0065-工藝夾具-減速箱體零件工藝規(guī)程及加工φ52H8孔夾具設(shè)計(jì)

0065-工藝夾具-減速箱體零件工藝規(guī)程及加工φ52H8孔夾具設(shè)計(jì),工藝,夾具,減速,箱體,零件,規(guī)程,加工,52,h8,設(shè)計(jì) 學(xué)位論文 附錄二 ：中文翻譯 通過(guò)夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化控制變形 摘 要 工件變形必須控制在數(shù)值控制機(jī)械加工過(guò)程之中。夾具布局和夾緊力是影響加工變形程度和分布的兩個(gè)主要方面。在本文提出了一種多目標(biāo)模型的建立，以減低變形的程度和增加均勻變形分布。有限元方法應(yīng)用于分析變形。遺傳算法發(fā)展是為了解決優(yōu)化模型。最后舉了一個(gè)例子說(shuō)明，一個(gè)令人滿意的結(jié)果被求得， 這是遠(yuǎn)優(yōu)于經(jīng)驗(yàn)之一的。多目標(biāo)模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。 關(guān)鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法 1 引言 夾具設(shè)計(jì)在制造工程中是一項(xiàng)重要的程序。這對(duì)于加工精度是至關(guān)重要。一個(gè)工件應(yīng)約束在一個(gè)帶有夾具元件，如定位元件，夾緊裝置，以及支撐元件的夾具中加工。定位的位置和夾具的支力，應(yīng)該從戰(zhàn)略的設(shè)計(jì)，并且適當(dāng)?shù)膴A緊力應(yīng)適用。該夾具元件可以放在工件表面的任何可選位置。夾緊力必須大到足以進(jìn)行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，選擇該夾具元件的方案，并確定夾緊力。因此，不能保證由此產(chǎn)生的解決方案是某一特定的工件的最優(yōu)或接近最優(yōu)的方案。因此，夾具布局和夾緊力優(yōu)化成為夾具設(shè)計(jì)方案的兩個(gè)主要方面。 定位和夾緊裝置和夾緊力的值都應(yīng)適當(dāng)?shù)倪x擇和計(jì)算，使由于夾緊力和切削力產(chǎn)生的工件變形盡量減少和非正式化。 夾具設(shè)計(jì)的目的是要找到夾具元件關(guān)于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個(gè)最優(yōu)布局或方案。在這篇論文里， 多目標(biāo)優(yōu)化方法是代表了夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個(gè)觀點(diǎn)是具有兩面性的。一，是盡量減少加工表面最大的彈性變形； 另一個(gè)是盡量均勻變形。 ANSYS軟件包是用來(lái)計(jì)算工件由于夾緊力和切削力下產(chǎn)生的變形。遺傳算法是MATLAB的發(fā)達(dá)且直接的搜索工具箱，并且被應(yīng)用于解決優(yōu)化問(wèn)題。最后還給出了一個(gè)案例的研究，以闡述對(duì)所提算法的應(yīng)用。 2 文獻(xiàn)回顧 隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運(yùn)用，近幾年夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化包括夾具布局優(yōu)化和夾緊力優(yōu)化。King 和 Hutter提出了一種使用剛體模型的夾具-工件系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化夾具布局設(shè)計(jì)的方法。DeMeter也用了一個(gè)剛性體模型，為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進(jìn)行分析和綜合。他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序與計(jì)算質(zhì)量的有限元計(jì)算法。李和melkote用了一個(gè)非線性編程方法和一個(gè)聯(lián)絡(luò)彈性模型解決布局優(yōu)化問(wèn)題。兩年后， 他們提交了一份確定關(guān)于多鉗夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關(guān)于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認(rèn)為工件在加工過(guò)程中處于動(dòng)態(tài)。相結(jié)合的夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序被提出，其他研究人員用有限元法進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)與分析。蔡等對(duì)menassa和devries包括合成的夾具布局的金屬板材大會(huì)的理論進(jìn)行了拓展。秦等人建立了一個(gè)與夾具和工件之間彈性接觸的模型作為參考物來(lái)優(yōu)化夾緊力與，以盡量減少工件的位置誤差。Deng和melkote 提交了一份基于模型的框架以確定所需的最低限度夾緊力，保證了被夾緊工件在加工的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。 大部分的上述研究使用的是非線性規(guī)劃方法，很少有全面的或近全面的最優(yōu)解決辦法。所有的夾具布局優(yōu)化程序必須從一個(gè)可行布局開(kāi)始。此外，還得到了對(duì)這些模型都非常敏感的初步可行夾具布局的解決方案。夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題是非線性的，因?yàn)槟繕?biāo)的功能和設(shè)計(jì)變量之間沒(méi)有直接分析的關(guān)系。例如加工表面誤差和夾具的參數(shù)之間（定位、夾具和夾緊力）。 以前的研究表明，遺傳算法（ GA ）在解決這類優(yōu)化問(wèn)題中是一種有用的技術(shù)。吳和陳用遺傳算法確定最穩(wěn)定的靜態(tài)夾具布局。石川和青山應(yīng)用遺傳算法確定最佳夾緊條件彈性工件。vallapuzha在基于優(yōu)化夾具布局的遺傳算法中使用空間坐標(biāo)編碼。他們還提出了針對(duì)主要競(jìng)爭(zhēng)夾具優(yōu)化方法相對(duì)有效性的廣泛調(diào)查的方法和結(jié)果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質(zhì)的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個(gè)夾具布局優(yōu)化技術(shù)，用遺傳算法找到夾具布局，盡量減少由于在整個(gè)刀具路徑的夾緊和切削力造成的加工表面的變形。定位器和夾具位置被節(jié)點(diǎn)號(hào)碼所指定。krishnakumar等人還提出了一種迭代算法，盡量減少工件在整個(gè)切削過(guò)程之中由不同的夾具布局和夾緊力造成的彈性變形。Lai等人建成了一個(gè)分析模型，認(rèn)為定位和夾緊裝置為同一夾具布局的要素靈活的一部分。Hamedi 討論了混合學(xué)習(xí)系統(tǒng)用來(lái)非線性有限元分析與支持相結(jié)合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用來(lái)計(jì)算工件的最大彈性變形，遺傳算法被用來(lái)確定最佳鎖模力。Kumar建議將迭代算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)發(fā)展夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Kaya用迭代算法和有限元分析，在二維工件中找到最佳定位和夾緊位置，并且把碎片的效果考慮進(jìn)去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認(rèn)為優(yōu)化夾具布局和夾緊力的同時(shí)，一些研究沒(méi)有考慮為整個(gè)刀具路徑優(yōu)化布局。一些研究使用節(jié)點(diǎn)數(shù)目作為設(shè)計(jì)參數(shù)。一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法，但不能兩者都同時(shí)進(jìn)行。 有幾項(xiàng)研究摩擦和碎片考慮進(jìn)去了。 碎片的移動(dòng)和摩擦接觸的影響對(duì)于實(shí)現(xiàn)更為現(xiàn)實(shí)和準(zhǔn)確的工件夾具布局校核分析來(lái)說(shuō)是不可忽視的。因此將碎片的去除效果和摩擦考慮在內(nèi)以實(shí)現(xiàn)更好的加工精度是必須的。 在這篇論文中，將摩擦和碎片移除考慮在內(nèi)，以達(dá)到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標(biāo)優(yōu)化模型被建立了。一個(gè)優(yōu)化的過(guò)程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夾具夾緊力。最后，結(jié)果多目標(biāo)優(yōu)化模型對(duì)低剛度工件而言是比較單一的目標(biāo)優(yōu)化方法、經(jīng)驗(yàn)和方法。 3 多目標(biāo)優(yōu)化模型夾具設(shè)計(jì) 一個(gè)可行的夾具布局必須滿足三限制。首先，定位和夾緊裝置不能將拉伸勢(shì)力應(yīng)用到工件；第二，庫(kù)侖摩擦約束必須施加在所有夾具-工件的接觸點(diǎn)。夾具元件-工件接觸點(diǎn)的位置必須在候選位置。為一個(gè)問(wèn)題涉及夾具元件-工件接觸和加工負(fù)荷步驟，優(yōu)化問(wèn)題可以在數(shù)學(xué)上仿照如下： 這里的△表示加工區(qū)域在加工當(dāng)中j次步驟的最高彈性變形。 其中 是△的平均值； 是正常力在i次的接觸點(diǎn)； μ是靜態(tài)摩擦系數(shù)； fhi是切向力在i次的接觸點(diǎn)； pos(i)是i次的接觸點(diǎn)； 是可選區(qū)域的i次接觸點(diǎn)； 整體過(guò)程如圖1所示，一要設(shè)計(jì)一套可行的夾具布局和優(yōu)化的夾緊力。最大切削力在切削模型和切削力發(fā)送到有限元分析模型中被計(jì)算出來(lái)。優(yōu)化程序造成一些夾具布局和夾緊力，同時(shí)也是被發(fā)送到有限元模型中。在有限元分析座內(nèi)，加工變形下，切削力和夾緊力的計(jì)算方法采用有限元方法。根據(jù)某夾具布局和變形，然后發(fā)送給優(yōu)化程序，以搜索為一優(yōu)化夾具方案。 圖1 夾具布局和夾緊力優(yōu)化過(guò)程 4 夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化 4.1 遺傳算法 遺傳算法（ GA ）是基于生物再生產(chǎn)過(guò)程的強(qiáng)勁，隨機(jī)和啟發(fā)式的優(yōu)化方法。基本思路背后的遺傳算法是模擬“生存的優(yōu)勝劣汰“的現(xiàn)象。每一個(gè)人口中的候選個(gè)體指派一個(gè)健身的價(jià)值，通過(guò)一個(gè)功能的調(diào)整，以適應(yīng)特定的問(wèn)題。遺傳算法，然后進(jìn)行復(fù)制，交叉和變異過(guò)程消除不適宜的個(gè)人和人口的演進(jìn)給下一代。人口足夠數(shù)目的演變基于這些經(jīng)營(yíng)者引起全球健身人口的增加和優(yōu)勝個(gè)體代表全最好的方法。 遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)時(shí)需夾具布局和夾緊力作為設(shè)計(jì)變量，以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色體的自然演變，以及字符串，它和遺傳算法尋找最優(yōu)，是映射到最優(yōu)的夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃。在這項(xiàng)研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運(yùn)用的。 收斂性遺傳算法是被人口大小、交叉的概率和概率突變所控制的 。只有當(dāng)在一個(gè)人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒(méi)有變化時(shí)，nchg達(dá)到一個(gè)預(yù)先定義的價(jià)值ncmax ，或有多少幾代氮，到達(dá)演化的指定數(shù)量上限nmax， 沒(méi)有遺傳算法停止。有五個(gè)主要因素，遺傳算法，編碼，健身功能，遺傳算子，控制參數(shù)和制約因素。 在這篇論文中，這些因素都被選出如表1所列。 表1 遺傳算法參數(shù)的選擇 由于遺傳算法可能產(chǎn)生夾具設(shè)計(jì)字符串，當(dāng)受到加工負(fù)荷時(shí)不完全限制夾具。這些解決方案被認(rèn)為是不可行的，且被罰的方法是用來(lái)驅(qū)動(dòng)遺傳算法，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可行的解決辦法。1夾具設(shè)計(jì)的計(jì)劃被認(rèn)為是不可行的或無(wú)約束，如果反應(yīng)在定位是否定的。在換句話說(shuō)，它不符合方程（2）和（3）的限制。罰的方法基本上包含指定計(jì)劃的高目標(biāo)函數(shù)值時(shí)不可行的。因此，驅(qū)動(dòng)它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對(duì)于約束（4），當(dāng)遺傳算子產(chǎn)生新個(gè)體或此個(gè)體已經(jīng)產(chǎn)生，檢查它們是否符合條件是必要的。真正的候選區(qū)域是那些不包括無(wú)效的區(qū)域。在為了簡(jiǎn)化檢查，多邊形是用來(lái)代表候選區(qū)域和無(wú)效區(qū)域的。多邊形的頂點(diǎn)是用于檢查。“inpolygon ”在MATLAB的功能可被用來(lái)幫助檢查。 4.2 有限元分析 ANSYS軟件包是用于在這方面的研究有限元分析計(jì)算。有限元模型是一個(gè)考慮摩擦效應(yīng)的半彈性接觸模型，如果材料是假定線彈性。如圖2所示，每個(gè)位置或支持，是代表三個(gè)正交彈簧提供的制約。 圖2 考慮到摩擦的半彈性接觸模型 在x ， y和z 方向和每個(gè)夾具類似，但定位夾緊力在正常的方向。彈力在自然的方向即所謂自然彈力，其余兩個(gè)彈力即為所謂的切向彈力。接觸彈簧剛度可以根據(jù)向赫茲接觸理論計(jì)算如下： 隨著夾緊力和夾具布局的變化，接觸剛度也不同，一個(gè)合理的線性逼近的接觸剛度可以從適合上述方程的最小二乘法得到。連續(xù)插值，這是用來(lái)申請(qǐng)工件的有限元分析模型的邊界條件。在圖3中說(shuō)明了夾具元件的位置，顯示為黑色界線。每個(gè)元素的位置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點(diǎn)所包圍。 圖3 連續(xù)插值 這系列節(jié)點(diǎn)，如黑色正方形所示，是（37，38，31和30 ），（9，10 ，11 ， 18，17號(hào)和16號(hào)）和（ 26，27 ，34 ， 41，40和33 ）。這一系列彈簧單元，與這些每一個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。對(duì)任何一套節(jié)點(diǎn)，彈簧常數(shù)是： 這里， kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點(diǎn)周圍i次夾具元件， Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點(diǎn)周圍之間的距離， ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置, ηi 是周圍的i次夾具元素周圍的節(jié)點(diǎn)數(shù)量 為每個(gè)加工負(fù)荷的一步，適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型。在這個(gè)工作里，正常的彈簧約束在這三個(gè)方向（X ， Y ， Z ）的和在切方向切向彈簧約束，（X ， Y ）。夾緊力是適用于正常方向（Z）的夾緊點(diǎn)。整個(gè)刀具路徑是模擬為每個(gè)夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃所產(chǎn)生的遺傳算法應(yīng)用的高峰期的X ，Y ，z切削力順序到元曲面，其中刀具通行證。在這工作中，從刀具路徑中歐盟和去除碎片已經(jīng)被考慮進(jìn)去。在機(jī)床改變幾何數(shù)值過(guò)程中，材料被去除，工件的結(jié)構(gòu)剛度也改變。 因此，這是需要考慮碎片移除的影響。有限元分析模型，分析與重點(diǎn)的工具運(yùn)動(dòng)和碎片移除使用的元素死亡技術(shù)。在為了計(jì)算健身價(jià)值，對(duì)于給定夾具設(shè)計(jì)方案，位移存儲(chǔ)為每個(gè)負(fù)載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃的健身價(jià)值。 遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動(dòng)實(shí)施如下。定位和夾具的位置以及夾緊力這些參數(shù)寫入到一個(gè)文本文件。那個(gè)輸入批處理文件ANSYS軟件可以讀取這些參數(shù)和計(jì)算加工表面的變形。 因此， 健身價(jià)值觀，在遺傳算法程序，也可以寫到當(dāng)前夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃的一個(gè)文本文件。 當(dāng)有大量的節(jié)點(diǎn)在一個(gè)有限元模型時(shí)，計(jì)算健身價(jià)值是很昂貴的。因此，有必要加快計(jì)算遺傳算法程序。作為這一代的推移，染色體在人口中取得類似情況。在這項(xiàng)工作中，計(jì)算健身價(jià)值和染色體存放在一個(gè)SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。遺傳算法的程序，如果目前的染色體的健身價(jià)值已計(jì)算之前，先檢查；如果不，夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃發(fā)送到ANSYS，否則健身價(jià)值觀是直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出。嚙合的工件有限元模型，在每一個(gè)計(jì)算時(shí)間保持不變。每計(jì)算模型間的差異是邊界條件，因此，網(wǎng)狀工件的有限元模型可以用來(lái)反復(fù)“恢復(fù)”ANSYS 命令。 5 案例研究 一個(gè)關(guān)于低剛度工件的銑削夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題是被顯示在前面的論文中，并在以下各節(jié)加以表述。 5.1 工件的幾何形狀和性能 工件的幾何形狀和特點(diǎn)顯示在圖4中，空心工件的材料是鋁390與泊松比0.3和71Gpa的楊氏模量。外廓尺寸152.4mm×127mm*76.2mm.該工件頂端內(nèi)壁的三分之一是經(jīng)銑削及其刀具軌跡，如圖4 所示。夾具元件中應(yīng)用到的材料泊松比0.3和楊氏模量的220的合金鋼。 圖4 空心工件 5.2 模擬和加工的運(yùn)作 舉例將工件進(jìn)行周邊銑削，加工參數(shù)在表2中給出?；谶@些參數(shù)，切削力的最高值被作為工件內(nèi)壁受到的表面載荷而被計(jì)算和應(yīng)用，當(dāng)工件處于330.94 n（切）、398.11 N （下徑向）和22.84 N （下軸） 的切削位置時(shí)。整個(gè)刀具路徑被26個(gè)工步所分開(kāi)，切削力的方向被刀具位置所確定 表2加工參數(shù)和條件 。 5.3 夾具設(shè)計(jì)方案 夾具在加工過(guò)程中夾緊工件的規(guī)劃如圖5所示。 圖5 定位和夾緊裝置的可選區(qū)域 一般來(lái)說(shuō)， 3-2-1定位原則是夾具設(shè)計(jì)中常用的。夾具底板限制三個(gè)自由度，在側(cè)邊控制兩個(gè)自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個(gè)定點(diǎn)（L1，L2 ， L3和14 ），以定位工件并限制2自由度；并且在Y=127mm的相反面上，兩個(gè)壓板（C1,C2）夾緊工件。在正交面上，需要一個(gè)定位元件限制其余的一個(gè)自由度，這在優(yōu)化模型中是被忽略的。在表3中給出了定位加緊點(diǎn)的坐標(biāo)范圍。 表3 設(shè)計(jì)變量的約束 由于沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)單的一體化程序確定夾緊力，夾緊力很大部分（6673.2N）在初始階段被假設(shè)為每一個(gè)夾板上作用的力。且從符合例5的最小二乘法，分別由4.43×107 N/m 和5.47×107 N/m得到了正常切向剛度。 5.4 遺傳控制參數(shù)和懲罰函數(shù) 在這個(gè)例子中，用到了下列參數(shù)值：Ps=30, Pc=0.85, Pm=0.01, Nmax=100和Ncmax=20.關(guān)于f1和σ的懲罰函數(shù)是 這里fv可以被F1或σ代表。當(dāng)nchg達(dá)到6時(shí)，交叉和變異的概率將分別改變成0.6和0.1. 5.5 優(yōu)化結(jié)果 連續(xù)優(yōu)化的收斂過(guò)程如圖6所示。且收斂過(guò)程的相應(yīng)功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在表4中給出。 圖6 夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序的收斂性遺傳算法 圖7 第一個(gè)函數(shù)值的收斂 圖8第二個(gè)函數(shù)值的收斂性 表4 多目標(biāo)優(yōu)化模型的結(jié)果 表5 各種夾具設(shè)計(jì)方案結(jié)果進(jìn)行比較， 5.6 結(jié)果的比較 從單一目標(biāo)優(yōu)化和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)中得到的夾具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)值，如表5所示。單一目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相比較，單一目標(biāo)優(yōu)化方法有其優(yōu)勢(shì)。最高變形減少了57.5 ％，均勻變形增強(qiáng)了60.4 ％。最高夾緊力的值也減少了49.4 ％ 。從多目標(biāo)優(yōu)化方法和單目標(biāo)優(yōu)化方法的比較中可以得出什么呢？最大變形減少了50.2％ ，均勻變形量增加了52.9 ％，最高夾緊力的值減少了69.6 ％ 。加工表面沿刀具軌跡的變形分布如圖9所示。很明顯，在三種方法中，多目標(biāo)優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻。 與結(jié)果比較，我們確信運(yùn)用最佳定位點(diǎn)分布和最優(yōu)夾緊力來(lái)減少工件的變形。圖10示出了一實(shí)例夾具的裝配。 圖9沿刀具軌跡的變形分布 圖10 夾具配置實(shí)例 6 結(jié)論 本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化程序設(shè)計(jì)。優(yōu)化程序是多目標(biāo)的：最大限度地減少加工表面的最高變形和最大限度地均勻變形。ANSYS軟件包已經(jīng)被用于 健身價(jià)值的有限元計(jì)算。對(duì)于夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化的問(wèn)題，GA和有限元分析的結(jié)合被證明是一種很有用的方法。 在這項(xiàng)研究中，摩擦的影響和碎片移動(dòng)都被考慮到了。為了減少計(jì)算的時(shí)間，建立了一個(gè)染色體的健身數(shù)值的數(shù)據(jù)庫(kù)，且網(wǎng)狀工件的有限元模型是優(yōu)化過(guò)程中多次使用的。 傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方法是單一目標(biāo)優(yōu)化方法或經(jīng)驗(yàn)。此研究結(jié)果表明，多目標(biāo)優(yōu)化方法比起其他兩種方法更有效地減少變形和均勻變形。這對(duì)于在數(shù)控加工中控制加工變形是很有意義的。 參考文獻(xiàn) 1、 King LS，Hutter（ 1993年） 自動(dòng)化裝配線上棱柱工件最佳裝夾定位生成的理論方法。De Meter EC (1995) 優(yōu)化機(jī)床夾具表現(xiàn)的Min - Max負(fù)荷模型。 2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局優(yōu)化。Li B, Melkote SN (1999) 通過(guò)夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 3、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對(duì)工件的定位精度的影響。 4、 Li B, Melkote SN (1999) 通過(guò)夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 5、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對(duì)工件定位精度的影響。 6、 Li B, Melkote SN (2001) 最優(yōu)夾具設(shè)計(jì)計(jì)算工件動(dòng)態(tài)的影響。 7、 Lee JD, Haynes LS (1987) 靈活裝夾系統(tǒng)的有限元分析。 8、 Menassa RJ, DeVries WR (1991) 運(yùn)用優(yōu)化方法在夾具設(shè)計(jì)中選擇支位。 9、 Cai W, Hu SJ, Yuan JX (1996) 變形金屬板材的裝夾的原則、算法和模擬。 10、 Qin GH, Zhang WH, Zhou XL (2005) 夾具裝夾方案的建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)。 11、Deng HY, Melkote SN (2006) 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裝夾中夾緊力最小值的確定。 12、Wu NH, Chan KC (1996) 基于遺傳算法的夾具優(yōu)化配置方法。 13、Ishikawa Y, Aoyama T(1996) 借助遺傳算法對(duì)裝夾條件的優(yōu)化。 14、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 一項(xiàng)關(guān)于空間坐標(biāo)對(duì)基于遺傳算法的夾具優(yōu)化問(wèn)題的作用的調(diào)查。 15、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 夾具布局優(yōu)化方法成效的調(diào)查。 16、Kulankara K, Melkote SN (2000) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的布局。 17、Kulankara K, Satyanarayana S, Melkote SN (2002) 利用遺傳算法優(yōu)化夾緊布局和夾緊力。 18、Lai XM, Luo LJ, Lin ZQ (2004) 基于遺傳算法的柔性裝配夾具布局的建模與優(yōu)化。 19、Hamedi M (2005) 通過(guò)一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法混合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能夾具。 20、Kumar AS, Subramaniam V, Seow KC (2001) 采用遺傳算法固定裝置的概念設(shè)計(jì)。 21、Kaya N (2006) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的定位和夾緊點(diǎn)。 22、Zhou XL, Zhang WH, Qin GH (2005) 遺傳算法用于優(yōu)化夾具布局和夾緊力。 23、Kaya N, ?ztürk F (2003) 碎片位移和摩擦接觸的運(yùn)用對(duì)工件夾具布局的校核。 62 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零（部）件圖號(hào) 共 1 頁(yè) 產(chǎn)品名稱 減速箱 零（部）件名稱 減速箱箱體 第 1 頁(yè) 材料牌號(hào) 毛坯種類 鑄件 毛坯外型尺寸 每毛坯可件數(shù) 每 臺(tái) 件 數(shù) 備 注 工序號(hào) 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 車間 工段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時(shí) 準(zhǔn)終 單件 0 鑄 鑄造 鑄造 1 銑 銑159的一個(gè)端面以159的底面為基準(zhǔn) 機(jī)加 X53K 專用夾具、套式面銑刀、游標(biāo)卡尺 2 銑 銑159的另一個(gè)端面以端面為基準(zhǔn) 機(jī)加 X53K 專用夾具、套式面銑刀、游標(biāo)卡尺 3 銑 銑面、以159的一個(gè)端面為基準(zhǔn) 機(jī)加 X51 專用夾具、圓柱銑刀、游標(biāo)卡尺 4 銑 銑面以159的底面及面為基準(zhǔn) 機(jī)加 X52K 專用夾具、端面銑刀、游標(biāo)卡尺 5 鏜 鏜面以159的底面及面為基準(zhǔn) 機(jī)加 T616 專用夾具、硬質(zhì)合金鏜刀、深度游標(biāo)卡尺 6 鏜 粗、半精鏜孔φ185mm以159的底面及側(cè)面為基準(zhǔn) 機(jī)加 T616 專用夾具、硬質(zhì)合金鏜刀、內(nèi)徑百分尺 7 鏜 粗、半精鏜孔φ52H8以185mm的孔及長(zhǎng)235mm的面為基準(zhǔn) 機(jī)加 T616 專用夾具、硬質(zhì)合金鏜刀、游標(biāo)卡尺 8 鏜 粗、半精鏜孔φ50H8以長(zhǎng)為235mm面及φ52mm孔為基準(zhǔn) 機(jī)加 T616 專用夾具、硬質(zhì)合金鏜刀、游標(biāo)卡尺 9 配 配作螺紋孔 10 檢 檢查 設(shè)計(jì)（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì)簽（日期） 更改文件號(hào) 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件名 簽字 日期 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）說(shuō) 明 書(shū) 題 目 減速箱體零件工藝規(guī)程及加工φ52H8孔夾 具設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)（論文）題目： 減速箱體零件工藝規(guī)程及加工Φ52H8孔夾具設(shè)計(jì) 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 1. 零件圖一張, 毛坯圖一張 ２. 夾具裝配圖一份, 夾具零件圖一套 ３. 機(jī)械加工工藝卡一套, 主要工序工序卡一份 ４. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。 2．原始數(shù)據(jù) 零件圖一張, 生產(chǎn)綱領(lǐng)10000件 3．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說(shuō)明 1. 《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》 ２.《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ３.《夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》 4. 進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 零件功能, 結(jié)構(gòu), 尺寸, 精度, 要求分析 及相關(guān)資料收集 2 機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì) 3 工序設(shè)計(jì) 4 夾具設(shè)計(jì) 5 說(shuō)明書(shū)編制 6 檢查及提交論文 7 答辯及準(zhǔn)備 摘 要 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及了機(jī)械制造工藝及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)、金屬切削機(jī)床、公差配合與測(cè)量等多方面的知識(shí)。 減速器箱體零件的工藝規(guī)程及其加工￠52H8孔的夾具設(shè)計(jì)是包括零件加工的工藝設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)以及專用夾具的設(shè)計(jì)三部分。在工藝設(shè)計(jì)中要首先對(duì)零件進(jìn)行分析，了解零件的工藝再設(shè)計(jì)出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出零件的工藝路線；接著對(duì)零件各個(gè)工步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算，關(guān)鍵是決定出各個(gè)工序的工藝裝備及切削用量；然后進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)，選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個(gè)組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件；計(jì)算出夾具定位時(shí)產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計(jì)中注意改進(jìn)。 關(guān)鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。 ABSTRCT This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing ￠ 52H8 hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目 錄 中文摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要……………………………………………………………………………Ⅱ 第一章 工藝設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………1 1.1零件分析………………………………………………………………………… 1 1.2 毛坯的選擇與設(shè)計(jì)及基準(zhǔn)的確定………………………………………………… 1 1.3工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)………………………………………………………… 3 第二章 工序設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 6 2.1工序尺寸與毛坯尺寸的確定……………………………………………………… 6 2.2設(shè)備和工藝裝備的選擇……………………………………………………………7 2.3切削用量與時(shí)間定額………………………………………………………… 9 第三章 專用夾具的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………15 3.1夾具的設(shè)計(jì)………………………………………………………………15 3.2夾緊裝置的組成及設(shè)計(jì)要求……………………………………………………16 3.3鏜模導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)…………………………………………………………17 3.4切削力與夾緊力的計(jì)算………………………………………………………19 3.5 定位誤差的分析………………………………………………………………24 3.6夾具設(shè)計(jì)與操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明………………………………………………25 3.7夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析與改進(jìn)………………………………………………26 第四章 總結(jié)………………………………………………………………27 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………29 致謝…………………………………………………………………………………30 附錄1：機(jī)械加工工藝過(guò)程卡 附錄2：機(jī)械加工工序卡 前 言 機(jī)械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機(jī)械裝備的行業(yè)。機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會(huì)上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開(kāi)制造業(yè)，因此制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè)，是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講，機(jī)械制造水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。 減速器箱體零件的工藝規(guī)程及其加工￠52H8孔的夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械工程材料等進(jìn)行課程設(shè)計(jì)之后的下一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。正確地解決一個(gè)零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問(wèn)題，并設(shè)計(jì)出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)水平有限，其中難免有缺點(diǎn)錯(cuò)誤，敬請(qǐng)老師們批評(píng)指正。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 工藝設(shè)計(jì) 1.1 零件的分析 1.1.1 零件的作用 減速器箱體是減速器的重要組成零件，它將有關(guān)零件（軸、套、齒輪）連接在一起，保證它們之間有正確的相對(duì)位置關(guān)系，使它們能按一定的傳動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)。因此，箱體的加工質(zhì)量對(duì)機(jī)械精度、性能和使用壽命都有直接關(guān)系。減速器的作用（1）降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。 （2）速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。所以在日常的生活工作中運(yùn)用得非常廣泛，也起到非常重要的的作用。 1.1.2 零件的工藝分析 減速箱體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、加工面多、技術(shù)要求高、機(jī)械加工的勞動(dòng)量大。因此箱體結(jié)構(gòu)工藝性對(duì)保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本有重要意義。 減速箱體幾個(gè)加工表面它們之間有一定的位置要求，現(xiàn)分述如下： 尺寸159兩側(cè)面要保證一定的平行度要求平行度公差為0.05mm。 箱體底面與側(cè)面都有一定的垂直度要求垂直度公差為0.05mm。 φ52H8孔與φ185H8孔有一定的平行度要求平行度公差為0.05mm；且有一定的位置要求，保證相互位置尺寸為164±0.045mm；與側(cè)面也有一定的位置要求尺寸偏差為80±0.035mm。 φ50H8兩孔與φ52H8孔有一定的位置要求，保證相互位置尺寸為92±0.031mm；且φ50H8兩孔之間有一定的平行度要求平行度公差為0.05mm。與側(cè)面也有一定的垂直度要求垂直度公差為0.05mm。 1.2毛坯的選擇與設(shè)計(jì)及基準(zhǔn)的確定 1.2.1確定毛坯制造形式 工件生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。 減速箱體零件材料為HT200。查《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》P498表6-68，考慮到零件形狀復(fù)雜、有腔形、制造精度、機(jī)械性能、壽命及批量 ；可選擇砂型鑄造以提高毛坯精度、減少加工余量。 再確定毛坯制造形狀時(shí)應(yīng)考慮各加工表面的余量還應(yīng)考慮是否需要制出工藝凸臺(tái)以利于工件的裝夾；是一個(gè)零件制成一個(gè)毛坯還是多個(gè)零件合成一個(gè)毛坯；那些表面不需要制出；鑄件分型面、拔模斜度及鑄造圓角；最后繪制出毛坯圖，并要決定毛坯的結(jié)構(gòu)特征及各項(xiàng)技術(shù)條件。 1.2.2 基準(zhǔn)的選擇 正確選擇定位基準(zhǔn)是設(shè)計(jì)工藝過(guò)程的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是保證零件加工精度的關(guān)鍵。 定位基準(zhǔn)分為精基準(zhǔn)、粗基準(zhǔn)、輔助基準(zhǔn)。在最初加工工序中，只能用毛坯上未經(jīng)加工的表面為定位基準(zhǔn)（粗基準(zhǔn)），在后續(xù)加工工序中，用也加工表面作為定位基準(zhǔn)（精基準(zhǔn)）。在制定工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)先考慮選擇怎樣的精基準(zhǔn)以保證達(dá)到精度要求并把各加工加工出來(lái)，另外，為了使工件便于裝夾和易于獲得所需加工精度，可在工件上某部位做一輔助基準(zhǔn)，用以定位。 為了說(shuō)明基準(zhǔn)及加工表面方便，因此畫(huà)零件加工表面編號(hào)圖1-1，其中加工表面編號(hào)為、、…… 圖1-1 粗基準(zhǔn)的選擇。 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)遵循以下原則：1）以不需要加工表面作為粗基準(zhǔn)。2）以工件上要求余量均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。3）以平整且面積較大的表面作為粗基準(zhǔn)。4）粗基準(zhǔn)一般只能使用一次。 對(duì)于箱體類零件應(yīng)先加工面后加工孔再以面為基準(zhǔn)加工孔。根據(jù)有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則（當(dāng)零件有不加相對(duì)位置精度較高的不加工表面做為粗基準(zhǔn)。）加工尺寸為159的兩個(gè)端面、時(shí)應(yīng)以尺寸159的底面為粗基準(zhǔn)；在加工面、時(shí)應(yīng)以孔及端面為粗基準(zhǔn)，在加工面時(shí)應(yīng)以、面及面為粗基準(zhǔn)；再加工孔時(shí)應(yīng)以也加工的表面為粗基準(zhǔn)，如加工、孔時(shí)應(yīng)以、、面作為粗基準(zhǔn)，在加工孔時(shí)應(yīng)以、、為粗基準(zhǔn)。 精基準(zhǔn)的選擇。 精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)遵循以下原則：1）：“基準(zhǔn)重合”原則，用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，以便消除基準(zhǔn)不重合誤差。2）“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，當(dāng)定位以某一組精基準(zhǔn)定位可以較方便的加工其它表面，盡可能在多數(shù)工序中采用這組精基準(zhǔn)定位。3）：“自為基準(zhǔn)”原則，當(dāng)精加工或光整加工工序要求余量盡量小而均勻時(shí)，應(yīng)選擇加工表面本身作為精基準(zhǔn)。4）“互為基準(zhǔn)”原則，。當(dāng)兩個(gè)加工表面相互位置精度要求較高時(shí)，以兩個(gè)需加工表面相互作為基準(zhǔn)反復(fù)加工以獲得均勻的加工余量和較高的位置精度。 應(yīng)遵循“基準(zhǔn)重合及統(tǒng)一”原則，選擇面積較大的平面或孔及其組合。因此第一個(gè)工序應(yīng)選擇尺寸159端面作為精基準(zhǔn)加工另一個(gè)端面，有利于夾緊及定位。其它工序應(yīng)盡可能采取“基準(zhǔn)重合及統(tǒng)一”原則，如在加工面、時(shí)應(yīng)以孔及端面為精基準(zhǔn)，在加工面時(shí)應(yīng)以、面及面為精基準(zhǔn)；再加工孔時(shí)應(yīng)以也加工的表面為精基準(zhǔn)，如加工、孔時(shí)應(yīng)以、、面作為精基準(zhǔn)，在加工孔時(shí)應(yīng)以、、為精基準(zhǔn)。 1.3工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 1.3.1 制定工藝路線 零件機(jī)械加工工藝過(guò)程是工藝規(guī)程的中心問(wèn)題，其內(nèi)容包括確定定位基準(zhǔn)、選擇各加工表面的加工方法、安排加工順序及組織整個(gè)加工工藝過(guò)程中各個(gè)工序的內(nèi)容、確定各個(gè)工序所采用機(jī)床設(shè)備和工藝裝備等。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮幾個(gè)方案，經(jīng)過(guò)分析比較，選擇出比較合理的方案。 根據(jù)減速箱體零件為大批生廠，所以采用通用機(jī)床，并配以專用的夾具、刀具，并考慮工序集中，以提高生產(chǎn)率，減少機(jī)床數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。經(jīng)零件工藝分析，零件毛坯為砂型機(jī)械造型，并經(jīng)人工時(shí)效處理消除鑄件內(nèi)應(yīng)力，改善工件的可切削性。 先確定工藝路線如下： 方案一 工序Ⅰ 銑尺寸159的兩端面、，以尺寸159的底面為基準(zhǔn)。 工序Ⅱ 銑面、，以端面、及孔為基準(zhǔn)。 工序Ⅲ 鏜孔φ185mm、φ310mm以、面及面為基準(zhǔn)。 工序Ⅳ 銑面以、面及面為基準(zhǔn)。 工序Ⅴ 鏜面以、面及基準(zhǔn)。 工序Ⅵ 粗、半精鏜孔φ52H8以、面及孔為基準(zhǔn)。 工序Ⅶ 粗、半精鏜階梯孔φ50H8以、面及孔為基準(zhǔn)。 工序Ⅷ 配作螺紋孔 工序Ⅸ 檢查 方案二 工序Ⅰ 銑尺寸159的端面以尺寸159的底面為基準(zhǔn)。 工序Ⅱ 銑尺寸159的端面以尺寸159的底面為基準(zhǔn)。 工序Ⅲ 銑面、以端面、及孔為基準(zhǔn)。 工序Ⅳ 銑面以、面及面為基準(zhǔn)。 工序Ⅴ 鏜孔φ185mm、φ310mm以、面及面為基準(zhǔn)。 工序Ⅵ 鏜面以、面及基準(zhǔn)。 工序Ⅶ 粗、半精鏜孔φ52H8以、面及孔為基準(zhǔn)。 工序Ⅷ 粗、半精鏜孔φ50H8以、面及孔為基準(zhǔn)。 工序Ⅸ 配作螺紋孔 工序Ⅹ 檢查 1.3.2 工藝方案的比較與分析 上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一是159的兩端面一起加工，然后以端面為基面加工其它面，面和孔加工順序比較混亂；方案二則與一有所不同，159兩端面分開(kāi)加工，先加工面再以面為基準(zhǔn)加工孔；兩者比較可以看出，第二方案比第一方案合理，位置精度也較易保證，定位及夾緊等都比較方便；但方案二也有不合適的地方，面、可以一起加工減少裝夾次數(shù)及夾具設(shè)計(jì)，因此可以合為一道工序，改進(jìn)的工藝過(guò)程如下： 工序Ⅰ 銑尺寸159mm兩端面，以尺寸159mm的底面為粗基準(zhǔn)。 工序Ⅱ 銑尺寸159mm兩端面，以端面為基準(zhǔn)。 工序Ⅲ 銑面、，以尺寸159mm的一個(gè)端面為基準(zhǔn)。 工序Ⅳ 銑面，以尺寸159mm的底面及面為基準(zhǔn)。 工序Ⅴ 鏜面，以尺寸159mm的底面及面為基準(zhǔn)。 工序Ⅵ 粗、半精鏜孔φ185mm、φ310mm ，以尺寸159mm的底面及側(cè)面為定位基準(zhǔn)。 工序Ⅶ 粗、半精鏜孔φ52H8 ，以φ185mm的孔及尺寸為235mm的面為定位基準(zhǔn)。 工序Ⅷ 粗、半精鏜孔φ50H8 ，以尺寸為235mm面及φ52mm孔為定位基準(zhǔn)。 工序Ⅸ 配作螺紋孔 工序Ⅹ 檢查 13 第二章 工序設(shè)計(jì) 2.1工序尺寸與毛坯尺寸加工余量的確定 “減速器箱體”零件材料HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，查書(shū)《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》P498表6-68，因?yàn)橄潴w有腔孔等、形狀復(fù)雜所以采用砂型鑄造毛坯；查書(shū)《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》P516表6-90，根據(jù)為砂型機(jī)械造型材料為灰鑄鐵選取鑄造公差等級(jí)為CT8，；查書(shū)《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》P510常用斜度值砂型一般選為鑄造斜度為3°，查書(shū)《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》P511對(duì)于砂型鑄造一般圓角半徑為R3。 查書(shū)《機(jī)械加工余量與公差手冊(cè)》P78表3-1，為砂型機(jī)械造型選取鑄件加工余量等級(jí)為F；查《機(jī)械加工余量與公差手冊(cè)》表3-3，P80根據(jù)毛坯加工面的基本尺寸選取鑄件機(jī)械加工余量； 查《機(jī)械加工余量與公差手冊(cè)》表3-6，P84 根據(jù)鑄件的基本尺寸選取鑄件尺寸公差值。 工序一：加工尺寸159的兩個(gè)端面以尺寸159的地面為基準(zhǔn)，因?yàn)閮擅娑家庸?，因此都有加工余量；查《機(jī)械加工余量與公差手冊(cè)》表3-3，P80根據(jù)加工面的基本尺寸400mm-630mm之間一個(gè)端面的加工余量為4mm則兩個(gè)加工面的毛坯余量為8mm，查《機(jī)械加工余量與公差手冊(cè)》表3-6，P84根據(jù)鑄件的基本尺寸及公差等級(jí)選取尺寸公差值為2.6mm。本工序采用銑削，則加工余量為8mm，表面粗糙度為6.3um，查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2-22，P65根據(jù)它的表面粗糙度采用粗銑便可達(dá)到加工要求。 毛坯尺寸為167±1.3 精度為CT8，加工余量為8mm 銑削后為 精度等級(jí)為IT9，粗糙度為6.3um 以下工序尺寸具體計(jì)算步驟同上，現(xiàn)列表描述如下 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸如下表：表2-1 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量（mm） 精度等級(jí) 工序尺寸（mm） 粗糙度 （um） 工序余量（mm） 最小 最大 端面 鑄件 8 CT8 167±1.3 銑削 8 IT9 6.3 7.9 9.4 底面 鑄件 3 CT8 238±1.0 銑削 3 IT9 12.5 2.815 4.185 235mm端面 鑄件 3 CT8 407±2.1 銑削 3 IT9 6.3 2.86 5.24 銑面φ80mm 鑄件 4 CT8 銑削 4 IT9 6.3 4 4.28 鏜面 鑄件 3.5 CT8 鏜削 3.5 IT11 6.3 2.6 4.54 鏜孔φ185H8 鑄件 5 CT8 半精鏜 1.5 IT8 3.2 1.21 1.572 粗鏜 3.5 IT11 6.3 3.21 3.79 鏜孔φ310mm 鑄件 7 CT8 φ303±1.1 鏜孔 7 IT12 12.5 5.9 9.81 鏜孔φ52H8 鑄件 8 CT8 φ44±1.3 半精鏜 1.5 IT8 3.2 1.31 1.546 粗鏜 6.5 IT11 6.3 5.2 6.69 鏜孔φ50H8 鑄件 5 CT8 φ45±1.0 半精鏜 1.5 IT8 3.2 1.25 1.562 粗鏜 3.5 IT11 6.3 2.5 4.75 鏜階梯孔φ82 鑄件 32 CT8 半精鏜 2 IT8 3.2 1.7 2.087 粗鏜 30 IT11 6.3 29.938 30.362 2.2 設(shè)備和工藝裝備的選擇 在設(shè)計(jì)工序時(shí)，需要具體選定所用的機(jī)床、夾具、切削工具和量具。先具體各個(gè)工序裝備選擇如下： 工序Ⅰ： 銑159mm的端面，以尺寸159的底面為粗基準(zhǔn)。查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺(tái)面距離選擇X53K立式銑床；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P270表5-42，根據(jù)加工表面為大面積平面選擇套式面銑刀D=160mm,d=50mm,Z=16；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅱ：銑尺寸159兩端面，以端面為基準(zhǔn)。同工序Ⅰ一樣查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺(tái)面距離選擇X53K立式銑床；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P270表5-42，根據(jù)加工表面為大面積平面選擇套式面銑刀D=160mm,d=50mm,Z=16；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅲ：銑面、，以尺寸159的一個(gè)端面為基準(zhǔn)。查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺(tái)面距離選擇X51立式銑床；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P271表5-44，根據(jù)加工表面為兩個(gè)側(cè)面選取圓柱形銑刀，D=60mm,d=22mm,L=63mm；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅳ：銑面，以尺寸159的底面及面為基準(zhǔn)。查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺(tái)面距離選擇X52K立式銑床；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P271表5-44，根據(jù)加工表面為頂面選取套式面銑刀，D=80mm,d=27mm,L=36mm；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面先選取量具為多用游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍為0-500mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅴ：鏜面，以尺寸159的底面及面為基準(zhǔn)。查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P221表4-7，根據(jù)平旋盤最大加工外端面為400mm選擇T616臥式鏜床；查書(shū)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》P1064表4.3-63，根據(jù)加工表面的情況頂選取硬質(zhì)合金鏜刀，B=12，H=12,d=12；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅵ：粗、半精鏜孔φ185mm、φ310mm ，以尺寸159的底面及側(cè)面為定位基準(zhǔn)。查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P221表4-7，根據(jù)最大加工孔徑及工作臺(tái)寬度，選擇T616臥式鏜床；查書(shū)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》P1064表4.3-63，根據(jù)加工孔的大小情況頂選取硬質(zhì)合金鏜刀，B=12，H=12,d=12；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍為0-400mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅶ：粗、半精鏜孔φ52H8 ，以φ185mm的孔及尺寸為235mm的面為定位基準(zhǔn)。查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P214表4-8，根據(jù)最大加工孔徑及工作臺(tái)寬度，選擇T4163坐標(biāo)鏜床；；查書(shū)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》P1064表4.3-63，根據(jù)加工孔的大小情況頂選取硬質(zhì)合金鏜刀，B=12，H=12,d=12；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅷ：粗、半精鏜孔φ50H8 ，以尺寸為235mm面及φ52mm孔為定位基準(zhǔn)。查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P221表4-7，根據(jù)最大加工孔徑及工作臺(tái)寬度，選擇T616臥式鏜床；查書(shū)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》P1064表4.3-63，根據(jù)加工孔的大小情況頂選取硬質(zhì)合金鏜刀，B=12，H=12,d=12；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅸ：配作螺紋孔，查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P221表4-7，根據(jù)零件最大尺寸及工作臺(tái)寬度，選擇C616普通車床；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇相應(yīng)螺紋孔的螺紋車刀；查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 2.3 確定切削用量及時(shí)間定額 工序Ⅱ:銑159mm的端面⑨、⑥ 加工要求：銑159mm兩端面，表面粗糙度6.3。 機(jī) 床：X53K立式銑床。 刀 具：套式面銑刀（B類）， D=160mm，=40mm, =56mm,H=63,mmZ=8(粗加工)，=90o。查《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》P1099，表12-113 計(jì)算銑削用量： 1.銑削深度=4mm 2.每齒進(jìn)給量 =0.1mm/z,《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》P108表3-28，。 3.切削速度 查《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》P113表3-30。取V=1.5m/s即90m/s。根據(jù)刀具采用套式面銑刀， 表12-113，P1099《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》。=160 Z=8 則根據(jù) （2-1） 查閱《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》X53K立式銑床說(shuō)明P226附表4-16-1。 取=190r/min則實(shí)際切削速度： （2-2） 計(jì)算銑削工時(shí)： 當(dāng)=190r/min （2-3） 取工作臺(tái)的進(jìn)給量=156mm/min。查閱《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》P226表4-16-2立式銑床X53K工作臺(tái)橫向進(jìn)給量。 由于工件在工作臺(tái)上的縱向最大尺寸為428mm，立銑刀直徑為160mm?？煞譃?次走刀完成銑削。 查閱表7-7，P305《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》可得公式： ； （2-4） ； 。 第一次走刀：l=466mm，B=140mm 則：=0.5（160-）=41.27mm =（466+41.27+3）/156=3.27min； 第二次走刀：l=502mm，B=160mm 則：=0.5（160-）=80mm =（502+80+3）/156=3.75min； 第三次走刀：l=381.33mm,B=128mm 則： =0.5（160-）=32mm =（381.33+32+3）/156=2.67min； 現(xiàn)畫(huà)三次走刀路線圖如下： 圖2-1 該工序銑削總工時(shí)既是3次走刀時(shí)間相加： T=3.27+3.75+2.67=9.69min. 輔助時(shí)間計(jì)算： 查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P335表7-29，1）在立式銑床上裝上及取下零件所需的輔助時(shí)間為；根據(jù)壓緊方式為壓板壓緊及工件重量為8kg所以取輔助時(shí)間為0.89min；2）查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P336表7-30，在立式銑床上工作時(shí)有關(guān)定程的輔助時(shí)間，根據(jù)加工性質(zhì)為粗銑及工作臺(tái)長(zhǎng)度取0.77min；3）工作地點(diǎn)服務(wù)及自然需要時(shí)間服，取工序時(shí)間的4.1%；4）查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P337表7-32，準(zhǔn)備結(jié)束時(shí)間為7.6 min； 因此，總的輔助時(shí)間為T=0.89+0.77+7.6+9.69×4.1%=9.66min 工序Ⅳ:銑端面φ80mm 加工要求：銑面φ80mm，表面粗糙度6.3um。 機(jī) 床：X63臥式銑床 刀 具：硬質(zhì)合金端面銑刀YG6，Z=6，=90o 計(jì)算銑削用量： 1） 銑削深度=4mm 2） 每齒進(jìn)給量 =0.3mm/z,查書(shū)《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》表3-28，P108。 3） 切削速度 查表3-30《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》。取V=1.5m/s即90m/s。根據(jù)刀具采用套式面銑刀， 表12-113，P1099《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》。=100，Z=6。 則 （2-5） 根據(jù)X63臥式銑床說(shuō)明P228附表4-17-1取=300r/min則實(shí)際切削速度 （2-6） 當(dāng)=300r/min時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量查附表4-17-2，P229取=600mm/min 4) （2-7） 5) 切削工時(shí)的計(jì)算： （2-8） 查表7-7，P305《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》。 ｌ =80mm, =0.5(100-)+2=22mm =2mm 6) 輔助時(shí)間計(jì)算： 查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P335表7-29，1）在立式銑床上裝上及取下零件所需的輔助時(shí)間為；根據(jù)壓緊方式為壓板壓緊及工件重量為8kg所以取輔助時(shí)間為0.89min；2）查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P336表7-30，在立式銑床上工作時(shí)有關(guān)定程的輔助時(shí)間，根據(jù)加工性質(zhì)為粗銑及工作臺(tái)長(zhǎng)度取0.77min；3）工作地點(diǎn)服務(wù)及自然需要時(shí)間服，取工序時(shí)間的4.1%；4）查書(shū)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》P337表7-32，準(zhǔn)備結(jié)束時(shí)間為7.6 min； 因此，總的輔助時(shí)間為T=0.89+0.77+7.6+9.69×4.1%=9.66min 工序Ⅵ：粗、半精鏜孔φ52H8 工件材料：HT200、金屬型鑄造 加工要求：粗、半精鏜孔φ52H8，表面粗糙度為3.2um 機(jī) 床：T4163坐標(biāo)鏜床 刀 具：刀具材料為硬質(zhì)合金、YG8、刀桿尺寸為12mm×12mm，長(zhǎng)度為500mm。 (一)計(jì)算切削用量： 粗鏜孔至φ50.5mm，單邊余量Z=3.25mm，=3.25mm,一次加工 確定進(jìn)給量 查表3-13，P93《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》，加工鑄鐵，f=0.03-0.16mm/r.根據(jù)T4163鏜床主軸進(jìn)給量。取f=0.15mm/r 根據(jù)有關(guān)手冊(cè)，取V=100m/min則 （2-9） 查表4-7-1，P213《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》。T4163坐標(biāo)鏜床主軸轉(zhuǎn)速取=612r/min 鏜削工時(shí)：查P299表7-1《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》。 （2-10） 半精鏜孔至φ52mm，單邊余量0.75mm 一次加工 確定進(jìn)給量 查表3-22，P101《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》 根據(jù)鏜床主軸進(jìn)給量取f=0.10mm/r 查表3-19，P98《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》。V=1.333-1.83m/min,取V=1.8m/s。 則 （2-11） 根據(jù)T4163主軸轉(zhuǎn)速 工時(shí)定額 P299，表7-1《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》。 第三章 夾具設(shè)計(jì) 3.1 夾具的設(shè)計(jì) 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。經(jīng)過(guò)與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)第Ⅵ道工序。 專用夾具是為某工序而特定設(shè)計(jì)制造的夾具。它優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，操作容易，裝夾容易，生產(chǎn)率高。缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品更新?lián)Q代后往往不能繼續(xù)使用，適應(yīng)性差；費(fèi)用較高。 機(jī)床夾具一般由功能相互獨(dú)立而又相互聯(lián)系的以下六部分組成：1.定位元件或定位裝置。如支承釘、定位鍵、定位銷等。2.夾緊元件或夾禁裝置，它一般由動(dòng)力裝置（油缸、汽缸等）、中間傳力機(jī)構(gòu)和夾緊元件（壓板、鉤板等）組成。3.對(duì)刀或引導(dǎo)元件，它是保證夾具相對(duì)刀具的正確的位置，如對(duì)刀塊、鉆套、鏜套等。4.夾具體，它與機(jī)床有關(guān)部件相連接，以確定夾具相對(duì)于機(jī)床的位置。5.連接元件，確定夾具在機(jī)床上的正確位置，如定位鍵、定位銷、螺釘、螺栓等。6.其它元件或裝置，適用于有特殊要求的元件，如分度裝置、上下料裝置等。 設(shè)計(jì)鏜φ52H8孔工序的專用夾具，夾具用于T4163坐標(biāo)鏜床，刀具為硬質(zhì)合金鏜刀，利用鏜桿對(duì)孔進(jìn)行鏜削。 工件的定位原理 自由物體在空間直角坐標(biāo)系中有六個(gè)自由度，即沿OX,OY,OZ三個(gè)軸向的平動(dòng)自由度和三個(gè)繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。要使工件在夾具體中具有準(zhǔn)確和確定不變的位置，則必須限制六個(gè)自由度。工件的六個(gè)自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六個(gè)，但仍然能保證加工要求的定位叫不完全定位。在生產(chǎn)中，為了調(diào)整和控制不可避免產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。 ①、以工件的平面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位時(shí)，常采用擋鐵、支撐釘進(jìn)行定位 ②、工件以圓孔內(nèi)表面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位時(shí)常采用銷定位器 ③、工件以圓柱外表面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位時(shí)常采用V形鐵定位器 ④、利用以定位工件的輪廓對(duì)被定位工件進(jìn)行定位可采用樣板定位器 零件工序圖如下： 圖3-1 “減速箱體”用定位釘和圓銷定位。底面兩個(gè)支承釘限制了Z方向的移動(dòng)自由度與X方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，擋板上的支承釘限制了Y方向移動(dòng)以及繞Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，圓銷限制了Y、Z兩個(gè)方向的移動(dòng)，螺旋夾緊器機(jī)構(gòu)夾緊，共限制了6個(gè)自由度。分析見(jiàn)上圖3-1。 3.2夾緊裝置的組成及設(shè)計(jì)要求 夾緊工件的方式是多種多樣的，因而夾緊裝置的結(jié)構(gòu)也是千變?nèi)f化的。夾緊裝置一般分為簡(jiǎn)單夾緊裝置與復(fù)合夾緊裝置兩類。夾緊裝置一般由以下三大部分組成： 3.2.1動(dòng)力源 在夾具中產(chǎn)生原始作用力的機(jī)構(gòu)稱為動(dòng)力源。有手動(dòng)與機(jī)動(dòng)兩類，采用機(jī)動(dòng)夾緊的動(dòng)力源，是為了減少輔助時(shí)間，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。本夾具采用機(jī)動(dòng)液壓夾緊的動(dòng)力源。 3.2.2中間傳力機(jī)構(gòu) 它是將動(dòng)力源產(chǎn)生的原始作用力傳遞給夾緊元件的機(jī)構(gòu)稱為傳力機(jī)構(gòu)。有螺旋機(jī)構(gòu)、鉸鏈機(jī)構(gòu)、偏心機(jī)構(gòu)等。本夾具采用螺旋機(jī)構(gòu)。 3.2.3夾緊元件 夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。它通過(guò)與工件被夾表面直接接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊的功能，如壓板、壓頭等。本夾具采用鉤形壓板。 鉤形壓板的計(jì)算如圖： 圖3-2 壓板回轉(zhuǎn)時(shí)沿圓柱轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)S （3-1） d-鉤形壓板導(dǎo)向部分直徑mm φ-壓板回轉(zhuǎn)角度 壓板回轉(zhuǎn)時(shí)的升程 （3-2） β-壓板螺旋槽的螺旋角 β為90° k-壓板升程系數(shù) k=0.94 3.3鏜模導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì) 采用鏜模鏜孔，孔的位置尺寸精度除了采用剛性主軸加工外都是依靠鏜模導(dǎo)向來(lái)保證的，而不決定于機(jī)床成形運(yùn)動(dòng)的精度。鏜模導(dǎo)向裝置的布置，結(jié)構(gòu)和制造精度是保證鏜模精度的關(guān)鍵。 3.3.1導(dǎo)向支架的布置方式 單面后導(dǎo)向 導(dǎo)向支架布置在刀具的后方，刀具與主軸剛性連接。加工＞D的長(zhǎng)孔時(shí)，刀具導(dǎo)向部分直徑d應(yīng)小于所加工的孔徑D。這是因?yàn)?，此時(shí)鏜桿能進(jìn)入孔內(nèi)，可以減少鏜桿的懸伸量和利于縮短鏜桿長(zhǎng)度。 圖3-3 單面后導(dǎo)向 3.3.2鏜套的結(jié)構(gòu)形式 固定式鏜套 它是固定在鏜模的導(dǎo)向支架上，不能隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)。刀具或鏜桿在鏜套內(nèi)既有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)又有相對(duì)移動(dòng)。它具有外形尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中心位置準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。為了減少鏜套與鏜桿的磨損，一般帶有潤(rùn)滑油孔，用油槍注油潤(rùn)滑。 3.3.3鏜桿 1） 鏜桿導(dǎo)向部分 采用開(kāi)有直槽和開(kāi)有螺旋槽的導(dǎo)向。這種導(dǎo)向與導(dǎo)套接觸面積小，并有在溝槽中能存屑的優(yōu)點(diǎn)，采用上述導(dǎo)向結(jié)構(gòu)時(shí)，切削速度不宜超過(guò)20米/分，因此采用這種導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的鏜桿直徑一般不大于60毫米。 2） 鏜桿直徑 確定鏜桿直徑時(shí)，在考慮到鏜桿剛度的同時(shí)，還要考慮到鏜桿和工件孔之間應(yīng)留有足夠的容屑空間。鏜桿直徑一般選取 ， 在設(shè)計(jì)鏜桿時(shí)，鏜孔直徑D、鏜桿直徑d、鏜刀截面B×B之間一般按表考慮； 查書(shū)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》P140表5-4，取D=52mm、d=40mm、B×B=12×12 3） 鏜桿材料及技術(shù)要求 鏜桿要求表面硬度而內(nèi)部有較好的韌性。因此鏜桿材料多采用45鋼。 鏜桿的導(dǎo)向部分的公差，粗加工采用db,精加工采用db1;鏜桿在500毫米長(zhǎng)度內(nèi)彎曲小于0.01毫米；裝刀的刀孔對(duì)鏜桿的不對(duì)稱度不大于0.01-0.1毫米，不垂直度不大于0.01-0.02/100，刀孔光潔度一般為； 3.4 切削力與夾緊力的計(jì)算 3.4.1切削力的計(jì)算 刀具材料為：硬質(zhì)合金 鏜削力的計(jì)算：見(jiàn)表1-2-3，P32《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》。 修正系數(shù) S — 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 t — 切削深度 V — 切削速度 表1-2-4 ，P33《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》 在 （3-3） 在 （3-4） 在 （3-5） 查表1-2-6中《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》P33。 主 偏 角 =45° 1.0 1.0 1.0 前 角 =10° 1.0 1.0 1.0 刀 傾 角 =0° 1.0 1.0 1.0 刀尖圓弧半徑 r = 0.5mm 0.87 0.66 1.0 鏜削力： （3-6） （3-7） （3-8） 3.4.2夾緊力的確定 確定一個(gè)機(jī)構(gòu)的夾緊力,即確定夾緊力的大小,方向和作用點(diǎn)。它必須通過(guò)綜合分析工件的結(jié)構(gòu)特征、加工要求、工件的定位方案以及工件在加工過(guò)程中所受外力來(lái)確定。 1．確定夾緊力作用方向原則 夾緊力的作用方向不僅影響工件的加工精度，而且還影響工件夾緊的實(shí)際效果。0確定夾緊力方向應(yīng)考慮以下三點(diǎn)：一是夾緊力的作用方向不應(yīng)破壞工件的即定位置；二是夾緊力的作用方向應(yīng)使夾緊力盡可能最小。 本夾具作用方向?yàn)橄蛳隆? 2．確定夾緊力作用點(diǎn)的原則 夾緊力作用點(diǎn)是夾緊元件與工件接觸點(diǎn)處的面積。確定夾緊力作用點(diǎn)是指夾緊力方向已經(jīng)確定后，來(lái)確定作用點(diǎn)的位置、數(shù)目及面積。 本夾具的作用點(diǎn)為兩個(gè)點(diǎn)。 3．夾緊力大小的確定 夾緊力的大小關(guān)系到夾具使用的可靠性、安全性及工件的變形量。夾緊力過(guò)小加工過(guò)程中工件位置將發(fā)生變動(dòng)，夾緊力過(guò)大將使將使工件產(chǎn)生變形。因此也不能過(guò)大。 一套夾具的實(shí)際所需夾緊力的計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般只考慮切削力對(duì)夾緊力的影響，并假定工藝系統(tǒng)是剛性的，切削過(guò)程是連續(xù)穩(wěn)定的。 根據(jù)靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力W，在乘上安全系數(shù) K即的實(shí)際夾緊力數(shù)值。 在計(jì)算夾緊力時(shí),必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 安全系數(shù)，其中為1.5—2 —粗加工取1.2，精加工取1 —刀具鈍化系數(shù)；取1.1—1.3 —斷續(xù)切削系數(shù)，連續(xù)取1 則粗加工安全系數(shù)K=1.2×1.7×1.2×1=2.45 鏜削及夾緊力分析圖如下： 圖3-4 方向所需夾緊力 （3-9） 方向所需夾緊力 （3-10） 方向所需夾緊力 （3-11） 則 W（即為運(yùn)動(dòng)方向所需夾緊力總和） 3.4.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 活塞作用力P的近似計(jì)算查書(shū)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》P182表1-6-7； （3-12） 為沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的夾緊力所要求的作用力總和；既為前面所算W為4181N 為考慮各種損失的有效系數(shù)，通常取 查書(shū)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》P183表1-6-8；液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算 （3-13） P-活塞最大作用力 p-油缸工作壓力取2.5-5.0MPa 往復(fù)式活塞油缸，推力工作時(shí)的缸徑。 P=5226N p=3MPa 查書(shū)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》P183表1-6-8；無(wú)桿腔最大流量 （3-14） D為油腔內(nèi)徑；V1為無(wú)桿腔工作時(shí)活塞速度（m/min）根據(jù)工作需要確定取為2m/min 活塞桿直徑d=0.5D 查表3-1《液壓與氣壓傳動(dòng)》 缸筒內(nèi)徑尺寸取50mm ，GB/T2348-1993，則活塞桿直徑d=0.5D=25mm 活塞長(zhǎng)度0.6-1D 活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度0.6-1.5d 查書(shū)《液壓與氣壓傳動(dòng)》P67；工作腔有效工作面積 （3-15） F為活塞作用力為5226N， P為油缸工作壓力取3MPa； 查書(shū)《液壓與氣壓傳動(dòng)》P67實(shí)際工作壓力（液壓缸） （3-16） F為活塞作用力為5226N D為油腔內(nèi)徑為50mm； 查書(shū)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》P182表1-6-7；油流量計(jì)算 （3-17） 為活塞最大移動(dòng)速度（m/min），F(xiàn)為活塞有效工作面積( )； 查書(shū)《液壓傳動(dòng)》P75，油缸端蓋螺栓驗(yàn)算： 螺栓直徑 （3-18） F —液壓缸負(fù)載 —擰緊系數(shù) Z—固定螺栓個(gè)數(shù) 為材料屈服極限 查書(shū)《液壓傳動(dòng)》P75，活塞桿直徑校核： （3-19） F活塞桿作用力 [σ]材料許用應(yīng)力 3.5定位誤差的分析與計(jì)算 由于工件定位所造成的加工面相對(duì)其工序基準(zhǔn)的位置誤差簡(jiǎn)稱定位誤差，以表示。對(duì)夾具設(shè)計(jì)中采用的某一定位方案,只要其可能產(chǎn)生的定位誤差小于工件相關(guān)尺寸或位置公差的1/3,或滿足前述,見(jiàn)書(shū)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》P163；即可認(rèn)為該定位方案符合加工精度的要求.在加工時(shí)夾具相對(duì)刀具及切削成形運(yùn)動(dòng)的位置經(jīng)調(diào)整后不在變動(dòng)，因此可以認(rèn)為加工面的位置是固定的，在這種情況下，加工面對(duì)其工序基準(zhǔn)位置誤差必然是工序基準(zhǔn)的位置變動(dòng)所造成的。造成定位誤差的原因是基準(zhǔn)位置誤差與不重合誤差。查書(shū)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》P165， 本工件是以端面及孔為定位基準(zhǔn)，消除五個(gè)自由度，用短圓柱銷對(duì)孔及端面定位；再用鉤形壓板壓緊。 本夾具采用銷定位，銷放置于定位板上，限制了工件的上下垂直方向位置的移動(dòng)，而使工件水平位置不會(huì)變動(dòng)；因此基準(zhǔn)位置無(wú)變動(dòng)，；而且定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合是同一個(gè)基準(zhǔn)，因此。 定位誤差分析如下圖： 圖3-5 3.6夾具設(shè)計(jì)與操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 3.6.1夾具體方式的確定 ????夾具體是夾具的基本件，它既要把夾具的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置連接成一個(gè)整體，而且還要考慮工件裝卸的方便。因此，夾具體的形狀和尺寸主要取決于夾具各組成件的分布位置、工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等。在設(shè)計(jì)夾具體時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求。 ?①、具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 ②、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，在保證強(qiáng)度和剛度前提下結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單緊湊，體積小、質(zhì)量輕和便于工件裝卸。 ③、安裝穩(wěn)定牢靠。 ④、結(jié)構(gòu)的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗(yàn) ⑤、尺寸要穩(wěn)定且具有一定精度。 ⑥、清理方便。 夾具體毛坯制造方法的選擇?? 綜合考慮結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)化以及各種夾具體的優(yōu)缺點(diǎn)等，選擇夾具體毛坯制造方法為鑄造夾具體； 夾具體的外形尺寸?? 在繪制夾具總圖時(shí)，根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置及其輔助機(jī)構(gòu)在總體上的配置，夾具體的外形尺寸便已大體確定。然后進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，再根據(jù)強(qiáng)度和剛度要求選擇斷面的結(jié)構(gòu)形狀和壁厚尺寸。夾具體的壁厚30mm，長(zhǎng)度326mm，寬度128mm；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，夾具體上設(shè)計(jì)有螺孔、銷孔，并且要求定位件和夾緊機(jī)構(gòu)的銷孔在裝配時(shí)配作。 3.6.2夾具的精度要求 夾具的精度都應(yīng)比工件要求的精度高，才能加工出合格的工件。精度高出的部分稱為夾具的精度儲(chǔ)備或精度裕度。精度裕度用來(lái)補(bǔ)償加工中的各項(xiàng)誤差及定位、導(dǎo)向元件的磨損。當(dāng)然精度裕度越大，加工工件的質(zhì)量越穩(wěn)定，夾具的易損件的使用壽命也越長(zhǎng)。但從另一方面看，精度裕度越大，必須要求夾具的制造精度越高，從而會(huì)急劇增加夾具的制造成本，工件的加工成本也隨之增加；反之，夾具制造的精度越小，將會(huì)使夾具在夾具中易損件〔主要是定位、導(dǎo)向元件〕需頻繁地更換，維修周期短，增加維修費(fèi)用，從而增加了工件的加工成本。所以?shī)A具精度的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：應(yīng)使夾具的設(shè)計(jì)精度與工件的加工精度要求相適應(yīng)，不可盲目地提高夾具的精度要求。但多大的 經(jīng)濟(jì)裕度才算合適呢？從原則上講對(duì)加工精度要求高的工件，夾具的精度只能略高于工件要求的加工精度，即減小夾具的經(jīng)濟(jì)裕度。這雖然會(huì)使易損件使用期限縮短，更換頻繁，但仍比提高夾具的制造精度經(jīng)濟(jì)、合理。對(duì)加工精度要求不高的工件，夾具的設(shè)計(jì)精度要求應(yīng)以?shī)A具制造車間的平均經(jīng)濟(jì)精度為下限而不必過(guò)低。 3.6.3夾具使用注意事項(xiàng)、保養(yǎng)及維護(hù) （1）使用前對(duì)限位尺寸檢查是否還保持正確位置； （2）如果擋銷磨損超差，可以進(jìn)行打磨修復(fù)；如果擋板、插銷、支承釘磨損超差，可以重新組裝，錯(cuò)開(kāi)磨損部