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夾具定位規(guī)劃中完整性評(píng)估和修訂
CAM實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械工程學(xué)系，伍斯特理工學(xué)院研究院，100路，伍斯特，碩士01609，美國(guó)
2004年9月14日收稿;2004年11月9日修訂;2004年11月10日發(fā)表
摘 要
幾何約束是夾具設(shè)計(jì)中最重要的考慮因素之一。確定位置的解析擬訂已發(fā)達(dá)。然而，如何分析和修改在實(shí)際夾具設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中的一個(gè)非確定性的定位計(jì)劃尚未深入研究。在本文中，提出了一種方法來描述在限制約束下的重點(diǎn)夾具系統(tǒng)的幾何約束狀態(tài)。一種限制約束下狀態(tài)，如果它存在，可以識(shí)別給定定位計(jì)劃?？梢宰詣?dòng)識(shí)別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案。這有助于改善逆差定位計(jì)劃，并為修訂提供指引，以最終實(shí)現(xiàn)確定性的定位。
關(guān)鍵詞：夾具設(shè)計(jì);幾何約束;確定性定位;限制約束;過約束
1.介紹
夾具是用于制造工業(yè)進(jìn)行工件牢固定位的一種機(jī)制。在零件加工過程中規(guī)劃一個(gè)關(guān)鍵的第一步，夾具設(shè)計(jì)需要，以確保定位精度和三維工件的精度。 3-2-1原則，在一般情況下，是最廣泛使用的指導(dǎo)原則發(fā)展的位置計(jì)劃。 V型塊和銷孔定位原則也常用。
一個(gè)加工夾具定位方案必須滿足一些要求。最基本的要求是，必須提供工件確定的位置。這種觀點(diǎn)指出，定位計(jì)劃生產(chǎn)的確定位置，工件不能移動(dòng)，而至少有一個(gè)定位不會(huì)失去聯(lián)系。這一直是夾具設(shè)計(jì)的最根本的準(zhǔn)則之一，許多研究人員關(guān)于幾何約束狀態(tài)的研究表明，工件在任何定位計(jì)劃分為以下三個(gè)類別：
1、良好的約束（確定性）：工件在一個(gè)獨(dú)特的位置進(jìn)行配合，工件表面與6個(gè)定位器取得聯(lián)系。
2、限制約束：不完全約束工件的自由度。
3、過約束：工件自由度超過6定位的制約。
在1985年,淺田[1]提出了滿秩為準(zhǔn)則雅可比矩陣的約束方程,基于分析形成了調(diào)研后,確定定位。周等[2]在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理論。結(jié)果表明,定位矩陣的定位需要壓力滿秩達(dá)到確定的位置。該方法的確定通過無數(shù)的研究。王等[3]考慮定位工件的接觸的影響，而采用點(diǎn)接觸面積。他們介紹了接觸矩陣，并指出，兩個(gè)接觸的機(jī)構(gòu)不應(yīng)該有平等的，但在接觸點(diǎn)曲率相反。卡爾森[4]認(rèn)為，可能沒有足夠的應(yīng)用，如一些不是非棱柱的表面或相對(duì)誤差近似的非小線性。他提出一個(gè)二階泰勒展開，其中也考慮到定位誤差相互作用。馬林和費(fèi)雷拉[5]應(yīng)用周對(duì)3-2-1的位置擬訂，制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃。盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置。
在淺田的擬定方案中,他們假設(shè)工件夾具元件和點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)無阻力。理想的位置q*,而應(yīng)放置工件表面和分片，可微函數(shù)是gi(見圖1)。
表面函數(shù)定義為:gi(q*)=0是確定的,應(yīng)該有一個(gè)獨(dú)一無二的解決方案為下列所有定位方程組。
gi(q)=0,i=1,2,...,n (1)
其中n是定位器的位置與方向,代表了工件的定位和方向。
只有考慮到目標(biāo)位置q*附近在處:
淺田表明
(2)
hi是幾何函數(shù)的雅可比矩陣，矩陣式所示（3）。確定定位
如果雅可比矩陣滿秩，可滿足要求。 (2)只有q=q*一個(gè)解決辦法
(3)
在1個(gè)3-2-1定位計(jì)劃中，一個(gè)約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如表1所示。如果定位是小于6，工件是限制約束的，即存在至少有一個(gè)工件自由定位議案不受限制的。如果矩陣滿秩，但定位大于6定位，工件是過約束，這表明存在至少一個(gè)定位等;而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài)。找出一個(gè)模型除了3-2-1,可以建立基準(zhǔn)框架提取等效的定位點(diǎn)。胡等[6]已經(jīng)發(fā)展出一種系統(tǒng)的方法,對(duì)這個(gè)用途。因此,這則能適用于所有的定位方案。
圖1 .夾具系統(tǒng)模型。
表1
等級(jí) 數(shù)量的定位 地位
<6 - Under-constrained
=6 =6 Well-constrained
=6 >6 Over-constrained
康等[7]遵循這些方法和他們實(shí)施制定的幾何約束分析模塊其自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)的核查制度。他們的CAFDV系統(tǒng)可以計(jì)算出雅可比矩陣和它的排名來確定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯(cuò)誤。熊等人[8]提出的等級(jí)檢查方法的定位矩陣WL(見附件)。他們還介紹了左/右邊的定位矩陣廣義逆理論,分析了工件的幾何誤差。結(jié)果表明,定位及發(fā)展方向誤差ΔX和位置誤差Δr的工件定位相關(guān)如下:
Under-constrained:ΔX=WLΔr, (4)
Well-constrained :ΔX=(WTLWL)-1WLTΔr, (5)
Over-constrained:ΔX=WLT(WTLWL)-1Δr+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL)λ, (6)
λ是任意一個(gè)向量。
他們還介紹了從這些矩陣的幾個(gè)指標(biāo)，評(píng)價(jià)定位配置，其次是通過約束非線性規(guī)劃的優(yōu)化。然而，他們的研究分析，不涉及非確定性定位的修訂。目前，還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究。
2.定位完整性評(píng)價(jià)
如果不確定性的位置達(dá)到夾具系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)師知道約束狀態(tài)是什么，以如何改善設(shè)計(jì)是非常重要的條件。如果夾具系統(tǒng)是過度約束，是理想定位需要的不必要的信息。而下約束時(shí)，所有有關(guān)知識(shí)約束工件的議案，可以引導(dǎo)設(shè)計(jì)師選擇額外的定位或使得修改定位計(jì)劃更有效。的總體戰(zhàn)略定位計(jì)劃表征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2。
在本文中,定位矩陣秩的幾何約束的施加評(píng)價(jià)狀態(tài)(見附件為獲得的定位矩陣)。確定需要六個(gè)定位器定位提供矩陣的滿秩定位WL:
如圖3所示,在給定的定位器數(shù)量n,定位法向量[ai,bi,ci]和定位的位置[xi,yi,zi]
每一個(gè)定位器,i=1,2,.....,n,n*6定位矩陣可以確定如下:
（7）
當(dāng)?shù)燃?jí)（WL）=6，n=6時(shí)，是工件良好約束。
當(dāng)?shù)燃?jí)（WL）=6，n>6時(shí);是工件過約束。
這意味著（n-6）有不必要的定位在定位方案上。工件將不存在限制（n-6）定位器。這種狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示方法,那就是（n-6）在定位向量矩陣,可表示為線性組合的其他六行向量。
圖2 幾何約束狀態(tài)描述
圖3一個(gè)簡(jiǎn)化的定位方案。
定位方案，提供了確定性的位置。發(fā)達(dá)國(guó)家的算法使用下列方法確定不必要的定位：
1、找到所有的（n-6）組合定位的。
2、為每個(gè)組合,從（n-6）定位器確定定位方案。
3、重新計(jì)算矩陣秩的定位為左六個(gè)定位器。
4、如果等級(jí)不變,被刪除的(n-6)定位器是負(fù)責(zé)過約束狀態(tài)。
這種方法可能會(huì)產(chǎn)生多種解決方案，并要求設(shè)計(jì)師來決定哪一套不必要的定位應(yīng)該被刪除以最佳定位性能。
當(dāng)?shù)燃?jí)（WL）<6,工件的限制約束。
參考文獻(xiàn)
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摘要
本次設(shè)計(jì)是軸承座與齒輪的加工工藝規(guī)程及工序的專用夾具設(shè)計(jì)。
本文在了解機(jī)械加工工藝的相關(guān)理論和概念之后，分別對(duì)軸承座和齒輪進(jìn)行了工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)，根據(jù)零件大批生產(chǎn)要求，首先對(duì)零件進(jìn)行分析，確定好零件加工藝規(guī)程后，設(shè)計(jì)出毛坯的結(jié)構(gòu)，選擇好零件的加工基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出零件的加工工藝路線；接著對(duì)零件各個(gè)工步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算，確定好各個(gè)工序的工藝裝備、切削用量及工序工時(shí)定額；然后進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)，經(jīng)過考慮,對(duì)軸承座的加工設(shè)計(jì)一副鏜孔夾具,對(duì)齒輪的加工設(shè)計(jì)一副鉆夾具,根據(jù)各自零件特點(diǎn)，擬出夾具的各個(gè)組成部件:鏜夾具的定位采用“一面兩孔”的定位方式、夾緊元件采用氣壓夾緊; 鉆夾具的定位采用V形塊和平面的定位方式、夾緊元件采用螺旋夾緊.最后繪制出夾具裝配圖及相關(guān)零件圖。
關(guān)鍵詞：一面兩孔 工藝規(guī)程 螺旋夾緊 氣壓夾緊
目 錄
摘要
Abstract
第一章 緒論
1 基本概念
2 軸承座零件的介紹
3 齒輪的介紹
第二章 軸承座的工藝及夾具設(shè)計(jì)
1 零件分析
1.1 零件的作用
1.2 零件工藝分析
2 工藝規(guī)程制定
2.1 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，制定生產(chǎn)類型
2.2 審查圖樣工藝性
2.3 毛壞的選擇
2.4 工藝過程設(shè)計(jì)
2.4.2 基準(zhǔn)選擇原則
2.4.2 定位基準(zhǔn)選擇
2.4.3 工藝路線確定
3 機(jī)械加工余量及毛坯確定
3.1 確定毛坯尺寸
3.2 設(shè)計(jì)毛坯圖
4 選擇加工設(shè)備與工藝裝備
5 確定切削用量及基本時(shí)間定額
5.1工序三 以鑄造中心孔為基準(zhǔn)，粗銑底面
5.2工序四 銑Φ22上端面
5.2工序五 鉆孔Φ22及沉孔Φ40
5.3工序六 粗銑,半精銑兩軸承孔端面
5.4工序七 粗鏜軸承孔Φ240,半粗鏜Φ240,精鏜Φ240
5.5 工序八 鉆孔Φ32及沉孔Φ50
6 夾具設(shè)計(jì)
6.1定位基準(zhǔn)選擇
6.2 鏜桿設(shè)計(jì)
6.3 夾緊裝置設(shè)計(jì)及切削力計(jì)算
6.4 定位誤差分析
6.5 夾具簡(jiǎn)要操作說明
第三章 齒輪的藝及夾具設(shè)計(jì)
1 零件分析
1.1 零件的作用
1.2 零件工藝分析
2 工藝規(guī)程制定
2.1 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，制定生產(chǎn)類型
2.2 審查圖樣工藝性
2.3 毛壞的選擇
2.4 工藝過程設(shè)計(jì)
2.4.1 定位基準(zhǔn)選擇
2.4.2 工藝路線確定
3 機(jī)械加工余量及毛坯確定
3.1 確定毛坯尺寸
3.2 設(shè)計(jì)毛坯圖
4 工序設(shè)計(jì)
4.1 選擇加工設(shè)備與工藝裝備
4.2 確定工序尺寸
5 確定切削用量及基本時(shí)間定額
5.1 工序三 粗車外圓及端面
5.2 鉆中心孔至
5.3粗鏜,半精鏜,精鏜
5.4 插鍵槽
5.5 上芯軸，精車外圓，端面
5.6 鉆
6 夾具設(shè)計(jì)
6.1定位基準(zhǔn)選擇
6.2 夾緊裝置設(shè)計(jì)及切削力計(jì)算
6.3 定位誤差分析
6.4 夾具簡(jiǎn)要操作說明
第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)
參考文獻(xiàn)
第一章 緒論
機(jī)械制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的的基礎(chǔ)和支柱，是向其它各部門提供工具、儀器和各種機(jī)械技術(shù)的裝備部。一個(gè)國(guó)家的的機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一，在科技飛速發(fā)展的今天,機(jī)械產(chǎn)品和機(jī)械制造技術(shù)的內(nèi)涵正在不斷的發(fā)生變化，工程技術(shù)人員不僅要學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)等多方面的新知識(shí)、新技術(shù)、而且要對(duì)機(jī)械制造和機(jī)床夾具等必備的基礎(chǔ)理論知識(shí)、運(yùn)用全新的觀點(diǎn)重新優(yōu)化組合。
“工欲善其事，必先利其器?！?
工具是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志。自20世紀(jì)末期以來，現(xiàn)代制造技術(shù)與機(jī)械制造工藝自動(dòng)化都有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機(jī)床夾具對(duì)零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此，無論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備。
軸承座是各種機(jī)械設(shè)備中常見的部件,它的主要作用是支撐軸承，目前常用軸座已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，通常在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)只要選取即可，但在許多場(chǎng)合，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和條件的需要，需要非標(biāo)軸承座，對(duì)于軸承座生產(chǎn)廠家，則是要盡力降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
齒輪是各種機(jī)器機(jī)械產(chǎn)品中常用的傳動(dòng)件，由于它傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)穩(wěn)定性好，噪音低，定比傳動(dòng)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，隨著機(jī)械生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展，齒輪應(yīng)用越來越廣,對(duì)齒輪的精度要求越來越高.
1 基本概念
工藝過程：改變生產(chǎn)對(duì)象的的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過程。
生產(chǎn)綱領(lǐng)：企業(yè)在計(jì)劃期內(nèi)應(yīng)該生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃。
基準(zhǔn)：基準(zhǔn)是指用以確定生產(chǎn)對(duì)象幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)、線、面。對(duì)一個(gè)機(jī)械零件而言，基準(zhǔn)就是確定該零件上的其它點(diǎn)、線、面所依據(jù)的點(diǎn)線、面。
六點(diǎn)定位原理：任何一個(gè)自由剛體，在空間都有六個(gè)自由度（自由度是完全確定物體在空間幾何位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目），即沿坐標(biāo)軸的x、y、z移動(dòng)和繞此三坐標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)。限制了剛體的六個(gè)自由度，就確定了剛體的位置。
工序：工序是指一個(gè)（或一組）工人在一臺(tái)機(jī)床（或一個(gè)工作地點(diǎn)）上，對(duì)同一個(gè)（或同時(shí)對(duì)幾個(gè)）工件所連續(xù)完成的那一部份工藝過程。
2 軸承座零件的介紹
軸承座零件一般都是用鑄鐵、鋼等材料鑄造而成。
軸承座零件的毛坯選擇與其材料、結(jié)構(gòu)和尺寸等因素有關(guān)?？讖捷^小（如d<20mm）的軸承孔一般選擇鋼模鑄造，也可以采用實(shí)心鑄件?？讖捷^大時(shí)，采用砂型鑄造。大量生產(chǎn)時(shí)一般選用鋼模鑄造，這樣既提高生產(chǎn)率又節(jié)約金屬材料。
軸承座零件的主要表面是內(nèi)孔及孔軸心線到底面的距離，其主要技術(shù)要求如下:
（1）內(nèi)孔
內(nèi)孔是軸承座零件起支承作用或定位作用最主要的表面，它通常與運(yùn)動(dòng)著的軸、或軸承相配合。內(nèi)孔直徑的尺寸精度一般為7級(jí)，精密軸套有時(shí)取6級(jí)，由于與其相配的軸上有密封圈，故要求較低。
內(nèi)孔的形狀精度，一般應(yīng)控制在孔徑公差以內(nèi)，有些精密軸套控制在孔徑公差的1/2～1/3，甚至更嚴(yán)。對(duì)于的承座除了圓柱度和同軸度外，還應(yīng)注意孔軸線直線度的要求。
為保證零件的功能和提高其耐磨性，內(nèi)孔表面粗糙度一般為 （2）孔軸心線到底面的距離
保證底座與上蓋的平行度和尺寸要求
3 齒輪的介紹
據(jù)史料記載，遠(yuǎn)在公元前400~200年的中國(guó)古代就巳開始使用齒輪，在我國(guó)山西出土的青銅齒輪是迄今巳發(fā)現(xiàn)的最古老齒輪，作為反映古代科學(xué)技術(shù)成就的指南車就是以齒輪機(jī)構(gòu)為核心的機(jī)械裝置。17世紀(jì)末，人們才開始研究，能正確傳遞運(yùn)動(dòng)的輪齒形狀。18世紀(jì)，歐洲工業(yè)革命以后，齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用日益廣泛；先是發(fā)展擺線齒輪，而后是漸開線齒輪，一直到20世紀(jì)初，漸開線齒輪已在應(yīng)用中占了優(yōu)勢(shì)。
18世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)期，齒輪技術(shù)得到高速發(fā)展，人們對(duì)齒輪進(jìn)行了大量的研究。1733年法國(guó)數(shù)學(xué)家卡米發(fā)表了齒廓嚙合基本定律；1765年瑞士數(shù)學(xué)家歐拉建議采用漸開線作齒廓曲線。
19世紀(jì)出現(xiàn)的滾齒機(jī)和插齒機(jī)，解決了大量生產(chǎn)高精度齒輪的問題。1900年,普福特為滾齒機(jī)裝上差動(dòng)裝置，能在滾齒機(jī)上加工出斜齒輪，從此滾齒機(jī)滾切齒輪得到普及，展成法加工齒輪占了壓倒優(yōu)勢(shì)，漸開線齒輪成為應(yīng)用最廣的齒輪。
目前,應(yīng)用最廣泛的是漸開線齒輪,對(duì)于漸開線齒輪的加工,有范成法,仿形法等。
3 夾具的作用
夾具在其發(fā)展的200多年歷史中，大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段，夾具在工件加工、制造的各工序中作為基本的夾持裝置，發(fā)揮著夾固工件的最基本功用。隨著軍工生產(chǎn)及內(nèi)燃機(jī)，汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，夾具逐漸在規(guī)模生產(chǎn)中發(fā)揮出其高效率及穩(wěn)定加工質(zhì)量的優(yōu)越性，各類定位、夾緊裝置的結(jié)構(gòu)也日趨完善，夾具逐步發(fā)展成為機(jī)床—工件—工藝裝備工藝系統(tǒng)中相當(dāng)重要的組成部分。這是夾具發(fā)展的第二階段。這一階段，夾具發(fā)展的主要特點(diǎn)是高效率。在現(xiàn)代化生產(chǎn)的今天，各類高效率，自動(dòng)化夾具在高效，高精度及適應(yīng)性方面，已有了相當(dāng)大的提高。隨著電子技術(shù)，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代夾具的自動(dòng)化和高適應(yīng)性，已經(jīng)使夾具與機(jī)床逐漸融為一體，使得中，小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)效率逐步趨近于專業(yè)化的大批量生產(chǎn)的水平。這是夾具發(fā)展的第三個(gè)階段，這一階段，夾具的主要特點(diǎn)是高精度，高適應(yīng)性?？梢灶A(yù)見，夾具在不一個(gè)階段的主要發(fā)展趨勢(shì)將是逐步提高智能化水平。
夾具主要有如下作用:
（1）保證加工精度 用機(jī)床夾具裝夾工件，能準(zhǔn)確確定工件與刀具、機(jī)床之間的相對(duì)位
置關(guān)系，可以保證加工精度。
（2）提高生產(chǎn)效率 機(jī)床夾具能快速地將工件定位和夾緊，可以減少輔助時(shí)間，提高生
產(chǎn)效率。
（3）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 機(jī)床夾具采用機(jī)械、氣動(dòng)、液動(dòng)夾緊裝置，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)
度。
（4）擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍 利用機(jī)床夾具，能擴(kuò)大機(jī)床的加工范圍，例如，在車床或鉆
床上使用鏜?？梢源骁M床鏜孔，使車床、鉆床具有鏜床的功能。
1.4 機(jī)床夾具的分類
1．按夾具的應(yīng)用范圍分類
（1）通用夾具 通用夾具是指結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，且有較大適用范圍的夾具，例如，車床
用的三爪卡盤和四爪卡盤，銑床用的平口鉗及分度頭等。
（2）專用機(jī)床夾具 專用機(jī)床夾具是針對(duì)某一工件的某道工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)制造的夾具。專
用機(jī)床夾具適于在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、產(chǎn)量較大的場(chǎng)合應(yīng)用。
（3）組合夾具 組合夾具是用一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件和合件組裝而成的夾具。組合
夾具結(jié)構(gòu)靈活多變，設(shè)計(jì)和組裝周期短，夾具零部件能長(zhǎng)期重復(fù)使用，適于在多品種單件小
批生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制等場(chǎng)合應(yīng)用。
（4）成組夾具 成組夾具是在采用成組加工時(shí)，為每個(gè)零件組設(shè)計(jì)制造的夾具，當(dāng)改換
加工同組內(nèi)另一種零件時(shí)，只需調(diào)整或更換夾具上的個(gè)別元件，即可進(jìn)行加工。成組夾具適
于在多品種、中小批生產(chǎn)中應(yīng)用。
（5）隨行夾具 它是一種在自動(dòng)線上使用的移動(dòng)式夾具，在工件進(jìn)入自動(dòng)線加工之前，
先將工件裝在夾具中，然后夾具連同被加工工件一起沿著自動(dòng)線依次從一個(gè)工位移到下一個(gè)
工位，直到工件在退出自動(dòng)線加工時(shí)，才將工件從夾具中卸下。隨行夾具是一種始終隨工件
一起沿著自動(dòng)線移動(dòng)的夾具。
2．按使用機(jī)床類型分類
機(jī)床類型不同，夾具結(jié)構(gòu)各異，由此可將夾具分為車床夾具、鉆床夾具、銑床夾具、鏜
床夾具、磨床夾具和組合機(jī)床夾具等類型。
3．按夾具動(dòng)力源分類
按夾具所用夾緊動(dòng)力源，可將夾具分為手動(dòng)夾緊夾具、氣動(dòng)夾緊夾具、液壓夾緊夾具、
氣液聯(lián)動(dòng)夾緊夾具、電磁夾具、真空夾具等。
專用機(jī)床夾具的組成
夾具一般由下列元件或裝置組成:
（1）定位元件 定位元件是用來確定工件正確位置的元件。被加工工件的定位基面與夾
具定位元件直接接觸或相配合。
（2）夾緊裝置 夾緊裝置是使工件在外力作用下仍能保持其正確定位位置的裝置。
（3）對(duì)刀元件、導(dǎo)向元件 對(duì)刀元件、導(dǎo)向元件是指夾具中用于確定（或引導(dǎo)）刀具相
對(duì)于夾具定位元件具有正確位置關(guān)系的元件，例如鉆套、鏜套、對(duì)刀塊等。
（4）連接元件 夾具連接元件是指用于確定夾具在機(jī)床上具有正確位置并與之連接的元
件，例如安裝在銑床夾具底面上的定位鍵等。
（5）其它元件及裝置 根據(jù)加工要求，有些夾具尚需設(shè)置分度轉(zhuǎn)位裝置、靠模裝置、工
件抬起裝置和輔助支承等裝置。
（6）夾具體 夾具體是用于連接夾具元件和有關(guān)裝置使之成為一個(gè)整體的基礎(chǔ)件，夾具
通過夾具體與機(jī)床連接。
定位元件、夾緊裝置和夾具體是夾具的基本組成部分，其它部分可根據(jù)需要設(shè)置。
第二章 軸承座的工藝及夾具設(shè)計(jì)
1 零件分析
1.1 零件的作用
軸承座是機(jī)械設(shè)備中常用零件，零件圖如圖2－1（詳圖見附圖），它一般位于軸的兩端。主要作用是固定和支撐軸承，承受壓力，使軸及其聯(lián)接部件具有一定的位置關(guān)系；同時(shí)，軸承座也有5個(gè)螺栓孔，這兩個(gè)螺栓孔是用來和機(jī)械備聯(lián)接之用的，這樣，就使軸承、軸承座及軸整個(gè)部件在設(shè)備上有一個(gè)確定的位置;軸承座主要在軸開放系統(tǒng)中，因此，對(duì)軸承座的要求還要有防塵作用。用于與軸承相配合，用于承受壓力之用，其圓度與圓柱度誤差不超過孔徑公差的1/2，內(nèi)部須去毛剌清理。中心相對(duì)底面高度為.
圖1 軸承座零件圖
1.2 零件工藝分析
軸承座的主要加工表面有：
(1)底面及孔端面，結(jié)合面，這些可采用龍門銑床進(jìn)行加工;
(2)軸承孔的加工，安裝孔的加工，為保證圓度及圓柱度要求，可采用坐標(biāo)鏜床。
2 工藝規(guī)程制定
2.1 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，制定生產(chǎn)類型
該產(chǎn)品為年產(chǎn)量10000件，設(shè)其備品率為10％，機(jī)械加工廢品率為1％，現(xiàn)制訂該軸承座零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程。
件/年
軸承座零件年產(chǎn)量為11100件/年，現(xiàn)知該產(chǎn)品屬于輕型機(jī)械，據(jù)文獻(xiàn)［1］（以后簡(jiǎn)稱［1］）表1.1－2生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系，可確定其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。
2.2 審查圖樣工藝性
本軸承座零件圖樣視圖正確、尺寸完整、公差及技術(shù)要求齊全。零件各表面的加工并不困難?？字行南鄬?duì)底面是有位置公差的,端面相對(duì)孔中心也有垂直度要求,因此,軸承孔是主要定位基準(zhǔn).
2.3 毛壞的選擇
軸承座是一種常見的支撐件，要求能承受一定的壓力，具有一定的強(qiáng)度，零件材料為HT200,輪廓尺寸不大，形狀亦不復(fù)雜，屬于大批生產(chǎn)，故毛坯可采用金屬模鑄造成型。
零件不復(fù)雜，因此毛坯形狀可與零件形狀盡力接近，內(nèi)部孔鑄出。毛坯尺寸通過確定加工余量后確定。
2.4 工藝過程設(shè)計(jì)
2.4.1基準(zhǔn)選擇原則
①粗基準(zhǔn)的選擇
選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求，并特別注意要盡快獲得精基面。具體選擇時(shí)應(yīng)考慮下列原則：
1) 選擇重要表面為粗基準(zhǔn) 為保證工件上重要表面的加工余量小而均勻，則應(yīng)選擇該表面為粗基準(zhǔn)。所謂重要表面一般是工件上加工精度以及表面質(zhì)量要求較高的表面，如床身的導(dǎo)軌面，車床主軸箱的主軸孔，都是各自的重要表面。2) 選擇不加工表面為粗基準(zhǔn) 為了保證加工面與不加工面間的位置要求，一般應(yīng)選擇不加工面為粗基準(zhǔn)。如果工件上有多個(gè)不加工面，則應(yīng)選其中與加工面位置要求較高的不加工面為粗基準(zhǔn)，以便保證精度要求，使外形對(duì)稱等。
3) 選擇加工余量最小的表面為粗基準(zhǔn) 在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，如果零件上每個(gè)表面都要加工，則應(yīng)選擇其中加工余量最小的表面為粗基準(zhǔn)，以避免該表面在加工時(shí)因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件廢品。
4) 選擇較為平整光潔、加工面積較大的表面為粗基準(zhǔn) 以便工件定位可靠、夾緊方便。
5) 粗基準(zhǔn)在同一尺寸方向上只能使用一次 因?yàn)榇只鶞?zhǔn)本身都是未經(jīng)機(jī)械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重復(fù)使用將產(chǎn)生較大的誤差。
①精基準(zhǔn)的選擇
1)基準(zhǔn)重合原則
即選用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差。
2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則
應(yīng)采用同一組基準(zhǔn)定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。這樣做可以簡(jiǎn)化工藝規(guī)程的制訂工作，減少夾具設(shè)計(jì)、制造工作量和成本，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期；由于減少了基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，便于保證各加工表面的相互位置精度。例如加工軸類零件時(shí)，采用兩中心孔定位加工各外圓表面，就符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。箱體零件采用一面兩孔定位，齒輪的齒坯和齒形加工多采用齒輪的內(nèi)孔及一端面為定位基準(zhǔn)，均屬于基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。
3）自為基準(zhǔn)原則
某些要求加工余量小而均勻的精加工工序，選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)，稱為自為基準(zhǔn)原則。如磨削車床導(dǎo)軌面，用可調(diào)支承支承床身零件，在導(dǎo)軌磨床上，用百分表找正導(dǎo)軌面相對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)方向的正確位置，然后加工導(dǎo)軌面以保證其余量均勻，滿足對(duì)導(dǎo)軌面的質(zhì)量要求。還有浮動(dòng)鏜刀鏜孔、珩磨孔、拉孔、無心磨外圓等也都是自為基準(zhǔn)的實(shí)例。
4)互為基準(zhǔn)原則
當(dāng)對(duì)工件上兩個(gè)相互位置精度要求很高的表面進(jìn)行加工時(shí)，需要用兩個(gè)表面互相作為基準(zhǔn)，反復(fù)進(jìn)行加工，以保證位置精度要求。例如要保證精密齒輪的齒圈跳動(dòng)精度，在齒面淬硬后，先以齒面定位磨內(nèi)孔，再以內(nèi)孔定位磨齒面，從而保證位置精度。再如車床主軸的前錐孔與主軸支承軸頸間有嚴(yán)格的同軸度要求，加工時(shí)就是先以軸頸外圓為定位基準(zhǔn)加工錐孔，再以錐孔為定位基準(zhǔn)加工外圓，如此反復(fù)多次，最終達(dá)到加工要求。這都是互為基準(zhǔn)的典型實(shí)例。
5)便于裝夾原則
所選精基準(zhǔn)應(yīng)保證工件安裝可靠，夾具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便。
2.4.2 定位基準(zhǔn)選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基面選擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，加工工藝過程中會(huì)出問題，更有甚者，會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
粗基準(zhǔn)選擇：根據(jù)粗基準(zhǔn)選擇原則,選擇重要加工面為粗基準(zhǔn),以鑄造出的軸承孔為粗基準(zhǔn)。
精基準(zhǔn)選擇：精基準(zhǔn)的選擇主要需要考慮基準(zhǔn)重合問題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。以加工后的軸承孔為精基準(zhǔn),以底面為輔助基準(zhǔn)。
2.4.3 工藝路線確定
表1工藝路線方案一
工序號(hào)
工序內(nèi)容
工序一
鑄造成型
工序二
時(shí)效處理
工序三
鑄造中心孔為基準(zhǔn)，粗銑底面
工序四
粗鏜軸承孔Φ240
工序五
鉆孔Φ22及沉孔Φ40
工序六
半粗鏜Φ240,精鏜Φ240
工序七
粗銑,半精銑兩軸承孔端面
工序八
銑Φ22上端面
工序九
鉆孔Φ32及沉孔Φ50
工序十
檢驗(yàn)、清洗
表2 工藝路線方案二
工序號(hào)
工序內(nèi)容
工序一
鑄造成型
工序二
時(shí)效處理
工序三
以鑄造中心孔為基準(zhǔn)，粗銑底面
工序四
銑Φ22上端面
工序五
鉆孔Φ22及沉孔Φ40
工序六
粗銑,半精銑兩軸承孔端面
工序七
粗鏜軸承孔Φ240,半粗鏜Φ240,精鏜Φ240
工序八
鉆孔Φ32及沉孔Φ50
工序九
檢驗(yàn)、清洗
上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于:1)方案一工序較分散,方案二工序較集中;2)方案一是先加工孔后加工面,而工藝方案二是先加工面后加工孔.由于先面后孔的工藝方案更有利于保證加工精度,工藝性更強(qiáng), 且工序集中有利于減少設(shè)備,場(chǎng)地投資,采用方案二更合理.
3 機(jī)械加工余量及毛坯確定
3.1 確定毛坯尺寸
軸承座材料為HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用金屬模機(jī)械型砂鑄造方法鑄造毛坯。
根據(jù)上述原始資料，確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸、及毛坯尺寸如下：
（1）底面及端面加工
查［1］表2.2～3，底面單面余量為z=3mm，端面余量z=2mm。
（2）
查［1］表2.3－10，
鏜時(shí)，
粗鏜 2z＝4mm；
半精鏜 2z＝2.6mm
精鏜 2z＝1.4mm
由上及［1］表2.2－13～2.2－16可知，鑄件毛坯尺寸如下：
零件尺寸
單面余量
毛坯允許偏差
毛坯尺寸
2
4
110
2
110
3.2 設(shè)計(jì)毛坯圖
圖2 毛坯圖
4選擇加工設(shè)備與工藝裝備
(1)工序三 粗銑底面，工序工步數(shù)不多，大批生產(chǎn)要求有比較高的生產(chǎn)率，零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，選龍門銑床即可滿足要求。為提高生產(chǎn)率，選用專用夾具。量具用能用游標(biāo)卡尺。
(2) 工序四 粗銑Φ22上端面，本工序加工精度較高，二零件外廓尺寸不大，要求有比較高的生產(chǎn)率，選用龍門銑床，夾具用專用夾具。量具用通用游標(biāo)卡尺。
(3) 工序五 鉆孔Φ22及沉孔Φ40，本工序精度要求很高，選用Z3050鉆床，采用專用夾具。量具用通用游標(biāo)卡尺。
(4) 工序六 粗銑,半精銑兩軸承孔端面工序加工精度較高，二零件外廓尺寸不大，要求有比較高的生產(chǎn)率，選用龍門銑床，夾具用專用夾具。量具用通用游標(biāo)卡尺。
(5) 工序七 粗鏜軸承孔Φ240,半粗鏜Φ240,精鏜Φ240，本工序精度要求很高，工步多，因此選用鏜床T618，采用專用夾具，該夾具也是本設(shè)計(jì)所要設(shè)計(jì)的夾具。量具用極限內(nèi)徑量百分尺和圓柱塞規(guī)。
(6) 工序八 鉆孔Φ32及沉孔Φ50，本工序精度要求很高，選用Z3050鉆床，采用專用夾具。量具用通用游標(biāo)卡尺
5 確定切削用量及基本時(shí)間定額
5.1工序三 以鑄造中心孔為基準(zhǔn)，粗銑底面
(1)加工條件
工件材料：HT200。
加工要求：粗銑底面。
機(jī)床：X63臥式銑床。
刀具材料：高速鋼鑲齒三面刃銑刀，，齒數(shù)＝20。
(2)計(jì)算切削用量
由切削手冊(cè)，確定
由所選銑刀，（r/mim）
由機(jī)床性能參數(shù)，取
故實(shí)際切削速度
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量
查機(jī)床說明書，剛好有，就直接選用這個(gè)值。
切削工時(shí)，粗銑，一次行程，由作圖法
則機(jī)動(dòng)工時(shí)為：
5.2工序四 銑Φ22上端面
(1)加工條件
工件材料：HT200。
加工要求：粗銑。
機(jī)床：X63臥式銑床。
刀具材料：高速鋼鑲齒三面刃銑刀，，齒數(shù)＝10。
(2)計(jì)算切削用量
由切削手冊(cè)，確定
由所選銑刀，（r/mim）
由機(jī)床性能參數(shù)，取
故實(shí)際切削速度
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量
查機(jī)床說明書，剛好有，就直接選用這個(gè)值。
切削工時(shí)，粗銑，一次行程，由作圖法
則機(jī)動(dòng)工時(shí)為：
5.2工序五 鉆孔Φ22及沉孔Φ40
1.加工條件
工件材料：HT200。
加工要求：鉆孔Φ22及沉孔Φ40。
機(jī)床：Z3050型立式鉆床。
刀具材料：高速鋼麻花鉆頭，,
2.計(jì)算切削用量
由［2］表2.8，確定
r/mim
由機(jī)床參數(shù)［1］表4.2－15，取
故實(shí)際切削速度
切削工時(shí)，由作圖法
則底孔Φ22
鉆沉孔
5.3工序六 粗銑,半精銑兩軸承孔端面
(1)加工條件
工件材料：HT200。
加工要求：粗銑,半精銑兩軸承孔端面。
機(jī)床：X63臥式銑床。
刀具材料：高速鋼鑲齒三面刃銑刀，，齒數(shù)＝20。
(2)計(jì)算切削用量
由切削手冊(cè)，確定
由所選銑刀，（r/mim）
由機(jī)床性能參數(shù)，取
故實(shí)際切削速度
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量
查機(jī)床說明書，剛好有，就直接選用這個(gè)值。
切削工時(shí)，粗銑，一次行程，由作圖法
則機(jī)動(dòng)工時(shí)為：
5.4工序七 粗鏜軸承孔Φ240,半粗鏜Φ240,精鏜Φ240
1.加工條件
工件材料：HT200。
加工要求：粗鏜孔240，半精鏜孔240，精鏜孔240。
機(jī)床：T618。
刀具材料：高速鋼浮動(dòng)鏜刀，。
2.計(jì)算切削用量
由[1]表2.3-10，確定單邊余量分別為，，
每個(gè)工步一次鏜去全部余量，則，，
進(jìn)給量 由[2]表2.15
由[1]表4.2——26機(jī)床性能參數(shù)，（r/mim）
切削工時(shí)，
粗鏜： min
半精鏜： min
精鏜： min
則總的機(jī)動(dòng)工時(shí)為：min
5.5 工序八 鉆孔Φ32及沉孔Φ50
1.加工條件
工件材料：HT200。
加工要求：鉆孔Φ32及沉孔Φ50。
機(jī)床：Z3050型立式鉆床。
刀具材料：高速鋼麻花鉆頭，,
2.計(jì)算切削用量
由［2］表2.8，確定
r/mim
由機(jī)床參數(shù)［1］表4.2－15，取
故實(shí)際切削速度
切削工時(shí)，由作圖法
則底孔Φ32
鉆沉孔
6 夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
經(jīng)過考慮，決定設(shè)計(jì)工序七——粗鏜孔240，半精鏜孔240，精鏜孔240的夾具，刀具為高速鋼浮動(dòng)鏜刀，對(duì)孔240進(jìn)行加工， 保證其位置精度與形狀精度.
6.1定位基準(zhǔn)選擇
由零件圖知道，孔其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為底面，為使定位誤差為零，應(yīng)選擇以底面定位的平面結(jié)構(gòu)，為使軸承孔定心，加用一個(gè)定位銷和削邊銷，這樣，便實(shí)現(xiàn)了完全定位。
為提高生產(chǎn)率，縮短輔助時(shí)間，采用氣動(dòng)夾緊。
6.2 夾緊裝置設(shè)計(jì)及切削力計(jì)算
刀具：高速鋼浮動(dòng)鏜刀，
（見切削手冊(cè)表1.29）
其中，＝1.0，＝0.75，＝4，＝0.8
得 N
水平分力：
垂直分力：
在計(jì)算時(shí)，必須考慮安全系數(shù)，
其中由（切削手冊(cè)表1.29~1.35）可知
所以，＝1.9965
＝5367 N
為保證結(jié)構(gòu)緊湊，不選用任何擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，直接用氣缸推動(dòng)V形塊進(jìn)行夾緊。
氣缸直徑的選取：
由上知，
則
由[機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，趙家齊，機(jī)械工業(yè)出版社，1994]附錄表14，取，
則0.71MP，
由[機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，趙家齊，機(jī)械工業(yè)出版社，1994]附錄表14——18，取
由[機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，趙家齊，機(jī)械工業(yè)出版社，1994]附錄表15及，取
氣缸選用100mm，當(dāng)壓縮空氣單位壓力為0.75Mpa時(shí)，氣缸推力為5850N,氣缸已大于所需的壓緊力5367N ，故本夾具可安全工作。
6.3 定位誤差分析
夾具的主要定位元件為一平面和一定位銷一削邊銷：
使用夾具加工工件時(shí)，加工表面的位置誤差與工件在夾具中的定位的因素密切相關(guān)。為了保證工件的加工精度，必須使工序中各項(xiàng)加工誤差的總和小于或者等于該工序規(guī)定的公差值，
式中△1……..與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差；
△w………….與工序中夾具以外其他因素有關(guān)的誤差
………….工序誤差
夾具有關(guān)的加工誤差△1一般包括工件夾具中的定位誤差△b;工件在加緊時(shí)產(chǎn)生的誤差;夾具相對(duì)于機(jī)床成形運(yùn)動(dòng)的位置誤差;夾具想對(duì)于刀具的位置誤差;以及夾具產(chǎn)生磨損造成的加工誤差等。
為了給加工中其他誤差因素能占有更大一些比例，由上式可見，應(yīng)當(dāng)盡量減小與夾具有關(guān)的誤差。其中除了在夾具的制造，安裝，調(diào)整，使用中產(chǎn)生的誤差外。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)的的正確計(jì)算和減小工件在夾具中的定位誤差，是必須解決的重要問題之一。
定位誤差是工件在夾具中定位時(shí)，工序基準(zhǔn)（一批零件的）位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的變動(dòng)所引起的，因此在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能選折工序基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)并選折精度較高的表面作為定位基準(zhǔn)。一般應(yīng)使定位誤差控制在有關(guān)尺寸內(nèi)或者位置公差的1/3～1/5。
閥體零件為一面兩孔零件，因此它的定位我們主要采用一平面，一定位銷和一削邊削，定位方式如下圖：
圖3 零件加工定位方式
因此夾具的主要定位元件為一平面和一定位銷一削邊銷：
平面的尺寸公差須要保證零件尺寸，若平面公差太大，若超過0.1，則零件尺寸公差無法保證，因此，平面公差只能比零件公差小，由相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，一般取平面公差為零件公差的1/3，所以，取平面公尺寸公差為；
定位銷和削邊是與零件孔相配合的，通過定位銷削邊銷與零件孔的配合來確定加工孔的中心，最后達(dá)到完全定位。因此，定位銷與其相配合的孔的公差相同，即公差為h7,其尺寸為。
本夾具是用來在臥式車床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時(shí)可求出孔心在接觸點(diǎn)與銷中心連線方向上的最大變動(dòng)量為孔徑公差多一半。工件的定位基準(zhǔn)為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點(diǎn)和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin
本工序采用一定位銷，一削邊銷定位，工件始終靠近定位銷的一面，而削邊銷的偏角會(huì)使工件自重帶來一定的平行于夾具體底版的水平力，因此，工件不在在定位銷正上方，進(jìn)而使加工位置有一定轉(zhuǎn)角誤差。但是，由于加工是自由公差，故應(yīng)當(dāng)能滿足定位要求。
6.4 夾具簡(jiǎn)要操作說明
如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為此，首先著眼于機(jī)動(dòng)夾緊，而非手動(dòng)夾緊，因?yàn)檫@是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要途徑，本道工序選用了氣動(dòng)夾緊方式。本工序由于包括粗加工，切削力較大，為了夾緊元件，勢(shì)必增大氣缸直徑，而這樣將使整個(gè)夾具龐大，因此，有三個(gè)措施：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是選擇比較理想的擴(kuò)力機(jī)構(gòu)；三是在可能情況下，適當(dāng)提高壓縮空氣壓力，以增大推力。
由于本夾具沒有使用擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，因此，在加工零件時(shí)，要適當(dāng)注意提高壓縮空氣壓力；另外，由于本夾具配合面，連接孔較多，因此，夾具的零件對(duì)精度比較高，操作時(shí)要注意夾具各螺紋是否擰緊；還有就是夾具操作時(shí)，要防止定位零件有過大的磨損，若有較大磨損，要注意及時(shí)更換，以保證零件加工精度。
夾具上裝有對(duì)刀塊，可以使夾具在一批零件的加工之前很好的對(duì)刀，同時(shí)，夾具體上底面有一對(duì)定位鍵，可使夾具工作臺(tái)上在很好的定位。夾具裝配圖和零件圖見附圖：
圖四 鏜床夾具
第三章 齒輪的藝及夾具設(shè)計(jì)
1 零件分析
1.1 零件的作用
齒輪是機(jī)器中廣泛采用的傳動(dòng)零件之一。它可以傳遞動(dòng)力，又可以改變轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)方向。為使齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，有足夠的抗疲勞強(qiáng)度和足夠的接觸強(qiáng)度，要保證齒輪加工精度和齒面表面粗糙度。
圖五 齒輪零件圖
1.2 零件工藝分析
齒輪的主要加工表面有：
（1）中心孔Ф及鍵槽，中心孔是定位基準(zhǔn);
（2）端面，相對(duì)于中心孔有跳動(dòng)公差要求。
（3）齒形，有形狀公差。
2 工藝規(guī)程制定
2.1 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，制定生產(chǎn)類型
該產(chǎn)品為年產(chǎn)量10000件，設(shè)其備品率為10％，機(jī)械加工廢品率為1％，現(xiàn)制訂該軸承座零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程。
件/年
軸承座零件年產(chǎn)量為11100件/年，現(xiàn)知該產(chǎn)品屬于輕型機(jī)械，據(jù)文獻(xiàn)［1］（以后簡(jiǎn)稱［1］）表1.1－2生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系，可確定其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。
2.2 審查圖樣工藝性
本齒輪零件圖樣視圖正確、尺寸完整、公差及技術(shù)要求齊全。零件各表面的加工并不困難。對(duì)于齒形的加工，采用先滾齒再剃齒的加工方式。
2.3 毛壞的選擇
齒輪是一種常見的傳動(dòng)件，要求能承受一定的壓力，具有一定的強(qiáng)度，零件材料為45,輪廓尺寸不大，形狀亦不復(fù)雜，屬于大批生產(chǎn)，故毛坯可采用鍛造成型。
2.4 工藝過程設(shè)計(jì)
2.4.1 定位基準(zhǔn)選擇
粗基準(zhǔn)選擇：為了保證對(duì)合面加工精度和表面完整性，鍛造的外圓為粗基準(zhǔn)。
精基準(zhǔn)選擇：精基準(zhǔn)的選擇主要需要考慮基準(zhǔn)重合問題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，取中心孔為精基準(zhǔn)。
2.4.2 工藝路線確定
表3 齒輪工藝方案一
工序號(hào)
工序內(nèi)容
工序一
鍛造成型
工序二
正火
工序三
粗車外圓及端面
工序四
鉆中心孔至
工序五
粗鏜中心孔，半精鏜中心孔,精鏜中心孔
工序六
插鍵槽
工序七
上芯軸，精車外圓，端面
工序八
鉆
工序九
滾齒，留剃余量0.07～0.10 mm
工序十
插齒，留剃余量0.04～0.06 mm
工序十一
剃齒
工序十二
齒部高頻淬火
工序十三
珩齒
工序十四
檢驗(yàn)清洗
表4 齒輪加工藝方案二
工序號(hào)
工序內(nèi)容
工序一
鍛造成型
工序二
正火
工序三
鉆中心孔，擴(kuò)中心孔，拉中心孔
工序四
插鍵槽
工序五
上芯軸，粗車外圓及端面，精車外圓，端面
工序六
鉆
工序七
滾齒，留剃余量0.07～0.10 mm
工序八
插齒，留剃余量0.04～0.06 mm
工序九
剃齒
工序十
齒部高頻淬火
工序十一
珩齒
工序十二
檢驗(yàn)清洗
工藝方案一與工藝方案二的特點(diǎn)在于工藝方案一是先粗車外圓，再鉆中心孔，而工藝方案二是先鉆中心孔，再粗車外圓。兩相比較，中心孔是精基準(zhǔn)，先粗車外圓再加工中心孔更能保證位置精度,因此方案一更有利于保證加工精度;另外,工藝方案二選擇鉆,擴(kuò),拉mm孔,很難找到加工該種直徑的鉆床設(shè)備,增加加工難度,采用先鉆底孔,再鏜的方法更合適加工.
3 機(jī)械加工余量及毛坯確定
3.1 確定毛坯尺寸
齒輪材料為45，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用金屬模鍛造方法鍛造毛坯。
根據(jù)上述原始資料，確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸、及毛坯尺寸如下：
（1）外圓加工
查［1］表2.2～3，單面余量為z=3mm，端面余量z=2mm。
（2）粗鏜，半精鏜,精鏜
查［1］表2.3－10，
粗鏜 2z＝45mm
半精鏜 2z＝2mm
精鏜 2z＝1mm
由上及［1］表2.2－13～2.2－16可知，鑄件毛坯尺寸如下：
零件尺寸
單面余量
毛坯允許偏差
毛坯尺寸
3
90
2
94
3.2 設(shè)計(jì)毛坯圖
圖6 齒輪毛坯圖
3.3 選擇加工設(shè)備與工藝裝備
(1)工序三 粗車外圓及端面，工序工步數(shù)不多，大批生產(chǎn)要求有比較高的生產(chǎn)率，零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，選大型車床即可滿足要求。為提高生產(chǎn)率，選用專用夾具。量具用能用游標(biāo)卡尺。
(2) 工序四 鉆中心孔，本工序加工精度較高，二零件外廓尺寸不大，要求有比較高的生產(chǎn)率，選用手臂鉆床Z3050，夾具用專用夾具。量具用通用游標(biāo)卡尺。
(3) 工序五 粗鏜,半精鏜,精鏜，選T618鏜床。
(3) 工序六 插鍵槽，選用插齒機(jī)。
(4) 工序七 上芯軸，精車外圓，端面，本工序精度要求很高，選用CA6140車床，采用專用夾具。量具用通用游標(biāo)卡尺。
(5) 工序八 鉆，選用大型鉆床，夾具用專用夾具。量具用通用游標(biāo)卡尺。
(6) 工序九 滾齒，留剃余量0.07～0.10 mm，本工序是齒成形，采用滾齒機(jī)。
(7) 工序十 插齒，留剃余量0.04～0.06 mm，選用插齒機(jī)。
5 確定切削用量及基本時(shí)間定額
5.1 工序三 粗車外圓及端面
機(jī)床：CA6140車床。
刀具：YT5
選刀桿尺寸：
確定加工時(shí)間：
車外圓:
確定加工時(shí)間 余量1.5mm， 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，加工切削深度 由表4 ，根據(jù)［3］表1 當(dāng)用YT15硬質(zhì)合金車刀加工45鋼時(shí)： ;
切削修正系數(shù)：
故
由機(jī)床
走刀次數(shù)2
總時(shí)間 min
車端面
確定加工時(shí)間 余量為2mm， 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，加工切削深度 由表4 ，根據(jù)［3］表1 當(dāng)用YT15硬質(zhì)合金車車刀加工45鋼時(shí)： ;
切削修正系數(shù)：
故
由機(jī)床
總時(shí)間
5.2 鉆中心孔至
1.加工條件
工件材料：HT200。
加工要求：鉆孔Φ50。
機(jī)床：Z3050型立式鉆床。
刀具材料：高速鋼麻花鉆頭,
2.計(jì)算切削用量
由［2］表2.8，確定
r/mim
由機(jī)床參數(shù)［1］表4.2－15，取
故實(shí)際切削速度
切削工時(shí)，由作圖法
則底孔Φ50
5.3粗鏜,半精鏜,精鏜
1.加工條件
工件材料：45。
加工要求：粗鏜孔98，半精鏜孔98，精鏜孔98。
機(jī)床：T618。
刀具材料：高速鋼浮動(dòng)鏜刀，。
2.計(jì)算切削用量
由[1]表2.3-10，確定單邊余量分別為，，
粗鏜走十次,半精鏜,精鏜各走一次，則，，
進(jìn)給量 由[2]表2.15
由[1]表4.2——26機(jī)床性能參數(shù)，（r/mim）
切削工時(shí)，
粗鏜： min
半精鏜： min
精鏜： min
則總的機(jī)動(dòng)工時(shí)為：min
5.4 插鍵槽
1.加工條件
工件材料：45。
加工要求：插28鍵槽。
機(jī)床：Y58。
2.計(jì)算切削用量
確定單邊余量分別為
由機(jī)床手冊(cè)，則取
每分鐘往復(fù)數(shù):由機(jī)床手冊(cè),選每分鐘往復(fù)數(shù)45
切削工時(shí):
min
5.5 上芯軸，精車外圓，端面
機(jī)床：CA6140車床。
刀具：YT5
選刀桿尺寸：
確定加工時(shí)間：
車外圓:
確定加工時(shí)間 余量1mm， 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，加工切削深度 由表4 ，根據(jù)［3］表1 當(dāng)用YT15硬質(zhì)合金車刀加工45鋼時(shí)： ;
切削修正系數(shù)：
故
由機(jī)床
走刀次數(shù)2
總時(shí)間 min
車端面
確定加工時(shí)間 余量為0.5mm， 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，加工切削深度 由表4 ，根據(jù)［3］表1 當(dāng)用YT15硬質(zhì)合金車車刀加工45鋼時(shí)： ;
切削修正系數(shù)：
故
由機(jī)床
總時(shí)間
5.6 鉆
1.加工條件
工件材料：HT200。
加工要求：鉆孔Φ22.8。
機(jī)床：Z3050型立式鉆床。
刀具材料：高速鋼麻花鉆頭,
2.計(jì)算切削用量
由［2］表2.8，確定
r/mim
由機(jī)床參數(shù)［1］表4.2－15，取
故實(shí)際切削速度
切削工時(shí)，由作圖法
總時(shí)間
6 夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
經(jīng)過考慮，決定設(shè)計(jì)工序四——鉆中心孔至50的夾具，對(duì)孔50進(jìn)行加工， 保證其位置精度與形狀精度.
6.1定位基準(zhǔn)選擇
本工序是粗加工,對(duì)孔加工形狀精度不大,只要保證孔的位置精度,為后續(xù)鏜加工做好準(zhǔn)備，以加工過的外圓的主基準(zhǔn)，以粗加工過的端面為輔助基準(zhǔn)，限制五個(gè)自由度。
夾緊裝置采用螺旋夾緊。
6.3 夾緊裝置設(shè)計(jì)及切削力計(jì)算
6.3.1夾緊力確定原則
夾緊力大小對(duì)于確定夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，保證夾緊可靠性等有很大影響。夾緊力過大易引起工件變形，影響加工精度。夾緊力過小則工件夾不緊，在加工過程中容易發(fā)生工件位移，從而破壞工件定位，也影響加工精度，甚至造成安全事故。由此可見夾緊力大小必須適當(dāng)。
計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成一個(gè)剛性系統(tǒng)，然后根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大工件還應(yīng)考慮重力，運(yùn)動(dòng)的工件還需考慮慣性）后處于靜力平衡條件，求出理論夾緊力，為了安全起見再乘以安全系數(shù)K。
式中W`——計(jì)算出的理論夾緊力；
W——實(shí)際夾緊力；
K——安全系數(shù)，通常k=1.5~3.當(dāng)用于粗加工時(shí)，k=2.5~3,用于精加工時(shí)k=1.5~2.
這里應(yīng)注意三個(gè)問題：
1）切削力在加工過程中往往方向、大小在變化，在計(jì)算機(jī)中應(yīng)按最不利的加工條件下求得的切削力或切削合力計(jì)算。如圖2-1所示切削方向進(jìn)行靜力平衡，求出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)即為實(shí)際夾緊力，圖中W為夾緊力，N1、N1`…為鏜孔各方向鏜削力，可按切削原理中求切削力。而N1切削力將使夾緊力變大，在列靜平衡方程式時(shí)，我們應(yīng)按不利的加工條件下，即N1時(shí)求夾緊力。既
2）在分析受力時(shí)，往往可以列出不同的工件靜平衡方程式。這時(shí)應(yīng)選產(chǎn)生夾緊力最大的一個(gè)方程，然后求出所需的夾緊力。如圖所示垂直方向平衡式為 W=1.5KN;水平方向可以列出：,f 為工件與定位件間的摩擦系數(shù)，一般0.15,即W=10KN；對(duì)o點(diǎn)取矩可得下式
比較上面三種情況，選最大值，既W=10KN。
3）上述僅是粗略計(jì)算的應(yīng)用注意點(diǎn)，可作大致參考。由于實(shí)際加工中切削力是一個(gè)變值，受工件材料性質(zhì)的不均勻、加工余量的變動(dòng)、刀具的鈍化等因素影響，計(jì)算切削力大小的公式也與實(shí)際不可能完全一致，故夾緊力不可能通過這種計(jì)算而得到結(jié)果。生產(chǎn)中也有根據(jù)一定生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而用類比法估算夾緊力的，如果是一些關(guān)鍵性的重要夾具，則往往還需要通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定所需夾緊力。
6.3.2 夾緊力計(jì)算
切削刀具：硬質(zhì)合金車刀，則
主切削力
式中： ＝2mm，＝55.6m/min，f＝0.5mm/r，
查表22-1
計(jì)算結(jié)果 = 1752.74N
徑向切削力
式中： ＝2mm，＝55.6m/min，f＝0.5mm/r，
查表22-1
計(jì)算結(jié)果 = 598.03N
走刀力
式中： ＝2mm，＝55.6m/min，f＝0.5mm/r，
查表22-1
計(jì)算結(jié)果 = 1073.55N
選用螺釘壓緊，實(shí)際加緊力N應(yīng)為
式中，和是夾具定位面及加緊面上的摩擦系數(shù)，＝＝0.5。
用螺母擰緊，由《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-2-23得螺母擰緊力
此時(shí)已大于所需的夾緊力，故本夾具可安全工作。
6.4 定位誤差分析
當(dāng)采用V形塊定位加工工件時(shí)，由于工件定位基面和定位元件的工作表面均有制造誤差使定位基準(zhǔn)位置變化，即定位基準(zhǔn)的最大變動(dòng)量，故由此引起的誤差稱基準(zhǔn)位置誤差，
圖7 用V型塊定位加工時(shí)的定位誤差
當(dāng)定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，就產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。基準(zhǔn)不重合誤差即工序基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)理想位置的最大變動(dòng)量。
定位誤差主要由尺寸位置誤差和基準(zhǔn)不重合誤差組成。
直接從概念出發(fā)，通常分析工序基準(zhǔn)的兩個(gè)極端情況，然后根據(jù)相關(guān)公式和公差確定具體變動(dòng)量。情況1，使工序基準(zhǔn)盡可能地“高”得加工尺寸；情況2，使工序基準(zhǔn)盡可能的“低”得加工尺寸。且該工序東位誤差
（3）
更為簡(jiǎn)單的情況 兩個(gè)極端情況:情況1，使工序基準(zhǔn)A獲得最高點(diǎn)；情況2，時(shí)A獲得最低點(diǎn)；兩者之差即為該工序的定位誤差：
6.5 夾具簡(jiǎn)要操作說明
如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率避免干涉。應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，降低成本。
由于本夾具沒有使用擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，螺釘夾緊時(shí)可再配有一活動(dòng)長(zhǎng)手柄，零件的裝夾要用手柄旋擰夾緊螺釘，因此，在加工零件時(shí)，要適當(dāng)注意提高點(diǎn)壓力；另外，由于本夾具配合面，連接孔較多，因此，夾具的零件對(duì)精度比較高，操作時(shí)要注意夾具各螺紋是否擰緊；還有就是夾具操作時(shí)，要防止定位零件有過大的磨損，若有較大磨損，要注意及時(shí)更換，以保證零件加工精度。
圖8 鉆孔夾具
致謝
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