活動口壓板機械加工工藝規(guī)程和專用夾具設計（含全套CAD圖紙）,活動,流動,壓板,機械,加工,工藝,規(guī)程,以及,專用,夾具,設計,全套,cad,圖紙 可持續(xù)夾具及固定裝置的高精度安裝的方法論 J. Jamshidi，P.G. maropoulos 英國巴斯大學機械工程學系 摘要 在夾具安裝階段，夾具組件的精確測量能力決定其精確性，尤其是對大尺寸的產品和應用來說。大量定制一些在設計上有多樣性的小批量產品和零部件是十分重要的。產品質量應該與迅速轉換理念相互協調，對于敏感元器件及組件而言，以犧牲產品質量來提高速度是不明智的，例如在航空航天工業(yè)中所看到的那些零部件。提高精確性對于夾具的安裝是很有必要的，為了要盡量少用，這可取決于夾具和夾具定位變化的耐受性預算。在航空航天工業(yè)中，靈活和可重構夾具的概念的發(fā)展及固定裝置是夾具的主要開銷成本。吸引他們的是重構夾具的可重用性，可持續(xù)使用是由于那些零部件也能夠被重新應用到許多種產品和裝配中去。一直不佳的準確性和可靠性為這類夾具的缺點，這篇論文主要是研究可持續(xù)夾具主要零部件的精確定位，影響夾具性能的因素在安裝階段會得以審查。本文介紹了一種在靈活夾具中為了最大限度地減少定位和夾緊的不確定性的方法。 關鍵詞:可持續(xù)性夾具；夾具安裝；校準不確定性；夾具的監(jiān)測；計量；可重復使用的夾具 1引言 質量和可靠性等因素早已經轉換為新零件固有的特征。在他們的產品和服務范圍內，近期市場趨勢已經迫使制造業(yè)走向大規(guī)模定制。其次增加新陳品的多樣化設計在部件和組件級別上遵循第二次高幅度的變化。有先進制造系統(tǒng)和技術的國家提供了更多的靈活性，能使設計師更加自由的發(fā)揮想象。例如在過去幾十年發(fā)展起來的一種新的大體積測量方法，就能測量及公丈的距離。用來檢測大尺寸零件的這些設備通常是由多個組裝部件所制造出來的。在重組和裝配期間，那些大尺寸產品的制造需要用到專用的夾具和固定裝置，以便于他們的零部件能夠被定位在設計基準上。對于大批量產品，在計算機輔助軟件上就能估算出其主要的花費需求，否則，在某些情況下或以其他方式生產的產品成本可能會是非常高的。這個問題與客戶不斷用錢來尋求具有更高價值的市場需求相互矛盾。用一種典型的變化產品可以創(chuàng)建一個更加具有持續(xù)性的商業(yè)，因為它能夠滿足相對比較大地市場需求。由支持產品變化的不同形狀的產品而形成的靈活和可重構夾具及固定裝置則是應對上述挑戰(zhàn)關鍵的解決方案。靈活夾具的概念已經在研究領域存在了幾年[1]。然而，它們在很大程度上沒有充分利用真正的生產設施，尤其是大尺寸產品的制造，如航空航天設備。這是由于關于它們的初始安裝、校準困難和可重復性等挑戰(zhàn)往往超出公差要求。這些夾具和高品質關鍵部件裝置的制造以及大量的集成計量系統(tǒng)，都可以減少上述限制。本文包括了有關安裝的計量問題和靈活的夾具校準以及檢測服務。 2相關工作 2.1大型零件的制造和裝配 通常把要精密制造的機械零件移動到機床工作臺是必需的，先進行粗加工，然后精對準和夾緊。在這個階段，一方面是準備用于加工高精度的關鍵所在，然而，這對于一些大尺寸或重的零部件并不總是可以實現的。大型產品是指那些與一些不經濟的可能需要處理或在工廠周圍移動的的組件一起來達到制造和裝配的目的[2]。制造業(yè)和這些部件的裝配工藝包括所需機器和系統(tǒng)的運動以及這些部件的位置和方向。這些零部件通常定位在大尺寸夾具及固定裝置上該定位的位置。如果這些部件以小批量生產，在航空航天工業(yè)、高開銷的情況下，每個產品將會出現。在設計和制造夾具上，已經有了許多嘗試，以便于能夠持有許多種組件的變種。然而，這方法是不可行的，因為敏感或關鍵的零部件完全是由它們的高精度要求所決定的。與固定的夾具相比較，可調、可重構夾具會產生更低的重復性。固定夾具有固定的方式，可以通過焊接或鉚接的接頭固定在一起來實現。這些機械故障，例如夾具和固定裝置由于疲勞和塑料變形就是一個終止其服務的主要原因，發(fā)送它們再進行回收。小批量制造的需求是目前常見的淘汰不合格夾具，其使用壽命取決于產品的生命周期。換句話說，在制造變種零件停止不久之后，與之有關聯的夾具和固定裝置將會變得多余。即使夾具有工作順序，但它們仍然有報廢并送往循環(huán)再造。這種方法會帶來高負擔回收的能耗。在大尺寸零件下的固定夾具和夾具的漂移以及夾具都能影響大尺寸零件組裝的精確性[5]。對于大尺寸的夾具已經開發(fā)出了幾種分析夾具剛性的方法，可用來評估振動的影響因素。在任何情況下更加可持續(xù)生產要通過選擇性方案才能得以實現。如圖2.1所示。 圖2.1 典型的大型夾具元件 用于制造所延誤的時間是固定夾具的又一重大缺點，這些夾具應該在制造前就被訂購，在生產計劃和產品上市前還可以創(chuàng)建額外的復雜性。不管他們的類型，大型夾具有一些共同的元素，包括一個主框架、內在的框架，有可能有一個或數多個可移動的機制或更小的組件，如鉗、套管、皮卡和可調螺絲[表1]。 2.2柔性夾具 開發(fā)的柔性夾具的概念增加了其可持續(xù)性、快速轉換以及降低了成本?，F在可以使用現成的模塊來設計和組裝夾具。根據規(guī)定，只有極少數夾具的專用零件需要設計和制造。以這種概念看，大多數散裝部件、附件關節(jié)都應用的很具體。一旦產品設計變異完全制造出來，然后就可以拆卸上述組件和重組成一種新的元件來與未來的設計變異相匹配。因為組裝和組件范圍上的設計都相當接近，所以這種方法是最能降低夾具成本的。 根據組件的變化水平和工作類型的需求，每一個不同比例的柔性夾具都需要被重新安排。為了增加使用這種類型夾具的效益，這個問題在設計階段考慮是十分重要的。例如，在可能的情況下，皮卡車的位置和三維定位夾具上的組件的不同變種，甚至完全不同的部分應該是在靠近增加兼容性和夾具子系統(tǒng)間變性。夾具關鍵部件的收集在短期內能保證所需夾具的可用性。另外，這些夾具的存儲需要很少空間，因為拆除所有模塊是可能的，通常以腳手架的形式并把它們彼此放在一起。目前在一些汽車公司應用到柔性夾具，因為它們的精度等級是足夠滿足的。大尺寸制造的夾具設施盡管沒有許多柔性夾具那樣操作靈活，比如航空航天設備。準確性和定位銷的不確定性、夾具的可重復性以及夾具結構的漂移都出現這樣一個事實，這些夾具在發(fā)電和航空航天等工業(yè)不能滿足公差要求。一旦它們的精度問題得以解決，這些夾具在上述的工業(yè)中將會有很高的利用價值。 圖2.2 夾具與汽車行業(yè)中的可重構組件 大量的體積計量系統(tǒng)和技術一直有許多新的發(fā)展。依靠計量系統(tǒng)和技術的現代激光技術現在就能夠測量一些可接受精度的大尺寸產品甚至到幾公丈的產品。在安裝和初期安裝調試期間，這些系統(tǒng)能夠用來精確定位一些夾具的關鍵部件。 夾具的安裝通常開始形成機架或主要框架，然后是那些大的部件和像皮卡和夾具那樣逐漸更小的零部件。計量系統(tǒng)能夠用于柔性夾具的主要框架和其內部框架的安裝，從而來保證每個零部件彼此之間的準確定位。表1顯示了這些大規(guī)模的測量系統(tǒng)數。跟蹤系統(tǒng)能夠測量基準點，它是實現這一目的的最合適的測量系統(tǒng)。一起跟蹤球式反射鏡在三維空間內都可以認準所要記錄的位置。球式反射鏡可以直接練習目標對象來提供幾何位置信息或可以在機械重復的球式反射鏡下應用，從這個角度用激光來跟蹤目標或短期目標。像一些其他測量儀器的激光跟蹤有時候不確定，在夾具的安裝過程中需要做以說明。此外，激光跟蹤和目標點之間的光線問題還應該考慮到。如果必要的話，多個跟蹤職位都可以使用，在實際測量活動中，其結果必然是伴隨著一個不確定的說明。經過測量，這些給定的分散的特征值是合理的，這個問題與一些夾具或夾具的安裝及以后的審核都是一樣的。這些知識闡明了一個給定的定位夾具的能力和裝配任務。換句話說，它表示在其相關流程中一套夾具是否能夠滿足公差要求。 2.3夾具理論比較 為了用于多種生產裝置和組裝應用，在不同的公司也有大量不同形狀和設計的夾具。這些夾具中的某一些的形式都是標準形式，然而另一些是經過專門設計和制造的特殊零部件。后者可以說是建立在產品的復雜性和大規(guī)模的基礎上的，所以可能會是非常昂貴的[9]。 無論成本和目的如何，制造和組裝過程都可以完成，要么不使用夾具，要么用固定幀夾具或用可重構或柔性夾具。表2對它們的典型應用的這些方法做出了比較。 固定框夾具通常用于重型應用上，它們更適合于應用在能夠減輕花費開銷的大量產品上。 對于制造業(yè)和大型組裝及復雜產品來說，柔性夾具的應用有很多好處。特別是在研究和發(fā)展工作中，以及低容量產品的情況下，制造柔性夾具和夾具可能會是非常有益的。除了在時間和金錢上使利益均衡外，柔性夾具還會有一個更加靈活的設計思路。由于在夾具的制造和裝配過程中，會直接和經常改變夾具的拓撲成本。與傳統(tǒng)夾具相比較，這種類型的柔性夾具的可重用性和可重構性是一個主要的優(yōu)點。這一點尤為重要，因為它在綠色制造方面符合行業(yè)的發(fā)展方向，通過回收使用系統(tǒng)的組成部件，為相關項目的工裝費用降低了項目成本。 表2.1 用于驗證夾具大量的例子、便攜式測量儀器 儀器 輔助部件 測量類型 接觸式 非接觸式 圖像 激光跟蹤儀 賽立信探頭 是 T型探頭 是 激光雷達 球形目標 是 攝影 目標 是 光投影 是 關節(jié)臂 三坐標測量機 基于激光掃描頭 是 接觸探頭 是 2.4 柔性夾具的安裝 本節(jié)中描述的夾具在安裝過程中需要考慮一些問題。夾具元件安裝在合適位置可以說是一種挑戰(zhàn)，尤其是當定位公差比較小時，柔性夾具也應當被監(jiān)測以便于開發(fā)和與傳統(tǒng)夾具相比較它們的剛性。 給出了一個通用的描述階段根據初步夾具安裝在仿真軟件環(huán)境和利用一些尺寸為5m×4m×3m的大尺寸夾具的實際實驗結果來測量指令階段。這是不論這個夾具是否是第一次安裝在夾具中還是對已經存在的夾具只做外形上的更換，其都是為了定位不同的零部件。 根據其復雜性，一種典型的大尺寸夾具具有三至五個結構。通常除了有一個主框架之外，在每一個級別的基本水平，也可以由一個或多個結構。這些結構用來作為參考以便于作為夾具基準來定位。在一個自動化固定的平臺上，機器系統(tǒng)會進行多項任務，比如定位、加工和進行裝配。因此機器人的工作基準與夾具的工作框架相聯系。仔細考慮夾具的綜合數據，會確保后續(xù)安裝達到預期的公差要求。 2.4.1 測試輔助柔性夾具的安裝 柔性夾具的安裝在第一次進行模擬仿真時有幾個安裝階段。使用模擬演習，在這個工程中可以減少一些潛在的錯誤和返工。測量輔助安裝過程是類似的跟蹤對象位置的過程，是常見的大尺寸組件用到的。夾具的組件先用這種方法使其大致位置公差在1mm以內，然后當所有的夾具組件被放到所設計的位置時，在0.1mm至0.15mm公差內，它們可以使用適當的扭矩收緊。典型的計量協助柔性夾具安裝階段如下： 在出廠時設置初試參考結構； 測量初始參照系； 安裝基地或其位置的主框架； 安裝脫機內結構； 安裝控股和定位； 在內框和主框架位置安裝鉗、套管和皮卡。 底座上安裝內框； 重點定位元件的精細調整和緊固； 核查參照系和夾具； 對于夾具關鍵位置的服務監(jiān)測。 這些階段是從無到有夾具的完整安裝。更不用說，在設計變化略有變化的情況下，一些下面的操作將被忽略。 表2.2 不同夾具理念之間簡明的比較 典型特征 固定框架 柔性夾具 夾具 應用 大批量產品 小批量產品 樣機 優(yōu)點 唯一性 可重復性 可重構性 成本效益 耐用性 非常高 高 低 剛度 非常高 剛性不確定 低 缺點 重量 重 中 低 可移植性 不可移植 難以在每一個安裝中定位 難以進行 成本 非常高 中等 低 生產時間 長 中等 短 2.4.2 柔性夾具的安裝 柔性夾具安裝過程中采取了以下階段： 安裝夾具的主框架； 移動單元和子系統(tǒng)組裝； 夾具內框架在夾具裝配中的安裝； 皮卡和夾具的裝配。 主框架通常是夾具的骨干。因此，它一般不會改變外形，和內框架及較小的元素如襯套、皮卡和夾具一樣具有規(guī)律性。慎重考慮制造過程可以減少夾具元件較大元素的重新排列，也會更進一步節(jié)約時間和成本。圖3顯示了三組不同活動小組對于柔性夾具的安裝過程。在這個過程中，假定夾具的標準件是從可供選擇的現成的部件和組件中選出來的，然后提前在大量的物理安裝測試和調試時以降低測量不確定度來進行一次夾具安裝。一旦達到可接受水平的不確定性的物理安裝才能進行。 圖2.3 柔性夾具的測量輔助安裝程序 在夾具安裝過程中，它可能需要用到多個測量系統(tǒng)或用到包括一套完整夾具安裝關鍵點的測量系統(tǒng)。這應該包括在夾具維修期間放在工廠的地板和墻壁上的穩(wěn)定性及漂移檢查的目標參考點。 在夾具上定位的關鍵點、測量儀器的不確定性應該予以考慮。作為一個經驗法則，每個夾具關鍵位置的定位的準確性應該是在10倍，甚至比所需的耐受性更好。換句話說，如果組件公差指定至0.1mm，則夾具定位精度至少應為0.01mm。 柔性夾具安裝的最佳做法如下： 一個工廠的墻壁和地板上的初始參考點的位置是首選，以減少測量的不確定性； 應驗證該儀器所在位置上經常使用初始參考點的基地； 在每個夾具的大節(jié)上，為更好地具有跟蹤和可重復性，可以附加多個球式反射跟蹤系統(tǒng)； 夾具大型組件有關于彎曲或扭曲的測量應集中在角梁的中央部分，以減少定位誤差； 內框架參考點應選擇盡可能遠的創(chuàng)建框的坐標系統(tǒng)。這可能會導致在內框坐標系時的較小的不確定性。 3.不確定性 由于評估的結果旨在對于所描述物體真正價值范圍內的評估定位，則不確定性被定義為膠[8]。這里的不確定性來自兩方面的審查，首先是與測量過程中有關的，其次是與夾具定位的不確定性有關。測量不確定性的一些因素，如灰塵、重力、溫度、氣壓、濕度、測量儀器和相關軟件中的系統(tǒng)誤差、操作人員的技能、接觸探針或球式反射跟蹤儀。基于膠[8]的定義，測量結果應伴隨著它的不確定性說明，這些錯誤詳細來源的討論超出了本文的范圍。已經有多項研究來建立真正的不確定性的一些測量儀器[10、11]。 夾具關鍵點的測量結果應該包括相關的置信水平。除了最初的不確定性上升的測量儀器，夾具的不確定性還有其他方面的影響。夾具框架方面的應用由于產品重量以及制造工藝過程在夾具框架中能創(chuàng)建一些彈性變形。夾具有了集成化、自動化和移動部分，是這個問題變得更加復雜。 仔細考慮夾具設計階段不確定性的來源可以在一個給定的情況下減少過度使用公差預算的風險。夾具的精度和夾具的成本之間有著直接的關系。然而，整體的成本也應該被考慮在內。高數額的零部件有更長的使用壽命。換句話說，質量特征接近平均值是，在使用過程中會很少失效。朝六個方向靠近在安裝時是很必要的，然后是在高精度夾具和敏感部位上的可重構、柔性夾具及夾具的監(jiān)測。 4.討論 柔性夾具適用于組裝和在加工部分有不同的設計和幾何參數。尤其是當這些部件之間的設計變化小時，這種類型的夾具被證明是具有成本效益和快速的解決方案，這是因為它可能會通過夾具重新配置到一個新的產品或組件的變種上。然而，當所需的零件盒裝配的設計完全不同時，可能需要不同尺寸夾具組件的完整地重排，因此，在設計一個新的零件和重組夾具的拓撲結構時應該考慮到要便于減少夾具的安裝和重新配置的時間以及成本，并最大限度的重用現在的組件在當前的裝配中。 一個柔性夾具有許多種裝配方式，是由于其靈活性。在正確的安裝順序下選擇合適的組件，可以最大限度的節(jié)約成本和時間。本次選擇的過程中應該對未來產品的夾具的潛在的重用予以考慮。在產品不斷變化的情況下，計劃和設計夾具框架是很重要的。使用定制的夾具、緊固件、軸套和其他夾具元件都是降低成本的關鍵問題。 仿真軟件和工具的廣泛使用，可以減少返工和浪費夾具材料相關的成本。例如測量儀器，其目標點之間的視線檢查就會使用這些軟件來輔助。圖4顯示了柔性夾具安裝在測量仿真軟件中的第一個階段。由于夾具正在興建的模擬的效益越 來越明顯，因此它可以突出儀器與目標測量點的水平視線的問題和不確定性。 由于關于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形，則可以提前在仿真中分析以及在購買夾具元件方面的財政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因為它們能提前分析出夾具的長處和弱點，揭示其物理設置。 選擇合適的測量儀器最重要的是要協助夾具安裝的的計量。一個連貫的計量系統(tǒng)，其測量結果的不確定性能夠決定夾具的不確定性，也暴露了夾具和是否符合一個給定的公差范圍內所需任務的能力。 圖4.1 測量輔助夾具安裝的模擬過程 由于關于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形，則可以提前在仿真中分析以及在購買夾具元件方面的財政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因為它們能提前分析出夾具的長處和弱點，揭示其物理設置。 選擇合適的測量儀器最重要的是要協助夾具安裝的的計量。一個連貫的計量系統(tǒng)，其測量結果的不確定性能夠決定夾具的不確定性，也暴露了夾具和是否符合一個給定的公差范圍內所需任務的能力。 總結 零件和裝配體應該以盡量減少夾具成本的方式來設計，以滿足使用標準組件。如果在夾具更新至下一產品時提前思考，則其速度和成本可能會增加。在夾具和固定裝置的設計上有強大的總成本、碳足跡及其可持續(xù)性。它往往要求生產出只有極少數的典型設計或產品，子系統(tǒng)或組件，以滿足產品的變化和客戶的需求。對于大型產品的幾何尺寸超出幾米夾具的可能會造成重大的開銷。此外，一旦所需的零部件倍制造出來，這些夾具則會變得多余。常規(guī)回收多余夾具是不經濟的。因此，找到增加夾具的靈活性才是所需求的方法。 柔性夾具和夾具的概念已存于二十余年。然而它們的潛能還沒有真正發(fā)揮，是由于其精度可可重復性的不確定性。高精度計量系統(tǒng)現在能夠用來對夾具進行初始安裝和服務。然后使用該系統(tǒng)有可能重新設定夾具元素使其精確到一個新的拓撲結構，以便于定位不同幾何位置的組件，允許幾次使用夾具。 本文提出了一種對于大規(guī)模柔性夾具及夾具初始定位和安裝的通用的算法。計量輔助夾具安裝的新概念被證明對復雜的設置和夾具的安裝是有益的。當完全裝配好時，夾具的穩(wěn)定性可以通過慎重考慮和選擇夾具幾何位置上的關鍵點來予以保證。這種方法將應用于大尺寸元件和產品的制造以及裝配件，尤其是應用于航空航天和發(fā)電工業(yè)中。 學院 機械加工工序卡片 產品型號 活動口壓板 零件圖號 產品名稱 活動口壓板 零件名稱 活動口壓板 共 5 頁 第 1 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 機加工 20 車 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數 每 臺 件 數 圓鋼 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 車床 CA6140 1 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 1 三爪卡盤 普通乳化液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準終 單件 2 2 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數 工步工時/s r/min m/s mm/r mm 機動 輔助 1 粗車,精車φ50mm外圓面以及端面 09號90°偏頭車刀，三爪卡盤 500 1.27 0.8 3 1 15 10 設 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 學院 機械加工工序卡片 產品型號 活動口壓板 零件圖號 產品名稱 活動口壓板 零件名稱 活動口壓板 共 5 頁 第 2 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 機加工 30 車 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數 每 臺 件 數 圓鋼 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 車床 CA6140 1 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 1 三爪卡盤 普通乳化液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準終 單件 2 2 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數 工步工時/s r/min m/s mm/r mm 機動 輔助 1 掉頭，粗車φ50mm外圓面以及端面 09號90°偏頭車刀，三爪卡盤 500 1.27 0.8 3 1 15 10 設 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 學院 機械加工工序卡片 產品型號 活動口壓板 零件圖號 產品名稱 活動口壓板 零件名稱 活動口壓板 共 5 頁 第 3 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 機加工 40 鉆 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數 每 臺 件 數 圓鋼 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 鉆床 Z525 1 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 1 專用夾具 普通乳化液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準終 單件 2 2 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數 工步工時/s r/min m/s mm/r mm 機動 輔助 1 鉆鉸φ25mm孔 高速鋼直柄麻花鉆Φ9，專用夾具 800 12.7 0.5 2 1 15 10 設 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 學院 機械加工工序卡片 產品型號 活動口壓板 零件圖號 產品名稱 活動口壓板 零件名稱 活動口壓板 共 5 頁 第 4 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 機加工 50 鉆 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數 每 臺 件 數 圓鋼 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 鉆床 Z525 1 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 1 專用夾具 普通乳化液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準終 單件 2 2 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數 工步工時/s r/min m/s mm/r mm 機動 輔助 1 鉆鉸2-φ8mm孔 高速鋼直柄麻花鉆Φ9，專用夾具 800 12.7 0.5 2 1 15 10 設 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 學院 機械加工工序卡片 產品型號 活動口壓板 零件圖號 產品名稱 活動口壓板 零件名稱 活動口壓板 共 5 頁 第 5 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 機加工 60 銑 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數 每 臺 件 數 圓鋼 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 銑床 X52K 1 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 1 專用夾具 普通乳化液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準終 單件 2 2 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數 工步工時/s r/min m/s mm/r mm 機動 輔助 1 銑尺寸為36寬的臺階 銑夾具，量具，銑刀 500 1.27 0.8 3 1 15 10 設 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 機械加工工藝過程卡 產品型號 零（部）圖號 共 1頁 產品名稱 活動口壓板 零（部）名稱 活動口壓板 第 1 頁 材料牌號 45 毛坯種類 圓鋼 毛坯外形尺寸 每毛坯件數 1 每臺件數 1 備 注 工序號 工序名稱 工 序 內 容 車 間 工 段 設 備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 10 下料 下料 材料 一 鋸床 20 車 粗車,精車φ50mm外圓面以及端面 機加 二 車床CA6140 09號90°偏頭車刀，三爪卡盤 1.9mim 1.9mim 30 車 掉頭，粗車φ50mm外圓面以及端面 機加 二 車床CA6140 09號90°偏頭車刀，三爪卡盤 1.2min 1.2min 40 鉆 鉆鉸φ25mm孔 機加 二 Z525 高速鋼直柄麻花鉆Φ9，專用夾具 6.21min 1.2min 50 鉆 鉆鉸2-φ8mm孔 機加 二 Z525 高速鋼直柄麻花鉆Φ9，專用夾具 6.21min 1.2min 60 銑 銑尺寸為36寬的臺階 機加 二 銑床X52K 銑刀，游標卡尺 1.2min 1.2min 70 鉗工 去毛刺 80 檢驗 檢驗入庫 設計（日期） 審核（日期） 標準化（日期） 會簽（日期） 標記 處記 更改文件號 簽字 日期 畢業(yè)設計（論文） 設計（論文）題目 活動口壓板零件的機械加工工藝規(guī)程和專用夾具設計 2015 年 4 月 13 日 31 摘 要 活動口壓板零件加工工藝及夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。 關鍵詞：工藝，工序，切削用量，夾緊，定位，誤差 Abstract The flange parts processing technology and fixture design is the design of process design, including the parts processing process design and the three part special fixture. In the process of design should first of all parts to analyze, understand parts of the process and then design a blank structure, and choose the good parts of the machining datum, designs the process routes of the parts; then the parts each step process dimension calculation, the key is to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then a special fixture, fixture for the various components of a design, such as the connecting part positioning device, clamping element, a guide element, clamp and the machine tool and other components; the positioning error caused calculate fixture when positioning, analysis of the rationality and deficiency of fixture structure, pay attention to improving and will design in. Keywords: process, process, cutting, clamping, positioning 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 序 言 1 第2章 零件的分析 2 2.1零件的形狀 2 2.2零件的工藝分析 2 第3章 工藝規(guī)程設計 3 3.1 確定毛坯的制造形式 3 3.2定位基準的選擇零件表面加工方法的選擇 3 3.3 制定工藝路線 3 3.4 選擇加工設備和工藝裝備 4 3.4.1 機床選用 4 3.4.2 選擇刀具 4 3.4.3 選擇量具 5 3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5 第4章 確定切削用量及基本時間 7 4.1 工序Ⅰ切削用量的及基本時間的確定 7 4.2 工序Ⅱ切削用量的及基本時間的確定 9 4.3 工序Ⅲ切削用量及基本時間的確定 9 4.4 工序Ⅳ切削用量及基本時間的確定 10 4.6 工序Ⅵ切削用量及基本時間的確定 11 第5章 鉆2Xφ8mm孔夾具設計 15 5.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 15 5.2 夾具的導向 16 5.3 切削力及夾緊力的計算 16 5.4 鉆孔與工件之間的切屑間隙 18 5.5 鉆模板 19 5.6定位誤差的分析 19 5.7 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用 20 5.8 確定夾具體結構和總體結構 21 5.9 夾具設計及操作的簡要說明 22 第6章 銑尺寸為36側邊槽夾具設計 23 6.1研究原始質料 23 6.2定位基準的選擇 23 6.3 切削力及夾緊分析計算 23 6.4 誤差分析與計算 25 6.5夾緊裝置的選用 26 6.6 定向鍵與對刀裝置設計 26 6.7 夾具設計及操作的簡要說明 27 總 結 28 致 謝 29 參 考 文 獻 30 第1章 序 言 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。 活動口壓板零件加工工藝及夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等的基礎下，進行的一個全面的考核。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證尺寸證零件的加工質量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產實踐的需要，只有將各種理論與生產實踐相結合，才能很好的完成本次設計。 本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。 第2章 零件的分析 2.1零件的形狀 題目給的零件是活動口壓板零件，主要作用是起連接作用。 零件的實際形狀如上圖所示，從零件圖上看，該零件是典型的零件，結構比較簡單。具體尺寸，公差如下圖所示。 2.2零件的工藝分析 由零件圖可知，其材料為45，具有較高強度，耐磨性。 活動口壓板零件主要加工表面為：1.車外圓及端面，表面粗糙度值為3.2。2.車外圓及端面，表面粗糙度值3.2。3.車裝配孔，表面粗糙度值3.2。4.半精車側面，及表面粗糙度值3.2。5.兩側面粗糙度值6.3、12.5，法蘭面粗糙度值6.3。 活動口壓板共有兩組加工表面，他們之間有一定的位置要求?，F分述如下： (1)．左端的加工表面： ? 這一組加工表面包括：左端面，φ50mm左端面以及外圓面倒角鉆孔。這一部份只有端面有1.6的粗糙度要求，其要求并不高，粗車后半精車就可以達到精度要求。而鉆工沒有精度要求，因此一道工序就可以達到要求，并不需要擴孔、鉸孔等工序。 (2).右端面的加工表面： 這一組加工表面包括：右端面；φ50mm右端面以及外圓面的外圓并帶有倒角其要求也不高，粗車后半精車就可以達到精度要求。其中，內孔或內圓直接在上做鏜工就行了。 第3章 工藝規(guī)程設計 本活動口壓板假設年產量為10萬臺，每臺需要該零件1個，備品率為111%，廢品率為0.25%，每日工作班次為2班。 該零件材料為45#，考慮到零件在工作時要有高的耐磨性，所以選擇型材。依據設計要求Q=100000件/年，n=1件/臺；結合生產實際，備品率α和 廢品率β分別取111%和0.25%代入公式得該工件的生產綱領 N=2XQn(1+α)（1+β)=2350115件/年 3.1 確定毛坯的制造形式 零件材料為45#，考慮到零件在使用過程中起連接作用，分析其在工作過程中所受載荷，最后選用型材，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。年產量已達成批生產水平，而且零件輪廓尺寸不大，可以采用型材，這從提高生產效率，保證加工精度，減少生產成本上考慮，也是應該的。 3.2定位基準的選擇零件表面加工方法的選擇 待加工的零件是盤狀零件，孔是設計基準（也是裝配基準和測量基準），為避免由于基準不重合而產生的誤差，應選孔為定位基準，即遵循“基準重合”的原則。具體而言，即選?50mm其一端面作為精基準。 由于待加工的兩零件全部表面都需加工，而孔作為精基準應先進行加工，對主動端而言，應選面積較大的外圓及其端面為粗基準；對從動端而言，應選面積較大?190mm的外圓及其端面為粗基準。 待加工的兩零件的加工面有外圓、內孔、端面，材料為45#鋼。以公差等級和表面粗糙度要求，參考相關資料，其加工方法選擇如下。 3.3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已經確定為成批生產的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此以外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。 10 下料 下料 20 車 粗車,精車φ50mm外圓面以及端面 30 車 掉頭，粗車φ50mm外圓面以及端面 40 鉆 鉆鉸φ25mm孔 50 鉆 鉆鉸2-φ8mm孔 60 銑 銑尺寸為36寬的臺階 70 鉗工 去毛刺 80 檢驗 檢驗入庫 3.4 選擇加工設備和工藝裝備 3.4.1 機床選用 ①.工序Ⅳ和工序Ⅵ是粗車、粗鏜和半精車、半精鏜。各工序的工步數不多，成批量生產，故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求屬于中等要求，選用最常用的CA6140臥式車床。參考根據《機械制造設計工工藝簡明手冊》表4.2-7。 ②.工序Ⅸ是鉆孔，選用Z525搖臂鉆床。 工序Ⅳ都為CA6140臥式車床。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回轉體，故宜在車床上鏜孔。由于要求的精度較高，表面粗糙度較小，需選用較精密的機床才能滿足要求，因此選用CA6140臥式車床（表5-50）。 3.4.2 選擇刀具 ①.在車床上加工的工序,一般選用硬質合金車刀和鏜刀。加工刀具選用YG6類硬質合金車刀，它的主要應用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產率及經濟性,可選用可轉位車刀(GB5343.1-50,GB5343.2-50)。 ②.鉆孔時選用高速鋼麻花鉆，參考《機械加工工藝手冊》（主編 孟少農），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數。 3.4.3 選擇量具 本零件屬于成批量生產，一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種：一是按計量器具的不確定度選擇；二是按計量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。 3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “活動口壓板” 零件材料為45#，查《機械加工工藝手冊》（以后簡稱《工藝手冊》），表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較，硬度HB為143～2611，表2.2-23 球墨鑄鐵的物理性能，密度ρ=7.2～7.3（），計算零件毛坯的重量約為2。 表3-1 機械加工車間的生產性質 生產類別 同類零件的年產量[件] 重型 （零件重>2000kg） 中型 （零件重100~2000kg） 輕型 （零件重<100kg） 單件生產 5以下 10以下 100以下 小批生產 5~100 10~200 100~500 中批生產 100~300 200~500 500~5000 大批生產 300~1000 500~5000 5000~50000 大量生產 1000以上 5000以上 50000以上 根據所發(fā)的任務書上的數據，該零件的月工序數不低于30～50，毛坯重量2<100為輕型，確定為大批生產。 根據生產綱領，選擇鑄造類型的主要特點要生產率高，適用于大批生產，查《工藝手冊》表3.1-111 特種鑄造的類別、特點和應用范圍，再根據表3.1-20 各種鑄造方法的經濟合理性，采用機器砂模造型鑄件。 表3-2 成批和大量生產鑄件的尺寸公差等級 鑄造方法 公差等級CT 球墨鑄鐵 砂型手工造型 11~11 砂型機器造型及殼型 8~10 金屬型 7~11 低壓鑄造 7~11 熔模鑄造 5~7 根據上表選擇金屬型公差等級為7級。 3-3 鑄件尺寸公差數值 鑄件基本尺寸 公差等級CT 大于 至 8 63 100 190 100 190 250 1.6 1.8 2.0 根據上表查得鑄件基本尺寸大于100至190，公差等級為8級的公差數值為1.8。 表3-4 鑄鐵件機械加工余量（JB4054-50）如下 鑄件基本尺寸 加工余量等級 6 澆注時位置 >120~250 6.0 4.0 頂、側面 底 面 鑄孔的機械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機械加工余量選擇。 根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。 第4章 確定切削用量及基本時間 切削用量包括背吃刀量a、進給量f和切削速度v。確定順序是先確定a、f、再確定v。 4.1 工序Ⅰ切削用量的及基本時間的確定 4.1.1 切削用量 粗車,精車φ50mm外圓面以及端面 所選刀具為YG6硬質合金可轉位車刀。根據《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。 ①.確定切削深度 由于單邊余量為3mm，可在一次走刀內完成，故 ②.確定進給量 根據《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4 刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時， 進給量=0.5～1.0 按CA6140機床進給量（表4.2—11）在《機械制造工藝設計手冊》可知： =0.7 確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。 根據表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=1150。 切削時的修正系數為=1.0，=1.0，=1.17（表1.211—2），故實際進給力為： =1150=1111.5 （3-2） 由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。 ③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據《切削用量簡明使用手冊》表1.11，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。 ④.確定切削速度 切削速度可根據公式計算，也可直接有表中查出。 根據《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質合金刀加工硬度200～2111的鑄件，，，切削速度=。 切削速度的修正系數為=1.0，=0.112，0.8，=1.0，=1.0（見表1.40），故： ==63 （3-3） ===120 （3-4） 根據CA6140車床說明書選擇 =125 這時實際切削速度為： == （3-5） ⑤.校驗機床功率 切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。 由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時， = 切削功率的修正系數=0.73，=0.11，故實際切削時間的功率為： =1.7=1.2 （3-6） 根據表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為： =3.75，=，==，= ⑥.倒角 為了縮短輔助時間，取倒角時的主軸轉速與鉆孔相同 換車刀手動進給。 ⑦. 計算基本工時 （3-7） 式中=++，= 由《切削用量簡明使用手冊》表1.26，車削時的入切量及超切量+=，則=+= == （3-8） 4.2 工序Ⅱ切削用量的及基本時間的確定 采用與工序Ⅰ確定切削用量的方法，得本工序的切削用量及基本時間如下： 掉頭，粗車φ50mm外圓面以及端面，已知條件與工序Ⅰ相同。車端面、外圓可采用與工序Ⅰ相同的可轉位車刀。 見表5-1 表5-1 主動端工序Ⅱ的切削用量及基本時間 工步 /mm f/mm·r v/m·s n/r·s /s 粗車端面 2 0.52 0.38 1.5 111 粗車外圓?50mm 2.3 0.52 0.38 1.5 68 倒角 手動 0.38 1.5 4.3 工序Ⅲ切削用量及基本時間的確定 4.3.1 切削用量 本工序為精車φ50mm外圓面以及端面，倒角。已知條件與粗加工工序相同。 確定以半精車后的?50mm外圓及其端面定位，粗車另一端面，粗車外圓?50mm，倒角。切削用量。所選刀具為YT15硬質合金可轉位車刀。車刀形狀所選刀具為YT15硬質合金可轉位車刀。車刀形狀、刀桿尺寸及刀片厚度均與粗車相同，查參考文獻[6]表1-3，車刀幾何形狀為，′= ⅰ. 確定背吃刀量 ==0.75mm ⅱ. 確定進給量 根據參考文獻[7]表1.6及參考文獻[2]表4.2-11中C500-1機床進給量，選擇。由于是半精加工，切削力較小，故不須校核機床進給機構強度。 ⅲ. 選擇車刀磨鈍標準及耐用度 查參考文獻[7]表1.11，選擇車刀后刀面最大磨損量為0.4mm，耐用度T=30min。 查參考文獻[6]表1.10，當用YT15硬質合金車刀加工σb>1000MPs的合金鋼，，，切削速度=117m/min。 切削速度的修正系數查參考文獻[7]表1.40得：，其余的修正系數均為1，故： V=117×0.81×1.15=50.4m/min =178r/min 查參考文獻[6]表4.2-8選擇C500-1機床的轉速為： n=150r/min=3.08r/s 則實際切削速度v=1.56m/s 半精加工，機床功率也可不校驗。 最后確定的切削用量為： =0.75mm, f=0.3mm/r, n=150r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=113.6m/min。 確定半精車主動端端面的切削用量。采用車外圓?190mm相同的刀具加工，切削用量為： ,f=0.3mm/r,n=150r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=113.6m/min。 min 選擇CA6140車床的轉速n=1200r/min=20r/s。 4.3.2 切削用量 確定半精車基本時間： =52s 確定半精車主動端端面的基本時間： =114s 4.4 工序Ⅳ切削用量及基本時間的確定 4.4.1 切削用量 鉆鉸φ25mm孔 選刀具為YT30硬質合金、主偏角°、直徑為12mm的圓形鏜刀。其耐用度T=50min。 ==0.25mm f=0.15mm/r v=×1.4=230.77mm/min =1837.3r/min 參考文獻[1]表5-56，根據C6140車床的轉速表，選擇n=1400r/min=23.3r/s,則實際切削速度v=4.118m/s。 4.4.2 基本時間 5.4.2.1 確定精鏜孔的基本時間： =16s 4.6 工序Ⅵ切削用量及基本時間的確定 （1）鉆鉸2-φ8mm孔 本工序采用計算法。 表3-5高速鋼麻花鉆的類型和用途 標準號 類型 直徑范圍（mm） 用途 GB1436-50 直柄麻花鉆 2.0～20.0 在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔 GB1437-50 直柄長麻花鉆 1.0～31.5 在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔 GB1438-50 錐柄麻花鉆 3.0～100.0 在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔 GB14311-50 錐柄長麻花鉆 5.0～50.0 在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔 選用Z525搖臂鉆床，查《機械加工工藝手冊》 孟少農 主編，查《機》表2.4-37鉆頭的磨鈍標準及耐用度可得，耐用度為45#00，表10.2-5標準高速鋼麻花鉆的直徑系列選擇錐柄長，麻花鉆，則螺旋角=30，鋒交2=118，后角a=10,橫刃斜角=50，L=1117mm,l=116mm。 表3-6 標準高速鋼麻花鉆的全長和溝槽長度（摘自GB6117-50） mm 直徑范圍 直柄麻花鉆 l l1 >11.50～11.20 151 101 表3-7 通用型麻花鉆的主要幾何參數的推存值（根據GB6117-50） （o） d (mm) β 2ф αf ψ 8.6～18.00 30 118 12 40～50 表3-8 鉆頭、擴孔鉆和鉸刀的磨鈍標準及耐用度 （1）后刀面最大磨損限度mm 刀具材料 加工材料 鉆頭 直徑d0（mm） ≤20 高速鋼 鑄鐵 0.5～0.8 （2）單刃加工刀具耐用度T min 刀具類型 加工材料 刀具材料 刀具直徑d0（mm） 11～20 鉆頭（鉆孔及擴孔） 鑄鐵、銅合金及合金 高速鋼 50 鉆頭后刀面最大磨損限度為0.5～0.8mm刀具耐用度T = 50 min ①.確定進給量 查《機械加工工藝手冊》 孟少農 主編，第二卷表10.4高速鋼鉆頭鉆孔的進給量為f=0.25～0.65,根據表4.11中可知，進給量取f=0.50。 ②.確定切削速度 查《機械加工工藝手冊》 孟少農 主編，表10.4-17高速鋼鉆頭在球墨鑄鐵（150HBS）上鉆孔的切削速度軸向力，扭矩及功率得，V=12，參考《機械加工工藝手冊》 孟少農 主編，表10.4-10鉆擴鉸孔條件改變時切削速度修正系數K=1.0，R=0.50。 V=12=10.32 （3-17） 則 = =111 （3-18） 查表4.2-12可知， 取 n = 150 則實際切削速度 = = =11.8 ③.確定切削時間 查《機械加工工藝手冊》 孟少農 主編，表10.4-43，鉆孔時加工機動時間計算公式： T= （3-111） 其中 l= l=5 l=2～3 則： t= =11.11 確定鉆孔的切削用量 鉆孔選用機床為Z525搖臂機床，刀具選用GB1436-50直柄短麻花鉆，《機械加工工藝手冊》第2卷。 根據《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-2查得鉆頭直徑小于10的鉆孔進給量為0.20～0.35。 則取 確定切削速度，根據《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-11 切削速度計算公式為 （3-20） 查得參數為，刀具耐用度T=35 則 ==1.6 所以 ==72 選取 所以實際切削速度為=2.64 確定切削時間（一個孔） = 工序90：銑尺寸為36寬的臺階。 機床：銑床 刀具：錯齒三面刃銑刀 根據參考文獻[3]表查得：進給量,根據參考文獻[1]表查得切削速度。 機床主軸轉速： ， 按照參考文獻[3]表3.1～74，取 實際切削速度： 進給量： 工作臺每分進給量： 被切削層長度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入長度： =63mm 刀具切出長度：取 走刀次數為1 機動時間： 第5章 鉆2Xφ8mm孔夾具設計 5.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。 僅僅定好位在大多數場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設置相應的夾緊裝置對工件進行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務。 夾緊裝置的基本任務是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質量和生產安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。 一般夾緊裝置由動源即產生原始作用力的部分。夾緊機構即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務的部分。他包括中間遞力機構和夾緊元件。 考慮到機床的性能、生產批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。 螺旋夾緊機構是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構組成復合夾緊機構來夾緊工件。是應用最廣泛的一種夾緊機構。 螺旋夾緊機構中所用的螺旋，實際上相當于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。 典型的螺旋夾緊機構的特點： （1）結構簡單； （2）擴力比大； （3）自瑣性能好； （4）行程不受限制； （5）夾緊動作慢。 夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。 工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉，通過螺栓夾緊移動壓板，實現對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調整。通過松緊螺栓實現壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規(guī)定位置上。 在這次夾具設計中，定位是采用一根心軸和一個定位插銷來定位水平方向的。在垂直方向，用兩個同心半圓環(huán)來定位。當被加工零件放到夾具體同心圓環(huán)上后，用定位插銷把夾具上的鉆模板和零件通過先加工的孔進行定位，把壓板壓緊，之后取出定位插銷。 5.2 夾具的導向 在鉆床上加工孔時，大都采用導向元件或導向裝置，用以引導刀具進入正確的加工位置，并在加工過程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的剛性，從而保證零件上孔的精度，在鉆床上加工的過程中，導向裝置保證同軸各孔的同軸度、各孔孔距精度、各軸線間的平行度等，因此，導向裝置如同定位元件一樣，對于保證工件的加工精度有這十分重要的作用。 導向元件包括刀桿的導向部分和導向套。 在這套鉆床夾具上用的導向套是鉆套。 鉆套按其結構可分為固定鉆套，可換鉆套，快換鉆套及特殊鉆套。 因此套鉆夾具加工量不大，磨損較小，孔距離精度要求較高，則選用固定鉆套。如圖4.2。直接壓入鉆模板或夾具體的孔中。 圖4.2 鉆套 鉆模板與固定鉆套外圓一般采用H7/h6的配合。且必須有很高的耐磨性，材料選擇20Mn2。淬火HRC50。我選擇的鉆套:12.5F7*22K6*35 GB2264-1950。 相同的，為了防止定位銷與模板之間的磨損，在模板定位孔之間套上兩個固定襯套。選取的標準件代號為12*18 GB2263-1950。材料仍選取T10A， 淬火HRC50。公差采用H7/p6的配合。 5.3 切削力及夾緊力的計算 刀具：鉆頭φ8。 則軸向力：見《工藝師手冊》表28.4 F=Cdfk……………………………………3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=( F=420 轉矩 T=Cdfk 式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8 T=0.206 功率 P= 在計算切削力時,必須考慮安全系數,安全系數 K=KKKK 式中 K—基本安全系數，1.5; K—加工性質系數，1.1; K—刀具鈍化系數, 1.1; K—斷續(xù)切削系數, 1.1 則 F=KF=1.5 鉆削時 T=17.34 N 切向方向所受力: F= 取 F=4416 F> F 所以,時工件不會轉動,故本夾具可安全工作。 根據工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數作為實際所需夾緊力的數值。即： 安全系數K可按下式計算有：： 式中：為各種因素的安全系數，查參考文獻[5]表可得： 所以有： 該孔的設計基準為中心軸，故以回轉面做定位基準，實現“基準重合”原則；　參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關系F夾＝KF 軸向力：F夾＝KF （N） 扭距： Nm 在計算切削力時必須把安全系數考慮在內，安全系數 由資料《機床夾具設計手冊》查表可得： 切削力公式： 式（2.17） 式中 查表得： 即： 實際所需夾緊力：由參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表得： 安全系數K可按下式計算，由式（2.5）有：： 式中：為各種因素的安全系數，見參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表 可得： 所以 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機構。 5.4 鉆孔與工件之間的切屑間隙 鉆套的類型和特點: 1、固定鉆套：鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中，鉆模板或夾具體的孔與鉆套外圓一般采用H7/n6配合，主要用于加工量不大，磨損教小的中小批生產或加工孔徑甚小，孔距離精度要求較高的小孔。 2、可換鉆套：主要用在大批量生產中，由于鉆套磨損大，因此在可換鉆套和鉆模板之間加一個襯套，襯套直接壓入鉆模板的孔內，鉆套以F7/m6或F7/k6配合裝入襯套中。 3、快換鉆套：當對孔進行鉆鉸等加工時，由于刀徑不斷增大，需要不同的導套引導刀具，為便于快速更換采用快換鉆套。 4、特殊鉆套：尺寸或形狀與標準鉆套不同的鉆套統(tǒng)稱特殊鉆套。 鉆套下端面與工件表面之間應留一定的空隙C，使開始鉆孔時，鉆頭切屑刃不位于鉆套的孔中，以免刮傷鉆套內孔，如圖4.3。 圖4.3 切屑間隙 C=(0.3～1.2)d。 在本次夾具鉆模設計中考慮了多方面的因素，確定了設計方案后，選擇了C=8。因為此鉆的材料是鑄件，所以C可以取較小的值。 5.5 鉆模板 在導向裝置中，導套通常是安裝在鉆模板上，因此鉆模板必須具有足夠的剛度和強度，以防變形而影響鉆孔精度。鉆模板按其與夾具體連接的方式，可分為固定式鉆模板、鉸鏈式鉆模板、可卸式鉆模板、滑柱式鉆模板和活動鉆模板等。 在此套鉆模夾具中選用的是可卸式鉆模板，在裝卸工件時需從夾具體上裝上或卸下，鉆模板在夾具體上采用定位銷一面雙孔定位，螺栓緊固，鉆模精度較高。[4] 5.6定位誤差的分析 制造誤差ZZ （1）中心線對定位件中心線位置精度 . 取. （2）內外圓同軸度誤差（查表P297） .故，. 則. 知此方案可行。 5.7 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用 工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結構如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。 為了減少輔助時間采用可換鉆套，以來滿足達到孔的加工的要求。 表 d D D1 H t 基本 極限 偏差F7 基本 極限 偏差D6 ＞0～1 +0.016 +0.006 3 +0.010 +0.004 6 6 9 -- 0.008 ＞1～1.8 4 +0.016 +0.008 7 ＞1.8～2.6 5 8 ＞2.6～3 6 9 8 12 16 ＞3～3.3 +0.022 +0.010 ＞3.3～4 7 +0.019 +0.010 10 ＞4～5 8 11 ＞5～6 10 11 10 16 20 ＞6～8 +0.028 +0.011 12 +0.023 +0.012 15 ＞8～10 15 18 12 20 25 ＞10～12 +0.034 +0.016 18 22 ＞12～15 22 +0.028 +0.015 26 16 28 36 ＞15～18 26 30 0.012 ＞18～22 +0.041 +0.020 30 34 20 36 45# ＞22～26 35 +0.033 +0.017 39 ＞26～30 42 46 25 45# 56 ＞30～35 +0.050 +0.025 48 52 ＞35～42 55 +0.039 +0.020 59 30 56 67 ＞42～48 50 66 ＞48～50 70 74 0.040 鉆模板選用翻轉鉆模板，用沉頭螺釘錐銷定位于夾具體上。 5.8 確定夾具體結構和總體結構 對夾具體的設計的基本要求 （1）應該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。 （2）應具有足夠的強度和剛度 保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。 （3）結構的方法和使用應該不錯 夾較大的工件的外觀，更復雜的結構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結構應該簡單。 （4）應便于鐵屑去除 在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產生更多的，一般應在夾具體上面。 （5）安裝應牢固、可靠 夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或實現的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。 加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經濟的具體結構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便排出鐵屑。 5.9 夾具設計及操作的簡要說明 由于是大批大量生產，主要考慮提高勞動生產率。因此設計時，需要更換零件加工時速度要求快。本夾具設計，用移動夾緊的大平面定位三個自由度，定位兩個自由度，用定位塊定位最后一個轉動自由度。此時雖然有過定位，但面是經精銑的面，定位是允許的。 第6章 銑尺寸為36側邊槽夾具設計 6.1研究原始質料 利用本夾具主要用來粗、精銑銑尺寸為36側邊槽，該槽對孔的中心線要滿足對稱度要求以及其槽兩邊的平行度要求。在銑此槽時，為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度。 6.2定位基準的選擇 對孔的的加工沒有位置公差要求， 由零件圖可知：在對孔進行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，孔進行了鉆、擴、鉸加工。因此，定位、夾緊方案有： 方案Ⅰ：選底平面、工藝孔和大頭孔外圓端來定位 方案Ⅱ：應用一面即底面，一銷即定位于大頭孔外端的擋銷和工藝孔的心軸來定位，夾緊方式就用螺母在心軸上夾緊。 方案Ⅲ：選一面兩銷定位方式，工藝孔用短圓柱銷，還有一擋銷定位于大頭孔外端，夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。 分析比較上面三種方案：方案Ⅰ中的V型塊定位造成過定位，而夾緊方式加大了設計量，裝、取工件也不易。方案Ⅱ中的心軸夾緊、定位是不正確的，也端是不加工的，且定位與夾緊應分開，因夾緊會破壞定位。 定位基準的選擇必須合理，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量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。 因此我們應該根據零件圖的技術要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度，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，來設計本道工序的夾具，以已加工好的端面作為定位夾具。 6.3 切削力及夾緊分析計算 刀具：錯齒三面刃銑刀（硬質合金） 刀具有關幾何參數： 由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式： 有： 根據工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數作為實際所需夾緊力的數值，即： 安全系數K可按下式計算： 式中：為各種因素的安全系數，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數： 由此可得： 所以 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。 查參考文獻[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算有： 式中參數由參考文獻[5]可查得： 其中： 螺旋夾緊力： 該夾具采用螺旋夾緊機構，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如2.1. 由表得：原動力計算公式 即： 由上述計算易得： 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。 6.4 誤差分析與計算 該夾具以一個平面和和一個定位銷定位，要求保證孔軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求，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。 由[5]和[6]可得： 1 定位誤差： 當短圓柱銷以任意邊接觸時 當短圓柱銷以固定邊接觸時 式中為定位孔與定位銷間的最小間隙 通過分析可得： 因此：當短圓柱銷以任意邊接觸時 2 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 夾具相對刀具位置誤差：取 誤差總和： 從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 6.5夾緊裝置的選用 該夾緊裝置選用移動壓板，其參數如表5.3： 表5.3 移動壓板 公稱直徑 L 6 45 20 8 19 6.6 7 M6 5 6.6 定向鍵與對刀裝置設計 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產生的扭轉力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。 根據GB2207—80定向鍵結構如圖所示： 圖5.1 夾具體槽形與螺釘 根據T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結構尺寸如表5.4： 表5.4 定向鍵 B L H h D 夾具體槽形尺寸 公稱尺寸 允差d 允差 公稱尺寸 允差D 18 ～0.012 ～0.035 25 12 4 12 4.5 18 +0.019 5 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。 塞尺選用平塞尺，其結構如圖5.3所示： 圖5.3 平塞尺 塞尺尺寸參數如表5.5： 表5.5 塞尺 公稱尺寸H 允差d C 3 ～0.006 0.25 6.7 夾具設計及操作的簡要說明 如前所述，應該注意提高生產率，但該夾具設計采用了手動夾緊方式，在夾緊和松開工件時比較費時費力。由于該工件體積小，經過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋夾緊機構）。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。 此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現象，選用可換定位銷。以便隨時根據情況進行調整換取。 總 結 畢業(yè)設計即將結束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入社會打下了好的基礎。 畢業(yè)設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結合。因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了很多，也非常珍惜大學給我們的這次設計的機會，它將是我們畢業(yè)設計完成的更出色的關鍵一步。 致 謝 這次畢業(yè)設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數據存在大量的重復和重疊，由于經驗不足，在選取數據上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設計。 這次畢業(yè)設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下他的休息時間，耐心地幫助我解決技術上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到項目的最終完成，他都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，他不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 參 考 文 獻 [1] 東北重型機械學院，洛陽農業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學，機床夾具設計手冊[M]，上海：上海科學技術出版社，11150。 [2] 張進生。機械制造工藝與夾具設計指導［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，111115。 [3] 李慶壽。機床夾具設計［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，111111。 [4] 李洪。機械加工工藝手冊［Ｍ］。北京出版社，11150。 [5] 上海市金屬切削技術協會。金屬切削手冊［Ｍ］。上?？茖W技術出版社，2544。 [6] 黃如林，劉新佳，汪群。切削加工簡明實用手冊［Ｍ］?；瘜W工業(yè)出版社，2544。 [7] 余光國，馬俊，張興發(fā)，機床夾具設計[M]，重慶：重慶大學出版社，111115。 [8] [周永強，高等學校畢業(yè)設計指導[M]，北京：中國建材工業(yè)出版社，2540。 [11]?劉文劍，曹天河，趙維，夾具工程師手冊[M]，哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，11150。 [10] 王光斗，王春福。機床夾具設計手冊［Ｍ］。上?？茖W技術出版社，2540。 [11] 東北重型機械學院，洛陽農業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學。機床夾具設計手冊［Ｍ］.上?？茖W技術出版社，11184。 [12] 李慶壽，機械制造工藝裝備設計適用手冊[M]，銀州：寧夏人民出版社，111111。 [11] 廖念釗，莫雨松，李碩根，互換性與技術測量[M]，中國計量出版社，2540：11-111。 [14] [王光斗，王春福，機床夾具設計手冊[M]，上?？茖W技術出版社，2540。 [15] 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