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夾具夾緊力的優(yōu)化及對工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機械工程學院，佐治亞理工學院，格魯吉亞，美國研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過最小化夾具設(shè)計優(yōu)化，夾緊力是一個重要的設(shè)計變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對工件定位精度的影響通過3-2-1式銑夾具的例子進行了分析。
關(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關(guān)鍵因素。要實現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個合適的基準上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過程中產(chǎn)生的移動。然而，過度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會影響它的位置精度，并反過來影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來減小由于彈性變形對工件的定位誤差，同時滿足加工的要求。在夾具分析和綜合領(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)被報道[參考文獻1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計算成本。同時，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對剛性模型[9-11]對夾緊力進行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問題是制定一個線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個定位點調(diào)整夾緊力強度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因為它較法線接觸力相對較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨特的三維夾具可以處理超過6個自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(dǎo)計算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當出現(xiàn)六個以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過計算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，對于一個相對嚴格的工件，該夾具在機械加工工件的位置會受夾具點的局部彈性變形的強烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗的接觸力變形的關(guān)系（稱為元功能），解決由于夾緊和準靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對設(shè)計參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對報告做了改善，然而，他們沒有處理計算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒有討論機械加工刀具路徑負載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學解決由于在加載夾具夾緊點彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒有在這些文件中提到 。
本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(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系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個問題被作為多目標約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。
1． 夾具——工件聯(lián)系模型
1．1 模型假設(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靜態(tài)負載。夾緊力可假定為在加工過程中保持不變，這個假設(shè)是有效的，在對液壓或氣動夾具使用。在實際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見圖1）第i夾具接觸力局部變形如下：
(1) 其中（j=x，y，z）表示，在當?shù)刈幼鴺讼登芯€和法線方向的接觸剛度
第 19 頁 共 15 頁
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個
接觸處的坐標系
（j=x，y，z）是對應(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
集中遵守一個球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因為接觸半徑與隨法線力呈非線性變化 [23]。由于法線力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進一個球體彈性半空間的問題。對于這個問題， 是法線的變形，在[文獻23 第93頁]中給出如下：
（2）
其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。
切向變形沿著和切線方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻23第217頁]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值：在計算上述的線性近似，
（4）
(5)
正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認定是0.94。
2．夾緊力優(yōu)化
我們的目標是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運動過程中，局部的夾緊和加工負荷引起的彈性變形，同時保持在準靜態(tài)加工過程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實現(xiàn)這個目標是通過制定一個多目標約束優(yōu)化問題的問題，如下描述。
2.1 目標函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊輪換往往是相當小[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，和三個正交組件（見圖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)計算如下：
（6）
其中表示一個向量二級標準。
但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差。當多個夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式：
（7）
其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個夾緊點夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線的，接觸的摩擦力相對較小，并在進行分析時忽略了加緊力對工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計算得出（見圖3），工件剛體運動，歸于夾緊行動現(xiàn)在可以寫成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個目標函數(shù)可以寫為：
最小化 （9）
要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過使用最低總能量互補參考文獻[15，23]的原則求解彈性力學接觸問題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對接觸問題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過夾緊力的隨時調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補充的夾緊力優(yōu)化的第二個目標函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（外文翻譯）
2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束
在（10）式優(yōu)化的目標受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個接觸處的靜摩擦力約束。庫侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個非線性約束和線性化版本可以使用，并且[19]有：
（11）
假設(shè)準靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）：
(12)
其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機械加工力和工件重量。
2.3界接觸力
由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線的接觸力只能被壓縮。這通過以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個法線的接觸壓力不能超過壓工件材料的屈服強度（）。這個約束可寫為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標優(yōu)化問題可以通過求解約束[24]。這種方法將確定的目標作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個約束對。該補充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對為主要目標的選擇，確保選中一套獨特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動到一個穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個指定的加權(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，要確定一個合適的。在定位和夾緊點的接觸力的計算只考慮第一個目標函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個“真正的”可行的解決彈性力學問題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過計算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測精度和，有參考文獻[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用
4． 加工過程中的夾緊力的優(yōu)化及測定
上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計算負擔，并要求為選擇的夾緊力提供標準， 將獲得滿意和適宜的整個刀具軌跡 ，用保守的辦法來解決下面將被討論的問題，考慮一個有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個采樣點，考慮以下四個最壞加工負荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對應(yīng)的和另外兩個正交切削分力，而且有：
雖然4個最壞情況加工負荷向量不會在工件加工的同一時刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項工作中，四個載體負載適用于同一位置，（但不是同時）對工件進行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對應(yīng)于每個采樣點計算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有：
(i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19)
其中是最佳夾緊力的四個情況下的加工負荷載體，(C=1，2，…C)是每個相應(yīng)的夾具在第i個樣本點和第j負荷情況下力的大小。是計算每個負載點之后的結(jié)果，一套簡單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過在所有負載情況和采樣點排序，并選擇夾緊點的最高值的最佳的夾緊力，見于式 （20）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會出現(xiàn)更多采樣點和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。
5．影響工件的定位精度
它的興趣在于最早提出了評價夾緊力的算法對工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準靜態(tài)加工負荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運動的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對于工件的質(zhì)量中心的第i個位置矢量定位點，坐標變換定理可以用來表達在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標系和是一個旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標系的定位坐標系。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)致的工件剛體運動矢量。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有拉力的可能。因此，在第i裝夾點接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個接觸點由于夾緊和加工負荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標系第i個接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項研究中假定液壓/氣動夾具，根據(jù)對外加工負荷，故在法線方向的夾緊力的強度保持不變，因此，必須對方程（24）的夾緊點進行修改為：
（25）
其中是在第i個夾緊點的夾緊力，讓表示一個對外加工力量和載體的6×1矢量。并結(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，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6），
現(xiàn)在可以計算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來確定最佳夾緊力及其對兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點力。
2．應(yīng)用于工件負載準靜態(tài)銑削序列
如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學開發(fā)EMSIM程序[參考文獻26] 對加工瞬時銑削力條件進行了計算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時加工力，圖4中表3和表4列出了初級夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個25.4毫米銑槽使用EMSIM進行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負荷載體，
（見圖8）。模擬計算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過程模擬例如2。
表6中5個坐標列出了為模擬抽樣調(diào)查點。最佳夾緊力是用前面討論過的排序算法計算每個采樣點和負載載體最后的夾緊力和負載。
7．結(jié)果與討論
例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9，
圖9
對于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見圖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度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過減少工件的夾具系統(tǒng)補充能量算法獲得。由于夾緊力和負載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點減少錯誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因為從最初通過互補勢能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個序列應(yīng)用于銑削負載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負載一個序列。最佳的夾緊力，，對應(yīng)列表6每個樣本點，隨著最后的最佳夾緊力，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個夾緊點最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當大的加權(quán)范數(shù)。故是一個完整的刀具路徑改進方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對于初始夾緊力的強度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(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，工件受準靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(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，制定一個雙目標約束優(yōu)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動態(tài)負載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(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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機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
共 2 頁
產(chǎn)品名稱
零（部）件名稱
扇形支架
第 1 頁
材料牌號
HT300
毛坯種類
鑄件
毛坯外型尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺 件 數(shù)
1
備 注
工序號
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
車間
工段
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工 時
準終
單件
1
鑄
精密鑄造成形。參加工面均放2~3mm鑄造余量，其中?30H7孔鑄成?28孔，3-?12孔鑄成實心
鑄造
、
2
熱
鑄后退火處理
熱處理
3
銑
（1） 以右端面為粗基準，粗銑左端面至厚度43mm
（2） 精銑左端面至42.5mm
（3） 以左端面為精基準定位，粗銑右端面至40.5mm
（4） 精銑右端面至40±0.05mm
金工
立式銑床
壓板夾緊、端面銑刀、高度尺
4
拉
以右端大平面和?50下半圓?。ㄓ肰形塊）組合定位，拉內(nèi)孔?30H7（?。┖玩I槽（8±0.018）X33.3準
金工
臥式拉床
兩V形塊定位并夾緊；圓孔鍵槽拉刀；游標卡尺
5
銑
以右端面大平面和孔?30H7定位，銑表面粗60°±10'兩側(cè)糙度6.3，平面：
（1）先銑右側(cè)面準；
（2）專用銑夾具繞?30H7孔中心旋轉(zhuǎn)120°后再銑左側(cè)面準。
（3）銑下端圓弧。
金工
立式銑床
專用銑夾具，盤銑刀，角度遲
6
銑
以右端大平面和孔?30H7組合定位，安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上使?30H7孔中心與四轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)中心重合，用立銑刀銑出60°±10'角的粗糙度3.2圓弧面至R75.1準
金工
立式銑床
銑床回轉(zhuǎn)工作臺；立銑刀；游標卡尺
浙江紡織服裝學院
機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
共 2 頁
產(chǎn)品名稱
零（部）件名稱
扇形支架
第 2 頁
材料牌號
HT300
毛坯種類
鑄件
毛坯外型尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺 件 數(shù)
1
備 注
工序號
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
車間
工段
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工 時
準終
單件
7
精磨
精磨R75外圓
金工
磨床
磨專用夾具；游標卡尺
8
鉆
以右端大平面和孔?30H7組合定位，再加上60°±10'右側(cè)面定位，螺母夾緊后鉆中心孔?12孔準；再用回轉(zhuǎn)式鉆摸依次旋轉(zhuǎn)20°±10'來鉆，另外兩個?12孔準。
金工
搖臂鉆床
專用回轉(zhuǎn)式鉆床夾具；麻花鉆
游標卡尺
9
輔助
用邊去毛刺、倒棱修光；?30H7兩端孔倒角1X45°
金工
鉗工工具
10
輔助
檢驗，入庫
檢驗
（校名）
機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
GC6-1
零（部）件圖號
產(chǎn)品名稱
高速工業(yè)平縫機
零（部）件名稱
縫紉機底板
共 1 頁
第 1 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
金工
4
銑
HT200
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
481×184×54
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號
設(shè)備編號
同時加工件數(shù)
數(shù)控立銑床
XA5032（改裝）
1
夾具編號
夾具名稱
切削液
專用銑夾具
無
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時(min)
準終
單件
5.0
5.24
工步號
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
（r/min）
切削速度
（m/min）
進給量
（mm/r）
背吃刀量
（mm）
進給
次數(shù)
工步工時
機動
輔助
1
以底板反面的已加工平面為精基準，加相鄰兩側(cè)邊粗基準組合定位，一條長側(cè)面用兩付浮動壓板夾緊，粗銑底板大平面，放0.5mm余量，選銑床工作臺縱向進給速度為Vf=475mm/min；
專用銑夾具，端面銑刀φ200，游標卡尺0～150等。
235
148
2.02
2.5
1
1.12
1.5
2
半精銑大平面至48尺寸要求，并保證大平面的平面度符合要求，選Vf=475mm/min。
專用銑夾具，端面銑刀φ200，游標卡尺0～150等。
300
188
1.58
0.5
1
1.12
1.5
設(shè)計（日 期）
校對（日期）
審核（日期）
標準化（日期）
會簽（日期）
標記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
標記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
（校名）
機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
GC6-1
零（部）件圖號
產(chǎn)品名稱
高速工業(yè)平縫機
零（部）件名稱
縫紉機底板
共 1 頁
第 1 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
金工
12
銑
HT200
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
481×184×54
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號
設(shè)備編號
同時加工件數(shù)
臥式銑床
XQ6125B
1
夾具編號
夾具名稱
切削液
專用銑夾具
無
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時(min)
準終
單件
5.0
5.06
工步號
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
（r/min）
切削速度
（m/min）
進給量
（mm/r）
背吃刀量
（mm）
進給
次數(shù)
工步工時
機動
輔助
1
以大平面、中心大孔（芯軸不拆下）和右端面組合定位，以限制工件六個自由度，零件豎立使大平面垂直于工作臺安裝在專用銑夾具上，兩付浮動壓板夾緊，半精銑U形針板槽64H9×100×2深至圖紙要求。
專用銑夾具，硬質(zhì)合金雙面刃盤銑刀（針板槽專用）φ64（半徑定型，槽寬等于直徑），游標卡尺0～150和R規(guī)各一把等。
725
146
1.95
2.0
1
0.06
5
設(shè)計（日 期）
校對（日期）
審核（日期）
標準化（日期）
會簽（日期）
標記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
標記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
（校名）
機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
GC6-1
零（部）件圖號
產(chǎn)品名稱
高速工業(yè)平縫機
零（部）件名稱
縫紉機底板
共 1 頁
第 1 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
金工
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號
設(shè)備編號
同時加工件數(shù)
搖臂鉆床
夾具編號
夾具名稱
切削液
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時(min)
準終
單件
工步號
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
（r/min）
切削速度
（m/min）
進給量
（mm/r）
背吃刀量
（mm）
進給
次數(shù)
工步工時
機動
輔助
設(shè)計（日 期）
校對（日期）
審核（日期）
標準化（日期）
會簽（日期）
標記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
標記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
井岡山大學
機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零件圖號
產(chǎn)品名稱
扇形板
零件名稱
扇形板
共
1
頁
第
1
頁
材 料 牌 號
45號鋼
毛 坯 種 類
鑄坯
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
1
每 臺 件 數(shù)
1
備 注
工
序
號
工 名
序 稱
工 序 內(nèi) 容
車
間
工
段
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工 時
準終
單件
1
粗銑
粗銑右端面，以左端面為基準
銑床
夾具1
2
粗銑
粗銑左端面，以右端面為基準
銑床
夾具1
3
精銑
精銑右端面，以左端面為基準
銑床
夾具1
4
精銑
精銑左端面，以右端面為基準
銑床
夾具1
5
數(shù)控加工
數(shù)控加工外圓弧至R48，以右端面和孔位基準。
數(shù)控機床
夾具2
6
鉆孔
鉆孔至φ20mm,以右端面為基準
Z3040搖臂鉆
夾具3
7
擴孔
擴孔至φ21.8mm，以右端面為基準
Z3040搖臂鉆
夾具3
8
倒角
對所加工的孔進行倒角，以左右端面為基準
9
粗鉸
粗鉸至φ21.94mm,以右端面為基準
夾具3
10
精鉸
粗鉸至φ22+00.021mm ,以右端面為基準
夾具3
11
鉆-鉸-精鉸
對φ8孔空進行鉆——鉸---精鉸并進行倒角。以φ22+00.021孔和右端面為基準。
Z5140B立式鉆床
專用夾具4
12
清洗表面。
13
剔除毛刺。
14
終檢。
設(shè) 計（日 期）
校 對（日期）
審 核（日期）
標準化（日期）
會 簽（日期）
王佳星
2012-3-25
標記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
標記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
目錄
目錄 1
1緒 論 1
2 扇形板的分析 3
2.1扇形板的工藝分析 3
2.2扇形板的工藝要求 3
3 工藝規(guī)程設(shè)計 5
3.1 加工工藝過程 5
3.2確定各表面加工方案 5
3.2.1影響加工方法的因素 5
3.2.2加工方案的選擇 6
3.3 確定定位基準 6
3.3.1粗基準的選擇 6
3.4工藝路線的擬訂 7
3.4.1工序的合理組合 7
3.4.2工序的集中與分散 8
3.4.3加工階段的劃分 8
3.4.4加工工藝路線方案的比較 9
3.5扇形板的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 10
3.5.1毛坯的結(jié)構(gòu)工藝要求 10
3.5.2扇形板的偏差計算 11
4夾具設(shè)計 12
4．1研究原始質(zhì)料 12
4．2定位基準的選擇 12
4．3鉆削力及夾緊力的計算 12
4．4誤差分析與計算 13
4．5夾具設(shè)計及操作的簡要說明 14
5心得體會 15
6參考文獻 16
1緒 論
機械設(shè)計制造及其夾具設(shè)計是我們?nèi)跁炌?年所學的知識，將理論與實踐相結(jié)合，對專業(yè)知識的綜合運用訓練，為我們即將走向自己的工畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。
機械加工工藝是規(guī)定產(chǎn)品或零件機械加工工藝過程和操作方法，是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要的技術(shù)性文件。它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其加工產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，生產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)，因此工藝規(guī)程的編制的好壞是生產(chǎn)該產(chǎn)品的質(zhì)量的重要保證的重要依據(jù)。在編制工藝時須保證其合理性、科學性、完善性。
而機床夾具是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量的同時提高生產(chǎn)的效率、改善工人的勞動強度、降低生產(chǎn)成本而在機床上用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床或刀具有個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。它們的研究對機械工業(yè)有著很重要的意義，因此在大批量生產(chǎn)中，常采用專用夾具。
而本次對于扇形板加工工藝及夾具設(shè)計的主要任務(wù)是：
⑴ 完成扇形板零件加工工藝規(guī)程的制定；
⑵ 完成鉆孔專用夾具的設(shè)計。
通過對扇形板零件的初步分析，了解其零件的主要特點，加工難易程度，主要加工面和加工粗、精基準，從而制定出扇形板加工工藝規(guī)程；對于專用夾具的設(shè)計，首先分析零件的加工工藝，選取定位基準，然后再根據(jù)切銷力的大小、批量生產(chǎn)情況來選取夾緊方式，從而設(shè)計專用夾具。
15
2 扇形板的分析
2.1扇形板的工藝分析
扇形板是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，但其加工孔和表面的精度要求較高，上下表面、圓弧表面都有粗糙度要求，精度要求較高，此外還有φ22+00.021孔要求加工，對精度要求也很高?？状植诙纫蠖际?，所以都要求精加工。其小頭孔與下平面有平行度的公差要求，和φ22+00.021孔有對稱度公差要求，因為其尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質(zhì)量均影響機器或部件的裝配質(zhì)量，進而影響其性能與工作壽命，因此它們的加工是非常關(guān)鍵和重要的。
2.2扇形板的工藝要求
一個好的結(jié)構(gòu)不但要應(yīng)該達到設(shè)計要求，而且要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能夠保證加工質(zhì)量，同時使加工的勞動量最小。而設(shè)計和工藝是密切相關(guān)的，又是相輔相成的。設(shè)計者要考慮加工工藝問題。工藝師要考慮如何從工藝上保證設(shè)計的要求。
圖2.1 扇形板的零件圖
圖2.2 扇形板的零件實體圖
該零件需要切削加工的地方有5個處：平面加工包括扇形板上端面、下端面；孔系加工包括φ22+00.021；小孔φ8和扇形板兩個外圓弧面的加工。不去除材料加工上下兩個表面。
⑴ 以平面為主有：
① 扇形板上端面的粗、精銑加工，其粗糙度要求是Ra=6.3；下端面的粗、精銑加工，其粗糙度要求是Ra=3.2；
② 扇形板R48弧面采用數(shù)控機床加工，其粗糙度要求是Ra=3.2。
⑵ 孔系加工有：
① φ22+00.021孔的粗鏜、半精鏜，精鏜加工，并且進行倒角1x45°。其表面粗糙度為Ra=1.6；
② φ8孔鉆、鉸加工，其表面粗糙度要求；并且與下端面的平行度要求為0.08μm，與φ22+00.021的對稱度為0.1μm。
扇形板毛坯的選擇用鑄造，因為生產(chǎn)率較高，所以可以免去每次造型。單邊余量一般在3.5-4mm，結(jié)構(gòu)細密，能承受較大的壓力，占用生產(chǎn)的面積較小。由[3]由于是中批量生產(chǎn)。
上面主要是對扇形板零件的結(jié)構(gòu)、加工精度和主要加工表面進行了分析，選擇了其毛坯的的制造方法為鑄造和中批的批量生產(chǎn)方式，從而為工藝規(guī)程設(shè)計提供了必要的準備。
3 工藝規(guī)程設(shè)計
3.1 加工工藝過程
由以上分析可知，該扇形板零件的主要加工表面是平面、孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對于扇形板來說，加工過程中的主要問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)系以及槽的各尺寸精度。
由上面的一些技術(shù)條件分析得知：扇形板的尺寸精度，形狀精度以及位置關(guān)系精度要求都不是很高，這樣對加工要求也就不是很高。
3.2確定各表面加工方案
一個好的結(jié)構(gòu)不但應(yīng)該達到設(shè)計要求，而且要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保證加工的質(zhì)量，同時使加工的勞動量最小。設(shè)計和工藝是密切相關(guān)的，又是相輔相成的。對于我們設(shè)計扇形板的加工工藝來說，應(yīng)選擇能夠滿足平面孔系和軸向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，也要適當考慮經(jīng)濟因素。在滿足精度要求及生產(chǎn)率的條件下，應(yīng)選擇價格較底的機床。
3.2.1影響加工方法的因素
⑴ 要考慮加工表面的精度和表面質(zhì)量要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工。
⑵ 根據(jù)生產(chǎn)類型選擇，在大批量生產(chǎn)中可專用的高效率的設(shè)備。在單件小批量生產(chǎn)中則常用通用設(shè)備和一般的加工方法。如、柴油機連桿小頭孔的加工，在小批量生產(chǎn)時，采用鉆、擴、鉸加工方法；而在大批量生產(chǎn)時采用拉削加工。
⑶ 要考慮被加工材料的性質(zhì)，例如：淬火鋼必須采用磨削或電加工；而有色金屬由于磨削時容易堵塞砂輪，一般都采用精細車削，高速精銑等。
⑷ 要考慮工廠或車間的實際情況，同時也應(yīng)考慮不斷改進現(xiàn)有加工方法和設(shè)備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平。
⑸ 此外，還要考慮一些其它因素，如加工表面物理機械性能的特殊要求，工件形狀和重量等。
選擇加工方法一般先按這個零件主要表面的技術(shù)要求來選定最終加工方法。再選擇前面各工序的加工方法，如加工某一軸的主要外圓面，要求公差為IT6，表面粗糙度為Ra0.63μm，并要求淬硬時，其最終工序選用精度，前面準備工序可為粗車——半精車——淬火——粗磨。
3.2.2加工方案的選擇
⑴ 由參考文獻機械制造工藝機床夾具課程設(shè)計指導(dǎo)表2-6可以確定，平面的加工方案為：粗銑——精銑（），粗糙度為Ra6.3～1.6，一般不淬硬的平面，精銑的粗糙度可以較小。故上下端面可用粗銑——精銑。
⑵ 由參考文獻機械制造工藝機床夾具課程設(shè)計指導(dǎo)表2-5可以確定， φ22+00.021孔的表面粗糙度要求為1.6，則選擇孔的加方案序為：粗鏜——半精鏜---精鏜。并且進行倒角1x45°。
⑶ 小孔φ8加工方法：零件毛坯不能直接鑄出孔，只能鑄出一個小坑，以便在以后加工時找正其中心，但其表面粗糙的要度求為，并且其孔徑較小，所以選擇加工的方法是鉆——-鉸----精鉸。
⑷ R48圓弧面的加工方法：采用數(shù)控機床進行加工。
3.3 確定定位基準
3.3.1粗基準的選擇
選擇粗基準時，考慮的重點是如何保證各加工表面有足夠的余量，使不加工表面與加工表面間的尺寸、位子符合圖紙要求。
粗基準選擇應(yīng)當滿足以下要求：
⑴ 粗基準的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。
⑵ 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。
⑶ 應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。
⑷ 應(yīng)盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準，必要時需經(jīng)初加工。
（5）便于裝夾原則。
（6）保證不加工表面位置準確原則。
(7) 粗基準一般不得重復(fù)使用原則。
要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證扇形板在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從扇形板零件圖分析可知，主要是選擇加工扇形板上下底面的裝夾定位面為其加工粗基準。
故這里選用扇形板的下端面做為粗基準。
3.3.2精基準選擇的原則
⑴ 基準重合原則。即盡可能選擇設(shè)計基準作為定位基準。這樣可以避免定位基準與設(shè)計基準不重合而引起的基準不重合誤差。
⑵ 基準統(tǒng)一原則，應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準?；鶞实慕y(tǒng)一有利于保證各表面間的位置精度，避免基準轉(zhuǎn)換所帶來的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而可減少夾具設(shè)計和制造工作。
⑶ 互為基準的原則。當兩個表面位置精度以及它們自身的尺寸與形狀精度都要求很高時，可以互為基準反復(fù)加工。
（4）自為基準原則，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，在加工時就應(yīng)盡量選擇加工表面本身作為精基準。
此外，還應(yīng)選擇工件上精度高，尺寸較大的表面為精基準，以保證定位穩(wěn)固可靠。并考慮工件裝夾和加工方便、夾具設(shè)計簡單等。
要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證扇形板在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從扇形板零件圖分析可知，它的上端面與φ22+00.021，適于作精基準使用。但用一個平面和一個孔定位限制工件自由度不夠，如果使用典型的一面兩銷定位方法，則可以滿足整個加工過程中基本上都采用統(tǒng)一的基準定位的要求，所以再在分度盤上加上一個定位銷，這樣零件的六個自由度就都限制好了。
綜上所述，選擇精基準的原則時，考慮的重點是有利于保證工件的加工精度并使裝夾方便。
3.4工藝路線的擬訂
對于批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準。扇形板的加工的第一個工序也就是加工統(tǒng)一的基準。具體安排是先以孔和面定位粗加工扇形板上下端面，再精加工上下端面。
后續(xù)工序安排都應(yīng)當遵循粗精分開和先面后孔等原則。
3.4.1工序的合理組合
確定加工方法以后，就按生產(chǎn)類型、零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求和機床設(shè)備等具體生產(chǎn)條件確定工藝過程的工序數(shù)。確定工序數(shù)的基本原則：
⑴ 工序分散原則
工序內(nèi)容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設(shè)備。簡單的機床工藝裝備。生產(chǎn)準備工作量少，產(chǎn)品更換容易。對工人的技術(shù)要求水平不高。但需要設(shè)備和工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長，生產(chǎn)管理復(fù)雜。
⑵ 工序集中原則
工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應(yīng)減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，也簡化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設(shè)備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機床，以提高生產(chǎn)率。但采用復(fù)雜的專用設(shè)備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費事，生產(chǎn)準備工作量大。
一般情況下，單件小批生產(chǎn)中，為簡化生產(chǎn)管理，多將工序適當集中。但由于不采用專用設(shè)備，工序集中程序受到限制。結(jié)構(gòu)簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產(chǎn)。
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。
3.4.2工序的集中與分散
制訂工藝路線時，應(yīng)考慮工序的數(shù)目，采用工序集中或工序分散是其兩個不同的原則。所謂工序集中，就是以較少的工序完成零件的加工，反之為工序分散。
⑴ 工序集中的特點
工序數(shù)目少，工件裝夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應(yīng)減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，也簡化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設(shè)備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機床，以提高生產(chǎn)率。但采用復(fù)雜的專用設(shè)備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費事，生產(chǎn)準備工作量大。
⑵ 工序分散的特點
工序內(nèi)容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設(shè)備，簡單的機床工藝裝備。生產(chǎn)準備工作量少，產(chǎn)品更換容易。對工人的技術(shù)水平要求不高。但需要設(shè)備和工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長，生產(chǎn)管理復(fù)雜。
工序集中與工序分散各有特點，必須根據(jù)生產(chǎn)類型。加工要求和工廠的具體情況進行綜合分析決定采用那一種原則。
一般情況下，單件小批生產(chǎn)中，為簡化生產(chǎn)管理，多將工序適當集中。但由于不采用專用設(shè)備，工序集中程序受到限制。結(jié)構(gòu)簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產(chǎn)。
由于近代計算機控制機床及加工中心的出現(xiàn)，使得工序集中的優(yōu)點更為突出，即使在單件小批生產(chǎn)中仍可將工序集中而不致花費過多的生產(chǎn)準備工作量，從而可取的良好的經(jīng)濟效果。
3.4.3加工階段的劃分
零件的加工質(zhì)量要求較高時，常把整個加工過程劃分為幾個階段：
⑴ 粗加工階段
粗加工的目的是切去絕大部分多于的金屬，為以后的精加工創(chuàng)造較好的條件，并為半精加工，精加工提供定位基準，粗加工時能及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，予以報廢或修補，以免浪費工時。
粗加工可采用功率大，剛性好，精度低的機床，選用大的切前用量，以提高生產(chǎn)率、粗加工時，切削力大，切削熱量多，所需夾緊力大，使得工件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和變形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等級為IT11～IT12。粗糙度為Ra80～100μm。
⑵ 半精加工階段
半精加工階段是完成一些次要面的加工并為主要表面的精加工做好準備，保證合適的加工余量。半精加工的公差等級為IT9～IT10。表面粗糙度為Ra10～1.25μm。
⑶ 精加工階段
精加工階段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保證零件的形狀位置幾精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面達到圖紙要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或減少工件精加工表面損傷。
精加工應(yīng)采用高精度的機床小的切前用量，工序變形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般為IT6～IT7，表面粗糙度為 Ra10～1.25μm。
此外，加工階段劃分后，還便于合理的安排熱處理工序。由于熱處理性質(zhì)的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之間。
但須指出加工階段的劃分并不是絕對的。在實際生活中，對于剛性好，精度要求不高或批量小的工件，以及運輸裝夾費事的重型零件往往不嚴格劃分階段，在滿足加工質(zhì)量要求的前提下，通常只分為粗、精加工兩個階段，甚至不把粗精加工分開。必須明確劃分階段是指整個加工過程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性質(zhì)區(qū)分。例如工序的定位精基準面，在粗加工階段就要加工的很準確，而在精加工階段可以安排鉆小空之類的粗加工。
3.4.4加工工藝路線方案的比較
在保證零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技術(shù)條件下，成批量生產(chǎn)可以考慮采用專用機床，以便提高生產(chǎn)率。但同時考慮到經(jīng)濟效果，降低生產(chǎn)成本，擬訂兩個加工工藝路線方案。見下；
1. 工藝路線方案一:
工序1：粗銑零件的上端面，以下端面為粗基準。
工序2：粗銑零件的上端面，以下端面為粗基準。
工序3：精銑零件的下端面，以上端面為精基準。
工序4：精銑零件的上端面，以下端面為精基準。
工序5：對φ22+00.021孔進行粗鏜，以下端面為基準。
工序6：對φ22+00.021孔進行半精鏜，以下端面為基準。
工序7：對φ22+00.021孔進行倒角1X45°，以上、下端面為基準。
工序8：對φ22+00.021孔進行精鏜，以下端面為基準。
工序9：用數(shù)控機床加工R48外圓弧，以下端面和孔為基準。
工序10：中檢。
工序11：對φ8孔空進行鉆——鉸----精鉸。以φ22+00.021孔和下端面為基準。
工序12：清洗表面。
工序13：剔除毛刺。
工序14：終檢。
工藝路線方案二：
工序1：用數(shù)控機床加工R48外圓弧，以下端面和孔φ22+00.021為基準。
工序2：粗精銑上端面，以R48外圓弧為基準。
工序3：粗精銑下端面，以R48外圓弧和上端面為基準。
工序：對φ22+00.021孔進行粗鏜——半精鏜---精鏜。并且進行倒角1x45°，以又端面為基準。
工序4：對φ8孔空進行鉆——鉸---精鉸。以φ22+00.021孔和下端面為基準。
工序5：對φ22+00.021孔進行粗鏜——半精鏜---精鏜。并且進行倒角1x45°。
工序11：清洗表面。
工序12：剔除毛刺。
工序13：終檢。
3.工藝方案比較與分析。
⑴ 從工序可以看出：方案二由于銑面夾具設(shè)計非常難造價太高，并且由于φ8和φ2200.021有對稱度要求，故應(yīng)先加工φ22+00.021 ，再鉆φ8的孔，還有對于倒角，我們應(yīng)把倒角放在精鉸前。
通過以上分析：方案一為合理、經(jīng)濟的加工工藝路線方案。
3.5扇形板的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定
扇形板的毛胚采用的是HT150制造,其材料是HT150（最小抗拉強度150）,生產(chǎn)類型為批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。
3.5.1毛坯的結(jié)構(gòu)工藝要求
扇形板為鑄造件，對毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性有一定要求：
（1） 由于鑄造件尺寸精度較高和表面粗糙度值低，因此零件上只有與其它機件配合的表面才需要進行機械加工，其表面均應(yīng)設(shè)計為非加工表面。
（2） 工藝基準與設(shè)計基準相一致。
（3) 便于裝夾、加工和檢查。
(4) 結(jié)構(gòu)要求統(tǒng)一，盡量使用普通設(shè)備和標準刀具進行加工。
在確定毛坯時，要考慮經(jīng)濟性。雖然毛坯的形狀尺寸與零件接近，可以減少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但這樣可能導(dǎo)致毛坯制造困難，需要采用昂貴的毛坯制造設(shè)備，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的種類形狀及尺寸的確定一定要考慮零件成本的問題但要保證零件的使用性能。在毛坯的種類
、形狀及尺寸確定后，必要時可據(jù)此繪出毛坯圖。
3.5.2扇形板的偏差計算
⑴ 扇形板上下端面的偏差及加工余量計算
鑄件尺寸公差為CT13，公差為8mm，加工余量等級為H，加工余量數(shù)值上下面都為4.5mm，所以鑄造出來的實際尺寸一般是在設(shè)計尺寸上下波動。
上下端面加工余量的計算。根據(jù)工序要求，其加工分粗、精銑加工。
粗銑：由機械余量加工手冊知，其單邊余量值規(guī)定為1.4—1.8mm，現(xiàn)取1.5mm。可知其粗銑時精度等級為IT12，粗銑平面時厚度偏差取。根據(jù)毛胚的實際尺寸來定粗銑工步。
精銑：由機械余量加工手冊知，其單邊余量值規(guī)定為0.7mm。
⑵ φ22+00.021孔的偏差及加工余量計算
該孔精度要求為IT7，由考參考文獻1知確定工序尺寸及余量為：
粗鏜：φ21.8mm 2Z=1.8mm
半精鏜:φ21.94mm 2Z=0.14（Z為單邊余量）
精鏜: φ22+00.021mm 2Z=0.06mm（Z為單邊余量）
鑄件毛坯孔的基本尺寸分別為：22-1.8-0.14-0.06=20mm
（3）φ 8孔孔的偏差及加工余量計算
該孔精度設(shè)為為IT7，由考參考文獻1知確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：φ7.8mm
粗鉸：φ7.96mm 2Z=0.16mm（Z為單邊余量）
精鉸：φ8H7mm 2Z=0.04mm（Z為單邊余量）
該孔就可達到精度要求。
（4）外圓弧表面沿軸線長度加工余量及公差。
由機械余量加工手冊知鑄件復(fù)雜系數(shù)S1，重0.68kg，則鑄件偏差為+1.1-0.5mm。
長度方向的余量由機械余量加工手冊其余量規(guī)定值是3.5—4mm現(xiàn)取4.0mm。
4夾具設(shè)計
4．1研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來鉆圓周面上3個φ8的孔，加工時要滿足粗糙度要求。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準。同時，應(yīng)考慮如何提高產(chǎn)品生產(chǎn)率和降低勞動強度，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。
4．2定位基準的選擇
由零件圖可知：上下端面進行了粗、精銑加工，φ22+00.021孔進行了粗、半精、精鏜加工。因此，定位、夾緊方案有：
方案：即一面、心軸和銷定位，夾緊方式選用螺母開口墊圈在心軸上夾緊。
圖中對孔的的加工有位置公差要求，所以我們選擇底平面、孔和銷為定位基準來設(shè)計鉆模模具，從而滿足孔的加工要求。工件定位用底面和孔定位限制5個自由度，用削限制一個自由度，保證了6個自由度都得到限制。利用分度盤轉(zhuǎn)到，可以加工出3個空。
4．3鉆削力及夾緊力的計算
鉆該孔時選用：臺式鉆床Z4006A，刀具用高速鋼刀具。
由參考文獻[5]查表可得：
鉆削力公式： Ff=210DfKp
式中 D=7.8mm ，f=0.2mm/r
查表得：Kp=
其中：HB=229 則Kp=1.118
即：Ff=3942.4（N)
實際所需夾緊力：由參考文獻[5]表得：
有：
安全系數(shù)K可按下式計算有：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[5]表 可得：
所以 Wa=KxF=880.7x1.56=1373.892(N)
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
取，，
查參考文獻[5]1～2～26可知壓板螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：
式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得：
其中：L=32mm
螺旋夾緊力：W0 =4952.32(N)
由上述計算易得：
因此采用該夾緊機構(gòu)工作是可靠的。
4．4誤差分析與計算
該夾具以底面、兩孔為定位基準，要求保證被加工和孔粗糙度為1.6。由參考文獻[5]可得：
⑴ 圓柱位銷的定位誤差 ：由于是孔的誤差引起取Δ=0.03mm
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
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
（5）分度誤差
1.直線分度誤差查機床夾具設(shè)計知Smin=S-(δ+X1+X2+e） Smax=S+(δ+X1+X2+e） 所以ΔF=2(δ+X1+X2+e）
2.回轉(zhuǎn)分度誤差查機床夾具設(shè)計知Δa=4artcg[( Δf/4+2X3)/4R]
誤差總和：0.070mm滿足要求。
4．5夾具設(shè)計及操作的簡要說明
本夾具用于在鉆床上加工孔。工件以端面、一孔、一銷為定位基準，在定位環(huán)上實現(xiàn)完全定位，采用手動螺旋壓板機構(gòu)夾緊工件，該夾緊機構(gòu)操作簡單、夾緊可靠。擰緊開口墊圈旁的螺母，可以使工件與分度機構(gòu)貼緊，擰緊另一個螺母整個裝配體就夾緊了，這樣就可以開動機床進行第一個孔的加工，先鉆孔然后換刀具進行鉸孔，這樣一個孔就加工好了，旋轉(zhuǎn)螺套，使分度盤與加具體之間有空隙，這樣拔出對位銷就可以旋轉(zhuǎn)分度盤，旋轉(zhuǎn)到下一個孔，松開對位銷反轉(zhuǎn)螺套直到不能再轉(zhuǎn)，這樣就可以進行加工第二個孔，用同樣的方法加工第三個孔，加工完后，松開開口墊圈旁的螺母，開口墊圈取下，換上下一個工件，如此往復(fù)進行。
此次設(shè)計是對扇形板零件的加工工藝和夾具設(shè)計，其零件為鑄造，具有體積小，零件復(fù)雜的特點，由于面比孔易加工，在制定工藝規(guī)程時，就先加工面，再以面為基準來加工其它，其中各工序夾具都采用專用夾具，特別的對于加工φ8孔工序中，選一面兩銷的定位方式，并以操作簡單的手動夾緊方式夾緊，其機構(gòu)設(shè)計簡單，方便且能滿足要求。
5心得體會
通過這次課程設(shè)計，使我對零件制造過程、加工工藝和夾具設(shè)計都有了更進一步的認識，也加深了對大學3年中所學基礎(chǔ)知識的理解。課程設(shè)計是理論聯(lián)系實際的最有效方法，是檢驗學生學習質(zhì)量、老師教育成效最直接的方法。在具體設(shè)計過程中，必須考慮到方方面面的問題，可能在理論上正確無誤的設(shè)計，在實際中往往存在各種問題。這樣，在設(shè)計時就必須考慮所設(shè)計的機構(gòu)是否合理，在實際運用中能否正常工作，而不僅僅考慮理論上的可行性，課程設(shè)計使我學會了從實際出發(fā)加工零件和設(shè)計夾具，“實踐是檢驗真理的唯一標準”。
在本次設(shè)計中，考慮到零件的加工難易、材料、成本等問題，所選用的零、部件都是操作簡單，通用性較強的標準件，從現(xiàn)時以最低的成本實現(xiàn)最先進的加工。但也很有不足之處。無論怎樣，這次的課程設(shè)計使我獲益良多，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。
在這兩星期中，用到了很多專業(yè)方面的知識，這就要求我們要在先掌握的前提下過才能運用，學過的知識不扎實要倒回去再溫習，沒有學過的知識就需要現(xiàn)學現(xiàn)用，無形之中對我們的要求就提高了，所謂先付出再收獲，兩星期下來突然覺得自己學到了很多知識，看到自己設(shè)計、編輯出來的東西感到很欣慰。再則，在這期間，通過與同學一起研究探討，互相學習，更加理解孔子論語中“三人行，必有我?guī)煛薄叭齻€臭皮匠，頂個諸葛亮”，深感團隊的力量遠大于單個人，無論個人有多么強悍，在討論的過程中加深了同學間的友誼，增進了彼此的了解。這也讓我銘記在以后學習、工作要互相幫助，單靠自己一個人是做不出什么很大成就的。
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