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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院，佐治亞理工學院，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。
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) 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
第 19 頁 共 15 頁
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個
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：
（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23第217頁]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
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，
（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 是 沿，和三個正交組件（見圖2）。
圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn)
工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計算如下：
（6）
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：
（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個夾緊點夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
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算得出（見圖3），工件剛體運動，歸于夾緊行動現(xiàn)在可以寫成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個目標函數(shù)可以寫為：
最小化 （9）
要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過使用最低總能量互補參考文獻[15，23]的原則求解彈性力學接觸問題得出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）
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完成，是遵守對角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（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：
（11）
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)
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：
（i=1，2，…,L+C） (14)
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)化模型，可以寫成：最小化 (15)
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 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)，通過計算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測精度和，有參考文獻[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用
4． 加工過程中的夾緊力的優(yōu)化及測定
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，考慮以下四個最壞加工負荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對應(yīng)的和另外兩個正交切削分力，而且有：
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)
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）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗證這些力，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)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、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對于工件的質(zhì)量中心的第i個位置矢量定位點，坐標變換定理可以用來表達在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標系和是一個旋轉(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：
（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，是夾緊和加工導致的工件剛體運動矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒有拉力的可能。因此，在第i裝夾點接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
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）
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6×1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，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6），
現(xiàn)在可以計算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點的位置向量，且
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
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; 、和全球坐標系。
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，
（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。
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度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過減少工件的夾具系統(tǒng)補充能量算法獲得。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，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
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。
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軸承支承軸軸承支承軸加工工藝及加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計關(guān)鍵工序工裝設(shè)計姓名：姓名：學號：學號：指導老師：指導老師：具體任務(wù)如下具體任務(wù)如下 軸承支撐座軸承支撐座加工工藝規(guī)程設(shè)計；加工工藝規(guī)程設(shè)計；關(guān)鍵工序之一的專用夾具設(shè)計；關(guān)鍵工序之一的專用夾具設(shè)計；軸承支撐座軸承支撐座加工工藝規(guī)程設(shè)計加工工藝規(guī)程設(shè)計毛坯采用毛坯采用單件單件鑄造鑄造重要基準：一端面，一孔重要基準：一端面，一孔確定工藝路線確定工藝路線鉆孔鉆孔專用夾具設(shè)計專用夾具設(shè)計定位基準定位基準 ：一面一面2 2銷銷定位元件：長圓柱銷、襯套端面、定位元件：長圓柱銷、襯套端面、固定擋塊固定擋塊夾緊：夾緊：螺旋夾緊螺旋夾緊 感謝諸位老師參加我的設(shè)計答辯。感謝諸位老師參加我的設(shè)計答辯。謝謝！謝謝！I 工藝工裝設(shè)計 課 程 設(shè) 計 說 明 書 設(shè)計題目 設(shè)計 軸承支撐座 零件的機械加工工藝規(guī)程 及工藝裝備 假設(shè)年產(chǎn)量為 5000 件 學 院 專 業(yè) 班 級 設(shè) 計 指導教師 年 月 日 工藝工裝設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書 題目 設(shè)計 軸承支撐座 零件的機械加工工藝規(guī)程 及工藝裝備 假設(shè)年產(chǎn)量為 5000 件 內(nèi)容 1 零件圖 1 張 2 毛坯圖 1 張 3 機械加工工藝過程綜合卡片 1 張 4 夾具裝配圖 1 張 5 夾具零件圖 1 張 6 課程設(shè)計說明書 1 份 專 業(yè) 班 級 學 生 指導教師 年 月 日 1 目 錄 1 緒 論 1 2 軸承支撐座的分析 2 2 1 軸承支撐座的工藝分析 2 2 2 軸承支撐座的工藝要求 2 3 工藝規(guī)程設(shè)計 5 3 1 加工工藝過程 5 3 2 確定各表面加工方案 5 3 2 1 影響加工方法的因素 5 3 2 2 加工方案的選擇 5 3 3 確定定位基準 6 3 2 1 粗基準的選擇 6 3 2 1 精基準選擇的原則 6 3 4 工藝路線的擬訂 7 3 4 1 工序的合理組合 7 3 4 2 工序的集中與分散 8 3 4 3 加工階段的劃分 9 3 4 4 加工工藝路線方案的比較 9 3 5 軸承支撐座的偏差 加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 11 3 5 1 毛坯的結(jié)構(gòu)工藝要求 11 3 5 2 軸承支撐座的偏差計算 12 3 6 確定切削用量及基本工時 機動時間 12 3 7 時間定額計算及生產(chǎn)安排 18 4 鉆孔夾具設(shè)計 21 4 1 研究原始質(zhì)料 21 4 2 定位基準的選擇 21 4 3 切削力及夾緊力的計算 21 4 4 誤差分析與計算 22 4 5 零 部件的設(shè)計與選用 23 4 5 1 定位銷選用 23 4 5 2 夾緊裝置的選用 24 2 4 5 3 鉆套 襯套 鉆模板設(shè)計與選用 24 4 6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 25 參考文獻 27 1 1 緒 論 工藝工裝設(shè)計課程設(shè)計的目的是讓學生在學習了機械制造技術(shù)基礎(chǔ)和進行了 校內(nèi)外的生產(chǎn)實習之后讓學生獲得綜合運用過去所學過的全部課程進行工藝及結(jié) 構(gòu)設(shè)計的基本能力 同時 課程設(shè)計也是為了畢業(yè)設(shè)計進行一次綜合訓練和準備 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)的課程設(shè)計可以使學生在下述三方面得到鑄煉 1 能把機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程中的基本理論和在校內(nèi)外生產(chǎn)實習中學到的 實踐知識有機的相結(jié)合 從而解決零件在加工中的定位 夾緊以及工藝路線安排 工藝尺寸確定等問題 從而確保零件的加工質(zhì)量 2 提高學生的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計能力 通過針對某一典型零件的夾具 或量具 的設(shè)計 從而使學生能夠通過所給出的被加工零件的加工要求 設(shè)計出高效率 低成本 裝夾簡單 省力 省時而能保證加工質(zhì)量的夾具的能力 3 鑄煉學生使用手冊及圖表資料的能力 能夠熟練地依據(jù)給定的任務(wù)而 查找相關(guān)的資料 手冊及圖表并掌握其中的設(shè)計信息用于設(shè)計參數(shù)的確定 而機床夾具是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量的同時提高生產(chǎn)的效率 改善工人的勞動強度 降低生產(chǎn)成本而在機床上用以裝夾工件的一種裝置 其作用是使工件相對于機床 或刀具有個正確的位置 并在加工過程中保持這個位置不變 它們的研究對機械 工業(yè)有著很重要的意義 因此在大批量生產(chǎn)中 常采用專用夾具 而本次對于軸承支撐座加工工藝及夾具設(shè)計的主要任務(wù)是 完成軸承支撐座零件加工工藝規(guī)程的制定 完成某一道工序的鉆孔專用夾具的設(shè)計 通過對軸承支撐座零件的初步分析 了解其零件的主要特點 加工難易程度 主要加工面和加工粗 精基準 從而制定出軸承支撐座加工工藝規(guī)程 對于專用 夾具的設(shè)計 首先分析零件的加工工藝 選取定位基準 然后再根據(jù)切銷力的大 小 批量生產(chǎn)情況來選取夾緊方式 從而設(shè)計專用夾具 2 2 軸承支撐座的分析 2 1 軸承支撐座的工藝分析 軸承支撐座是一個很重要的零件 因為其零件尺寸比較小 結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜 但其加工孔和底面的精度要求較高 此外還有小頭孔端要求加工 對精度要求也 很高 軸承支撐座的底面 大頭孔上平面和小頭孔粗糙度要求都是 所以2 3Ra 都要求精加工 其小頭孔與底平面有垂直度的公差要求 軸承支撐座底面與大頭 孔上平面有平行度公差要求 因為其尺寸精度 幾何形狀精度和相互位置精度 以及各表面的表面質(zhì)量均影響機器或部件的裝配質(zhì)量 進而影響其性能與工作壽 命 因此它們的加工是非常關(guān)鍵和重要的 2 2 軸承支撐座的工藝要求 一個好的結(jié)構(gòu)不但要應(yīng)該達到設(shè)計要求 而且要有好的機械加工工藝性 也 就是要有加工的可能性 要便于加工 要能夠保證加工質(zhì)量 同時使加工的勞動 量最小 而設(shè)計和工藝是密切相關(guān)的 又是相輔相成的 設(shè)計者要考慮加工工藝 問題 工藝師要考慮如何從工藝上保證設(shè)計的要求 3 圖 2 1 軸承支撐座零件圖 該加工有加工表面 平面加工包括軸承支撐座底面 大頭孔上平面 孔系加 工包括大 小頭孔 各小孔螺紋孔 小頭孔端面加工以及大頭孔的端面加工 以平面為主有 軸承支撐座底面的粗 精銑加工 其粗糙度要求是 2 3 Ra 大頭孔端面的粗 精銑加工 其粗糙度要求是 2 3 Ra 孔系加工有 42 32 的大頭孔粗 精鏜加工 其表面粗糙度為 1 6Ra 的小頭孔鉆 擴和鉸加工 其表面粗糙度要求209H 1 6Ra 小孔鉆加工 小孔表面粗糙度要求 5 12 Ra 軸承支撐座毛坯的選擇鑄造 因為生產(chǎn)率很高 所以可以免去每次造型 單 邊余量一般在 結(jié)構(gòu)細密 能承受較大的壓力 占用生產(chǎn)的面積較小 因 3m 其年產(chǎn)量是 5000 件 由 3 表 2 1 3 可知是中批量生產(chǎn) 上面主要是對軸承支撐座零件的結(jié)構(gòu) 加工精度和主要加工表面進行了分析 選擇了其毛坯的的制造方法為鑄造和中批的批量生產(chǎn)方式 從而為工藝規(guī)程設(shè)計 提供了必要的準備 4 5 3 工藝規(guī)程設(shè)計 3 1 加工工藝過程 由以上分析可知 該軸承支撐座零件的主要加工表面是平面 孔系 一般 來說 保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易 因此 對于軸承支 撐座來說 加工過程中的主要問題是保證孔的尺寸精度及位置精度 處理好孔 和平面之間的相互關(guān)系以及槽的各尺寸精度 由上面的一些技術(shù)條件分析得知 軸承支撐座的尺寸精度 形狀精度以及 位置關(guān)系精度要求都不是很高 這樣對加工要求也就不是很高 3 2 確定各表面加工方案 一個好的結(jié)構(gòu)不但應(yīng)該達到設(shè)計要求 而且要有好的機械加工工藝性 也 就是要有加工的可能性 要便于加工 要能保證加工的質(zhì)量 同時使加工的勞 動量最小 設(shè)計和工藝是密切相關(guān)的 又是相輔相成的 對于我們設(shè)計軸承支 撐座的加工工藝來說 應(yīng)選擇能夠滿足平面孔系和槽加工精度要求的加工方法 及設(shè)備 除了從加工精度和加工效率兩方面考慮以外 也要適當考慮經(jīng)濟因素 在滿足精度要求及生產(chǎn)率的條件下 應(yīng)選擇價格較底的機床 3 2 1 影響加工方法的因素 要考慮加工表面的精度和表面質(zhì)量要求 根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求 選擇加工方法及分幾次加工 根據(jù)生產(chǎn)類型選擇 在大批量生產(chǎn)中可專用的高效率的設(shè)備 在單件小 批量生產(chǎn)中則常用通用設(shè)備和一般的加工方法 如 柴油機連桿小頭孔的加工 在小批量生產(chǎn)時 采用鉆 擴 鉸加工方法 而在大批量生產(chǎn)時采用拉削加工 要考慮被加工材料的性質(zhì) 例如 淬火鋼必須采用磨削或電加工 而有 色金屬由于磨削時容易堵塞砂輪 一般都采用精細車削 高速精銑等 要考慮工廠或車間的實際情況 同時也應(yīng)考慮不斷改進現(xiàn)有加工方法和 設(shè)備 推廣新技術(shù) 提高工藝水平 此外 還要考慮一些其它因素 如加工表面物理機械性能的特殊要求 工件形狀和重量等 選擇加工方法一般先按這個零件主要表面的技術(shù)要求來選定最終加工方法 3 2 2 加工方案的選擇 由參考文獻 3 表 2 1 12 可以確定 平面的加工方案為 粗銑 精 銑 粗糙度為 6 3 0 8 一般不淬硬的平面 精銑的粗糙度可79IT aR 6 以較小 由參考文獻 3 表 2 1 11 確定 大頭 42 32 孔的表面粗糙度要求 為 6 3 則選擇孔的加方案序為 粗鏜 精鏜 小頭孔 加工方法 209H 加零件毛坯不能直接鑄出孔 只能鑄出一個小坑 以便在以后加工時找正 其中心 但其表面粗糙度的要求為 所以選擇加工的方法是鉆 擴6 1 Ra 鉸 小孔加工方法 因為孔的表面粗糙度的要求都不高 是 所以我們采用一次鉆孔2 5 的加工方法 3 3 確定定位基準 3 2 1 粗基準的選擇 選擇粗基準時 考慮的重點是如何保證各加工表面有足夠的余量 使不加 工表面與加工表面間的尺寸 位子符合圖紙要求 粗基準選擇應(yīng)當滿足以下要求 粗基準的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準 目的是為了保證加工面與不加工 面的相互位置關(guān)系精度 如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面 則應(yīng)選 擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準 以求壁厚均勻 外形對稱 少裝夾等 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準 例如 機床床身導軌面 是其余量要求均勻的重要表面 因而在加工時選擇導軌面作為粗基準 加工床 身的底面 再以底面作為精基準加工導軌面 這樣就能保證均勻地去掉較少的 余量 使表層保留而細致的組織 以增加耐磨性 應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準 這樣可以保證該面有足夠的加 工余量 應(yīng)盡可能選擇平整 光潔 面積足夠大的表面作為粗基準 以保證定位 準確夾緊可靠 有澆口 冒口 飛邊 毛刺的表面不宜選作粗基準 必要時需 經(jīng)初加工 要從保證孔與孔 孔與平面 平面與平面之間的位置 能保證軸承支撐座 在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位 從軸承支撐座零件圖分析可 知 主要是選擇加工軸承支撐座底面的裝夾定位面為其加工粗基準 3 2 1 精基準選擇的原則 基準重合原則 即盡可能選擇設(shè)計基準作為定位基準 這樣可以避免定 位基準與設(shè)計基準不重合而引起的基準不重合誤差 7 基準統(tǒng)一原則 應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準 基準的統(tǒng)一有利于保證 各表面間的位置精度 避免基準轉(zhuǎn)換所帶來的誤差 并且各工序所采用的夾具 比較統(tǒng)一 從而可減少夾具設(shè)計和制造工作 例如 軸類零件常用頂針孔作為 定位基準 車削 磨削都以頂針孔定位 這樣不但在一次裝夾中能加工大多書 表面 而且保證了各外圓表面的同軸度及端面與軸心線的垂直度 互為基準的原則 選擇精基準時 有時兩個被加工面 可以互為基準反 復(fù)加工 例如 對淬火后的齒輪磨齒 是以齒面為基準磨內(nèi)孔 再以孔為基準 磨齒面 這樣能保證齒面余量均勻 自為基準原則 有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻 可以選擇 加工表面本身為基準 例如 磨削機床導軌面時 是以導軌面找正定位的 此 外 像拉孔在無心磨床上磨外圓等 都是自為基準的例子 此外 還應(yīng)選擇工件上精度高 尺寸較大的表面為精基準 以保證定位穩(wěn) 固可靠 并考慮工件裝夾和加工方便 夾具設(shè)計簡單等 要從保證孔與孔 孔與平面 平面與平面之間的位置 能保證軸承支撐座 在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位 從軸承支撐座零件圖分析可 知 它的底平面與 小頭孔 適于作精基準使用 但用一個平面和一個孔209H 定位限制工件自由度不夠 如果使用典型的一面兩孔定位方法 則可以滿足整 個加工過程中基本上都采用統(tǒng)一的基準定位的要求 至于兩側(cè)面 因為是非加 工表面 所以也可以用 的孔為加工基準 4 選擇精基準的原則時 考慮的重點是有利于保證工件的加工精度并使裝夾 準 3 4 工藝路線的擬訂 對于中批量生產(chǎn)的零件 一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準 軸承支撐座的 加工的第一個工序也就是加工統(tǒng)一的基準 具體安排是先以孔和面定位粗 精 加工軸承支撐座底面大頭孔上平面 后續(xù)工序安排應(yīng)當遵循粗精分開和先面后孔的原則 3 4 1 工序的合理組合 確定加工方法以后 就按生產(chǎn)類型 零件的結(jié)構(gòu)特點 技術(shù)要求和機床設(shè) 備等具體生產(chǎn)條件確定工藝過程的工序數(shù) 確定工序數(shù)的基本原則 工序分散原則 工序內(nèi)容簡單 有利選擇最合理的切削用量 便于采用通用設(shè)備 簡單的 機床工藝裝備 生產(chǎn)準備工作量少 產(chǎn)品更換容易 對工人的技術(shù)要求水平不 高 但需要設(shè)備和工人數(shù)量多 生產(chǎn)面積大 工藝路線長 生產(chǎn)管理復(fù)雜 8 工序集中原則 工序數(shù)目少 工件裝 夾次數(shù)少 縮短了工藝路線 相應(yīng)減少了操作工人 數(shù)和生產(chǎn)面積 也簡化了生產(chǎn)管理 在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證 這些表面間的相互位置精度 使用設(shè)備少 大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機床 以提高生產(chǎn)率 但采用復(fù)雜的專用設(shè)備和工藝裝備 使成本增高 調(diào)整維修費 事 生產(chǎn)準備工作量大 一般情況下 單件小批生產(chǎn)中 為簡化生產(chǎn)管理 多將工序適當集中 但 由于不采用專用設(shè)備 工序集中程序受到限制 結(jié)構(gòu)簡單的專用機床和工夾具 組織流水線生產(chǎn) 加工工序完成以后 將工件清洗干凈 清洗是在 的含 0 4 1 1 809c 蘇打及 0 25 0 5 亞硝酸鈉溶液中進行的 清洗后用壓縮空氣吹干凈 保證 零件內(nèi)部雜質(zhì) 鐵屑 毛刺 砂粒等的殘留量不大于 mg2 3 4 2 工序的集中與分散 制訂工藝路線時 應(yīng)考慮工序的數(shù)目 采用工序集中或工序分散是其兩個 不同的原則 所謂工序集中 就是以較少的工序完成零件的加工 反之為工序 分散 工序集中的特點 工序數(shù)目少 工件裝夾次數(shù)少 縮短了工藝路線 相應(yīng)減少了操作工人數(shù) 和生產(chǎn)面積 也簡化了生產(chǎn)管理 在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這 些表面間的相互位置精度 使用設(shè)備少 大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機床 以提高生產(chǎn)率 但采用復(fù)雜的專用設(shè)備和工藝裝備 使成本增高 調(diào)整維修費 事 生產(chǎn)準備工作量大 工序分散的特點 工序內(nèi)容簡單 有利選擇最合理的切削用量 便于采用通用設(shè)備 簡單的 機床工藝裝備 生產(chǎn)準備工作量少 產(chǎn)品更換容易 對工人的技術(shù)水平要求不 高 但需要設(shè)備和工人數(shù)量多 生產(chǎn)面積大 工藝路線長 生產(chǎn)管理復(fù)雜 工序集中與工序分散各有特點 必須根據(jù)生產(chǎn)類型 加工要求和工廠的具 體情況進行綜合分析決定采用那一種原則 一般情況下 單件小批生產(chǎn)中 為簡化生產(chǎn)管理 多將工序適當集中 但 由于不采用專用設(shè)備 工序集中程序受到限制 結(jié)構(gòu)簡單的專用機床和工夾具 組織流水線生產(chǎn) 由于近代計算機控制機床及加工中心的出現(xiàn) 使得工序集中的優(yōu)點更為突 出 即使在單件小批生產(chǎn)中仍可將工序集中而不致花費過多的生產(chǎn)準備工作量 從而可取的良好的經(jīng)濟效果 9 3 4 3 加工階段的劃分 零件的加工質(zhì)量要求較高時 常把整個加工過程劃分為幾個階段 粗加工階段 粗加工的目的是切去絕大部分多雨的金屬 為以后的精加工創(chuàng)造較好的條 件 并為半精加工 精加工提供定位基準 粗加工時能及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷 予以報廢或修補 以免浪費工時 粗加工可采用功率大 剛性好 精度低的機床 選用大的切前用量 以提 高生產(chǎn)率 粗加工時 切削力大 切削熱量多 所需夾緊力大 使得工件產(chǎn)生 的內(nèi)應(yīng)力和變形大 所以加工精度低 粗糙度值大 一般粗加工的公差等級為 IT11 IT12 粗糙度為 Ra80 100 m 半精加工階段 半精加工階段是完成一些次要面的加工并為主要表面的精加工做好準備 保證合適的加工余量 半精加工的公差等級為 IT9 IT10 表面粗糙度為 Ra10 1 25 m 精加工階段 精加工階段切除剩余的少量加工余量 主要目的是保證零件的形狀位置幾精 度 尺寸精度及表面粗糙度 使各主要表面達到圖紙要求 另外精加工工序安排在 最后 可防止或減少工件精加工表面損傷 精加工應(yīng)采用高精度的機床小的切前用量 工序變形小 有利于提高加工 精度 精加工的加工精度一般為 IT6 IT7 表面粗糙度為 Ra10 1 25 m 此外 加工階段劃分后 還便于合理的安排熱處理工序 由于熱處理性質(zhì) 的不同 有的需安排于粗加工之前 有的需插入粗精加工之間 但須指出加工階段的劃分并不是絕對的 在實際生活中 對于剛性好 精 度要求不高或批量小的工件 以及運輸裝夾費事的重型零件往往不嚴格劃分階 段 在滿足加工質(zhì)量要求的前提下 通常只分為粗 精加工兩個階段 甚至不 把粗精加工分開 必須明確劃分階段是指整個加工過程而言的 不能以某一表 面的加工或某一工序的性質(zhì)區(qū)分 例如工序的定位精基準面 在粗加工階段就 要加工的很準確 而在精加工階段可以安排鉆小空之類的粗加工 3 4 4 加工工藝路線方案的比較 在保證零件尺寸公差 形位公差及表面粗糙度等技術(shù)條件下 成批量生產(chǎn) 可以考慮采用專用機床 以便提高生產(chǎn)率 但同時考慮到經(jīng)濟效果 降低生產(chǎn) 成本 擬訂兩個加工工藝路線方案 見下表 表 3 1 加工工藝路線方案比較表 工序號 方案 方案 10 工序內(nèi)容 定位基準 工序內(nèi)容 定位基準 010 粗銑平面 E F 平面和 20 孔 粗 精銑 E 平 面 平面和 20 孔 020 精銑平面 E F 平面和 20 孔 粗 精銑 F 平 面 平面和 20 孔 030 鉆 擴 鉸 20 孔 底面和側(cè)面 鉆 擴 鉸 20 孔 底面和側(cè)面 040 粗鏜 42 32 孔 底面和 孔20 粗 精鏜 32 孔孔 底面和 孔20 050 精鏜 42 孔 底面 孔 和孔 粗 精鏜 底面 孔 060 鉆各小孔攻絲 各螺紋孔 檢驗 加工工藝路線方案的論證 從前兩步工序可以看出 方案 把粗 精加工都安排在一個工序中 以便裝夾 安裝工件 再看后面的鏜孔 工序 方案 把粗 精加工分在兩個不同的工序中 而方案 都在一個工序中 這樣不但有利于工件的安裝 且在設(shè)計專用夾具時 也可以減少工件的安裝次數(shù) 方案 2 中其工序較為集中 如粗 精加工都安排在一個工序中 以便裝夾 安裝工件 由以上分析 方案 為合理 經(jīng)濟的加工工藝路線方案 具體的工藝過程 如下表 表 3 2 加工工藝過程表 工序號 工 種 工作內(nèi)容 說 明 010 鑄造 鑄造 鑄件毛坯尺寸 020 熱處理 退火 030 銑 粗 精銑 E 平面 工件用專用夾具裝夾 雙 立軸圓工作臺銑床 52 KX 11 040 銑 粗 精銑 F 平面 工件用專用夾具裝夾 雙 立軸圓工作臺銑床 52 KX 050 鉆 擴 鉸 將孔 20 鉆到直徑 再將 擴孔到17dm 最后進行鉸加工到要求尺9 寸 20H工件采有專用夾具裝夾 機床選用搖臂鉆床 3025Z 060 粗 精 鏜 粗 精鏜孔 42 32 孔 工件用專用夾具裝夾 立式銑鏜床 68T 070 鉆 鉆小孔到要求尺寸 攻絲各螺紋 孔 工件用專用夾具裝夾 搖臂鉆床 3025 Z 080 檢驗 090 入庫 清洗 涂防銹油 3 5 軸承支撐座的偏差 加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確 定 軸承支撐座的鑄造采用的是 HT200 鑄造制造 其材料是 HT200 生產(chǎn)類型 為中批量生產(chǎn) 采用鑄造毛坯 3 5 1 毛坯的結(jié)構(gòu)工藝要求 軸承支撐座為鑄造件 對毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性有一定要求 由于鑄造件尺寸精度較高和表面粗糙度值低 因此零件上只有與其它機 件配合的表面才需要進行機械加工 其表面均應(yīng)設(shè)計為非加工表面 為了使金屬容易充滿模膛和減少工序 鑄造件外形應(yīng)力求簡單 平直的 對稱 盡量避免鑄造件截面間差別過大 或具有薄壁 高筋 高臺等結(jié)構(gòu) 鑄造件的結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免深孔或多孔結(jié)構(gòu) 鑄造件的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單 工藝基準以設(shè)計基準相一致 便于裝夾 加工和檢查 結(jié)構(gòu)要素統(tǒng)一 盡量使用普通設(shè)備和標準刀具進行加工 在確定毛坯時 要考慮經(jīng)濟性 雖然毛坯的形狀尺寸與零件接近 可以減 少加工余量 提高材料的利用率 降低加工成本 但這樣可能導致毛坯制造困 難 需要采用昂貴的毛坯制造設(shè)備 增加毛坯的制造成本 因此 毛坯的種類 形狀及尺寸的確定一定要考慮零件成本的問題但要保證零件的使用性能 在毛 12 坯的種類 形狀及尺寸確定后 必要時可據(jù)此繪出毛坯圖 3 5 2 軸承支撐座的偏差計算 軸承支撐座底平面和大頭孔上平面的偏差及加工余量計算 底平面加工余量的計算 根據(jù)工序要求 其加工分粗 精銑加工 各工步 余量如下 粗銑 由參考文獻 4 表 11 19 其余量值規(guī)定為 現(xiàn)取2 0 5m 2mm 查 3 可知其粗銑時精度等級為 IT12 粗銑平面時厚度偏差取 21 精銑 由參考文獻 3 表 2 3 59 其余量值規(guī)定為 1 鑄造毛坯的基本尺寸為 42 2 4 36 又由參考文獻 4 表 11 19 可得鑄件 尺寸公差為 1 406 大小頭孔的偏差及加工余量計算 參照參考文獻 3 表 2 2 2 2 2 25 2 3 13 和參考文獻 15 表 1 8 可以查得 孔 20 鉆孔的精度等級 表面粗糙度 尺寸偏差是 1 IT12 5Raum m2 0 擴孔的精度等級 表面粗糙度 尺寸偏差是 03 84 鉸孔的精度等級 表面粗糙度 尺寸偏差是 8IT 1 6Rau 0 3 根據(jù)工序要求 小頭孔加工分為鉆 擴 鉸三個工序 而大頭孔加工分為 粗鏜 精鏜二個工序完成 各工序余量如下 鉆 20 孔 參照參考文獻 3 表 2 3 47 表 2 3 48 確定工序尺寸及加工余量為 加工該孔的工藝是 鉆 擴 鉸 鉆孔 17 擴孔 Z 為單邊余量 9 2 7Zm 鉸孔 Z 為單邊余量 2003 3 6 確定切削用量及基本工時 機動時間 工序 1 粗 精銑 E 平面 機床 臥式銑床 X52K 刀具 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位端銑刀 面銑刀 材料 齒15YT0Dm 數(shù) 此為粗齒銑刀 5Z 13 因其單邊余量 Z 2 2mm 所以銑削深度 pa 精銑該平面的單邊余量 Z 1 0mm 銑削深度 p1 0m 每齒進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 73 取 根據(jù)參fa 0 15 famZ 考文獻 3 表 2 4 81 取銑削速度 2 8 Vs 每齒進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 73 取 根據(jù)參考f f 8 文獻 3 表 2 4 81 取銑削速度 47 機床主軸轉(zhuǎn)速 n102 601 9 min31Vrd 按照參考文獻 3 表 3 1 74 取 475 實際銑削速度 v 402 9 106ns 進給量 fV 1857 0 1 ffaZm 工作臺每分進給量 m 2475infVs 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 81 取 aa6 切削工時 被切削層長度 由毛坯尺寸可知 l 14lm 8l 刀具切入長度 1 20 5 3lDa 2 061 2 刀具切出長度 取2lm 走刀次數(shù)為 1 機動時間 jt12420 36min7 5jmlf 機動時間 1jt 1268 19i jlf 所以該工序總機動時間 105injjtt 14 工序 2 粗 精銑 F 面 機床 臥式銑床 X52K 刀具 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位端銑刀 面銑刀 材料 齒15YT0Dm 數(shù) 8 此為細齒銑刀 因其單邊余量 Z 2mm 所以銑削深度 pam2 精銑該平面的單邊余量 Z 1 0mm 銑削深度 p1 0 每齒進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 73 取 根據(jù)參考fa Zmaf 18 0 文獻 3 表 2 4 81 取銑削速度 2 47 Vs 每齒進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 73 取 根據(jù)參f 5 f 考文獻 3 表 2 4 81 取銑削速度 8 m 機床主軸轉(zhuǎn)速 n102 6053 in314Vrd 按照參考文獻 3 表 3 1 31 取 實際銑削速度 v 10 14 06dnms 進給量 fV 58 2 ffaZ 工作臺每分進給量 m170infVs 被切削層長度 由毛坯尺寸可知 l 4lm 68l 刀具切入長度 精銑時110lD 刀具切出長度 取2l 走刀次數(shù)為 1 機動時間 2jt12402 34min7jmlf 機動時間 2jt 1268 ijlf 所以該工序總機動時間 20 5injjtt 工序 3 鉆 擴 鉸 孔 09H 機床 立式鉆床 Z525 15 刀具 根據(jù)參照參考文獻 3 表 4 3 9 選高速鋼錐柄麻花鉆頭 鉆孔 20 鉆孔 20 時先采取的是鉆 孔 再擴到 所以 17 1 7 17Dm 切削深度 pa8 5m 進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 38 取 f rf 3 0 切削速度 參照參考文獻 3 表 2 4 41 取 V48Vs 機床主軸轉(zhuǎn)速 n 100 486539 min317vrd 按照參考文獻 3 表 3 1 31 取 0 所以實際切削速度 v 176 5 dns 切削工時 被切削層長度 l42m 刀具切入長度 1 117 05 96rDlctgkctgm 刀具切出長度 取2l4 l32 走刀次數(shù)為 1 機動時間 jt60 5in 3jLfn 擴孔 20 刀具 根據(jù)參照參考文獻 3 表 4 3 31 選擇硬質(zhì)合金錐柄麻花擴孔鉆頭 片型號 E403 因鉆孔 20 時先采取的是先鉆到 孔再擴到 所以 17 19 7 19 7Dm 17d 切削深度 pa 35m 進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 52 取 f 0 6 fr 切削速度 參照參考文獻 3 表 2 4 53 取 V4Vs 機床主軸轉(zhuǎn)速 n100 462 78 in319vrD 按照參考文獻 3 表 3 1 31 取 5mn 16 所以實際切削速度 v3 149 750 2 06dnms 切削工時 被切削層長度 l42m 刀具切入長度 有 11 19 7 20 8632rDdlctgkctgm 刀具切出長度 取lm42l32 走刀次數(shù)為 1 機動時間 2jt30 16in 5jLfn 鉸孔 20 刀具 根據(jù)參照參考文獻 3 表 4 3 54 選擇硬質(zhì)合金錐柄機用鉸刀 切削深度 且 pa0 15m 20D 進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 58 取f rmf 0 2 1 rmf 0 2 切削速度 參照參考文獻 3 表 2 4 60 取 V sV 3 機床主軸轉(zhuǎn)速 n10 32605 7 in14rD 按照參考文獻 3 表 3 1 31 取 1mn 實際切削速度 v 63 00s 切削工時 被切削層長度 l42 刀具切入長度 10019 7 20 9rDdlctgkctgm 刀具切出長度 取2lm4 l32 走刀次數(shù)為 1 機動時間 3jt 09 7in315jLnf 17 該工序的加工機動時間的總和是 jt0 2516 07 48minj 工序 4 粗 精鏜孔 機床 臥式金剛鏜床 740TK 刀具 硬質(zhì)合金鏜刀 鏜刀材料 5YT 粗鏜 42 32 孔 單邊余量 Z 1 1mm 一次鏜去全部余量 1 pam 進給量 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 66 刀桿伸出長度取 切削深f m20 度為 因此確定進給量 1 m0 2 fr 切削速度 參照參考文獻 3 表 2 4 45 取 V 1 inVs 機床主軸轉(zhuǎn)速 n 0191 in3 4 2rd 按照參考文獻 3 表 3 1 41 取 0m 實際切削速度 v 43 2 4 106ns 工作臺每分鐘進給量 mf0 10 inf 被切削層長度 l5 刀具切入長度 1 2 3 3 70pramtgktg 刀具切出長度 取2lm5 l42 行程次數(shù) i1 機動時間 jt213 710 injmlf 精鏜 42 32 孔 粗加工后單邊余量 Z 0 4mm 一次鏜去全部余量 進給量 4pam f 根據(jù)參考文獻 3 表 2 4 66 刀桿伸出長度取 切削深度為 因200 此確定進給量 0 15 fr 切削速度 參照參考文獻 3 表 2 4 45 取V 1 26 inVs 機床主軸轉(zhuǎn)速 n min 94821 36rd 按照參考文獻 3 表 3 14 41 取 10 18 實際切削速度 v3 1402 64 0dnms 工作臺每分鐘進給量 mf 51 inf 被切削層長度 l15 刀具切入長度 mtgtgkarp 3208 3 2 刀具切出長度 取2l5l42 行程次數(shù) i1 機動時間 2jt213 0 1in7jmlf 所以該工序總機動工時 0 5 26mijt 工序 6 鉆各小孔 以 4 M6 的底孔 5 為例 機床 臺式鉆床 46ZA 刀具 根據(jù)參照參考文獻 3 表 4 3 9 選硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆頭 切削深度 pam15 根據(jù)參考文獻 3 表 查得 進給量 切削速度3 2 0 2 fmr smV 36 0 機床主軸轉(zhuǎn)速 n in 14754 36010rdV 按照參考文獻 3 表 3 1 31 取 n 實際切削速度 v smD 0 60 1 切削工時 被切削層長度 l3m 刀具切入長度 1 2 10242rctgkctg 刀具切出長度 取 2l4ml3 加工基本時間 jt124 in0 16jLlfn 3 7 時間定額計算及生產(chǎn)安排 根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求 該軸承支撐座的年產(chǎn)量為 5000 件 一年以 240 個工作 日計算 每天的產(chǎn)量應(yīng)不低于 21 件 設(shè)每天的產(chǎn)量為 21 件 再以每天 8 小時 工作時間計算 則每個工件的生產(chǎn)時間應(yīng)不大于 22 8min 19 參照參考文獻 3 表 2 5 2 機械加工單件 生產(chǎn)類型 中批以上 時間 定額的計算公式為 大量生產(chǎn)時 Ntktt zfjd 1 0 Ntz 因此在大批量生產(chǎn)時單件時間定額計算公式為 ttfjd 其中 單件時間定額 基本時間 機動時間 jt 輔助時間 用于某工序加工每個工件時都要進行的各種輔助動ft 作所消耗的時間 包括裝卸工件時間和有關(guān)工步輔助時間 布置工作地 休息和生理需要時間占操作時間的百分比值k 粗 精銑 E F 面 粗加工機動時間 jt0 5minj 粗 精加工機動時間 8精 輔助時間 參照參考文獻 3 表 2 5 45 取工步輔助時間為 ft min41 0 由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短 所以取裝卸工件時間為 i 則 in41 0 ft 根據(jù)參考文獻 3 表 2 5 48 k 13 k 單間時間定額 有 dt 0 54 2 1min 8ifdjtk 粗 粗 18135fjt 精 精 因此應(yīng)布置二臺粗 精機床即可以完成此二道工序的加工 達到生產(chǎn)要求 鉆 擴 鉸 20 孔 機動時間 jt0 25 160 7 48minj 輔助時間 參照參考文獻 3 表 2 5 41 取工步輔助時間為 f min75 1 由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短 所以取裝卸工件時間為 i 則 in75 1 ft 根據(jù)參考文獻 3 表 2 5 43 k 14 2 k 單間時間定額 dt 1 0 4875 2 04min 8idjftk 因此應(yīng)布置一臺機床即可完成本工序的加工 達到生產(chǎn)要求 20 粗 精鏜 42 32 孔 粗鏜 41 7 孔 機動時間 jt0 1minj 粗 輔助時間 參照參考文獻 3 表 2 5 37 取工步輔助時間為 ft min81 0 由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短 所以取裝卸工件時間為 i3 則 in8 31 0 ft 根據(jù)參考文獻 3 表 2 5 39 k 83 14 k 單間時間定額 有 dt 1 0 50min2 8idfjtk 粗 因此應(yīng)布置一臺機床即可以完成本工序的加工 達到生產(chǎn)要求 精鏜孔到要求尺 機動時間 jt 104ij 精 輔助時間 參照參考文獻 3 表 2 5 37 取工步輔助時間為 ft in81 0 由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短 所以取裝卸工件時間為 i3 則 min81 3 0 ft 根據(jù)參考文獻 3 表 2 5 39 k 83 4 k 單間時間定額 1 0 1 4 9min2 8idfjttk 精 因此應(yīng)布置一臺機床即可以完成本工序的加工 達到生產(chǎn)要求 鉆 4 M6 底孔 5 孔 機動時間 jt0 1minj 輔助時間 參照參考文獻 3 表 2 5 41 取工步輔助時間為 f in75 1 由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短 所以取裝卸工件時間為 mi 則 i75 ft 根據(jù)參考文獻 3 表 2 5 43 k 14 2 k 單間時間定額 由式 1 11 有 dt 1 0 75 2 1in 8ijfk 因此應(yīng)布置一臺機床即可完成本工序的加工 達到生產(chǎn)要求 21 4 鉆孔夾具設(shè)計 4 1 研究原始質(zhì)料 利用本夾具主要用來鉆小頭端圓周面上 2 M4 的螺紋底孔 2 3 4 加工時 要滿足粗糙度要求 為了保證技術(shù)要求 最關(guān)鍵是找到定位基準 同時 應(yīng)考 慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度 4 2 定位基準的選擇 由零件圖可知 在對槽進行加工前 底平面進行了粗 精銑加工 孔 20 進行了鉆 擴 鉸加工 42 進行了粗 精鏜加工 因此 定位 夾緊方案有 方案 選底平面 20 工藝孔和大頭孔定位 即一面 心軸和棱形銷定 位 夾緊方式選用螺母在心軸上夾緊 該心軸需要在上面鉆孔 以便刀具能加 工工件上的小孔 方案 選一面兩銷定位方式 20 工藝孔用短圓柱銷 42 用棱形銷定 位 夾緊方式用操作簡單 通用性較強的移動壓板來夾緊 分析比較上面二種方案 方案 中的心軸夾緊 定位是不正確的 20 孔 端是不加工的 且定位與夾緊應(yīng)分開 因夾緊會破壞定位 心軸上的開孔也不 利于排銷 通過比較分析只有方案 滿足要求 孔 44 其加工與孔 20 的軸線間有 尺寸公差 選擇小頭孔和大頭孔來定位 從而保證其尺寸公差要求 圖中對孔的的加工沒有位置公差要求 所以我們選擇底平面和兩孔為定位 基準來設(shè)計鉆模 從而滿足孔的加工要求 工件定位用底面和兩孔定位限制 5 個自由度 4 3 切削力及夾緊力的計算 鉆該孔時選用 搖臂鉆床 Z3025 刀具用高速鋼刀具 由參考文獻 5 查表 可得 721 切削力公式 06f PFDfK 式中 D 3 4mm mr 查表 得 821 0 75 36bp 其中 0 b 48K 即 95 fFN 22 實際所需夾緊力 由參考文獻 5 表 得 12 12KFW 有 120 7 6 安全系數(shù) K 可按下式計算有 6543210K 式中 為各種因素的安全系數(shù) 見參考文獻 5 表 可得 60 12 10 56 所以 950816492 KfWFN 由計算可知所需實際夾緊力不是很大 為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單 操作方便 決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu) 取 1 561 7 2 查參考文獻 5 1 2 26 可知移動形式壓板螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以 下公式計算 210 tgtQLWz 式中參數(shù)由參考文獻 5 可查得 6 2 76zr 901 052 9 其中 3 Lm 8N 螺旋夾緊力 04 W 由上述計算易得 K 因此采用該夾緊機構(gòu)工作是可靠的 4 4 誤差分析與計算 該夾具以底面 兩孔為定位基準 要求保證被加工和孔粗糙度為 12 5 該 孔次性加工即可滿足要求 由參考文獻 5 可得 兩定位銷的定位誤差 11minDWd 1 21min2i DdJWarctgL 其中 10 52D20D 23 10 dm 20 3dm in in4 且 L 135mm 得 0 63DW 2Jm 夾緊誤差 cos inmaxyj 其中接觸變形位移值 1 9 62nHBZyRaZkNl 查 5 表 1 2 15 有 10 4 0 42 0 7zKC cos8jym 磨損造成的加工誤差 通常不超過Mj 5 夾具相對刀具位置誤差 取AD01 誤差總和 0 85jwm 4 5 零 部件的設(shè)計與選用 4 5 1 定位銷選用 本夾具選用一可換定位銷和固定棱形銷來定位 其參數(shù)如表 6 1 和 6 2 表 6 1 可換定位銷 D d H 公稱尺寸 允差 1h1b1dC1 14 18 16 15 0 011 22 5 1 4 M12 4 表 6 2 固定棱形銷 d d H 公稱尺寸 允差 Lh1b1C1 40 20 22 0 034 65 5 3 8 1 6 1 5 24 50 0 02 3 4 5 2 夾緊裝置的選用 該夾緊裝置選用移動壓板 其參數(shù)如表 6 3 表 6 3 移動壓板 公稱直徑 L BHlb1dK 3 4 45 20 8 19 6 6 7 M6 5 4 5 3 鉆套 襯套 鉆模板設(shè)計與選用 工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求 故選用可換鉆套 其結(jié)構(gòu)如 下圖所示 以減少更換鉆套的輔助時間 圖 6 1 可換鉆套 鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表 6 4 表 6 4 鉆套 D d H 公稱尺寸 允差 12Dh1mCr 25 3 4 12 12 0 018 0 007 22 18 10 4 9 0 5 18 0 5 襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示 圖 6 2 固定襯套 其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表 6 5 表 6 5 固定襯套 d D 公稱尺寸 允差 H 公稱尺寸 允差 C 1 3 4 0 034 0 016 12 18 0 023 0 012 0 5 2 鉆模板選用固定式鉆模板 用 4 個沉頭螺釘和 2 個錐銷定位于夾具體上 4 6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 本夾具用于在鉆床上加工孔 工件以底平面 兩孔為定位基準 在定位環(huán) 上實現(xiàn)完全定位 采用手動螺旋壓板機構(gòu)夾緊工件 該夾緊機構(gòu)操作簡單 夾 緊可靠 26 鉆孔夾具裝配圖 27 參考文獻 1 楊叔子 機械加工工藝師手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 2 上海金屬切削技術(shù)協(xié)會 金屬切削手冊 M 上海 上?？茖W技術(shù)出版社 2004 3 李洪 機械加工工藝手冊 M 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