定位銷加工工藝及銑8和10斜面的夾具設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）
定位銷加工工藝及銑8和10斜面的夾具設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）,定位,加工,工藝,以及,10,斜面,夾具,設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙
夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國(guó)研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過最小化夾具設(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程中產(chǎn)生的移動(dòng)。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(huì)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(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)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對(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，通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(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，這種方法無法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，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)問題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個(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
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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題。對(duì)于這個(gè)問題， 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)是通過制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問題的問題，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（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(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)化問題可以通過求解約束[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(jì)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(gè)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(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 ，用保守的辦法來解決下面將被討論的問題，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可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖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^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)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個(gè)模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動(dòng)態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。
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機(jī) 械 加 工 工 序 卡
產(chǎn)品型號(hào)
零（部）件圖號(hào)
共2 頁(yè)
產(chǎn)品名稱
定位銷
零（部）件名稱
定位銷
第 1頁(yè)
車 間
工序號(hào)
工序名稱
材料牌號(hào)
5
銑
HT200
毛坯種類
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
銑床
X62W
夾 具 編 號(hào)
夾 具 名 稱
切 削 液
專用夾具
工序工時(shí)
準(zhǔn)終
單件
序號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸
轉(zhuǎn)速
(r/min)
切削
速度
(m/min)
進(jìn)給
量
(mm/r)
切削
深度
(mm)
走刀次數(shù)
時(shí)間定額
機(jī)動(dòng)
輔助
1
銑尺寸為8和10的對(duì)稱斜面
X62W，銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
500
94.2
0.2
1.5
1
0.745
2
3
編制（日期）
審核（日期）
會(huì)簽（日期）
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
更改文件號(hào)
簽字
日期
機(jī) 械 加 工 工 藝 過 程 卡 片
產(chǎn)品型號(hào)
零（部）件圖號(hào)
定位銷
第 1頁(yè)
產(chǎn)品名稱
定位銷
零（部）件名稱
定位銷
共 1 頁(yè)
材料牌號(hào)
45
毛坯種類
模鍛件
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
1
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
備料
鑄造
鑄造
一
鑄造爐
熱處理
時(shí)效處理
鑄造
一
01
車
夾住毛坯，伸出長(zhǎng)度大于等于55mm，光端面，打中心孔；
機(jī)加工
二
CA6140
硬質(zhì)合金車刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
02
車
粗車長(zhǎng)度10mm的錐度，粗車φ16g6的外圓，粗車3×0.5外溝槽
機(jī)加工
二
CA6140
硬質(zhì)合金車刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
03
車
半精車底面，長(zhǎng)度10mm的錐度，半精車φ16g6的外圓，半精車精度1.6μm的溝槽面
機(jī)加工
二
CA6140
硬質(zhì)合金車刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
04
車
精車底面及精度1.6μm的溝槽面
機(jī)加工
二
CA6140
硬質(zhì)合金車刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
05
磨
上磨床，精磨長(zhǎng)度為10mm的錐度，磨φ16g6外圓
機(jī)加工
二
M120磨床
磨具、游標(biāo)卡尺、專用夾具
06
銑
銑尺寸為8和10的對(duì)稱斜面
機(jī)加工
二
X62W
銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
07
車
車另一端端面，取總長(zhǎng)61mm
機(jī)加工
二
Z525
麻花鉆、游標(biāo)卡尺，專用夾具
08
鉆
鉆孔
機(jī)加工
二
Z525
麻花鉆、游標(biāo)卡尺，專用夾具
09
鉸
精鉸φ10H11內(nèi)孔
機(jī)加工
二
Z525
麻花鉆、游標(biāo)卡尺，專用夾具
10
銑
粗銑距中心18mm的平面、25°斜面及R8.5的外圓面
機(jī)加工
二
X62W
麻花鉆、游標(biāo)卡尺，專用夾具
11
銑
半精銑25°的斜面
機(jī)加工
二
X62W
端面銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
12
銑
精銑25°的斜面
機(jī)加工
二
X62W
端面銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
13
終檢
終檢
14
入庫(kù)
入庫(kù)
編制 （日期）
審核 （日期）
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處 數(shù)
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日期
標(biāo)記
處數(shù)
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目 錄
一．序言 3
二．零件的分析 3
（一）零件的作用 3
（二）零件的工藝分析 4
三．機(jī)械加工工藝規(guī)程制定 5
（一）確定毛坯的制造形式 5
選擇定位基準(zhǔn) 5
（三）選擇加工方法 5
（四）制定工藝路線 6
（五）確定加工余量及毛坯尺寸 6
（六）工序設(shè)計(jì) 7
（七）確定加工用量及基本時(shí)間 10
四．專用夾具設(shè)計(jì) 19
五．課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) 23
參 考 文 獻(xiàn) 24
致謝 25
一．序言
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)是在我們學(xué)習(xí)了大學(xué)的技術(shù)基礎(chǔ)課和大專部分專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們?cè)谶M(jìn)行課程設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性鏈接，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。因此，它在我們的學(xué)習(xí)生活中占有十分重要的地位。
我希望通過這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來將從事的工作進(jìn)行一次 適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題，解決問的能力，為
今后參加祖國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)做出一些貢獻(xiàn)。
由于能力有限，設(shè)計(jì)上有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予指導(dǎo)。
二．零件的分析
（一）零件的作用
題目所給的零件是定位銷，定位銷的主要作用是用來固定零件之間的相對(duì)位置，起定位作用，也可以用于軸與轂的連接，定位銷傳遞的載荷不大，還可以為安全裝置中的過載尖端元件。
（二）零件的工藝分析
定位銷的加工要求表面光滑些好，硬度不用太高的，空的精度要求高一些，從5-5零件圖上可以看出：該零件表面粗糙度要求較高，表面粗糙度最高的是Φ16g6的圓柱表面，達(dá)到0.8Ra 。從圖中的行為標(biāo)注可以看出定位銷的底部錐度允許圓跳動(dòng)范圍為0.02，A基準(zhǔn)。
三．機(jī)械加工工藝規(guī)程制定
（一）確定毛坯的制造形式
由零件的工作狀況及功能可知，銷所起固定的作用，所以要求銷有較高的的強(qiáng)度和（二）抗沖擊能力。該零件所選的材料為45號(hào)鋼，模鍛
選擇定位基準(zhǔn)
定位基準(zhǔn)就是工件上直接與機(jī)床或夾具的定位元件相接觸的點(diǎn)線面?；鶞?zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的重要工作之一?；孢x擇的正確，合理，可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，否則，就會(huì)使加工工藝路線問題百出，嚴(yán)重的還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，試生產(chǎn)無法進(jìn)行。
1粗基準(zhǔn)的選擇
由5-5零件圖可知，該定位銷的定位基準(zhǔn)為不規(guī)則的上表面，以上面凸臺(tái)為粗加工基準(zhǔn)，加工16g6的圓柱表面和圓柱下端角度10° 的錐度，以及3×0.5的外溝槽。
2精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合問題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，對(duì)于定位銷而言可根據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，采用“兩面一孔”的方法加工。所以該零件的精加工基準(zhǔn)為上表面與底面，即用兩頂尖加工。
（三）選擇加工方法
平面的加工方法有很多種，如：車、刨、銑、磨、拉等φ16g6
圓柱面的表面粗糙度達(dá)到 Ra0.8μm ，經(jīng)查表得經(jīng)濟(jì)精度IT6—IT9，尺寸精度為16所以必須選擇車床進(jìn)行，先由車床進(jìn)行粗車——半精車+——精車，再選擇磨床，進(jìn)行精磨，表1.4-6《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 對(duì)于表面粗糙度為Ra3.2μm的底面， 加工方法應(yīng)在車床上進(jìn)行粗車—半精車—精車。φ16圓柱下的角度為10的圓錐，圓跳動(dòng)應(yīng)選擇精加工，精車—磨。
內(nèi)孔的加工方法有鉆、擴(kuò)、鏜等，該零件圖中的φ10H11內(nèi)孔的加工方法應(yīng)先鉆，由于要求大批量生產(chǎn)，所以應(yīng)選擇鉆—鉸，查表得該孔的經(jīng)濟(jì)精度為IT11~IT13，極限偏差為±0.2。
（四）制定工藝路線
工序1：夾住毛坯，伸出長(zhǎng)度大于等于55mm，光端面，打中心孔；
2.粗車長(zhǎng)度10mm的錐度，粗車φ16g6的外圓，粗車3×0.5外溝槽
3： 半精車底面，長(zhǎng)度10mm的錐度，半精車φ16g6的外圓，半精車精度1.6μm的溝槽面
4：精車底面及精度1.6μm的溝槽面
5 :上磨床，精磨長(zhǎng)度為10mm的錐度，磨φ16g6外圓
6：精銑角度為10的對(duì)稱斜面
7；光另一端端面，取總長(zhǎng)61mm
8：鉆孔
9：精鉸φ10H11內(nèi)孔
10： 粗銑距中心18mm的平面、25°斜面及R8.5的外圓面
11：半精銑25°的斜面
12：精銑25°的斜面
13：鉗工去毛刺
14：終檢
（五）確定加工余量及毛坯尺寸
5.1—確定機(jī)械加工余量
鋼質(zhì)模鍛件的機(jī)械加工余量按TB35—85確定，確定時(shí)根據(jù)鍛件質(zhì)量，加工精度及鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)，由表2.2—25《簡(jiǎn)明手冊(cè)》可查得除孔以外各內(nèi)外表面的加工余量，表中余量值為單面余量。
（1） 鍛件質(zhì)量 根據(jù)零件成品重量0.09639㎏估算為0.15㎏
（2） 加工精度 零件除孔、槽以外的各表面為磨削加工精度F2
（3） 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)S
m外廓包容體=12.2795㎝3×7.85g/㎝3=96.39g=0.09639㎏
m鍛體=0.15㎏
按表2.2—10，可定形狀復(fù)雜系數(shù)為S，屬簡(jiǎn)單級(jí)別
（4）機(jī)械加工余量 根據(jù)鍛件重量F2，S?查表2.2—25《簡(jiǎn)明手冊(cè)》，得直徑方向?yàn)?.5—2mm，水平方向?yàn)?.0~1.5mm。即鍛件各外徑的單面余量為1.7~2.2，各軸向尺寸的單面余量為1.0~1.5mm
5.2—確定毛坯尺寸
上面所查得的加工余量適用于機(jī)械加工表面粗糙度Ra≥1.6μm，Ra＜1.6μm的表面，余量要適當(dāng)增大
由零件圖可知，除φ16g6外圓，和10°的斜度以外，其余表面都Ra≥1.6μm，所以這些表面的毛坯尺寸只需將零件的尺寸加上所查得的余量值即可（因?yàn)檫@些表面粗加工和半精加工，這時(shí)因去所查數(shù)據(jù)中的大值。當(dāng)表面只需粗加工，可取最小值）φ16g6的外圓和16°的斜度面，精度為0.8μm，故需增加磨削的加工余量。參考外圓磨削余量（表2.3—4）《簡(jiǎn)明手冊(cè)》確定磨削φ16g 6外圓及斜面的余量為0.2，則毛坯圖尺寸如表
5.3—設(shè)計(jì)毛坯圖
①確定毛坯尺寸公差
定位毛坯尺寸公差
定位銷毛坯（鍛件）尺寸
零件尺寸
單面加工余量
鍛件尺寸
φ16g 6
2
φ20
φ10
2
φ14
10
1.5
13
11
1.5
14
52±0.3
1.5
49
61
1.5
63
18
1.5
19.5
毛坯尺寸公差根據(jù)鍛件體重量、形狀復(fù)雜系數(shù)、分模線形狀種類及鍛件精度等級(jí)從有關(guān)的表中查得。
本零件鍛件重量2.2kg，形狀復(fù)雜系數(shù)S?，45鋼含碳量為0.42%~0.50%,其最高含碳量為0.50%，按表2.2-11《簡(jiǎn)明手冊(cè)》可知，鍛體材料系數(shù)為M?，采取平直分模線，鍛體為普通精度等級(jí)，則毛坯公差可從表2.2-13《簡(jiǎn)明手冊(cè)》查得
（六）工序設(shè)計(jì)
一，選擇加工設(shè)備與工藝裝備
1. 選擇機(jī)床
由于已經(jīng)根據(jù)零件的形狀，精度特點(diǎn)，選擇了加工方法，因此機(jī)床的類型也隨之確定。至于機(jī)床的型號(hào)，主要取決于現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備情況，所選擇的機(jī)床，其經(jīng)濟(jì)精度應(yīng)與零件表面的設(shè)計(jì)要求相適應(yīng)，初步選定各工序機(jī)床如下:
工序1、工序2、工序3為粗車、半精車，大批量生產(chǎn)要求很高的生產(chǎn)率，選擇CA6140臥式車床即可（表4.2—7）《簡(jiǎn)明手冊(cè)》
工序5為磨削加工，應(yīng)選擇M120磨床（表4.2—29）《簡(jiǎn)明手冊(cè)》
工序6鉆φ10H11的孔，可選擇專用的夾具在立式鉆床上加工，可選擇Z525型立式鉆床（表4.2—14）《簡(jiǎn)明手冊(cè)》
工序9，精鉸φ10H11的孔，可在立式鉆床Z525 上裝鉸刀（表4.2—7）《簡(jiǎn)明手冊(cè)》
工序10~工序12有粗銑，半精銑，精銑，應(yīng)選擇臥式銑床。本零件屬于成批大量生產(chǎn)，所選擇機(jī)床適用范圍較廣為宜，所以應(yīng)選擇常用的X62W型能滿足加工要求（表4.2—38）《簡(jiǎn)明手冊(cè)》
2．選擇夾具
對(duì)于成批生 高效的前提下，亦可采用普通夾具。本零件除銑 10°的對(duì)稱斜面需要專用夾具外，其他的各工序使用普通夾具即可。
3．選擇刀具
（1）在車床上加工的工序，一般都選用硬質(zhì)合金車刀和鏜刀。加工鋼質(zhì)零件采用YT類硬質(zhì)合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，精加工用YT30，為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)性，可選用轉(zhuǎn)位車刀（GB5343-85，GB543-85）。切槽刀宜選用高速鋼。
（2）銑刀按表3.1-43選對(duì)稱角度銑刀（GB6128-85），零件要求加工25° 的斜面，所以應(yīng)選擇銑刀直徑d=63mm，寬L=7mm，孔徑D=22mm，銑深為11mm，10°的斜面，應(yīng)選擇高速鋼，立銑刀，零件要求銑切深度為11mm，按表3.1-28銑刀的直徑應(yīng)為90~110mm
（3）磨具 所加工的表面粗糙度為0.8μm ，根據(jù)3.2-3應(yīng)選擇粒度W14～W5的金剛石磨具。
(4)鉆 鉆φ10的孔，根據(jù)3.1-6直柄麻花鉆（GB1438-85）應(yīng)選擇d=6.8～7，l=150mm，l?=69mm的直柄麻花鉆，在定位銷的底面用中心鉆打中心孔
（4）鉸刀 φ10H11的孔，表面粗糙度為1.6μm，所以要進(jìn)行粗鉸及精鉸，根據(jù)表3.1—17，錐柄機(jī)用鉸刀（GB1133-84）選擇d=10㎜,L=168㎜,l=38㎜的錐柄機(jī)用鉸刀。
4.選擇量具
本零件屬于大量生產(chǎn)，一般采用通用量具。加工φ16外圓面可用分度值0.01mm的外徑千分尺，加工3×0.5外溝槽可用分度值0.02mm的游標(biāo)卡尺，加工φ10H11的孔可用分度值0.01mm的內(nèi)徑百分表
外圓加工所用量具
工序
加工面尺寸
尺寸公差（㎜）
量具
1~4
φ16
0.023
度值為0.01mm測(cè)量范圍，0~25的外徑千分尺
φ15
0.2
7~8
φ10
0.09
錐柄圓柱塞尺（GB6322-86）
9~11
25°斜面
角度尺 測(cè)量范圍0°～320°（GB6315-86）
12
R8.5外圓面
專用配合件
φ16g6尺寸公差為0.023，按表5.1-1（簡(jiǎn)明手冊(cè)）計(jì)量器具不確定度允許值U?=0.0018，根據(jù)5.1-2，分度值0.02mm的游標(biāo)卡尺，其不確定度數(shù)值U=0.02mm，U＞U ?不能選用。必須U≤U ?，故應(yīng)選分度值0.01mm的外徑千分尺（U=0.004）測(cè)量范圍0~25（GB1216-85）即可滿足要求
① 半精鉸φ10的內(nèi)孔，可用游標(biāo)卡尺量，分度值為0.02，測(cè)量范圍0~150（GB1214-85）
② 精鉸φ10H11孔，由于精度要求高，加工時(shí)每個(gè)工件都需要測(cè)量，故選用極限量規(guī)，按表5.2-1，根據(jù)孔徑可選用直柄圓規(guī)塞規(guī)（GB6322-86）
③
軸向尺寸所選量具
工序
尺寸及偏差（㎜）
量具
1~3
0.3 52±0.3
分度值0.02mm，測(cè)量范圍0~150mm游標(biāo)卡尺（GB1214-85）
4
10
5
61
7~8
30
磨10°的斜面，精度較高可選用I型測(cè)量范圍0o～320o的萬能角度尺(GB6315-86)
二、 確定工序尺寸
確定工序尺寸一般的方法，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件圖樣的要求標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)無基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)，同一表面多次加工的工序尺寸只與工序的加工余量有關(guān)。當(dāng)基準(zhǔn)不重合時(shí)，工序尺寸應(yīng)用工藝尺寸鏈解算。
圓柱表面多次加工的工序尺寸只與加工余量有關(guān)。前面根據(jù)有關(guān)資料已查出本零件各圓柱面的總加工余量（毛坯余量），應(yīng)將總加工余量分為各工序加工余量，然后由后往前計(jì)算工序尺寸。中間工序尺寸的公差按加工方法的經(jīng)濟(jì)精度確定。
本零件各圓柱表面的工序加工余量、工序尺寸及偏差、表面粗糙度如下表：
圓柱表面的工序加工余量、工序尺寸公差及表面粗糙度
加工表面
工序雙邊余量（㎜）
工序尺寸及偏差(㎜)
表面粗糙度
粗車
半精車
精車
磨
粗車
半精車
精
車
磨
粗車
半精車
精
車
磨
φ16外圓
2 .6
0.9
0.3
0.2
φ17.4
φ16
φ16
φ16
Ra
6.3
Ra3.2
Ra1.6
Ra0.8
φ10內(nèi)孔
0.2
0.04
--
--
φ9.8
φ9.96
φ10
--
Ra6.3
Ra3.2
Ra1.6
---
距中心18㎜的表面
1.3
0.2
18.2
18
長(zhǎng)度方向的工序加工余量、工序尺寸
加工長(zhǎng)度
工序余量（㎜）
工序尺寸及偏差(㎜)
粗車
半精車
精車
粗車
半精車
精車
11
10.8
11
11
10.8
11
11
52
51.8
52
52
51.8
52
52
61
60.8
61
61
60.8
61
61
（七）確定加工用量及基本時(shí)間
工序2
本工序?yàn)榇周嚕ù周嚩嗣妗⑼鈭A及溝槽）。已知加工材料為45鋼，抗拉強(qiáng)度σ=670M Pa，模鍛件，有外皮，機(jī)床為CA6140臥式車床，
（一）確定粗車外圓φ17.4的切削用量，所選刀具為YT5硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》第一部分1.1，由于CA6140機(jī)床的中心高為200㎜（表1.31），故刀桿尺寸B×H=16㎜×25㎜。
刀片厚度為4.5㎜，根據(jù)表1.3，選擇車刀幾何形狀為卷屑，帶倒棱型前刀面，前角γ。=12o，后角α。=6o，主偏角κ=90o,副偏角κ=10o，刃傾角λ=0o，角尖圓弧半徑г=0.8㎜。
（二） （1）確定切削深度 由于單邊余量為1.3㎜，可在一次走刀內(nèi)完成
(2)確定進(jìn)給量f 根據(jù)表1.4*,在粗車鋼料,刀桿尺寸為16mm×25mm,,工件直徑為20~40mm時(shí)
按CA6140的機(jī)床的進(jìn)給量(表4.2-9),選擇
確定進(jìn)給量尚需滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求,故需進(jìn)行校驗(yàn).
根據(jù)表1.30*,CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力(1)縱走刀3530N (2)橫走刀5100N
根據(jù)表1.21*，當(dāng)鋼=570~670Mpa
2mm,0.53,Kr=45,V=50m/min(預(yù)計(jì))進(jìn)給力F=630N
F的修正系數(shù)為KF=1.0,KF=1.0,KF=1.17(表1.29-2)
故實(shí)際進(jìn)給力為F=630×1.17N=737.1N
由于切削時(shí)的進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力,故所選的=0.4,可用
(3)選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)1.9*車刀后刀面最大磨損量取1mm,可轉(zhuǎn)位車刀的壽命一般為T=30min
(4)確定切削速度V 切削速度V可根據(jù)公式計(jì)算,也可直接由表中查出,現(xiàn)采用查表法確定切削速度
根據(jù)表1.10*,當(dāng)用YT15硬質(zhì)合金車刀加工=630~700 Mpa鋼料, 2mm, 0.53mm/r,切削速度V=138m/min
切削速度的修正系數(shù)為K=1.0,K=0.81,K=0.8,k=0.65,k=1.0(見表1.28),故
V’c=Vtkv=138×0.81×0.8×0.65 m/min=58.1256
n===925
根據(jù)CA6140機(jī)床說明書,選擇n=1120
這時(shí)實(shí)際切削速度Vc為
Vc== m/min=70 m/min
(5)校驗(yàn)機(jī)床功率 切削時(shí)的功率可由表1.24查出,當(dāng)=580~970Mpa 2mm 0.47 Vc70 m/min時(shí), p=1.7kw
切削功率的修正系數(shù)KP= KF=0.89, KP= KF=1.0(表1.29-2)故實(shí)際切削功率時(shí)的功率為p=1.7×0.89kw=1.5kw,根據(jù)CA6140車床說明書,當(dāng)n=960r/min時(shí),車床主軸允許功率P=7.5kw,因p< P,故所選擇的切削用量可在CA6140車床上進(jìn)行.
最后決定的車削用量為=1.3mm, , n=1120, Vc=70m/min.
(三)計(jì)算基本時(shí)間
t=
式中L=,=52,根據(jù)表1.26車削時(shí)的入切量及超切量=3.5mm,
則L=52+3.5 mm=55.5 mm,故
t=min=0.124min
工序3，本工序?yàn)榘刖囃鈭A
（1） 選擇刀具
車刀形狀，刀桿尺寸及刀片厚度均與粗車相同。半精車的刀片牌號(hào)選為YT15，車刀幾何形狀為（表1.3）,K=45°k=5°
г=12°α=8°λ=3°γ=1.0mm γ=-10 b=0.3mm,卷屑槽尺寸為r=4mm，W=3.5mm，C=0.4mm
（2）切削用量
1）切削深度
==0.45mm
決定進(jìn)給量，半精加工進(jìn)給量主要受加工表面粗糙度的限制，根據(jù)表1.6，當(dāng)表面粗糙度為Ra1.6μm, γ=1.0mm,v=50~100m/min(預(yù)計(jì)時(shí)) =0.16~0.25mm/r
根據(jù)CA6140車床說明書，選擇=0.22mm/r
(3)選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)1.9*車刀后刀面最大磨損量取0.4mm,可轉(zhuǎn)位車刀的壽命一般為T=60min
（4）決定切削速度Vc，根據(jù)表1.10當(dāng)=630~700 Mpa鋼料, 1.4mm, 0.25mm/r,切削速度V=176m/min
切削速度的修正系數(shù)為K=0.65,K=0.81,K=0.8,k=1.0,k=1.0故
V’c=Vtkv=176×0.81×0.8×0.65 m/min=74.1 m/min
n===1354
根據(jù)CA6140機(jī)床說明書,選擇n=1400
這時(shí)實(shí)際切削速度Vc為
Vc== m/min=76.49 m/min
(5)校驗(yàn)機(jī)床功率 切削時(shí)的功率可由表1.24查出,當(dāng)=580~970Mpa 2mm 0.25 Vc86 m/min時(shí), p=1.2kw
CA6140主電動(dòng)機(jī)功率P=7.3kw，,因p< P,故所選擇的切削用量可在CA6140車床上進(jìn)行.
最后決定的車削用量為=0.45mm, , n=1400, Vc=76m/min.
(三)計(jì)算基本時(shí)間
t=
式中L=,=52,根據(jù)表1.26車削時(shí)的入切量及超切量=3.5mm,
則L=52+3.5 mm=55.5 mm,故
t=min=0.18min
工序6 本工序?yàn)榫娊嵌葹?0的對(duì)稱斜面
1、選擇銑刀
1）根據(jù)表1.2選擇高速鋼立銑刀，根據(jù)表3.4，銑削寬度≤8時(shí)，銑刀直徑d=40mm
2、選擇切削用量
1）由于加工余量不大，可在一次走刀內(nèi)切完，則=10mm
2）決定進(jìn)給量
根據(jù)表3.4，每齒進(jìn)給量=0.08~0.05mm/z，應(yīng)取0.05
3）選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命 根據(jù)表3.7銑刀刀齒后面最大磨損量為0.5mm，由于d≤40mm，故刀具壽命T=90min（表3.8）
4）決定切削速度和每分鐘進(jìn)給量
切削速度可根據(jù)表3.27中的公式計(jì)算
V===90m/min
n=r/min=788 r/min
根據(jù)X62W型臥式銑床主軸轉(zhuǎn)速表（4.2-39）選擇n=750 r/min
根據(jù)X62W型機(jī)床說明書選擇n=750r/min =600mm/min
==mm/z=0.033 mm/z
5）檢驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)表3.23，當(dāng)=560~1000M P ≤1.1 ≤15 =40mm，z=24 =600mm/min
=3.6kw
根據(jù)X62W型臥式銑床說明書（表3.30）機(jī)床主軸允許的功率為=7.5×0.75kw=5.63kw，因?yàn)椋迹运x擇的切削用量可以采用，即
=10mm， ==600mm/min，n＝750 r/min，=99m/min,=0.033mm/z
3、計(jì)算基本時(shí)間
t=
L=,=10,根據(jù)表3.26,不對(duì)稱安裝銑刀，車削時(shí)的入切量及超切量=40mm,
則L=10+40mm=50 mm,故
t=min=0.083min
工序8、鉆孔
加工材料——45鋼，=670Mpa
加工要求——孔徑d=10mm，孔深=30mm，精度為IT11，用乳化液冷卻
機(jī)床 ——Z525型立式鉆床
1、選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆頭，其直徑d。=9.8mm
鉆頭幾何形狀為（表2.1及表2.2），標(biāo)準(zhǔn)刃磨β=30°2φ=118°2φ?=70°α。=12°b=1mm =2mm
1、 選擇切削用量
（1） 決定進(jìn)給量
1） 按加工要求決定進(jìn)給量，根據(jù)表2.7，當(dāng)加工要求為H11精度，鋼的強(qiáng)度＜800Mpa d。=9.8時(shí) =0.22~0.28mm/r
2） 按鉆頭強(qiáng)度決定進(jìn)給量，根據(jù)表2.8，當(dāng)＝670Mpa d。=9.8mm時(shí) 鉆頭強(qiáng)度允許的進(jìn)給量 =0.65mm/r
按機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度決定進(jìn)給量，根據(jù)表2.9當(dāng)=840Mpa、
d?！?0.2mm機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的軸向力為8330N（Z525鉆床允許的軸向力為8330N）見表2.35，進(jìn)給量為=0.75mm/r，根據(jù)Z525鉆床說明書，選擇=0.28mm/r，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度也可根據(jù)初步確定的進(jìn)給量查出軸向力再進(jìn)行比較來校驗(yàn)，由表2.19可查出鉆孔時(shí)的軸向力，當(dāng)=0.28mm/r，d?！?0.2mm時(shí)，軸向力F=2520N，軸向力的修正系數(shù)均為1.0，故F=2520N
根據(jù)Z5252鉆床說明書，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度允許的最大向力F=8830N，由于F＜F，故=0.28mm/r可用
（2）決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 由表2.12 當(dāng)d。=9.8mm時(shí)，鉆頭后刀面最大磨損量取為0.6mm，壽命T=25 min
（3）決定切削速度 根據(jù)表2.14 =670Mpa的45鋼加工性屬5類, 由表2.13，當(dāng)加工性為5類，＝0.28mm/r, 標(biāo)準(zhǔn)的鉆頭，d。=9.8mm時(shí)，Vt＝12 m/min
切削速度的修正系數(shù)為K=1.0,K=1.0,K=0.85,k=1.0,
V=Vtkv=12×1.0×1.0×0.85 m/min=14.4m/min
n===389.9
根據(jù)Z525鉆床說明書,可考慮選擇n=392，但因所選擇轉(zhuǎn)速較高，會(huì)使刀具壽命下降，故可將進(jìn)給量降低一級(jí)，即取=0.22mm/r 也可選擇較低一級(jí)轉(zhuǎn)速n=272，仍用=0.28mm/r，比較這兩種選擇方案
1）第一方案，=0.28mm/r，n=392
n=0.28×392 mm／min=109.76 mm／min
第二方案，=0.22mm/r，n=272
n=0.22×272 mm／min＝59.84 mm／min
因?yàn)榈谝环桨竛的乘積較大，基本時(shí)間較少，故第一方案較好，這時(shí)V＝12 m/min =0.28mm/r
（4）校驗(yàn)機(jī)床的扭矩及功率
根據(jù)表2.20，當(dāng)≤0.26mm/r d?！?1.1mm時(shí)，M=13.24N. m，扭矩的修正系數(shù)均為1，故M=13.24 N. m，根據(jù)Z525鉆床說明書，當(dāng)n=392，Mm=72.6 N. m。根據(jù)表2.22，當(dāng)＝570～680Mpa d?！?0mm ≤0.38mm/r V＝12 m/min P=1.1kw 根據(jù)Z525鉆床說明書P=2.8×0.81=2.26kw,由于M＜M，P＜P,故選擇之切削用量可用，即
=0.28mm/r，n=392，V＝12 m/min，
3、計(jì)算基本時(shí)間
t=
L=,=30,根據(jù)表2.29車削時(shí)的入切量及超切量=5mm,
則L=30+5 mm=35 mm,故
t=min=0.319min
工序9 本工序?yàn)榫q孔
1、選擇鉸刀
選擇硬質(zhì)合金鉸刀，其直徑d=10mm，鉸刀幾何形狀為表2.6硬質(zhì)合金鉸刀
2、 選擇車削用量
（1）決定進(jìn)給量
1)按加工要求決定進(jìn)給量，根據(jù)表2.11，當(dāng)鋼的強(qiáng)度≤900MP，鉸刀直徑＞5~10，進(jìn)給量為0.25~0.35且只用于加工通孔，加工盲孔時(shí)，進(jìn)給量應(yīng)取為0.2~0.5 mm/r，根據(jù)Z525鉆床說明書,選=0.28 mm/r
（2）決定鉸刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 由表2.12當(dāng)鉸刀直徑d?！?0mm，鉸刀后刀面最大磨損限度為0.4~0.6mm，壽命T=20min
（3）決定切削速度 由表2.25當(dāng)鋼=670M P，鉸刀直徑為10mm，切削深度=0.05~0.12mm時(shí)，切削速度為8~12m/min
表2.30
V====26m/min
n==r/min=828 r/min
根據(jù)Z525機(jī)床說明書，選擇n=960r/min
（4）檢驗(yàn)機(jī)床扭矩及功率
根據(jù)表2.20，當(dāng)≤0.33，d?！?.1，Mt=15.89Nm
扭矩的修正系數(shù)均為1，故M=15.9 Nm，根據(jù)Z525鉆床說明書，當(dāng)n=960r/min,Mm=42.2 Nm，功率P==kw=1.38kw
根據(jù)表2.35，Z525的鉆床的功率P=2.8kw，由于M＜M，P＜P,故選擇之切削用量可用，即
=0.28mm/r，n=960，V＝26 m/min，
3、計(jì)算基本時(shí)間
t=
L=,=30,根據(jù)表2.29車削時(shí)的入切量及超切量=5mm,
則L=30+5 mm=35 mm,故
t=min=0.13min
t=
工序10 本工序?yàn)殂?5o槽
粗銑槽,所選刀具為高速鋼角度銑刀,銑刀直徑 d=40㎜,深度為10㎜,齒數(shù)Z=25,表3.2.由于加工鋼料的在600～1000Mpa范圍內(nèi),故選前刀γ=15°,后角α =25°(周齒), α =8°(端齒).
已知銑削寬度=6㎜,銑削深度=8㎜,機(jī)床選用X62W型臥式銑床,銑20°的槽.
1.確定每齒進(jìn)給量Fz
根據(jù)表3.3, X62W型臥式銑床的功率為7.5KW(表4.2-38)工藝系統(tǒng)剛性為中等,查得每齒進(jìn)給量Fz=0.06～0.03㎜∕z(表3.4)現(xiàn)取Fz=0.05㎜∕z
2.選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)表3.7,角銑刀后刀面最大磨損量為0.2㎜,銑刀直徑=40㎜,耐用度T=120㎜(表3.8)
3.確定切削速度U和工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量
根據(jù)表3.27(P107)中公式計(jì)算
V=
V==m/min=29 m/min
n=r/min=230.89 r/min
根據(jù)X62W型臥式銑床主軸轉(zhuǎn)速(表4.2-39)選擇n=235 r/min
根據(jù)X62W型臥式銑床說明書選擇n=235 r/min =190mm/min
因此實(shí)際每齒進(jìn)給量==mm/z=0.032 mm/z
4、檢驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)表3.23，當(dāng)=560~1000M P ≤38 ≤8.4 =190mm/min
近似值=3.8kw
根據(jù)X62W型臥式銑床說明書（表4.2-39）機(jī)床主軸允許的功率為=7.5×0.75kw=5.63kw，因?yàn)椋迹运x擇的切削用量可以采用，即
=8mm， ==190mm/min，n＝235 r/min，=29m/min,=0.032mm/z
3、計(jì)算基本時(shí)間
t=
L=,=22,根據(jù)表3.26,不對(duì)稱安裝銑刀，車削時(shí)的入切量及超切量=40mm,
則L=22+40mm=62 mm,故
t=min=0.263min
四．專用夾具設(shè)計(jì)
4.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來加工銑8和10斜面的銑床夾具，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。
4.2 定位、夾緊方案的選擇
由零件圖可知：在對(duì)孔進(jìn)行加工前，底平面進(jìn)行了粗進(jìn)行了加工，側(cè)面等為粗定位基準(zhǔn)來設(shè)計(jì)夾具，從而保證其尺寸公差要求。
據(jù)《夾具手冊(cè)》知定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與工序基準(zhǔn)重合，在同一工件的各道工序中，應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。擬定加工路線的第一步是選擇定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量。基準(zhǔn)選擇不當(dāng)往往會(huì)增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設(shè)計(jì)更加困難甚至達(dá)不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。
因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準(zhǔn)。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對(duì)稱度要求，所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工精度。圓臺(tái)外圓及兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的端面作為定位精基準(zhǔn)，來設(shè)計(jì)本道工序的夾具，以已加工好的端面作為定位夾具。
首先必須明確其加工時(shí)應(yīng)如圖所示，這樣放置，便于加工。那么要使其完全定位，可以采用:一面加固定V型塊和滑動(dòng)V型塊定位，這樣既簡(jiǎn)單又方便。如上圖所示，一底面限制的自由度有3個(gè)，一個(gè)固定V型塊限制兩個(gè)自由度，一個(gè)滑動(dòng)V型塊限制限制一個(gè)自由度，為使定位可靠，加工穩(wěn)定，我所設(shè)計(jì)的定位方案，總共限制了工件的全部6個(gè)自由度，屬于完全定位。
4.3切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具：錯(cuò)齒三面刃銑刀（硬質(zhì)合金）
刀具有關(guān)幾何參數(shù)：
由參考文獻(xiàn)[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計(jì)算公式：
有：
選用夾緊螺釘夾緊機(jī) 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱直徑d=20mm，材料45鋼 性能級(jí)數(shù)為6.8級(jí)
螺釘疲勞極限：
極限應(yīng)力幅：
許用應(yīng)力幅：
螺釘?shù)膹?qiáng)度校核：螺釘?shù)脑S用切應(yīng)力為
[s]=2.5~4 取[s]=4
得
滿足要求
經(jīng)校核： 滿足強(qiáng)度要求，夾具安全可靠，使用快速螺旋定位機(jī)構(gòu)快速人工夾緊，調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力。
4.4 誤差分析與計(jì)算
（1）定位元件尺寸及公差確定。
夾具的主要定位元件為一平面和V型塊間隙配合。
（2） 工件的工序基準(zhǔn)為孔心，當(dāng)工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時(shí)，孔心在任意方向上的最大變動(dòng)量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在臥式鏜床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時(shí)可求出孔心在接觸點(diǎn)與銷中心連線方向上的最大變動(dòng)量為孔徑公差多一半。工件的定位基準(zhǔn)為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點(diǎn)和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin
1 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
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，所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。
4.5 確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu)
夾具體設(shè)計(jì)的基本要求
（1）應(yīng)有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對(duì)刀塊或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面，應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽缇群托螤罹?，它們之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈恢镁取?
為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進(jìn)行時(shí)效處理，焊接和鍛造夾具體要進(jìn)行退火處理。
（2）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度
為了保證在加工過程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產(chǎn)生不允許的變形和振動(dòng)，夾具體應(yīng)有足夠的壁厚，剛性不足處可適當(dāng)增設(shè)加強(qiáng)筋。
（3）應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和使用性
夾具體一般外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應(yīng)特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性，應(yīng)做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足剛度和強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡(jiǎn)單。
（4）應(yīng)便于排除切屑
在機(jī)械加工過程中，切屑會(huì)不斷地積聚在夾具體周圍，如不及時(shí)排除，切削熱量的積聚會(huì)破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會(huì)破壞定位精度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對(duì)于加工過程中切屑產(chǎn)生不多的情況，可適當(dāng)加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對(duì)于加工過程中切削產(chǎn)生較多的情況，一般應(yīng)在夾具體上設(shè)置排屑槽。
（5）在機(jī)床上的安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠
夾具在機(jī)床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機(jī)床上的相應(yīng)表面的接觸或配合實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上安裝時(shí)，夾具的重心應(yīng)盡量低，支承面積應(yīng)足夠大，安裝基面應(yīng)有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應(yīng)中空，大型夾具還應(yīng)設(shè)置吊環(huán)或起重孔。
確定夾具體的結(jié)構(gòu)尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。
4.6 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說明
如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率避免干涉。應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，降低成本。提高夾具性價(jià)比。本道工序?yàn)殂@床夾具選擇了壓緊螺釘夾緊方式。本工序?yàn)殂@余量小，切削力小，所以一般的手動(dòng)夾緊就能達(dá)到本工序的要求。
經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動(dòng)夾緊方式（螺旋夾緊機(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。
五．課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)
本次設(shè)計(jì)從零件的毛坯生產(chǎn)到最終成品，中間經(jīng)過了銑、車、鉆、打毛刺等工序。因?yàn)槭谴笈可a(chǎn)，工序就分得很散，中間就可省去換刀具和調(diào)試的時(shí)間。在每道工序中都有計(jì)算切削用量和工時(shí)。
在本次設(shè)計(jì)中已無大的問題，基本達(dá)到了要求。只是在夾具的設(shè)計(jì)中沒有能提出多中方案進(jìn)行分析比較，有所不足。
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[12] 王光斗．機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002．8．
致謝
在課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束之際我向所有幫助過我的老師和同學(xué)說一聲，謝謝！我想沒有他們的幫助，課程設(shè)計(jì)就會(huì)做得很困難。
這次課程設(shè)計(jì)是在老師悉心指導(dǎo)下完成的。XX老師以其淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范、高度的責(zé)任感使我受益非淺。在做設(shè)計(jì)的過程中也遇到了不少的問題，XX老師給了我許多關(guān)懷和幫助，并且隨時(shí)詢問我課程設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況、細(xì)心的指導(dǎo)我們，也經(jīng)常打電話或者發(fā)電子郵件過來指導(dǎo)我的設(shè)計(jì)。
在論文工作中，得到了機(jī)電學(xué)院有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師的幫助與支持，在此表示衷心的感謝。
最后，在即將完成課程設(shè)計(jì)之時(shí)，我再次感謝對(duì)我指導(dǎo)、關(guān)心和幫助過老師、領(lǐng)導(dǎo)及同學(xué)。謝謝了！
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