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大 學(xué) 名
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機(jī) 械 加 工 工 藝 卡 片
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國(guó)研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過(guò)最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對(duì)工件定位精度的影響通過(guò)3-2-1式銑夾具的例子進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：彈性 接觸 模型 夾具 夾緊力 優(yōu)化
前言
定位和夾緊的工件加工中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過(guò)度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會(huì)影響它的位置精度，并反過(guò)來(lái)影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來(lái)減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)滿(mǎn)足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報(bào)道[參考文獻(xiàn)1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒(méi)有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過(guò)對(duì)剛性模型[9-11]對(duì)夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問(wèn)題是制定一個(gè)線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線接觸力相對(duì)較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過(guò)6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過(guò)假設(shè)已知摩擦力的方向來(lái)推導(dǎo)計(jì)算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無(wú)法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過(guò)計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來(lái)克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)受夾具點(diǎn)的局部彈性變形的強(qiáng)烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗(yàn)的接觸力變形的關(guān)系（稱(chēng)為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過(guò)工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對(duì)報(bào)告做了改善，然而，他們沒(méi)有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒(méi)有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點(diǎn)彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對(duì)工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒(méi)有在這些文件中提到 。
本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準(zhǔn)靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個(gè)問(wèn)題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題提出和解決。通過(guò)兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對(duì)定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。
1． 夾具——工件聯(lián)系模型
1．1 模型假設(shè)
該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過(guò)程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對(duì)液壓或氣動(dòng)夾具使用。在實(shí)際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見(jiàn)圖1）第i夾具接觸力局部變形如下：
(1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線和法線方向的接觸剛度
第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè)
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個(gè)
接觸處的坐標(biāo)系
（j=x，y，z）是對(duì)應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線力接觸。
1．2 工件——夾具的接觸剛度模型
集中遵守一個(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線力呈非線性變化 [23]。由于法線力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁(yè)]中給出如下：
（2）
其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。
切向變形沿著和切線方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁(yè)]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個(gè)合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線性近似，
（4）
(5)
正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認(rèn)定是0.94。
2．夾緊力優(yōu)化
我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過(guò)程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過(guò)制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題的問(wèn)題，如下描述。
2.1 目標(biāo)函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)輪換往往是相當(dāng)小[17]的工件定位誤差假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個(gè)正交組件（見(jiàn)圖2）。
圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn)
工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計(jì)算如下：
（6）
其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
但是作用在工件的夾緊力會(huì)影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式：
（7）
其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個(gè)文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線的，接觸的摩擦力相對(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過(guò)（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計(jì)算得出（見(jiàn)圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫(xiě)成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過(guò)盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫(xiě)為：
最小化 （9）
要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過(guò)使用最低總能量互補(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問(wèn)題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對(duì)接觸問(wèn)題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過(guò)夾緊力的隨時(shí)調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ)，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯）
2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束
在（10）式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫(kù)侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個(gè)非線性約束和線性化版本可以使用，并且[19]有：
（11）
假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）：
(12)
其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機(jī)械加工力和工件重量。
2.3界接觸力
由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線的接觸力只能被壓縮。這通過(guò)以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個(gè)法線的接觸壓力不能超過(guò)壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫(xiě)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(xiě)成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)約束對(duì)。該補(bǔ)充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對(duì)為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個(gè)指定的加權(quán)范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設(shè)最初所有夾緊力不明確，要確定一個(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問(wèn)題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過(guò)計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問(wèn)題可改寫(xiě)為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類(lèi)似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來(lái)確定最低的上的約束, 通過(guò)盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測(cè)精度和，有參考文獻(xiàn)[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用
4． 加工過(guò)程中的夾緊力的優(yōu)化及測(cè)定
上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負(fù)載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點(diǎn)的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負(fù)荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿(mǎn)意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來(lái)解決下面將被討論的問(wèn)題，考慮一個(gè)有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有：
雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)在工件加工的同一時(shí)刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進(jìn)給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負(fù)載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有：
(i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19)
其中是最佳夾緊力的四個(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過(guò)在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見(jiàn)于式 （20）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請(qǐng)注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。
5．影響工件的定位精度
它的興趣在于最早提出了評(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個(gè)工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準(zhǔn)靜態(tài)加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運(yùn)動(dòng)的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對(duì)于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來(lái)表達(dá)在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為：
（22）
方程（21）現(xiàn)在可以改寫(xiě)為： （23）
其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒(méi)有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)外加工負(fù)荷，故在法線方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變，因此，必須對(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為：
（25）
其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)外加工力量和載體的6×1矢量。并結(jié)合方程（23）—（25）與靜態(tài)平衡方程，得到下面的方程組：
（26）
其中，其中表示相乘。由于夾緊和加工工件剛體移動(dòng)，q可通過(guò)求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見(jiàn)圖6），
現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來(lái)確定最佳夾緊力及其對(duì)兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點(diǎn)力。
2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列
如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標(biāo)系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來(lái)定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對(duì)系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開(kāi)發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對(duì)加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級(jí)夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)25.4毫米銑槽使用EMSIM進(jìn)行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時(shí)（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體，
（見(jiàn)圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過(guò)程模擬例如2。
表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過(guò)的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)載。
7．結(jié)果與討論
例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9，
圖9
對(duì)于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見(jiàn)圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過(guò)減少工件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得。由于夾緊力和負(fù)載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點(diǎn)減少錯(cuò)誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因?yàn)閺淖畛跬ㄟ^(guò)互補(bǔ)勢(shì)能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個(gè)序列應(yīng)用于銑削負(fù)載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個(gè)序列。最佳的夾緊力，，對(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個(gè)組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個(gè)夾緊點(diǎn)最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個(gè)完整的刀具路徑改進(jìn)方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對(duì)于初始夾緊力的強(qiáng)度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。
圖10
8．結(jié)論
該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具，工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題，使用-約束的方法解決。該算法通過(guò)兩個(gè)模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動(dòng)態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。
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XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
課 題：
拖拉機(jī)倒擋撥叉銑槽夾具設(shè)計(jì)
專(zhuān) 題：
專(zhuān) 業(yè)：
機(jī)械制造及自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名：
班 級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
指 導(dǎo) 教 師：
完 成 時(shí) 間：
摘 要
本設(shè)計(jì)是基于拖拉機(jī)倒擋撥叉零件的加工工藝規(guī)程及一些工序的專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)。拖拉機(jī)倒擋撥叉零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來(lái)說(shuō)，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，本設(shè)計(jì)遵循先面后孔的原則。并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度?；鶞?zhǔn)選擇以拖拉機(jī)倒擋撥叉的輸入軸和輸出軸的支承孔作為粗基準(zhǔn)，以底面與兩個(gè)工藝孔作為精基準(zhǔn)。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出頂平面，再以頂平面與支承孔系定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個(gè)別工序外均用頂平面和工藝孔定位加工其他孔系與平面。支承孔系的加工采用的是坐標(biāo)法鏜孔。整個(gè)加工過(guò)程均選用組合機(jī)床。夾具選用專(zhuān)用夾具，，機(jī)構(gòu)可以不必自鎖，因此生產(chǎn)效率較高，適用于大批量、流水線上加工，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)倒擋撥叉類(lèi)零件；工藝；夾具；
ABSTRACT
The design is based on the body parts of the processing order of the processes and some special fixture design. Body parts of the main plane of the surface and pore system. In general, the plane guarantee processing precision than that of holes machining precision easy. Therefore, this design follows the surface after the first hole principle. Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of holes to ensure machining accuracy. Datum selection box input shaft and the output shaft of the supporting hole as a rough benchmark, with top with two holes as a precision technology reference. Main processes arrangements to support holes for positioning and processing the top plane, and then the top plane and the supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes individual processes are made of the top plane and technological hole location hole and plane processing. Supported hole processing using the method of coordinate boring. The whole process of processing machine combinations were selected. Selection of special fixture fixture, clamping means more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, institutions can not be locked, so the production efficiency is high, suitable for large batch, line processing, can meet the design requirements.
Key words: Angle gear seat parts; fixture;
III
目 錄
摘 要 II
ABSTRACT III
第1章 緒論 1
1.1 機(jī)械加工工藝概述 1
1.2機(jī)械加工工藝流程 1
1.3夾具概述 2
1.4機(jī)床夾具的功能 2
1.5機(jī)床夾具的發(fā)展趨勢(shì) 3
1.5.1機(jī)床夾具的現(xiàn)狀 3
1.5.2 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向 3
第二章 加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 4
2.1 零件的分析 5
2.1.1 零件的作用 5
2.2 拖拉機(jī)倒擋撥叉加工的主要問(wèn)題和工藝過(guò)程設(shè)計(jì)所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 6
2.2.1 孔和平面的加工順序 6
2.2.2 孔系加工方案選擇 6
2.3 拖拉機(jī)倒擋撥叉加工定位基準(zhǔn)的選擇 7
2.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇 7
2.3.2 精基準(zhǔn)的選擇 7
2.4 拖拉機(jī)倒擋撥叉加工主要工序安排 8
2.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 11
2.6確定切削用量及基本工時(shí)（機(jī)動(dòng)時(shí)間） 13
2.7 時(shí)間定額計(jì)算及生產(chǎn)安排 25
第三章 銑槽夾具設(shè)計(jì) 29
3.1研究原始質(zhì)料 29
3.2定位基準(zhǔn)的選擇 29
3.3 切削力及夾緊分析計(jì)算 30
3.4 誤差分析與計(jì)算 31
3.5 定向鍵與對(duì)刀裝置設(shè)計(jì) 32
3.5 夾具體的設(shè)計(jì) 34
3.6 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 34
總結(jié) 36
參 考 文 獻(xiàn) 37
36
第1章 緒論
1.1 機(jī)械加工工藝概述
機(jī)械加工工藝是指用機(jī)械加工的方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)使其成為合格零件的全過(guò)程，加工工藝是工人進(jìn)行加工的一個(gè)依據(jù)。
一個(gè)普通零件的加工工藝流程是粗加工-精加工-裝配-檢驗(yàn)-包裝，就是個(gè)加工的籠統(tǒng)的流程。
機(jī)械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟，采用機(jī)械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱(chēng)為機(jī)械加工工藝過(guò)程。
比如，上面說(shuō)的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分為車(chē)，鉗工，銑床，等等，每個(gè)步驟就要有詳 細(xì)的數(shù)據(jù)了，比如粗糙度要達(dá)到多少，公差要達(dá)到多少。機(jī)械加工工藝就是在流程的基礎(chǔ)上，改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品 或半成品，是每個(gè)步驟，每個(gè)流程的詳細(xì)說(shuō)明。
總的來(lái)說(shuō)，加工工藝是每個(gè)步驟的詳細(xì)參數(shù)工藝流程是綱領(lǐng)，工藝規(guī)程是某個(gè)廠根據(jù)實(shí)際情況編寫(xiě)的特定的加工工藝。
1.2機(jī)械加工工藝流程
機(jī)械加工工藝規(guī)程一般包括以下內(nèi)容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內(nèi)容及所用的設(shè)備和工藝裝備、工件的檢驗(yàn)項(xiàng)目及 檢驗(yàn)方法、切削用量、時(shí)間定額等。
制訂工藝規(guī)程的步驟
1) 計(jì)算年生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類(lèi)型。
2) 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖，對(duì)零件進(jìn)行工藝分析。
3) 確定各工序的加工余量，計(jì)算工序尺寸及公差。
4) 確定各工序所用的設(shè)備及刀具、夾具、量具和輔助工具。
5) 填寫(xiě)工藝文件。
6) 選擇毛坯。
7) 擬訂工藝路線。
8) 確定切削用量及工時(shí)定額。
8) 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法。
在制訂工藝規(guī)程的過(guò)程中，往往要對(duì)前面已初步確定的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，以提高經(jīng)濟(jì)效益。在執(zhí)行工藝規(guī)程過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)前所未料的情況，如生產(chǎn)條件的變化，新技術(shù)、新工藝的引進(jìn)，新材料、先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用等，都要求及時(shí)對(duì)工藝規(guī)程進(jìn)行修訂和完善。
1.3夾具概述
現(xiàn)代生產(chǎn)中，機(jī)床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占有極其重要的地位。
夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測(cè)等工藝過(guò)程中。
在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)床夾具。在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。
1.4機(jī)床夾具的功能
在機(jī)床上用夾具裝夾工件時(shí)，其主要功能是使工件定位和夾緊。
1．機(jī)床夾具的主要功能
機(jī)床夾具的主要功能是裝工件，使工件在夾具中定位和夾緊。
（1） 位
定位是通過(guò)工件定位基準(zhǔn)面與夾具定位元件面接觸或配合實(shí)現(xiàn)的。
確定工件在夾具中占有正確位置的過(guò)程。正確的定位可以保證工件加工的尺寸和位置精度要求。
（2）夾緊
由于工件在加工時(shí)，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會(huì)松動(dòng)、脫落。工件定位后將其固定，使其在加工過(guò)程中保持定位位置不變的操作。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。
2．機(jī)床夾具的特殊功能
機(jī)床夾具的特殊功能主要是對(duì)刀和導(dǎo)向。
（1）對(duì)刀 如銑床夾具中的對(duì)刀塊，它能迅速地確定銑刀相對(duì)于夾具的正確位置。調(diào)整刀具切削刃相對(duì)工件或夾具的正確位置。
（2）導(dǎo)向 導(dǎo)向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱(chēng)為鉆模
如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置
并引導(dǎo)其進(jìn)行鉆削。。鏜床夾具（鏜模）也具有導(dǎo)向功能。
1.5機(jī)床夾具的發(fā)展趨勢(shì)
隨著科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步及社會(huì)生產(chǎn)力的迅速提高，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門(mén)類(lèi)齊全的工藝裝備。
1.5.1機(jī)床夾具的現(xiàn)狀
數(shù)控機(jī)床（NC）、加工中心（MC）、成組技術(shù)（GT）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新技術(shù)的應(yīng)用現(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(yīng)市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。特別是近年來(lái)，，對(duì)機(jī)床夾具提出了如下新的要求：
1）適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具。
2）能裝夾一組具有相似性特征的工件。
3）提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。
4）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本。
5）適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具。
6）采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
1.5.2 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向
現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化、柔性化四個(gè)方面。
標(biāo)準(zhǔn)化
機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本。
目前我國(guó)已有夾具零件及部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2148~T2259—91以及各類(lèi)通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。
夾具的標(biāo)準(zhǔn)化階段是通用化的深入，主要是確立夾具零件或部件的尺寸系列，為夾具工作圖的審查創(chuàng)造良好的條件。
通用化方法包括夾具、部件、元件、毛壞和材料的通用化。
精密化
精密化夾具的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高，勢(shì)必相應(yīng)提高了對(duì)夾具的精度要求。例如用于精密分度的多齒盤(pán)，其分度精度可達(dá)±0.1；用于精密車(chē)削的高精度三爪卡盤(pán)，其定心精度為5μm；精密心軸的同軸度公差可控制在1μm內(nèi)；又如用于軸承套圈磨削的電磁無(wú)心夾具，工件的圓度公差可達(dá)0.2～0.5μm。
高效化
高效化夾具主要用來(lái)減少工件加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。常見(jiàn)的高效化夾具有：自動(dòng)化夾具、高速化夾具、具有夾緊動(dòng)力裝置的夾具等。
柔性化
機(jī)床夾具的柔性化與機(jī)床的柔性化相似，它是指機(jī)床夾具通過(guò)調(diào)整、拼裝、組合等方式，以適應(yīng)可變因素的能力。
具有柔性化特征的新型夾具種類(lèi)主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、拼裝夾具、數(shù)控機(jī)床夾具等?？勺円蛩刂饕校汗ば蛱卣?、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，夾具的柔性化將是夾具發(fā)展的主要方向。
第二章 加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2.1 零件的分析
2.1.1 零件的作用
題目給出的零件是拖拉機(jī)倒擋撥叉。題目所給 定的零件是拖拉機(jī) 變速箱中的倒檔 撥叉，它位于倒檔 撥叉桿上，主要作用一是通過(guò)倒檔撥叉桿將扭矩傳遞給倒檔撥叉，撥動(dòng)倒檔同步器，改變齒輪的嚙合方向，實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的倒行；二是在倒檔撥叉上有一個(gè)配合槽，與其他零件配合裝配，在撥叉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)。零件上 ?19.1mm的孔，裝配在倒檔撥叉桿上，用螺釘固定保證撥叉和撥叉桿的相對(duì)位置。寬 19.3mm 深 17mm 的槽與其他零件相配合，半圓形叉口撥動(dòng)同步器。
拖拉機(jī)倒擋撥叉的主要作用是支承各傳動(dòng)軸，保證各軸之間的中心距及平行度，并保證部件與發(fā)動(dòng)機(jī)正確安裝。因此拖拉機(jī)倒擋撥叉零件的加工質(zhì)量，不但直接影響的裝配精度和運(yùn)動(dòng)精度，而且還會(huì)影響工作精度、使用性能和壽命。拖拉機(jī)倒擋撥叉零件的底面用以安裝蓋，實(shí)現(xiàn)功能。
2.1.2 零件的工藝分析
由拖拉機(jī)倒擋撥叉零件圖可知。它的外表面上有五個(gè)平面需要進(jìn)行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上還需加工一系列螺紋孔。因此可將其分為三組加工表面。它們相互間有一定的位置要求。現(xiàn)分析如下：
1. 以 ?19.1mm 孔為中心的加工面
這一組加工面包括：一個(gè)的 ?19.1mm 孔以及對(duì)其倒角，寬 19.3mm 深
17mm 的槽口，在 ?19.1mm 孔所在的輪轂上鉆兩個(gè)孔并攻絲，規(guī)格為 M12，
用來(lái)做為固定倒檔撥叉和撥叉桿之用。
2. 叉口處的加工面
這 一組加工面包括 ：銑叉口的側(cè) 面，銑叉口內(nèi)圓面 ，內(nèi)圓面所在 的圓
弧半徑為 R48mm。
這兩組加工面之間有一定的位置要求：
（1）R48mm 叉口對(duì) ?19.1mm 孔的軸心線及 19.3mm 槽口中心線位置公差
?0.5mm。
（2）叉口側(cè)面和螺紋孔中心線的位置要求是 46.4±0.25。
由 以上分析可知， 對(duì)于這兩組加 工表面而言，我們 可以先加工其 中一
組表面，然后借助于專(zhuān)用夾具進(jìn)行另一組表面的加工，并保證他們之間的
位置精度要求。
2.2 拖拉機(jī)倒擋撥叉加工的主要問(wèn)題和工藝過(guò)程設(shè)計(jì)所應(yīng)采取的相應(yīng)措施
由以上分析可知。該拖拉機(jī)倒擋撥叉零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來(lái)說(shuō)，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(duì)于拖拉機(jī)倒擋撥叉來(lái)說(shuō)，加工過(guò)程中的主要問(wèn)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。
由于的生產(chǎn)量很大。怎樣滿(mǎn)足生產(chǎn)率要求也是加工過(guò)程中的主要考慮因素。
2.2.1 孔和平面的加工順序
拖拉機(jī)倒擋撥叉類(lèi)零件的加工應(yīng)遵循先面后孔的原則：即先加工拖拉機(jī)倒擋撥叉上的基準(zhǔn)平面，以基準(zhǔn)平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。拖拉機(jī)倒擋撥叉的加工自然應(yīng)遵循這個(gè)原則。這是因?yàn)槠矫娴拿娣e大，用平面定位可以確保定位可靠夾緊牢固，因而容易保證孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去鑄件表面的凹凸不平。為提高孔的加工精度創(chuàng)造條件，便于對(duì)刀及調(diào)整，也有利于保護(hù)刀具。
拖拉機(jī)倒擋撥叉零件的加工工藝應(yīng)遵循粗精加工分開(kāi)的原則，將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。
2.2.2 孔系加工方案選擇
拖拉機(jī)倒擋撥叉孔系加工方案，應(yīng)選擇能夠滿(mǎn)足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(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)因素。在滿(mǎn)足精度要求及生產(chǎn)率的條件下，應(yīng)選擇價(jià)格最底的機(jī)床。
根據(jù)拖拉機(jī)倒擋撥叉零件圖所示的拖拉機(jī)倒擋撥叉的精度要求和生產(chǎn)率要求，當(dāng)前應(yīng)選用在組合機(jī)床上用鏜模法鏜孔較為適宜。
（1）用鏜模法鏜孔
在大批量生產(chǎn)中，拖拉機(jī)倒擋撥叉孔系加工一般都在組合鏜床上采用鏜模法進(jìn)行加工。鏜模夾具是按照工件孔系的加工要求設(shè)計(jì)制造的。當(dāng)鏜刀桿通過(guò)鏜套的引導(dǎo)進(jìn)行鏜孔時(shí)，鏜模的精度就直接保證了關(guān)鍵孔系的精度。
采用鏜模可以大大地提高工藝系統(tǒng)的剛度和抗振性。因此，可以用幾把刀同時(shí)加工。所以生產(chǎn)效率很高。但鏜模結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大、成本較高，且由于鏜模的制造和裝配誤差、鏜模在機(jī)床上的安裝誤差、鏜桿和鏜套的磨損等原因。用鏜模加工孔系所能獲得的加工精度也受到一定限制。
（2）用坐標(biāo)法鏜孔
在現(xiàn)代生產(chǎn)中，不僅要求產(chǎn)品的生產(chǎn)率高，而且要求能夠?qū)崿F(xiàn)大批量、多品種以及產(chǎn)品更新?lián)Q代所需要的時(shí)間短等要求。鏜模法由于鏜模生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不大能適應(yīng)這種要求，而坐標(biāo)法鏜孔卻能適應(yīng)這種要求。此外，在采用鏜模法鏜孔時(shí)，鏜模板的加工也需要采用坐標(biāo)法鏜孔。
用坐標(biāo)法鏜孔，需要將拖拉機(jī)倒擋撥叉孔系尺寸及公差換算成直角坐標(biāo)系中的尺寸及公差，然后選用能夠在直角坐標(biāo)系中作精密運(yùn)動(dòng)的機(jī)床進(jìn)行鏜孔。
2.3 拖拉機(jī)倒擋撥叉加工定位基準(zhǔn)的選擇
2.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足以下要求：
（1）保證各重要支承孔的加工余量均勻；
（2）保證裝入拖拉機(jī)倒擋撥叉的零件與箱壁有一定的間隙。
為了滿(mǎn)足上述要求，應(yīng)選擇的主要支承孔作為主要基準(zhǔn)。即以拖拉機(jī)倒擋撥叉的輸入軸和輸出軸的支承孔作為粗基準(zhǔn)。也就是以前后端面上距頂平面最近的孔作為主要基準(zhǔn)以限制工件的四個(gè)自由度，再以另一個(gè)主要支承孔定位限制第五個(gè)自由度。由于是以孔作為粗基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)面。因此，以后再用精基準(zhǔn)定位加工主要支承孔時(shí)，孔加工余量一定是均勻的。由于孔的位置與箱壁的位置是同一型芯鑄出的。因此，孔的余量均勻也就間接保證了孔與箱壁的相對(duì)位置。
2.3.2 精基準(zhǔn)的選擇
從保證拖拉機(jī)倒擋撥叉孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置 。精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)能保證拖拉機(jī)倒擋撥叉在整個(gè)加工過(guò)程中基本上都能用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。從拖拉機(jī)倒擋撥叉零件圖分析可知，它的頂平面與各主要支承孔平行而且占有的面積較大，適于作精基準(zhǔn)使用。但用一個(gè)平面定位僅僅能限制工件的三個(gè)自由度，如果使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿(mǎn)足整個(gè)加工過(guò)程中基本上都采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位的要求。至于前后端面，雖然它是拖拉機(jī)倒擋撥叉的裝配基準(zhǔn)，但因?yàn)樗c拖拉機(jī)倒擋撥叉的主要支承孔系垂直。如果用來(lái)作精基準(zhǔn)加工孔系，在定位、夾緊以及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面都有一定的困難，所以不予采用。
2.4 拖拉機(jī)倒擋撥叉加工主要工序安排
對(duì)于大批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準(zhǔn)。拖拉機(jī)倒擋撥叉加工的第一個(gè)工序也就是加工統(tǒng)一的基準(zhǔn)。具體安排是先以孔定位粗、精加工頂平面。第二個(gè)工序是加工定位用的兩個(gè)工藝孔。由于頂平面加工完成后一直到拖拉機(jī)倒擋撥叉加工完成為止，除了個(gè)別工序外，都要用作定位基準(zhǔn)。因此，底面上的螺孔也應(yīng)在加工兩工藝孔的工序中同時(shí)加工出來(lái)。
后續(xù)工序安排應(yīng)當(dāng)遵循粗精分開(kāi)和先面后孔的原則。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺紋底孔在多軸組合鉆床上鉆出，因切削力較大，也應(yīng)該在粗加工階段完成。對(duì)于拖拉機(jī)倒擋撥叉，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原則亦應(yīng)先精加工平面再加工孔系，但在實(shí)際生產(chǎn)中這樣安排不易于保證孔和端面相互垂直。因此，實(shí)際采用的工藝方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可脹心軸定位來(lái)加工端面，這樣容易保證零件圖紙上規(guī)定的端面全跳動(dòng)公差要求。各螺紋孔的攻絲，由于切削力較小，可以安排在粗、精加工階段中分散進(jìn)行。
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(jìn)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。
根據(jù)以上分析過(guò)程，現(xiàn)將拖拉機(jī)倒擋撥叉加工工藝路線確定如下：
1. 工藝路線方案一
工序Ⅰ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格 M12。
工序Ⅱ 立式鉆床上擴(kuò)、鉸孔 ?19.1mm 并倒角。
工序Ⅲ 臥式銑床上粗銑叉口側(cè)面。
工序Ⅳ 臥式銑床上銑叉口。
工序Ⅴ 手工去銳邊。
工序Ⅵ 臥式銑床上銑槽。
工序Ⅶ 臥式銑床上精銑叉口側(cè)面。
工序Ⅷ 去毛刺。
工序Ⅸ 清洗。
工序Ⅹ 終檢。
2. 工藝路線方案二
工序Ⅰ 立式鉆床上擴(kuò)、鉸孔 ?19.1mm 并倒角。
工序Ⅱ 臥式銑床上粗銑叉口側(cè)面。
工序Ⅲ 臥式銑床上銑叉口。
工序Ⅳ 手工去銳邊。
工序Ⅴ 臥式銑床上銑槽。
工序Ⅵ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格 M12。
工序Ⅶ 手工去毛刺。
工序Ⅷ 臥式銑床上精銑叉口側(cè)面。
工序Ⅸ 去毛刺。
工序Ⅹ 清洗。
工序Ⅺ 終檢。
以上加工方案大致看來(lái)合理，但通過(guò)仔細(xì)考慮，零件的技術(shù)要求及可能采取的加工手段之后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)仍有問(wèn)題，
方案二把底面的鉆孔工序調(diào)整到后面了，這樣導(dǎo)致銑削加工定位基準(zhǔn)不足，特別鏜孔工序。
以上工藝過(guò)程詳見(jiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程綜合卡片。綜合選擇方案一：
工序Ⅰ 立式鉆床上擴(kuò)、鉸孔 ?19.1mm 并倒角。
工序Ⅱ 臥式銑床上粗銑叉口側(cè)面。
工序Ⅲ 臥式銑床上銑叉口。
工序Ⅳ 手工去銳邊。
工序Ⅴ 臥式銑床上銑槽。
工序Ⅵ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格 M12。
工序Ⅶ 手工去毛刺。
工序Ⅷ 臥式銑床上精銑叉口側(cè)面。
工序Ⅸ 去毛刺。
工序Ⅹ 清洗。
工序Ⅺ 終檢。
上述兩種方案看起來(lái)大體合理，不過(guò)仔細(xì)一看都有不足之處。第 1 個(gè)
方案先是“搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格 M12。”，先把這一步工序放在前面
是想，后面還有“鉆 ?19.1mm 孔”這一步工序，如果先鉆孔攻絲那么就可
以省略一步“手工去毛刺”的工序。能這樣想，出發(fā)點(diǎn)是好的，考慮到可
以減少一步工序，似乎能減少勞動(dòng)工時(shí)，提高生產(chǎn)率，可是沒(méi)有考慮到，
把這一步工序放前，定位比較難，不易保證必要的位置精度，夾具設(shè)計(jì)困
難，實(shí)際可行性比較低。再看第 2 個(gè)方案，第 2 個(gè)方案把“鉆 ?19.1mm 孔”
這一步工序放在了前面，這樣為以后的各個(gè)工序提供了加工基準(zhǔn)，工序安
排比較科學(xué)合理。不過(guò)它和第 1 個(gè)方案一樣，都把“擴(kuò)、鉸孔 ?19.1mm”和
“倒角”放在了一步工序中。在這一步中通過(guò)換鉆套可以倒一邊的角，不
過(guò)要倒另一邊的角，就要把工件卸下翻面倒角，這樣增加了夾具的設(shè)計(jì)難
度。不過(guò)主要的是立式鉆床體積比較大，操作起來(lái)不方便，并且倒角也沒(méi)
有高的精度要求，從經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)考慮是不合算的。通過(guò)分析后，把這一
步工序一分為二，把“倒角”獨(dú)立出來(lái)，單獨(dú)作為一步工序，因?yàn)榈菇堑?
精度要求不高，我們可以把這一步工序放在臺(tái)鉆上來(lái)完成。臺(tái)鉆體積比較
小，操作簡(jiǎn)單，夾具結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，這樣零件的加工工時(shí)降下來(lái)了，生產(chǎn)效
率上來(lái)了，降低了零件的成本。
估算每一步工序所用夾具的大體尺寸，根據(jù)《金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)
手冊(cè)》（第二版）上給出的各種切削機(jī)床的規(guī)格尺寸，選擇每一道工序所用
的合適的機(jī)床。
因此，最后的加工路線確定如下：
工序Ⅰ 立式鉆床上擴(kuò)、鉸孔 ?19.1mm。
以撥叉叉口內(nèi)圓非加工面、槽口和 ?19.1mm 孔的端面為粗基
準(zhǔn)定位。
選用 Z535 立式鉆床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅱ 臺(tái)鉆上對(duì) ?19.1mm 倒角。
以 ?19.1mm 和端面為基準(zhǔn)定位。
選用 ZQ4015 臺(tái)式鉆床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅲ 臥式銑床上粗銑叉口側(cè)面。
以 ?19.1mm 和端面為基準(zhǔn)定位。
選用 X62 臥式銑床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅳ 臥式銑床上銑叉口。
以 ?19.1mm 和毛坯上的槽口為基準(zhǔn)定位。
選用 X62 臥式銑床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅴ 手工去銳邊。
用扁平挫刀手工去銳邊，可設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的支承臺(tái)。
工序Ⅵ 臥式銑床上銑槽。
以 ?19.1mm 孔、叉口內(nèi)圓側(cè)面為基準(zhǔn)定位。
選用 X62 臥式銑床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅶ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格 M12。
以 ?19.1mm 孔及其端面、叉口內(nèi)圓側(cè)面為基準(zhǔn)定位。
選用 Z3025 搖臂鉆床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅷ 手工去毛刺。
用圓形小挫刀手工去毛刺，可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的支承臺(tái)，注意不
不要?jiǎng)潅麅?nèi)圓面。
工序Ⅸ 臥式銑床上精銑叉口側(cè)面。
以 ?19.1mm 孔和螺釘對(duì)準(zhǔn)長(zhǎng)銷(xiāo)上的槽為基準(zhǔn)定位。
選用 X62 臥式銑床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅹ 去毛刺。
用扁平挫刀手工去毛刺，可設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的支承臺(tái)。
工序Ⅺ 清洗。
用專(zhuān)用清洗機(jī)清洗。
工序Ⅻ 終檢。
2.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
零件材料為 QT500-5，考慮到拖拉機(jī)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常需要掛倒檔以倒行或輔
助轉(zhuǎn)向，因此零件在工作過(guò)程中經(jīng)常受到?jīng)_擊性載荷，采用這種材料零件
的強(qiáng)度也能保證。由于零件年產(chǎn)量為 4000 件，已達(dá)到成批生產(chǎn)水平，而且
零 件的輪廓尺寸不 大，選用砂型鑄 造，采用機(jī)械翻 砂造型，鑄造精 度為 2
級(jí)，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產(chǎn)率和保證加工精度上考慮也是
應(yīng)該的。
（二）毛坯設(shè) 計(jì)
拖拉機(jī)的倒檔撥叉零件材料為 QT500-5，硬度選用260HBS，毛坯重
約 1Kg。生產(chǎn)類(lèi)型為成批生產(chǎn)，采用砂型鑄造，機(jī)械翻砂造型，2 級(jí)精度組。
根據(jù)上 述原始資料及加工 工藝，分別確定各 加工表面的加工余 量，對(duì)
毛坯初步設(shè)計(jì)如下：
1. ?19.1mm 的孔
為 了便于加工，在 毛坯的設(shè)計(jì)時(shí) ，可以設(shè)計(jì)底孔。 根據(jù)常用刀具 的規(guī)
格和合理的切削用量，可以鑄出 ?10mm 的底孔。這樣加工這個(gè)孔到規(guī)定的
尺寸，可以分為以下步驟：
2. 叉口側(cè)面
該 兩側(cè)面分別進(jìn)行 一次粗、精銑 。根據(jù)資料可知， 選取加工余量 等級(jí)
為 G，選取尺寸公差等級(jí)為 9 級(jí)。
所以根據(jù)相關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)可知，毛坯的叉口厚度定為 10mm，符合要求。
3. 叉口內(nèi)圓面
叉口內(nèi)圓面的圓弧半徑為 R48mm，叉口精度要求不是很高，可以進(jìn)行一
次精加工。所以其加工余量不宜取得過(guò)大，但為了能保證其加工精度，而
進(jìn)行一次精銑，所以在毛坯鑄造時(shí)給出 2mm 的加工余量。
4. 銑槽
槽寬為 19.3mm,深為 17mm,查資料知，砂型鑄造機(jī)械翻砂造型的尺寸公
差等級(jí)為 8~10 級(jí)，加工余量等級(jí)為 G。取尺寸公差等級(jí)為 9 級(jí)，在鑄造時(shí)
留出 2mm 的加工余量，均滿(mǎn)足加工要求。
5. 鉆孔、攻絲
在 ?19.1mm 的孔處鉆孔，攻絲，锪孔。
在此處，因?yàn)榧庸さ穆菁y孔不是很大，所以可以不必留鑄造底孔。
因 其它表面均為不 加工表面，而 且砂型機(jī)器造型鑄 造鑄造出的毛 坯表
面就能滿(mǎn)足它們的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。
根 據(jù)上述原始資料 及加工工藝， 確定了各加工表面 的加工余量、 工序
尺 寸 ，這 樣毛 坯的 尺寸 就可 以定 下 來(lái)了 ，毛 坯的 具體 形狀 和 尺寸 見(jiàn)圖 .2
“拖拉機(jī)倒擋撥叉”零件毛坯簡(jiǎn)圖。
根據(jù) 上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面 的加工余量和工
步如下：
1. ?19.1mm 的孔
擴(kuò)孔： ?16mm 2Z=6mm
二次擴(kuò)孔： ?18.9mm 2Z=2.9mm
粗鉸： ?19.04mm 2Z=0.14mm
精鉸： ?19.1mm 2Z=0.06mm
2. 叉口側(cè)面
粗銑： 2Z=2.05mm
精銑： 2Z=0.4mm
3．叉口內(nèi)圓面
一次精銑： Z=2mm
4. 銑槽
一次精銑： Z=2mm
5. 鉆孔、攻絲
在 ?19.1mm 的孔處鉆孔，攻絲，锪孔。
先在加工面上鉆出 ?4mm 小孔，再擴(kuò)孔至 ?10.4mm，這是攻絲前的
底孔，然后用 M12 的機(jī)用絲錐攻絲，最后锪孔 ?13.5mm。
2.6確定切削用量及基本工時(shí)（機(jī)動(dòng)時(shí)間）
工序1：鉆孔 ?16mm、擴(kuò)孔 ?18.9mm、鉸孔 ?19.1mm
機(jī)床：立式鉆床Z525
刀具：根據(jù)參照參考文獻(xiàn)[3]表4.3～9選高速鋼錐柄麻花鉆頭。
⑴ 鉆孔?19.1
鉆孔?19.1時(shí)先采取的是鉆孔，再擴(kuò)到，所以。
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～38，取。
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～41，取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～31，取
所以實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度： 取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
⑵ 擴(kuò)孔?18.9
刀具：根據(jù)參照參考文獻(xiàn)[3]表4.3～31選擇硬質(zhì)合金錐柄麻花擴(kuò)孔鉆頭。
片型號(hào)：E403
因鉆孔?19.1時(shí)先采取的是先鉆到孔再擴(kuò)到，所以，
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～52，取。
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～53，取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～31，取
所以實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度有：
刀具切出長(zhǎng)度： ，取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
⑶ 鉸孔?19.1
刀具：根據(jù)參照參考文獻(xiàn)[3]表4.3～54，選擇硬質(zhì)合金錐柄機(jī)用鉸刀。
切削深度：，且。
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～58，取。
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～60，取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～31取
實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度，
刀具切出長(zhǎng)度： 取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
該工序的加工機(jī)動(dòng)時(shí)間的總和是：
工序3：粗銑叉口側(cè)面
機(jī)床：銑床X62W
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)[10]
叉口兩側(cè)面在鑄造毛坯時(shí)兩個(gè)面的加工余量是相同的，故可以算一個(gè)
面 就行。現(xiàn)在以其 中一面為粗基 準(zhǔn)，對(duì)另一面進(jìn)行 粗加工，切削 用量
和切削工時(shí)如下：
（1）粗銑
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81,
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
（2）精銑
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長(zhǎng)度：精銑時(shí)
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
本工序機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序4：精銑叉口 R48±0.5mm
機(jī)床：銑床X62W
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)[10]
（1）粗銑
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81,
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
（2）精銑
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長(zhǎng)度：精銑時(shí)
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
本工序機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序5：鉆2-Φ8定位銷(xiāo)孔
鉆定位孔
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.39，取
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.41，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
鉸定位孔
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.52，擴(kuò)盲孔取
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.53，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工序6： 鉆孔、锪孔 ?13.5mm、攻絲 2-M12 × 1.75
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.39，取
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.41，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度： 取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.39，取
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.41，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度： 取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工序8 ：粗精鏜底面Φ45孔。
機(jī)床：臥式金剛鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
⑴ 粗鏜孔
單邊余量Z=1.1mm,一次鏜去全部余量，毛坯孔徑。
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～66，刀桿伸出長(zhǎng)度取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量。
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～45，取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～41，取
實(shí)際切削速度：
工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度： 取
行程次數(shù)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
⑵ 精鏜孔
粗加工后單邊余量Z=0.4mm，一次鏜去全部余量， ，精鏜后孔徑
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～66，刀桿伸出長(zhǎng)度取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～45，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.14—41，取
實(shí)際切削速度：
工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度： 取
行程次數(shù)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)工時(shí)
工序9：銑削Φ35孔端面
機(jī)床：組合銑床
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81,
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工序10：銑削槽
機(jī)床：銑床X62W
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀YG8，硬質(zhì)合金立銑刀YT15
銑刀直徑，齒數(shù)
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81,
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工序11：銑削1度的斜坡面
機(jī)床：銑床X62W
刀具：立銑刀，硬質(zhì)合金立銑刀YT15
銑刀直徑，齒數(shù)
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.81,
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工序13：鉆各小孔，并攻絲
機(jī)床：組合鉆床
刀具：麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.39，取
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.41，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工序13：前后端面螺孔攻絲
機(jī)床：組合攻絲機(jī)
刀具：釩鋼機(jī)動(dòng)絲錐
（1）、M10.6H螺孔攻絲
進(jìn)給量：由于其螺距,因此進(jìn)給量
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.105，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度： （盲孔）
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
鉆孔（M8-6H螺孔）
機(jī)床：組合鉆床
刀具：麻花鉆
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.39，取
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.41，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
螺孔攻絲
機(jī)床：組合攻絲機(jī)
刀具：釩鋼機(jī)動(dòng)絲錐
進(jìn)給量：由于其螺距,因此進(jìn)給量
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4.105，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實(shí)際切削速度：
由工序4可知：
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
2.7 時(shí)間定額計(jì)算及生產(chǎn)安排
假設(shè)該零件年產(chǎn)量為10萬(wàn)件。一年以240個(gè)工作日計(jì)算，每天的產(chǎn)量應(yīng)不低于417件。設(shè)每天的產(chǎn)量為420件。再以每天8小時(shí)工作時(shí)間計(jì)算，則每個(gè)工件的生產(chǎn)時(shí)間應(yīng)不大于1.14min。
參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.2，機(jī)械加工單件（生產(chǎn)類(lèi)型：中批以上）時(shí)間定額的計(jì)算公式為：
（大量生產(chǎn)時(shí)）
因此在大批量生產(chǎn)時(shí)單件時(shí)間定額計(jì)算公式為：
其中： —單件時(shí)間定額 —基本時(shí)間（機(jī)動(dòng)時(shí)間）
—輔助時(shí)間。用于某工序加工每個(gè)工件時(shí)都要進(jìn)行的各種輔助動(dòng)作所消耗的時(shí)間，包括裝卸工件時(shí)間和有關(guān)工步輔助時(shí)間
—布置工作地、休息和生理需要時(shí)間占操作時(shí)間的百分比值
工序1：粗、精銑底面
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.43，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.48，
單間時(shí)間定額：
因此應(yīng)布置兩臺(tái)機(jī)床同時(shí)完成本工序的加工。當(dāng)布置兩臺(tái)機(jī)床時(shí)，
即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求
工序2：鉆底面孔、鉸定位孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.41，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.43，
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
工序3：粗銑兩側(cè)面及凸臺(tái)
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.45，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.48，
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
工序4：鉆側(cè)面孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.41，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.43，
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
工序5：粗銑前后端面
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.45，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.48，
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
工序6：銑前后端面
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.45，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.48，
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
工序9：粗鏜前后端面支承孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.37，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.39，
單間時(shí)間定額：
因此應(yīng)布置兩臺(tái)機(jī)床同時(shí)完成本工序的加工。當(dāng)布置兩臺(tái)機(jī)床時(shí)，
即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求
工序11：精鏜支承孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.37，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.39，
單間時(shí)間定額：
因此應(yīng)布置兩臺(tái)機(jī)床同時(shí)完成本工序的加工。當(dāng)布置兩臺(tái)機(jī)床時(shí)，
即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求
工序12：前后端面螺紋孔攻絲
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照鉆孔輔助時(shí)間，取裝卸工件輔助時(shí)間為，工步輔助時(shí)間為。則
：參照鉆孔值，取
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
工序14：精銑前后端面
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.45，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.48，
單間時(shí)間定額：
因此應(yīng)布置兩臺(tái)機(jī)床同時(shí)完成本工序的加工。當(dāng)布置兩臺(tái)機(jī)床時(shí)，
即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求
工序15：精銑兩側(cè)面
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.45，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.5.48，
單間時(shí)間定額：
因此應(yīng)布置兩臺(tái)機(jī)床同時(shí)完成本工序的加工。當(dāng)布置兩臺(tái)機(jī)床時(shí)，
即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求
工序17：底面螺紋孔攻絲
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照鉆孔輔助時(shí)間，取裝卸工件輔助時(shí)間為，工步輔助時(shí)間為。則
：參照鉆孔值，取
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
第三章 銑槽夾具設(shè)計(jì)
3.1研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來(lái)銑槽，該槽的中心線要滿(mǎn)足對(duì)稱(chēng)度要求以及其槽兩邊的平行度要求。在銑此槽時(shí)，為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
3.2定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知：在對(duì)槽進(jìn)行加工前，底平面進(jìn)行了粗、精銑加工，孔進(jìn)行了鉆、擴(kuò)、鉸加工，R48進(jìn)行了粗、精鏜加工。因此，定位、夾緊方案有：
方案Ⅰ：選底平面、工藝孔和大頭孔定位，即一面、心軸和棱形銷(xiāo)定位，夾緊方式選用螺母在心軸上夾緊。
方案Ⅱ：選一面兩銷(xiāo)定位方式，工藝孔用短圓柱銷(xiāo)，R48用棱形銷(xiāo)定位，夾緊方式用操作簡(jiǎn)單，通用性較強(qiáng)的移動(dòng)壓板來(lái)夾緊。
分析比較上面二種方案：方案Ⅰ中的心軸夾緊、定位是不正確的， 孔端是不加工的，且定位與夾緊應(yīng)分開(kāi)，因夾緊會(huì)破壞定位。
通過(guò)比較分析只有方案Ⅱ滿(mǎn)足要求，孔其加工與孔R(shí)48的軸線間有尺寸公差，選擇小頭孔和大頭孔來(lái)定位，從而保證其尺寸公差要求。
銑該槽時(shí)其對(duì)孔的中心線有對(duì)稱(chēng)度以及槽兩邊的平行度要求。為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi)，采用一面兩銷(xiāo)的定位方式，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單易操作。一面即為撥叉底平面；兩銷(xiāo)為的短圓柱銷(xiāo)和的棱形銷(xiāo)。
3.3 切削力及夾緊分析計(jì)算
刀具：立銑刀（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：
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
查參考文獻(xiàn)[5]1～2～26可知移動(dòng)形式壓板螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算：螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有：
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，用螺栓通過(guò)弧形壓塊壓緊工件，受力簡(jiǎn)圖如2.1.
由表得：原動(dòng)力計(jì)算公式
即：
由上述計(jì)算易得：
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
3.4 誤差分析與計(jì)算
該夾具以一面兩銷(xiāo)定位，兩定位銷(xiāo)孔尺寸公差為。為了滿(mǎn)足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻(xiàn)[5]可得：
⑴ 兩定位銷(xiāo)的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
且：L=135mm ，得
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(guò)
⑷ 夾具相對(duì)刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見(jiàn)，所設(shè)計(jì)的夾具能滿(mǎn)足零件的加工精度要求。
3.5 定向鍵與對(duì)刀裝置設(shè)計(jì)
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個(gè)。其距離盡可能布置的遠(yuǎn)些。通過(guò)定向鍵與銑床工作臺(tái)T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對(duì)于工作臺(tái)的送進(jìn)方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負(fù)荷，加強(qiáng)夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖5.1 夾具體槽形與螺釘
根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如表5.4：
表5.4 定向鍵
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱(chēng)尺寸
允差d
允差
公稱(chēng)尺寸
允差D
18
～0.012
～0.035
25
12
4
12
4.5
18
+0.019
5
對(duì)刀裝置由對(duì)刀塊和塞尺組成，用來(lái)確定刀具與夾具