt 15 式中 m127Lly l 由 切削用量簡明使用手冊 表 1 26 車削時的入切量及超切量 y 則 m1 126 128 mt 05 in41 工序 13 鉆 8 16mm 孔 鉆孔 8 選用 Z525 搖臂機床 刀具選用 GB1436 85 鉆16 鉆孔進給量為 0 20 0 35 rm 則取 f30 確定加工速度 根據(jù) 工藝手冊 加工速度計算公式為 in0kfaTdcvvyxpmzv 查得為 刀具耐用度 T 35125 0 25 1 8 zcvvvv min 則 1 65 0125 0 2 3378 min 故 72n4 6inr 選取 mi120 故實際速度為 2 647 3 vin 22 確定加工時間 一個孔 ts203 8 工序 14 鉆 9 13mm 孔 本工序采用計算法 表 3 6 標準高速鋼麻花鉆的全長和溝槽的長度 從 gb6137 85 直柄麻花鉆直徑范圍 l l1 11 80 13 20 151 101 表 3 7 主要幾何麻花鉆 根據(jù) GB6137 85 d mm 2 f 8 6 18 0 0 30 118 12 40 60 表 3 8 鉆頭 鉆鉸刀磨損標準和耐久性 1 后刀面最大磨損限度 mm 鉆頭 直徑 d0 mm 刀具材料 加工材料 20 高速鋼 鑄鐵 0 5 0 8 2 刀具耐用度 T min 刀具直徑 d0 mm 刀具類型 加工材料 刀具材料 11 20 鉆孔 擴孔 鑄鐵 銅合 金及合金 高速鋼 60 鉆頭磨損 0 5 0 8mm 刀具耐用度 T 60 min 確定進給量 查 工藝手冊 鉆孔的進給量為 f 0 25 0 65 進給量取 f 0 60 zmrm 確定加工速度 灰鑄鐵 190HBS 上鉆孔的加工速度軸向力 扭矩及功率得 V 12 in 23 V 12 10 32 3 17 85 0 min 則 131 3 minr 18 查表 4 2 12 可知 取 n 150 ir 則實際加工速度 11 8v實 n 工序 150 銑油槽 切削深度 pa1 5m 根據(jù)參考文獻 3 表 查得 進給量 根據(jù)參考文獻 1 表2476 0 8 famz 查得切削速度 302 3 inV 機床主軸轉(zhuǎn)速 n 1045 in 160rd 按照參考文獻 3 表 3 1 74 取 7 實際切削速度 v3 0 nms 進給量 fV0 824 5 61 39ffaZ 工作臺每分進給量 m8 infVs 被切削層長度 由毛坯尺寸可知 l 0lm 刀具切入長度 1 0 5 2 lD 81mm 刀具切出長度 取2l 走刀次數(shù)為 1 機動時間 2jt12081 23min 6jmlf 本工序機動時間 125 ijjtt 3 7 時間定額計算及生產(chǎn)安排 設(shè)年產(chǎn)量是 10 萬件 一年有 250 個工作日 一個日產(chǎn)量 420 一天工作時間的計 算 8 個小時 每部分的生產(chǎn)時間不應(yīng)超過 1 14min 機械加工單 在上述生產(chǎn)類型 時 間定額 大規(guī)模生產(chǎn) 大規(guī)模生產(chǎn) 253 10 0dn10254 3 24 參照 工藝手冊 生產(chǎn)類型 中批以上 時間計算公式 大量生產(chǎn)時 Ntktt zfjd 1 0 Ntz 因此大批量單件時間計算 ttfjd 其中 單件時間定額 基本時間 機動時間 jt 輔助時間 ft k 布置場所地 休息時間占操作時間的百分比值 工序 1 粗車小頭端面 粗車外圓 50 粗車外圓 30 粗車外圓 10 度斜面 粗 車各外圓臺階及圓弧圓角 機動時間 jtmin73 1 j 輔助時間 參照 工藝手冊 取工步輔助時間 在加工過程中裝卸短f min15 0 暫 所以取裝時間 則i 0i2 105 ftk 根據(jù) 工藝手冊 3 k 單間時間定額 dt min14 i2 13 25 071 fj 工序 2 掉頭 粗車大頭端面 粗車外圓 90 粗車各外圓臺階及圓弧圓角 注 意各外圓留 1mm 的半精車余量 機動時間 jtmin3 0 j 輔助時間 參照 工藝手冊 取工步輔助時間 裝卸短暫所以取裝時f min4 0 間 則min1 0i54 14 ftk 根據(jù) 工藝手冊 單間時間定額 dt in14 i98 0 14 2 03 kttfjd 因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求 工序 3 半精車小頭端面 半精車外圓 50 半精車外圓 30 半精車外圓 10 度 斜面 半精車各外圓臺階及圓弧圓角 機動時間 jtmin46 0 j 輔助時間 參照 工藝手冊 取工步輔助時間 加工過程中裝卸短暫 f min41 0 25 所以取裝時間 則min1 0min51 04 ftk 根據(jù) 工藝手冊 13k 單間時間定額 dt min14 i0 13 5 046 fj 因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求 工序 4 掉頭 半精車大頭端面 半精車外圓 90 半精車各外圓臺階及圓弧圓 角 機動時間 jtmin17 0 j 輔助時間 參照 工藝手冊 取工步輔助時間 由于生產(chǎn)線上裝時間f min4 0 很短 所以取裝時間 則i 51 4 0 ftk 根據(jù) 工藝手冊 12 k 單間時間定額 dt min14 i80 14 2 5 07 fj 因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求 工序 5 車退刀槽 2X2 到規(guī)定尺寸精度 機動時間 jtmin53 0 j 輔助時間 參照 工藝手冊 取工步輔助時間 則f min31 0i41 3 0 ftk 根據(jù) 工藝手冊 13 k 單間時間定額 dt min14 i06 13 4 05 fj 一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求 工序 6 車螺紋 M30X2 到規(guī)定尺寸精度 機動時間 jtmin53 0 j 輔助時間 參照 工藝手冊 取工步輔助時間 所以取裝時間 f min31 0min1 0 則 4 310 ftk 根據(jù) 工藝手冊 k 26 單間時間定額 dt min14 i06 13 4 053 1 kfj 因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求 工序 7 鉆中心孔 16 開口部 60 度倒角 機動時間 jtmin97 0 j 輔助時間 參照 工藝手冊 取工步輔助時間 所以取裝時間 f min80 min15 0 則 i5 1 80 ftk 根據(jù) 工藝手冊 83 14 k 單間時間定額 dt min14 i20 83 14 95 07 fj n mi 2 dt 即能滿足生產(chǎn)要求 工序 8 鉆中心孔 8 開口部 60 度倒角 機動時間 jtmin6 0 j 輔助時間 參照 工藝手冊 取工步輔助時間 裝卸短所以取裝時間f min80 則min15 0i95 1 8 ftk 根據(jù) 工藝手冊 834 k 單間時間定額 dt min14 i09 2 1 95 06 1 tfjd 即能滿足生產(chǎn)要求 工序 9 鉆圓周鉆孔 6 9 機動時間 jtmin1 0 j 輔助時間 參照鉆孔時間 取裝卸時間 工步時間 則f min1 0in4 0i5 104 ft 參照鉆孔 值 取kk14 2 單間時間定額 dt min14 i68 0 5 0 1 tfjd 27 因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求 工序 10 鉆徑向孔 2 10 機動時間 jtmin16 j 輔助時間 參照 工藝手冊 取工步輔助時間 f min41 0 取裝卸時間 則i 0i5 104 ftk 根據(jù) 工藝手冊 3k 單間時間定額 dt min14 i89 1 5 016 tfjd 即能滿足生產(chǎn)要求 工序 11 鉆圓周鉆孔 6 13 機動時間 jtmin28 1 j 輔助時間 參照 工藝手冊 取工步輔助時間 所以取裝時間 f min41 0min1 0 則 i5 041 ftk 根據(jù) 工藝手冊 13 k 單間時間定額 dt min14 i02 5 028 1 tfjd min14 i 20 即能滿足生產(chǎn)要求 工序 12 鉆徑向孔 2 10 機動時間 jtin13 0 j 輔助時間 取裝卸輔助時間 工步輔助時間 則f mi min4 0mi5 104 ft 參照鉆孔 值 取kk14 2 單間時間定額 dt min14 i7 0 5 03 1 tfjd 因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求 工序 13 銑油槽 28 機動時間 jtmin13 0 j 輔助時間 取裝卸輔助時間 工步輔助時間 則f i min4 0i5 104 ft 參照鉆孔 值 取kk14 2 單間時間定額 dt min14 i7 0 5 03 1 tfjd 因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求 第 4 章 鉆 3 孔夾具設(shè)計 為了提高勞動生產(chǎn)率 保證加工質(zhì)量 降低勞動強度 需要設(shè)計專用夾具 29 經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商 決定設(shè)計工序 鉆 3 孔的鉆床專用夾具 本夾具將用于 Z5255 搖臂鉆床 刀具為麻花鉆 本夾具主要用來鉆 擴油孔 3m 側(cè)面則要左側(cè)下偏 45 角 端處的油孔較深選擇鉆頭時要選擇較為合理的 強度硬度 還有長度都要考慮清楚 加工到本道工序前要完成的粗 精磨 因此本道工序加工時 主要應(yīng)考慮如何保證其尺寸精度要求和表面粗糙度要求 以及如何提高勞動生產(chǎn)率 降低勞動強度 4 1 定位基準的選擇 由零件圖可知 油孔位于零件左側(cè)下上 其尺寸精度要求和表面粗糙度要求不高 側(cè)面則要左側(cè)下偏 45 角 為了保證所鉆 擴的孔與側(cè)面成 45 角并保證油孔能在后續(xù) 的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均勻 根據(jù)基準重合 基準統(tǒng)一原則 在選擇油孔的加工定位基準時 應(yīng)盡量選擇上一道工序即粗 精磨頂面工序的定位基 準 以及設(shè)計基準作為其定位基準 4 2 切削力的計算與夾緊力分析 由于本道工序主要完成工藝孔的鉆 擴加工 而鉆削力遠遠大于擴的切削力 因 此切削力應(yīng)以鉆削力為準 由 切削手冊 17 得 鉆削力 6 08 2HBDfF 鉆削力矩 91T 式中 8m 231875323minaxmax B 10 25fr NF 18015 0266 8 mT 432 9 當用兩把刀具同時鉆削時 65 197842 本道工序加工油孔時 工件前后兩軸承放在兩 V 形塊上 夾緊力方向與鉆削力方 向不同 有 30 的夾角的偏向 所以夾緊力 N 1302FCOS 2sin3012 5F 4 3 夾緊元件及動力裝置確定 由于空氣壓縮機曲軸的生產(chǎn)量很大 采用手動夾緊的夾具雖然結(jié)構(gòu)簡單 在生產(chǎn) 中的應(yīng)用也比較廣泛 因此本道工序夾具的夾緊動力裝置采用手動夾緊 采用手動夾 緊 原始夾緊力可以連續(xù)作用 夾緊可靠 方便實用 本道工序夾具的夾緊元件選用兩個 V 形塊 一個支承板來對曲軸定位 再用一個 30 直壓板對工件夾緊 從傾斜方向夾緊工件 但工件仍可繞軸心線轉(zhuǎn)動所以采用了一個 支承板來限制它的轉(zhuǎn)動 由于夾緊力方向與鉆削力方向不同 軸心線方向上受到力的 作用 所以用一支承板來定位 V 形塊設(shè)計如圖 圖 4 4 V 形塊結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)工件的直徑 D 90mm 可知 V 形塊的結(jié)構(gòu)尺寸如下 表 4 4 V 形塊的各參數(shù) DH 1d2h1l2AL1A 50 80 100 12 18 12 30 15 25 140 20 4 4 鉆套 襯套及夾具體設(shè)計 工藝孔的加工需鉆 擴兩次切削才能滿足加工要求 故選用快換鉆套 其結(jié)構(gòu)如 下圖所示 以減少更換鉆套的輔助時間 根據(jù)工藝要求 工藝孔 8mm 分鉆 擴兩個工 步完成加工 即先用 的麻花鉆鉆孔 根據(jù) GB1141 84 的規(guī)定鉆頭上偏差為零 m7 故鉆套孔徑為 即 再用 標準擴孔鉆擴孔 根據(jù) GB1141 84F8034 16 m8 的規(guī)定 擴孔鉆的尺寸為 015 31 圖 4 5 長型快換鉆套圖 工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表 表 4 5 長型快換鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù) D d H 公稱尺寸 允差 12 Dh1m1r 8 60 12 0 018 0 007 26 22 10 4 7 7 16 50 襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示 圖 4 5 固定襯套圖 夾具體的設(shè)計主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個整體 這些主要 元件設(shè)計好后即可畫出夾具的設(shè)計裝配草圖 整個夾具的結(jié)構(gòu)見夾具裝配圖 2 所示 其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表 表 4 5 固定襯套結(jié)構(gòu)參數(shù) 32 d D 公稱尺寸 允差 H 公稱尺寸 允差 C 1 12 0 034 0 016 20 18 0 023 0 012 0 5 2 4 5 夾具精度分析 利用夾具在機床上加工時 機床 夾具 工件 刀具等形成一個封閉的加工系統(tǒng) 它們之間相互聯(lián)系 最后形成工件和刀具之間的正確位置關(guān)系 因此在夾具設(shè)計中 當結(jié)構(gòu)方案確定后 應(yīng)對所設(shè)計的夾具進行精度分析和誤差計算 由工序簡圖可知 本道工序由于工序基準與加工基準重合 又采用頂面為主要定 位基面 故定位誤差 很小可以忽略不計 本道工序加工中主要保證兩油孔尺寸wd 直徑為 并采用鉆套 導(dǎo)套孔徑為 外徑為 同3m 3 md8 mD018 72 軸度公差為 固定襯套采用孔徑為 同軸度公差為 05 034 162 5 當各孔的實際輪廓偏離其最大實體狀態(tài) 即其直徑偏離最大實體尺寸 時可將偏3 離量補償給位置度公差 4 如各孔的實際輪廓處于最小實體狀態(tài)即其實際直徑為 時 相對于最大實體尺寸 的偏離量為 此時軸線的位置度27 83 07 誤差可達到其最大值 即孔的位置度公差最小值為 m127 0 10 m1 0 由本工序所選用的加工工步鉆 擴滿足 影響兩油孔位置度的因素有 如下圖所示 1 鉆模板上兩個裝襯套孔的尺寸公差 05 1 2 兩襯套的同軸度公差 05 2 3 襯套與鉆套配合的最大間隙 m27 34 3 4 鉆套的同軸度公差 m 4 所以能滿足加工要求 33 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束了 時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的 通過這次的 設(shè)計使我們不再是只知道書本上的空理論 不再是紙上談兵 而是將理論和實踐相結(jié) 合進行實實在在的設(shè)計 使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設(shè)計的步驟和要領(lǐng) 使我們更好的利用圖書館的資料 更好的更熟練的利用我們手中的各種設(shè)計手冊和 AUTOCAD 等制圖軟件 為我們踏入社會打下了好的基礎(chǔ) 畢業(yè)設(shè)計使我們認識到了只努力的學(xué)好書本上的知識是不夠的 還應(yīng)該更好的做到 理論和實踐的結(jié)合 因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導(dǎo) 使我們學(xué)到了很多 也非常珍惜大學(xué)給我們的這次設(shè)計的機會 它將是我們畢業(yè)設(shè)計完成的更出色的關(guān)鍵 一步 通過畢業(yè)設(shè)計 我對課本理論知識有了更深刻了理解 同時 繪圖能力也有了較 大的提高 這對我以后的工作打下了良好的基礎(chǔ) 本文是加工工藝和夾具設(shè)計 并對工藝方案進行比較選擇合理的工藝路線 然后 計算分析尺寸 并制定出工藝卡片 最后是夾具的設(shè)計 設(shè)計的總體過程可以概括為 首先對零件的結(jié)構(gòu) 形狀及材料作整體分析 然后 初選加工工藝方案 本次畢業(yè)設(shè)計綜合了大學(xué)里所學(xué)的知識 是理論與實際相結(jié)合的一個成果 由于 專業(yè)知識有限 在設(shè)計過程中遇到的問題主要通過老師的講解 同學(xué)們的討論以及查 閱資料來解決 34 致 謝 這次畢業(yè)設(shè)計使我收益不小 為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅實和良好的基礎(chǔ) 但是 查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時 數(shù)據(jù)存在大量的重復(fù)和重疊 由于經(jīng) 驗不足 在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題 不過我的指導(dǎo)老師每次都很有耐心地幫我提出 寶貴的意見 在我遇到難題時給我指明了方向 最終我很順利的完成了畢業(yè)設(shè)計 這次畢業(yè)設(shè)計成績的取得 與指導(dǎo)老師的細心指導(dǎo)是分不開的 在此 我衷心感 謝我的指導(dǎo)老師 特別是每次都放下他的休息時間 耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些 難題 她嚴肅的科學(xué)態(tài)度 嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神 精益求精的工作作風(fēng) 深深地感染和激 勵著我 從題目的選擇到項目的最終完成 他都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持 多少個日日夜夜 他不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo) 同時還在思想 生活上給我以無 微不至的關(guān)懷 除了敬佩指導(dǎo)老師的專業(yè)水平外 他的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也 是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣 并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作 在此謹向指導(dǎo)老師致以誠 摯的謝意和崇高的敬意 我深深體會到這句千古言的真正含義 雖然這是我剛學(xué)會走完的第一部 是我人 生中的一點小小的勝利 然而它令我感到自己成熟了許多 使我我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握 的知識是真正的貧乏 自己綜合運用所學(xué)專業(yè)知識的能力是如此的不足 幾年來學(xué)習(xí) 了那么多的課程 今天才知道自己并不會用 想到這里 我真的有點心急了 學(xué)會腳踏實地地邁開這一步 就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的 基礎(chǔ) 說實話 畢業(yè)設(shè)計真是有點累 通過畢業(yè)設(shè)計 使我深深體會到 干任何事都必 須耐心 細致 經(jīng)歷了畢業(yè)設(shè)計 許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂 有時應(yīng)為不小心計算出錯 只能毫不 留情地重做 由于畢業(yè)時間的倉促 很多本來應(yīng)該弄懂弄透的地方都沒有時間去細細追究來源 但我相信方向才是最重要的 因為方向確定了 就會用最少的精力做好事情 這對于 我以后的工作至關(guān)重要 因為在實際生產(chǎn)生活中 要從事的工種是千差萬別的 只有 從中找到自己最拿手 最有發(fā)展前途的崗位 個人才有更多的熱情 也最可能在自己 的崗位做出一些貢獻 35 參 考 文 獻 1 東北重型機械學(xué)院 洛陽農(nóng)業(yè)機械學(xué)院 長春汽車廠工人大學(xué) 機床夾具設(shè)計手 冊 M 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1980 2 張進生 機械制造工藝與夾具設(shè)計指導(dǎo) 機械工業(yè)出版社 1995 3 李慶壽 機床夾具設(shè)計 機械工業(yè)出版社 1991 4 李洪 機械加工工藝手冊 北京出版社 1996 5 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會 金屬切削手冊 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2544 6 黃如林 劉新佳 汪群 切削加工簡明實用手冊 化學(xué)工業(yè)出版社 2544 7 余光國 馬俊 張興發(fā) 機床夾具設(shè)計 M 重