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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(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(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。
9．參考資料：
1、J. D. Lee 和L. S. Haynes .《柔性?shī)A具系統(tǒng)的有限元分析》交易美國(guó)ASME，工程雜志工業(yè) ：134-139頁(yè)。
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(guó)ASME，制造科學(xué)與工程雜志 ：1996 318-324頁(yè)。
3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“負(fù)載對(duì)表面平整度的影響”工件夾具制造科學(xué)研討會(huì)論文集1996，第一卷：146-152頁(yè)。
4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“適用于選拔夾具設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，美國(guó)ASME工業(yè)工程雜志：113 、 412-414，1991。
5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.《計(jì)算機(jī)輔助夾具分析中的應(yīng)用有限元分析和數(shù)學(xué)優(yōu)化模型》， 1995 ASME程序，MED： 777-787頁(yè)。
6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工過(guò)程仿真的加工裝置作用力系統(tǒng)研究”， NAMRI/SME：207–214頁(yè), 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(guó)際機(jī)床制造， 碩士論文 1998。
9、Y.-C. Chou, V. Chandru, M. M. Barash .《加工夾具機(jī)械構(gòu)造的數(shù)學(xué)算法：分析和合成》，美國(guó)ASME，工程學(xué)報(bào)工業(yè)“：1989 299-306頁(yè)。
10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 《具有摩擦性的夾具規(guī)劃》 美國(guó)ASME，工業(yè)工程學(xué)報(bào)：1991，320–327頁(yè)。
11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夾緊力分析”，國(guó)際機(jī)床制造，碩士論文 1995年。
12、E. C. DeMeter.《加工夾具的性能的最小——最大負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)》 美國(guó)ASME，工業(yè)工程雜志 ：1994
13、E. C. DeMeter .《加工夾具最大負(fù)荷的性能優(yōu)化模型》 美國(guó)ASME，工業(yè)工程雜志 1995。
14、JH復(fù)和AYC倪.“核查和工件夾持的夾具設(shè)計(jì)”方案優(yōu)化，設(shè)計(jì)和制造，4，碩士論文： 307-318，1994。
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(duì)工件準(zhǔn)靜態(tài)分析功能位移在加工夾具的應(yīng)用程序，制造科學(xué)雜志與工程： 325–331頁(yè), 1996。
蘇州科技學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
軸承座
共7頁(yè)
第1 頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材料牌號(hào)
3
銑工件底面
HT200
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
立式銑床
X51
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí)/分
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工步內(nèi)容
工藝設(shè)備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
背吃刀量
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
銑工件底面
YG6硬質(zhì)合金端銑刀
1200
301.4
0.2
2.0
1
0.638
0.096
設(shè)計(jì)日期
審核
標(biāo)準(zhǔn)化
會(huì)簽
標(biāo)記
處數(shù)
簽字
更改文件號(hào)
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
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日期
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產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
軸承座
共7頁(yè)
第2 頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材料牌號(hào)
4
銑工件頂面
HT200
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
立式銑床
X51
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí)/分
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工步內(nèi)容
工藝設(shè)備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
背吃刀量
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
銑工件底面
YG6硬質(zhì)合金端銑刀
1200
301.4
0.2
2.0
1
0.138
0.021
設(shè)計(jì)日期
審核
標(biāo)準(zhǔn)化
會(huì)簽
標(biāo)記
處數(shù)
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處數(shù)
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產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
軸承座
共7頁(yè)
第3 頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材料牌號(hào)
5
銑90的槽
HT200
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
臥式銑床
X62
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí)/分
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工步內(nèi)容
工藝設(shè)備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
背吃刀量
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
銑工件底面
YG6硬質(zhì)合金三面刃銑刀
1000
314
0.2
2.0
1
0.390
0.058
設(shè)計(jì)日期
審核
標(biāo)準(zhǔn)化
會(huì)簽
標(biāo)記
處數(shù)
簽字
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日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
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機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
軸承座
共7頁(yè)
第4 頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材料牌號(hào)
6
鉆2-?13孔
HT200
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
立式鉆床
Z525
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí)/分
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工步內(nèi)容
工藝設(shè)備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
背吃刀量
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
鉆2-?13孔
?13高速鋼麻花鉆
1200
49.0
0.2
6.5
2
0.261
0.039
設(shè)計(jì)日期
審核
標(biāo)準(zhǔn)化
會(huì)簽
標(biāo)記
處數(shù)
簽字
更改文件號(hào)
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
蘇州科技學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
軸承座
共7頁(yè)
第5 頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材料牌號(hào)
7
銑65兩端面
HT200
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
立式銑床
X51
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí)/分
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工步內(nèi)容
工藝設(shè)備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
背吃刀量
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
銑65兩端面
YG6硬質(zhì)合金端銑刀
1200
301.4
0.2
2.0
2
0.276
0.042
設(shè)計(jì)日期
審核
標(biāo)準(zhǔn)化
會(huì)簽
標(biāo)記
處數(shù)
簽字
更改文件號(hào)
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
蘇州科技學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
軸承座
共7頁(yè)
第6 頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材料牌號(hào)
8
銑17的兩個(gè)槽
HT200
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
立式銑床
X51
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí)/分
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工步內(nèi)容
工藝設(shè)備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
背吃刀量
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
銑17的兩個(gè)槽
YG6硬質(zhì)合金立銑刀
1000
53.4
0.2
8.5
2
0.235
0.035
設(shè)計(jì)日期
審核
標(biāo)準(zhǔn)化
會(huì)簽
標(biāo)記
處數(shù)
簽字
更改文件號(hào)
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
蘇州科技學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
軸承座
共7頁(yè)
第7 頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材料牌號(hào)
8
粗銑、半精銑、精銑?60圓弧，倒角C2.5
HT200
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
臥式銑床
X62
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí)/分
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工步內(nèi)容
工藝設(shè)備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
背吃刀量
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
粗銑、半精銑、精銑?60圓弧，倒角C2.5
YG6硬質(zhì)合金成形銑刀
1000
188.4
0.2
2.0
3
0.685
0.103
設(shè)計(jì)日期
審核
標(biāo)準(zhǔn)化
會(huì)簽
標(biāo)記
處數(shù)
簽字
更改文件號(hào)
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
8
附錄A 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡
蘇州科技學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械加工工藝過(guò)程卡
產(chǎn)品型號(hào)
零（部）件圖號(hào)
共 1 頁(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化
產(chǎn)品名稱
零（部）件名稱
軸承座
第 1 頁(yè)
材料牌號(hào)
HT200
毛坯種類
鑄件
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
1
每臺(tái)件數(shù)
1
備 注
工
序
號(hào)
工序
名稱
工 序 內(nèi) 容
車
間
工
段
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工 時(shí)
準(zhǔn) 終
單 件
01
備料
鑄造
機(jī)加
02
熱處理
人工時(shí)效
機(jī)加
03
銑削
銑工件底面
機(jī)加
X51
YG6硬質(zhì)合金端面銑刀和專用夾具
04
銑削
銑工件頂面
機(jī)加
X51
YG6硬質(zhì)合金端面銑刀和專用夾具
05
銑削
銑90的槽
機(jī)加
X62
YG6硬質(zhì)合金三面刃銑刀和專用夾具
06
鉆削
鉆2-?13孔
機(jī)加
Z525
?13高速鋼麻花鉆和專用夾具
07
銑削
銑65兩端面
機(jī)加
X51
YG6硬質(zhì)合金端面銑刀和專用夾具
08
銑削
銑17的兩個(gè)槽
機(jī)加
X51
YG6硬質(zhì)合金立銑刀和專用夾具
09
銑削
粗銑、半精銑、精銑?60圓弧，倒角C2.5
機(jī)加
X62
YG6硬質(zhì)合金成形銑刀和專用夾具
10
去毛刺
去毛刺
11
質(zhì)檢入庫(kù)
檢驗(yàn)至圖紙要求、入庫(kù)
描 圖
描 校
底圖號(hào)
編制日期
審核日期
會(huì)簽日期
班 級(jí)
姓 名
裝訂號(hào)
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
66
蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
軸承座工藝規(guī)程制定與夾具設(shè)計(jì)
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、公差配合與測(cè)量等多方面的知識(shí)。
軸承座加工工藝規(guī)程及其鉆2-?13孔、銑?60圓弧的夾具設(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)鍵字：軸承座、加工工藝、專用夾具
III
The Establishment of the Technical Schedule of the Gear Shift Fork and the Fixture Design
Abstract
This design involves the machinery manufacturing process and fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measurement and other aspects of knowledge.
Fixture design process planning for bearing seat and drill 13 holes, ?60 arc milling is designed to include part machining process design, process design and fixture three. In the process of design should first of all parts for analysis, to understand the parts of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design a part of the process route; then the parts of each step of the process dimension calculation, is the key to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then the special fixture fixture design, selection of the various components, such as the connecting part positioning element, clamping elements, guiding elements, fixture and machine tools and other components; the positioning errors calculated fixture positioning, analysis the rationality and shortcoming of the fixture structure, pay attention to improve and design in later.
Key words: bearings; manufacturing technology; special fixture
目錄
第一章 緒論 1
1．1 引言 1
1．2 研究?jī)?nèi)容 1
1．3 軸承座常見(jiàn)問(wèn)題及解決 2
1．4 機(jī)械加工工藝規(guī)程 2
1．5 機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原則 3
1．6 機(jī)床夾具的工作原理及設(shè)計(jì)步驟 3
1．6．1 機(jī)床夾具的工作原理 3
1．6．2 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)步驟 3
第二章 工藝規(guī)程制定 4
2．1 毛坯的制造 4
2．2 零件的加工分析 4
2．3 定位基準(zhǔn)的選擇 4
2．3．1 精基準(zhǔn)的選擇 4
2．3．2 粗基準(zhǔn)的選擇 5
2．4 擬定工藝路線 5
2．5 加工余量、工序尺寸、公差和毛坯尺寸的確定 7
2．6 確定切削用量及基本工時(shí) 8
2．7 本章小結(jié) 17
第三章 軸承座的專用夾具設(shè)計(jì) 18
3．1 鉆床夾具設(shè)計(jì) 18
3．2 銑床夾具設(shè)計(jì) 22
3．3 本章小結(jié) 24
結(jié) 論 25
致 謝 26
參考文獻(xiàn) 27
第一章 緒論
1．1 引言
軸承座引是一種可以接受綜合載荷、構(gòu)造特別的大型和特大型軸承座，請(qǐng)求具有構(gòu)造緊湊、回轉(zhuǎn)靈敏、裝置維護(hù)方便等特點(diǎn)。軸承座有下列明顯特征：
1.外形尺寸
直徑通常為0.4cm～10m，最大可達(dá)40cm。
2.承載才能高
普通可一同接受軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩載荷。
3.轉(zhuǎn)速低
任務(wù)轉(zhuǎn)速低于10r/min，而且少數(shù)狀況下不做陸續(xù)回轉(zhuǎn)，僅在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
4.帶有軸承座裝置孔
可用螺釘將其緊固在上、下支座上。
5.無(wú)中樞軸
內(nèi)圈或外圈上帶有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)用齒輪。
6.帶光滑油孔和密封安裝。
1．2 研究?jī)?nèi)容
機(jī)械加工工藝規(guī)程是指規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過(guò)程和操作方法等的工藝文件。
制訂工藝規(guī)程的原則是保證圖樣上規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)要求，有較高的生產(chǎn)效率，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益高，勞動(dòng)條件良好。
制訂工藝規(guī)程的程序：
1、 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型
2、 分析產(chǎn)品裝配圖，對(duì)零件圖樣進(jìn)行工藝審查
3、 確定毛坯種類、形狀、尺寸及精度
4、 制訂工藝路線
5、 進(jìn)行工序設(shè)計(jì)（確定各工序加工余量、切削用量、工序尺寸及公差、選擇工藝裝備，計(jì)算時(shí)間定額等。）
1．3 軸承座常見(jiàn)問(wèn)題及解決
磨損問(wèn)題
磨損作為軸承座最為常見(jiàn)的問(wèn)題，軸承座磨損現(xiàn)象也時(shí)常發(fā)生。
修復(fù)方法
傳統(tǒng)的方法一般采用堆焊后機(jī)加工來(lái)進(jìn)行修復(fù)，而堆焊會(huì)使部件表面達(dá)到很高溫度，造成部件變形或產(chǎn)生裂紋，通過(guò)機(jī)加工獲取尺寸造成停機(jī)時(shí)間的大大延長(zhǎng)。而采用高分子復(fù)合材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，既無(wú)熱影響，修復(fù)厚度也不受限制，產(chǎn)品所具有的耐磨性及金屬材料不具備的退讓性，確保修復(fù)部位百分百的接觸配合，降低設(shè)備的沖擊震動(dòng)，避免磨損的可能性。現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，避免機(jī)加工的方法，為企業(yè)節(jié)省大量的停機(jī)時(shí)間，創(chuàng)造巨大的生產(chǎn)產(chǎn)值。
修復(fù)過(guò)程
非常簡(jiǎn)單，一般只需四步：
1. 表面處理，將需修復(fù)軸承座表面除油污、除潮氣
2. 調(diào)和修復(fù)材料
3. 等待材料固化，可適當(dāng)加熱材料表面加速材料固化
一般的軸承座磨損在3-6小時(shí)即可修復(fù)完成，操作簡(jiǎn)單易學(xué)、無(wú)需特殊設(shè)備和專門訓(xùn)練、相比激光焊、冷焊等“先進(jìn)”技術(shù)省時(shí)省力，費(fèi)用僅為一般修復(fù)費(fèi)用的1/5-1/10，現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)更是減少了設(shè)備維修時(shí)間和運(yùn)輸費(fèi)用。
1．4 機(jī)械加工工藝規(guī)程
制訂工藝規(guī)程的原則是保證圖樣上規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)要求，有較高的生產(chǎn)效率，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益高，勞動(dòng)條件良好。
制訂工藝規(guī)程的程序：
6、 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型
7、 分析產(chǎn)品裝配圖，對(duì)零件圖樣進(jìn)行工藝審查
8、 確定毛坯種類、形狀、尺寸及精度
9、 制訂工藝路線
10、 進(jìn)行工序設(shè)計(jì)（確定各工序加工余量、切削用量、工序尺寸及公差、選擇工藝裝備，計(jì)算時(shí)間定額等。）
1．5 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)。在設(shè)計(jì)機(jī)械加工工藝規(guī)程時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)圖樣上某一技術(shù)要求規(guī)定得不適當(dāng)，只能向有關(guān)部門提出建議，不得擅自修改圖樣或不按圖樣上的要求去做。
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。
1．6 機(jī)床夾具的工作原理及設(shè)計(jì)步驟
1．6．1 機(jī)床夾具的工作原理
工件通過(guò)定位元件在夾具中占有正確位置；工件和夾具通過(guò)連接元件在機(jī)床上占有正確位置；工件和夾具通過(guò)對(duì)刀、引導(dǎo)元件相對(duì)刀具占有正確位置，從而保證工件相對(duì)機(jī)床位置正確、工件相對(duì)刀具位置正確，最終保證滿足工件加工要求。
1．6．2 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)步驟
1、明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集研究設(shè)計(jì)的原始資料
2、確定夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖
3、繪制夾具總圖
4、標(biāo)注總圖尺寸、公差與配合和技術(shù)條件
5、編寫零件明細(xì)表
6、繪制夾具零件圖
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第二章 工藝規(guī)程制定
2．1 毛坯的制造
零件材料為HT200，由于零件成批生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，選用砂型鑄造，采用機(jī)械翻砂造型，鑄造精度為2級(jí)，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產(chǎn)率和保證加工精度上考慮也是應(yīng)該的。
2．2 零件的加工分析
要對(duì)該零件的槽、平面和孔進(jìn)行加工。具體加工要求如下：
90mm的槽 粗糙度6.3
60mm的圓弧槽 粗糙度1.6
65mm的兩端面 粗糙度6.3
工件底面 粗糙度12.5
工件頂面 粗糙度12.5
2-13mm的孔 粗糙度12.5
寬17的兩個(gè)槽 粗糙度12.5
對(duì)其加工的技術(shù)要求：
1.未注圓角半徑R2～R5。
2.鑄件上的型砂、芯砂和芯骨應(yīng)清除干凈。
3.零件加工表面上，不應(yīng)有劃痕、擦傷等損傷零件表面的缺陷。
4.銳角倒鈍。
2．3 定位基準(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)，通常先確定精基準(zhǔn)，然后再確定粗基準(zhǔn)。
2．3．1 精基準(zhǔn)的選擇
選擇精基準(zhǔn)時(shí)要考慮的主要問(wèn)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。
1） 用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”，以免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。
2） 當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位可以較方便地加工很多表面時(shí)，應(yīng)盡可能采用此組精基準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)統(tǒng)一”，以免生產(chǎn)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。
3） 當(dāng)精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時(shí)，應(yīng)選擇加工表面本身作為精基準(zhǔn)，即遵循“自為基準(zhǔn)”原則。該加工表面與其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。
4） 為獲得均勻的加工余量或較高 的位置精度，可遵循“互為基準(zhǔn)”、反復(fù)加工的原則。
5） 有多種方案可供選擇時(shí)應(yīng)選擇定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定、夾緊可靠，可使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的表面作為精基準(zhǔn)。
根據(jù)該軸承座零件的技術(shù)要求和裝配要求，選擇軸承座的2-13mm孔作為精基準(zhǔn)，零件上有很多表面都可以采用它作為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，即遵循“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。
2．3．2 粗基準(zhǔn)的選擇
1）如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面 之間的位置要求，應(yīng)以不加工表面作為粗基準(zhǔn)。如果在工件上有很多不需加工的表面，則應(yīng)以其中與加工面位置精度要求較高的表面作粗基準(zhǔn)。
2）如果必須首先保證工件某重要表面的加工余量均勻，應(yīng)選擇該表面作精基準(zhǔn)。
3）如需保證各加工表面都有足夠的加工余量，應(yīng)選加工余量較小的表面作粗基準(zhǔn)。
4）選作粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒(méi)有澆口、冒口、飛邊等缺陷，以便定位可靠。
5）粗基準(zhǔn)一般只能使用一次，特別是主要定位基準(zhǔn)，以免產(chǎn)生較大的位置誤差。
此設(shè)計(jì)選擇軸承座頂面、及其兩側(cè)面作為粗基準(zhǔn)。
2．4 擬定工藝路線
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。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能型機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中在提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降下來(lái)。
工藝方案一：
工序1 鑄造
工序2 人工時(shí)效
工序3 銑工件底面
工序4 銑工件頂面
工序5 銑90mm的槽
工序6 鉆2-13mm孔
工序7：銑65兩端面
工序8 銑兩個(gè)寬17的槽
工序9粗銑、半精銑、精銑?60圓弧，倒角C2.5
工序10 去毛刺
工序11 檢驗(yàn)至圖紙要求并入庫(kù)
工藝方案二：
工序1 鑄造
工序2 人工時(shí)效
工序3 銑工件底面
工序4 銑工件頂面
工序5 銑90mm的槽
工序6銑65兩端面
工序7銑兩個(gè)寬17的槽
工序8粗銑、半精銑、精銑?60圓弧，倒角C2.5
工序9鉆2-13mm孔
工序10 去毛刺
工序11 檢驗(yàn)至圖紙要求并入庫(kù)
工藝方案的比較與分析：
上述兩個(gè)方案的差別在于，方案一把2-13mm孔的加工放得相對(duì)靠前，方案二則相反，采用方案一的好處在于，2-13mm孔早早加工出來(lái)，為后面工序的加工，提供了定位基準(zhǔn)，節(jié)約了后序加工的工時(shí)及夾具設(shè)計(jì)的難度，故采用方案一。
2．5 加工余量、工序尺寸、公差和毛坯尺寸的確定
“軸承座”零件材料為HT200，重量為1.5Kg，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用砂型機(jī)鑄造毛坯。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各個(gè)加工表面的機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1. 90mm的槽
槽的寬度為90mm，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-4，確定其精度等級(jí)為CT9，加工余量等級(jí)MA-E，再查表1.4-8，確定其加工方案為粗銑，所以此槽的余量Z=2.0mm已能滿足加工要求。
2. 60mm的圓弧槽
槽的寬度為60mm，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-4，確定其精度等級(jí)為CT9，加工余量等級(jí)MA-E，再查表1.4-8，確定其加工方案為粗銑——半精銑——精銑，所以此槽的余量Z=2.0mm已能滿足加工要求。
粗銑 加工余量Z=1.5mm
半精銑 加工余量Z=0.4mm
精銑 加工余量Z=0.1mm
3. 65mm的兩端面
65mm的兩端面，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-4，確定其精度等級(jí)為CT9，加工余量等級(jí)MA-E，再查表1.4-8，確定其加工方案為粗銑，所以65mm的兩端面的余量Z=2.0mm已能滿足加工要求。
4.工件底面
工件底面，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-4，確定其精度等級(jí)為CT9，加工余量等級(jí)MA-E，再查表1.4-8，確定其加工方案為粗銑，所以此工件底面的余量Z=2.0mm已能滿足加工要求。
5. 工件頂面
工件頂面，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-4，確定其精度等級(jí)為CT9，加工余量等級(jí)MA-E，再查表1.4-8，確定其加工方案為粗銑，所以此工件頂面的余量Z=2.0mm已能滿足加工要求。
6. 2-13mm的孔
孔的尺寸不大于30，很難鑄造成型，采用實(shí)心鑄造。
7. 寬17的兩個(gè)槽
寬17的兩個(gè)槽，尺寸不大，采用實(shí)心鑄造。
8.其他不加工表面
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。
2．6 確定切削用量及基本工時(shí)
工序1 鑄造
工序2 人工時(shí)效
工序3 銑工件底面
1. 計(jì)算切削用量
（1） 背吃刀量的確定：選取=2mm。
（2） 進(jìn)給量的確定：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表1.4-8，按表明粗糙度6.3um的條件進(jìn)行選取，該工序的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量取為0.2mm/z。
（3） 銑削速度的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表5-9，根據(jù)YG6硬質(zhì)合金端面銑刀、=、==0.2mm/z的條件選取，銑削速度v選取為300m/min。將選取的切削速度v代入公式=1000，可以求的銑刀轉(zhuǎn)速=（1000300m/min）/（80mm）=1194.3r/min，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-14，選取X51型立式銑床，查找表4-15立式銑床主軸轉(zhuǎn)速中所列出的X51型立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，與1194.3r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為1000r/ min和1200r/min，現(xiàn)選取轉(zhuǎn)速=1200r/ min。將此轉(zhuǎn)速代入公式=1000，求出該工序的實(shí)際銑削速度v=nd/1000=（1200r/ min80mm）/1000=301.4m/min。
2. 時(shí)間定額的計(jì)算
（1） 基本時(shí)間的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，表5-43中的YG6硬質(zhì)合金端面銑刀的基本時(shí)間計(jì)算公式，可以求出該工序的基本時(shí)間。
基本時(shí)間計(jì)算公式：=
式中 當(dāng)主偏角=90°時(shí)： =0.5（-）+（1～3）
=1～3 =n=Zn
式中=55+40+55=150mm，=1～3mm,選取=2mm
=0.5（-）+（1～3）=[0.5（80-）+1]mm=1.2mm
=n=Zn=0.2mm/r1200r/min=240mm/min。
將上述結(jié)果代入公式=，
算出該工序的基本時(shí)間==0.638min
（2） 輔助時(shí)間的計(jì)算
輔助時(shí)間與基本時(shí)間之間的關(guān)系為=（0.15～0.2），這邊選取=0.15，所以此工序的輔助時(shí)間為=0.15=0.150.638min=0.096min
總結(jié)：經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，得出背吃刀量=2mm；每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.2mm/z；機(jī)床轉(zhuǎn)速n=1200r/ min；實(shí)際銑削速度v=301.4m/min；基本時(shí)間=0.638；輔助時(shí)間=0.096min。
工序4 銑工件頂面
1. 計(jì)算切削用量
（1） 背吃刀量的確定：選取=2mm。
（2） 進(jìn)給量的確定：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表1.4-8，按表明粗糙度6.3um的條件進(jìn)行選取，該工序的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量取為0.2mm/z。
（3） 銑削速度的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表5-9，根據(jù)YG6硬質(zhì)合金端面銑刀、=、==0.2mm/z的條件選取，銑削速度v選取為300m/min。將選取的切削速度v代入公式=1000，可以求的銑刀轉(zhuǎn)速=（1000300m/min）/（80mm）=1194.3r/min，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-14，選取X51型立式銑床，查找表4-15立式銑床主軸轉(zhuǎn)速中所列出的X51型立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，與1194.3r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為1000r/ min和1200r/min，現(xiàn)選取轉(zhuǎn)速=1200r/ min。將此轉(zhuǎn)速代入公式=1000，求出該工序的實(shí)際銑削速度v=nd/1000=（1200r/ min80mm）/1000=301.4m/min。
2. 時(shí)間定額的計(jì)算
（1） 基本時(shí)間的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，表5-43中的YG6硬質(zhì)合金端面銑刀的基本時(shí)間計(jì)算公式，可以求出該工序的基本時(shí)間。
基本時(shí)間計(jì)算公式：=
式中 當(dāng)主偏角=90°時(shí)： =0.5（-）+（1～3）
=1～3 =n=Zn
式中=120-90=30mm，=1～3mm,選取=2mm
=0.5（-）+（1～3）=[0.5（80-）+1]mm=1.2mm
=n=Zn=0.2mm/r1200r/min=240mm/min。
將上述結(jié)果代入公式=，
算出該工序的基本時(shí)間==0.138min
（2） 輔助時(shí)間的計(jì)算
輔助時(shí)間與基本時(shí)間之間的關(guān)系為=（0.15～0.2），這邊選取=0.15，所以此工序的輔助時(shí)間為=0.15=0.150.138min=0.021min
總結(jié)：經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，得出背吃刀量=2mm；每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.2mm/z；機(jī)床轉(zhuǎn)速n=1200r/ min；實(shí)際銑削速度v=301.4m/min；基本時(shí)間=0.138；輔助時(shí)間=0.021min。
工序5 銑90mm的槽
1. 計(jì)算切削用量
（1） 背吃刀量的確定：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表2.2-4，選取加工余量=2mm,故背吃刀量=2mm。
（2） 進(jìn)給量的確定：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表1.4-8，按表明粗糙度6.3um的條件進(jìn)行選取，該工序的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量取為0.2mm/z。
（3） 銑削速度的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表5-9，根據(jù)YG6硬質(zhì)合金三面刃銑刀、=的條件選取，銑削速度v選取為300m/min。將選取的切削速度v代入公式=*1000，可以求的銑刀轉(zhuǎn)速=（1000300）m/min/（100mm）=955.4r/min，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-14，選取X62型臥式銑床，查找表4-15臥式銑床主軸轉(zhuǎn)速中所列出的X62型臥式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，與955.4r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為850r/ min和1000r/min，現(xiàn)選取轉(zhuǎn)速=1000r/ min。將此轉(zhuǎn)速代入公式=*1000，求出該工序的實(shí)際銑削速度v=nd/1000=（1000r/ min100mm）/1000=314m/min。
2. 時(shí)間定額的計(jì)算
（1） 基本時(shí)間的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，表5-43中的三面刃銑刀的基本時(shí)間計(jì)算公式，可以求出該工序的基本時(shí)間。
基本時(shí)間計(jì)算公式：=
式中 =+（1～3） =2～5
=n=Zn =1，即一次銑削刀規(guī)定深度
式中=65；=2～5mm,選取=2mm
=+（1～3）=+1=10.95mm
=n =0.2mm1000r/min=200mm/min。
將上述結(jié)果代入公式=，
算出該工序的基本時(shí)間==0.390min
（2） 輔助時(shí)間的計(jì)算
輔助時(shí)間與基本時(shí)間之間的關(guān)系為=（0.15～0.2），這邊選取=0.15，所以此工序的輔助時(shí)間為=0.15=0.150.390min=0.058min
總結(jié)：經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，得出背吃刀量=2mm；每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.2mm/z；機(jī)床轉(zhuǎn)速n=1000r/ min；實(shí)際銑削速度v=314m/min；基本時(shí)間=0.390min；輔助時(shí)間=0.058min
工序6 鉆2-13mm孔
1、計(jì)算切削用量
1） 背吃刀量的確定：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表2-28，鉆孔直徑=13mm，所以背吃刀量=13mm。
2） 進(jìn)給量的確定：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表5-22，選取此工步的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.2mm/r。
3） 切削速度的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表5-22，按工件材料為HT200的條件選取，切削速度可以取為50m/min。將此速度代入公式=1000，可以算出該工序的鉆頭轉(zhuǎn)速=（50 m/min 1000）/(13mm)=1224.9r/min，參照《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-10，根據(jù)=0.2mm/r的條件選取型號(hào)為Z525的立式鉆床，再查表4-9所列出的Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，與=1224.9r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為1200r/ min和1500r/min，現(xiàn)選取轉(zhuǎn)速=1200r/ min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式=1000，可以求出該工序的實(shí)際鉆削速度v=n/1000=（1200r/ min13mm）/1000=49.0m/min。
2. 時(shí)間定額的計(jì)算
（1） 基本時(shí)間的計(jì)算：
1） 鉆孔工步 根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表5-41中的鉆孔和鉆中心孔的基本時(shí)間計(jì)算公式，可以求出該工序的基本時(shí)間。
基本時(shí)間計(jì)算公式：==
式中 =cot+（1～2） =1～4
其中=55mm；=2mm；=cot+（1～2）=cot54°+1mm=5.7mm；
=0.2mm/r；n=1200r/ min。
將上述結(jié)果代入公式==，
則該工序的基本時(shí)間==0.261min
（2） 輔助時(shí)間的計(jì)算
輔助時(shí)間與基本時(shí)間之間的關(guān)系為=（0.15～0.2），這邊選取=0.15，所以此工序的輔助時(shí)間為=0.15=0.150.261min=0.039min
總結(jié)：經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，得出單邊背吃刀量=6.5 mm；每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.2mm/z；機(jī)床轉(zhuǎn)速n=1200r/ min；實(shí)際銑削速度v=49.0m/min；基本時(shí)間=0.261min；輔助時(shí)間=0.039min
工序7 銑兩個(gè)寬17的槽
1. 計(jì)算切削用量
（1） 背吃刀量的確定：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表2.2-4，選取加工余量=2mm,故背吃刀量=2mm。
（2） 進(jìn)給量的確定：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表1.4-8，按表明粗糙度6.3um的條件進(jìn)行選取，該工序的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量取為0.2mm/z。
（3） 銑削速度的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表5-9，根據(jù)YG6硬質(zhì)合金立銑刀、=的條件選取，銑削速度v選取為50m/min。將選取的切削速度v代入公式=1000，可以求的銑刀轉(zhuǎn)速=（100050）m/min/（17mm）=936.6r/min，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-14，選取X51型立式銑床，查找表4-15立式銑床主軸轉(zhuǎn)速中所列出的X51型立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，與936.6r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為850r/ min和1000r/min，現(xiàn)選取轉(zhuǎn)速=1000r/ min。將此轉(zhuǎn)速代入公式=1000，求出該工序的實(shí)際銑削速度v=nd/1000=（1000r/ min17mm）/1000=53.4m/min。
2. 時(shí)間定額的計(jì)算
（1） 基本時(shí)間的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，表5-43中的YG6硬質(zhì)合金立銑刀的基本時(shí)間計(jì)算公式，可以求出該工序的基本時(shí)間。
基本時(shí)間計(jì)算公式：=
式中 =+（1～3） =2～5
=n=Zn =n，即多次銑削刀規(guī)定深度
式中=40；=2～5mm,選取=2mm
=+（1～3）=+1=5mm
=n =0.2mm1000r/min=200mm/min。
將上述結(jié)果代入公式=，
算出該工序的基本時(shí)間==0.235min
（2） 輔助時(shí)間的計(jì)算
輔助時(shí)間與基本時(shí)間之間的關(guān)系為=（0.15～0.2），這邊選取=0.15，所以此工序的輔助時(shí)間為=0.15=0.150.235min=0.035min
總結(jié)：經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，得出背吃刀量=2mm；每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.2mm/z；機(jī)床轉(zhuǎn)速n=1000r/ min；實(shí)際銑削速度v=53.4m/min；基本時(shí)間=0.235min；輔助時(shí)間=0.035min
工序8粗銑、半精銑、精銑?60圓弧，倒角C2.5
1. 計(jì)算切削用量
（1） 背吃刀量的確定：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表2.2-4，選取加工余量=2mm,故背吃刀量=2mm。
（2） 進(jìn)給量的確定：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表1.4-8，按表明粗糙度6.3um的條件進(jìn)行選取，該工序的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量取為0.2mm/z。
（3） 銑削速度的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查表5-9，根據(jù)YG6硬質(zhì)合金立銑刀、=的條件選取，銑削速度v選取為200m/min。將選取的切削速度v代入公式=1000，可以求的銑刀轉(zhuǎn)速=（1000200）m/min/（60mm）=1061.6r/min，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-14，選取X62型臥式銑床，查找表4-15臥式銑床主軸轉(zhuǎn)速中所列出的X62型臥式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，與1061.6r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為1000r/ min和1200r/min，現(xiàn)選取轉(zhuǎn)速=1000r/ min。將此轉(zhuǎn)速代入公式=1000，求出該工序的實(shí)際銑削速度v=nd/1000=（1000r/ min60mm）/1000=188.4m/min。
2. 時(shí)間定額的計(jì)算
（1） 基本時(shí)間的計(jì)算：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，表5-43中的YG6硬質(zhì)合金成形銑刀的基本時(shí)間計(jì)算公式，可以求出該工序的基本時(shí)間。
基本時(shí)間計(jì)算公式：=
式中 =+（1～3） =2～5
=n=Zn =n，即多次銑削刀規(guī)定深度
式中=17.5mm+17.5mm=35mm；=2～5mm,選取=2mm
=+（1～3）=+1=8.68mm
=n =0.2mm1000r/min=200mm/min。
將上述結(jié)果代入公式=，
算出該工序的基本時(shí)間==0.685min
（2） 輔助時(shí)間的計(jì)算
輔助時(shí)間與基本時(shí)間之間的關(guān)系為=（0.15～0.2），這邊選取=0.15，所以此工序的輔助時(shí)間為=0.15=0.150.685min=0.103min
總結(jié)：經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，得出背吃刀量=2mm；每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.2mm/z；機(jī)床轉(zhuǎn)速n=1000r/ min；實(shí)際銑削速度v=188.4m/min；基本時(shí)間=0.685min；輔助時(shí)間=0.103min
工序9 去毛刺
工序10 檢驗(yàn)至圖紙要求并入庫(kù)
2．7 本章小結(jié)
本章主要是對(duì)軸承座的加工工藝進(jìn)行制定。首先，要明確毛坯的形狀，需要加工的工序及技術(shù)要求，明確加工時(shí)工序定位基準(zhǔn)的原則，然后擬定工件加工的工藝路線，制定多套方案，然后進(jìn)行比較選擇最優(yōu)的一套。接著就可以確定工件的加工余量、工序尺寸、公差和時(shí)間定額，并且制作機(jī)械加工工序卡片。加工工藝是否合理，直接影響著最后工件的質(zhì)量，所以對(duì)加工工藝的制定是十分重要的。
第三章 軸承座的專用夾具設(shè)計(jì)
機(jī)床夾具的作用：
（1） 保證加工精度 機(jī)床專用夾具可以準(zhǔn)確的確定工件、刀具和機(jī)床之間的相對(duì)位置，可以保證零件的加工精度。
（2） 提高生產(chǎn)效率 機(jī)床專用夾具可以快速的將工件進(jìn)行定位和夾緊，減少加工時(shí)的輔助時(shí)間。
（3） 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 采用機(jī)械、氣動(dòng)、液動(dòng)等夾緊機(jī)構(gòu)，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
（4） 擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍 利用機(jī)床專用夾具，可以擴(kuò)大機(jī)床的加工范圍。
專用機(jī)床夾具的組成：專用機(jī)床夾具由定位元件、夾緊裝置、對(duì)刀導(dǎo)向元件、夾具聯(lián)接元件、其他元件及裝置和夾具體組成。
機(jī)床專用夾具設(shè)計(jì)的步驟：
1、明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集研究設(shè)計(jì)的原始資料
（1） 分析零件圖和工序圖
（2） 了解本工序使用的機(jī)床和刀具
（3） 熟悉夾具設(shè)計(jì)用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
（4） 了解夾具的典型結(jié)構(gòu)
2、確定夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖
3、繪制夾具總圖
4、標(biāo)注總圖尺寸、公差與配合和技術(shù)條件
5、編寫零件明細(xì)表
6、繪制夾具零件圖
3．1 鉆床夾具設(shè)計(jì)
需要設(shè)計(jì)加工2-13孔的專用夾具，為使所設(shè)計(jì)的夾具能保證加工要求和獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，需要研究解決下列問(wèn)題。
（1） 工件的加工工藝分析 該工件結(jié)構(gòu)形狀比較的不規(guī)則，待加工的孔的表面粗糙度比較低，且其中13為孔深L/D=4.23，故工藝規(guī)程中只需一步鉆削即可滿足加工要求。依靠所設(shè)計(jì)的鉆模來(lái)保證孔的位置精度如下：
1） 待加工的2-13孔中心線距為85mm；
2） 待加工的13孔距工件底面的距離為20mm。
（2） 定位方案和定位元件的設(shè)計(jì) 在進(jìn)入本工序加工前，上端的槽和工件底面、頂面均已達(dá)到加工要求，故為定位基準(zhǔn)的選擇提供了有利條件。由于待加工兩孔的位置精度在X、Y、Z坐標(biāo)上有要求，所以應(yīng)該采用完全定位方法來(lái)限制工件的自由度。故兩種定位方案如下：
圖3.1 軸承座零件圖
以工件底面及兩個(gè)側(cè)面作為定位基準(zhǔn)，限制工件的六個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位。優(yōu)點(diǎn)是工件安裝穩(wěn)定，且定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。
（3） 夾緊方案及夾緊裝置的設(shè)計(jì) 根據(jù)夾緊力應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)，并使其作用點(diǎn)落在工件剛性較好的部位的原則，可選用鉤形壓板，使夾緊力作用在R20端面上，夾緊力方向與2-13孔中心線方向相同。工件底面放在夾具體上面，來(lái)承受鉆孔時(shí)的軸向分力。對(duì)于鉆削時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，一方面依靠鉤形壓板的夾緊力所產(chǎn)生的摩擦阻力矩來(lái)平衡；另一方面則由擋銷的阻擋作用來(lái)抵消。以上兩組元件共同承受鉆削時(shí)的轉(zhuǎn)矩。
（4） 導(dǎo)向元件、夾具體及鉆模整體設(shè)計(jì) 由于待加工孔精度不高，只需一步鉆削即可滿足要求，生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)，故鉆套選用可換鉆套。鉆模板和夾具體是兩件，通過(guò)銷釘固定在夾具體上，在裝配時(shí)要注意保證鉆套軸線與定位元件的位置尺寸關(guān)系。
以上各種元件的結(jié)構(gòu)和布置，基本上解決了夾具體和鉆模整體結(jié)構(gòu)形成框架式，剛性較好。
（5） 誤差分析
1） 定位誤差 工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)都是工件底面，基準(zhǔn)重合，所以定位誤差=0。
2） 對(duì)刀誤差
—鉆模板底孔至定位元件的尺寸公差0mm
—鉆套內(nèi)外圓的同軸度0.015
—刀具與鉆套的最大配合間隙0.02mm
—刀具在鉆套中的偏斜值，
B—工件孔的長(zhǎng)度
S—鉆模板與工件表面的距離
H—鉆模板的高度
=0.041mm
因孔沒(méi)有任何位置度要求，以上誤差分析說(shuō)明此夾具保證加工精度。
圖3.2 鉆軸承座孔鉆模
（6） 確定夾具總圖的技術(shù)要求 夾具總圖上須標(biāo)注夾具外形的最大輪廓尺寸400mm250mm156mm，工件輪廓線及加工部位網(wǎng)狀線以及重要配合和行位公差要求等。必要時(shí)可用誤差不等式對(duì)鉆孔精度進(jìn)行分析。
圖3.3鉆軸承座孔裝配圖
3．2 銑床夾具設(shè)計(jì)
（1） 工件加工工藝分析 根據(jù)加工工藝規(guī)程銑?60mm圓弧，其他定位表面都已經(jīng)加工好了，本工序的加工要求是：
1）圓弧尺寸?60mm。
2） 加工后的表面粗糙度要達(dá)到Ra1.6。
（2） 定位方案及定位元件的設(shè)計(jì)
工件以2-13mm孔及工件底面作為定位基準(zhǔn)，也即是經(jīng)典的一面兩銷定位，工件被限制六個(gè)自由度，完全定位。優(yōu)點(diǎn)是工件安裝穩(wěn)定，且定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。
（3） 夾緊方案及夾緊裝置的設(shè)計(jì) 根據(jù)夾緊力方向和作用點(diǎn)確定的原則，要使工件在夾具體上夾緊，須設(shè)計(jì)如圖3.4所示的裝置，來(lái)對(duì)工件進(jìn)行壓緊。
圖3.4 工件的夾緊方案
（4） 導(dǎo)向?qū)Φ斗桨讣皧A具總體設(shè)計(jì)
1） 對(duì)刀方案：采用直角對(duì)刀塊，配以3mm塞尺對(duì)好銑刀位置。
2） 夾具體及其在機(jī)床上的安裝：當(dāng)進(jìn)行夾具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足銑切加工要求的前提下應(yīng)盡量使各種裝置布置的緊湊些；為了提高銑床夾具在機(jī)床上安裝的穩(wěn)固性，應(yīng)盡量降低夾具的重心，并防止變形和振動(dòng)。
（5） 夾具總圖上的尺寸、公差和技術(shù)要求
圖3.5 銑軸承座?60mm圓弧的夾具圖
1） 夾具最大輪廓尺寸為420mm200mm83mm。
（6） 誤差分析
(1)移動(dòng)時(shí)基準(zhǔn)位移誤差
（式5-5）
式中： ———— 圓柱銷孔的最大偏差
———— 圓柱銷孔的最小偏差
————圓柱銷定位孔與定位銷最小配合間隙
代入（式5-5）得： =
=
(2) 轉(zhuǎn)角誤差
（式5-6）
式中： ———— 圓柱銷孔的最大偏差
———— 圓柱銷孔的最小偏差
———— 圓柱銷定位孔與定位銷最小配合間隙
———— 削邊銷孔的最大偏差
———— 削邊銷孔的最小偏差
———— 削邊銷定位孔與定位銷最小配合間隙
其中：
則代入（式5-6）得：
則：
為了使夾具體與機(jī)床有一個(gè)正確的位置，必須要有定位裝置，這個(gè)夾具體用兩個(gè)定位鍵來(lái)保證他們之間的位置。
3．3本章小結(jié)
本章節(jié)是對(duì)工件加工時(shí)所需的專用夾具的設(shè)計(jì)，包括一個(gè)鉆床夾具和一個(gè)銑床夾具。對(duì)每個(gè)夾具的設(shè)計(jì)，首先都要對(duì)工件進(jìn)行分析，明確工件的尺寸、公差和技術(shù)要求，明確工件在此夾具上的定位方案，夾緊方案，并對(duì)夾緊裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，銑床夾具和鉆床夾具中，還要分別對(duì)對(duì)刀塊和鉆套、鉆模板進(jìn)行選擇，并且畫出夾具的三視圖，最后還要對(duì)專用夾具的精度進(jìn)行分析，確定夾具能夠保證工件加工時(shí)的精度。
結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，時(shí)間雖然短暫但是它對(duì)我們來(lái)說(shuō)受益菲淺的，通過(guò)這次的設(shè)計(jì)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(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行實(shí)實(shí)在在的設(shè)計(jì)，使我們不但鞏固了理論知識(shí)而且掌握了設(shè)計(jì)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(jì)手冊(cè)和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入社會(huì)打下了好的基礎(chǔ)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們認(rèn)識(shí)到了只努力的學(xué)好書本上的知識(shí)是不夠的，還應(yīng)該更好的做到理論和實(shí)踐的結(jié)合。因此同學(xué)們非常感謝老師給我們的辛勤指導(dǎo)，使我們學(xué)到了好多，也非常珍惜學(xué)院給我們的這次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，它將是我們踏入社會(huì)的關(guān)鍵一步。
致 謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我收益不小，為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)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(cè)時(shí)，數(shù)據(jù)存在大量的重復(fù)和重疊，由于經(jīng)驗(yàn)不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問(wèn)題，不過(guò)我的指導(dǎo)老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見(jiàn)，在我遇到難題時(shí)給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。
這次設(shè)計(jì)成績(jī)的取得，與指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)是分不開(kāi)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(shí)間，耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題，他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?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(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，他都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個(gè)日日夜夜，他不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)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(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)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(jǐn)向指導(dǎo)老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。
參 考 文 獻(xiàn)
1 周宏甫.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2004；
2 張普禮.機(jī)械加工工藝裝備.南京：東南大學(xué)出版社，1995；
3 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，上海工業(yè)大學(xué).機(jī)床夾具設(shè)計(jì).上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1989；
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