連桿加工工藝及夾具設計【銑鍵槽】【說明書+CAD】

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引言夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術(shù)的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備1。有關(guān)統(tǒng)計表明，目前的中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)85左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3年4年就要更新5080左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為1020左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應用，對機床夾具在標準化、精密化、高效化和柔性化四個方面出了如下新的要求：（1）標準化：機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148T225991以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。（2）精密化：隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達0.1；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5m。（3）高效化：高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。（4）柔性化：機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)為可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當前夾具發(fā)展的主要方向1,2。本設計為連桿銑鍵槽工序的夾具設計，在設計過程中，先通過對連桿銑槽零件的作用、結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求等的分析；其次認真研究加工件的工藝規(guī)程，充分了解本工序的加工內(nèi)容和加工要求，了解本工序所使用的機床和刀具，確定定位基準和工序尺寸，設計出符合該工序要求的零件，從而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，節(jié)約成本，提高生產(chǎn)率，減小工人勞動強度的目的。11 夾具作用及組成1.1.1 概念在金屬切削機床上加工工件時，為了保證加工表面的尺寸、幾何形狀和相互位置精度，應使工件相對于刀具和機床切削成形運動占有正確的位置，然后將工件夾緊固定以完成安裝過程。在機床上用于安裝工件的工藝裝備稱為夾具3。1.1.2 夾具的作用 工件易于正確定位，保證加工精度工件裝入夾具時，依靠定位基準與夾具的定位元件相接觸占有正確的位置。工件上加工表面與不加工表面之間的相互位置關(guān)系就完全由夾具來保證，不需要找正即可夾緊。只要正確確定夾具在機床上的安裝位置，就可以保證工件相對于刀具和機床切削成形運動之間具有正確的位置，這樣，在加工一批工件時可使它們占據(jù)同一正確位置，從而穩(wěn)定地獲得較高的加工精度。 縮短安裝時間，提高勞動生產(chǎn)率工件在夾具中的定位可以通過其定位元件快速實現(xiàn)。而夾緊工件時可用聯(lián)動夾緊裝置、快速夾緊裝置或機動夾緊裝置等，使用這些裝置能明顯地縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率。 擴大機床工藝范圍，實現(xiàn)一機多能采用夾具后，可以使機床工藝范圍擴大。對于中小工廠，由于機床的品種、規(guī)格和數(shù)量有限，為了挖掘現(xiàn)有設備的潛力，往往可通過設計不同的夾具進一步擴大機床的工藝范圍，達到一機多用的目的。例如，在車床溜板上或搖臂鉆床工作臺上裝上鏜模，就可代替鏜床實現(xiàn)箱體的鏜孔安裝。 操作方便、安全、可降低對工人的技術(shù)要求，還可減輕工人的勞動強度使用夾具，不但操作方便、安全，而且工件的加工質(zhì)量基本一致，不取決于工人的技術(shù)水平，可以降低對工人的技術(shù)要求，同時可以減輕工人的勞動強度3,4。1.1.3 夾具的組成雖然機床夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中，作用相同的結(jié)構(gòu)或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個組成部分，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。a定位支承元件定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。b夾緊裝置夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。c連接定向元件這種元件用于將夾具與機床連接并確定夾具對機床主軸、工作臺或?qū)к壍南嗷ノ恢谩對刀元件或?qū)蛟?這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件，用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件稱為導向元件。e其它裝置或元件 根據(jù)加工需要，有些夾具上還設有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機構(gòu)、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其它聯(lián)接元件。f夾具體 夾具體是夾具的基體骨架，用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結(jié)構(gòu)、鍛造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu)，形狀有回轉(zhuǎn)體形和底座形等形狀。上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分3,4。2 連桿的加工特性及其工藝結(jié)構(gòu)性21 連桿加工特性及作用連桿是發(fā)動機的五大件之一，是發(fā)動機重要的安全件。連桿由連桿大頭、桿身和連桿小頭三部分組成。其大頭孔與曲軸連接，小頭孔通過活塞銷與活塞連接，其作用是將活塞的氣體壓力傳給曲軸，又受曲軸驅(qū)動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿受的是沖擊動載荷，因此要求連桿質(zhì)量小、強度高。連桿桿身是工字型截面，而且從大頭到小頭逐步變小。連桿的質(zhì)量直接影響發(fā)動機的使用性能和安全性能。從結(jié)構(gòu)上看連桿并不復雜，但連桿屬于典型的不規(guī)則件且精度要求高，所以加工工藝比較復雜：磨削、鉆、鉸、鏜、銑、衍磨等多種加工方法5。連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來，使活塞的往復直線運動變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運動，以輸出動力5-7。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。反映連桿精度的參數(shù)主要有5個：（1）連桿大端中心面和小端中心面相對連桿桿身中心面的對稱度；（2）連桿大、小頭孔中心距尺寸精度；（3）連桿大、小頭孔平行度；（4）連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度；（5）連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度6,7。22 連桿的結(jié)構(gòu)工藝性分析連桿的工藝特點是：外形復雜、不易定位；大、小頭是由細長的桿身連接，所以彎曲剛性差，易變形；尺寸精度、形狀精度和位置精度及表面粗糙度要求很高。在連桿加工時，小頭孔的公差等級選為為IT7，表面粗糙度Ra值應不大于1.6m,圓柱度公差取為0.015；小頭銅套孔尺寸公差等級為IT6,表面粗糙度Ra值不大于0.4m，圓柱度公差為0.005。大頭孔的尺寸公差等級取為IT6，表面粗糙度Ra值應不大于0.8m，圓柱度公差取為0.012。連桿小頭孔和小頭銅套孔中心線對大頭孔中心線的平行度公差為0.04/100；大、小頭孔中心線在水平面內(nèi)的平行度（扭曲度）公差為0.06/100。大、小頭孔中心距極限偏差為0.05；大頭孔兩端面面對大頭孔中心線的垂直度公差為0.1，表面粗糙度Ra值應不大于3.2m。此外，帶桿連桿的質(zhì)量（無螺栓）應小于5200g；連桿蓋的質(zhì)量應小于1400g；連桿體的質(zhì)量應小于3800g。另外還要求在連桿全部表面上不允許有裂縫、發(fā)裂、碰傷、分層、結(jié)疤、銹蝕、氧化皮和凹陷等缺陷，在不加工表面上允許有修整后的分模面痕跡和深度不大于0.5的局部缺陷6,7。連桿的工藝特點決定了連桿在機械加工時存在一定的困難，因此在確定連桿的工藝過程中要注意定位基準的選擇，盡量減少定位誤差。在連桿機械加工工藝過程中，大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基面，并用大頭處指定一側(cè)的外表面作為另一基面。這是由于：端面的面積大，定位比較穩(wěn)定，用小頭孔定位可直接控制大、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準統(tǒng)一起來，減少了定位誤差。既然連桿是一個剛性比較差的工件，就應該十分注意夾緊力的大小，作用力的方向及著力點的選擇，避免因受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形，以影響加工精度。在加工連桿的夾具中，可以看出設計人員注意了夾緊力的作用方向和著力點的選擇。在粗銑兩端面的夾具中，夾緊力的方向與端面平行，在夾緊力的作用方向上，大頭端部與小頭端部的剛性高，變形小，既使有一些變形，亦產(chǎn)生在平行于端面的方向上，很少或不會影響端面的平面度。夾緊力通過工件直接作用在定位元件上，可避免工件產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。在加工大小頭孔工序中，主要夾緊力垂直作用于大頭端面上，并由定位元件承受，以保證所加工孔的圓度。在精鏜大小頭孔時，只以大平面（基面）定位，并且只夾緊大頭這一端。小頭一端以假銷定位后，用螺釘在另一側(cè)面夾緊。小頭一端不在端面上定位夾緊，避免可能產(chǎn)生的變形8,9。23 毛坯材料的選擇連桿毛坯制造方法的選擇，主要根據(jù)生產(chǎn)類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性）及零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)條件及采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。連桿屬于機械強度要求高的鋼制件，所以一般要用鍛件毛坯。鍛件又分為自由鍛造鍛件和模鍛件兩種。自由鍛造鍛件是在鍛錘或壓力機上用手工操作而鍛制成形的鍛件。它的精度低，加工余量大，生產(chǎn)率也低，適用于單件小批量生產(chǎn)及大型鍛造。而模鍛件是在鍛錘或壓力機上，通過專用鍛模而鍛造制成形的鍛件。模鍛件形狀精度高，加工余量小，且材料纖維組織分布號，機械強度高，生產(chǎn)效率高。因為連桿工件的尺寸精度要求較高，又需要成批大量的生產(chǎn)，因此通常采用模鍛的方式來鍛造連桿。鍛坯有兩種形式：連桿體和蓋在一起的整體鍛件和兩者分開的分開鍛件。整體鍛件較分開鍛件而言，整體鍛造存在所需鍛造設備動力大和金屬纖維被切斷等問題，但整體鍛件可以節(jié)約金屬材料，并減少毛坯制造勞動量，又可使連桿體和連桿蓋的端面同時加工，可以減少工序數(shù)目，所以連桿毛坯一般采用整體鍛造的較多。整體鍛造的毛坯需要在機械加工過程中將其切開，為保證切開后粗鏜孔時的余量均勻，需要將毛坯的大頭孔鍛成橢圓形。因為連桿的加工要通過模鍛來實現(xiàn)，連桿的剛度和強度要求都比較高，所以選用高強度碳鋼和合金鋼如45鋼、55鋼、40Cr、40CrMnB等。其中45鋼為最常用的碳素調(diào)質(zhì)鋼，綜合力學性能良好，因此就選擇45鋼為連桿加工所采用的材料9。24 連桿加工過程連桿加工工藝過程見表2.1所列。表2.1 連桿加工工藝過程工序號工序名稱1劃加工線2粗車桿身、大小端側(cè)面外圓3粗銑大小、頭兩端面4鉆、擴連桿大、小頭孔5大、小頭兩端倒角6熱處理7精車桿身、大小端側(cè)面外圓8精銑大、小兩端面9半精鏜大、小端孔10粗銑大頭端槽口11半精銑大頭端槽口12去毛刺13噴砂處理以保護兩端孔及端面14檢查連桿的主要加工表面為大、小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及連桿螺栓孔定位面。連桿的機械加工路線是圍繞著主要表面的加工來安排的。連桿的加工路線按連桿的分合可分為三個階段：第一階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二階段為連桿體和蓋切開后的加工；第三階段為連桿體和蓋合裝后的加工。第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準備精基準（端面、小頭孔和大頭外側(cè)面）；第二階段主要是加工除精基準以外的其它表面，包括大頭孔的粗加工，為合裝做準備的螺栓孔和結(jié)合面的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項技術(shù)要求的加工，包括連桿合裝后大頭孔的半精加工和端面的精加工及大、小頭孔的精加工。如果按連桿合裝前后來分，合裝之前的工藝路線屬主要表面的粗加工階段，合裝之后的工藝路線則為主要表面的半精加工、精加工階段9。由表2.1可以看出工序10和11為連桿銑鍵槽夾具設計的核心部分，在之前的工序中大小端孔已經(jīng)先加工好，使其作為后續(xù)工序的定位基準。大小端面常用銑、磨以及拉削方法加工。加工時先以其中的一邊端面為基準加工另一邊端面，然后將連桿翻轉(zhuǎn)180，以加工過的端面作為基準加工另一端面。工序8和9為加工連桿大、小端孔。大小端孔常常為孔本身加工和其他表面的定位基準。大小端孔的加工精度和表面粗糙度要求都很高，通常分為粗、半精及精加工三次進行。對于這種尺寸較小的連桿，模鍛毛坯大小端孔均為盲孔，而且精度要求不是太高，一般只經(jīng)過粗鏜、半精鏜。小端孔的粗加工一般都安排在大端孔粗加工前，這是由于小端孔在后續(xù)加工中將作為主要定位基準。鏜孔時以桿身裝夾，按孔的劃線痕找正定位。在大、小端面，大、小頭孔分別加工完成后，這樣，就可以很容易地定出連桿銑鍵槽工序的定位基準，即為已經(jīng)加工過的大頭孔端面和大、小頭兩孔，這樣銑削鍵槽時，定位基準就可以選擇已經(jīng)精加工過的大頭孔端面，選擇已經(jīng)精加工的面作為定位基準，這樣就可以保證工件的定位精度，減少定位誤差，從而提高工件的加工精度。3 夾具設計31 工件的加工工藝分析圖3.1連桿銑槽工序圖本工序的加工在X62W臥式銑床上用三面刃盤銑刀進行。如圖3.1所示。工序規(guī)定了該工件將通過四次安裝完成加工八個槽，每次安裝的基準都用兩個孔和一個端面，并在大端面上進行夾緊。工件已加工過的大小頭孔徑分別為42.6+0.1 0和15.3+0.1 0，兩孔中心距為570.06，大小頭厚度均為14.30 -0.1。在加工槽口時，槽口的寬度由刀具直接保證，而槽口的深度和位置則和設計的夾具有關(guān)。槽口的位置包括兩方面的要求：槽口的中心面應通過42.6+0.1 0的中心線，但沒有在工序圖上提出，說明此項要求精度較低，因此可以不做重點考慮。要求槽口的中心面和兩孔中心線所在平面的夾角為4530。為保證槽口的深度3.2+0.4 0和夾角4530，需要分析與這兩個要求有關(guān)的夾具精度。3.1.1 選擇刀具及切削用量選擇高速鋼直齒三面刃盤銑刀，根據(jù)槽口要求，選銑刀直徑=50mm，齒數(shù)為81. 選擇切削用量1) 決定切削深度 =5 切削寬度=3.2mm2) 決定進給量 查金屬切削手冊=0.10/z10(1)選擇車刀后到面最大磨損量為0.4，刀具壽命為T=120min。(2)查切削用量手冊, , 10當，查切削用量簡明手冊修正系數(shù)為0.8710，所以(3) 實際切削速度和每齒進給量 根據(jù)銑床X61W型萬能銑床說明書，選擇 因此實際切削速度和每齒進給量(4)計算基本工時 式中L=+，其中452=208mm，根據(jù)切削用量簡明手冊10+17mm故 根據(jù)計算數(shù)據(jù)，可以繪制出連桿銑鍵槽的機械加工工序卡，如圖3.2所示。圖3.2連桿銑鍵槽機械加工工序卡3.1.2 檢驗機床功率當時根據(jù)銑床X61W型萬能銑床說明書，機床主軸允許的功率為故，故選擇的切削用量可用。即32 擬定夾具的結(jié)構(gòu)方案3.2.1 定位方案的確定根據(jù)連桿銑槽工序的尺寸、形狀和位置精度要求，根據(jù)六點定位原理，工件定位時需要限制6個自由度11。工件的定位基準和夾緊裝置雖然在工序圖上已經(jīng)規(guī)定，但在擬定定位夾緊方案時，仍需要對其進行研究，考察定位基準的選擇是否能夠滿足工件位置精度的要求，夾具的結(jié)構(gòu)能否實現(xiàn)。在連桿銑槽工序中，工件在槽深方向的工序基準是和槽相連的端面，如果以此端面作為平面定位基準，可以達到與工序基準相重合，就不會產(chǎn)生基準不重合誤差。但由于此面上需要開槽，那么夾具的定位面勢必要設計成朝下的，這樣，會給定位和夾緊帶來麻煩，夾具結(jié)構(gòu)也會比較復雜。如果選擇與加工槽相對的另一端面為定位基準，那么就會引起基準不重合誤差B，根據(jù)工序圖，可以得出這個誤差的大小等于工件面與端面之間的聯(lián)系尺寸公差0.1。因為加工槽的槽深公差比較大（0.4），這樣完全可以保證加工要求。這種方案又可以使定位夾緊可靠，操作方便，比較兩種方案的優(yōu)缺點，綜合后選擇后一種方案，即以工件底面為定位基準。采用支撐板做定位元件。在保證角度尺寸4530方面，因為工序基準是兩孔的中心線，所以選擇兩孔為定位基準，這樣，不僅可以做到基準重合，避免基準不重合誤差，而且操作也方便。由于孔與銷為間隙配合，當誤差較大，且孔與銷的間隙又較小時，將導致兩孔不能同時套進兩銷，限制同一自由度的兩定位元件出現(xiàn)了干涉，這種重復定位是不允許的，因此采用一個圓柱銷，一個菱形銷作為定位元件。由于被加工槽的角度位置是以大孔中心為基準的，槽的大孔應通過大孔的中心，并與兩孔連線成45角，因此把圓柱銷放在大孔，菱形銷放在小孔。這樣，工件以一面兩孔為定位基準，定位元件采用一面兩銷，分別限制工件的6個自由度，屬于完全定位。定位元件結(jié)構(gòu)及布置參見圖3.3所示。圖3.3定位元件結(jié)構(gòu)及其布置3.2.2 定位元件的結(jié)構(gòu)尺寸及其在夾具中位置的確定 由上可知，定位元件由支撐板、圓柱銷、菱形銷組成。 圓柱銷與菱形銷之間的中心距及公差 兩銷之間的中心距的平均尺寸應等于工件上兩定位孔之間中心距的平均尺寸，其公差一般為Ld=(1/3/5) LD即 LLd、/2=L(1/3/5) LD=57(1/3/5)0.06取LLd、/2=（570.02）式中Ld、LD兩銷之間的中心距公差和兩定位孔之間中心距的公差。式中工件加工精度要求較高時取1/5，加工精度要求較低時取1/3，這里由于加工精度要求不高，故取1/312。 圓柱銷尺寸的確定 圓柱銷的基本尺寸應等于與之相配合的工件定位孔的最小極限尺寸，其公差一般取g6或者f7。這里取定位孔42.6+0.1 0mm直徑的最小值為圓柱銷的基本尺寸圓柱銷尺寸為d1=42.6g6=42.6-0.009 -0.025（查標準公差數(shù)值表可得出） 菱形銷尺寸的確定 根據(jù)表2.1查得菱形銷的b=4，B=13 代入下式，可得d2max=D2min-=15.3-=15.279式中d2max允許的菱形銷尺寸的最大值； D2min與菱形銷相配合的孔的最小極限尺寸。銷與孔的配合一般取h6。由于其上偏差為零，故d2max等于菱形銷尺寸d2的基本值。即d2=15.2790 -0.011=15.3-0.021 -0.032。表3.1 菱形銷的尺寸D236688202024243030404050Bd-0.5d-1d-2d-3d-4d-5d-5b11233345b2345566 分度方案的確定由于連桿每一面各有兩對兩對呈90完全相同的槽，為提高加工效率，應在一道工序中完成，這樣就需要按工件正反面分別加工，而在加工任一面時，一對槽加工完成后，還必須變更工件在夾具中的位置。實現(xiàn)這一目的有兩種方案，方案一：采用一個分度盤，將工件與分度盤一起轉(zhuǎn)過90，再加工另外一對槽；方案二：在夾具上裝夾兩個相差為90的菱形銷，加工完一對槽后，卸下工件，將工件轉(zhuǎn)過90套在另外一個菱形銷上，重新進行夾緊后再加工另外一對槽。對比兩種方案，方案一，工件只需要一次裝夾，定位精度較高，效率也比較高，但加工過程中，需要轉(zhuǎn)動分度盤，而且分度盤也需要鎖緊，夾具結(jié)構(gòu)相對比較復雜；而方案二，夾具結(jié)構(gòu)比較簡單，但是需要進行兩次裝夾，效率可能會降低。綜合兩方案的優(yōu)缺點，考慮到產(chǎn)品的生產(chǎn)批量不是特別大，選擇方案二更為合適。3.2.3 夾緊方案的確定連桿是一個剛性比較差的工件，就應該十分注意夾緊力的大小，作用力的方向及著力點的選擇，避免因受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形，以影響加工精度。而在銑削加工時，切削力比較大，并且是不連續(xù)切削，易引起沖擊和振動，所以夾緊力要求較大，以保證工件夾緊可靠。為防止工件在加工過程中因振動而松動，夾緊裝置要有足夠的夾緊力和自鎖性能12,13。在批量較小時，夾緊機構(gòu)采用螺釘壓板較為合適（生產(chǎn)批量較大時，可采用手動聯(lián)動夾緊機構(gòu)或液動、氣動夾緊機構(gòu)）14。可供選擇的夾緊部位有兩個方案：一是壓在大端上，需用兩個壓板（讓開加工位置）；另一是壓在桿身上，此時只需要用一個壓板。前者的缺點是夾緊兩次，后者的確定是夾緊點離加工面較遠，而且壓在桿身中部可能引起工件變形，考慮到銑削力較大，夾緊點應盡量靠近加工表面，確定采用第一方案。但如桿身截面較大，加工的槽也不深時，后一種方案也是可以使用的。夾緊方案具體見圖3.4所示。3.2.4 對刀方案的確定 本工序被加工槽的精度一般，主要保證槽深和槽中心線通過大孔（42.6+0.1 0）中心等要求。夾具中采用直角對刀塊及塞尺的對刀裝置來調(diào)整銑刀相對夾具的位置。其中，利用對刀塊的鉛垂對刀面及塞尺調(diào)整銑刀，使其寬度方向的對稱面通過圓柱銷的中心，從而保證零件加工后，兩槽中心對稱性通過42.6+0.1 0大孔中心。利用對刀塊水平對刀面及塞尺調(diào)整銑刀圓周刃口位置，從而保證槽深尺寸3.2+0.4 0的加工要求。對刀塊采用銷釘定位、螺釘緊固的方式與夾具體連接15。對刀裝置的設計具體見圖3.4所示。圖3.4夾緊對刀裝置的設計3.2.5夾具在機床上的安裝方式安裝在工作臺平面上的夾具，其夾具體的底面便是夾具的安裝基準面，因而應經(jīng)過比較精密的加工，以保證良好的接觸并未其他表面提供良好的工藝基準。由于該夾具屬于銑床類夾具，加工表面有方向性要求，為了保證夾具的定位元件相對于切削運動有準確的方向，需要在夾具體上安裝定位鍵，這樣夾具安裝到機床時就不需要找正便可確定它的位置，然后再緊固。同時還可以承受部分切削力矩，以減輕夾具體與銑床工作臺連接用螺栓的負荷。綜合上述情況考慮，選擇一個定位鍵與機床工作臺T型槽來配合以實現(xiàn)該夾具在銑床上的定位，并通過T型槽螺栓將夾具固定在工作臺上16。3.2.6夾具體及總體設計夾具體的設計應通盤考慮，使各組成部分通過夾具體有機地聯(lián)系起來，形成一個完整的夾具。從夾具的總體設計考慮，由于銑削加工的特點，切削力較大，在加工中容易引起振動，故要求夾具體需要有適當?shù)木群头€(wěn)定性，有足夠的強度和剛度，結(jié)構(gòu)工藝性好，排屑方便，在機床上安裝穩(wěn)定可靠17。33 切削力和夾緊力的計算夾緊力的大小，對工件裝夾的可靠性、工件和夾具的變形、夾緊裝置的復雜程度等都有很大的影響。刀具：高速鋼直齒三面刃盤銑刀。=50mm Z=8切削力經(jīng)計算700N根據(jù)夾緊力的計算公式，每個壓板需給工件的夾緊力為Fj=kFz/2f17式中K為安全系數(shù)取K=1.6，f為工件與定位元件之間的摩擦因數(shù)，取f=0.5故Fj=1120N。取Fj=1200N 即每個壓板需給工件的壓緊力為1200N時滿足要求。34 夾具總圖設計工件裝夾方案確定后，要進行切削力，夾緊力以及定位誤差的計算，以確定夾緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和尺寸及定位元件的結(jié)構(gòu)尺寸和精度。另外還要根據(jù)定位元件及夾緊機構(gòu)所需的空間范圍及機床工作臺的尺寸，確定夾具體的結(jié)構(gòu)尺寸，然后繪制夾具總圖17。先用雙點劃線畫出工件外形，然后依次畫出定位元件，夾緊機構(gòu)及其它元件最后用夾具體把各種元件連成一體，便成為連桿銑鍵槽夾具總圖。夾具總圖上應標注的尺寸及配合公差 夾具的外輪廓尺寸18014070 兩定位銷直徑及公差，兩定位銷之間的距離和公差：圓柱定位銷直徑按g6取為42.6-0.009 -0.025，菱形銷直徑按h6取為15.3-0.021 -0.032mm。兩銷之間的距離尺寸與公差按連桿相應尺寸公差0.06的1/3取值0.02，所以該尺寸標注為570.02；為保證槽的角度要求，兩菱形銷安裝位置的角度公差可以取得稍微嚴一些，為工件相應角度公差30的1/5，即6，所以圓上 角度標注為456。 定位平面到對刀塊底面之間的尺寸關(guān)系到槽深精度，而連桿上相應的這個尺寸是由尺寸3.2+0.4 0和14.30 -0.1間接決定的，經(jīng)過尺寸鏈的換算（3.2+0.4 0是封閉環(huán)），得到這個尺寸為11.1-0.1 -0.4mm。因為夾具的工序尺寸是按要保證的槽深相應尺寸的平均值標注，將上面得到的尺寸改寫為10.850.15然后再減去塞尺厚度3，得到7.85。此尺寸的公差取為工件上尺寸公差（0.15的1/31/5，最終取為0.02，所以最終夾具總圖上對刀塊到定位面距離為7.850.02考慮到塞尺的尺寸，對刀塊水平方向的工作表面到定位圓柱銷中心的距離為8.05相應尺寸公差的1/31/5）。 其他配合尺寸。圓柱銷及菱形銷與夾具體裝卸孔的配合尺寸（25H7/n6和10H7/n6）。夾具總圖上應標注的技術(shù)要求 圓柱銷、菱形銷的軸心線相對定位面N的垂直度公差為0.03mm。 定位面N相對夾具底面M的平行度公差為0.03mm。 對刀塊與對刀工作面相對定位鍵側(cè)面的平行度公差為0.05mm。夾具總圖結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。圖3.5連桿銑鍵槽夾具總裝圖35 夾具精度校核為確使夾具能滿足工序要求，在夾具技術(shù)要求指定以后，還必須對夾具進行精度分析。若工序某項精度不能被保證時，還需要夾具的有關(guān)技術(shù)要求作適當調(diào)整。考查工件上與使用夾具有關(guān)的工序尺寸及工序要求（即工序位置尺寸和位置要求）有槽深3.2+0.4 0槽的中心線與大頭孔中心線連線夾角為4530下面對這兩項要求的定位誤差分別討論：對于第一項要求，工序基準是和槽相連的端面，而定位基準是與槽相對的另一端面，那么便存在基準不重合誤差B,其值等于工件面端面之間的聯(lián)系尺寸0.1而定位端面已經(jīng)進行過精加工，其基準位置誤差Y可近似看作為0。所以定位誤差D=B=0.1。由于夾具定位面和夾具底面間的平行度誤差等，會引起工件的傾斜，使被加工槽的底面和端面不平行，而影響槽深的尺寸精度。夾具技術(shù)要求規(guī)定不大于0.03/100，故工件大頭約50范圍內(nèi)的影響值為0.015，所以夾具安裝誤差就取為0.015。與加工方法有關(guān)的誤差：根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，這方面的誤差一般可以控制在被加工公差的1/3范圍內(nèi)，這里取為0.15。以上三項合計為0.265，即可能的加工誤差為0.265，這遠小于工件加工尺寸要求保證的公差0.4。對于第二項要求，工序基準為兩孔中心線，與定位誤差一致，故不存在基準不重合誤差。但由于工件定位孔與夾具定位銷之間的配合間隙會造成基準位移誤差，有可能導致工件兩定位孔中心聯(lián)系對規(guī)定位置的傾斜，其最大轉(zhuǎn)角誤差為：=arctan(D1max-d1min+D2max-d2min/2L) =arctan(0.1+0.025+0.1+0.032/257) =7.7即傾斜對工件45角的最大影響量為7.7。式中D1max工件上與圓柱銷配合的孔的最大直徑；D2max工件上與菱形銷配合的孔的最大直徑：d1min夾具上圓柱銷最小直徑d2min夾具上菱形銷最小直徑L兩孔兩銷中心距夾具上兩菱形銷分別和大圓柱銷中心連線的角向位置誤差為6，這也會影響工件的45角。與加工方法有關(guān)的誤差：主要是機床縱向走刀方向與工作臺T形槽方向的平行度誤差，查閱有關(guān)機床手冊，一般取為0.03/100，經(jīng)換算，相當于角度誤差為1。綜合以上三項誤差，其最大轉(zhuǎn)角誤差為14.7，此值遠小于工序要求的角度公差30。結(jié)論：從以上所進行的分析和計算來看，本夾具能滿足連桿銑槽工序的精度要求，可以在生產(chǎn)中投入使用。36繪制夾具零件總圖夾具總圖繪制完畢后，對夾具上的非標準件要繪制零件工作圖，并規(guī)定相應在的技術(shù)要求。零件工作圖應嚴格遵照所規(guī)定的比例繪制。視圖、投影應完整，尺寸要標注齊全，所標注的公差及技術(shù)條件應符合總圖要求，加工精度及表面光潔度應選擇合理。 在夾具設計圖紙全部完畢后，還有待于精心制造和實踐和使用來驗證設計的科學性。經(jīng)試用后，有時還可能要對原設計作必要的修改。因此，要獲得一項完善的優(yōu)秀的夾具設計，設計人員通常應參與夾具的制造、裝配，鑒定和使用的全過程。本工序的夾具零件總圖參考圖3.5所示18,19。結(jié) 論隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。通過上述夾具的設計的過程可以看出，進行夾具設計，是一項實踐性很強的工作，需要熟練掌握夾具的設計原則、步驟和方法，勤學多練才能逐步掌握。特別要注意以下幾點。 夾具是為零件加工服務的，零件技工質(zhì)量的保證是第一位的。要想做到這一點，首先必須明確相應工序的加工要求，可能的話，多考慮幾種方案，再進必要的計算，最終最頂能滿足定位精度要求的、合理的定位和夾緊方案；其次，必須明白，定位與夾具是相輔相成的，光有正確的定位，沒有合理的（夾緊力的大小和方向要合理）夾緊裝置，同樣無法保證加工質(zhì)量。 夾具是在機床上使用的，要想保證零件與機床刀具之間的正確位置，除了夾具本身的結(jié)構(gòu)之外，還必須了解各種機床的結(jié)構(gòu)特點，注意夾具與機床的連接方式，保證夾具在機床上的準確定位。 夾具的設計，除了要能夠保證工序的加工質(zhì)量外，還必須做到能提高生產(chǎn)效率，易于工人操作，否則會被操作工人束之高閣。致 謝 在此要感謝我的指導老師江琴對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在畢業(yè)設計中，她給予了我學術(shù)和指導性的意見。我萬分的感謝他給我的寶貴的指導意見和鼓勵。江老師嚴謹細致的作風，豐富的理論知識給了我很深的啟迪，使我受益匪淺。在設計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。我的論文是在江老師的悉心指導和嚴格要求下完成的，我的每一點進步和提高都得益于老師的指導、鼓勵、影響和支持；同時也使我在思維方法、工作作風以及學習態(tài)度方面得到進步。感謝所有關(guān)心和幫助過我的老師們、同學們！參 考 文 獻1周世學.機械制造工藝與夾具M.北京：北京理工大學出版社，1999.2孫麗媛.機械制造工藝及專用夾具M.北京：冶金工業(yè)出版社出版社，2003.3方子良.機械制造技術(shù)基礎M. 南京：南京理工大學出版社，2003.4張世昌.機械制造技術(shù)基礎M.北京：高等教育出版社，2003.5戴亞春. 機械制造工藝實習指導書M. 北京：化學教育出版社，2007.6陳宏均.典型零件機械加工生產(chǎn)實例M.北京：機械工業(yè)出版社，2004.7于駿一.典型零件制造工藝M.北京：機械工業(yè)出版社，1999.8王凡.實用機械制造工藝設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社, 2008.9楊叔子.機械加工工藝師手冊M.北京：機械工業(yè)出版社, 2004.10艾興.切削用量簡明手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，2004.11王啟平.機床夾具設計（第二版)M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1996.12東北工學院.機械零件設計手冊M.北京：冶金工業(yè)出版社，1993.13蔣育華，劉燕德.連桿銑槽夾具結(jié)構(gòu)及特點J.南方農(nóng)機，2001,(1)1-614王光斗.機床夾具設計圖冊M.上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1983.15楊靜聲.銑槽夾具J.機械工人.冷加工，1980,(3):21-2316楊黎明.機床夾具設計手冊M.北京：國防工業(yè)出版社 ，1996.17李慶壽.機床夾具設計M.北京：機械工業(yè)出版社，1990.18劉守勇.機械制造工藝與機床夾具M.北京：機械工業(yè)出版社，2004.19王辰寶.機械加工工藝基礎M.南京：東南大學出版社，1996. 本科畢業(yè)設計說明書（論文）第 頁 共 I 頁目 次1 引言111 夾具作用及組成21.1.1 概念21.1.2 夾具的作用21.1.3 夾具的組成32 連桿的加工特性及其工藝結(jié)構(gòu)性421 連桿加工特性及作用422 連桿的結(jié)構(gòu)工藝性分析423 毛坯材料的選擇524 連桿加工過程63 夾具設計831 工件的加工工藝分析83.1.1 選擇刀具及切削用量83.1.2 檢驗機床功率1032 擬定夾具的結(jié)構(gòu)方案103.2.1 定位方案的確定103.2.2 定位元件的結(jié)構(gòu)尺寸及其在夾具中位置的確定123.2.3 夾緊方案的確定133.2.4 對刀方案的確定133.2.5 夾具在機床上的安裝方式143.2.6 夾具體及總體設計1433 切削力和夾緊力的計算1434 夾具總圖設計1535 夾具精度校核1636 繪制夾具零件總圖18結(jié) 論19致 謝20參 考 文 獻21附錄 連桿銑槽加工工藝卡片22 南京理工大學紫金學院本科生畢業(yè)設計（論文）選題、審題表系： 機械工程系 專業(yè)： 機械工程與自動化 指導教師姓 名江琴專業(yè)技術(shù)職 務講師課題名稱連桿兩端面銑鍵槽工序的夾具設計適用專業(yè)機械工程課題性質(zhì)ABCDE課題來源ABCD課題預計工作量大小大適中小課題預計難易程度難適中易備注:課題簡介本課題出于現(xiàn)代化大生產(chǎn)考慮，采用專用夾具對連桿兩端面處的鍵槽進行加工，以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，節(jié)約成本，提高生產(chǎn)率，減小工人勞動強度。通過設計，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和技能，獨立分析和解決實際問題的能力。課題應完成的任務和對學生的要求對夾具進行結(jié)構(gòu)設計和精度設計，并繪制夾具裝配圖和夾具主要零件圖，標注有關(guān)的尺寸、公差配合和技術(shù)條件。要求學生熟練掌握機械制造工藝、夾具設計、互換性與測量技術(shù)基礎、機械制圖等課程，能夠正確查閱相關(guān)手冊確定技術(shù)參數(shù)。編寫設計說明書。所在專業(yè)審定意見： 專業(yè)負責人(簽名)： 年 月 日注：本課題由 袁潔 同學選定，學號： 060104264 注：1該表由指導教師填寫，經(jīng)所在專業(yè)負責人簽名后生效，作為該專業(yè)學生畢業(yè)設計（論文）選題使用；2有關(guān)內(nèi)容的填寫見背面的填表說明，并在表中相應欄內(nèi)打“”； 3課題一旦被學生選定，此表須放在學生“畢業(yè)設計（論文）資料袋”中存檔。填 表 說 明1該表的填寫只針對1名學生做畢業(yè)設計（論文）時選擇使用，如同一課題由2名及2名以上同學選擇，應在申報課題的名稱上加以區(qū)別（加副標題），并且在“設計（論文）要求”一欄中說明。2“課題性質(zhì)”一欄：A產(chǎn)品設計；B工程技術(shù)研究；C軟件開發(fā)；D研究論文或調(diào)研報告；E其它。3“課題來源”一欄：A自然（社會）科學基金與?。ú浚⑹屑壱陨峡蒲姓n題；B企、事業(yè)單位委托課題；C院、系級基金課題；D自擬課題。4“課題簡介”一欄：主要指該課題的背景介紹、理論意義或?qū)嵱脙r值。 南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯系： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 袁潔 學 號： 060104264 (用外文寫)外文出處： Technical English 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導教師評語： 簽名： 年 月 日注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件1：外文資料翻譯譯文制造業(yè)雖然為某一產(chǎn)品選擇制造工藝不是設計工程師的職責。但是，設計工程師所設計的任何一個零部件的結(jié)構(gòu)、公差和材料直接影響到其最佳制造工藝和整個生產(chǎn)周期。同時，零件的形狀和材料的特性必須適合以下一種或更多種制造工藝的要求。（1）制造加工;（2）鑄造;（3）鍛造;（4）彎曲;（5）沖壓;（6）擠壓;（7）脫模成型。以上每種工藝都有一個加工精度范圍，這一范圍是采用這種加工方法容易獲得的一般精度。因此，確定零件的公差也就確定了零件的加工方法。加工過程中，另外一個重點考慮的問題是裝配件上的各種零部件的裝配。選擇以下哪一種裝配方法取決于產(chǎn)品的設計參數(shù)。（1） 螺栓聯(lián)接（便于拆卸）（2） 彈性元件聯(lián)接（便于拆卸）（3） 鉚接（可以拆卸，但不容易拆卸）（4） 焊接（永久性聯(lián)接）要求的加工表面質(zhì)量也在很大程度上決定了加工工藝。外觀和耐腐蝕上的要求通常決定了最后一道加工工序，如噴漆、拋光、電鍍和可塑的涂層。經(jīng)濟性價格過于昂貴的產(chǎn)品很難暢銷。產(chǎn)品設計師的責任就是要用盡可能低的成本設計出質(zhì)量過關(guān)的產(chǎn)品。制造商的成本很大一部分是由勞動力成本和原材料成本構(gòu)成的。而客戶承擔的并不僅僅是產(chǎn)品的銷售價格，還包括了運營和維護費用。低價格的劣質(zhì)產(chǎn)品需要持續(xù)性的維護，這種產(chǎn)品很難占據(jù)市場。同樣的，如果價格過高，即便是產(chǎn)品質(zhì)量非常出色，在市場營銷上也要花費大量的力氣。意識到低價格并不代表著低質(zhì)量這一點是非常重要的。 在設計產(chǎn)品時，設計師應該經(jīng)常性的問問自己下面的幾個問題：(1)產(chǎn)品所要達到的基本功能是什么？(2)如何最好的達到該功能？(3)是否有絕對的必要去使用耐蝕性的材料？(4)是否需要使用螺母及螺栓這樣的標準配件(5)裝配和拆卸是否可以便利的完成？(6)設計是否需要提供互換性？(7)哪些部件需要由外部供應商提供？(8)耐受性是否可以進一步提高？(9)是否真的需要一個非常光滑的表面？與最后一個問題相關(guān)的，比如，為了要達到4微英寸或更小的表面光潔度，一般接下來的工序會有：粗加工，精加工，粗研磨，完成研磨，開鑿和磨光。安全性設計時應注意產(chǎn)品在正確使用的狀態(tài)下不會給使用者造成危險。當然，產(chǎn)品設計師無法掌控產(chǎn)品被誤用的情況。但我們在進行設計時依然應該努力降低產(chǎn)品被誤用的可能性以阻止用戶偶爾的繞過安全裝置。另外，設計時應盡量降低對使用者技術(shù)的要求。這一點對汽車來說尤為重要，雖然汽車駕駛員都已經(jīng)通過了在危險路面和惡劣天氣下的各種測試。以下列出的是在汽車設計中日益受到強調(diào)的一些安全特性：(1)吸能保險杠；(2)車門蜂鳴器；(3)在重壓下迅速膨脹的空氣囊；(4)有駕帶駛警示燈的雙液壓制動系統(tǒng)；(5)當駕駛者和乘客沒有系好安全帶時具有燈光閃爍和蜂鳴功能的膝部和肩部安全帶；(6)頭部保護系統(tǒng)；(7)內(nèi)門鋼護欄；(8)鋼束帶，徑向簾布層輪胎。環(huán)境效應一個成功的產(chǎn)品，不應造成嚴重的環(huán)境污染。合理的設計通?？梢越档铜h(huán)境污染已經(jīng)噪聲污染。由于噪音是由震動產(chǎn)生的，因此組合震動環(huán)是一個可能的解決方案。另一種環(huán)境污染就是空氣污染。鑒于我們之前的討論，有人認為汪克爾發(fā)動機相對于活塞發(fā)動機來說會排放出更少的廢氣。然而并非如此?？煽啃院蛪勖鼔勖侵敢患a(chǎn)品功能正常的時間段。通常來說，產(chǎn)品價格大體上也反映了他的設計壽命，因為，不必要的過長的使用壽命是不經(jīng)濟的。另一方面來說，在使用者看來過短的使用壽命就意味著劣質(zhì)。因此，產(chǎn)品設計者在選擇產(chǎn)品的使用壽命時應該具有良好的基于經(jīng)濟效益和消費者態(tài)度上的判斷力。侵蝕性，耐磨性和疲勞性事三個影響使用壽命的重要因素。與使用壽命密切相關(guān)的是可靠性。如果產(chǎn)品在每次使用時都能發(fā)揮正常的功能，那么該產(chǎn)品就是可靠的。如果產(chǎn)品在操作中容易受潮，對冷，熱，制造公差和微小的變化過于敏感，那么它常被認為是低可靠性的。通常來說，在其他功能相同的情況下，簡單機械比復雜機械更可靠。1952年，羅伯特盧瑟繪制了一條曲線用來顯示假設的產(chǎn)品的失效率。這個曲線描述了產(chǎn)品壽命的初期死亡率，持續(xù)的危害和磨損三個階段。理論指出在最初的使用階段，產(chǎn)品具有高失效率主要是由于“一些小的原因”，如失效部件，錯誤的組裝或者是微小的設計缺陷。當調(diào)試過后，故障率就會降低。接下來就是試運轉(zhuǎn)期，在這一階段，產(chǎn)品在持續(xù)危害期的低失效率下可靠的運轉(zhuǎn)。雖然不是經(jīng)常性的，但故障總是會在意外情況下發(fā)生，如超負荷，誤用或過多的環(huán)境因素。在壽命期運行一段時間后，產(chǎn)品便進入了多失效率的磨損期。在這一階段通常會歸因于老化，侵蝕以及簡單的基本組成部分的磨損。預防性的維護通?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)的檢查和程序維修來延長使用壽命。法律上的考量要求設計師具備所有的由于產(chǎn)品使用而導致的法律狀況的知識是不合理的。但設計師需要再三思量以制造出安全的產(chǎn)品。法律所要求的一切安全性能都應該盡可能的涉及。另外，應警告消費者由于不當使用而可能出現(xiàn)的潛在的危險。在起訴制造商的案件，產(chǎn)品質(zhì)量領(lǐng)先于所在行業(yè)是很重要的。例如，產(chǎn)品組建和裝配圖表是一件具有法律效力的文件可以在法庭上使用。另一個法律問題是和專利有關(guān)的，大多數(shù)的技術(shù)人員，被錄用的前提條件是要與他們的雇主簽訂一份專利協(xié)議。如果雇主申請專利，并被授予發(fā)明權(quán)，則該專利協(xié)議會保護該雇主免于競爭。以下是與專利問題有關(guān)的清單：(1)申請專利的第一步是進行搜索，看這個發(fā)明是否已經(jīng)被申請專利了。(2)如果在提出申請前該發(fā)明已經(jīng)在印刷刊物中出現(xiàn)超過一年的時間，或該發(fā)明已經(jīng)被公眾使用則不授予專利權(quán)。(3)“申請專利”是指填寫了申請表，但專利并沒有簽發(fā)或被拒絕。(4)專利是由美國政府授予個人（非公司），可享受該專利權(quán)17年。(5)無用的設備不能成為專利。(6)當專利被認定后，它可以防止他人制造，使用或銷售其潛在的發(fā)明。(7)由于被認為是個人財產(chǎn)因此專利可以進行交易。 (8)若他人侵犯了專利權(quán)，則專利所有人可以提起訴訟。(9)任何新產(chǎn)品，工藝和材料只要達到要求都可申請專利。失效分析和診斷本章主要回答以下兩個問題：(1)為什么機械部件會出現(xiàn)失效?(2)如何確定部件的幾何特性?設計者了解什么是失效，以及為何會出現(xiàn)機械失效對他們設計出需要最少維護的可靠的機器來說是至關(guān)重要的。有時失效會非常嚴重，諸如在高速自動行駛時，輪胎飛出。有時候，失效也就是一些干擾而已，比如說，洗車冷卻系統(tǒng)中散熱器軟管松了，跟著的一些麻煩就是丟了冷凍劑，這是些很容易發(fā)現(xiàn)和糾正的狀況?？傮w來說，反方向動態(tài)負載比靜態(tài)負載會帶來更多的困難，因為，疲勞強度必須被考慮進來。另一個問題是這種材料韌性和脆性。比如說，當考慮到疲勞時，脆性的材料是不受歡迎的。很多人把疲勞錯誤的理解為實際的破損。但是，作為一名設計者必須對失效形成的有更廣泛的了解。例如，一個脆性材料在受到拉伸荷載下在其沒有發(fā)生變形前就可能破損了。一種塑性的材料在斷裂前就會大量的變形。沒有斷裂的過度的變形就會使機器發(fā)生失效，因為變形的部分會阻礙其他部分的運行。因此，部分失效（甚至還沒有發(fā)生物理損壞）就是它無法履行其應有功能之時。兩個配件之間磨損可能是由于不正常的摩擦或振動。失效也有可能是一種叫做蠕變的現(xiàn)象造成的，這是在高溫下，受到負荷的機器的塑性流動。另外，部件的實際形狀也可能是導致失效的原因。例如，外形輪廓突然變化導致的應力集中也應該被考慮到，尤其是在存在反方向轉(zhuǎn)動態(tài)負載存在和原料不是很有韌性的情況下。通常來說，設計者應該考慮到失效的所有可能性，它們包括以下這些狀況:(1)應力(2)變形 (3)磨損(4)腐蝕(5)振動(6)環(huán)境造成的損害(7)固定裝置的松動。 零件的尺寸和形狀也必須考慮到很多幾何因素，這些因素會造成外部負載效應，諸如幾何不連續(xù)性，理想輪廓鑄造時產(chǎn)生的殘留應力，過盈配合連接的應用。