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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(guò)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(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過(guò)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(guò)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(méi)有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(chēng)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(guò)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(méi)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(méi)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(méi)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(guò)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(wèn)題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題提出和解決。通過(guò)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(guò)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(jiàn)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(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題的問(wèn)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(jiàn)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(guò)（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(jiàn)圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫(xiě)成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過(guò)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(xiě)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫(xiě)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(xiě)成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)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(wèn)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(guò)計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問(wèn)題可改寫(xiě)為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類(lèi)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(jiàn)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(jiàn)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(xiě)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(méi)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(guò)求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見(jiàn)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(kāi)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(guò)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^(guò)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(wèn)題，使用-約束的方法解決。該算法通過(guò)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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西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 論文題目 套筒式側(cè)齒離合器 工藝和工裝設(shè)計(jì) 所屬系部 指導(dǎo)老師 職 稱(chēng) 學(xué)生姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 專(zhuān) 業(yè) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制 年 月 日 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū) 題目 套筒式側(cè)齒離合器 工藝和工裝設(shè)計(jì) 任務(wù)與要求 時(shí)間 年 月 日 至 年 月 日 共 周 所屬系部 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專(zhuān)業(yè) 指導(dǎo)單位或教研室 指導(dǎo)教師 職 稱(chēng) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制 年 月 日 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 進(jìn)度計(jì)劃表 日 期 工 作 內(nèi) 容 執(zhí) 行 情 況 指導(dǎo)教師簽 字 12 月 15 20 日 搜集資料 完成 12 月 21 25 日 整理資料 完成 12 月 25 27 日 排版論文 完成 12 月 28 29 日 修改審閱自查 完成 待打印 教師對(duì)進(jìn) 度計(jì)劃實(shí) 施情況總 評(píng) 簽名 年 月 日 本表作評(píng)定學(xué)生平時(shí)成績(jī)的依據(jù)之一 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 摘要 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及了機(jī)械制造工藝及機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 金屬切削機(jī)床 公差合 與測(cè)量等多方面的知識(shí) 套筒式側(cè)齒離合器零件加工工藝及銑寬度夾具設(shè)計(jì)是包括零件加工的工藝設(shè) 計(jì) 工序設(shè)計(jì)以及專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)三部分 在工藝設(shè)計(jì)中要首先對(duì)零件進(jìn)行分析 了解零件的工藝再設(shè)計(jì)出毛坯的結(jié)構(gòu) 并選擇好零件的加工基準(zhǔn) 設(shè)計(jì)出零件的 工藝路線 接著對(duì)零件各個(gè)工步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算 關(guān)鍵是決定出各個(gè)工序的 工藝裝備及切削用量 然后進(jìn)行專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì) 選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個(gè)組成部 件 如定位元件 夾緊元件 引導(dǎo)元件 夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件 計(jì)算出夾具定位時(shí)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(jì)中注意改進(jìn) 關(guān)鍵詞 工藝 工序 切削用量 夾緊 定位 誤差 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 Abstract The design of the content relates to the machinery manufacturing technology and machine tool fixture design metal cutting machine tools tolerance and And measurement and other aspects of knowledge Sleeve type lateral tooth clutch parts milling process and the width of fixture design is including machining process design process design and fixture design in three parts In the design process should first of all parts for analysis to understand the parts of the process to design the structure of the blank and select good parts processing base design parts of the process route and then the various parts of process dimension calculation is the key to decide all processes equipment and cutting parameters then special fixture design selection and design of a jig for the various components such as positioning devices clamping elements the guide element clamp and the machine tool connecting parts and other components calculate fixture is produced when the positioning error of fixture structure rationality and deficiency and later in the design of improved Key words process process cutting dosage clamping positioning error 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 目 錄 摘要 4 ABSTRACT 5 目 錄 6 1 緒論 6 1 1 機(jī)械加工工藝概述 7 1 2 機(jī)械加工工藝流程 8 1 3 夾具概述 8 1 4 機(jī)床夾具的功能 9 1 5 機(jī)床夾具的發(fā)展趨勢(shì) 10 1 6 零件的作用 11 1 7 零件的工藝分析 12 2 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 12 2 1 確定毛坯的制造形式 12 2 2 基面的選擇的選擇 13 2 3 制定工藝路線 13 2 4 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 14 2 5 確定切削用量及基本工時(shí) 15 3 夾具設(shè)計(jì) 18 3 1 問(wèn)題的提出 18 3 2 定位基準(zhǔn)的選擇 19 3 3 切削力及夾緊分析計(jì)算 19 3 4 誤差分析與計(jì)算 21 3 5 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 22 結(jié) 束 語(yǔ) 23 謝 辭 24 參考文獻(xiàn) 25 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 1 緒論 機(jī)械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品 并把它們裝備成 機(jī)械裝備的行業(yè) 機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用 也可以為其它行業(yè) 的生產(chǎn)提供裝備 社會(huì)上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品 我們的生活 離不開(kāi)制造業(yè) 因此制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè) 是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)發(fā)展 的重要基礎(chǔ)及有力支柱 從某中意義上講 機(jī)械制造水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家 國(guó)民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo) 套筒式側(cè)齒離合器零件加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制圖 機(jī)械制造 技術(shù)基礎(chǔ) 機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械工程材料等的基礎(chǔ)下 進(jìn)行的一個(gè)全面的考核 正確 地解決一個(gè)零件在加工中的定位 夾緊以及工藝路線安排 工藝尺寸確定等問(wèn)題 并設(shè)計(jì)出專(zhuān)用夾具 保證零件的加工質(zhì)量 本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新 能力 因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng) 涉及知識(shí)面廣 所以在設(shè)計(jì)中既要注意 基本概念 基本理論 又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要 只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相 結(jié)合 才能很好的完成本次設(shè)計(jì) 1 1 機(jī)械加工工藝概述 機(jī)械加工工藝是指用機(jī)械加工的方法改變毛坯的形狀 尺寸 相對(duì)位置和性 質(zhì)使其成為合格零件的全過(guò)程 加工工藝是工人進(jìn)行加工的一個(gè)依據(jù) 機(jī)械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟 采用機(jī)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(guò)程稱(chēng)為機(jī)械加工工 藝過(guò)程 比如一個(gè)普通零件的加工工藝流程是粗加工 精加工 裝配 檢驗(yàn) 包裝 就是個(gè)加工的籠統(tǒng)的流程 機(jī)械加工工藝就是在流程的基礎(chǔ)上 改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀 尺寸 相對(duì)位置 和性質(zhì)等 使其成為成品 或半成品 是每個(gè)步驟 每個(gè)流程的詳細(xì)說(shuō)明 比如 上面說(shuō)的 粗加工可能包括毛坯制造 打磨等等 精加工可能分為車(chē) 鉗工 銑 床 等等 每個(gè)步驟就要有詳 細(xì)的數(shù)據(jù)了 比如粗糙度要達(dá)到多少 公差要達(dá)到 多少 技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量 設(shè)備條件和工人素質(zhì)等情況 確定采用的工藝過(guò)程 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 并將有關(guān)內(nèi)容寫(xiě)成工藝文件 這種文件就稱(chēng)工藝規(guī)程 這個(gè)就比較有針對(duì)性了 每個(gè)廠都可能不太一樣 因?yàn)閷?shí)際情況都不一樣 總的來(lái)說(shuō) 工藝流程是綱領(lǐng) 加工工藝是每個(gè)步驟的詳細(xì)參數(shù) 工藝規(guī)程是 某個(gè)廠根據(jù)實(shí)際情況編寫(xiě)的特定的加工工藝 1 2 機(jī)械加工工藝流程 機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法等的工藝文件之 一 它是在具體的生產(chǎn)條件下 把較為合理的工藝過(guò)程和操作方法 按照規(guī)定的 形式書(shū)寫(xiě) 成工藝文件 經(jīng)審批后用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn) 機(jī)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(yàn)項(xiàng)目及 檢驗(yàn)方法 切削用量 時(shí)間定額等 制訂工藝規(guī)程的步驟 1 計(jì)算年生產(chǎn)綱領(lǐng) 確定生產(chǎn)類(lèi)型 2 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖 對(duì)零件進(jìn)行工藝分析 3 選擇毛坯 4 擬訂工藝路線 5 確定各工序的加工余量 計(jì)算工序尺寸及公差 6 確定各工序所用的設(shè)備及刀具 夾具 量具和輔助工具 7 確定切削用量及工時(shí)定額 8 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法 9 填寫(xiě)工藝文件 在制訂工藝規(guī)程的過(guò)程中 往往要對(duì)前面已初步確定的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整 以提 高經(jīng)濟(jì)效益 在執(zhí)行工藝規(guī)程過(guò)程中 可能會(huì)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(jìn) 新材料 先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用等 都要求及時(shí)對(duì)工 藝規(guī)程進(jìn)行修訂和完善 1 3 夾具概述 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備 它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程的切削加工 熱處理 裝配 焊接和檢測(cè)等工藝過(guò)程中 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)床夾具 在現(xiàn)代生產(chǎn)中 機(jī)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(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造 成本等 幫機(jī)床夾具設(shè)計(jì)在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占有極其 重要的地位 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 各種新材料 新工藝和新技術(shù)不斷涌現(xiàn) 機(jī)械制造工 藝正向著高質(zhì)量 高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展 各種新工藝的出現(xiàn) 已突破傳統(tǒng) 的依靠機(jī)械能 切削力進(jìn)行切削加工的范疇 可以加工各種難加工材料 復(fù)雜的 型面和某些具有特殊要求的零件 數(shù)控機(jī)床的問(wèn)世 提高了更新頻率的小批量零 件和形狀復(fù)雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度 特別是計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的 迅速發(fā)展 極大地推動(dòng)了機(jī)械加工工藝的進(jìn)步 使工藝過(guò)程的自動(dòng)化達(dá)到了一個(gè) 新的階段 工欲善其事 必先利其器 工具是人類(lèi)文明進(jìn)步的標(biāo)志 自 20 世紀(jì)末期以來(lái) 現(xiàn)代制造技術(shù)與機(jī)械制造 工藝自動(dòng)化都有了長(zhǎng)足的發(fā)展 但工具 含夾具 刀具 量具與輔具等 在不斷 的革新中 其功能仍然十分顯著 機(jī)床夾具對(duì)零件加工的質(zhì)量 生產(chǎn)率和產(chǎn)品成 本都有著直接的影響 因此 無(wú)論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中 夾具都是重 要的工藝裝備 1 4 機(jī)床夾具的功能 在機(jī)床上用夾具裝夾工件時(shí) 其主要功能是使工件定位和夾緊 1 機(jī)床夾具的主要功能 機(jī)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 確定工件在夾具中占有正確位置的過(guò)程 定位是通過(guò)工件定位基 準(zhǔn)面與夾具定位元件面接觸或配合實(shí)現(xiàn)的 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 工件定位后將其固定 使其在加工過(guò)程中保持定位位置不變的操 作 由于工件在加工時(shí) 受到各種力的作用 若不將工件固定 則工件會(huì)松動(dòng) 脫落 因此 夾緊為工件提供了安全 可靠的加工條件 2 機(jī)床夾具的特殊功能 機(jī)床夾具的特殊功能主要是對(duì)刀和導(dǎo)向 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 1 對(duì)刀 調(diào)整刀具切削刃相對(duì)工件或夾具的正確位置 如銑床夾具中的對(duì) 刀塊 它能迅速地確定銑刀相對(duì)于夾具的正確位置 2 導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套 能迅速地確定鉆頭的位置 并引 導(dǎo)其進(jìn)行鉆削 導(dǎo)向元件制成模板形式 故鉆床夾具常稱(chēng)為鉆模 鏜床夾具 鏜 模 也具有導(dǎo)向功能 1 5 機(jī)床夾具的發(fā)展趨勢(shì) 隨著科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步及社會(huì)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(mén)類(lèi)齊全的工藝裝備 1 5 1 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀 國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明 目前中 小批多品種生產(chǎn)的工作品種已占工 件種類(lèi)總數(shù)的 85 左右 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(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng) 然而 一般企業(yè)仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專(zhuān)用夾具 另一 方面 在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中 約 4 年就要更新 80 左右的專(zhuān)用夾具 而夾具的 實(shí)際磨損量?jī)H為 15 左右 特別是近年來(lái) 數(shù)控機(jī)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 對(duì)機(jī)床夾具提出了如下新 的要求 1 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn) 以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期 降低生產(chǎn)成本 2 能裝夾一組具有相似性特征的工件 3 適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具 4 適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具 5 采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置 以進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 6 提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度 1 5 2 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為精密化 高效化 柔性化 標(biāo)準(zhǔn)化四個(gè) 方面 精密化 隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高 勢(shì)必相應(yīng)提高了對(duì)夾具的精度要求 精密化 夾具的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多 例如用于精密分度的多齒盤(pán) 其分度精度可達(dá) 0 1 用于 精密車(chē)削的高精度三爪卡盤(pán) 其定心精度為 5 m 精密心軸的同軸度公差可控制 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 在 1 m 內(nèi) 又如用于軸承套圈磨削的電磁無(wú)心夾具 工件的圓度公差可達(dá) 0 2 0 5 m 高效化 高效化夾具主要用來(lái)減少工件加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間 以提高勞動(dòng)生產(chǎn) 率 減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 常見(jiàn)的高效化夾具有 自動(dòng)化夾具 高速化夾具 具 有夾緊動(dòng)力裝置的夾具等 例如 在銑床上使用電動(dòng)虎鉗裝夾工件 效率可提高 5 倍左右 在車(chē)床上使用的高速三爪自定心卡盤(pán) 可保證卡爪在 試驗(yàn) 轉(zhuǎn)速為 2600r min 的條件下仍能牢固地夾緊工件 從而使切削速度大幅度提高 柔性化 機(jī)床夾具的柔性化與機(jī)床的柔性化相似 它是指機(jī)床夾具通過(guò)調(diào)整 拼裝 組合等方式 以適應(yīng)可變因素的能力 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 具有柔性化特征的新型夾具種類(lèi)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(jī)床夾具等 在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi) 夾具的柔性 化將是夾具發(fā)展的主要方向 標(biāo)準(zhǔn)化 機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個(gè)方面 在制訂典型夾具結(jié)構(gòu)的 基礎(chǔ)上 首先進(jìn)行夾具元件和部件的通用化 建立類(lèi)型尺寸系列或變型 以減少 功能用途相近的夾具元件和部件的型式 屏除一些功能低劣的結(jié)構(gòu) 通用化方法 包括夾具 部件 元件 毛壞和材料的通用化 夾具的標(biāo)準(zhǔn)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 目前我國(guó)已有夾具零件及部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB T2148 T2259 91 以及各類(lèi)通 用夾具 組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等 機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化 有利于夾具的商品化生產(chǎn) 有利 于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期 降低生產(chǎn)總成本 1 6 零件的作用 套筒式側(cè)齒離合器是整體裝置的重要零件 它支撐中心部分 承受著部分靜 載荷 因?yàn)樘淄彩絺?cè)齒離合器與整個(gè)機(jī)體連接 并且中心部分與該零件是鍵連接 因而該零件的鍵承受著一定載荷 以及一定的沖擊力 所以該零件承受著靜 動(dòng) 載荷 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 1 7 零件的工藝分析 套筒式側(cè)齒離合器有 3 個(gè)加工面他們有位置度要求 這三個(gè)加工面的分別為 1 以外圓為基準(zhǔn)的加工面 這組加工面包括 外圓及臺(tái)階 端面 2 以直徑為 5 孔的軸線為基準(zhǔn) 3 以槽寬為 5 的為基準(zhǔn)的加工槽 2 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 2 1 確定毛坯的制造形式 零件的材料為 45 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)以及零件在工作過(guò)程中所受的載荷情況 選 用圓鋼 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 2 2 基面的選擇的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一 基面選擇的正確合理 可以 使加工質(zhì)量得到保證 生產(chǎn)率得到提高 否則 加工工藝過(guò)程中會(huì)問(wèn)題百出 粗基準(zhǔn)的選擇 對(duì)套筒式側(cè)齒離合器這樣的零件來(lái)說(shuō) 選擇好粗基準(zhǔn)是至關(guān) 重要 以零件的上端面加工平面作為粗基準(zhǔn) 選取已加工的內(nèi)圓為精基準(zhǔn) 2 3 制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(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 技術(shù)要求能得到合理的保證 通過(guò)仔細(xì)考慮零件的技術(shù)要求后 制定以下兩種工 藝方案 方案一 工序 開(kāi)料毛坯 工序 車(chē)左端面 工序 車(chē)右端面 工序 車(chē)右端面 工序 粗車(chē)精車(chē)外圓 工序 粗車(chē)精車(chē)內(nèi)孔及臺(tái)階 工序 插鍵槽 工序 VIII 鉆孔 5 工序IX 銑寬度為5的槽 工序 IIX 質(zhì)檢入庫(kù) 方案二 工序 開(kāi)料毛坯 工序 粗車(chē)精車(chē)外圓 工序 車(chē)左端面 工序 車(chē)右端面 工序 車(chē)右端面 工序 粗車(chē)精車(chē)內(nèi)孔及臺(tái)階 工序 插鍵槽 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 工序 VIII 鉆孔 5 工序IX 銑寬度為5的槽 工序 IIX 質(zhì)檢入庫(kù) 工藝方案一和方案二的區(qū)別在于方案一加工的時(shí)間在一個(gè)定位的情況下 把 可以加工的孔全部加工完然后攻絲 這樣可以保證加工的質(zhì)量和精度 同時(shí)也能 提高生產(chǎn)效率 適合于大批量生產(chǎn) 因此我們綜合考慮選擇方案一 具體的方案如下 工序 開(kāi)料毛坯 工序 車(chē)左端面 工序 車(chē)右端面 工序 車(chē)右端面 工序 粗車(chē)精車(chē)外圓 工序 粗車(chē)精車(chē)內(nèi)孔及臺(tái)階 工序 插鍵槽 工序 VIII 鉆孔 5 工序IX 銑寬度為5的槽 工序 IIX 質(zhì)檢入庫(kù) 2 4 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 套筒式側(cè)齒離合器零件材料為 45 生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn) 采棒料毛坯 1 不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件圖給定尺寸為自由度公差 由鑄造可直接獲得 2 套筒式側(cè)齒離合器的底面 由于套筒式側(cè)齒離合器底面要與其他接觸面接觸 所以要進(jìn)行車(chē) 其加工余量為 3mm 3 套筒式側(cè)齒離合器的孔直徑為 5 孔毛坯為實(shí)心 孔的精度要求介于 IT7 IT8 之間 參照參數(shù)文獻(xiàn) 確定工藝尺寸余量為 鉆 孔5 表面粗糙度均為 1 6 1 孔 端面 采用銑一次走刀完表面加工 表面粗糙度為 3 6 根據(jù)參考文獻(xiàn) 其余量為 Z 3mm 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 2 5 確定切削用量及基本工時(shí) 工序 開(kāi)料毛坯時(shí)效處理 工序 II 車(chē)外圓和端面 選硬質(zhì)合金車(chē)刀 工步一 車(chē)外圓端面 1 車(chē)削深度 因?yàn)槌邎A弧面沒(méi)有精度要求 故可以選擇 ap 1 0mm 一次走刀即 可完成所需長(zhǎng)度 2 機(jī)床功率為 7 5kw 查 切削手冊(cè) f 0 14 0 27mm z 選較小量 f 0 14 mm z 3 查后刀面最大磨損及壽命 查 切削手冊(cè) 表 3 7 后刀面最大磨損為 1 0 1 5mm 查 切削手冊(cè) 表 3 8 壽命 T 254min 4 計(jì)算切削速度 按 切削手冊(cè) 查得 V c 98mm s n 479r min V f 490mm s 據(jù) CA6140 臥式車(chē)床 車(chē)床參數(shù) 選擇 nc 480r min Vfc 480mm s 則實(shí)際切削速度 V c 3 14 80 480 1000 119 3m min 實(shí)際進(jìn)給量為 f zc V fc ncz 480 300 10 0 16mm z 5 校驗(yàn)機(jī)床功率 查 切削手冊(cè) Pcc 1 1kw 而機(jī)床所能提供功率為 Pcm Pcc 故 校驗(yàn)合格 最終確定 ap 1 0mm n c 480r min Vfc 480mm s V c 119 3m min f z 0 16mm z 6 計(jì)算基本工時(shí) tm L V f 12 15 480 0 052min 工步二 車(chē) 48 外圓 選擇硬質(zhì)合金車(chē)刀 1 車(chē)削深度 因?yàn)槌邎A弧面沒(méi)有精度要求 故可以選擇 ap 1 0mm 一次走刀即 可完成所需長(zhǎng)度 2 機(jī)床功率為 7 5kw 查 切削手冊(cè) f 0 14 0 27mm z 選較小量 f 0 14 mm z 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 3 查后刀面最大磨損及壽命 查 切削手冊(cè) 表 3 7 后刀面最大磨損為 1 0 1 5mm 查 切削手冊(cè) 表 3 8 壽命 T 254min 4 計(jì)算切削速度 按 切削手冊(cè) 查得 V c 98mm s n 479r min V f 490mm s 據(jù) CA6140 臥式車(chē)床 車(chē)床參數(shù) 選擇 nc 480r min Vfc 480mm s 則實(shí)際切削速度 V c 3 14 80 480 1000 119 3m min 實(shí)際進(jìn)給量為 f zc V fc ncz 480 300 10 0 16mm z 5 校驗(yàn)機(jī)床功率 查 切削手冊(cè) Pcc 1 1kw 而機(jī)床所能提供功率為 Pcm Pcc 故 校驗(yàn)合格 最終確定 ap 1 0mm n c 480r min Vfc 480mm s V c 119 3m min f z 0 16mm z 6 計(jì)算基本工時(shí) tm L V f 12 25 480 0 054min 工序 III 鉆孔 鉆孔 5 確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn) 表 2 7 當(dāng)鋼的 f MPab80 時(shí) 由于本零件在加工 孔時(shí)屬md 80 rm 47 0 39 m25 于低剛度零件 故進(jìn)給量應(yīng)乘以系數(shù) 0 80 則 rf 35 0 29 5 根據(jù) Z525 機(jī)床說(shuō)明書(shū) 現(xiàn)取 rf 切削速度 根據(jù)參考文獻(xiàn) 表 2 13 及表 2 14 查得切削速度 所以min 18v min 2 3751801rdvws 根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū) 取 故實(shí)際切削速度為i rnin 72 41032vw 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 切削工時(shí) 則機(jī)動(dòng)工時(shí)為ml40 l91ml32 in86 25 3721 fnltwm 其他的車(chē)床 銑床的計(jì)算如上 在此不在累述 工序 5 粗 精銑 5 槽 1 加工條件 工件材料 HT200 鑄造 abGP16 0 HBS241 90 加工要求 以花鍵中心線為基準(zhǔn)粗 精銑 18H11 底槽 底面表面粗糙度 側(cè)面表面粗糙度 umRa3 6 umR 3 機(jī)床 立式升降臺(tái)銑床 52XK 刀具材料 根據(jù) 實(shí)用機(jī)械加工工藝師手冊(cè) 表 21 5 選用高速鋼鑲齒三面 刃銑刀 外徑 160mm 內(nèi)徑 40mm 刀寬粗銑 16mm 精銑 18mm 齒數(shù)為 24 齒 工步 1 粗銑 5 槽 銑削深度 pa3m 每齒進(jìn)給量 查 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 表 2 4 75 得 f 0 2 3 famz 取 0 2 fz 銑削速度 查 機(jī)械加工工藝師手冊(cè) 表 30 33 得V 14inV 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n101427 9 min3 6rD 查 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 表 3 1 74 取 30 ir 實(shí)際切削速度 v 2506s 進(jìn)給量 fV 243 4 ffaZn 工作臺(tái)每分進(jìn)給量 m 1infVm 被切削層長(zhǎng)度 由毛坯尺寸可知 ll 刀具切入長(zhǎng)度 1 10 5 2 lD 81mm 刀具切出長(zhǎng)度 取2l 走刀次數(shù) 1 次 機(jī)動(dòng)時(shí)間 jt124081 5minjmlf 工步 2 精銑 5 槽 切削深度 pa3 根據(jù) 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 表 查得 進(jìn)給量 查 機(jī)械2 476 0 5 faz 加工工藝手冊(cè) 表 2 4 82 得切削速度 3 inV 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n 102345 8 min 160Vrd 查 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 表 3 1 74 取 47 5 inr 實(shí)際切削速度 v 06Ds 進(jìn)給量 fV 5247 9 ffaZn 工作臺(tái)每分進(jìn)給量 m1857infVms 被切削層長(zhǎng)度 由毛坯尺寸可知 l 0l 刀具切入長(zhǎng)度 1 10 5 2 lD 81mm 刀具切出長(zhǎng)度 取2l 走刀次數(shù)為 1 機(jī)動(dòng)時(shí)間 jt124081 52min7jmlf 本工序機(jī)動(dòng)時(shí)間 3jjtt 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 3 夾具設(shè)計(jì) 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 保證加工質(zhì)量 降低勞動(dòng)強(qiáng)度 在加工零 件時(shí) 需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具 根據(jù)任務(wù)要求中的設(shè)計(jì)內(nèi)容 需要設(shè)計(jì)加工底槽夾具 其中加工 底槽的夾具將用于 臥式銑床 刀具采用三面刃銑刀 KX52 3 1 問(wèn)題的提出 利用本夾具主要用來(lái)粗 精銑底槽 該底槽側(cè)面對(duì)花鍵孔的中心 線要滿足尺寸要求以及垂直度要求 在粗銑此底槽時(shí) 其他都是未加 工表面 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 3 2 定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知 粗銑平面對(duì)中心孔的中心線有尺寸要求及垂直度 要求 其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為中心孔的中心線 為了使定位誤差達(dá)到要求的范 圍之內(nèi) 在此選用特制心軸找中心線 這種定位在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單易操作 采用心軸定心平面定位的方式 保證底槽加工的技術(shù)要求 同時(shí) 應(yīng)加一中心軸定位 防止心軸帶動(dòng)工件在 X 方向上的旋轉(zhuǎn)自由度 3 3 切削力及夾緊分析計(jì)算 刀具材料 高速鋼鑲齒三面刃銑刀 VCWr418 刀具有關(guān)幾何參數(shù) 0015 012 8 08 5 n 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 025 1 mD63 8Zzmaf 25 0 map0 2 由 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 表 1 2 9 可得銑削切削力的計(jì)算公式 式PzpCzKBfaF9 0172 01 2 1 查 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 表 得 102 510pC 對(duì)于灰鑄鐵 5 0 19 HBKp 式 2 2 取 即175 HB6 0p 所以 1 721 0 9538 640 9 CF N 由 金屬切削刀具 表 1 2 可得 垂直切削力 對(duì)稱(chēng)銑削 式 62 79 0NFCN 2 3 背向力 38 5 FCP 根據(jù)工件受力切削力 夾緊力的作用情況 找出在加工過(guò)程中對(duì) 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 式 2 4 安全系數(shù) K 可按下式計(jì)算 6543210 式 2 5 式中 為各種因素的安全系數(shù) 見(jiàn) 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 60 K 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 表 可得 12 25 01 32 10 21 K 所以 式 54694NFWC 2 6 式 62 197 275KCN 2 7 式 8 38NFWPK 2 8 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(jiǎn)單 操作方便 決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 單個(gè)螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算 式 210 tgt QLWz 2 9 式中參數(shù)由 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 可查得 0 912 052 其中 6mL NQ 螺旋夾緊力 8 30W 易得 K 0 經(jīng)過(guò)比較實(shí)際夾緊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于要求的夾緊力 因此采用該夾緊機(jī) 構(gòu)工作是可靠的 3 4 誤差分析與計(jì)算 該夾具以平面定位心軸定心 心軸定心元件中心線與底槽側(cè)面規(guī) 定的垂直度偏差 0 08mm 槽的公差為 mm 為了滿足工序的加工要0 1 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 求 必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差 gwj 與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差 一般可用下式表示 j 式MjjWDAZWj 2 10 由 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 可得 平面定位心軸定心的定位誤差 0 WD 夾緊誤差 式 cos minaxyj 2 11 其中接觸變形位移值 式mlNcHBkRnZaZy 04 62 19 2 12 yj 03 cos 磨損造成的加工誤差 通常不超過(guò)Mj m05 夾具相對(duì)刀具位置誤差 取AD1 誤差總和 0 52 jwm 從以上的分析可見(jiàn) 所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求 3 5 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 如前所述 應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率 但該夾具設(shè)計(jì)采用了手動(dòng)夾緊 方式 在夾緊和松開(kāi)工件時(shí)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力 由于該工件體積小 工件 材料易切削 切削力不大等特點(diǎn) 經(jīng)過(guò)方案的認(rèn)真分析和比較 選用 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 了手動(dòng)夾緊方式 螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 這類(lèi)夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)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 心軸采用可換的 以 便隨時(shí)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 結(jié) 束 語(yǔ) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是為了讓我們更清楚地理解怎樣確定零件的加工方案 為我們 即將走上工作崗位的畢業(yè)生打基礎(chǔ) 最后讓我們?cè)跀?shù)控加工中心上加工出該零件 并達(dá)到圖紙要求 技術(shù)的廣泛應(yīng)用給傳統(tǒng)的制造業(yè)的生產(chǎn)方式 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來(lái)了深刻的變化 也給傳統(tǒng)的機(jī)械 機(jī)械專(zhuān)業(yè)的人才帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 此次設(shè)計(jì)讓我們畢業(yè)生 更好的熟悉數(shù)控加工中心 確定加工工藝 學(xué)會(huì)分析零件為走上工作崗位打下基 礎(chǔ) 在大三的最后一個(gè)學(xué)期 我過(guò)得既充實(shí)又繁忙 從選題的那天起 我就開(kāi)始 了我的畢業(yè)設(shè)計(jì) 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里 我有很多的感觸 它帶給我的價(jià)值 是巨大的 這將對(duì)我的以后工作產(chǎn)生重要的影響 在這次的設(shè)計(jì)中 老師 放手 我們?nèi)プ?在這過(guò)程中我學(xué)會(huì)了獨(dú)立的思考 問(wèn)題和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 通過(guò)這次的設(shè)計(jì) 對(duì)我們所學(xué)習(xí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)有了更清楚的認(rèn)識(shí) 是我不知不覺(jué)的喜歡上了我們的專(zhuān)業(yè) 現(xiàn)在我可以說(shuō) 我完全可以單獨(dú)完成一個(gè) 簡(jiǎn)單產(chǎn)品的設(shè)計(jì)加工 在這里我也深刻的知道 我在實(shí)踐方面是很不夠的 這將 在以后的工作中慢慢去領(lǐng)悟 學(xué)習(xí) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 謝 辭 首先 我要感謝的是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師 XX 老師 在本次的設(shè)計(jì)過(guò)程 中 我遇到了很多的困難和問(wèn)題 XX 老師給我了很大的幫助 雖然他的工作很忙 但他仍然擠出大量時(shí)間與我們探討問(wèn)題 為我們解惑答疑 他雖然年紀(jì)不大 但 是他的知識(shí)卻相當(dāng)豐富 很多的細(xì)微的問(wèn)題他一眼就能看出來(lái)并給出合理的建議 設(shè)計(jì)中很多難點(diǎn)在劉老師的講解下就變的淺顯易懂 同時(shí) 我還要感謝其他所有幫助過(guò)我的老師 雖然他們的工作都比較繁重 但當(dāng)我提出問(wèn)題的時(shí)候 他們都能夠耐心地為我講解 給予了我很大的幫助 老 師們廣博的知識(shí) 豐富的經(jīng)驗(yàn) 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度是我學(xué)習(xí)的榜樣 在此 我對(duì)他 們表示衷心的感謝 在這次設(shè)計(jì)中我還要感謝我周?chē)耐瑢W(xué) 設(shè)計(jì)中當(dāng)我遇到困難時(shí) 他們能夠 給我提供參考資料與信息 同時(shí)一些同學(xué)富有創(chuàng)意的建議與想法也給了我莫大的 幫助 使我少走彎路 能夠順利的完成這次的畢業(yè)設(shè)計(jì) 在此 我對(duì)他們表示由 衷的感謝 最后 再次對(duì)所有幫助過(guò)我的老師和同學(xué)表示衷心感謝 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 參考文獻(xiàn) 1 顧京 王震宇 數(shù)控加工編程及操作 M 北京 高等教育出版社 2003 2 趙長(zhǎng)明 劉萬(wàn)菊 數(shù)控加工工藝及設(shè)備 M 北京 高等教育出版社 2003 3 方沂 張永丹 數(shù)控機(jī)床編程與操作 M 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 1999 4 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