操縱桿殼鉆6-M8底孔專機(jī)及液壓夾具設(shè)計(jì)[組合機(jī)床]（含全套CAD圖紙）
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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)度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線接觸力相對(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)系切線和法線方向的接觸剛度
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性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線力呈非線性變化 [23]。由于法線力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(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性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線性近似，
（4）
(5)
正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認(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)非線性約束和線性化版本可以使用，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)
其中包括在法線和切線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)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個(gè)法線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)題可改寫為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個(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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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
設(shè)計(jì)（論文）題目：操縱桿殼鉆6－M8底孔專機(jī)及
液壓夾具設(shè)計(jì)
學(xué) 院 名 稱： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)：
班 級(jí)：
姓 名： 學(xué) 號(hào)
指 導(dǎo) 教 師： 職 稱
定稿日期： 年 月 日
摘 要
應(yīng)用組合機(jī)床加工大批量零件，快捷高效，生產(chǎn)效率高是機(jī)械加工的發(fā)展方向。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是“操縱桿殼鉆6－M8底孔專機(jī)及液壓夾具設(shè)計(jì)”。在工藝制定過(guò)程中，通過(guò)批量的進(jìn)行鉆底孔的加工方案，并尋求最佳的工藝方案，借此說(shuō)明了工藝在生產(chǎn)過(guò)程中的重要性。本人的設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：進(jìn)行了機(jī)床總體布局設(shè)計(jì)；對(duì)機(jī)床的進(jìn)給和傳動(dòng)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)；結(jié)合實(shí)例，介紹了夾具設(shè)計(jì)方法；通過(guò)此設(shè)計(jì)，本機(jī)床完全能滿足設(shè)計(jì)要求，與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，本機(jī)床具有自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)率高，精度高等優(yōu)點(diǎn)。?
關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；鉆底孔；夾具設(shè)計(jì)；手動(dòng)
34
Abstract
Application of combined high-volume machining parts, high efficiency, high productivity is the development direction of machining. The topic of this graduation design is a "design machine tools for processing the pump body bottom hole drilling 8-M8 modular machine tool design". Making process in the process, with a mass of bottom hole drilling processing scheme, and to seek the best technology solutions, which illustrates the importance of process in the production process. The main content of my design is: on the overall layout of machine tools; on the machine feed and transmission parts of the design; combined with the example, introduces the fixture design method; with this design, this machine can meet the design requirements, compared with traditional machine, this machine has high automation, high productivity, advantages higher accuracy.
Key Words: modular machine tool; drilling bottom hole; fixture design; manual
目 錄
1 緒論 1
1.1 組合機(jī)床的簡(jiǎn)介 1
1.2本課題國(guó)內(nèi)外研究概況 2
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 4
2.1 組合機(jī)床方案的制定 4
2.1.1 制定工藝方案 4
2.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 4
2.2 確定切削用量及選擇刀具 6
2.2.1 確定工序間余量 6
2.2.2 選擇切削用量 6
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 6
2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 7
2.3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制 7
2.3.1 被加工零件工序圖 7
2.3.2 加工示意圖 8
2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 12
2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 14
2.4 多軸箱的設(shè)計(jì) 17
2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 17
2.4.2 齒輪模數(shù)選擇 18
2.4.3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 18
2.4.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 20
2.4.5 傳動(dòng)零件的校核 20
3 鉆孔夾具設(shè)計(jì) 21
3.1 研究原始質(zhì)料 21
3.2 定位、夾緊方案的選擇 22
3.3切削力及夾緊力的計(jì)算 22
3.4定位誤差的分析 26
3.5定位銷選用 27
3.6 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用 27
3.7夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 29
結(jié)論 31
參考文獻(xiàn) 32
致謝 33
1 緒論
1.1 組合機(jī)床的簡(jiǎn)介
組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，根據(jù)特定的形狀和工件的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)獨(dú)特，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)機(jī)床。
組合機(jī)床一般采用多軸，多刀，多進(jìn)程，多或多級(jí)處理，生產(chǎn)效率幾倍比普通機(jī)床高幾倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于大批量，大批量生產(chǎn)，并可用于組成自動(dòng)生產(chǎn)線。
組合機(jī)床一般用于加工箱體零件或特殊形狀的。工件的加工，一般不旋轉(zhuǎn)，相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具和工件，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔，擴(kuò)孔，鉆孔，擴(kuò)孔，鉆孔，銑削平面，內(nèi)、外螺紋切削加工圓等。夾緊工件的加工頭旋轉(zhuǎn)組合機(jī)床，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可達(dá)到一定的旋轉(zhuǎn)部件（如飛輪，汽車后橋等）的循環(huán)和過(guò)程。
在第二十世紀(jì)70年代，隨著可轉(zhuǎn)位刀具，刀具的發(fā)展密度，孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)刀具補(bǔ)償技術(shù)，提高組合機(jī)床的加工精度。高達(dá)0.08毫米和1000毫米的銑削平面，表面粗糙度可達(dá)2.8 ~ 0.63微米低；鏜孔精度可以達(dá)到IT7 ~ 6，孔距精度可達(dá)o.03 ~ o.02微型計(jì)。專用機(jī)床是隨著汽車產(chǎn)業(yè)的興起發(fā)展。在專用機(jī)床的某些部分重復(fù)使用，并逐漸發(fā)展成一個(gè)通用部件，導(dǎo)致在一個(gè)組合機(jī)床。組合機(jī)床是最早的1911在美國(guó)，為汽車零部件加工。在每臺(tái)機(jī)器的開始，本廠有他們的標(biāo)準(zhǔn)通用部件。為了提高互換性通用不同配件廠，方便了用戶的使用和維修，1983美國(guó)福特汽車公司和通用汽車公司和美國(guó)機(jī)械廠協(xié)商，確定組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，嚴(yán)格的規(guī)定尺寸的組件之間的接觸，但部分結(jié)構(gòu)未指定。組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，基本上有兩種方式：一，目前是根據(jù)處理對(duì)象的特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)的，這是最常見(jiàn)的做法。其次，在組合機(jī)床廣泛用于機(jī)械行業(yè)在我國(guó)，大多數(shù)的工人和技術(shù)人員總結(jié)生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不在其組件共同組合機(jī)，可設(shè)計(jì)成通用的部件，和一些行業(yè)是一個(gè)組合機(jī)床的加工范圍完成極為相似，它是可能的設(shè)計(jì)的，通用機(jī)床，機(jī)床被稱為“專業(yè)的組合機(jī)床”。本機(jī)不根據(jù)具體的處理對(duì)象都需要特殊的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，可設(shè)計(jì)為多功能，組織大批量生產(chǎn)，然后根據(jù)加工零件的具體需要，夾具和簡(jiǎn)單的切割工具，可以由一個(gè)特定的對(duì)象的高效加工設(shè)備。
通用部件按功能可分為動(dòng)力元件，支撐部分，傳輸部分，控制部分和附件五。動(dòng)力裝置是用于組合機(jī)床主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主電源箱，切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。
支撐組件用于安裝動(dòng)力滑臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，一頭或夾具切割，側(cè)基，中間底座，支架，可調(diào)支架，立柱和立柱底座等。
傳動(dòng)部分可用于運(yùn)輸或主軸箱的加工站組成，主要分度回轉(zhuǎn)臺(tái)，環(huán)形分度回轉(zhuǎn)臺(tái)，鼓和往復(fù)工作臺(tái)等。
控制單元用以控制機(jī)床的自動(dòng)循環(huán)組成，液壓站，電氣柜和控制表。附件有潤(rùn)滑裝置，冷卻裝置和排屑裝置等。
為了使組合機(jī)床能被用在小批量生產(chǎn)中，常常需要應(yīng)用成組技術(shù)，集中在一臺(tái)組合機(jī)床類似零件的結(jié)構(gòu)和工藝，以提高機(jī)床的利用率。本機(jī)有兩種常見(jiàn)的，但主軸箱組合機(jī)床和機(jī)床刀架。
組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更加調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，縮短生產(chǎn)周期時(shí)間；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱，夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；柔性制造系統(tǒng)和成。
1.2本課題國(guó)內(nèi)外研究概況
在過(guò)去的20年中，組合機(jī)床自動(dòng)線的技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，在精密加工，自動(dòng)線的生產(chǎn)效率，巨大的進(jìn)步速度，靈活和綜合自動(dòng)化，是組合機(jī)床自動(dòng)線技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了很高的水平。自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，線切割機(jī)，及其他相關(guān)技術(shù)，尤其是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展對(duì)自動(dòng)線的結(jié)構(gòu)變化和靈活性起著決定性的作用。隨著市場(chǎng)需求的變化，靈活的將越來(lái)越成為在設(shè)備選擇的重要因素。因此，組合機(jī)床自動(dòng)線將面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng)，包括高速加工中心的柔性制造系統(tǒng)。
組合機(jī)床是一種專用的高自動(dòng)化的技術(shù)和設(shè)備，目前，它仍然是一個(gè)大量的關(guān)鍵設(shè)備和機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效，高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，因此被廣泛用于汽車，拖拉機(jī)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中，特別是汽車工業(yè)，是組合機(jī)床的最大用戶。如德國(guó)的大眾汽車廠在該發(fā)動(dòng)機(jī)廠在機(jī)械行業(yè)中，大量生產(chǎn)，大量使用的設(shè)備是組合機(jī)床。因此，組合機(jī)床與自動(dòng)化水平的技術(shù)性能，工業(yè)部門的生產(chǎn)效率的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的決定在很大程度上，決定了其產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力在很大程度上。
現(xiàn)代組合機(jī)床和自動(dòng)線作為機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是綜合反映驅(qū)動(dòng)，控制，測(cè)量，監(jiān)測(cè)，工具和機(jī)械組件技術(shù)。在過(guò)去的20年中，這些技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在組合機(jī)床的汽車和內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的主要用戶同樣也有很大的變化，產(chǎn)品生命周期縮短，增加品種和質(zhì)量改進(jìn)。這些因素的發(fā)展，促進(jìn)和刺激組合機(jī)床。
組合機(jī)床是高效專用機(jī)床由大量的通用部件和少量的專用部件組成和工藝。通用機(jī)床和專用機(jī)床的發(fā)展。由于機(jī)械加工的組合是高度集中的，也可完成一個(gè)或幾個(gè)一機(jī)不同的過(guò)程，所以為了適應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)量，要求精度高，克服了通用機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，難以保證精度的缺點(diǎn)，專用設(shè)備通用性差，不適應(yīng)現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，往往更新的要求。因此，組合機(jī)床和自動(dòng)線已被廣泛應(yīng)用于汽車，柴油機(jī)，電機(jī)，儀表、軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)，并顯示出巨大的優(yōu)越性。
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)
2.1 組合機(jī)床方案的制定
2.1.1 制定工藝方案
加工技術(shù)將確定組合機(jī)床的加工質(zhì)量，生產(chǎn)率，夾具的總體布局和結(jié)構(gòu)。因此，在計(jì)劃的過(guò)程中，我們必須要被加工零件的分析，和現(xiàn)場(chǎng)的形狀，尺寸，材料，硬度，剛度的深入了解，表面粗糙度的加工精度，加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，和定位，夾緊方法，過(guò)程，和切割工具，生產(chǎn)力的場(chǎng)景，環(huán)境和條件等。與國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料的收集，制定合理的工藝。
根據(jù)被加工零件（操縱桿殼）的零件圖（圖2.1），加工過(guò)程8螺紋底孔：
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
6個(gè)螺紋孔M8底孔直徑均為Φ6.7mm。
孔的位置度公差為0.08mm。
工件材料為HT200，HB170-241HBS
(2) 工藝分析
加工該孔時(shí)，孔的位置度公差為0.3mm。
根據(jù)組合機(jī)床和精密加工方案的過(guò)程，可以用如下：
一次性加工孔，直徑為Φ6.7mm
(3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇
為保證加工精度，提高生產(chǎn)效率和降低勞動(dòng)量，工件是批量生產(chǎn)，所以在設(shè)計(jì)，手動(dòng)夾緊。
2.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案
(1)被加工零件的加工精度
被加工零件的過(guò)程來(lái)完成組合機(jī)床加工精度應(yīng)保證，是制造機(jī)器的主要依據(jù)。較高的操縱桿殼鉆孔的精度要求，可用于鉆孔組合機(jī)床。為了機(jī)ra1.6um孔的表面粗糙度，改善原機(jī)的制造精度和工件的定位精度和減少夾緊變形的對(duì)策研究。因此，該機(jī)通常采用的尾部安裝的齒輪傳動(dòng)裝置，進(jìn)給使用液壓系統(tǒng)，被加工零件圖如圖2.1所示
圖2.1 操縱桿殼
(2) 被加工零件的特點(diǎn)
這主要是指結(jié)構(gòu)形狀的材料，零件加工工件硬度工件剛度，定位基準(zhǔn)特征，他們有重要影響的機(jī)床工藝方案系統(tǒng)。這個(gè)盒子是HT200材料，硬度HB100，8mm孔直徑。多孔同步處理，部分的剛度是足夠的，振動(dòng)，和工件變形的影響可以忽略不計(jì)的加熱。
在一般情況下，孔的中心線與定位基準(zhǔn)平面平行和由一個(gè)或多個(gè)表面處理身體應(yīng)橫機(jī)，該機(jī)適用于加工定位面水平和加工孔和垂直參考平面，但不適合加工安裝不方便或高細(xì)長(zhǎng)件。一個(gè)單一的加工機(jī)適用于大箱，和中小型零件則多采用多處理機(jī)。
這些組件的加工特點(diǎn)的中心線與定位基準(zhǔn)面是垂直的，和定位基準(zhǔn)水平，工件較小，孔隙分布密集，多軸箱體積較大，選擇鉆床，臥式鉆床。
(3) 零件的生產(chǎn)批量
生產(chǎn)批次的部分是由單工位定，在多工位的一個(gè)重要因素，在自動(dòng)線或組合機(jī)床設(shè)計(jì)的小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。根據(jù)年生產(chǎn)能力的生產(chǎn)程序設(shè)計(jì)的要求，從工件的形狀和輪廓尺寸，以減少處理時(shí)間，采用多軸，以減少機(jī)床數(shù)量，過(guò)程在一臺(tái)機(jī)器上完成，為了提高利用率。
(4) 機(jī)床使用條件
根據(jù)車間布局，組合機(jī)床的使用選擇合適的組合機(jī)床工藝連接，技術(shù)能力和自然條件和要求。
基于上述：操縱桿殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工零件，尺寸精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位，夾緊方法，過(guò)程，和機(jī)床的總體布局和技術(shù)性能等的影響因素，最終決定設(shè)計(jì)四軸頭多工位同步鉆床。
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1 確定工序間余量
為使加工過(guò)程順利進(jìn)行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機(jī)床對(duì)孔加工的工序余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ6.7mm的孔在鉆孔時(shí)，直徑上工序間余量均為0.2mm。
2.2.2 選擇切削用量
技術(shù)含量決定完成機(jī)器的組合，你可以選擇切削參數(shù)。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的設(shè)計(jì)組合，切削參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，30%低于普通機(jī)床的加工單。多軸主軸箱的所有工具都有一個(gè)進(jìn)料系統(tǒng)，通常作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電力幻燈片，工作，每分鐘進(jìn)給量的所有工具的相同，等于每分鐘的動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給（毫米/分鐘）適用于一般的工具。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計(jì)成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn) 進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.1
式中： … ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
——各主軸進(jìn)給量（mm/r）
——?jiǎng)恿_(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
由于操縱桿殼鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=8mm，進(jìn)給量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進(jìn)給量f）確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺(tái)）；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過(guò)查表計(jì)算如下：
切削力： =26…………………………2.2
=26×6.7××
=2378.8N
切削扭矩： =10………………………2.3
=10×××
=9979N·mm
切削功率： =……………………………2.4
=9979×18/(9740×3.8×6.7)
=0.43kw
式中： HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——鉆頭直徑（mm）
f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）
T——切削扭矩(N·mm)
V——切削速度（m/min）
P——切削功率(kw)
2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
在操縱桿殼的布氏硬度HB100，孔徑d高速鋼鉆頭為Φ6.7mm的刀具材料（W18Cr4V），為了使工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工簡(jiǎn)單，Φ6.7mm的麻花鉆的選擇標(biāo)準(zhǔn)。孔加工刀具長(zhǎng)度應(yīng)確保在工具和導(dǎo)套的末端之間的螺旋槽加工結(jié)束30 ~ 80mm范圍，以排出切屑與刀具磨損已調(diào)整了一定量。
2.3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制
總體設(shè)計(jì)方案的圖紙表達(dá)形式——“三圖一卡”設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括：
繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。
2.3.1 被加工零件工序圖
1，通過(guò)處理流程圖的作用及內(nèi)容
零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案加工，稱為組合機(jī)床的工藝內(nèi)容完整，尺寸，加工零件的精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位基準(zhǔn)，加工零件和材料零件的夾具加工圖紙，硬度。它是基于原來(lái)的繪圖，突出本機(jī)床的加工內(nèi)容，再加上畫出必要的說(shuō)明，主要是基于組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，制造，使用，也是重要的技術(shù)文件，檢查和機(jī)床的調(diào)整。操縱桿殼孔組合機(jī)床是加工零件的過(guò)程如圖2.2所示。
地圖的主要內(nèi)容：
（1）被加工零件的形狀，主要尺寸和機(jī)加工零件的尺寸，精度，表面粗糙度，形狀和位置精度等技術(shù)要求，以及工作程序和技術(shù)要求。
（2）定位基準(zhǔn)選擇定位夾緊，夾緊方向的過(guò)程。
（3）加工零件的名稱，數(shù)量，材料，硬度和加工件與津貼。
2，繪制加工零件的工序圖的注意
（1）為了使被加工零件工序圖是明確的，必須通過(guò)處理這臺(tái)機(jī)器的內(nèi)容。繪制時(shí)，要按一定比例，選擇足夠的視圖和剖面看，優(yōu)秀的處理站點(diǎn)（用粗實(shí)線），和零件和機(jī)床的輪廓，重行標(biāo)記的夾具設(shè)計(jì)。如在參考2.2位置，機(jī)械夾緊位置和方向，輔助支持由符號(hào)部規(guī)定（細(xì)實(shí)線）表清楚，所有的程序來(lái)確保尺寸，角度等，應(yīng)使用尺寸的數(shù)值表示。
圖2.2操縱桿殼工序圖
（2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起，為了便于加工和檢驗(yàn)，有時(shí)為選定的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，應(yīng)處理轉(zhuǎn)換位置精度要求。
2.3.2 加工示意圖
1、加工示意圖的作用和內(nèi)容
（2）和定位基準(zhǔn)加工零件的注射位置大小，為了便于加工和檢驗(yàn)，有時(shí)為選定的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，應(yīng)處理網(wǎng)站的轉(zhuǎn)換位置精度要求。
與加工示意含量的作用.
圖式加工是反映在拉深零件加工工藝方案，表示被加工零件在機(jī)床，刀具和工件，夾具，布局之間的相對(duì)位置的刀具，機(jī)床的工作行程和工作周期，是工具，夾具，主軸箱，主要對(duì)功率器件依據(jù)電氣和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是整個(gè)機(jī)床布局原來(lái)的需求，重要文件也是必要的調(diào)整工具。圖2.3是操縱桿殼孔加工示意圖
圖2.3加工示意圖
在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容：
（1）機(jī)床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
（2）工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。
（3）主軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長(zhǎng)度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。
2、繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)算
（1）刀具的選擇
刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。
（2）導(dǎo)向套的選擇
在組合機(jī)床主軸孔加工，除了使用剛性方案，工件的尺寸，位置精度主要取決于夾具指南。所以正確的選擇式導(dǎo)向裝置，合理確定規(guī)模，精度，是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，也是解決必須處理內(nèi)容繪制示意圖。
1）選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑和刀具導(dǎo)向的線速度v=18m/min，選擇固定式導(dǎo)向。
2）導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置
固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表：
表2.1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺
d
d1
D
D1
D2
l
l1
l2
l3
l4
L8
8
8
22
30
34
180
40
8
12
17
46
固定裝置的配合如下表：
表2.2 固定裝置的配合
導(dǎo)向
類別
工藝
方法
D
D
D1
刀具導(dǎo)向
部分外徑
固定
導(dǎo)向
鉆孔
G7（或F8）
H7/g6
H7/n6
g6
固定導(dǎo)向裝置的布置如圖2.4所示
圖2.4 固定導(dǎo)向裝置的布置
（3）初定主軸類型、尺寸、外伸長(zhǎng)度
因?yàn)檩S的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316，
根據(jù)剛性條件計(jì)算主軸的直徑為：
dB……………………………………2.89
式中： d——軸直徑（mm）（24.68）
T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm）
B——系數(shù)
本設(shè)計(jì)中主軸直徑d=28mm,主軸外伸長(zhǎng)度為：L=118mm，D/為40/28。
（4）選擇刀具接桿
由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長(zhǎng)度為一定值，而刀具的長(zhǎng)度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個(gè)可調(diào)節(jié)在組合機(jī)床上是通過(guò)可調(diào)整的刀具接桿來(lái)解決的,連接桿如圖2.8所示，
圖2.8 可調(diào)連接桿
連接桿上的尺寸d與主軸外伸長(zhǎng)度的內(nèi)孔D配合，因此，根據(jù)接桿直徑d選擇刀具接桿參數(shù)如表2.3所示：
表2.3 可調(diào)接桿的尺寸
d
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
28
Tr28×2
莫氏1號(hào)
12.061
36
88
81
42
80
12
（8）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸
從加工結(jié)束主軸箱的端到端的所有鏈接的大小來(lái)確定的表面之間的最小距離，加工示意圖連接尺寸如圖2.3所示。面對(duì)的工件端面最重要的連接尺寸（多軸箱的大小321mm），它等于刀具懸伸長(zhǎng)度，螺母的厚度，主軸伸出長(zhǎng)度和連桿長(zhǎng)度（可調(diào)）和減去加工，孔的深度和切出值。
（6）工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定
如圖2.6工作進(jìn)給長(zhǎng)度應(yīng)等于工件加工部位長(zhǎng)度L與刀具切入長(zhǎng)度和切出長(zhǎng)度之和。切入長(zhǎng)應(yīng)應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在8～10mm之間選擇，誤差大時(shí)取大值，因此取=8mm，切出長(zhǎng)度=1/3d+(3～8)= x8+712mm，所以=8+12+12=32mm.
（7）快進(jìn)長(zhǎng)度的確定
考慮實(shí)際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退至夾具導(dǎo)套內(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為120mm，快退長(zhǎng)度等于快速引進(jìn)與工作工進(jìn)之和，因此快進(jìn)長(zhǎng)度120-48=78mm.
圖2.6 工作進(jìn)給長(zhǎng)度
2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
圖2.7 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容
在一般情況下，組合機(jī)床是由通用部件標(biāo)準(zhǔn)——?jiǎng)恿ο洌瑒?dòng)力滑臺(tái)，柱，柱腳及特殊部件的裝配。聯(lián)系尺寸圖是用來(lái)表示機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件相互組裝
在該系統(tǒng)中，相對(duì)位置和尺寸的機(jī)器部件接觸測(cè)試是否滿足要求，通用部件的選擇是適當(dāng)?shù)?，并?duì)主軸箱設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展提供基礎(chǔ)，夾具等專用部件，零件。聯(lián)系尺寸圖也可以被視為一個(gè)簡(jiǎn)化的設(shè)備布局，它代表了機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型和總體布局。
如圖2.7所示，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖包括機(jī)床的布局，主要接觸尺寸電機(jī)尺寸，規(guī)格，通用組件和電機(jī)的主要參數(shù)的動(dòng)態(tài)組件，工件和各部分之間的特殊部位，外形尺寸。
2、選用動(dòng)力部件
選用動(dòng)力部件主要選擇型號(hào)、規(guī)格合適的動(dòng)力滑臺(tái)、動(dòng)力箱。
（1）滑臺(tái)的選用 通常，根據(jù)滑臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式、所需進(jìn)給力、進(jìn)給速度、最大行程長(zhǎng)度和加工精度等因素來(lái)選用合適的滑臺(tái)。
1）驅(qū)動(dòng)形式的確定 根據(jù)對(duì)液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的性能特點(diǎn)比較，并結(jié)合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺(tái)。
2）確定軸向進(jìn)給力 滑臺(tái)所需的進(jìn)給力
=∑=6×2378.8=988N
式中： ——各主軸加工時(shí)所產(chǎn)生的軸向力
由于滑臺(tái)工作時(shí)，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺(tái)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺(tái)的最大進(jìn)給力應(yīng)大于＝9.88KN。
3）確定進(jìn)給速度 液壓滑臺(tái)的工作進(jìn)給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)液壓滑臺(tái)確定切削用量時(shí)所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺(tái)最小工作進(jìn)給速度的0.8～1倍;液壓進(jìn)給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時(shí)，實(shí)際進(jìn)給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進(jìn)給速度=n·f=18mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺(tái)，工作進(jìn)給速度范圍20～680mm/min，快速速度10m/min。
4）確定滑臺(tái)行程 滑臺(tái)的行程除保證足夠的工作行程外，還應(yīng)留有前備量和后備量。前備量的作用是動(dòng)力部件有一定的向前移動(dòng)的余地，以彌補(bǔ)機(jī)床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)前備量為20mm，后備量的作用是使動(dòng)力部件有一定的向后移動(dòng)的余地，為方便裝卸刀具，這里取80mm,所以滑臺(tái)總行程應(yīng)大于工作行程，前備量，后備量之和。
即：行程L＞120+20+80=220mm，取L＝400mm。綜合上述條件，確定液壓動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)1HY32ⅡA,以及相配套的滑臺(tái)底座（1CC321型）。
（2）由下式確定動(dòng)力箱的選用 動(dòng)力箱主要依據(jù)多軸所需的電動(dòng)機(jī)功率來(lái)選用，在多軸箱沒(méi)有設(shè)計(jì)之前，可算
＝／η……………………………2.6
＝6*0.43／0.8
＝3.228KW
式中：η——多軸箱傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí)η＝0.8～0.9；有色金屬時(shí)η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工HT200，取η＝0.8．
動(dòng)力箱的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大于計(jì)算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M1-6的1TD32I型動(dòng)力箱，動(dòng)力箱輸出軸至箱底面高度為180mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表：
表2.4電機(jī)型號(hào)及參數(shù)
主電機(jī)傳動(dòng)型號(hào)
轉(zhuǎn)速范圍（r/min）
主電機(jī)功率（）
配套主軸部件型號(hào)
電機(jī)轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)速
D80 Y132M1-6
960
470
4
1HY32ⅡA,1CC321,1CD321
3、配套支承部件的選用
立柱底座1CD322。
4、確定裝料高度
裝料高度指工件安裝基面至機(jī)床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí)，裝料高度可視具體情況在H＝880～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為800mm。
8、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺(tái)在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側(cè)底座1CD321。
6、確定多軸箱輪廓尺寸
本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為340mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計(jì)算時(shí)，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=400，H=320
根據(jù)上述計(jì)算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=400×320mm。
2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡
生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過(guò)程、動(dòng)作時(shí)間、切削用量、生產(chǎn)率、負(fù)荷率等技術(shù)文件，通過(guò)生產(chǎn)率計(jì)算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對(duì)生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求。計(jì)算如下：
切削時(shí)間： T切= L/vf+t停……………………………2.7
= 48/74.7＋10/418
=0.628 min
式中： T切——機(jī)加工時(shí)間（min）
L——工進(jìn)行程長(zhǎng)度（mm）
vf—— 刀具進(jìn)給量（mm/min）
t?！罁蹊F停留時(shí)間。一般為在動(dòng)力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)8～10 r所需要時(shí)間。這里取10r
輔助時(shí)間 T輔 = +t移+t裝……………………2.8
= （78＋120）/1000+0.13+2
= 2.328min
式中： L3、L4 ——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退長(zhǎng)度（mm）
vfk ——快速移動(dòng)速度（mm/min）
t移 ——工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)間（min）,一般為0.08～0.13min,取0.13 min
t裝 ——裝卸工件時(shí)間（min）一般為0.8～1.8min,本例取2min
機(jī)床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單…………………………………2.9
= 60/（T切+T輔）
=60/（0.628+3.298）
=18.3 件/h
機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 η = Q / Q1×100%…………………………2.10
= A / Q1tk×100%
=18000/18.3×1980×100%
=67.04%
式中：Q——機(jī)床的理想生產(chǎn)率（件/h）
A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件）
tk——年工作時(shí)間，單班制工作時(shí)間tk =1980h
表2.8 生產(chǎn)率計(jì)算卡
2.4 多軸箱的設(shè)計(jì)
2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖2.8所示:
圖2.8 鉆孔組合機(jī)床多軸箱
圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標(biāo)，工件加工孔對(duì)稱，選擇箱體中垂線為縱坐標(biāo)，在建立的坐標(biāo)系中標(biāo)注輪廓尺寸及動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸的相對(duì)位置尺寸。主軸部為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（面對(duì)主軸看）。
主軸的工序內(nèi)容，切削用量及主軸尺寸及動(dòng)力部件的型號(hào)和性能參數(shù)如表 2.6所示：
表2.6 主軸外尺寸及切削用量
軸號(hào)
主軸外伸尺寸
工序
內(nèi)容
切削用量
D/d
L
N
（r/min）
V
(m/min)
f
(mm/r)
Vf
(mm/min)
1、2、
3、4
40/28
118
鉆Φ6.7
418
18
0.18
74.7
注：1．被加工零件編號(hào)及名稱：箱體材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241，
前、后、側(cè)蓋等材料為HT180
2．動(dòng)力部件型號(hào)：1TD32I動(dòng)力箱，電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y112M-6；功率P＝2.2kw。
2.4.2 齒輪模數(shù)選擇
本組合機(jī)床主要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承主軸。
齒輪模數(shù)m可按下式估算：
m=(30～32)=32×≈1.9……………2.11
式中：m——估算齒輪模數(shù)
P——齒輪所傳遞的功率（kw）
Z——對(duì)嚙合齒中的小齒輪數(shù)
N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）
多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=2。
2.4.3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
（1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖2.8），畫出驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)位置。如下表：
表2.7 驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)值
坐標(biāo)
銷O1
驅(qū)動(dòng)軸O
主軸1
主軸2
主軸3
主軸4
X
－178
0
37
37
-37
-37
Y
0
86.8
103.8
89.8
89.8
103.8
（2）確定傳動(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù)
圖2.9 齒輪的最小壁厚
1）最小齒數(shù)的確定
為保證齒輪齒根強(qiáng)度，根據(jù)《組合機(jī)床簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，驅(qū)動(dòng)軸齒數(shù)要在21-24之間。
2）傳動(dòng)軸2為主軸1，2，3，4都各自在同一同心圓上。
多軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動(dòng)軸齒輪估算
………………………2.8
多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=2。主軸1，2，3，4要求的轉(zhuǎn)速一致且較高，所以采用降速傳動(dòng)。主軸齒數(shù)選取Z=20，傳動(dòng)齒輪采用z=20齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為:
…………………………2.18
由于前面選取了主軸直徑為40，顯然傳動(dòng)軸直徑都選取40，這樣為了減少傳動(dòng)軸種類和設(shè)計(jì)題目需要由于傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速是，則驅(qū)動(dòng)軸至傳動(dòng)軸的傳動(dòng)比為:
……………………………2.16
所以選擇兩級(jí)傳動(dòng)，且傳動(dòng)比分配為：一級(jí)為1.0×1.0;二級(jí)為1.4×1.0。
驅(qū)動(dòng)軸的直徑為40mm，由《組合機(jī)床簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得知：t=33.3mm,當(dāng)m=3時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸上的齒數(shù)為：
Zmin≥………2.17
去驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù)Z=24。
通用的齒輪有三種，即傳動(dòng)齒輪、動(dòng)力箱齒輪和電機(jī)齒輪。材料均為48鋼，熱處理為齒部高頻淬火G84。本機(jī)床齒輪的選用按照下表選用
表2.8齒輪種類及參數(shù)
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數(shù)
模數(shù)（mm）
孔徑（mm）
驅(qū)動(dòng)軸齒輪
24
32
17～80連續(xù)
17～70
2、2.8、3
2、2.8、3、4
18、20、30、38、40
28、30、38、40、80
傳動(dòng)軸齒輪
44（B型）
21-24
3
28、30、38、40、80
輸出軸齒輪
32
21-24
3
18、22、28、32、36
計(jì)算各主軸轉(zhuǎn)速
使各主軸轉(zhuǎn)速的相對(duì)轉(zhuǎn)速損失在8%以內(nèi)，由公式：V= 知：
n1=n2=n3=n4=18x1000/3.8/8=418r/min…………………2.18
2.4.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖
傳動(dòng)系統(tǒng)圖是表示傳動(dòng)關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動(dòng)軸將驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來(lái)，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動(dòng)示意圖，如圖2.10所示
圖2.10 鉆孔多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖
圖中傳動(dòng)軸齒輪和驅(qū)動(dòng)軸齒輪為第Ⅰ排。在圖中標(biāo)出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動(dòng)軸是否正確。另外，應(yīng)檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出主軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的主軸軸套相碰。
2.4.5 傳動(dòng)零件的校核
（1）驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑
校核傳動(dòng)軸以承受的總扭矩最大傳動(dòng)軸8，由它驅(qū)動(dòng)的有主軸1、2、3、4
主軸扭矩：T1=T2=T3=T4=9979N·mm
油泵軸的扭矩：查得R12-1A油泵的最高壓力為0.3MPa、排量為8.88ml/r。假設(shè)在理想無(wú)泄漏狀態(tài)，
即： P·q=T·ω
式中：P——油泵的壓力N/㎡
q——油泵的排量m3/s
T——輸入扭矩N·m
ω——輸入角速度rad/s
單位換算： P=0.3MPa=0.3×106Pa
n =880r/min=9.17r/s…………………………………2.19
q=8.88×9.17=83.92ml/r=83.92×10-6m3/s…………………2.20
ω=2πn/60=2×3.8×880/60………………………………2.21
=87.87rad/s
代入公式： P·q=T·ω…………………………………………………2.22
83.92×10-6×0.3×106=87.87T6
解得：T6=281N·mm
T8=T1/i8-1+T2/i8-2+T3/i8-3+T4/i8-4+T6/i8-6……………………………2.23
=4×9979/0.98+281/0.667
=44093.06N·mm
根據(jù) d=B=2.316×=33.6mm<38mm
因此傳動(dòng)軸4是符合要求的。
3 鉆孔夾具設(shè)計(jì)
3.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來(lái)加工鉆6-M8螺紋底孔Φ6.7，加工時(shí)除了要滿足粗糙度要求外，還應(yīng)滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
3.2 定位、夾緊方案的選擇
由零件圖可知：在對(duì)加工鉆6-M8螺紋底孔Φ6.7加工前，平面進(jìn)行了粗、精銑加工，底面4-Φ11孔進(jìn)行了鉆、擴(kuò)加工。因此，定位、夾緊方案有：
選一面兩銷定位方式，工藝孔用短圓柱銷，用棱形銷定位，夾緊方式用操作簡(jiǎn)單，通用性較強(qiáng)的鉸鏈移動(dòng)壓板來(lái)夾緊。
鉆螺紋底孔為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi)，采用一面兩銷的定位方式，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單易操作。一面即底平面。
3.3切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具：M8的底孔鉆頭 D=6.7。
則軸向力：見(jiàn)《工藝師手冊(cè)》表28.4
F=Cdfk……………………………………3.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時(shí) T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,時(shí)工件不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故本夾具可安全工作。
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。
1．液動(dòng)夾緊裝置
液動(dòng)夾緊裝置以壓縮空氣作為動(dòng)力源推動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊工件。常用的氣缸結(jié)構(gòu)有活塞式和薄膜式兩種。
活塞式氣缸按照氣缸裝夾方式分類有固定式、擺動(dòng)式和回轉(zhuǎn)式三種，按工作方式分類有單向作用和雙向作用兩種，應(yīng)用最廣泛的是雙作用固定式氣缸。
2．液壓夾緊裝置
液壓夾緊裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理基本與液動(dòng)夾緊裝置相同，所不同的是它所用的工作介質(zhì)是壓力油。與氣壓夾緊裝置相比，液壓夾緊具有以下優(yōu)點(diǎn)：①傳動(dòng)力大，夾具結(jié)構(gòu)相對(duì)比較小；②油液不可壓縮，夾緊可靠，工作平穩(wěn)Z③噪聲小。它的不足之處是須設(shè)置專門的液壓系統(tǒng)，應(yīng)用范圍受限制。
根據(jù)切削力，夾緊力的影響因素，在夾緊不利狀態(tài)過(guò)程，該夾緊力的計(jì)算應(yīng)該根據(jù)機(jī)械平衡原理來(lái)設(shè)計(jì)。最后，為了確?？煽繆A緊，數(shù)值乘以安全系數(shù)實(shí)際所需夾緊力。
初步確定液壓缸參數(shù)
表5-1 按負(fù)載選擇工作壓力[1]
負(fù)載/ KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作壓力/MPa
< 0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
表5-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力[1]
機(jī)械類型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械
小型工程機(jī)械
建筑機(jī)械
液壓鑿巖機(jī)
液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)
重型機(jī)械
起重運(yùn)輸機(jī)械
磨床
組合
機(jī)床
龍門
刨床
拉床
工作壓力/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
由于鉆削力為4239N，往往要取大一些，在這取負(fù)載約為10000N，初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P1=3MPa，為了滿足工作這里的液壓缸課選用單桿式的，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，則液壓缸無(wú)桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的背壓，暫取背壓為0.5MPa，并取液壓缸機(jī)械效率。則液壓缸上的平衡方程
故液壓缸無(wú)桿腔的有效面積：
液壓缸直徑
液壓缸內(nèi)徑：
按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm；因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.707D=56mm（標(biāo)準(zhǔn)直徑）
則液壓缸有效面積為：
2.缸體壁厚的校核
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取壁厚為10mm。則
根據(jù)時(shí)； （4-2）
可算出缸體壁厚為：
<10mm
則液壓缸的外徑
式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即缸體的強(qiáng)度適中），P-缸筒試驗(yàn)壓力。
3.缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構(gòu)成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)[6]。因此，在設(shè)計(jì)缸筒結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內(nèi)外徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。
活塞桿是液壓缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。其材料取Q235鋼。
1.活塞桿直徑的計(jì)算[1]
由=2 可知活塞桿直徑：
按GB/T2348—1993將所計(jì)算的d值圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得：
d=56mm
按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度v=0.4m/min為最小速度，則由式
（4-3）
本例=78.5>1.25，滿足最低速度的要求。
2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算：
<56mm （4-4）
式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中）
3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。
4.活塞桿的密封與防塵
活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時(shí)，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計(jì)和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。
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，決定選用液壓缸夾緊機(jī)構(gòu)。
夾具在裝夾時(shí)，由在定位時(shí)造成圓周上存在定位誤差；夾具體在零件的內(nèi)孔端面上定位時(shí)，也存在定位誤差，從而會(huì)造成由原來(lái)的面接觸變成點(diǎn)接觸，從而使零件在定位時(shí)發(fā)生。
3.4定位誤差的分析
該夾具以一個(gè)平面和一個(gè)定位銷和兩個(gè)左右調(diào)節(jié)支撐定位，要求保證孔軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求，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。
由[5]和[6]可得：
1 定位誤差：
當(dāng)以任意邊接觸時(shí)
通過(guò)分析可得：
因此：當(dāng)以任意邊接觸時(shí)
2 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
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)的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.5定位銷選用
本夾具選用一可換定位銷和棱形銷來(lái)定位，其參數(shù)如下表：
表3.1 定位銷
d
H
D
公稱尺寸
允差
11
16
15
～0.011
22
5
1
4
M12
4
3.6 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。
圖6.1 可換鉆套
鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表6.4：
表6.4 鉆套
d
H
D
公稱尺寸
允差
8
12
12
+0.018
+0.007
22
18
10
4
9
0.5
18
襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖6.2 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表6.5：
表6.5 固定襯套
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
8
+0.034
+0.016
12
10
+0.023
+0.012
0.5
2
鉆模板選用固定式鉆模板，用4個(gè)沉頭螺釘和2個(gè)錐銷定位于夾具體上。
3.7夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過(guò)方案的認(rèn)真分析和比較，選用了液壓夾緊方式（螺旋機(jī)構(gòu)）。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。
此外，當(dāng)夾具有制造誤差，工作過(guò)程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時(shí)，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時(shí)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整換取。
結(jié)論
本課題開發(fā)研制的鉆孔組合機(jī)床，用于加工操縱桿殼的6個(gè)孔。在開發(fā)過(guò)程中，針對(duì)加工過(guò)程中存在的難點(diǎn)進(jìn)行了攻關(guān)。在鉆床的設(shè)計(jì)上采取了一系列的措施，保證了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作：
1、對(duì)操縱桿殼的6個(gè)孔的加工工藝進(jìn)行了分析研究，明確了6個(gè)孔加工的技術(shù)要求和工藝要點(diǎn)。
2、恰當(dāng)?shù)剡x擇了機(jī)床的切削參數(shù)，動(dòng)力頭及液壓滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
3、采用液壓滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭和多軸箱實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，驅(qū)動(dòng)工件實(shí)現(xiàn)兩工位運(yùn)動(dòng)。制定了液壓滑臺(tái)的進(jìn)給工作循環(huán)。經(jīng)分析證明可以滿足工藝要求。
4、設(shè)計(jì)了穩(wěn)定可靠的多軸箱和鉆模板，從而保證了被加工孔的精度要求。
5、根據(jù)通用、經(jīng)濟(jì)的原則，選擇了刀具，滿足了工藝的需要。
設(shè)計(jì)的鉆孔組合機(jī)床，保證了加工孔的生產(chǎn)質(zhì)量，提高工效3倍以上，加工成本大幅下降。
這項(xiàng)工作還存在許多值得完善的地方，例如：夾緊定位，由人工完成，效率低；自動(dòng)化程度有待提高等問(wèn)題。這些問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)，改進(jìn)技術(shù)，不斷的實(shí)踐，總結(jié)，肯定會(huì)有提高。
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致謝
過(guò)了許久，終于比較成功地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)?；仡櫲杖找挂?，我脾氣后得感覺(jué)，通過(guò)方法得書籍，網(wǎng)絡(luò)，教師，學(xué)生和其他可用，鞏固了自己得專業(yè)知識(shí)。理解和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)有更深刻得認(rèn)識(shí)。
在這一刻，我要感謝我得導(dǎo)師得精心指導(dǎo)下，不僅指導(dǎo)咱解決得關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，更重要得是為咱引導(dǎo)設(shè)計(jì)思路，并解釋咱在實(shí)際得工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于設(shè)計(jì)因此，不僅如此，教師得敬業(yè)精神深深地感染了我，我愛(ài)和未來(lái)奉獻(xiàn)骨刺得工作，導(dǎo)師是真得做得傳道，授業(yè)，解惑。
精心準(zhǔn)備得長(zhǎng)途跋涉大學(xué)幾個(gè)月了，終于到了時(shí)間得論
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