YH30型減速箱體前后雙支承鏜孔夾具設(shè)計(jì)【含9張CAD圖紙】

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中國(guó).北京.2006.10.9-15 2006年電氣和電子工程師協(xié)會(huì)/型鋼的會(huì)議錄 討論智能機(jī)器人和操作系統(tǒng)的國(guó)際會(huì)議 新穎的夾具設(shè)計(jì)和基于虛擬現(xiàn)實(shí)的裝配系統(tǒng) 彭高亮 劉文建 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院 中國(guó).哈爾濱150001.pg17782@hit.edu.cn 摘要—模塊化的裝配是工業(yè)制造中很重要的一個(gè)方面，這篇論文討論的是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)模塊化裝配設(shè)計(jì)的作用。對(duì)于虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)，論文提出了設(shè)計(jì)方法，這種方法可以幫助設(shè)計(jì)師，使他們的設(shè)計(jì)可行有效。論文在層次數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，提出了組合夾具裝配的方法。在這些結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在虛擬環(huán)境中，用戶(hù)可以在設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程中操縱虛擬模型。此外，人們正在討論如何實(shí)施在加工仿真生產(chǎn)經(jīng)行檢測(cè)，最后，案例研究證明了該系統(tǒng)的功能。與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相比，論文中還為模塊化裝配提出了一個(gè)合理的便攜式解決方案設(shè)計(jì)。 指數(shù)計(jì)算—組合夾具，桌面虛擬現(xiàn)實(shí)，裝配設(shè)計(jì)，加工模擬結(jié)果一覽表 Ⅰ.介 紹 模塊化裝配是工業(yè)制造的一個(gè)重要方面，準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)夾具對(duì)確保產(chǎn)品質(zhì)量，精度，準(zhǔn)確性，以及完成部分加工是非常重要的。組合夾具是在安全，準(zhǔn)確位置，為交匯處和高標(biāo)準(zhǔn)組件提供支持的一種系統(tǒng)，并支持整個(gè)加工過(guò)程中的工件【1】。一般來(lái)講，夾具設(shè)計(jì)者通過(guò)經(jīng)驗(yàn)或反復(fù)試驗(yàn)的方法就能確定夾具計(jì)劃是不是合適。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)已在組合夾具設(shè)計(jì)領(lǐng)域普遍應(yīng)用。 一般情況下，與夾具設(shè)計(jì)相關(guān)的活動(dòng)，即裝配刨，夾具元件設(shè)計(jì)，夾具布局設(shè)計(jì)，是在機(jī)床發(fā)展的下游才會(huì)去考慮。這些古老的做法對(duì)銜接設(shè)計(jì)和制造都是很不利的。例如，很少有系統(tǒng)能合并機(jī)械檢測(cè)的一系列功能。這就導(dǎo)致了在夾具設(shè)計(jì)和制造之間產(chǎn)生了一個(gè)缺口，這個(gè)缺口使得人們不能在設(shè)計(jì)階段【2】考慮刀具路徑。因此，在制造設(shè)計(jì)中，人們重新設(shè)計(jì)也無(wú)法避免刀具被夾具元件妨礙的問(wèn)題。所以，為了把機(jī)系列夾具領(lǐng)入柔性制造的舞臺(tái)，更系統(tǒng)，更自然的設(shè)計(jì)環(huán)境是人們必須去研究的。 一個(gè)綜合的，立體的，互動(dòng)的環(huán)境通常由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在數(shù)十年之內(nèi)【4】，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都是能起到很大作用的人機(jī)接口。在制造業(yè)中，虛擬現(xiàn)實(shí)也有很大的應(yīng)用潛力，它可以在實(shí)際生產(chǎn)之前解決很多問(wèn)題，從而避免出現(xiàn)一些代價(jià)高昂的錯(cuò)誤。在過(guò)去的十年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不同的工程中的應(yīng)用提供了推動(dòng)作用，例如產(chǎn)品設(shè)計(jì)【5】，裝配【6】，加工仿真【7】，培訓(xùn)【8】。本文的目的要闡述如何建立一個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的模塊化夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)（VMJFDS）。第一步就是為模塊化設(shè)計(jì)裝置制定一個(gè)綜合的，擬真的環(huán)境。這種應(yīng)用程序在運(yùn)用了自然和啟發(fā)性的方式，這種方式在設(shè)計(jì)夾具方面是有優(yōu)勢(shì)的，它可以在使用條件，縮短交貨時(shí)間，提高夾具生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)性等諸多方面形成良好的匹配。 Ⅱ.擬議系統(tǒng)的概敘 擬議的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系是基于系統(tǒng)功能要求的模塊，由圖1所示。在系統(tǒng)水平上，有3個(gè)擬議模塊的設(shè)計(jì)，即圖形界面（GUI），虛擬環(huán)境（VE）和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。對(duì)于任何一個(gè)模塊，某種功能要求由一組對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這篇論文中，詳細(xì)的對(duì)象設(shè)計(jì)和實(shí)施都省略了。相反，這三個(gè)模塊的概簡(jiǎn)要說(shuō)明如下： 1） 圖形界面（GUI）：大體上說(shuō)圖形用戶(hù)界面是一個(gè)友好界面，它用于整合虛擬環(huán)境，組合夾具設(shè)計(jì)。 2） 虛擬環(huán)境（VE）：虛擬環(huán)境用三維模型把組合夾具系統(tǒng)、虛擬環(huán)境及其組成部分的導(dǎo)航和操作步驟顯示給用戶(hù)，如圖所示1，虛擬環(huán)境模塊包括兩部分，即裝配設(shè)計(jì)環(huán)境和加工仿真環(huán)境。用戶(hù)選擇適當(dāng)?shù)脑?，把這些元件寫(xiě)在裝配設(shè)計(jì)方面的辦公區(qū)域內(nèi)，然后，用執(zhí)導(dǎo)系統(tǒng)把最終的夾具系統(tǒng)建立起來(lái)，人們就能把選中的元件逐個(gè)的組合起來(lái)。 圖1，概述基于組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的桌面虛擬現(xiàn)實(shí) 3） 數(shù)據(jù)庫(kù)：數(shù)據(jù)庫(kù)存放著所有模型的環(huán)境和夾具模塊元件以及該領(lǐng)域的知識(shí)和一些典型的例子。如圖1所示，顯示了5個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中知識(shí)和規(guī)則單元是該系統(tǒng)最重要的地方，它管轄著所有夾具設(shè)計(jì)的原則。 Ⅲ. 程序化組合夾具設(shè)計(jì) 在本節(jié)中，作者提出了在虛擬環(huán)境中有啟發(fā)性的組合夾具設(shè)計(jì)程序。除了三維技術(shù)的深入，用戶(hù)擁有和真實(shí)世界一樣的操作感覺(jué)，這個(gè)過(guò)程還有情報(bào)功能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用智能推理的方法把一些典型的案件和建議提供給用戶(hù)作參考，如實(shí)例推理（CBR）和常規(guī)推理（RBR）。此外，相關(guān)知識(shí)和規(guī)則作為幫助頁(yè)面展現(xiàn)給用戶(hù)，用戶(hù)就可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中輕松瀏覽了。 概述組合夾具設(shè)計(jì)過(guò)程總結(jié)，如圖2。虛擬環(huán)境之后就是草簽和工件加載，第一步是夾具規(guī)劃。在這個(gè)步驟中，首先用戶(hù)決定了夾具計(jì)劃，即指定交互夾具要面臨的工件。 為了幫助用戶(hù)成功決策，一些有用的個(gè)案，以及他們的夾具計(jì)劃將通過(guò)自動(dòng)推理檢索方法提供給用戶(hù)。一旦選定了要使用的夾具，用戶(hù)到就能指定的夾具點(diǎn)。在這這項(xiàng)任務(wù)中，計(jì)算機(jī)還給出了一些建議和規(guī)則。 夾具規(guī)劃后，下一步就是夾具元件選擇、設(shè)計(jì)階段。在這個(gè)階段，用戶(hù)可以選擇合適的夾具元件和組裝成夾具需要的特殊部分。根據(jù)該夾具點(diǎn)的空間信息與基本夾具和工件的關(guān)系，一些典型的夾具元件的選擇和建議可以自動(dòng)提交給用戶(hù)，這些都將有助于為用戶(hù)服務(wù)。經(jīng)過(guò)規(guī)劃和夾具元件選擇這個(gè)設(shè)計(jì)階段后，下一階段就是把選擇的夾具元件連接到基板上經(jīng)行交互裝配設(shè)計(jì)。 當(dāng)外形裝配完成，在加工范圍內(nèi)對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢查和評(píng)估。在這種環(huán)境中執(zhí)行的任務(wù)包括裝配規(guī)劃，加工仿真和夾具評(píng)價(jià)。裝配規(guī)劃是用于獲得最佳的裝配順序和得到裝配各組件準(zhǔn)確的路徑。加工仿真負(fù)責(zé)制造時(shí)的交互檢測(cè)。夾具評(píng)價(jià)是將檢查和評(píng)估設(shè)計(jì)的結(jié)果。最后，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是在很自然的方式下進(jìn)行，這都得益于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。此外，展示的內(nèi)容和知識(shí)可以告訴用戶(hù)怎樣才能選擇最好的設(shè)計(jì)決策。 Ⅳ. 組合夾具建模 a. 組合夾具結(jié)構(gòu)分析 夾具元件組合起來(lái)的一個(gè)功能是為了在基板和工件【11】之間創(chuàng)造連接點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的基本特征，組合夾具結(jié)構(gòu)可分為3個(gè)功能單元，即定位裝置，夾緊裝置，和支持單位。許多夾具元件可能由一個(gè)或多個(gè)元件組成，其中只有一個(gè)元件作為一個(gè)定位器，支持器或夾鉗。組合夾具裝配的主要任務(wù)是選擇的支持，定位，夾緊及附件生成夾具，使他們能夠?qū)⒐ぜB接到基板。 通過(guò)分析模塊化裝置的實(shí)際應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)，模塊化裝置通過(guò)選擇合適的夾具元件構(gòu)造成夾具，然后把這些夾具安裝到基板上。因此，這些夾具可視為組合夾具系統(tǒng)的部件。此外，組合夾具系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)圖3中表現(xiàn)出來(lái)。 圖 2，擬議組合夾具系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) b.在虛擬現(xiàn)實(shí)中，用分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型代表組合夾具 相應(yīng)的虛擬環(huán)境可能含有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的幾何多邊形圖元，這是很正常的。在過(guò)去的幾年中，若干個(gè)模型計(jì)劃，例如作為BSP樹(shù)[10]和八叉樹(shù)，已提議組成多邊形模型。然而，模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，相互作用的影響,現(xiàn)場(chǎng)也是動(dòng)態(tài)變化。例如，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，部分模塊可能改變其空間位置，方向和裝配關(guān)系。 圖3.模塊化夾具系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu) 這表明一個(gè)靜態(tài)的畫(huà)面，如BSP樹(shù)，是不夠的。此外，上述模型只能在系統(tǒng)組件的水平上表現(xiàn)夾具布局結(jié)構(gòu)。然而，關(guān)于夾具元件之間的裝配關(guān)系，是指裝配特征之間的嚙合關(guān)系，這些都不會(huì)去關(guān)注。在本節(jié)中，為了描繪組合夾具系統(tǒng)，我們提出一個(gè)層次化結(jié)構(gòu)和基于約束的數(shù)據(jù)模型，實(shí)時(shí)可視化和精確的3D操縱的虛擬環(huán)境。 圖4所示，在高級(jí)別的元件模型用于涉及交互式裝配的拆散操作。它證明了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鏈接組件之間的關(guān)系。以高級(jí)別模型為代表的信息可分為兩種類(lèi)型，即組件對(duì)象和裝配關(guān)系。組件對(duì)象可以是一個(gè)組件或一個(gè)部分。一個(gè)組件包括各個(gè)部分之間的零件和他們的組裝的關(guān)系。 圖. 4層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的虛擬環(huán)境 中層基礎(chǔ)模型特征的是建立功能和限制功能。在一般的情況下，在裝配中，裝配關(guān)系往往被視為交配關(guān)系。因此，基礎(chǔ)特征模型用來(lái)描述裝配關(guān)系，在裝配操作中，為精確的空間關(guān)系提供必要的信息。在這個(gè)模型中，只考慮兩個(gè)不同元件之間的特征關(guān)系。下面專(zhuān)題討論，在夾具元件模塊化建模在一個(gè)元素之間的功能關(guān)系。 低級(jí)別的多邊形基礎(chǔ)模型對(duì)應(yīng)以上兩個(gè)級(jí)別的模型：實(shí)時(shí)可視化和層次模型。它描述了以一個(gè)相互聯(lián)系的三角曲面網(wǎng)格作為整個(gè)表面，更多關(guān)于如何將一個(gè)元素組織成多邊形，將在下一節(jié)討論，。 C.夾具元件模塊化建模 眾所周知，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，夾具元件模塊化建模只是表示為多邊形的數(shù)目。將CAD系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換到VR系統(tǒng)中，拓?fù)潢P(guān)系和參數(shù)信息中的結(jié)果將會(huì)丟失。為了避免這些問(wèn)題出現(xiàn)，本節(jié)我們將討論夾具元件建模的計(jì)劃。 夾具元件模塊化是以標(biāo)準(zhǔn)尺寸為依據(jù)預(yù)先制造的部件。計(jì)劃夾具設(shè)計(jì)完之后，接下來(lái)的任務(wù)是選擇合適標(biāo)準(zhǔn)的元件，裝配這些元件以形成一個(gè)可行的夾具系統(tǒng)。因此，在建議的制度下，需要考慮夾具元件裝配功能。 在這篇論文中，裝配特征是作為一個(gè)夾具的屬性，這個(gè)屬性提供相關(guān)的確切信息來(lái)保證夾具的模塊化設(shè)計(jì)和組裝/拆卸。以下八個(gè)功能被定義為組合夾具元件的裝配特征：支持面，被支持面，定位孔，擴(kuò)孔孔，螺紋孔，固定槽，和螺栓。除了類(lèi)型和尺寸等特征信息外，其他參數(shù)，如相對(duì)位置，元素在局部坐標(biāo)系統(tǒng)中的定位特征等，在夾具元件的數(shù)據(jù)庫(kù)中都用幾何模型記錄下來(lái)。當(dāng)一個(gè)元件和另一個(gè)元件組裝起來(lái)時(shí)候的，檢索出來(lái)的交配功能信息可以決定兩個(gè)元件的空間關(guān)系。更多關(guān)于裝配特征及其交配關(guān)系的資料進(jìn)行了討論參考詳情[11]。 D.在虛擬環(huán)境中以約束為基礎(chǔ)的夾具裝配 1）夾具元件之間的裝配關(guān)系 交配關(guān)系是在裝配現(xiàn)場(chǎng)組裝是被定義的。根據(jù)上一節(jié)總結(jié)的裝配特征，交配夾具元件有五種關(guān)系類(lèi)型。即依賴(lài)關(guān)系，擬合關(guān)系，螺紋嚙合，交叉關(guān)系，和 T型槽配合關(guān)系，如圖 5所示?；谶@些交配關(guān)系，我們可以推斷，任何兩個(gè)元件夾具可能的裝配關(guān)系。 2）裝配關(guān)系的推理 一般來(lái)說(shuō)，兩個(gè)組裝零件的裝配關(guān)系是代表著它們的組裝交配功能。上面的部分，我們定義了夾具元件之間五個(gè)基本交配關(guān)系。因此，通過(guò)可能出現(xiàn)的裝配關(guān)系決定啟用那種可能的交配特征。為了在下一階段的裝配，把這些可能的夾具裝配關(guān)系存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中（ARDB）。 然而，當(dāng)夾具復(fù)雜，復(fù)合夾具元件的數(shù)量多時(shí)，要花費(fèi)很多時(shí)間來(lái)推斷和處理這些可能的裝配關(guān)系。為了避免這種情況，首先我們要確定可能的組裝元件對(duì)。但是為了避免推理夾具和底板的之間的裝配關(guān)系，我們絕對(duì)不能將他們組裝在一起。在這個(gè)階段，人們利用一些規(guī)則來(lái)尋找可能的元件組裝對(duì)。組裝的推理算法類(lèi)似于在文獻(xiàn)[12]中討論的。因此，詳細(xì)的算法描述在這篇論文中被忽略了。 3）基于約束的夾具裝配 進(jìn)行裝配關(guān)系推理的之后，所有被選擇的可能的裝配關(guān)系都建立在ARDB中，并被保存起來(lái)。在這些關(guān)系的基礎(chǔ)上，人們可以把單個(gè)零件組裝成夾具系統(tǒng)。這部分是討論關(guān)于在虛擬環(huán)境中互動(dòng)裝配的操作。單一的裝配過(guò)程如圖5所示，并介紹了兩個(gè)簡(jiǎn)單的部件裝配如圖6所示。 一般來(lái)說(shuō)，裝配操作過(guò)程分為三個(gè)步驟，即裝配關(guān)系的認(rèn)識(shí)， 約束的分析和應(yīng)用，基于約束的議案。 首先，技師選擇一個(gè)元件，將它移動(dòng)給組裝組件。在移動(dòng)過(guò)程中，一旦推理組裝和組裝組件的被檢測(cè)到，推斷特征就能選中了。如果這兩個(gè)特征是在ARDB數(shù)據(jù)庫(kù)中的儲(chǔ)存的裝配關(guān)系之一，他們將突出顯示，并等待用戶(hù)確認(rèn)。一旦被用戶(hù)確認(rèn)，這種被確認(rèn)的裝配關(guān)系將運(yùn)用約束理論來(lái)分析和解決問(wèn)題，這是為了平移調(diào)整組裝元件的方向，以滿(mǎn)足這兩個(gè)組件的位置關(guān)系，以及應(yīng)用新的約束來(lái)組裝元件。當(dāng)應(yīng)用了新的約束，對(duì)裝配元件的運(yùn)動(dòng)將被映射到一個(gè)約束空間。這樣做的目的，可以通過(guò)3D移動(dòng)數(shù)據(jù)，把物體的輸入裝置轉(zhuǎn)換成允許的移動(dòng)。基于約束的運(yùn)動(dòng)不但保證了組件的可獲得確切位置，而且還保證了在將來(lái)的運(yùn)動(dòng)中，現(xiàn)有的約束不會(huì)受到侵犯。繼續(xù)運(yùn)用確認(rèn)和約束的裝配關(guān)系，這種裝配元件將能到達(dá)最終的位置。 Ⅴ.加工仿真 a. 制造的相互影響 在加工過(guò)程中，與夾具有關(guān)的有多種類(lèi)型的制造交互作用都有可能發(fā)生。這些相互作用可以分為兩大類(lèi)別如下圖所示，即靜態(tài)的相互作用和動(dòng)態(tài)的相互作用。 1）靜態(tài)的相互作用是指夾具部件之間的干擾、夾具組件和機(jī)器工具之間的干涉、在工件安裝中夾具元件和機(jī)械加工工件之間的干擾. 2）動(dòng)態(tài)交互是指參考夾具的相互作用，它發(fā)生在一個(gè)單一的工具和操作時(shí)的夾具用在切割過(guò)程中操作可能會(huì)發(fā)生碰撞。 一般來(lái)說(shuō)，加工過(guò)程和刀具路徑等方面是沒(méi)有考慮在夾具設(shè)計(jì)階段的。因此，這些相互作用可能常常發(fā)生在實(shí)際制造過(guò)程中。所以，機(jī)械師們必須花很多時(shí)間去查明和解決這些相互作用, 它往往導(dǎo)致夾具系統(tǒng)修改或重新設(shè)計(jì)，這是繁瑣和昂貴工程。 b. 干擾檢測(cè) 但是目前的商業(yè)軟件，如VERICUT軟件，在實(shí)際加工 工件之前，這些軟件可以模擬數(shù)控加工來(lái)檢測(cè)刀具路徑錯(cuò)誤和低效率的運(yùn)動(dòng)。在部分編程階段，它可用于避免一些錯(cuò)誤，如損壞燈具，打斷刀具，或撞毀機(jī)器等. 然而，這些軟件價(jià)格昂貴，而且面向數(shù)控編程，不適合的夾具設(shè)計(jì)。在夾具的設(shè)計(jì)階段，應(yīng)確保避免相關(guān)的夾具之間的相互作用。在這個(gè) 系統(tǒng)中，當(dāng)夾具配置齊全后，加工仿真模塊是提交給用戶(hù) 識(shí)別，讓用戶(hù)來(lái)解決他們之間的相互作用。在加工仿真環(huán)境中，提供了機(jī)床的三維數(shù)字模型。人們可在工作臺(tái)上組裝工件和安裝夾具組件，正如加工工程師做的實(shí)際的網(wǎng)站上一樣。在安裝過(guò)程，組件和夾具工件移動(dòng)到它們的裝配位置。干擾檢查模塊被執(zhí)行。如果發(fā)生干擾，推斷的對(duì)象將被顯現(xiàn)。它 可以調(diào)整裝配順序或裝配路徑這樣可避免的干擾。但是，如果不能避免干擾，用戶(hù)就必須更改元件或夾具單元。 安裝后的工件，刀具的運(yùn)動(dòng)是在CAM系統(tǒng)中，根據(jù)模擬生成的刀具路徑。對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，穩(wěn)固，動(dòng)態(tài)，優(yōu)越的三維圖形允許刀具運(yùn)動(dòng)在屏幕上可視化的表現(xiàn)出來(lái)。因此，模擬刀具路徑允許用戶(hù)關(guān)閉檢查，如果發(fā)生的干擾，并提供干擾信息。 Ⅵ.建議制度的執(zhí)行情況與個(gè)案研究 A. 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)接口 為了裝備最后的部分，夾具設(shè)計(jì)工程師用一個(gè)自然界面來(lái)實(shí)現(xiàn)更有效的設(shè)計(jì)。在圖形用戶(hù)界面參考了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件，通過(guò)隱藏窗口的大多數(shù)內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的。在圖形用戶(hù)界面（圖7）包括虛擬現(xiàn)實(shí)顯示一個(gè)主窗口，一個(gè)右手組成工具欄和狀態(tài)欄底部的輸出按鈕。系統(tǒng)和用戶(hù)之間的交互鼠標(biāo)和鍵盤(pán)輸入通過(guò)實(shí)現(xiàn)。該工具欄為開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)提供的所有的功能。 圖七.圖形用戶(hù)界面組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng) B　研究案例 在模塊化夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用一個(gè)個(gè)例完美的闡述。工件加工過(guò)程如圖 6。面銑刀在頂面執(zhí)行，隨后就完成了來(lái)那個(gè)臺(tái)階孔。為了工件步驟和指導(dǎo)步驟，用戶(hù)設(shè)計(jì)了這是一個(gè)模塊化的夾具系統(tǒng)。該夾具規(guī)劃模塊已應(yīng)用于一個(gè)可行的設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)模塊中，定位，夾緊和支持的面，以及定位，支持和夾緊點(diǎn)，則取決于相應(yīng)的的知識(shí)基礎(chǔ)和夾具啟發(fā)式規(guī)則。 在此之后，用戶(hù)在元素存放區(qū)探索并選擇適當(dāng)?shù)膴A具元件完成夾具上各點(diǎn)的空間要求。當(dāng)完成后，用戶(hù)移動(dòng)到裝配設(shè)計(jì)區(qū)域，把選定的元素放在在書(shū)桌上，如圖所示 8（a）。下一個(gè)的任務(wù)是選定元件來(lái)完成夾具結(jié)構(gòu)分布。在虛擬環(huán)境中，用戶(hù)可以自然的方式裝配夾具元件。如圖所示圖。 8（b）項(xiàng)，例如模塊化的夾具系統(tǒng)的最后配置，工件的形成。 當(dāng)夾具配置完成后，下一階段是加工推理的模擬檢測(cè)。如圖9（a）和圖9（b）項(xiàng)所示，夾具系統(tǒng)的構(gòu)建安裝在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床并且模擬了刀具路徑執(zhí)行情況。 Ⅶ.結(jié)論 對(duì)于組合夾具的設(shè)計(jì)制造，我們已經(jīng)提出并制定了桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境 。提供了該建議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，即裝配設(shè)計(jì)環(huán)境和加工仿真環(huán)境的設(shè)計(jì)。通過(guò)分析組合夾具結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模塊，以及XML提出了基礎(chǔ)夾具元件。從而準(zhǔn)確在虛擬現(xiàn)實(shí)模型中操作，實(shí)現(xiàn)組合夾具設(shè)計(jì)和裝配。此外，還要總結(jié)夾具元件之間的裝配關(guān)系和描述在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的裝配操作過(guò)程的。加工制造業(yè)的模擬檢查中，使用該方法。最后一個(gè)案例研究的提出，用來(lái)說(shuō)明我們的集成系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn) 【1】 候江亮，特拉皮猶太委員會(huì)，“計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)”，詮釋。39（16），2001年，第3703 – 3725頁(yè)。 【2】 A.Senthi l庫(kù)馬爾，J.Y.H.Fuh，T.S.Kow，“一個(gè)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)和對(duì)無(wú)干擾的組合夾具設(shè)計(jì)”，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)32（2000）第583-596頁(yè)。 【3】 JRDai，AYCNee，JY H FUH 和A Senthil Kumar,“模塊化設(shè)計(jì)和組裝夾具的自動(dòng)化方法”，代理機(jī)械工程師，1997年第211卷，第509 – 521頁(yè)。 【4】 Burdea 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In parts of fixture design, mainly according to the requirements of machining process, analysis of the number of degrees of freedom should be restricted, and then according to the characteristics of the surface parts of the selected positioning element, then analysis the selected components can be defined positioning should be limited degrees of freedom. After determining the positioning element, it is necessary to select the clamping element. In order to prevent the deformation of the parts in the clamping process, to ensure the stability of the positioning in the process, the clamping plate is used to clamp the bottom of the part. In order to ensure sufficient clamping force, the power source device adopts manual clamping mechanism. The design of the fixture has the advantages of simple structure, practicality, convenient installation, easy replacement and low cost. Key words: fixture, boring, plate 目 錄 摘 要 III Abstract IV 第1章 緒 論 1 1.1 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 1 1.2 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 1 第2章 YH30型減速箱工藝設(shè)計(jì) 3 2.1 零件的分析 3 2.1.1 零件的作用 3 2.1.2 零件的工藝分析 3 2.2毛坯選擇 3 2.2.1毛坯的種類(lèi) 3 2.2.2 鑄件制造方法的選擇 3 2.2.3鑄件的尺寸公差與加工余量 4 2.3定位基準(zhǔn)的選擇 4 2.4 擬定工藝路線 5 2.4.1確定各表面的加工方法 5 2.4.2加工順序的安排 5 2.4.3確定加工余量 6 2.4.4計(jì)算工序尺寸及公差 6 2.5確定各工序切削用量 6 2.6機(jī)床及工藝裝備的選擇 7 2.7確定切削用量及基本工時(shí)（機(jī)動(dòng)時(shí)間） 8 第3章 鏜孔夾具設(shè)計(jì)的要求 14 3.1 鏜孔夾具方案設(shè)計(jì) 14 3.2夾具總體設(shè)計(jì)的要求 14 3.3 機(jī)床夾具的組成 15 3.4 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 16 3.5 本次夾具設(shè)計(jì)的基本過(guò)程 16 3.5.1 擬定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖 16 3.5.2 繪制夾具總裝配圖及零件圖 17 3.6 確定夾具的類(lèi)型 18 3.7 鏜模的主要類(lèi)型 18 3.8 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，了解零件加工工藝過(guò)程 19 3.8.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求 19 3.8.2 熟悉零件加工工藝過(guò)程 19 第4章 定位裝置設(shè)計(jì) 20 4.1 零件定位的基本原理 20 4.1.1 六點(diǎn)定位原理 20 4.1.2 工件定位中的約束分析 20 4.2 常用定位元件及選用 21 4.2.1 對(duì)定位元件的基本要求 21 4.2.2 常用定位元件的選用 21 4.3 定位方案的確定 22 第5章 夾緊裝置設(shè)計(jì) 23 5.1 夾緊裝置的組成與基本要求 23 5.2 夾緊力的確定 23 5.2.1 確定夾緊力的基本原則 23 5.2.2 切削力的計(jì)算 24 5.2.3 夾緊力的計(jì)算 25 第6章 對(duì)刀及引導(dǎo)裝置設(shè)計(jì) 28 6.1 鏜套的類(lèi)別 28 6.2 鏜套的設(shè)計(jì) 28 第7章 夾具體的設(shè)計(jì) 29 7.1 夾具體設(shè)計(jì)的基本要求 29 7.2 夾具體毛坯的類(lèi)型 29 7.3 夾具體的設(shè)計(jì) 30 7.4 鏜模板的設(shè)計(jì) 31 第8章 經(jīng)濟(jì)性分析 32 總 結(jié) 34 致 謝 36 參 考 文 獻(xiàn) 37 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第1章 緒 論 1.1 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 夾具屬于工裝，工裝包含夾具，屬于從屬關(guān)系。不僅僅是焊裝用，在機(jī)加工方面也有用，許多時(shí)候，需要裝配幾個(gè)部件并保證其定位準(zhǔn)確的時(shí)候就需要。設(shè)計(jì)工裝夾具要緊扣產(chǎn)品，因?yàn)楣ぱb夾具是專(zhuān)門(mén)為某些產(chǎn)品特定的，要保證生產(chǎn)時(shí)無(wú)干涉現(xiàn)象、定位準(zhǔn)確、操作工操作便捷等。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是用于工件裝夾的工具。 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過(guò)程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機(jī)床之間的橋梁，夾具的機(jī)能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，夾具與操作人員改進(jìn)工作及機(jī)床性能的提高有著密切的關(guān)系，所以對(duì)夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機(jī)床的結(jié)合，夾具作為機(jī)床的一部分，成為機(jī)械加工中不可缺少的工藝裝備。 由于現(xiàn)代加工的高速發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)的夾具提出了較高要求，如快速、高效、安全等。要想達(dá)到這樣的生產(chǎn)要求，就必須計(jì)算加工工序零件在加工過(guò)程中由于切削力、重力、慣性力等所產(chǎn)生的切削力及切削力矩，按照夾具設(shè)計(jì)中所確定的夾緊方式進(jìn)行夾緊力的計(jì)算，為了減小夾具的具體尺寸，就需要增大夾具的定位區(qū)間，增大由夾緊力而產(chǎn)生的摩擦力矩、正壓力及由此而產(chǎn)生的摩擦力，以達(dá)到夾具小巧而精用的目的。同時(shí)為了減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工件裝夾效率，還需要對(duì)夾具的夾緊機(jī)構(gòu)的行程進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期以最短的夾緊行程，達(dá)到最佳的夾緊效果。 1.2 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 通過(guò)實(shí)際調(diào)研和采集相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、閱讀相關(guān)資料相結(jié)合，對(duì)YH30型減速箱的基本結(jié)構(gòu)及作用有個(gè)大致的了解，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)對(duì)金屬切削加工、金屬切削機(jī)床、機(jī)械設(shè)計(jì)與理論等相關(guān)知識(shí)充分掌握后，分析YH30型減速箱的加工工藝，確定YH30型減速箱各加工表面的加工方法，進(jìn)而形成YH30型減速箱的機(jī)械加工工藝路線。并能根據(jù)YH30型減速箱的加工工序要求，分析YH30型減速箱的定位方式、金屬切削加工過(guò)程中的機(jī)床工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)、工件夾緊等方面的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)理論知識(shí)，完成工件的有效定位及夾緊，從而使整個(gè)YH30型減速箱的加工工藝路線經(jīng)濟(jì)，工件定位方案合理，來(lái)達(dá)到產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。 針對(duì)實(shí)際使用過(guò)程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及計(jì)算問(wèn)題，綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計(jì)與方法、機(jī)械加工工藝文件編制及實(shí)施等方面的知識(shí)，設(shè)計(jì)出一套適合于實(shí)際的YH30型減速箱加工工藝路線，從而實(shí)現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。為提高鏜床夾具在機(jī)床上安裝的穩(wěn)固性，減輕其斷續(xù)切削可能引起的振動(dòng)，夾具體不僅要有足夠的剛度和強(qiáng)度，其高度和寬度比也應(yīng)恰當(dāng)，一般有H/B≤1～1.25，以降低夾具重心，使工件加工表面盡量靠近工作臺(tái)面。 37 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第2章 YH30型減速箱工藝設(shè)計(jì) 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 YH30型減速箱是減速器的重要組成零件，它將有關(guān)零件（軸、套、齒輪）連接在一起，保證它們之間有正確的相對(duì)位置關(guān)系，使它們能按一定的傳動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)。因此，箱體的加工質(zhì)量對(duì)機(jī)械精度、性能和使用壽命都有直接關(guān)系。減速器的作用（1）降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。 （2）速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。所以在日常的生活工作中運(yùn)用得非常廣泛，也起到非常重要的的作用。 2.1.2 零件的工藝分析 減速箱體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、加工面多、技術(shù)要求高、機(jī)械加工的勞動(dòng)量大。因此箱體結(jié)構(gòu)工藝性對(duì)保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本有重要意義 零件的結(jié)構(gòu)工藝分析主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： （1）零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，重要尺寸精度φ47，φ75公差在0.025之內(nèi)，形位公差垂直度要求0.05之內(nèi),一般尺寸精度為9-11級(jí)； （2）各加工表面的幾何形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單； （3）有相互位置要求的表面應(yīng)盡量在一次裝夾中加工； 該箱體在加工時(shí)，對(duì)φ47和φ80二孔加工要保證孔與孔的孔故對(duì)φ47和φ80加工時(shí)采用一次定位安裝來(lái)加工。　　　　 2.2毛坯選擇 2.2.1毛坯的種類(lèi) 鑄件HT200（適用于形狀復(fù)雜的毛坯，良好的耐磨性、抗震性、切削加工性和鑄造性能）—表1的牌號(hào)、性能及主要用途（機(jī)械制造基礎(chǔ)）。 2.2.2 鑄件制造方法的選擇 毛坯制造方法應(yīng)與材料的工藝性、零件的結(jié)構(gòu)形狀及大小、生產(chǎn)類(lèi)型及特點(diǎn)以及工廠的現(xiàn)有條件相適應(yīng) 毛坯種類(lèi) 制造精度 （IT） 加工余量 原材料 工件尺寸 工件形狀 砂型鑄造 13級(jí)以下 大 HT200 各種尺寸 復(fù)雜 表1-2各類(lèi)毛坯的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 2.2.3鑄件的尺寸公差與加工余量 1鑄件的尺寸公差（GB6414-1986）規(guī)定：鑄件尺寸代號(hào)為CT，分16級(jí) 造型材料 公差等級(jí)CT 灰鑄鐵 自硬砂 11~13 表1-4小批和單件生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級(jí) 表1-5鑄件尺寸公差數(shù)值（機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)） 2鑄件加工余量表1-6用于成批和大量生產(chǎn)與鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機(jī)械加工余量等級(jí)和表1-7鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機(jī)械加工余量（機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)） 3鑄件最小孔徑 表面類(lèi)型 成批生產(chǎn) 通孔 15~30MM 表1-8鑄件最小孔徑 2.3定位基準(zhǔn)的選擇 正確地選擇定位基準(zhǔn)是設(shè)計(jì)工藝過(guò)程的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是保證加工精度的關(guān)鍵。定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。對(duì)于無(wú)合適定位面的零件可在毛坯上另外專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)或加工出定位表面，稱(chēng)為輔助基準(zhǔn)。 定位基準(zhǔn)的選擇原則（機(jī)械制造基礎(chǔ)P254） 粗基準(zhǔn)的選擇原則 （1） 應(yīng)選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。 （2） 對(duì)于具有較多加工表面的工件，粗基準(zhǔn)的選擇，應(yīng)合理分配各 加工表面的加工余量，以保證： 1、 各加工表面都有足夠的加工余量； 2、 對(duì)某些重要的表面，盡量使其加工余量均勻； 3、 使工件上各加工表面總的金屬切除量最?。? 4、 作為粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡量平整，沒(méi)有澆口，冒口或飛邊等其它表面缺陷，以便定位準(zhǔn)確； 5、 同一尺寸方向上的粗基準(zhǔn)表面只能使用一次； 精基準(zhǔn)的選擇原則： （1）基準(zhǔn)重合原則 （2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 （3）互為基準(zhǔn)原則 （4）自為基準(zhǔn)原則 2.4 擬定工藝路線 2.4.1確定各表面的加工方法 工件各加工表面的加工方法和加工次數(shù)是擬定工藝路線的重要內(nèi)容。主要依據(jù)零件各加工表面本身的技術(shù)要求確定，同時(shí)還要綜合考慮生產(chǎn)類(lèi)型，零件的結(jié)構(gòu)形狀和加工表面的尺寸，工廠現(xiàn)有的設(shè)備情況，工件材料性質(zhì)和毛坯情況等。 2.4.2加工順序的安排 在確定了零件各表面的加工方法之后，就要安排加工的先后順序，零件加工順序是否合適，對(duì)加工質(zhì)量，生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性有著較大的影響。 （1） 機(jī)械加工順序的安排 在安排機(jī)械加工順序時(shí)，一般遵循先粗后精．先面后孔．先主后次．基準(zhǔn)先行的原則。對(duì)于工序內(nèi)容復(fù)雜的零件則視具體情況采取工序集中與分散的原則處理。 （2） 加工階段的劃分 對(duì)于精度和表面質(zhì)量要求較高的零件，應(yīng)將粗．精加工分開(kāi)進(jìn)行。為此，一般將整個(gè)工藝過(guò)程劃分階段，按加工性質(zhì)和作用不同，一般劃分為粗加工階段．半精加工階段．精加工階段和光整加工階段。這對(duì)于保證零件加工質(zhì)量．合理使用機(jī)床設(shè)備．及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷及合理安排熱處理工序等有很大好處 。 （3） 熱處理工序的安排 熱處理工序主要用來(lái)改善材料的性能及消除應(yīng)力。熱處理的方法．次數(shù)和在工藝路線中的位置，應(yīng)根據(jù)零件材料和熱處理的目的而定。 （退火 正火時(shí)效）（人工時(shí)效） （氮化） ↓　　　 ↓　　　　　　　　　↓ 毛坯→粗加工→半精加工→精加工→精磨→細(xì)磨 　　↑　　　 ↑　　　　 （調(diào)質(zhì) 退火） （高頻淬火 滲碳淬火整體淬火去應(yīng)力處理） 圖1-4熱處理工序的安排圖（機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)） 由圖可得熱處理安排為 毛坯→粗加工→半精加工→精加工 ↑ ↑ （去應(yīng)力退火 時(shí)效去應(yīng)力） （表面淬火） （4） 合理安排輔助工序 輔助工序種類(lèi)很多，主要包括檢驗(yàn)．劃線，去毛刺．清洗．平衡．退磁．防銹．包裝等，根據(jù)工藝需要穿插在工序中。 2.4.3確定加工余量 合理確定加工余量對(duì)零件的加工質(zhì)量和整個(gè)工藝過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性都有很大影響。余量過(guò)大（材料．工時(shí)．機(jī)床．刀具）則消耗大；余量過(guò)小，不能去掉加工前道工序存在的誤差和缺陷層，影響加工質(zhì)量，造成廢品。 故應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下盡量減小加工余量。毛坯余量（總余量）已在畫(huà)毛坯圖時(shí)確定，這里主要是確定工序余量。 （1） 平面加工余量 加工工序 加工長(zhǎng)度 加工寬度 粗加工后精銑 ≤30 ≤100 ＞100~300 ＞300~1000 1.0mm 1.5mm 1.5mm 2.0mm 表1-38平面加工余量 （2） 鏜孔加工余量 項(xiàng)目 加工直徑 直徑余量 半精鏜 20~80 0.7~1.2mm 精鏜 30~130 0.25~0.40mm 表1-37鏜孔加工余量 2.4.4計(jì)算工序尺寸及公差 工序順序確定后，就要計(jì)算各個(gè)工序加工時(shí)所應(yīng)達(dá)到的工序尺寸及其公差。工序尺寸及其公差的確定與工序余量大?。ば虺叽绲臉?biāo)注方法．基準(zhǔn)選擇．中間工序安排等密切相關(guān)，是一項(xiàng)細(xì)致的工作。 2.5確定各工序切削用量 在單件小批生產(chǎn)中，各工序的切削用量一般由操作工人根據(jù)具體情況自己確定，以簡(jiǎn)化工藝文件。 在大批大量生產(chǎn)中則應(yīng)科學(xué)地．嚴(yán)格地選擇切削用量，以充分發(fā)揮高效率設(shè)備的潛力和作用。切削用量的選用與下列因素有關(guān)：生產(chǎn)率，加工質(zhì)量（主要是表面粗糙），切削力所收起的工藝系統(tǒng)彈性變形，工藝系統(tǒng)的振動(dòng)，刀具耐用度，機(jī)床功率等。在綜合考慮上述因素的基礎(chǔ)上，使背吃刀量ap，進(jìn)給量f ，切削速度v的積最大。一般應(yīng)先盡量取在的ap，其次盡量取大的進(jìn)給量f，最后取合適的切削速度v. 2.6機(jī)床及工藝裝備的選擇 選擇機(jī)床：數(shù)控銑床．臥式鏜床。夾具（專(zhuān)用夾具） 選擇機(jī)床和工藝裝備的總原則是根據(jù)生產(chǎn)類(lèi)型與加工要求使所選擇的機(jī)床及工藝裝備既能保證加工質(zhì)量，又經(jīng)濟(jì)合理。中批生產(chǎn)時(shí)，通常采用通用機(jī)床加專(zhuān)用工．夾具；在大批大量生產(chǎn)條件下，多采用高效率專(zhuān)用機(jī)床．組合機(jī)床流水線．自動(dòng)線與隨行夾具。 在需要改裝設(shè)備或設(shè)計(jì)專(zhuān)用機(jī)床時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體要求提出設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，其中包括與加工工序內(nèi)容有關(guān)的必要參數(shù)，所要求的生產(chǎn)率．保證產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)條件以及機(jī)床的總體布置形式等。 在選擇工藝裝備時(shí)，既工考慮適應(yīng)性又要注意新技術(shù)的應(yīng)用，當(dāng)需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用刀具．量具時(shí)，也應(yīng)提出設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 件名稱(chēng) 減速箱體 材料牌號(hào) HT200 毛坯種類(lèi) 灰鑄鐵 工序號(hào) 工序名稱(chēng) 工序內(nèi)容 設(shè)備 工藝裝備 010 毛坯鑄造 砂型鑄造 自硬砂為造型材料 020 時(shí)效處理 030 粗/半精底面 加工 銑床X52K 立銑刀，專(zhuān)用夾具1，機(jī)械卡尺 040 粗銑四側(cè)凸緣端面，各端面加工余量為0.5mm 粗銑四側(cè)凸緣端面，各端面加工余量為0.5mm 銑床X52K 面銑刀（高速鋼），專(zhuān)用夾具1，機(jī)械卡尺 050 銑底座兩側(cè)上平面表面粗糙度為Ra值2.5um 高24mm尺寸加工 銑床X52K 面銑刀（高速鋼），專(zhuān)用夾具1，機(jī)械卡尺 060 孔粗/精加工 Φ47，Φ75 臥式鏜床 單刃鏜刀，專(zhuān)用夾具2，機(jī)械卡尺 070 鉆孔 Φ30 080 孔粗/精加工 Φ47，Φ80 臥式鏜床 單刃鏜刀，專(zhuān)用夾具3，機(jī)械卡尺 090 去毛刺 100 檢驗(yàn)入庫(kù) 2.7確定切削用量及基本工時(shí)（機(jī)動(dòng)時(shí)間） 工序：粗、半精底面加工 機(jī)床：銑床X52K 刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)[10] （1）粗銑 銑削深度： 每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取 銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，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)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81, 被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知 刀具切入長(zhǎng)度： 刀具切出長(zhǎng)度：取 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng)時(shí)間： （2）精銑 銑削深度： 每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取 銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取 實(shí)際銑削速度： 進(jìn)給量： 工作臺(tái)每分進(jìn)給量： 被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知 刀具切入長(zhǎng)度：精銑時(shí) 刀具切出長(zhǎng)度：取 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 本工序機(jī)動(dòng)時(shí)間 工序40：粗銑四側(cè)凸緣端面，各端面加工余量為0.5mm 機(jī)床：組合銑床 刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù) 銑削深度： 每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取 銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取 實(shí)際銑削速度： 進(jìn)給量： 工作臺(tái)每分進(jìn)給量： 刀具切入長(zhǎng)度：精銑時(shí) 由工序5可知： 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 工序70：底平面5XΦ9孔 機(jī)床：組合鉆床 刀具：麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀 （1）鉆底面底平面5XΦ8孔 切削深度： 進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.39，取 切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.41，取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取 實(shí)際切削速度： 被切削層長(zhǎng)度： 刀具切入長(zhǎng)度： 刀具切出長(zhǎng)度： 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 工序50：銑底座兩側(cè)上平面 機(jī)床：組合銑床 刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù) 銑削深度： 每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取 銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，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)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81, 被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知 刀具切入長(zhǎng)度： 刀具切出長(zhǎng)度：取 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 工序60：Φ47，Φ75孔粗/精加工 機(jī)床：鏜床 刀具：高速鋼刀具 （1）粗鏜孔 切削深度： 進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.66，刀桿伸出長(zhǎng)度取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量 切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.66，取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取 實(shí)際切削速度： 工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量： 被切削層長(zhǎng)度： 刀具切入長(zhǎng)度： 刀具切出長(zhǎng)度： 取 行程次數(shù)： 機(jī)動(dòng)時(shí)間： （2）精鏜孔 切削深度： 進(jìn)給量：根據(jù)切削深度，再參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.66。因此確定進(jìn)給量 切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.66，取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取 實(shí)際切削速度： 工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量： 被切削層長(zhǎng)度： 刀具切入長(zhǎng)度： 刀具切出長(zhǎng)度： 取 行程次數(shù)： 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 工序70：Φ30鉆孔 機(jī)床：組合鉆床 刀具：麻花鉆 切削深度： 進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.39，取 切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.41，取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取 實(shí)際切削速度： 被切削層長(zhǎng)度： 刀具切入長(zhǎng)度： 刀具切出長(zhǎng)度： 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 工序80：精鏜前后端面支承孔 機(jī)床：組合鏜床 刀具：高速鋼刀具 （1）精鏜孔 切削深度： 進(jìn)給量：根據(jù)切削深度，再參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.66。因此確定進(jìn)給量 切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.66，取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取 實(shí)際切削速度： 工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量： 被切削層長(zhǎng)度： 刀具切入長(zhǎng)度： 刀具切出長(zhǎng)度： 取 行程次數(shù)： 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 工序90：鉆各個(gè)螺紋孔并攻絲 機(jī)床：組合攻絲機(jī) 刀具：釩鋼機(jī)動(dòng)絲錐 （1）螺孔攻絲 進(jìn)給量：由于其螺距,因此進(jìn)給量 切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.105，取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取 絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取 實(shí)際切削速度： 被切削層長(zhǎng)度： 刀具切入長(zhǎng)度： 刀具切出長(zhǎng)度： （盲孔） 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 第3章 鏜孔夾具設(shè)計(jì)的要求 第3章 鏜孔夾具設(shè)計(jì)的要求 3.1 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(lái)說(shuō)，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(guò)程中應(yīng)深人實(shí)際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取國(guó)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(guò)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(wú)通用零部件可供選用。工廠有無(wú)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。 3.2夾具總體設(shè)計(jì)的要求 1）夾具應(yīng)滿(mǎn)足零件加工工序的精度要求。特別對(duì)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(duì)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(guó)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(jiǎn)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(lái)確定工件位置并將其壓緊夾牢的工藝裝備稱(chēng)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(duì)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(guò)程中最活躍的因素之一。 3.3 機(jī)床夾具的組成 雖然機(jī)床夾具的種類(lèi)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(guò)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(guò)程中工件的正確位置不變。 4. 對(duì)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(chēng)為對(duì)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(chēng)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(lái)配置、安裝各夾具元件，使之組成一整體。 3.4 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(mǎn)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(duì)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(mǎn)足工件精度要求。 (2) 提高生產(chǎn)效率。專(zhuān)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(zhuān)用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)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(zhuān)用夾具的操作應(yīng)簡(jiǎn)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(zhuān)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(lái)大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。 (5) 經(jīng)濟(jì)性好。專(zhuān)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(jiǎn)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(duì)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。 3.5 本次夾具設(shè)計(jì)的基本過(guò)程 3.5.1 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(duì)刀或引導(dǎo)方式，設(shè)計(jì)對(duì)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)。 3.5.2 繪制夾具總裝配圖及零件圖 圖3-1 裝配圖 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(duì)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(duì)刀—導(dǎo)引、夾緊及其它元件或裝置，最后繪出夾具體，并對(duì)各零件進(jìn)行編號(hào)，填寫(xiě)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。 3.6 確定夾具的類(lèi)型 按使用范圍，夾具可分為通用夾具和專(zhuān)用夾具兩類(lèi)。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(pán)等。這類(lèi)夾具是作為附件與機(jī)床一起配套供應(yīng)的。專(zhuān)用夾具是專(zhuān)門(mén)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(zhuān)用夾具。 3.7 鏜模的主要類(lèi)型 鏜床專(zhuān)用夾具一般通稱(chēng)為“鏜?！薄？砂寸M模有無(wú)夾具體，以及夾具體是否可動(dòng)，而分為下面幾類(lèi)：[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(zhuān)門(mén)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(zhuān)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?？蓽p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(wú)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(jiǎn)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(guò)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(zhuān)門(mén)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。 3.8 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，了解零件加工工藝過(guò)程 3.8.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求 圖3-2 加工零件圖 該零件為HT200；零件圖如上圖3-2，中批量生產(chǎn)；該工序在立式鏜床上用鏜刀加工。 3.8.2 熟悉零件加工工藝過(guò)程 1.粗銑上下兩端面 2. 精銑上下兩端面 3.鉆鉸￠30孔 4. 鏜2-￠100孔 以上銑削工序均在X52K銑床上加工，工序3在臥式鏜床T68上加工鏜兩組互相垂直的孔系。工序4在Z525立式鉆床上加工。 第4章 定位裝置設(shè)計(jì) 第4章 定位裝置設(shè)計(jì) 4.1 零件定位的基本原理 4.1.1 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4-1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(lái)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 4-1 自由度示意圖 4.1.2 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(mǎn)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(lèi)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(chēng)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(méi)有完全被約束的定位稱(chēng)為欠定位。欠定位無(wú)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(guò)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(chēng)為過(guò)定位。消除或減少過(guò)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。 4.2 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。 4.2.1 對(duì)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(guò)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。 4.2.2 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(duì)稱(chēng)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?xún)?nèi)孔定位 (1) 工件上定位內(nèi)孔較小時(shí)，常選用定位銷(xiāo)作為定位元件。 (2) 在套類(lèi)、盤(pán)類(lèi)零件的車(chē)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(xiāo)。 4.3 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YH30型減速箱類(lèi)零件又因?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。 本夾具用在臥式鏜床上加工減速箱體上兩組相互垂直的孔系。夾具經(jīng)找正后堅(jiān)固在鏜床工作臺(tái)上，可隨工作臺(tái)一起移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。 工件以耳座上面、Φ30H7孔和K面做定位基準(zhǔn)。裝工件時(shí)，首先拉出鏜套，將工件放在具有斜面的支承導(dǎo)板上，向前推移，當(dāng)工件上Φ30H7孔與定位套對(duì)齊時(shí)，插入可卸心軸，然后推動(dòng)斜楔并適當(dāng)擺工件，使斜楔與K面有良好接觸，擰四個(gè)螺釘，四個(gè)壓板半角工件夾緊在定位塊上。 推入鏜套，即可加工。 第5章 夾緊裝置設(shè)計(jì) 第5章 夾緊裝置設(shè)計(jì) 在機(jī)械加工過(guò)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。 5.1 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(mǎn)足一下基本要求： 1. 夾緊過(guò)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(guò)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(jiǎn)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。 5.2 夾緊力的確定 5.2.1 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(duì)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(duì)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。 5.2.2 切削力的計(jì)算 查《簡(jiǎn)明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(chē)削時(shí)，指切削刃的長(zhǎng)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(duì)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(jiǎn)明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(jiǎn)明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(jiǎn)明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》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 5.2.3 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)采用壓板對(duì)YH30型減速箱底座進(jìn)行夾緊，這樣可以避免因夾緊力過(guò)大而使工件變形。 查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》，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 ：壓板的導(dǎo)向長(zhǎng)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(xiāo)，查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》，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(xiāo)允許承受的部分切屑力對(duì)精加工：； 對(duì)粗加工： ：摩擦系數(shù)，見(jiàn)表3-1 ：安全系數(shù)，，其中為各種因素的安全系數(shù)，見(jiàn)表3-2及表3-3。 表5-1 摩擦系數(shù) 摩 擦 系 數(shù) μ 工件為加工過(guò)的表面 0.16 工件為未加工過(guò)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(pán)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 4-2 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(jiàn)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 接觸點(diǎn)不穩(wěn)定 1.5 表4-3 安全系數(shù)(刀具鈍化程度) 加工方法 切削分力情況 鑄 鐵 鋼 鏜 削 T 1.15 1.15 1.0 1.0 粗?jǐn)U(毛坯) T 1.3 1.3 1.2 1.2 精 擴(kuò) T 1.2 1.2 1.2 1.2 粗車(chē)或粗鏜 1.0 1.0 1.2 1.4 1.25 1.6 精車(chē)或精鏜 1.05 1.0 1.4 1.05 1.3 1.0 圓周洗削（粗、精） 1.2~1.4 1.6~1.8（含炭量小于0.3%） 1.2~1.4（含炭量小于0.3%） 端面洗削（粗、精） 1.2~1.4 1.6~1.8（含炭量小于0.3%） 1.2~1.4（含炭量小于0.3%） 磨 削 — 1.15~1.2 拉 削 — 1.5 則 =1.4×1.0×1.05×1.0×1.0×1.0×1.0=1.47 =5569.1N =1.4×1.0×1.4×1.0×1.0×1.0×1.0=1.96 =6133.8N =1.4×1.0×1.3×1.0×1.0×1.0×1.0=1.82 =3441.6N 取最大值進(jìn)行壓板夾緊力的計(jì)算。 ==7867.2N 第6章 對(duì)刀及引導(dǎo)裝置設(shè)計(jì) 第6章 對(duì)刀及引導(dǎo)裝置設(shè)計(jì) 引導(dǎo)裝置在鏜、鏜類(lèi)機(jī)床上加工孔和孔系時(shí)對(duì)刀具進(jìn)行導(dǎo)向，引導(dǎo)元件主要有鏜套和鏜套。借助于引導(dǎo)元件可提高被加工孔的幾何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。 本次設(shè)計(jì)的YH30型減速箱鏜孔夾具，引導(dǎo)元件采用的是鏜套。 6.1 鏜套的類(lèi)別 常用的鏜套結(jié)構(gòu)形式有以下兩類(lèi)：一類(lèi)是固定式鏜套。固定式鏜套的結(jié)構(gòu)和鏜套基本相似，固定在鏜模支架上而不能隨著鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此鏜桿和鏜套之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，存在摩擦。固定式鏜套外形尺寸下、結(jié)構(gòu)接湊、制造簡(jiǎn)單、容易保證鏜套中心位置的準(zhǔn)確度。另一類(lèi)是回轉(zhuǎn)式鏜套。回轉(zhuǎn)式鏜套在鏜孔過(guò)程中是隨著鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以鏜桿與鏜套之間無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，只有相對(duì)移動(dòng)。當(dāng)高速鏜孔時(shí)，可以避免鏜桿與鏜套發(fā)熱而咬死，而且改善了鏜桿的磨損狀況。 6.2 鏜套的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)所要加工的孔系。對(duì)孔加工時(shí)才采用固定鏜套，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖6-1.對(duì)孔加工時(shí)采用回轉(zhuǎn)鏜套，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖6-2。對(duì)于孔加工時(shí)鏜套的結(jié)構(gòu)形式與圖6-2一樣，這里就不在表示。 圖6-1 固定鏜套 第7章 夾具體的設(shè)計(jì) 第7章 夾具體的設(shè)計(jì) 夾具體是將夾具上的各種裝置和元件連接成一個(gè)整體的最大、最復(fù)雜的基礎(chǔ)件。夾具體的形狀和尺寸取決于夾具上各種裝置的布置以及夾具與機(jī)床的連接，而且在工件的加工過(guò)程中，夾具還應(yīng)承受夾緊力、切削力以及由此產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，因此夾具體必須具有必要的強(qiáng)度和剛度。 7.1 夾具體設(shè)計(jì)的基本要求 夾具體是夾具的基礎(chǔ)件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足一下要求。 (1) 應(yīng)有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性。 (2) 應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。 (3) 應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和使用性。 (4) 應(yīng)便于排屑切屑。 (5) 在機(jī)床上的安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠。 7.2 夾具體毛坯的類(lèi)型 夾具體毛坯可以分為四類(lèi)：1、鑄造夾具體，其優(yōu)點(diǎn)是可鑄出各種復(fù)雜形狀，工藝性好，并且具有較好的抗壓強(qiáng)度、剛度和抗振性，如圖7-1a所示；2、焊接夾具體，其優(yōu)點(diǎn)是容易制造，生產(chǎn)周期短，成本低，重量較輕，如圖7-1b所示；3、鍛造夾具體，適用于形狀簡(jiǎn)單、尺寸不大、要求強(qiáng)度和剛度大的場(chǎng)合，如圖7-1c所示；4、裝配夾具體，其優(yōu)點(diǎn)是制造成本低、周期短、精度穩(wěn)定，有利于標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，如圖7-1d所示。 a b c d 圖 7-1 夾具體毛坯的