泵桿工藝及專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙）
泵桿工藝及專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙）,工藝,專(zhuān)用,夾具,設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙
夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國(guó)研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過(guò)最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)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(zhǔn)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(xué)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(biāo)優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對(duì)工件定位精度的影響通過(guò)3-2-1式銑夾具的例子進(jìn)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(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過(guò)度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會(huì)影響它的位置精度，并反過(guò)來(lái)影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來(lái)減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)滿(mǎn)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(bào)道[參考文獻(xiàn)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(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒(méi)有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過(guò)對(duì)剛性模型[9-11]對(duì)夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)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(wèn)題是制定一個(gè)線(xiàn)性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的法線(xiàn)接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線(xiàn)接觸力相對(duì)較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過(guò)6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過(guò)假設(shè)已知摩擦力的方向來(lái)推導(dǎo)計(jì)算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無(wú)法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過(guò)計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來(lái)克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)受夾具點(diǎn)的局部彈性變形的強(qiáng)烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗(yàn)的接觸力變形的關(guān)系（稱(chēng)為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)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(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過(guò)工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對(duì)報(bào)告做了改善，然而，他們沒(méi)有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒(méi)有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點(diǎn)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(duì)工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒(méi)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(zhǔn)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(guò)系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)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(gè)問(wèn)題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題提出和解決。通過(guò)兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對(duì)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(xiàn)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(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過(guò)程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對(duì)液壓或氣動(dòng)夾具使用。在實(shí)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(jiàn)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(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線(xiàn)和法線(xiàn)方向的接觸剛度
第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè)
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個(gè)
接觸處的坐標(biāo)系
（j=x，y，z）是對(duì)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(xiàn)力接觸。
1．2 工件——夾具的接觸剛度模型
集中遵守一個(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線(xiàn)性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線(xiàn)力呈非線(xiàn)性變化 [23]。由于法線(xiàn)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(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題， 是法線(xiàn)的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁(yè)]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(xiàn)方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁(yè)]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個(gè)合理的接觸剛度的線(xiàn)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(xiàn)性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線(xiàn)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(rèn)定是0.94。
2．夾緊力優(yōu)化
我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過(guò)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(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過(guò)制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題的問(wèn)題，如下描述。
2.1 目標(biāo)函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)輪換往往是相當(dāng)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(gè)正交組件（見(jiàn)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(jì)算如下：
（6）
其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
但是作用在工件的夾緊力會(huì)影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)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(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個(gè)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(xiàn)的，接觸的摩擦力相對(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過(guò)（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(jì)算得出（見(jiàn)圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫(xiě)成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過(guò)盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫(xiě)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(guò)使用最低總能量互補(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問(wèn)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(duì)接觸問(wèn)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(guò)夾緊力的隨時(shí)調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ)，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫(kù)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(gè)非線(xiàn)性約束和線(xiàn)性化版本可以使用，并且[19]有：
（11）
假設(shè)準(zhǔn)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(xiàn)和切線(xiàn)方向的力和力矩的機(jī)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(xiàn)的接觸力只能被壓縮。這通過(guò)以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線(xiàn)力是確定的，此外，在一個(gè)法線(xiàn)的接觸壓力不能超過(guò)壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫(xiě)為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個(gè)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(xiě)成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)約束對(duì)。該補(bǔ)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(duì)為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到一個(gè)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(gè)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(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)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(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問(wèn)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(guò)計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問(wèn)題可改寫(xiě)為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類(lèi)似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來(lái)確定最低的上的約束, 通過(guò)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(cè)精度和，有參考文獻(xiàn)[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(guò)程中的夾緊力的優(yōu)化及測(cè)定
上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負(fù)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(diǎn)的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負(fù)荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿(mǎn)意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來(lái)解決下面將被討論的問(wèn)題，考慮一個(gè)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(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)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(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有：
雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)在工件加工的同一時(shí)刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進(jìn)給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負(fù)載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)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(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)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(guò)在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見(jiàn)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(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)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(qǐng)注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)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(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)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(gè)工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準(zhǔn)靜態(tài)加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運(yùn)動(dòng)的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對(duì)于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來(lái)表達(dá)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(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)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(xiě)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(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)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(méi)有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)外加工負(fù)荷，故在法線(xiàn)方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變，因此，必須對(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為：
（25）
其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)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(dòng)，q可通過(guò)求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見(jiàn)圖6），
現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來(lái)確定最佳夾緊力及其對(duì)兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點(diǎn)力。
2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)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(biāo)系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來(lái)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(duì)系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開(kāi)發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對(duì)加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級(jí)夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)25.4毫米銑槽使用EMSIM進(jìn)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(shí)（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體，
（見(jiàn)圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過(guò)程模擬例如2。
表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過(guò)的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)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(duì)于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見(jiàn)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(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過(guò)減少工件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得。由于夾緊力和負(fù)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(diǎn)減少錯(cuò)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?yàn)閺淖畛跬ㄟ^(guò)互補(bǔ)勢(shì)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(gè)序列應(yīng)用于銑削負(fù)載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個(gè)序列。最佳的夾緊力，，對(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個(gè)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(gè)夾緊點(diǎn)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(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個(gè)完整的刀具路徑改進(jìn)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(duì)于初始夾緊力的強(qiáng)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(zhǔn)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(xué)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(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題，使用-約束的方法解決。該算法通過(guò)兩個(gè)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(dòng)態(tài)負(fù)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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機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱(chēng)
泵桿
零件名稱(chēng)
泵桿
共1頁(yè)
第1 頁(yè)
車(chē)間
工段
工序號(hào)
材料牌號(hào)
機(jī)加工
二
120
40Cr
毛坯種類(lèi)
毛坯外形
每毛坯制件
每臺(tái)件數(shù)
鍛造
1
1
設(shè)備名稱(chēng)
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備牌號(hào)
同時(shí)加工件
鉆床
Z525
1
夾具編號(hào)
夾具名稱(chēng)
切削液
專(zhuān)用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱(chēng)
工序工時(shí)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速/
r/min
切削速度/
m/min
進(jìn)給量
mm/r
切削深度
mm
進(jìn)給次數(shù)
公步工時(shí)
機(jī)動(dòng)
輔助
1
鉆2-φ5孔
麻花鉆，游標(biāo)卡尺，專(zhuān)用夾具
200
0.32
0.8
0.1
1
0.17
機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片
產(chǎn)品代號(hào)
零件圖號(hào)
零件名稱(chēng)
01
變變泵桿
材料
40Cr
供應(yīng)狀態(tài)
毛坯種類(lèi)
毛坯重量(kg)
每一毛坯可制零件數(shù)
零件重量(kg)
成批中量
鍛造
1
部門(mén)
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
設(shè)備
主要工藝裝備名稱(chēng)及規(guī)格
名稱(chēng)
型號(hào)
夾具
刀具
量具
輔具
10
鍛造毛坯
20
時(shí)效去應(yīng)力
30
車(chē)右端面及外圓φ27mm
車(chē)床
CA6140
專(zhuān)用夾具
YT1590°右偏刀、頂尖，雞心夾，游標(biāo)卡尺
游標(biāo)卡尺
40
粗車(chē)外圓φ41mm及臺(tái)階
車(chē)床
CA6140
專(zhuān)用夾具
YT1590°右偏刀、頂尖，雞心夾，游標(biāo)卡尺
游標(biāo)卡尺
50
粗車(chē)外圓φ53mm及臺(tái)階
車(chē)床
CA6140
專(zhuān)用夾具
YT1590°右偏刀、頂尖，雞心夾，游標(biāo)卡尺
游標(biāo)卡尺
60
掉頭車(chē)左端面及外圓φ65mm
（長(zhǎng)度達(dá)110mm）
車(chē)床
CA6140
專(zhuān)用夾具
YT15 45°右偏刀
游標(biāo)卡尺
70
調(diào)質(zhì)處理
80
修磨中心孔(工藝孔)
磨床
M2110A
專(zhuān)用夾具
磨頭
90
精車(chē)φ53、φ41、φ27及倒角
車(chē)床
CA6140
專(zhuān)用夾具
YT1590°右偏刀、頂尖，雞心夾，游標(biāo)卡尺
游標(biāo)卡尺
100
掉頭，精車(chē)φ65及倒角
車(chē)床
CA6140
專(zhuān)用夾具
YT1590°右偏刀、頂尖，雞心夾，游標(biāo)卡尺
游標(biāo)卡尺
110
鉆φ7孔、鉆φ22孔
鉆床
Z525
專(zhuān)用夾具
鉆頭，專(zhuān)用夾具
游標(biāo)卡尺
120
鉆2-φ5孔
鉆床
Z525
專(zhuān)用夾具
鉆頭，專(zhuān)用夾具
游標(biāo)卡尺
130
鉆3-φ3.5孔、鉆3-φ6孔
鉆床
Z525
專(zhuān)用夾具
鉆頭，專(zhuān)用夾具
游標(biāo)卡尺
140
車(chē)φ38孔、φ32孔以及15度斜坡
車(chē)床
CA6140
專(zhuān)用夾具
鏜刀
游標(biāo)卡尺
150
銑長(zhǎng)度為58mm的槽
銑床
X52K
專(zhuān)用夾具
立銑刀
游標(biāo)卡尺
160
去毛刺
170
清洗
180
檢驗(yàn)
190
油封、入庫(kù)
設(shè)計(jì)
共2頁(yè)
校核
第2頁(yè)
標(biāo)記
處數(shù)
文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
文件號(hào)
簽字
日期
課程設(shè)計(jì)
課 題：
泵桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
專(zhuān) 題：
專(zhuān) 業(yè)：
學(xué) 生 姓 名：
班 級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
指 導(dǎo) 教 師：
完 成 時(shí) 間：
摘 要
本設(shè)計(jì)是基于泵桿零件的加工工藝規(guī)程及一些工序的專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)。泵桿零件的主要加工表面是外圓及孔系。一般來(lái)說(shuō)，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，本設(shè)計(jì)遵循先面后槽的原則。并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出頂平面，在后續(xù)工序中除個(gè)別工序外均用頂平面和工藝孔定位加工其他孔系與平面。夾具選用專(zhuān)用夾具，夾緊方式多選用手動(dòng)夾緊，夾緊可靠，機(jī)構(gòu)可以不必自鎖。因此生產(chǎn)效率較高。適用于大批量、流水線(xiàn)上加工。能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：泵桿類(lèi)零件；工藝；夾具；
ABSTRACT
The design is based on the body parts of the processing order of the processes and some special fixture design. Body parts of the main plane of the surface and pore system. In general, the plane guarantee processing precision than that of holes machining precision easy. Therefore, this design follows the surface after the first hole principle. Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of holes to ensure machining accuracy. Datum selection box input shaft and the output shaft of the supporting hole as a rough benchmark, with top with two holes as a precision technology reference. Main processes arrangements to support holes for positioning and processing the top plane, and then the top plane and the supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes individual processes are made of the top plane and technological hole location hole and plane processing. Supported hole processing using the method of coordinate boring. The whole process of processing machine combinations were selected. Selection of special fixture fixture, clamping means more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, institutions can not be locked, so the production efficiency is high, suitable for large batch, line processing, can meet the design requirements.
Key words: Angle gear seat parts; fixture;
III
目 錄
摘 要 II
ABSTRACT III
第1章 加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 1
1.1 零件的分析 1
1.1.1 零件的作用 1
1.1.2 零件的工藝分析 1
1.2 泵桿加工的主要問(wèn)題和工藝過(guò)程設(shè)計(jì)所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 2
1.2.1 孔和平面的加工順序 2
1.2.2加工方案選擇 2
1.3 泵桿加工定位基準(zhǔn)的選擇 3
1.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇 3
1.3.2 精基準(zhǔn)的選擇 3
1.4 泵桿加工主要工序安排 3
1.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6
1.6選擇加工設(shè)備及刀、量具 7
1.7確定切削用量及基本工時(shí)（機(jī)動(dòng)時(shí)間） 7
第2章 泵桿鉆孔夾具設(shè)計(jì) 20
2.1設(shè)計(jì)要求 20
2.2夾具設(shè)計(jì) 20
2.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 20
2.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算 20
2.3定位誤差的分析 23
2.4夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 24
結(jié) 論 26
參考文獻(xiàn) 27
致 謝 29
IV
第1章 加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
1.1 零件的分析
1.1.1 零件的作用
題目給出的零件是泵桿。泵桿的主要作用是傳動(dòng)連接作用，保證各軸各擋軸能正常運(yùn)行，并保證部件與其他部分正確安裝。因此泵桿零件的加工質(zhì)量，不但直接影響的裝配精度和運(yùn)動(dòng)精度，而且還會(huì)影響工作精度、使用性能和壽命。
圖1 泵桿
1.1.2 零件的工藝分析
由泵桿零件圖可知。泵桿是一個(gè)軸類(lèi)零件，它的外表面上有2個(gè)平面需要進(jìn)行加工。此外各表面上還需加工一系列螺紋孔。因此可將其分為三組加工表面。它們相互間有一定的位置要求?，F(xiàn)分析如下：
（1）以φ27外圓面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：φ27外圓面的加工；，其中表面粗糙度要求為。
（2）以φ41mm、φ53mm外圓面主要加工面的加工面。這一組加工表面包括φ41mm、φ53mm和臺(tái)階面，加工粗糙度為。
（3）以長(zhǎng)度為58mm的槽為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：長(zhǎng)度為58mm的槽，粗糙度為。
（4）其他各個(gè)孔的加工，3-φ3.5孔、3-φ6孔，φ7孔、φ22孔、2-φ5孔
1.2 泵桿加工的主要問(wèn)題和工藝過(guò)程設(shè)計(jì)所應(yīng)采取的相應(yīng)措施
由以上分析可知。該泵桿零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來(lái)說(shuō)，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(duì)于泵桿來(lái)說(shuō)，加工過(guò)程中的主要問(wèn)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。
由于的生產(chǎn)量很大。怎樣滿(mǎn)足生產(chǎn)率要求也是加工過(guò)程中的主要考慮因素。
1.2.1 孔和平面的加工順序
泵桿類(lèi)零件的加工應(yīng)遵循先面后孔的原則：即先加工泵桿上的基準(zhǔn)平面，以基準(zhǔn)平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。泵桿的加工自然應(yīng)遵循這個(gè)原則。這是因?yàn)槠矫娴拿娣e大，用平面定位可以確保定位可靠夾緊牢固，因而容易保證孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去表面的凹凸不平。為提高孔的加工精度創(chuàng)造條件，便于對(duì)刀及調(diào)整，也有利于保護(hù)刀具。
泵桿零件的加工工藝應(yīng)遵循粗精加工分開(kāi)的原則，將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。
1.2.2加工方案選擇
泵桿孔系加工方案，應(yīng)選擇能夠滿(mǎn)足孔系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(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)因素。在滿(mǎn)足精度要求及生產(chǎn)率的條件下，應(yīng)選擇價(jià)格最底的機(jī)床。
根據(jù)泵桿零件圖所示的泵桿的精度要求和生產(chǎn)率要求，當(dāng)前應(yīng)選用在組合機(jī)床上用鏜模法鏜孔較為適宜。
（1）用坐標(biāo)法鏜孔
在現(xiàn)代生產(chǎn)中，不僅要求產(chǎn)品的生產(chǎn)率高，而且要求能夠?qū)崿F(xiàn)大批量、多品種以及產(chǎn)品更新?lián)Q代所需要的時(shí)間短等要求。鏜模法由于鏜模生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不大能適應(yīng)這種要求，而坐標(biāo)法鏜孔卻能適應(yīng)這種要求。此外，在采用鏜模法鏜孔時(shí)，鏜模板的加工也需要采用坐標(biāo)法鏜孔。
用坐標(biāo)法鏜孔，需要將泵桿孔系尺寸及公差換算成直角坐標(biāo)系中的尺寸及公差，然后選用能夠在直角坐標(biāo)系中作精密運(yùn)動(dòng)的機(jī)床進(jìn)行鏜孔。
在大批量生產(chǎn)中，泵桿孔系加工一般都在組合鏜床上采用鏜模法進(jìn)行加工。鏜模夾具是按照工件孔系的加工要求設(shè)計(jì)制造的。當(dāng)鏜刀桿通過(guò)鏜套的引導(dǎo)進(jìn)行鏜孔時(shí)，鏜模的精度就直接保證了關(guān)鍵孔系的精度。
采用鏜?？梢源蟠蟮靥岣吖に囅到y(tǒng)的剛度和抗振性。因此，可以用幾把刀同時(shí)加工。所以生產(chǎn)效率很高。但鏜模結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大、成本較高，且由于鏜模的制造和裝配誤差、鏜模在機(jī)床上的安裝誤差、鏜桿和鏜套的磨損等原因。用鏜模加工孔系所能獲得的加工精度也受到一定限制。
1.3 泵桿加工定位基準(zhǔn)的選擇
1.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足以下要求：
（1）保證各重要支承孔的加工余量均勻；
（2）保證裝入泵桿的零件與箱壁有一定的間隙。
為了滿(mǎn)足上述要求，應(yīng)選擇的主要支承孔作為主要基準(zhǔn)。即以泵桿的輸入軸和輸出軸的支承孔作為粗基準(zhǔn)。也就是以前后端面上距頂平面最近的孔作為主要基準(zhǔn)以限制工件的四個(gè)自由度，再以另一個(gè)主要支承孔定位限制第五個(gè)自由度。由于是以孔作為粗基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)面。因此，以后再用精基準(zhǔn)定位加工主要支承孔時(shí)，孔加工余量一定是均勻的。由于孔的位置與箱壁的位置是同一型芯鑄出的。因此，孔的余量均勻也就間接保證了孔與箱壁的相對(duì)位置。
1.3.2 精基準(zhǔn)的選擇
從保證泵桿孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置 。精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)能保證泵桿在整個(gè)加工過(guò)程中基本上都能用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。從泵桿零件圖分析可知，它的頂平面與各主要支承孔平行而且占有的面積較大，適于作精基準(zhǔn)使用。但用一個(gè)平面定位僅僅能限制工件的三個(gè)自由度，如果使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿(mǎn)足整個(gè)加工過(guò)程中基本上都采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位的要求。至于前后端面，雖然它是泵桿的裝配基準(zhǔn)，但因?yàn)樗c泵桿的主要支承孔系垂直。如果用來(lái)作精基準(zhǔn)加工孔系，在定位、夾緊以及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面都有一定的困難，所以不予采用。
1.4 泵桿加工主要工序安排
對(duì)于大批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準(zhǔn)。泵桿加工的第一個(gè)工序也就是加工統(tǒng)一的基準(zhǔn)。具體安排是先以孔定位粗、精加工頂平面。第二個(gè)工序是加工定位用的兩個(gè)工藝孔。由于頂平面加工完成后一直到泵桿加工完成為止，除了個(gè)別工序外，都要用作定位基準(zhǔn)。因此，結(jié)合面上的螺孔也應(yīng)在加工兩工藝孔的工序中同時(shí)加工出來(lái)。
后續(xù)工序安排應(yīng)當(dāng)遵循粗精分開(kāi)和先面后孔的原則。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺紋底孔在多軸組合鉆床上鉆出，因切削力較大，也應(yīng)該在粗加工階段完成。對(duì)于泵桿，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原則亦應(yīng)先精加工平面再加工孔系，但在實(shí)際生產(chǎn)中這樣安排不易于保證孔和端面相互垂直。因此，實(shí)際采用的工藝方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可脹心軸定位來(lái)加工端面，這樣容易保證零件圖紙上規(guī)定的端面全跳動(dòng)公差要求。各螺紋孔的攻絲，由于切削力較小，可以安排在粗、精加工階段中分散進(jìn)行。
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%蘇打及0.25%—0.5%亞硝酸鈉溶液中進(jìn)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。
根據(jù)以上分析過(guò)程，現(xiàn)將泵桿加工工藝路線(xiàn)確定如下：
工藝路線(xiàn)一：
10 鍛造毛坯
20 時(shí)效去應(yīng)力
30 車(chē)右端面及外圓φ27mm
40 粗車(chē)外圓φ41mm及臺(tái)階
50 粗車(chē)外圓φ53mm及臺(tái)階
60 掉頭車(chē)左端面及外圓φ65mm（長(zhǎng)度達(dá)110mm）
70 調(diào)質(zhì)處理
80 修磨中心孔(工藝孔)
90 精車(chē)φ53、φ41、φ27及倒角
100 掉頭，精車(chē)φ65及倒角
110 鉆φ7孔、鉆φ22孔
120 鉆2-φ5孔
130 鉆3-φ3.5孔、鉆3-φ6孔
140 車(chē)φ38孔、φ32孔以及15度斜坡
150 銑長(zhǎng)度為58mm的槽
160 去毛刺
170 清洗
180 檢驗(yàn)
190 油封、入庫(kù)
工藝路線(xiàn)二：
10 鍛造毛坯
20 時(shí)效去應(yīng)力
30 車(chē)右端面及外圓φ27mm
40 粗車(chē)外圓φ41mm及臺(tái)階
50 粗車(chē)外圓φ53mm及臺(tái)階
60 掉頭車(chē)左端面及外圓φ65mm（長(zhǎng)度達(dá)110mm）
70 調(diào)質(zhì)處理
80 修磨中心孔(工藝孔)
90 精車(chē)φ53、φ41、φ27及倒角
100 掉頭，精車(chē)φ65及倒角
110 銑長(zhǎng)度為58mm的槽
120 鉆φ7孔、鉆φ22孔
130 鉆2-φ5孔
140 鉆3-φ3.5孔、鉆3-φ6孔
150 車(chē)φ38孔、φ32孔以及15度斜坡
160 去毛刺
170 清洗
180 檢驗(yàn)
190 油封、入庫(kù)
以上加工方案大致看來(lái)合理，但通過(guò)仔細(xì)考慮，零件的技術(shù)要求及可能采取的加工手段之后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)仍有問(wèn)題，
采用互為基準(zhǔn)的原則，先加工上、下兩平面，然后以下、下平面為精基準(zhǔn)再加工兩平面上的各孔，這樣便保證了，上、下兩平面的平行度要求同時(shí)為加兩平面上各孔保證了垂直度要求。
從提高效率和保證精度這兩個(gè)前提下，發(fā)現(xiàn)該方案一比較合理。
綜合選擇方案一：
10 鍛造毛坯
20 時(shí)效去應(yīng)力
30 車(chē)右端面及外圓φ27mm
40 粗車(chē)外圓φ41mm及臺(tái)階
50 粗車(chē)外圓φ53mm及臺(tái)階
60 掉頭車(chē)左端面及外圓φ65mm（長(zhǎng)度達(dá)110mm）
70 調(diào)質(zhì)處理
80 修磨中心孔(工藝孔)
90 精車(chē)φ53、φ41、φ27及倒角
100 掉頭，精車(chē)φ65及倒角
110 鉆φ7孔、鉆φ22孔
120 鉆2-φ5孔
130 鉆3-φ3.5孔、鉆3-φ6孔
140 車(chē)φ38孔、φ32孔以及15度斜坡
150 銑長(zhǎng)度為58mm的槽
160 去毛刺
170 清洗
180 檢驗(yàn)
190 油封、入庫(kù)
1.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
(1)毛坯種類(lèi)的選擇
零件機(jī)械加工的工序數(shù)量、材料消耗和勞動(dòng)量等在很大程度上與毛坯的選擇有關(guān)，因此，正確選擇毛坯具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。根據(jù)該零件的材料為40Cr、生產(chǎn)類(lèi)型為批量生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)形狀很復(fù)雜、尺寸大小中等大小、技術(shù)要求不高等因素，在此毛坯選擇鍛造成型。
(2)確定毛坯的加工余量
根據(jù)毛坯制造方法采用的鍛造造型，查取《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-5，“泵桿”零件材料采用灰鑄鐵制造。材料為40Cr，硬度HB為170—241，生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn)，采用鍛造毛坯。
（1）結(jié)合面的加工余量。
根據(jù)工序要求，結(jié)合面加工分粗、精銑加工。各工步余量如下：
粗銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)第1卷》表3.2.23。其余量值規(guī)定為，現(xiàn)取。表3.2.27粗銑平面時(shí)厚度偏差取。
精銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.3.59，其余量值規(guī)定為。
（2）面的加工余量。
根據(jù)工序要求，結(jié)合面加工分粗、精銑加工。各工步余量如下：
粗銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)第1卷》表3.2.23。其余量值規(guī)定為，現(xiàn)取。表3.2.27粗銑平面時(shí)厚度偏差取。
精銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.3.59，其余量值規(guī)定為。
差等級(jí)選用CT7。再查表2.3.9可得鑄件尺寸公差為。
1.6選擇加工設(shè)備及刀、量具
由于生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn)，所以所選設(shè)備宜以通用機(jī)床為主，輔以少量專(zhuān)用機(jī)車(chē)。起生產(chǎn)方式為以通用機(jī)床加專(zhuān)用夾具為主，輔以少量專(zhuān)用機(jī)床加工生產(chǎn)。工件在各機(jī)床上的裝卸及各機(jī)床間的傳遞，由于工件質(zhì)量較大，故需要輔助工具來(lái)完成。
平端面確定工件的總長(zhǎng)度?？蛇x用量具為多用游標(biāo)卡尺（mm）,測(cè)量范圍0～1000mm（參考文獻(xiàn)[2]表6—7）。采用車(chē)床加工，床選用臥式車(chē)床CA6140（參考文獻(xiàn)[2]表4—3），專(zhuān)用夾具。鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲所選刀具見(jiàn)（參考文獻(xiàn)[2]第五篇金屬切削刀具，第2、3節(jié)），采用相匹配的鉆頭，專(zhuān)用夾具及檢具。
鉆中心孔。選用60°中心鉆（參考文獻(xiàn)[4]第6章）。
1.7確定切削用量及基本工時(shí)（機(jī)動(dòng)時(shí)間）
工序30. 車(chē)右端面及外圓φ27mm
已知工件材料： 40Cr，鍛造，有外皮，機(jī)床CA6140普通車(chē)床，工件用卡盤(pán)固定。
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車(chē)刀。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.1，由于CA6140機(jī)床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車(chē)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
②.確定進(jìn)給量
根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時(shí)，
進(jìn)給量=0.5～1.0
按CA6140機(jī)床進(jìn)給量（表4.2—9）在《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：
=0.7
確定的進(jìn)給量尚需滿(mǎn)足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求，故需進(jìn)行校驗(yàn)根據(jù)表1—30，CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。
根據(jù)表1.21，當(dāng)強(qiáng)度在174～207時(shí)，，，=時(shí)，徑向進(jìn)給力：=950。
切削時(shí)的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實(shí)際進(jìn)給力為：
=950=1111.5 （1-2）
由于切削時(shí)進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.9，車(chē)刀后刀面最大磨損量取為，車(chē)刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計(jì)算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.11，當(dāng)硬質(zhì)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(jiàn)表1.28），故：
==63 （1-3）
===120 （1-4）
根據(jù)CA6140車(chē)床說(shuō)明書(shū)選擇
=125
這時(shí)實(shí)際切削速度為：
== （1-5）
⑤.校驗(yàn)機(jī)床功率
切削時(shí)的功率可由表查出，也可按公式進(jìn)行計(jì)算。
由《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.25，=～，，，切削速度時(shí)，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實(shí)際切削時(shí)間的功率為：
=1.7=1.2 （1-6）
根據(jù)表1.30，當(dāng)=時(shí)，機(jī)床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在C620—1機(jī)床上進(jìn)行，最后決定的切削用量為：
=3.75，=，==，=
工序40粗車(chē)外圓φ41mm及臺(tái)階
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車(chē)刀。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.1，由于C6140機(jī)床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車(chē)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(jìn)給量
根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時(shí)，
進(jìn)給量=0.5～1.0
按CA6140機(jī)床進(jìn)給量（表4.2—9）在《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：
=0.7
確定的進(jìn)給量尚需滿(mǎn)足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求，故需進(jìn)行校驗(yàn)根據(jù)表1—30，CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。
根據(jù)表1.21，當(dāng)強(qiáng)度在174～207時(shí)，，，=時(shí)，徑向進(jìn)給力：=950。
切削時(shí)的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實(shí)際進(jìn)給力為：
=950=1111.5 由于切削時(shí)進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.9，車(chē)刀后刀面最大磨損量取為，車(chē)刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計(jì)算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.11，當(dāng)硬質(zhì)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(jiàn)表1.28），故：
==63 （3-12）
===120 （3-13）
根據(jù)CA6140車(chē)床說(shuō)明書(shū)選擇
=125
這時(shí)實(shí)際切削速度為：
== （3-14）
⑤.校驗(yàn)機(jī)床功率
切削時(shí)的功率可由表查出，也可按公式進(jìn)行計(jì)算。
由《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.25，=～，，，切削速度時(shí)，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實(shí)際切削時(shí)間的功率為：
=1.7=1.2
根據(jù)表1.30，當(dāng)=時(shí)，機(jī)床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行，最后決定的切削用量為：
=1.25，=，==，=
⑥.計(jì)算基本工時(shí)
由《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.26，車(chē)削時(shí)的入切量及超切量+=，則=126+=
==
工序50粗車(chē)外圓φ53mm及臺(tái)階
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車(chē)刀。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.1，由于C6140機(jī)床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車(chē)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(jìn)給量
根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時(shí)，
進(jìn)給量=0.5～1.0
按CA6140機(jī)床進(jìn)給量（表4.2—9）在《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：
=0.7
確定的進(jìn)給量尚需滿(mǎn)足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求，故需進(jìn)行校驗(yàn)根據(jù)表1—30，CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。
根據(jù)表1.21，當(dāng)強(qiáng)度在174～207時(shí)，，，=時(shí)，徑向進(jìn)給力：=950。
切削時(shí)的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實(shí)際進(jìn)給力為：
=950=1111.5 由于切削時(shí)進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.9，車(chē)刀后刀面最大磨損量取為，車(chē)刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計(jì)算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.11，當(dāng)硬質(zhì)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(jiàn)表1.28），故：
==63 （3-12）
===120 （3-13）
根據(jù)CA6140車(chē)床說(shuō)明書(shū)選擇
=125
這時(shí)實(shí)際切削速度為：
== （3-14）
⑤.校驗(yàn)機(jī)床功率
切削時(shí)的功率可由表查出，也可按公式進(jìn)行計(jì)算。
由《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.25，=～，，，切削速度時(shí)，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實(shí)際切削時(shí)間的功率為：
=1.7=1.2
根據(jù)表1.30，當(dāng)=時(shí)，機(jī)床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行，最后決定的切削用量為：
=1.25，=，==，=
工序60
掉頭車(chē)左端面及外圓φ65mm
（長(zhǎng)度達(dá)110mm）該工序與工序20的計(jì)算方法完全一樣，在此不一一計(jì)算。
工序70 調(diào)質(zhì)不需計(jì)算切削計(jì)算。
工序80 修磨中心孔
①.選擇砂輪 由《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》4.8中磨料的選擇各表選取:
A46GV69 350
其含義為：砂輪磨料為棕剛玉，粒度為46號(hào)，硬度為中軟1級(jí)，陶瓷結(jié)合劑，6號(hào)組織手型砂輪其尺寸為350（DBd）
②.切削用量的選擇
砂輪速度： n=1500r/min，V=30m/s
軸向進(jìn)給量：f=0.2B=8mm（雙線(xiàn)程）《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表15-67
徑向進(jìn)給量： f=0.02（雙線(xiàn)程）
工件速度 v=100
V==0.3（m/s） N===1.737r/m （3-21）
③.切削工時(shí)
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5-11 k=1.1
表2.5-12
t===（s） （3-22）
磨機(jī)床選擇為M2110A，刀具選擇代號(hào)為MY的圓柱磨頭，根據(jù)《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表13.4-16確定砂輪直接為20，則工件速度=20，縱向進(jìn)給量，工作臺(tái)一次往復(fù)行程磨削深度，根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出所耗工時(shí)為41.5 s。
工序90精車(chē)φ53、φ41、φ27及倒角
已知加工材料為40Cr，鍛造件，有外皮，機(jī)床CA6140普通車(chē)床，工件用卡盤(pán)固定。
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車(chē)刀。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.1，由于CA6140機(jī)床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車(chē)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
= （3-1）
②.確定進(jìn)給量
根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時(shí)，
進(jìn)給量=0.5～1.0
按CA6140機(jī)床進(jìn)給量（表4.2—9）在《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：
=0.7
確定的進(jìn)給量尚需滿(mǎn)足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求，故需進(jìn)行校驗(yàn)根據(jù)表1—30，CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。
根據(jù)表1.21，當(dāng)強(qiáng)度在174～207時(shí)，，，=時(shí)，徑向進(jìn)給力：=950。
切削時(shí)的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實(shí)際進(jìn)給力為：
=950=1111.5 （3-2）
由于切削時(shí)進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.9，車(chē)刀后刀面最大磨損量取為，車(chē)刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計(jì)算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.11，當(dāng)硬質(zhì)合金刀加工硬度200～219的鍛造件，，，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(jiàn)表1.28），故：
==63 （3-3）
===120 （3-4）
根據(jù)CA6140車(chē)床說(shuō)明書(shū)選擇
=125
這時(shí)實(shí)際切削速度為：
== （3-5）
⑤.校驗(yàn)機(jī)床功率
切削時(shí)的功率可由表查出，也可按公式進(jìn)行計(jì)算。
由《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.25，=～，，，切削速度時(shí)，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實(shí)際切削時(shí)間的功率為：
=1.7=1.2 （3-6）
根據(jù)表1.30，當(dāng)=時(shí)，機(jī)床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行，最后決定的切削用量為：
=3.75，=，==，=
⑥.倒角
為了縮短輔助時(shí)間，取倒角時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速與鉆孔相同
換車(chē)刀手動(dòng)進(jìn)給。
⑦. 計(jì)算基本工時(shí)
（3-7）
式中=++，=
由《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.26，車(chē)削時(shí)的入切量及超切量+=，則=+=
==
工序100掉頭，精車(chē)φ65及倒角切削深度ap：ap=1mm
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表查得：進(jìn)給量,查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-82得切削速度，
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表3.1-74取
實(shí)際切削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知深度為3mm，l=3mm
機(jī)動(dòng)時(shí)間==0.052min=3.12s
工序110：鉆φ7孔、鉆φ22孔
機(jī)床：立式鉆床Z525
刀具：根據(jù)參照參考文獻(xiàn)[3]表4.3～9選高速鋼錐柄麻花鉆頭。
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～38，取。
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～41，取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～31，取
所以實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層長(zhǎng)度：
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120：鉆2-φ5孔
機(jī)床：臺(tái)式鉆床Z525
刀具：根據(jù)參照參考文獻(xiàn)[3]表4.3～9，選硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆頭
切削深度：
根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表查得：進(jìn)給量,切削速度。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～31，取。
實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度： 取。
加工基本時(shí)間：
工序130 鉆3-φ3.5孔、鉆3-φ6孔
刀具：根據(jù)參照參考文獻(xiàn)[3]表4.3～54，選擇硬質(zhì)合金錐柄機(jī)用絲錐。
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～58，取。
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～60，取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～31取
實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層長(zhǎng)度：
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：
該工序的加工機(jī)動(dòng)時(shí)間的總和是：
工序150：銑長(zhǎng)度為58mm的槽
工件材料： 40Cr，鍛造。
機(jī)床：X52K立式銑床
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
第2章 泵桿鉆孔夾具設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)要求
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具。本夾具將用于Z525鉆床。成批生產(chǎn)，任務(wù)為設(shè)計(jì)一泵桿鉆孔
2-φ5孔。
本夾具無(wú)嚴(yán)格的技術(shù)要求，因此，應(yīng)主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，精度不是主要考慮的問(wèn)題。
2.2夾具設(shè)計(jì)
2.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對(duì)進(jìn)行加工，準(zhǔn)備采用手動(dòng)夾緊。
由零件圖可知：進(jìn)行加工前，外圓面進(jìn)行了粗、精銑加工，進(jìn)行了粗、精加工。因此，定位、夾緊方案有：
方案Ⅰ：選外圓面平面、和側(cè)面和V型塊定位夾緊方式用操作簡(jiǎn)單，通用性較強(qiáng)的螺旋壓塊來(lái)夾緊。
為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi)，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單易操作。
2.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算
鉆該孔時(shí)選用：鉆床Z525，刀具用高速鋼刀具。
由參考文獻(xiàn)[5]查表可得：
切削力公式：
式中
查表得：
其中：
即：
實(shí)際所需夾緊力：由參考文獻(xiàn)[5]表得：
有：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算有：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5]表 可得：
所以
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)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(shí)際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
夾緊力的確定
夾緊力方向的確定
夾緊力應(yīng)朝向主要的定位基面。
夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。
(1) 夾緊力作用點(diǎn)的選擇
a. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。
b. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位上，這樣可以防止或減少工件變形變形對(duì)加工精度的影響。
c. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面。
(3)夾緊力大小的估算
理論上確定夾緊力的大小，必須知道加工過(guò)程中，工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等，然后利用夾緊力的作用應(yīng)與上述各力的作用平衡而計(jì)算出。但實(shí)際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機(jī)構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。而且，切削力的大小在加工過(guò)程中是變化的，因此，夾緊力的計(jì)算是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，只能進(jìn)行粗略的估算。
估算的方法：一是找出對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力；二是只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響。
估算的步驟：
a.建立理論夾緊力FJ理與主要最大切削力FP的靜平衡方程：FJ理=Ф (FP)。
b.實(shí)際需要的夾緊力FJ需，應(yīng)考慮安全系數(shù)，F(xiàn)J需=KFJ理。
c.校核夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力FJ是否滿(mǎn)足條件：FJ>FJ需。
夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個(gè)過(guò)程緊密聯(lián)系在一起的。定位問(wèn)題已在前面研究過(guò)，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(chǎng)合下，還無(wú)法進(jìn)行加工。只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝置對(duì)工件進(jìn)行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù)。
夾緊裝置的基本任務(wù)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(dòng)和震動(dòng)，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時(shí)工件的定位是在夾緊過(guò)程中實(shí)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(dòng)源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機(jī)構(gòu)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(wù)的部分。他包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件。
考慮到機(jī)床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時(shí)的具體切削量決定采用手動(dòng)夾緊。
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)組成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)來(lái)夾緊工件。是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機(jī)構(gòu)。
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋，實(shí)際上相當(dāng)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(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)夾緊工件的。不過(guò)這里上是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來(lái)夾緊的。
典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：
（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
（2）擴(kuò)力比大；
（3）自瑣性能好；
（4）行程不受限制；
（5）夾緊動(dòng)作慢。
夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動(dòng)裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動(dòng)裝置和夾緊元件合二為一。力源為機(jī)動(dòng)夾緊，通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板。達(dá)到夾緊和定心作用。
工件通過(guò)定位銷(xiāo)的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊。并且移動(dòng)壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動(dòng)壓板，通過(guò)精確的圓弧定位，實(shí)現(xiàn)定心。此套移動(dòng)壓板制作簡(jiǎn)單，便于手動(dòng)調(diào)整。通過(guò)松緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓板的前后移動(dòng)，以達(dá)到壓緊的目的。壓緊的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)工件的定心，使其定位基準(zhǔn)的對(duì)稱(chēng)中心在規(guī)定位置上。
查參考文獻(xiàn)[5]1～2～26可知螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算：螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有：
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得：
螺旋夾緊力：
該夾具采用夾緊機(jī)構(gòu)， 由上述計(jì)算易得：
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
2.3定位誤差的分析
為了滿(mǎn)足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
⑴定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過(guò)
⑷ 夾具相對(duì)刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見(jiàn)，所設(shè)計(jì)的夾具能滿(mǎn)足零件的加工精度要求。
2.4夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此設(shè)計(jì)時(shí)，需要更換零件加工時(shí)速度要求快。本夾具設(shè)計(jì)，用移動(dòng)夾緊的大平面定位三個(gè)自由度，定位兩個(gè)自由度，用定位塊定位最后一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
夾具體是夾具的基礎(chǔ)件，夾具體上所有組成部分都必須最終通過(guò)這一基礎(chǔ)件連接成一個(gè)有機(jī)整體。為了滿(mǎn)足加工要求，夾具體應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，同時(shí)結(jié)構(gòu)工藝性要好。
由于鑄造工藝性好，幾乎不受零件大小、形狀、重量和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制，同時(shí)吸振性良好、抗壓能力好，故此選用鑄造夾具體，材料選取HT200，鑄造成型后時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。
由于工件采用V型塊定位Φ27mm外圓面，這就要求V型塊固定在一個(gè)與水平面成45°的支撐面上。我們可以采用加工一有45°面的支撐塊固定在夾具體上，經(jīng)過(guò)切削加工達(dá)到我們要求的定位尺寸。
結(jié) 論
通過(guò)近一個(gè)月的課程設(shè)計(jì)，使我們充分的掌握了一般的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)鞏固，也從中得到新的啟發(fā)和感受，同時(shí)也提高了自己運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，而且比較系統(tǒng)的理解了液壓設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我本著實(shí)事求是的原則，抱著科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，主要按照課本的步驟，到圖書(shū)館查閱資料，在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)的資料和相關(guān)產(chǎn)品信息。這一次設(shè)計(jì)是大學(xué)四年來(lái)最系統(tǒng)、最完整的一次設(shè)計(jì)，也是最難的一次。在設(shè)計(jì)的時(shí)候不停的計(jì)算、比較、修改，再比較、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期間也遇到不少的困難和挫折，幸好有老師的指導(dǎo)和幫助，才能夠在設(shè)計(jì)中少走了一些彎路，順利的完成了設(shè)計(jì)。
本設(shè)計(jì)研究過(guò)程中仍然存在不足之處，有的問(wèn)題還待于進(jìn)一步深入，具體如下：
（1）缺乏實(shí)際工廠經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一些參數(shù)和元件的選用可能不是非常合理，有一定的浪費(fèi)。
（2）與夾具相關(guān)的刀具和量具的了解還不太清楚。
（3）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不太完善，在與計(jì)算機(jī)配合進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)采集和控制上還有一些不足。
（4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨損度在實(shí)際中尚不明確。
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致 謝
在本文完成之際，首先向我最尊敬的導(dǎo)師老師致以最誠(chéng)摯的敬意和最衷心的感謝。幾個(gè)月以來(lái)，他不遺余力地對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行了指導(dǎo)。在我課程設(shè)計(jì)這段時(shí)間，無(wú)論在學(xué)習(xí)還是在生活上，恩師都給予了我無(wú)微不至的關(guān)懷。他以其淵博的知識(shí)，寬厚的胸懷、無(wú)私的敬業(yè)精神以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和開(kāi)拓進(jìn)取的精神激勵(lì)著我，并言傳身教，身體力行地不斷培養(yǎng)我獨(dú)立思考，深入探索，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使我受益匪淺。老師給與了該設(shè)計(jì)關(guān)鍵性的技術(shù)指導(dǎo)，并指明了研究的方向，雖然平日里工作繁多，但在我做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，特別在說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)和修改上給予了我悉心的指導(dǎo)，特此向老師表示衷心的感謝和敬意!
課程設(shè)計(jì)雖已完成了，但由于知識(shí)水平的局限，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)缺乏，設(shè)計(jì)還存在許多不足，有很多地方需要改進(jìn)。對(duì)于這些不足，我將在以后的工作中利用盡自已所能的去補(bǔ)充和完善，讓自己成為對(duì)社會(huì)作更多的貢獻(xiàn)，成為有用之才。
此外還要感謝那些給予過(guò)我關(guān)心、幫助的老師和同學(xué)，正是有了大家的關(guān)懷、鼓力和我自己的努力，此設(shè)計(jì)才得以順利完成。
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