XH756臥式加工中心大型刀庫鏈輪的加工工藝及夾具設計（含全套CAD圖紙）
XH756臥式加工中心大型刀庫鏈輪的加工工藝及夾具設計（含全套CAD圖紙）,xh756,臥式,加工,中心,大型,鏈輪,工藝,夾具,設計,全套,cad,圖紙
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量。這種效應可通過最小化夾具設計優(yōu)化，夾緊力是一個重要的設計變量，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)的有限元基礎研究人員一直重點關注的夾具布局優(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，獨特的三維夾具可以處理超過6個自由度的裝夾，復和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設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
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，由于部隊輪換往往是相當小[17]的工件定位誤差假設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
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的定位反應是“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）
其中代表機構的彈性變形應變能互補，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 加權系數(shù)計算確定的基礎
內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計（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范數(shù)。 的約束轉換涉及到一個指定的加權范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設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范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預測精度和，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）沿相應的刀具路徑設置的產(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。隨后，準靜態(tài)加工負荷應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（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，假設為相對于工件的質量中心的第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，以及工件自轉如下: (21)
其中表示旋轉矩陣,描述當?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標系和是一個旋轉矩陣確定工件相對于全球的坐標系的定位坐標系。假設夾具夾緊工件旋轉，由于旋轉很小，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（見圖7），由此得到的夾緊力加權范數(shù)有如下形式：.結果表明，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。結果表明工件旋轉小，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用于銑削負載到工件，他應用于工件銑削負載一個序列。最佳的夾緊力，，對應列表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范數(shù)的，，和繪制。
結果表明，由于每個組成部分是各相應的最大夾緊力，它具有最高的加權范數(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，則夾緊力需相應設置，有比相當大的加權范數(shù)。故是一個完整的刀具路徑改進方案。上述模擬結果表明，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范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。
圖10
8．結論
該文件提出了關于確定多鉗夾具，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，并尋求盡量減少應用到所造成的工件夾緊力的加權范數(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，剛度和阻尼效應在確定工件夾具系統(tǒng)的響應特性具有重要作用。
9．參考資料：
1、J. D. Lee 和L. S. Haynes .《柔性夾具系統(tǒng)的有限元分析》交易美國ASME，工程雜志工業(yè) ：134-139頁。
2、W. Cai, S. J. Hu 和J. X. Yuan .“柔性鈑金夾具：原理，算法和模擬”，交易美國ASME，制造科學與工程雜志 ：1996 318-324頁。
3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“負載對表面平整度的影響”工件夾具制造科學研討會論文集1996，第一卷：146-152頁。
4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“適用于選拔夾具設計與優(yōu)化方法，美國ASME工業(yè)工程雜志：113 、 412-414，1991。
5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.《計算機輔助夾具分析中的應用有限元分析和數(shù)學優(yōu)化模型》， 1995 ASME程序，MED： 777-787頁。
6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工過程仿真的加工裝置作用力系統(tǒng)研究”， NAMRI/SME：207–214頁, 1995
7、“考慮工件夾具，夾具接觸相互作用布局優(yōu)化模擬的結果” 341-346，1998。
8、E. C. DeMeter. 《快速支持布局優(yōu)化》，國際機床制造， 碩士論文 1998。
9、Y.-C. Chou, V. Chandru, M. M. Barash .《加工夾具機械構造的數(shù)學算法：分析和合成》，美國ASME，工程學報工業(yè)“：1989 299-306頁。
10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 《具有摩擦性的夾具規(guī)劃》 美國ASME，工業(yè)工程學報：1991，320–327頁。
11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夾緊力分析”，國際機床制造，碩士論文 1995年。
12、E. C. DeMeter.《加工夾具的性能的最小——最大負荷標準》 美國ASME，工業(yè)工程雜志 ：1994
13、E. C. DeMeter .《加工夾具最大負荷的性能優(yōu)化模型》 美國ASME，工業(yè)工程雜志 1995。
14、JH復和AYC倪.“核查和工件夾持的夾具設計”方案優(yōu)化，設計和制造，4，碩士論文： 307-318，1994。
15、T. H. Richards、埃利斯 霍伍德.1977,《應力能量方法分析》，1977。
16、M. J. Hockenberger and E. C. DeMeter. 對工件準靜態(tài)分析功能位移在加工夾具的應用程序，制造科學雜志與工程： 325–331頁, 1996。
常州機電職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計（論文）任務書
系部：
機械工程系
專業(yè)：
數(shù)控技術
姓名:
王 賽
學號:
11220301
題目：
XH756臥式加工中心大型刀庫鏈輪研制
XH756臥式加工中心大型刀庫鏈輪的加工工藝及夾具設計
起迄日期:
2014年 07月10日 ~ 2015年4月 30日
校內(nèi)指導教師:
周保牛
企業(yè)指導教師:
李文建
發(fā)任務書日期: 2014年 7 月 8 日
畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書
1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的：
通過本課題的完成，使學生根據(jù)生產(chǎn)綱領、零件生產(chǎn)圖和灰鑄鐵件毛坯，通過分析零件工藝性能、選用加工設備、確定裝夾方案、制定加工方案、安排工藝順序和路線、選擇或計算切削用量、正確換算工序尺寸、提出夾具設計方案、刀具和量具清單，編制機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片等形成整套工藝文件，要求制訂的工藝文件對具體生產(chǎn)有指導意義，從中學會會查找參考資料、獨立分析解決問題的策略，學會綜合利用文化知識、專業(yè)知識、專業(yè)技能解決實際工程問題的方法和途徑，提升專業(yè)綜合能力、創(chuàng)新能力。
2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）：
（1）XH756臥式加工中心大型刀庫鏈輪生產(chǎn)圖
（2）生產(chǎn)綱領：1000臺/年
（3）鑄件毛坯狀態(tài)：飛邊毛刺打磨干凈，Ф20以下的孔不鑄出，輸出面是鑄造下箱
（4）現(xiàn)有生產(chǎn)設備：數(shù)控車床、立式中心、加工臥式加工中心
（5）內(nèi)容：設計XH756臥式加工中心大型刀庫鏈輪加工工藝
（6）工作要求
c．確定裝夾方案，畫出裝夾定位原理圖
d．確定加工方案
f．安排加工順序，畫出工藝路線圖
h．計算或選擇切削用量
i．畫出工藝附圖
j．填寫工藝卡片：過程卡片、工序卡片
k．畫出一套夾具工程圖樣
畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書
3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括圖表、實物等硬件要求〕：
（1）按規(guī)定格式整理編寫出畢業(yè)設計說明書（論文），著重寫解決問題的方法和工作經(jīng)驗等，工作結果如刀具清單（卡片）、工藝附圖、過程卡片、工序卡片、夾具圖樣、加工程序作為附件附上。
（2）提交文件內(nèi)容：
a.提供所有文件電子檔（Office2003、AutoCAD2004、UGNX8版本）
b.按檔案袋內(nèi)容和順序要求，打印生產(chǎn)圖、所有文件一套并裝訂成冊。
4．主要參考文獻：
1周保牛主編．數(shù)控銑削與加工中心技術．北京；高等教育出版社
2周保牛編著．數(shù)控車削技術．北京；高等教育出版社
3朱淑萍主編．機械加工工藝及設備．北京：機械工業(yè)出版社
4劉越主編．機械制造技術．北京；化學工業(yè)出版社
5王啟平主編．機床夾具設計．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社
6孟少龍主編．機械加工工藝手冊.北京：機械工業(yè)出版社
7羅學科，張超英主編．數(shù)控機床編程與操作實訓．北京；化學工業(yè)出版社
8 周保牛主編．數(shù)控編程與加工技術．北京：機械工業(yè)出版社
常州機電職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計（論文）
系部：
機械工程系
專業(yè)：
數(shù)控技術
姓名:
王 賽
學號:
11220301
題目：
XH756臥式加工中心大型刀庫
鏈輪的加工工藝及夾具設計
起迄日期:
2014年 07月10日 ~ 2015年4月 30日
校內(nèi)指導教師:
周保牛
企業(yè)指導教師:
李文建
發(fā)任務書日期: 2015年 月 日
35
摘 要
鏈輪零件加工工藝及鉆床夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。
關鍵詞：工藝，工序，切削用量，夾緊，定位，誤差
Abstract
Shell parts processing technology and design of drilling jig design process design, including the parts processing process design and fixture three. In the process of design should first carries on the analysis to the components and parts of the process to understand the design of blank structure, and choose the good components the processing datum, designs the process routes of the parts; then the parts of each step of process dimension calculation, is the key to decide the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure; design then the special jig, fixture for the various components of the design, such as the connecting part positioning device, clamping device, guide device, clamp and the machine tool and other components; the positioning error calculate fixture positioning, analysis of the rationality and deficiency of fixture structure, pay close attention to the improvement and design in later.
Keywords: process, process, cutting, clamping, positioning error
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 序 言 1
第2章 零件的分析 2
2.1零件的形狀 2
2.2零件的工藝分析 2
第3章 工藝規(guī)程設計 4
3.1 確定毛坯的制造形式 4
3.2 基面的選擇 4
3.3 制定工藝路線 4
3.3.1 工藝路線方案一 5
3.3.2 工藝路線方案二 5
3.3.3 工藝方案的比較與分析 6
3.4 選擇加工設備和工藝裝備 7
3.4.1 機床選用 7
3.4.2 選擇刀具 7
3.4.3 選擇量具 7
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 7
3.6確定切削用量及基本工時 9
第4章 鉆孔夾具設計 24
4.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 24
4.2 夾具的導向 25
4.3 切削力及夾緊力的計算 25
4.4 鉆孔與工件之間的切屑間隙 27
4.5 鉆模板 28
4.6定位誤差的分析 28
4.7 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用 29
4.8 確定夾具體結構和總體結構 30
4.9 夾具設計及操作的簡要說明 31
總 結 33
致 謝 34
參 考 文 獻 35
第1章 序 言
機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(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，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。
鏈輪零件加工工藝及鉆床夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等的基礎下，進行的一個全面的考核。正確地解決一個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，并設計出專用夾具，保證尺寸證零件的加工質量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結合，才能很好的完成本次設計。
本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。
第2章 零件的分析
2.1零件的形狀
題目給的零件是鏈輪零件，主要作用是起固定連接作用。
零件的實際形狀如上圖所示，從零件圖上看，該零件是典型的零件，結構比較簡單。具體尺寸，公差如下圖所示。
圖2-1 鏈輪工件圖
2.2零件的工藝分析
由零件圖可知，其材料為QT70-2，該材料為QT70-2，具有較高強度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應力和要求耐磨零件。
鏈輪零件主要加工表面為：1.車外圓及端面，表面粗糙度值為3.2。2.車外圓及端面，表面粗糙度值3.2。3.車裝配孔，表面粗糙度值3.2。4.半精車側面，及表面粗糙度值3.2。5.兩側面粗糙度值6.3、12.5，法蘭面粗糙度值6.3。
鏈輪共有兩組加工表面，他們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下：
(1)．左端的加工表面：
這一組加工表面包括：左端面，內(nèi)孔Φ110、160內(nèi)孔，粗車后半精車就可以達到精度要求。而鉆工沒有精度要求，因此一道工序就可以達到要求，并不需要擴孔、鉸孔等工序。
(2).右端面的加工表面：
這一組加工表面包括：右端面；502.28端面外圓。其要求也不高，粗車后精車就可以達到精度要求。
第3章 工藝規(guī)程設計
本鏈輪假設年產(chǎn)量為10萬臺，每臺車床需要該零件1個，備品率為19%，廢品率為0.25%，每日工作班次為2班。
該零件材料為QT70-2 ，考慮到零件在工作時要有高的耐磨性，所以選擇鑄鋁鑄造。依據(jù)設計要求Q=100000件/年，n=1件/臺；結合生產(chǎn)實際，備品率α和 廢品率β分別取19%和0.25%代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領
N=2XQn(1+α)（1+β)=238595件/年
3.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為QT70-2 ，鑄件的特點是液態(tài)成形，其主要優(yōu)點是適應性強，即適用于不同重量、不同壁厚的鑄件，也適用于不同的金屬，還特別適應制造形狀復雜的鑄件?？紤]到零件在使用過程中起連接作用，分析其在工作過程中所受載荷，最后選用鑄件，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。年產(chǎn)量已達成批生產(chǎn)水平，而且零件輪廓尺寸不大，可以采用砂型鑄造，這從提高生產(chǎn)效率，保證加工精度，減少生產(chǎn)成本上考慮，也是應該的。
3.2 基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。
粗基準的選擇，對像鏈輪這樣的零件來說，選好粗基準是至關重要的。對本零件來說，如果外圓的端面做基準，則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對稱，按照有關粗基準的選擇原則(即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面做粗基準，若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對應位置精度較高的不加工表面做為粗基準)。
對于精基準而言，主要應該考慮基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不在重復。
3.3 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
3.3.1 工藝路線方案一
10 鑄造 鑄造出毛坯
20 熱處理 毛坯熱處理，時效處理
30 銑 粗銑左邊大端面
40 銑 粗銑右邊大端面
50 銑 精銑左邊大端面
60 銑 精銑右邊大端面
70 車 粗車外圓Φ502.28及右端面
80 車 粗車外圓Φ502.28左端面
90 車 精車外圓Φ502.28及右端面
100 車 精車外圓Φ502.28左端面
110 車 粗車、精車Φ110、160內(nèi)孔
120 車 粗車、精車Φ110內(nèi)孔端面
130 鉆孔 鉆8-Φ11孔、Φ17孔
140 鉆孔攻絲 鉆4-M6螺紋底孔，攻絲。
150 銑 銑鏈輪齒
160 鉗 去毛刺，清洗
170 終檢 終檢入庫
3.3.2 工藝路線方案二
10 鑄造 鑄造出毛坯
20 熱處理 毛坯熱處理，時效處理
30 銑 粗銑左邊大端面
40 銑 粗銑右邊大端面
50 銑 精銑左邊大端面
60 銑 精銑右邊大端面
70 車 粗車、精車Φ110、160內(nèi)孔
80 車 粗車、精車Φ110內(nèi)孔端面
90 車 粗車外圓Φ502.28及右端面
100 車 粗車外圓Φ502.28左端面
110 車 精車外圓Φ502.28及右端面
120 車 精車外圓Φ502.28左端面
130 鉆孔 鉆8-Φ11孔、Φ17孔
140 鉆孔攻絲 鉆4-M6螺紋底孔，攻絲。
150 銑 銑鏈輪齒
160 鉗 去毛刺，清洗
170 終檢 終檢入庫
3.3.3 工藝方案的比較與分析
上述兩個方案的特點在于：方案一的定位和裝夾等都比較方便，但是要更換多臺設備，加工過程比較繁瑣，而且在加工過程中位置精度不易保證。方案二減少了裝夾次數(shù)，但是要及時更換刀具，因為有些工序在車床上也可以加工，鏜、鉆孔等等。因此綜合兩個工藝方案，取優(yōu)棄劣，具體工藝過程如下：
10 鑄造 鑄造出毛坯
20 熱處理 毛坯熱處理，時效處理
30 銑 粗銑左邊大端面
40 銑 粗銑右邊大端面
50 銑 精銑左邊大端面
60 銑 精銑右邊大端面
70 車 粗車外圓Φ502.28及右端面
80 車 粗車外圓Φ502.28左端面
90 車 精車外圓Φ502.28及右端面
100 車 精車外圓Φ502.28左端面
110 車 粗車、精車Φ110、160內(nèi)孔
120 車 粗車、精車Φ110內(nèi)孔端面
130 鉆孔 鉆8-Φ11孔、Φ17孔
140 鉆孔攻絲 鉆4-M6螺紋底孔，攻絲。
150 銑 銑鏈輪齒
160 鉗 去毛刺，清洗
170 終檢 終檢入庫
3.4 選擇加工設備和工藝裝備
3.4.1 機床選用
①.工序是粗車、粗鏜和精車、精鏜。各工序的工步數(shù)不多，成批量生產(chǎn)，故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求屬于中等要求，選用最常用的CA6140臥式車床。參考根據(jù)《機械制造設計工工藝簡明手冊》表4.2-7。
②.工序Ⅸ是鉆孔，選用Z525搖臂鉆床。
3.4.2 選擇刀具
①.在車床上加工的工序,一般選用硬質合金車刀和鏜刀。加工刀具選用YG6類硬質合金車刀，它的主要應用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟性,可選用可轉位車刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。
②.鉆孔時選用高速鋼麻花鉆，參考《機械加工工藝手冊》（主編 孟少農(nóng)），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數(shù)。
3.4.3 選擇量具
本零件屬于成批量生產(chǎn)，一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種：一是按計量器具的不確定度選擇；二是按計量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“鏈輪” 零件材料為QT70-2 ，查《機械加工工藝手冊》（以后簡稱《工藝手冊》），表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較，QT70-2的硬度HB為143～269，表2.2-23 QT70-2的物理性能，QT70-2 密度ρ=7.2～7.3（），計算零件毛坯的重量約為2。
表3-1 機械加工車間的生產(chǎn)性質
生產(chǎn)類別
同類零件的年產(chǎn)量[件]
重型
（零件重>2000kg）
中型
（零件重100~2000kg）
輕型
（零件重<100kg）
單件生產(chǎn)
5以下
10以下
100以下
小批生產(chǎn)
5~100
10~200
100~500
中批生產(chǎn)
100~300
200~500
500~5000
大批生產(chǎn)
300~1000
500~5000
5000~50000
大量生產(chǎn)
1000以上
5000以上
50000以上
根據(jù)所發(fā)的任務書上的數(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，選擇鑄造類型的主要特點要生產(chǎn)率高，適用于大批生產(chǎn)，查《工藝手冊》表3.1-19 特種鑄造的類別、特點和應用范圍，再根據(jù)表3.1-20 各種鑄造方法的經(jīng)濟合理性，采用機器造型鑄件。
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
QT70-2
砂型手工造型
11~13
砂型機器造型及殼型
8~10
金屬型
7~9
低鑄造造
7~9
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
160
100
160
250
1.6
1.8
2.0
根據(jù)上表查得鑄件基本尺寸大于100至160，公差等級為8級的公差數(shù)值為1.8。
表3-4 鑄鐵件機械加工余量（JB2854-80）如下
鑄件基本尺寸
加工余量等級 6
澆注時位置
>120~250
6.0
4.0
頂、側面
底 面
鑄孔的機械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機械加工余量選擇。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。
3.6確定切削用量及基本工時
切削用量一般包括切削深度、進給量及切削速度三項。確定方法是先是確定切削深度、進給量，再確定切削速度?，F(xiàn)根據(jù)《切削用量簡明手冊》（第三版，艾興、肖詩綱編，1993年機械工業(yè)出版社出版）確定本零件各工序的切削用量所選用的表格均加以*號，與《機械制造設計工工藝簡明手冊》的表區(qū)別。
工序30 粗銑左邊大端面
機床：銑床X52K
刀具：硬質合金可轉位端銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2.2mm
所以銑削深度：
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，?。焊鶕?jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1～74，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81,取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
機動時間：
所以該工序總機動時間
工序40：粗銑右邊大端面
機床：銑床X52K
刀具：硬質合金可轉位端銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)8，此為細齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2.2mm
所以銑削深度：
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1～31，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
機動時間：
所以該工序總機動時間
工序50：銑左邊大端面
機床：銑床X52K
刀具：硬質合金可轉位端銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，?。焊鶕?jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1～74，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81,取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
機動時間：
所以該工序總機動時間
工序60：精銑右邊大端面
機床：銑床X52K
刀具：硬質合金可轉位端銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，?。焊鶕?jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1～74，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81,取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
機動時間：
所以該工序總機動時間
工序70粗車外圓Φ502.28及右端面
所選刀具為YG6硬質合金可轉位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成，故
=5 （3-1）
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 （3-2）
由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （3-3）
===120 （3-4）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=125
這時實際切削速度為：
== （3-5）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2 （3-6）
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為：
=3.75，=，==，=
工序80
粗車外圓Φ502.28左端面
本工序仍為粗車。已知條件與工序相同，車端面及倒角，可采用工序Ⅳ相同的可轉位車刀。
采用工序Ⅰ確定切削用量的方法，得本工序的切削用量及基本時間如下：
a=2.5 f=0.65 n=3.8 v=50.4 T=56
工序90
精車外圓Φ502.28及右端面
所選刀具為YG6硬質合金可轉位刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成，故
=2.5
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （3-12）
===120 （3-13）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=125
這時實際切削速度為：
== （3-14）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為：
=1.25，=，==，=
工序100
精車外圓Φ502.28左端面
所選刀具為YG6硬質合金可轉位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成，故
==
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （3-12）
===120 （3-13）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=125
這時實際切削速度為：
== （3-14）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為：
=1.25，=，==，=
工序110
粗車、精車Φ110、160內(nèi)孔
所選刀具為YG6硬質合金可轉位鏜刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成，故
=2.5
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （3-12）
===120 （3-13）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=125
這時實際切削速度為：
== （3-14）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為：
=1.25，=，==，=
工序120
粗車、精車Φ110內(nèi)孔端面
所選刀具為YG6硬質合金可轉位外圓車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成，故
==
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （3-12）
===120 （3-13）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=125
這時實際切削速度為：
== （3-14）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為：
=1.25，=，==，=
工序130鉆8-Φ11孔、Φ17孔
本工序采用計算法。
表3-5高速鋼麻花鉆的類型和用途
標準號
類型
直徑范圍（mm）
用途
GB1436-85
直柄麻花鉆
2.0～20.0
在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔
GB1437-85
直柄長麻花鉆
1.0～31.5
在各種機床上，用鉆模或不用鉆模鉆孔
GB1438-85
錐柄麻花鉆
3.0～100.0
在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔
GB1439-85
錐柄長麻花鉆
5.0～50.0
在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔
選用Z525搖臂鉆床，查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，查《機》表2.4-37鉆頭的磨鈍標準及耐用度可得，耐用度為4500，表10.2-5標準高速鋼麻花鉆的直徑系列選擇錐柄長，麻花鉆，則螺旋角=30，鋒交2=118，后角a=10,橫刃斜角=50，L=197mm,l=116mm。
表3-6 標準高速鋼麻花鉆的全長和溝槽長度（摘自GB6137-85） mm
直徑范圍
直柄麻花鉆
l
l1
>11.80～13.20
151
101
表3-7 通用型麻花鉆的主要幾何參數(shù)的推存值（根據(jù)GB6137-85） （o）
d (mm)
β
2ф
αf
ψ
8.6～18.00
30
118
12
40～60
表3-8 鉆頭、擴孔鉆和鉸刀的磨鈍標準及耐用度
（1）后刀面最大磨損限度mm
刀具材料
加工材料
鉆頭
直徑d0（mm）
≤20
高速鋼
鑄鐵
0.5～0.8
（2）單刃加工刀具耐用度T min
刀具類型
加工材料
刀具材料
刀具直徑d0（mm）
11～20
鉆頭（鉆孔及擴孔）
鑄鐵、銅合金及合金
高速鋼
60
鉆頭后刀面最大磨損限度為0.5～0.8mm刀具耐用度T = 60 min
①.確定進給量
查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，第二卷表10.4高速鋼鉆頭鉆孔的進給量為f=0.25～0.65,根據(jù)表4.13中可知，進給量取f=0.60。
②.確定切削速度
查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-17高速鋼鉆頭在QT70-2（190HBS）上鉆孔的切削速度軸向力，扭矩及功率得，V=12，參考《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-10鉆擴鉸孔條件改變時切削速度修正系數(shù)K=1.0，R=0.85。
V=12=10.32 （3-17）
則 = =131 （3-18）
查表4.2-12可知， 取 n = 150
則實際切削速度 = = =11.8
③.確定切削時間
查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-43，鉆孔時加工機動時間計算公式： T= （3-19）
其中 l= l=5 l=2～3
則： t= =9.13
3.6.5.2 確定鉆孔的切削用量
鉆孔選用機床為Z525搖臂機床，刀具選用GB1436-85直柄短麻花鉆，《機械加工工藝手冊》第2卷。
根據(jù)《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-2查得鉆頭直徑小于10的鉆孔進給量為0.20～0.35。
則取
確定切削速度，根據(jù)《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-9
切削速度計算公式為 （3-20）
查得參數(shù)為，刀具耐用度T=35
則 ==1.6
所以 ==72
選取
所以實際切削速度為=2.64
確定切削時間（一個孔） =
工序140
鉆4-M6螺紋底孔，攻絲。
取
（）
所以 （）
按機床選取= （）
所以實際切削速度 （）
切削工時（一個孔）：
工序150：銑鏈輪齒
機床：銑床X K 52
刀具：硬質合金可轉位鏈輪滾刀，材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1～74，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81,取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
機動時間：
所以該工序總機動時間
第4章 鉆孔夾具設計
4.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置
本夾具用于鉆8-Φ11孔、Φ17孔
夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。
僅僅定好位在大多數(shù)場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設置相應的夾緊裝置對工件進行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務。
夾緊裝置的基本任務是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質量和生產(chǎn)安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。
一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機構即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務的部分。他包括中間遞力機構和夾緊元件。
考慮到機床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。
螺旋夾緊機構是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構組成復合夾緊機構來夾緊工件。是應用最廣泛的一種夾緊機構。
螺旋夾緊機構中所用的螺旋，實際上相當于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。
典型的螺旋夾緊機構的特點：
（1）結構簡單；
（2）擴力比大；
（3）自瑣性能好；
（4）行程不受限制；
（5）夾緊動作慢。
夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。
工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉，通過螺栓夾緊移動壓板，實現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現(xiàn)工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規(guī)定位置上。
在這次夾具設計中，定位是采用一根心軸和一個定位插銷來定位水平方向的。在垂直方向，用兩個同心半圓環(huán)來定位。當被加工零件放到夾具體同心圓環(huán)上后，用定位插銷把夾具上的鉆模板和零件通過先加工的孔進行定位，把壓板壓緊，之后取出定位插銷。
4.2 夾具的導向
在鉆床上加工孔時，大都采用導向元件或導向裝置，用以引導刀具進入正確的加工位置，并在加工過程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的剛性，從而保證零件上孔的精度，在鉆床上加工的過程中，導向裝置保證同軸各孔的同軸度、各孔孔距精度、各軸線間的平行度等，因此，導向裝置如同定位元件一樣，對于保證工件的加工精度有這十分重要的作用。
導向元件包括刀桿的導向部分和導向套。
在這套鉆床夾具上用的導向套是鉆套。
鉆套按其結構可分為固定鉆套，可換鉆套，快換鉆套及特殊鉆套。
因此套鉆夾具加工量不大，磨損較小，孔距離精度要求較高，則選用固定鉆套。如圖4.2。直接壓入鉆模板或夾具體的孔中。
圖4.2 鉆套
鉆模板與固定鉆套外圓一般采用H7/h6的配合。且必須有很高的耐磨性，材料選擇20Mn2。淬火HRC110。相同的，為了防止定位銷與模板之間的磨損，在模板定位孔之間套上兩個固定襯套。選取的標準件代號為12*18 GB2263-19134。材料仍選取T10A， 淬火HRC110。公差采用H7/p6的配合。
4.3 切削力及夾緊力的計算
刀具：鉆頭φ11。
則軸向力：見《工藝師手冊》表28.4
F=Cdfk……………………………………3.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
轉矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在計算切削力時,必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時 T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,時工件不會轉動,故本夾具可安全工作。
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
該孔的設計基準為中心軸，故以回轉面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則； 參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關系F夾＝KF
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)
由資料《機床夾具設計手冊》查表可得：
切削力公式： 式（2.17）
式中
查表得：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表得：
安全系數(shù)K可按下式計算，由式（2.5）有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表 可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機構。
4.4 鉆孔與工件之間的切屑間隙
鉆套的類型和特點:
1、固定鉆套：鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中，鉆模板或夾具體的孔與鉆套外圓一般采用H7/n6配合，主要用于加工量不大，磨損教小的中小批生產(chǎn)或加工孔徑甚小，孔距離精度要求較高的小孔。
2、可換鉆套：主要用在大批量生產(chǎn)中，由于鉆套磨損大，因此在可換鉆套和鉆模板之間加一個襯套，襯套直接壓入鉆模板的孔內(nèi)，鉆套以F7/m6或F7/k6配合裝入襯套中。
3、快換鉆套：當對孔進行鉆鉸等加工時，由于刀徑不斷增大，需要不同的導套引導刀具，為便于快速更換采用快換鉆套。
4、特殊鉆套：尺寸或形狀與標準鉆套不同的鉆套統(tǒng)稱特殊鉆套。
鉆套下端面與工件表面之間應留一定的空隙C，使開始鉆孔時，鉆頭切屑刃不位于鉆套的孔中，以免刮傷鉆套內(nèi)孔，如圖4.3。
圖4.3
切屑間隙 C=(0.3～1.2)d。
在本次夾具鉆模設計中考慮了多方面的因素，確定了設計方案后，選擇了C=8。因為此鉆的材料是鑄件，所以C可以取較小的值。
4.5 鉆模板
在導向裝置中，導套通常是安裝在鉆模板上，因此鉆模板必須具有足夠的剛度和強度，以防變形而影響鉆孔精度。鉆模板按其與夾具體連接的方式，可分為固定式鉆模板、鉸鏈式鉆模板、可卸式鉆模板、滑柱式鉆模板和活動鉆模板等。
在此套鉆模夾具中選用的是可卸式鉆模板，在裝卸工件時需從夾具體上裝上或卸下，鉆模板在夾具體上采用定位銷一面雙孔定位，螺栓緊固，鉆模精度較高。[4]
4.6定位誤差的分析
制造誤差ZZ
（1）中心線對定位件中心線位置精度
. 取.
（2）內(nèi)外圓同軸度誤差（查表P297）
.故，.
則.
知此方案可行。
4.7 鉆套、襯套、鉆模板設計
收藏