（通過答辯）箱體蓋孔立式鏜床夾具設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙）
（通過答辯）箱體蓋孔立式鏜床夾具設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙）,通過,答辯,箱體,孔立,鏜床,夾具,設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙
金屬基于FEM和SPH的切口過程的數(shù)值仿真和分析*
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摘要——通過使用有限元法和SPH，在金屬材料的切削過程模擬和切割機(jī)制耦合方法中對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明，切削過程是一個(gè)塑性變形的過程，切削層材料由于刀具的擠壓產(chǎn)生剪切滑移，產(chǎn)生擠壓和摩擦，切割形成的冷卻表層材料，是受塑性變形力的結(jié)果，形成殘余應(yīng)力;切削力迅速增大后減小，最終變化在一定范圍內(nèi)，最大有效應(yīng)力在一定范圍內(nèi)處于不同的穩(wěn)定切削階段的最前沿。
關(guān)鍵詞：金屬切削;數(shù)值模擬，有限元法; SPH方法.
I.導(dǎo)言
金屬切削過程是一個(gè)復(fù)雜的加工工藝。它不僅涉及到彈性，塑性和斷裂力學(xué)，而且涉及到摩擦學(xué)和熱力學(xué)。切割質(zhì)量受許多因素影響，如工具的形狀，切削參數(shù)，切削熱，切削刀具磨損等[1]。這是個(gè)非常不理想的定量分析和研究分析方法的削減機(jī)制。它浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)檢錯(cuò)工時(shí)，增加生產(chǎn)成本。作為金屬切割新的研究方法，機(jī)制，計(jì)算機(jī)模擬方法更簡便，高效。其中，有限元方法是使用最廣泛的金屬切削仿真方法，并得到了一些重大的成就[2，3]。有限元方法是一種網(wǎng)格方法。分離的標(biāo)準(zhǔn)和斷裂準(zhǔn)則的芯片要人為地設(shè)置在金屬切削模擬過程中，或在切削變形區(qū)的網(wǎng)格中將被扭曲。這是不完全符合實(shí)際情況的一種方法。無網(wǎng)格法的發(fā)展提供了一個(gè)問題的有效解決方案。光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（型號(hào)為SPH）是一種成熟的無網(wǎng)格方法。仿真模型建立與SPH離散粒子的產(chǎn)生，在這么大金屬切削變形過程中可有效解決[4-6]。
在連續(xù)介質(zhì)的機(jī)械變形仿真中，有限元法的效率比SPH高，但不如在仿真過程中涉及到大變形，不連續(xù)的媒介。因此，文件模擬金屬切削基于LS - DYNA中的軟件程序進(jìn)行有限元方法和SPH耦合。它補(bǔ)充了單一方法的缺點(diǎn)。
II.基本原則的SPH方法
在SPH中，仿真模型建立離散粒子。粒子的質(zhì)量在固定的坐標(biāo)系統(tǒng)中是固定的。因此SPH方法類似于拉格朗日方法。它的基本方程，也是能量守恒方程和固體材料本構(gòu)方程。在SPH中流場物理描述的流動(dòng)的粒子，設(shè)定其具有一定的速度。每個(gè)粒子是一個(gè)流場特性的插值點(diǎn)。整個(gè)解決方案可以得到由這些粒子組成的插值函數(shù)[7，8]。SPH的基礎(chǔ)是插值原則[9]。任何宏觀變量（如密度，氣壓，溫度等）可以得到由粒子組成的無序的一整套插值。粒子的相互作用用插值函數(shù)表示。近似粒子功能
∏hf(x)= ∫f(y)W(x-y,h)dy (1)
其中W是內(nèi)核函數(shù)（插值內(nèi)核），它的表述如下：
W(x,h)=θ(x) (2)
其中d是空間維數(shù)，h是平滑的長度。輔助值θ是
θ(u)= C× (3)
其中C是一個(gè)正?；某?shù)。
平滑長度H是計(jì)算效率和精度的具有重要影響的因素。為了避免負(fù)面影響，由于材料壓縮和膨脹，變化平滑的長度是由W. Benz.決定的。平滑長度是動(dòng)態(tài)的，隨時(shí)間和空間變化。它隨著粒子之間的距離的增加而增加。隨著粒子之間的距離減少而減少。它的變化范圍為
HMIN*h02000kg）
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<100為輕型，確定為大批生產(chǎn)。
根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，選擇鑄造類型的主要特點(diǎn)要生產(chǎn)率高，適用于大批生產(chǎn)，查《工藝手冊》表3.1-111 特種鑄造的類別、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，再根據(jù)表3.1-20 各種鑄造方法的經(jīng)濟(jì)合理性，采用機(jī)器砂模造型鑄件。
表3-2 成批和大量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級
鑄造方法
公差等級CT
球墨鑄鐵
砂型手工造型
11~11
砂型機(jī)器造型及殼型
8~10
金屬型
7~11
低壓鑄造
7~11
熔模鑄造
5~7
根據(jù)上表選擇金屬型公差等級為7級。
3-3 鑄件尺寸公差數(shù)值
鑄件基本尺寸
公差等級CT
大于
至
8
63
100
190
100
190
250
1.6
1.8
2.0
根據(jù)上表查得鑄件基本尺寸大于100至190，公差等級為8級的公差數(shù)值為1.8。
表3-4 鑄鐵件機(jī)械加工余量（JB4054-134）如下
鑄件基本尺寸
加工余量等級 6
澆注時(shí)位置
>120~250
6.0
4.0
頂、側(cè)面
底 面
鑄孔的機(jī)械加工余量一般按澆注時(shí)位置處于頂面的機(jī)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(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。
3.6確定切削用量及基本工時(shí)（機(jī)動(dòng)時(shí)間）
工序30：粗銑上端面，留1mm精加工余量。
機(jī)床：銑床X52K
工件材料HT200 ，鑄造 ，高速鋼鑲齒銑刀、 齒數(shù) ，查表5.8
確定銑削速度
采用X52K立式銑床 ，查表3.6，取轉(zhuǎn)速 ， 故實(shí)際銑削速度
當(dāng)工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給 為
由《工藝手冊》得
工序40：精銑上端面
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～73，?。焊鶕?jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81，取銑削速度
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～74，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81,取
切削工時(shí)
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序50：粗銑下端面，留1mm精加工余量。
機(jī)床：銑床X52K
工件材料HT200 ，鑄造 ，高速鋼鑲齒銑刀、 齒數(shù) ，查表5.8
確定銑削速度
采用X52K立式銑床 ，查表3.6，取轉(zhuǎn)速 ， 故實(shí)際銑削速度
當(dāng)工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給 為
由《工藝手冊》得
工序60：精銑下端面
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～73，?。焊鶕?jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81，取銑削速度
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～74，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81,取
切削工時(shí)
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序70 ：粗鏜2Xφ100孔
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
單邊余量Z=1.1mm
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量。
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～45，取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～41，取
實(shí)際切削速度：
工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工序80 精鏜2Xφ100孔
粗加工后單邊余量Z=0.4mm，一次鏜去全部余量， ，精鏜后孔徑
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～45，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.14—41，取
實(shí)際切削速度：
工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)工時(shí)
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第4章 鏜孔夾具設(shè)計(jì)的要求
4.1 鏜孔夾具方案設(shè)計(jì)
方案設(shè)計(jì)是夾具設(shè)計(jì)的重要階段，它在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上，要完成下列設(shè)計(jì)工作：[1]
① 研究殼體零件原始資料，明確設(shè)計(jì)要求。
② 擬訂鏜孔夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖。
③ 繪制夾具總圖，標(biāo)注有關(guān)尺寸及技術(shù)要求。
④ 繪制零件圖。
從另外一方面來說，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是工藝裝備設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)深人實(shí)際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，制定出合理的設(shè)計(jì)方案，再進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。而深入生產(chǎn)實(shí)際調(diào)查研究中，應(yīng)當(dāng)掌握下面的一些資料：[1]
(1)工件圖紙；詳細(xì)閱讀工件的圖紙，了解工件被加工表面是技術(shù)要求，該零件在機(jī)器中的位置和作用，以及裝置中的特殊要求。
(2)工藝文件：了解工件的工藝過程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面狀況，基準(zhǔn)面選擇的情況，可用機(jī)床設(shè)備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。
(3)生產(chǎn)綱領(lǐng)：夾具的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與工件的批量大小相適應(yīng)，做到經(jīng)濟(jì)合理。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的夾具要求是中小批量生產(chǎn)的夾具設(shè)計(jì)。
(4)制造與使用夾具的情況，有無通用零部件可供選用。工廠有無壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術(shù)狀況等。
夾具的出現(xiàn)可靠地保證加工精度，提高整體工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。
4.2夾具總體設(shè)計(jì)的要求
1）夾具應(yīng)滿足零件加工工序的精度要求。特別對于精加工工序，
應(yīng)適當(dāng)提高夾具的精度，以保證工件的尺寸公差和形狀位置公差等。
2）夾具應(yīng)達(dá)到加工生產(chǎn)率的要求。特別對于大批量生產(chǎn)中使用的
夾具，應(yīng)設(shè)法縮短加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間。
3）夾具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可設(shè)置必要的
防護(hù)裝置、擋屑板以及各種安全器具。
4）能保證夾具一定的使用壽命和較低的夾具制造成本。夾具元件
的材料選用將直接影響夾具的使用壽命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力學(xué)性能較好的材料。夾具的低成本設(shè)計(jì)在世界各國都以相當(dāng)重視。為此，夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)中。宜采用氣壓、液壓等高效夾緊裝置；而小批量生產(chǎn)，則宜采用較簡單的夾具結(jié)構(gòu)。
5）要適當(dāng)提高夾具元件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)程度。選用標(biāo)準(zhǔn)化元件，
特別應(yīng)選用商品化的標(biāo)準(zhǔn)元件，以縮短夾具制造周期，從而降低夾具成本。
6）必須具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以便夾具的制造、使用和維修。
以上要求有時(shí)是互相矛盾的，故應(yīng)在全面考慮的基礎(chǔ)上，處理好主要矛盾，使之達(dá)到較好的效果。例如鏜模設(shè)計(jì)中，通常側(cè)重于生產(chǎn)率的要求。
在機(jī)械加工中，在機(jī)床上用來確定工件位置并將其壓緊夾牢的工藝裝備稱為機(jī)床夾具。不僅單件小批量生產(chǎn)中需要它，成批大量生產(chǎn)更不可缺少。機(jī)床夾具是機(jī)床和工件之間的連接裝備，能使工件相對于機(jī)床和刀具獲得正確位置，以保證零件和產(chǎn)品的質(zhì)量，并提高生產(chǎn)率。機(jī)床夾具的性能好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，因此機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的工作，也是加工過程中最活躍的因素之一。
4.3 機(jī)床夾具的組成
雖然機(jī)床夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。一般可以概況為一下幾個(gè)部分組成，這些組成部分既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。
1. 定位支承元件。定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。
2. 夾緊裝置。夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。
3. 連接定向元件。這種元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。
4. 對刀元件或?qū)蛟＿@些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件。用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工的元件稱為導(dǎo)向元件。
5. 其他裝置或元件。根據(jù)加工需要，有些夾具上還設(shè)有分度裝置?？磕Ｑb置、上下料裝置、工件頂出機(jī)構(gòu)、電動(dòng)扳手和平衡塊等，以及標(biāo)準(zhǔn)化了的其他連接元件。
6. 夾具體。夾具體是夾具的基本骨架，用來配置、安裝各夾具元件，使之組成一整體。
4.4 夾具設(shè)計(jì)的基本要求
一個(gè)優(yōu)良的機(jī)床夾具必須滿足下列基本要求。
(1) 保證工件的加工精度。保證加工精度的關(guān)鍵，首先在于正確地選定定位基準(zhǔn)、定位方法和定位元件，必要時(shí)還需要進(jìn)行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對加工精度的影響，注意夾具應(yīng)有足夠的剛度，多次重復(fù)使用的夾具還應(yīng)該注意相關(guān)元件的強(qiáng)度和耐磨性，確保夾具能滿足工件精度要求。
(2) 提高生產(chǎn)效率。專用夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，應(yīng)盡量采用各種快速高效的裝夾機(jī)構(gòu)，保證操作方便，縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
(3) 工藝性能好。專用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、合理、便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)、維修等。
(4) 使用性能好。專用夾具的操作應(yīng)簡便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經(jīng)濟(jì)適用的前提下，應(yīng)盡可能采用氣動(dòng)、液壓等機(jī)械化加緊裝置，以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。專用夾具還應(yīng)排屑方便，必要時(shí)可設(shè)置排屑機(jī)構(gòu)，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。
(5) 經(jīng)濟(jì)性好。專用夾具應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，力求結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對夾具方案進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益。
4.5 本次夾具設(shè)計(jì)的基本過程
4.5.1 擬定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖
1. 確定工件的定位方案，根據(jù)工件定位原理選擇或者設(shè)計(jì)定位裝置，合理設(shè)置定位元件，進(jìn)行定位誤差的分析計(jì)算，定位誤差應(yīng)小于工序公差的三分之一。
2. 確定刀具的對刀或引導(dǎo)方式，設(shè)計(jì)對刀及引導(dǎo)裝置。
3. 確定工件的夾緊方案，合理的確定夾緊的方向和作用點(diǎn)，進(jìn)行夾緊力的分析計(jì)算，最后確定夾緊元件及傳動(dòng)裝置的主要尺寸。
4. 確定夾具其它元件(夾具體、鏜模板等)的架構(gòu)模型。
5. 合理布置夾具元件，確定夾具體的形式及夾具的總體結(jié)構(gòu)。
4.5.2 繪制夾具總裝配圖及零件圖
1. 夾具總裝配圖應(yīng)盡量采用1：1的比例，越要時(shí)可采用1：2、1：5、2：1、5：1等比例。主視圖應(yīng)選面對操作者的工作位置。
2. 總裝配圖繪制的順序是：用雙點(diǎn)劃線將工件的外形輪廓、定位 基面，夾緊表面及加工表面(加工余量用網(wǎng)線表示)繪制在各個(gè)視圖的合理位置上，視工件為透明體，依次繪出定位、對刀—導(dǎo)引、夾緊及其它元件或裝置，最后繪出夾具體，并對各零件進(jìn)行編號(hào)，填寫零件明細(xì)表和標(biāo)題欄。
3. 標(biāo)注必要的尺寸、公差配合及技術(shù)要求。
4. 夾具中的非標(biāo)準(zhǔn)零件要繪制零件圖，并按總裝配圖的設(shè)計(jì)要求，確定各零件的尺寸、公差及技術(shù)要求。
4.6 確定夾具的類型
按使用范圍，夾具可分為通用夾具和專用夾具兩類。通用夾具適用于各種不同尺寸的零件加工，如導(dǎo)尺、分度盤等。這類夾具是作為附件與機(jī)床一起配套供應(yīng)的。專用夾具是專門為某一工件在某一工序進(jìn)行加工而設(shè)計(jì)的夾具，如在銑床上加工彎曲零件必須采用相應(yīng)的夾具，在壓刨上加工斜面、曲面也要采用專用夾具。
4.7 鏜模的主要類型
鏜床專用夾具一般通稱為“鏜模”。可按鏜模有無夾具體，以及夾具體是否可動(dòng)，而分為下面幾類：[1]
1.固定式鏜模
這種鏜模在使用時(shí)，是被固定在鏜床工作臺(tái)。用于在立軸式鏜床上加工較大的單孔或在搖臂鏜床上加工平行孔系。如果要在立式鏜床上使用固定式鏜模加工平行空系，則需要在機(jī)床主軸上安裝鏜模時(shí)，一般先將裝在主軸上的定尺刀具伸入鏜套中，以確定鏜模的位置，然后將其緊固。這種加工方式的鏜孔精度比較高。
2.回轉(zhuǎn)式鏜模
回轉(zhuǎn)式鏜模主要用于加工同一圓周面上的平行孔系，或分布在圓周上的徑向孔。有立軸、臥軸和斜軸回轉(zhuǎn)等三種基本形式。由于回轉(zhuǎn)臺(tái)已標(biāo)準(zhǔn)化，并作為機(jī)床附件由專門廠生產(chǎn)供應(yīng)，固回轉(zhuǎn)式鏜模的設(shè)計(jì)，大多數(shù)情況是設(shè)計(jì)專用的工作夾具和標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)合使用。
3.翻轉(zhuǎn)式鏜模
主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻轉(zhuǎn)式鏜模可減少工件裝夾的次數(shù)，提高工件上各孔之間的位置精度。
4.蓋板式鏜模
這種鏜模無夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鏜模板上。鏜模板在工件上裝夾，適合于體積大而笨重的工件上的小孔加工。夾具、結(jié)構(gòu)簡單輕便，易清除切屑；但是每次夾具需從工件上裝卸，較費(fèi)時(shí)，故此鏜模的質(zhì)量一般不宜超過10 kg。
5.滑柱式鏜模
滑柱式鏜模的結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了和規(guī)格化了，具有不同的系列。使用時(shí)，只要根據(jù)工件的形狀、尺寸和加工要求等具體情況，專門設(shè)計(jì)制造相應(yīng)的定位、夾緊裝置和鏜套等，裝在夾具體的平臺(tái)或鏜模板上的適當(dāng)位置，就可用于加工。
4.8 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，了解零件加工工藝過程
4.8.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求
圖2.3 加工零件圖
該零件為HT200；零件圖如上圖2.3，中批量生產(chǎn)；該工序在立式鏜床上用鏜刀加工。
4.8.2 熟悉零件加工工藝過程
1.粗銑上下兩端面 2. 精銑上下兩端面
3. 鏜2-￠100孔 4.鉆鉸各個(gè)小孔
以上銑削工序均在X52K銑床上加工，工序3在立式鏜床上加工鏜2-￠100孔在TPX6113。工序4在Z525立式鉆床上加工。
第5章 定位裝置設(shè)計(jì)
5.1 零件定位的基本原理
5.1.1 六點(diǎn)定位原理
工件定位的實(shí)質(zhì)就是要使工件在夾具中占有某個(gè)確定的位置。任何一個(gè)剛體(工件)在空間直角坐標(biāo)系內(nèi)都有六個(gè)自由度，即沿X、Y、Z軸的移動(dòng)和繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)，如圖1-1所示。工件在空間的六個(gè)自由度，可用很合理布置的六個(gè)支承點(diǎn)來限制，使零件得到正確的位置，此即工件的六點(diǎn)定位原理。
圖 1-1 自由度示意圖
5.1.2 工件定位中的約束分析
運(yùn)用六點(diǎn)定位原理可以分析和判斷夾具中定位結(jié)構(gòu)是否正確、布局是否合理、約束條件是否滿足。
根據(jù)工件自由度被約束的情況，工件定位可分為以下幾種類型。
1. 完全定位。完全定位是指工件的六個(gè)自由度不重復(fù)地被全部約束的定位。當(dāng)工件在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)方向均有尺寸要求或位置精度要求時(shí)，一般采用這種定位方式。
2. 不完全定位。根據(jù)工件的加工要求，有時(shí)并不需要約束工件的全部自由度，這樣的定位方式稱為不完全定位。工件在定位時(shí)應(yīng)該約束的自由度數(shù)目應(yīng)由工序的加工要求而定，不影響加工精度的自由度可以不加約束。
3. 欠約束。根據(jù)工件的加工要求，應(yīng)該約束的自由度沒有完全被約束的定位稱為欠定位。欠定位無法保證加工要求，因此，在確定工件在夾具中的定位方案時(shí)，決不允許有欠定位的現(xiàn)象產(chǎn)生。
4. 過定位。夾具上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的定位元件重復(fù)約束同一個(gè)自由度的現(xiàn)象，稱為過定位。消除或減少過定位引起的干涉，一般有兩種方法：一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)；二是控制或者提高工件定位基準(zhǔn)之間以及定位元件工作表面之間的位置精度。
5.2 常用定位元件及選用
工件在夾具中要想獲得正確定位，首先應(yīng)正確選擇定位基準(zhǔn)，其次則是選擇合適的定位元件。工件定位時(shí)，工件定位基準(zhǔn)和夾具的定位元件接觸形成定位副。
5.2.1 對定位元件的基本要求
1. 限位基面應(yīng)有足夠的精度。定位元件具有足夠的精度，才能保證工件的定位精度。
2. 限位基面應(yīng)有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經(jīng)常與工件接觸和摩擦，容易磨損，為此要求定位元件限位表面的耐磨性較好，以保證夾具的使用壽命和定位精度。
3. 支承元件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。定位元件在加工過程中，受工作重力、加緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，避免使用中的變形和損壞。
4. 定位元件應(yīng)有較好的工藝性。
5. 定位元件應(yīng)便于清除切屑。定位元件的結(jié)構(gòu)和工作表面形狀應(yīng)有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內(nèi)影響加工和定位精度。
5.2.2 常用定位元件的選用
1. 工件以平面定位
(1) 以面積較小的已經(jīng)加工的基準(zhǔn)平面定位時(shí)，選用平頭支承釘；以粗糙不平的基準(zhǔn)面或毛皮面定位時(shí)，選用圓頭支承釘側(cè)面定位時(shí)，可選用網(wǎng)狀支承釘。
(2) 以面積較大、平面精度較高的基準(zhǔn)平面定位時(shí)，選用支承板定位元件；用于側(cè)面定位時(shí)，可選用帶斜槽的支承板；通常盡可能選用帶斜槽的支承板，以利于清除切屑。
(3) 以毛坯面、階梯平面和環(huán)形平面作基準(zhǔn)平面定位時(shí)，選用自位支承作定位元件。但需注意，自位支承雖有兩個(gè)或三個(gè)支承點(diǎn)，由于自位和浮動(dòng)作用只能作為一個(gè)支承點(diǎn)。
(4) 以毛坯面作基準(zhǔn)平面，可選用調(diào)節(jié)支承作為定位元件。
(5) 當(dāng)工件定位基準(zhǔn)面需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時(shí)，可選用更輔助支承作輔助定位元件。
2. 工件以外圓柱定位
(1) 當(dāng)工件的對稱度要求較高時(shí)，可選用V形塊定位。
(2) 當(dāng)工件定位圓柱面精度較高時(shí)(一般不低于IT8)，可選用定位套或半圓形定位座定位。
3. 工件以內(nèi)孔定位
(1) 工件上定位內(nèi)孔較小時(shí)，常選用定位銷作為定位元件。
(2) 在套類、盤類零件的車削、磨削和齒輪加工中，大都選用心軸定位，為了便于加緊和減小工件因間隙造成的傾斜，當(dāng)工件定位內(nèi)孔與基準(zhǔn)端面垂直精度較高時(shí)，常以孔和端面聯(lián)合定位。
本次設(shè)計(jì)中，平面的定位采用帶斜槽的支承板，內(nèi)孔的定位采用定位銷。
5.3 定位方案的確定
根據(jù)所加工的工件尺寸為形狀是矩形即箱體類零件可以初步確定采用一面三支撐釘定位，又因?yàn)榱慵w積比較大不便于裝卸和搬運(yùn)，因此在工件安裝后采取推入式將工件送到指定位置，綜合考慮工件在加工過程中的穩(wěn)定性等其它因素最終確定采取一面兩孔定位。一面則采用五個(gè)支承板(圖2-1)來代替以限制工件的三個(gè)自由度，兩孔則用兩個(gè)短銷，為防止出現(xiàn)過定位現(xiàn)象其中一個(gè)用削邊銷（本設(shè)計(jì)用的是菱形削邊銷），為更好的限制工件轉(zhuǎn)動(dòng)，兩銷在空間的位置為斜對角布置，并且削邊的方向要與兩銷中心的連線互相垂直，如圖2-2所示：
圖 2-1 支承板
在組合機(jī)床及其自動(dòng)線上，為裝卸方便，通常兩個(gè)定位銷不是固定不動(dòng)的，而是活動(dòng)的可以伸縮的，但是該工件外形尺寸比較大，裝卸不易。為了能更好的便于裝卸，在本次設(shè)計(jì)中對工件的裝卸以及定位運(yùn)用了導(dǎo)軌運(yùn)輸?shù)姆绞?，即支承板和兩個(gè)定位銷釘安裝在推板上，零件定位后推動(dòng)推板使之達(dá)到正確位置
第6章 夾緊裝置設(shè)計(jì)
在機(jī)械加工過程中，零件會(huì)受到切削力、離心力、慣性力等的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持已由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動(dòng)和位移，在夾具結(jié)構(gòu)中必須設(shè)置一定的加緊裝置將零件可靠地夾牢。
6.1 夾緊裝置的組成與基本要求
夾緊裝置一般由動(dòng)力源裝置、中間傳力裝置機(jī)構(gòu)、夾緊元件與夾緊機(jī)構(gòu)所組成。
設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，一般應(yīng)滿足一下基本要求：
1. 夾緊過程中不改變工件定位時(shí)所占據(jù)的正確位置。
2. 夾緊力大小適當(dāng)，既要保證加工過程中工件不會(huì)產(chǎn)生位移和移動(dòng)，又要使工件不產(chǎn)生不允許的變形和損傷。
3. 夾緊裝置的自動(dòng)化程度，應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量相適應(yīng)。
4. 結(jié)構(gòu)要簡單，力求體積小、重量輕、并有足夠的強(qiáng)度；工藝性好便于制造與維修。
5. 使用性能好，操作方便、省力、安全可靠。
6.2 夾緊力的確定
6.2.1 確定夾緊力的基本原則
設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小三個(gè)要素。
1. 夾緊力的方向
(1) 夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要定位基面。
(2) 夾緊力的方向應(yīng)有利于減少夾緊力，以減少工件的變形、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。
(3) 夾緊力的方向應(yīng)是工件剛性較好的方向。
2. 夾緊力的作用點(diǎn)
(1) 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能使夾緊點(diǎn)與支承點(diǎn)對應(yīng)，使夾緊力作用在支承上。
(2) 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選在工件剛性較好的部位。
(3) 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面，以防止零件產(chǎn)生振動(dòng)和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。
3. 夾緊力的大小
夾緊力的大小，對于保證定位穩(wěn)定、加緊可靠，確定加緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，都有著密切的關(guān)系。
6.2.2 切削力的計(jì)算
查《簡明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》可得，切削力的計(jì)算公式為：
圓周分力 (3-1)
徑向分力 (3-2)
軸向分力 (3-3)
式中 ：背吃刀量，mm，在切斷、割槽和成形車削時(shí)，指切削刃的長度
f：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，mm
：修正系數(shù)
：考慮工件材料力學(xué)性能的系數(shù)
：考慮刀具幾何參數(shù)的系數(shù)
則；=2mm，f=0.25mm
在本次工序中采用硬質(zhì)合金刀具對工件進(jìn)行加工，其刀具的相關(guān)參數(shù)為：主偏角=30°，前角=10°，刃傾角=5。°
查《簡明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》得，==1.10，=1.08，=1.0，=1.0。
則 =1.10×1.08×1.0×1.0=1.188
將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-1)得：
圓周分力=902×2××1.188=757.7N
查《簡明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》得，==1.10，=1.30，=1.0，=1.25。
則 =1.10×1.30×1.0×1.25=1.79
將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-2)得：
徑向分力=530××0.25×1.79=625.9N
查《簡明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》得，==1.10，=0.78，=1.0，=0.85。
則 =1.10×0.78×1.0×0.85=0.73
將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-3)得：
軸向分力=451×2××0.73=378.2N
6.2.3 夾緊力的計(jì)算
為了防止工件在受到夾緊力時(shí)產(chǎn)生變形，本次設(shè)計(jì)采用鉤形壓板對箱體底座進(jìn)行夾緊，這樣可以避免因夾緊力過大而使工件變形。
查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》，鉤形壓板的計(jì)算公式為：
(3-4)
式中 ：實(shí)際所需夾緊力，N
：夾壓點(diǎn)到軸心線的距離，mm
：鉤形壓板的導(dǎo)向長度，mm
：摩擦系數(shù)0.1~0.15
：彈簧作用力，N
由于本次設(shè)計(jì)工件的定位方式為一面兩銷，查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》，為防止工件在切削力F作用下移動(dòng)所需的加緊力為：
(3-5)
式中 ：圓柱銷允許承受的部分切屑力對精加工：；
對粗加工：
：摩擦系數(shù)，見表3-1
：安全系數(shù)，，其中為各種因素的安全系數(shù)，見表3-2及表3-3。
表 3-1 摩擦系數(shù)
摩 擦 系 數(shù)
μ
工件為加工過的表面
0.16
工件為未加工過的毛坯表面（鑄、鍛件），固定支承為球面
0.2~0.25
夾緊元件和支承表面有齒紋，并在較大的相互作用力下工作
0.70
用卡盤或彈簧夾頭夾緊，其夾爪為：
光滑表面
溝槽與切削力方向一直
溝槽相互垂直
齒紋表面
0.16~0.18
0.30~0.40
0.40~0.50
0.70~1.0
表 3-2 安全系數(shù)的數(shù)值
符號(hào)
考慮因素
系數(shù)值
考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)
1.2~1.5
加工性質(zhì)
粗加工
1.2
精加工
1.0
刀具鈍化程度（詳見表3-2）
1.0~1.9
切削特點(diǎn)
連續(xù)加工
1.0
斷續(xù)加工
1.2
加緊力的穩(wěn)定性
手動(dòng)夾緊
1.3
機(jī)動(dòng)夾緊
1.0
續(xù)表3-2
符號(hào)
考慮因素
系數(shù)值
手動(dòng)加緊時(shí)的手柄位置
操作方便
1.0
操作不便
1.2
僅有力矩作用于工件時(shí)與支承面接觸情況
接觸點(diǎn)穩(wěn)定
1.0
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