0063-工藝夾具-減速器箱體零件的工藝設計及其加工Φ72H7孔的夾具設計（鏜床夾具）,工藝,夾具,減速器,箱體,零件,設計,及其,加工,72,h7,鏜床 學位論文 附錄二 ：中文翻譯 通過夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化控制變形 摘 要 工件變形必須控制在數(shù)值控制機械加工過程之中。夾具布局和夾緊力是影響加工變形程度和分布的兩個主要方面。在本文提出了一種多目標模型的建立，以減低變形的程度和增加均勻變形分布。有限元方法應用于分析變形。遺傳算法發(fā)展是為了解決優(yōu)化模型。最后舉了一個例子說明，一個令人滿意的結果被求得， 這是遠優(yōu)于經(jīng)驗之一的。多目標模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。 關鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法 1 引言 夾具設計在制造工程中是一項重要的程序。這對于加工精度是至關重要。一個工件應約束在一個帶有夾具元件，如定位元件，夾緊裝置，以及支撐元件的夾具中加工。定位的位置和夾具的支力，應該從戰(zhàn)略的設計，并且適當?shù)膴A緊力應適用。該夾具元件可以放在工件表面的任何可選位置。夾緊力必須大到足以進行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設計師的經(jīng)驗，選擇該夾具元件的方案，并確定夾緊力。因此，不能保證由此產(chǎn)生的解決方案是某一特定的工件的最優(yōu)或接近最優(yōu)的方案。因此，夾具布局和夾緊力優(yōu)化成為夾具設計方案的兩個主要方面。 定位和夾緊裝置和夾緊力的值都應適當?shù)倪x擇和計算，使由于夾緊力和切削力產(chǎn)生的工件變形盡量減少和非正式化。 夾具設計的目的是要找到夾具元件關于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個最優(yōu)布局或方案。在這篇論文里， 多目標優(yōu)化方法是代表了夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個觀點是具有兩面性的。一，是盡量減少加工表面最大的彈性變形； 另一個是盡量均勻變形。 ANSYS軟件包是用來計算工件由于夾緊力和切削力下產(chǎn)生的變形。遺傳算法是MATLAB的發(fā)達且直接的搜索工具箱，并且被應用于解決優(yōu)化問題。最后還給出了一個案例的研究，以闡述對所提算法的應用。 2 文獻回顧 隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運用，近幾年夾具設計優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設計優(yōu)化包括夾具布局優(yōu)化和夾緊力優(yōu)化。King 和 Hutter提出了一種使用剛體模型的夾具-工件系統(tǒng)來優(yōu)化夾具布局設計的方法。DeMeter也用了一個剛性體模型，為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進行分析和綜合。他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序與計算質量的有限元計算法。李和melkote用了一個非線性編程方法和一個聯(lián)絡彈性模型解決布局優(yōu)化問題。兩年后， 他們提交了一份確定關于多鉗夾具受到準靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認為工件在加工過程中處于動態(tài)。相結合的夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序被提出，其他研究人員用有限元法進行夾具設計與分析。蔡等對menassa和devries包括合成的夾具布局的金屬板材大會的理論進行了拓展。秦等人建立了一個與夾具和工件之間彈性接觸的模型作為參考物來優(yōu)化夾緊力與，以盡量減少工件的位置誤差。Deng和melkote 提交了一份基于模型的框架以確定所需的最低限度夾緊力，保證了被夾緊工件在加工的動態(tài)穩(wěn)定。 大部分的上述研究使用的是非線性規(guī)劃方法，很少有全面的或近全面的最優(yōu)解決辦法。所有的夾具布局優(yōu)化程序必須從一個可行布局開始。此外，還得到了對這些模型都非常敏感的初步可行夾具布局的解決方案。夾具優(yōu)化設計的問題是非線性的，因為目標的功能和設計變量之間沒有直接分析的關系。例如加工表面誤差和夾具的參數(shù)之間（定位、夾具和夾緊力）。 以前的研究表明，遺傳算法（ GA ）在解決這類優(yōu)化問題中是一種有用的技術。吳和陳用遺傳算法確定最穩(wěn)定的靜態(tài)夾具布局。石川和青山應用遺傳算法確定最佳夾緊條件彈性工件。vallapuzha在基于優(yōu)化夾具布局的遺傳算法中使用空間坐標編碼。他們還提出了針對主要競爭夾具優(yōu)化方法相對有效性的廣泛調查的方法和結果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個夾具布局優(yōu)化技術，用遺傳算法找到夾具布局，盡量減少由于在整個刀具路徑的夾緊和切削力造成的加工表面的變形。定位器和夾具位置被節(jié)點號碼所指定。krishnakumar等人還提出了一種迭代算法，盡量減少工件在整個切削過程之中由不同的夾具布局和夾緊力造成的彈性變形。Lai等人建成了一個分析模型，認為定位和夾緊裝置為同一夾具布局的要素靈活的一部分。Hamedi 討論了混合學習系統(tǒng)用來非線性有限元分析與支持相結合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡被用來計算工件的最大彈性變形，遺傳算法被用來確定最佳鎖模力。Kumar建議將迭代算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡結合起來發(fā)展夾具設計系統(tǒng)。Kaya用迭代算法和有限元分析，在二維工件中找到最佳定位和夾緊位置，并且把碎片的效果考慮進去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認為優(yōu)化夾具布局和夾緊力的同時，一些研究沒有考慮為整個刀具路徑優(yōu)化布局。一些研究使用節(jié)點數(shù)目作為設計參數(shù)。一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法，但不能兩者都同時進行。 有幾項研究摩擦和碎片考慮進去了。 碎片的移動和摩擦接觸的影響對于實現(xiàn)更為現(xiàn)實和準確的工件夾具布局校核分析來說是不可忽視的。因此將碎片的去除效果和摩擦考慮在內(nèi)以實現(xiàn)更好的加工精度是必須的。 在這篇論文中，將摩擦和碎片移除考慮在內(nèi)，以達到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標優(yōu)化模型被建立了。一個優(yōu)化的過程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夾具夾緊力。最后，結果多目標優(yōu)化模型對低剛度工件而言是比較單一的目標優(yōu)化方法、經(jīng)驗和方法。 3 多目標優(yōu)化模型夾具設計 一個可行的夾具布局必須滿足三限制。首先，定位和夾緊裝置不能將拉伸勢力應用到工件；第二，庫侖摩擦約束必須施加在所有夾具-工件的接觸點。夾具元件-工件接觸點的位置必須在候選位置。為一個問題涉及夾具元件-工件接觸和加工負荷步驟，優(yōu)化問題可以在數(shù)學上仿照如下： 這里的△表示加工區(qū)域在加工當中j次步驟的最高彈性變形。 其中 是△的平均值； 是正常力在i次的接觸點； μ是靜態(tài)摩擦系數(shù)； fhi是切向力在i次的接觸點； pos(i)是i次的接觸點； 是可選區(qū)域的i次接觸點； 整體過程如圖1所示，一要設計一套可行的夾具布局和優(yōu)化的夾緊力。最大切削力在切削模型和切削力發(fā)送到有限元分析模型中被計算出來。優(yōu)化程序造成一些夾具布局和夾緊力，同時也是被發(fā)送到有限元模型中。在有限元分析座內(nèi)，加工變形下，切削力和夾緊力的計算方法采用有限元方法。根據(jù)某夾具布局和變形，然后發(fā)送給優(yōu)化程序，以搜索為一優(yōu)化夾具方案。 圖1 夾具布局和夾緊力優(yōu)化過程 4 夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化 4.1 遺傳算法 遺傳算法（ GA ）是基于生物再生產(chǎn)過程的強勁，隨機和啟發(fā)式的優(yōu)化方法?；舅悸繁澈蟮倪z傳算法是模擬“生存的優(yōu)勝劣汰“的現(xiàn)象。每一個人口中的候選個體指派一個健身的價值，通過一個功能的調整，以適應特定的問題。遺傳算法，然后進行復制，交叉和變異過程消除不適宜的個人和人口的演進給下一代。人口足夠數(shù)目的演變基于這些經(jīng)營者引起全球健身人口的增加和優(yōu)勝個體代表全最好的方法。 遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設計時需夾具布局和夾緊力作為設計變量，以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色體的自然演變，以及字符串，它和遺傳算法尋找最優(yōu)，是映射到最優(yōu)的夾具設計計劃。在這項研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運用的。 收斂性遺傳算法是被人口大小、交叉的概率和概率突變所控制的 。只有當在一個人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒有變化時，nchg達到一個預先定義的價值ncmax ，或有多少幾代氮，到達演化的指定數(shù)量上限nmax， 沒有遺傳算法停止。有五個主要因素，遺傳算法，編碼，健身功能，遺傳算子，控制參數(shù)和制約因素。 在這篇論文中，這些因素都被選出如表1所列。 表1 遺傳算法參數(shù)的選擇 由于遺傳算法可能產(chǎn)生夾具設計字符串，當受到加工負荷時不完全限制夾具。這些解決方案被認為是不可行的，且被罰的方法是用來驅動遺傳算法，以實現(xiàn)一個可行的解決辦法。1夾具設計的計劃被認為是不可行的或無約束，如果反應在定位是否定的。在換句話說，它不符合方程（2）和（3）的限制。罰的方法基本上包含指定計劃的高目標函數(shù)值時不可行的。因此，驅動它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對于約束（4），當遺傳算子產(chǎn)生新個體或此個體已經(jīng)產(chǎn)生，檢查它們是否符合條件是必要的。真正的候選區(qū)域是那些不包括無效的區(qū)域。在為了簡化檢查，多邊形是用來代表候選區(qū)域和無效區(qū)域的。多邊形的頂點是用于檢查?！癷npolygon ”在MATLAB的功能可被用來幫助檢查。 4.2 有限元分析 ANSYS軟件包是用于在這方面的研究有限元分析計算。有限元模型是一個考慮摩擦效應的半彈性接觸模型，如果材料是假定線彈性。如圖2所示，每個位置或支持，是代表三個正交彈簧提供的制約。 圖2 考慮到摩擦的半彈性接觸模型 在x ， y和z 方向和每個夾具類似，但定位夾緊力在正常的方向。彈力在自然的方向即所謂自然彈力，其余兩個彈力即為所謂的切向彈力。接觸彈簧剛度可以根據(jù)向赫茲接觸理論計算如下： 隨著夾緊力和夾具布局的變化，接觸剛度也不同，一個合理的線性逼近的接觸剛度可以從適合上述方程的最小二乘法得到。連續(xù)插值，這是用來申請工件的有限元分析模型的邊界條件。在圖3中說明了夾具元件的位置，顯示為黑色界線。每個元素的位置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點所包圍。 圖3 連續(xù)插值 這系列節(jié)點，如黑色正方形所示，是（37，38，31和30 ），（9，10 ，11 ， 18，17號和16號）和（ 26，27 ，34 ， 41，40和33 ）。這一系列彈簧單元，與這些每一個節(jié)點相關聯(lián)。對任何一套節(jié)點，彈簧常數(shù)是： 這里， kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點周圍i次夾具元件， Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點周圍之間的距離， ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置, ηi 是周圍的i次夾具元素周圍的節(jié)點數(shù)量 為每個加工負荷的一步，適當?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型。在這個工作里，正常的彈簧約束在這三個方向（X ， Y ， Z ）的和在切方向切向彈簧約束，（X ， Y ）。夾緊力是適用于正常方向（Z）的夾緊點。整個刀具路徑是模擬為每個夾具設計計劃所產(chǎn)生的遺傳算法應用的高峰期的X ，Y ，z切削力順序到元曲面，其中刀具通行證。在這工作中，從刀具路徑中歐盟和去除碎片已經(jīng)被考慮進去。在機床改變幾何數(shù)值過程中，材料被去除，工件的結構剛度也改變。 因此，這是需要考慮碎片移除的影響。有限元分析模型，分析與重點的工具運動和碎片移除使用的元素死亡技術。在為了計算健身價值，對于給定夾具設計方案，位移存儲為每個負載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設計計劃的健身價值。 遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動實施如下。定位和夾具的位置以及夾緊力這些參數(shù)寫入到一個文本文件。那個輸入批處理文件ANSYS軟件可以讀取這些參數(shù)和計算加工表面的變形。 因此， 健身價值觀，在遺傳算法程序，也可以寫到當前夾具設計計劃的一個文本文件。 當有大量的節(jié)點在一個有限元模型時，計算健身價值是很昂貴的。因此，有必要加快計算遺傳算法程序。作為這一代的推移，染色體在人口中取得類似情況。在這項工作中，計算健身價值和染色體存放在一個SQL Server數(shù)據(jù)庫。遺傳算法的程序，如果目前的染色體的健身價值已計算之前，先檢查；如果不，夾具設計計劃發(fā)送到ANSYS，否則健身價值觀是直接從數(shù)據(jù)庫中取出。嚙合的工件有限元模型，在每一個計算時間保持不變。每計算模型間的差異是邊界條件，因此，網(wǎng)狀工件的有限元模型可以用來反復“恢復”ANSYS 命令。 5 案例研究 一個關于低剛度工件的銑削夾具設計優(yōu)化問題是被顯示在前面的論文中，并在以下各節(jié)加以表述。 5.1 工件的幾何形狀和性能 工件的幾何形狀和特點顯示在圖4中，空心工件的材料是鋁390與泊松比0.3和71Gpa的楊氏模量。外廓尺寸152.4mm×127mm*76.2mm.該工件頂端內(nèi)壁的三分之一是經(jīng)銑削及其刀具軌跡，如圖4 所示。夾具元件中應用到的材料泊松比0.3和楊氏模量的220的合金鋼。 圖4 空心工件 5.2 模擬和加工的運作 舉例將工件進行周邊銑削，加工參數(shù)在表2中給出。基于這些參數(shù)，切削力的最高值被作為工件內(nèi)壁受到的表面載荷而被計算和應用，當工件處于330.94 n（切）、398.11 N （下徑向）和22.84 N （下軸） 的切削位置時。整個刀具路徑被26個工步所分開，切削力的方向被刀具位置所確定 表2加工參數(shù)和條件 。 5.3 夾具設計方案 夾具在加工過程中夾緊工件的規(guī)劃如圖5所示。 圖5 定位和夾緊裝置的可選區(qū)域 一般來說， 3-2-1定位原則是夾具設計中常用的。夾具底板限制三個自由度，在側邊控制兩個自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個定點（L1，L2 ， L3和14 ），以定位工件并限制2自由度；并且在Y=127mm的相反面上，兩個壓板（C1,C2）夾緊工件。在正交面上，需要一個定位元件限制其余的一個自由度，這在優(yōu)化模型中是被忽略的。在表3中給出了定位加緊點的坐標范圍。 表3 設計變量的約束 由于沒有一個簡單的一體化程序確定夾緊力，夾緊力很大部分（6673.2N）在初始階段被假設為每一個夾板上作用的力。且從符合例5的最小二乘法，分別由4.43×107 N/m 和5.47×107 N/m得到了正常切向剛度。 5.4 遺傳控制參數(shù)和懲罰函數(shù) 在這個例子中，用到了下列參數(shù)值：Ps=30, Pc=0.85, Pm=0.01, Nmax=100和Ncmax=20.關于f1和σ的懲罰函數(shù)是 這里fv可以被F1或σ代表。當nchg達到6時，交叉和變異的概率將分別改變成0.6和0.1. 5.5 優(yōu)化結果 連續(xù)優(yōu)化的收斂過程如圖6所示。且收斂過程的相應功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設計方案在表4中給出。 圖6 夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序的收斂性遺傳算法 圖7 第一個函數(shù)值的收斂 圖8第二個函數(shù)值的收斂性 表4 多目標優(yōu)化模型的結果 表5 各種夾具設計方案結果進行比較， 5.6 結果的比較 從單一目標優(yōu)化和經(jīng)驗設計中得到的夾具設計的設計變量和目標函數(shù)值，如表5所示。單一目標優(yōu)化的結果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗設計相比較，單一目標優(yōu)化方法有其優(yōu)勢。最高變形減少了57.5 ％，均勻變形增強了60.4 ％。最高夾緊力的值也減少了49.4 ％ 。從多目標優(yōu)化方法和單目標優(yōu)化方法的比較中可以得出什么呢？最大變形減少了50.2％ ，均勻變形量增加了52.9 ％，最高夾緊力的值減少了69.6 ％ 。加工表面沿刀具軌跡的變形分布如圖9所示。很明顯，在三種方法中，多目標優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻。 與結果比較，我們確信運用最佳定位點分布和最優(yōu)夾緊力來減少工件的變形。圖10示出了一實例夾具的裝配。 圖9沿刀具軌跡的變形分布 圖10 夾具配置實例 6 結論 本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化程序設計。優(yōu)化程序是多目標的：最大限度地減少加工表面的最高變形和最大限度地均勻變形。ANSYS軟件包已經(jīng)被用于 健身價值的有限元計算。對于夾具設計優(yōu)化的問題，GA和有限元分析的結合被證明是一種很有用的方法。 在這項研究中，摩擦的影響和碎片移動都被考慮到了。為了減少計算的時間，建立了一個染色體的健身數(shù)值的數(shù)據(jù)庫，且網(wǎng)狀工件的有限元模型是優(yōu)化過程中多次使用的。 傳統(tǒng)的夾具設計方法是單一目標優(yōu)化方法或經(jīng)驗。此研究結果表明，多目標優(yōu)化方法比起其他兩種方法更有效地減少變形和均勻變形。這對于在數(shù)控加工中控制加工變形是很有意義的。 參考文獻 1、 King LS，Hutter（ 1993年） 自動化裝配線上棱柱工件最佳裝夾定位生成的理論方法。De Meter EC (1995) 優(yōu)化機床夾具表現(xiàn)的Min - Max負荷模型。 2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局優(yōu)化。Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 3、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對工件的定位精度的影響。 4、 Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 5、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對工件定位精度的影響。 6、 Li B, Melkote SN (2001) 最優(yōu)夾具設計計算工件動態(tài)的影響。 7、 Lee JD, Haynes LS (1987) 靈活裝夾系統(tǒng)的有限元分析。 8、 Menassa RJ, DeVries WR (1991) 運用優(yōu)化方法在夾具設計中選擇支位。 9、 Cai W, Hu SJ, Yuan JX (1996) 變形金屬板材的裝夾的原則、算法和模擬。 10、 Qin GH, Zhang WH, Zhou XL (2005) 夾具裝夾方案的建模和優(yōu)化設計。 11、Deng HY, Melkote SN (2006) 動態(tài)穩(wěn)定裝夾中夾緊力最小值的確定。 12、Wu NH, Chan KC (1996) 基于遺傳算法的夾具優(yōu)化配置方法。 13、Ishikawa Y, Aoyama T(1996) 借助遺傳算法對裝夾條件的優(yōu)化。 14、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 一項關于空間坐標對基于遺傳算法的夾具優(yōu)化問題的作用的調查。 15、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 夾具布局優(yōu)化方法成效的調查。 16、Kulankara K, Melkote SN (2000) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的布局。 17、Kulankara K, Satyanarayana S, Melkote SN (2002) 利用遺傳算法優(yōu)化夾緊布局和夾緊力。 18、Lai XM, Luo LJ, Lin ZQ (2004) 基于遺傳算法的柔性裝配夾具布局的建模與優(yōu)化。 19、Hamedi M (2005) 通過一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡和遺傳算法混合的系統(tǒng)設計智能夾具。 20、Kumar AS, Subramaniam V, Seow KC (2001) 采用遺傳算法固定裝置的概念設計。 21、Kaya N (2006) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的定位和夾緊點。 22、Zhou XL, Zhang WH, Qin GH (2005) 遺傳算法用于優(yōu)化夾具布局和夾緊力。 23、Kaya N, ?ztürk F (2003) 碎片位移和摩擦接觸的運用對工件夾具布局的校核。 62 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 產(chǎn)品名稱 減速器 零（部）件名稱 減速器箱體 共 1 頁 第 1 頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 機加工 13 鏜孔 HT200 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每臺件數(shù) 334×123 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 鏜床 T612 夾具編號 夾具名稱 切削液 鏜床專用夾具 水 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 準終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工藝裝備（含：刀具、量具、專用工具） 主軸轉速 r/min 切削速度 m/min 進給量 mm/r 切削深度 mm 進給次數(shù) 工 步 工 時 機動 輔助 1 粗鏜孔?66到 T612 圓形鏜刀 游標卡尺 460 .73 0.37 4 6 1.98min 1.6 min 2 半精鏜到 T612 圓形鏜刀 游標卡尺 750 2.81 0.27 1.6 3 1.68 min 1.41 min 3 精鏜孔到 T612 圓形鏜刀 游標卡尺 750 2.83 0.2 0.4 1 2.21 min 2.1 min 4 5 設計（日期） 審核（日期） 標準化（日期） 會簽（日期） 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件名 簽字 日期 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 共 2頁 產(chǎn)品名稱 減速器 零（部）件名稱 減速器箱體 第 1 頁 材料牌號 HT200 毛坯種類 鍛件 毛坯外型尺寸 334×123 每毛坯可件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 備 注 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 車間 工段 設 備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 0 鍛 鍛造 鍛造 1 銑 以端面1為基準銑端面2 機加 X53K 銑夾具 錯齒三面刃銑刀 X53K 游標卡尺 2 銑 以端面2為基準銑端面1 機加 X53K 銑夾具 錯齒三面刃銑刀 X53K 游標卡尺 3 銑 以端面1為基準銑油槽 機加 X53K 銑夾具 錯齒三面刃銑刀 X53K 游標卡尺 4 銑 以端面1，6為基準對面7進行銑削加工 機加 X53K 銑夾具 錯齒三面刃銑刀 X53K 游標卡尺 5 銑 以端面1，7為基準對面6進行銑削加工 機加 X53K 銑夾具 錯齒三面刃銑刀 X53K 游標卡尺 6 銑 將零件翻轉后以面1，6為基準對面5進行銑削加工 機加 X53K 銑夾具 錯齒三面刃銑刀 X53K 游標卡尺 7 鉆锪 將零件翻轉后以面2，7為基準鉆4-?15孔，然后锪平?32 機加 Z35 直柄麻花鉆 90°錐柄錐面锪鉆 游標卡尺 8 鉆 鉸 合箱后以面1，6為基準，先用D=7.8的直柄麻花鉆鉆7.8的孔再用錐柄 機用1： 50錐度銷子鉸刀鉸?7.8加工到?8的錐銷孔 機加 Z35 直柄麻花鉆 機用1：50錐度銷子鉸刀 游標卡尺 9 鉆 锪 合箱后以面1和兩錐箱孔為基準，鉆削加工10-?11孔再锪 ?25孔 機加 Z35 直柄麻花鉆 90°錐柄錐面锪鉆 游標卡尺 設計（日期） 審核（日期） 標準化（日期） 會簽（日期） 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件名 簽字 日期 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 共 2 頁 產(chǎn)品名稱 減速器箱體 零（部）件名稱 第 2 頁 材料牌號 HT200 毛坯種類 鍛件 毛坯外型尺寸 334×126.5 每毛坯可件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 備 注 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 車間 工段 設 備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 11 鉆 以端面2，6為基準鉆孔?17 后攻螺紋M20 機加 Z35 直柄麻花鉆 游標卡尺 粗牙普通螺紋用絲錐 12 鉆 將上下箱體和箱后，以面1，6為基準鉆孔M8底孔再攻螺紋M8倒角0.5X45° 機加 Z35 直柄麻花鉆 游標卡尺 粗牙普通螺紋用絲錐 13 鏜 和箱后以端面1及2銷孔為基準，分別粗.半精.精鏜?62.?72 機加機加 T612 選T612 圓形鏜刀 游標卡尺 14 檢查 設計（日期） 審核（日期） 標準化（日期） 會簽（日期） 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件名 簽字 日期 畢業(yè)設計（論文） 畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書 題 目 減速器箱體零件的工藝設計及其加工?72H7孔的夾具設計 系 別 機電系 專 業(yè) 班 級 機械設計制造及其自動化 機械制造畢業(yè)設計 題目: 減速器箱體零件的工藝設計及其加工72H7孔的夾具設計。  摘 要 設計機床氣動夾具主要體現(xiàn)我們綜合運用所學知識的能力和介紹氣動夾具在機械加工中的作用和效率，減速器箱體零件的工藝設計及其加工?72H7孔的夾具設計夾具的設計過程。 夾具與機床的結合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。用夾具裝夾工件可以保證加工精度，降低人工等級，提高勞動生產(chǎn)率和降低加工成本，擴大機床工藝范圍等作用，使得操作方便、安全。 本文首先介紹了夾具的研究背景和被加工零件的材料.作用.和其一些特殊部位進行認真的分析，通過對參考文獻進詳細的分析，闡述了機械夾具的作用及相關內(nèi)容；在技術路線中，論述了定位方案的最優(yōu)化選取，夾緊力的計算及螺桿直徑..壓板.推桿.鏜套.氣缸.定位銷及整體夾具體的確定，定位精度的分析；犁刀變速齒輪箱體上工藝孔的設置及計算；夾具總圖上尺寸，公差及技術要求的。其他主要介紹了銑面，鉆孔，鏜孔的工藝設計和制作 關鍵詞? 鏜套 ，夾具，定位，夾緊，氣缸， ABSTRCT Machine pneumatic fixture design is mainly reflected by the integrated use of our knowledge and the ability to introduce pneumatic fixture in the machinery(在機械) for processing and efficiency, reducer box parts of the design and processing of the D-72H - è fixture design process Machine fixture with a combination fixture as a machine part machining become an indispensable technique and equipment. Fixture fixture with the workpiece machining accuracy can be guaranteed to reduce artificial hierarchy, raise labor productivity and reduce processing costs, Machine Technology to expand the scope of the role, the operation is convenient and safe. This paper introduces the background of the fixture and the workpiece material,role. and some of its special position seriously analysis of references into a detailed analysis of the mechanical fixture expounded the role and content; Technically, discussed the positioning of the optimization program selection, Clamping force and screw diameter .. platen. Pusher. Boring presentation. Cylinder. pin and the overall identified specific folder, positioning accuracy of the analysis; Transmission gear box on a coulter-setting process and calculation; Fixture total map size, Tolerance and technical requirements of the tagging; workpiece machining accuracy analysis. Thesis Writing for the establishment of a schedule for future design work as a guide Keywords: Boring sets Fixture Positioning Clamping Cylinder 目 錄 中文摘…………………………………………………………………………………2 英文摘要………………………………………………………………………………3 前言………………………………………………………………………………… 5 第一章 零件的分析 1.1零件的作用……………………………………………………………… 6 1.2零件的工藝分析………………………………………………………… 6 第二章 工藝規(guī)程設計…………………………………………………………… 7 2.1確定毛坯的制造形式…………………………………………………… 7 2.2基面的選擇……………………………………………………………… 8 2.3制定工藝路線…………………………………………………………… 8 2.4機械加工余量、工序尺寸的確定……………………………………… 12 2.5確立切削用量及基本工時……………………………………………… 17 第三章 夾具設計…………………………………………………………………22 3.1 問題的提出………………………………………………………………22 3.2 夾具設計……………………………………………………………… 22 3.3 夾緊裝置的組成及設計要求………………………………………… 28 3.4鏜模導向裝置的設計…………………………………………………… 29 3.5 夾具結構設計……………………………………………………………29 第四章 總結…………………………………………………………………… 32 參考文獻………………………………………………………………………… 34 附錄 附錄1………………………………………………………………………………… 附錄2………………………………………………………………………………… 前 言 1.1 機械制造工藝學畢業(yè)設計使我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及專業(yè)課之后進行的.這是我們對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。減速器箱體零件的工藝設計及其加工￠72H孔的夾具的畢業(yè)設計是在學完了機械制造工藝學，進行課程設計之后的下一個教學環(huán)節(jié)。它一方面要求學生通過設計能獲得綜合運用過去所學過的全部課程進行工藝及結構設計的基本能力。另一方面能讓我們熟練運用機械制造工藝學課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，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，保證零件的加工質量。 1.2本課題的來源及目的意義 本課題來自于實踐，夾具在機械加工中具有重要的作用，它能保證加工精度，提高產(chǎn)品質量，減輕工人的勞動強度，保證安全，提高勞動生產(chǎn)率，能以優(yōu)質、高效、低耗的工藝去完成零件的加工和產(chǎn)品的裝配。而使用了分度鉆的好處在于， 可采用多工位加工，能使加工工序集中，從而減輕工人的勞動強度和提高生產(chǎn)率。 1.3精度設計技術分析 一般來說，夾具的精度都應比工件要求的精度高，才能加工出合格的工件。精度高出的部分稱為夾具的精度儲備或精度裕度。精度裕度用來補償加工中的各項誤差及定位、導向元件的磨損。當然精度裕度越大，加工工件的質量越穩(wěn)定，夾具的易損件的使用壽命也越長。但從另一方面看，精度裕度越大，必須要求夾具的制造精度越高，從而會急劇增加夾具的制造成本，工件的加工成本也隨之增加；反之，夾具制造的精度越小，將會使夾具在夾具中易損件〔主要是定位、導向元件〕需頻繁地更換，維修周期短，增加維修費用，從而增加了工件的加工成本。所以夾具精度的設計準則是：應使夾具的設計精度與工件的加工精度要求相適應，不可盲目地提高夾具的精度要求。 1.4 主要內(nèi)容 設計機床氣動夾具主要體現(xiàn)我們綜合運用所學知識的能力和介紹氣動夾具在機械加工中的作用和效率，減速器箱體零件的工藝設計及其加工?72H7孔的夾具設計夾具的設計過程。由于時間，修訂版難免存在著不少缺點和錯誤，懇切廣大讀者批評指正 35 第一章、零件的分析 1.1零件的作用 減速器箱體是減速器的重要組成部分。減速器是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將馬達的回轉數(shù)減速到所要的回轉數(shù)，并得到較大轉矩的機構。 減速器的作用（1）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。 （2）降速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。所以在日常的生活工作中運用得非常廣泛，也起到非常重要的的作用。減速器箱體是減速器的外殼部分，在它里面存放齒輪軸等核心零件，對齒輪和軸的正常運行有著支撐作用。 1.2 零件的工藝分析 減速箱體共有兩組主要的加工方面，它們相互間有一定的關聯(lián)和要求。 以面1和面2為中心的銑削加工。它包括銑面1和面2，面5，面6，面7， 減速箱體結構較復雜、加工面多、技術要求高、機械加工的勞動量大。因此箱體結構工藝性對保證加工質量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本有重要意義。 減速箱體幾個加工表面它們之間有一定的位置要求，現(xiàn)分述如下： .是12mm兩側面要保證一定的平面度要求公差為0.05mm。 .箱體底面與側面都有一定的粗造度要求為12.5 ， 6.3 .φ72H7孔與φ62H7孔有一定的位置度要求公差為0.04mm；且有一定的位置要求，保證相互位置尺寸為90和120±0.06mm；與側面也有一定的位置要求尺寸偏差為114mm。 .由于加工孔 φ72H7時要以面1為基準，必須了保證箱體上下表面的精度 所以加工表面時必須先加工面2，再以面2為基準加工面1，確保其精度。 第二章、 工藝規(guī)程設計 2.1 確定毛坯的制造形式 2.11零件材料為HT200，零件為外殼零件。主要是用來支撐軸和保護機構的正常運行。HT200只適用于承受中等載荷的零件，如臥式機車上的支柱，底座，工作臺，帶輪等。它的抗壓強度明顯高于抗拉強度，具有優(yōu)良的鑄造性能，比較好的切削加工性能和耐磨及減振性，所以作為外殼零件非常合理。由于軸在工作中比較平穩(wěn)，所以箱體所受的其它應力較小，由于零件產(chǎn)量為10000件，屬于大批量生產(chǎn)，零件結構又比較簡單，故選擇鑄造毛坯。 2.12 毛坯的確定 圖2-1（毛坯圖） 1. 如圖2-1所示 "減速箱體"零件材料為HT200，查《機械設計課程設計手冊》硬度128~192HBS，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用砂型機器造型及殼型，鑄造零件。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： 2． 查<<機械制造工藝設計簡明手冊>>得產(chǎn)品為10000件屬于大批量生產(chǎn)。選用的砂型機器造型及殼體，產(chǎn)品HT200為,選擇CT9級H級加上表面基本尺寸為114，而表面尺寸334則以表面尺寸為基本由于是雙面加工則選擇下面的加工余量為4.5。加工下表面時的基本尺寸為114，表面尺寸為284以表面尺寸為基本是雙面加工則選擇下面的加工余量為4.5。零件側面尺寸為136，由于是雙側加工同上選擇加工余量也同為3。 3. 減速箱體有兩孔分別為?62H和?72H加工時是以底面為基準其基準尺寸為114，大于?62H ?72H。則在確定毛坯尺寸時，以114為基準，通過<<機械制造工藝設計簡明手冊>>得其尺寸公差CT9級加工余量加工余量等級為G級，為雙側加工則毛坯余量為3 4. 在加工平面5時要以平面1，6為基準將減速箱體翻蓋在銑床工作臺上加工，基準其基準尺寸為4.5 通過<<機械加工余量與公差手冊>>的毛坯余量為3 2.2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理可以使加工質量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，是生產(chǎn)無法正常進行。 （1）粗基準的選擇。對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對有若干個不加工表面的工件，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準。根據(jù)這個基準選擇原則，現(xiàn)選取工件底面1作為粗基準。因為這個零件是長方體類的零件,可以用通用夾具來裝夾定位（如臺虎鉗）。由于零件屬于箱體零件體積較大而且是在上下箱體合箱后，再進行鏜孔加工。所以一定要保證其加工的精度和質量。從零件我們很容易分析得道要想對零件進行加工必須限止6個自由度，我采用一面兩孔定位方式，其中以端面1和一個固定圓柱銷和一個削邊銷共同定位，其中一面能夠限止3個自由度 ，而一個圓柱銷能限止2個自由度 ，一個削邊銷能限止1個自由度。再通過兩塊壓板對其進行加緊。這樣就能很好的對其進行鏜孔加工，盡可能的保證其精度。 （2）精基準的選擇。主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再制定工藝路線的出發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺重復。 2.3 制定工藝路線 寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 圖2—2（簡圖） 如圖2-1所示 1.工藝路線方案一： 工序一 以端面1為基準銑端面2再銑油槽。 工序二 以端面2為基準銑端面1。 工序三 合箱后以端面1及7為基準，分別粗.半精.精鏜?62.?72，并倒兩處 2X45° 工序四 將零件翻轉后以面1，2為基準對面5進行銑削加工。 工序五 以端面1，6為基準對面7進行銑削加工。 工序六 以端面1，7為基準對面6進行銑削加工。 工序七 合箱后以面1和兩錐箱孔為基準，鉆削加工10-?11孔再锪 ?25孔 工序八 合箱后以面1和兩錐箱孔為基準，鉆削加工10-?11孔再锪 ?25孔 工序九 以端面2，6為基準鉆孔?13.6 锪?28最后攻螺紋M16。 工序十 以面1，7為基準，鉆削加工8-M8底孔再攻螺紋M8。 工序十一 檢查 2.工藝路線方案二 工序一 以端面2為基準銑端面1。 工序二 以端面1為基準銑端面2。 工序三 以端面1，6為基準對面7進行銑削加工。 工序四 以端面1，7為基準對面6進行銑削加工。 工序五 將零件翻轉后以面1，6為基準對面5進行銑削加工 工序六 將零件翻轉后以面2，7為基準鉆4-?15孔，然后锪平?32。 工序七 合箱后以面1和兩錐箱孔為基準，鉆削加工10-?11孔再锪 ?25孔。用錐柄 機 用1：50錐度銷子鉸刀鉸?7.8加工到?8的錐銷孔 。 工序八 以端面2，6為基準鉆孔?13.6 锪?28最后攻螺紋M16，再鉆孔?28底孔最后攻螺紋M20。 工序九 以面1，7為基準，鉆削加工8-M8底孔再攻螺紋M8。 工序十 和箱后以端面1及2銷孔為基準，分別粗.半精.精鏜?62.?72，并倒兩處2X45° 工序十一 檢查 3.工藝路線方案三 工序一 以端面1為基準銑端面2。 工序二 以端面2為基準銑端面1。 工序三 以端面1為基準銑油槽。 工序四 以端面6為基準對面7進行銑削加工。 工序五 以端面7為基準對面6進行銑削加工。 工序六 將零件翻轉后以面1，6為基準對面5進行銑削加工。 工序七 。將零件翻轉后以面2為基準鉆4-?15孔，然后锪平?32。 工序八 合箱后以面1和兩孔?15為基準，鉆削加工10-?11孔?8銷孔再锪 ?25孔 工序九 以面1，7為基準鉆銷加工?20底孔后攻螺紋M20。 工序十 以端面2，6為基準鉆孔?13.6 锪?28最后攻螺紋M16。 工序十一 將上下箱體和箱后，以面1，6為基準鉆孔8-M8底孔再攻螺紋M8 工序十二 和箱后以端面1及2銷孔為基準，分別粗.半精.精鏜?62.?72，并倒兩處2X45° 工序十二 檢查 4.工藝路線方案的比較與最終工藝路線方案如下： 上述三個工藝方案的特點在于：方案一是先加工面1再加工面2，這樣以來會影響精度。因為我在定位時是以面1為基準的，所以我們在加工面2后再以面2為基準，加工面1，這樣就提高了面1的精度。從工序1中我們可以看出其加工順序不和理，因為它們所用的機床都不同，這樣影響了加工精度，裝夾延長了工作時間降低了工作效率。方案二是以面2為基準加工端面1，大概方案是先在銑床加工再在鉆床加工但在工序2， 8不太合理。油槽不能與銑面一起同時加工，而工序8則銷孔不能和鉆孔一起加工的。方案三是綜合工藝路線1 2所得其大體方安比較和理，但也存在一些問題。例如工序九應該以面1和兩錐孔為基準這樣配合精度高些。另外銑面7，6時應該以兩個面為基準，這樣才能保證加工精度， 綜上所述我們總結前面的的不合理的地方不斷改進最中得到方案四： 工序一 以端面1為基準銑端面2。 工序二 以端面2為基準銑端面1。 工序三 以端面1為基準銑油槽。 工序四 以端面1，6為基準對面7進行銑削加工。 工序五 以端面1，7為基準對面6進行銑削加工。 工序六 將零件翻轉后以面1，6為基準對面5進行銑削加工。 工序七 。將零件翻轉后以面2，7為基準鉆4-?15孔，然后锪平?32。 工序八 合箱后以面1，6為基準，先用D=7.8的直柄麻花鉆鉆7.8的孔再用錐柄 機用1：50錐度銷子鉸刀鉸?7.8加工到?8的錐銷孔。 工序九 合箱后以面1和兩錐箱孔為基準，鉆削加工10-?11孔再锪 ?25孔 工序十 以端面2，6為基準鉆孔?13.6 锪?28最后攻螺紋M16。 工序十一 以端面2，6為基準鉆孔?17 后攻螺紋M20。 工序十二 將上下箱體和箱后，以面1，6為基準鉆孔M8底孔再攻螺紋M8倒角0.5X45° 工序十三 和箱后以端面1及2銷孔為基準，分別粗.半精.精鏜?62.?72，并倒兩處2X45° 工序十四 檢查。 2.4 機械加工余量、工序尺寸的確定 圖2—3（毛坯圖） 1. 如圖2-3所示 “減速器箱體”零件材料HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用金屬型鑄造毛坯。 鑄造精度CT8，表6-90，P516；鑄造斜度3°，表6-79，P510；未注明圓角半徑R3；查書《機械加工工藝設計實用手冊》張耀宸主編，航空工業(yè)出版社。 鑄件加工余量等級F，表3-1，P78；鑄件機械加工余量查表3-3，P80；鑄件尺寸公差查表3-6，P84；見書《機械加工余量與公差手冊》馬賢智主編，中國標準出版社。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 表2—1 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量（mm） 精度等級 工序尺寸（mm） 粗糙度 （um） 工序余量（mm） 最小 最大 端面 鑄件 4.5 CT9 118.5±1.25 銑削 4.5 IT8 12.5 3.25 5.8 端面 鑄件 4.5 CT9 121±1.25 銑削 4.5 IT9 6.3 3.25 5.8 端面 鑄件 3 CT9 142 銑削 3 IT9 139 6.3 3 3 銑面 鑄件 3 CT9 銑削 3 IT9 6.3 3 3 端面 鑄件 3 CT9 銑削 3 IT9 6.3 3 3 鏜孔 φ72H7 鑄件 6 CT9 精鏜 0.4 IT7 3.2 0.326 0.403 半精鏜 1.6 IT9 6.3 1.3 1.674 粗鏜 4 IT12 12.5 2.9 4.3 鏜孔φ62H7 鑄件 6 CT9 φ56±1.1 精 鏜 0.4 IT7 3.2 0.326 +0.403 半精鏜 1.6 IT9 6.3 1.3 1.674 粗鏜 4 IT12 12.5 2.9 4.3 2 設備和工藝裝備的選擇 在設計工序時，需要具體選定所用的機床、夾具、切削工具和量具。先具體各個工序裝備選擇如下： 工序1： 銑334mm的端面2，以尺寸288的底面為粗基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X53K立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P270表5-42，根據(jù)加工表面為大面積平面選擇套式面銑刀D=160mm,d=50mm,Z=16；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序2： 銑288mm的端面 ，以尺寸344的端面為粗基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X53K立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P270表5-42，根據(jù)加工表面為大面積平面選擇套式面銑刀D=160mm,d=50mm,Z=16；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序3： 銑油槽，以尺寸288的底面為粗基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X53K立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P270表5-42，根據(jù)加工表面為大面積平面選擇套式面銑刀D=160mm,d=50mm,Z=16；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序4： 銑端面7。以面1，6的端面為粗基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X53K立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P270表5-42，根據(jù)加工表面為大面積平面選擇套式面銑刀D=160mm,d=50mm,Z=16；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序5： 銑的端面6 以端面1，7為粗基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X53K立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P270表5-42，根據(jù)加工表面為大面積平面選擇套式面銑刀D=160mm,d=50mm,Z=16；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用專用夾具夾緊加工 工序6： 銑端面5以面1，6底面為粗基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X53K立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P270表5-42，根據(jù)加工表面為大面積平面選擇套式面銑刀D=160mm,d=50mm,Z=16；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序7： 鉆孔4-?15孔，再锪平?32以面2，7為粗基準。查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P147表4.1-11，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇 Z35；查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P83表3.1-5和P893.1-12，根據(jù)加工孔為15所以選擇直柄麻花鉆d=12.6和直柄錐面鉆；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加孔現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序8： 鉆孔?7.8的直孔和?8錐孔，以面1，6為粗基準。查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P147表4.1-11，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇 Z35；查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P83表3.1-5和P893.1-12表，根據(jù)加工孔為15所以選擇直柄麻花鉆d=7.8和90?直柄錐面锪鉆；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加孔現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序9： 鉆孔10-?11的直孔和锪?25，以面和兩錐孔為粗基準。查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P147表4.1-11，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇 Z35；查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P83表3.1-5和P893.1-12表，根據(jù)加工孔為15所以選擇直柄麻花鉆d=8.5和90?直柄錐面锪鉆；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加孔現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序10： 鉆孔?13.6的直孔和锪?28再攻螺紋，以面2，6為粗基準。查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P147表4.1-11，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇 Z35；查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P83表3.1-5和P893.1-12表，根據(jù)加工孔為15所以選擇直柄麻花鉆d=13.6和90?直柄錐面锪鉆粗牙普通螺紋用絲錐；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加孔現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序11： 鉆孔?17的直孔和再攻螺紋，以面2，6為粗基準。查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P147表4.1-11，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇 Z35；查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P83表3.1-5，根據(jù)加工孔為15所以選擇直柄麻花鉆d=17和粗牙普通螺紋用絲錐；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加孔現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序12： 鉆孔?6.5的直孔和再攻螺紋，以面1，6為粗基準。查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P147表4.1-11，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇 Z35；查書《機械制造工藝設計簡明手冊》P83表3.1-5和P893.1-12表，根據(jù)加工孔為15所以選擇直柄麻花鉆d=6.5和粗牙普通螺紋用絲錐；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加孔現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工 工序13：粗、半精鏜孔φ72H7 ，以尺寸為288mm面及；兩銷孔為定位基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P221表4-7，根據(jù)最大加工孔徑及工作臺寬度，選擇T612臥式鏜床；查書《機械加工工藝手冊》P1064表4.3-63，根據(jù)加工孔的大小情況頂選取硬質合金鏜刀，B=12，H=12,d=12；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 2.5 確立切削用量及基本工時 工序1：工序一 以端面1為基準粗，半精銑銑端面2。錯齒三面刃銑刀 X53K 游標卡尺. 2.5.1.1 切削用量 工件材料：HT200，硬度128~192HBS，最小抗拉強度：160。 所選刀具為高速鋼鑲齒套面端銑刀。銑刀直徑D=200，寬度L=45 齒數(shù)=20。由于加工材料為HT200，故選 后角=12°（周齒）=8°（端齒） =90°。 2.5.1.2 選定每齒進給量 根據(jù)表<<機械制造工藝簡明手冊>>表4.2-35可查出X53立式銑床的功率為7.5KW，工藝系統(tǒng)剛性中等，查表3-28得高速鋼端面銑刀在加工灰鑄鐵時每齒的進給量=0.1~ 0.3mm/z，現(xiàn)取=0.2mm/z. 2.5.1.3 選擇銑刀磨鈍標準及耐用度 根據(jù)表<<機械制造工藝手冊>>表3-26和表3-27?？梢圆榈糜酶咚黉摷庸よT鐵時，后刀面的磨鈍標準值最大磨損值1.6mm,銑刀直徑D=200耐用度T=240min 2.5.1.4 決定切削速度v和工作臺每分鐘進給量 根據(jù)<<機械制造工藝簡明手冊>>表3-29得 （2-1） 式中=4.5 =139.8 =26 T=210 m=0.2。 = =15.48m/min n=24.65r/min 根據(jù)X=53K立式銑床主軸轉速<<機械制造工藝簡明手冊>>表4.2-36 n=25 r/min.s實際切削速度v=0.26m/s。工作臺每分鐘進給量為，則實際每齒進給量為=0.2mm/z. 2.5.1.5 校驗機床功率根據(jù)<<機械制造工藝手冊>> 表3.28的公式銑削時功率為 （2-2） 式中 = = =10724.3N V=0.26 =2.79kw X53銑床主動電機的功率為7.5kw，故所選切削用量可用所確定的切削用量為 =0.2mm/z. r/min v=0.26m/s 2.5.1.6基本時間 根據(jù)<<機械制造工藝簡明手冊>> 表6.2-7端面銑刀銑端面的基本時間為 （2-3） 其中 （2-4） ==30.5 l=334 則=3.66min=219.6s 2.5.2. 半精銑端面2選用鑲齒套面端銑刀，X53K 游標卡尺 2.5.2.1 切削用量 所選刀具為高速鋼銑刀，d=200 D=50 L=45 Z=20 每齒進給量 本工序要求保證的表面粗糙度為6.3。 根據(jù)<<切削用量手冊>>表3.3 每分鐘進給量。現(xiàn)取 ，則 2.5.2.2 選擇銑刀磨鈍標準及耐用度，根據(jù)<<切削用量手冊>>表3.7 3.8得銑刀刀齒后面最大磨損量為0.4mm，耐用度 T=240min 。 2.5.2.3 決定切削速度V和工作臺每分鐘進給量 。 按表3.27中公式計算，得 = n= n=0.52r/s v=0.32m/s 工作臺每分鐘進給量 查表（4.2-37） 則實際每齒進給量 2.5.2.4 基本時間 工序十 以端面2，6為基準鉆孔?13.6 锪?28最后攻螺紋M16。 選用Z35 直柄麻花鉆 90°錐柄錐面锪鉆 游標卡尺 粗牙普通螺紋用絲錐 2.5.3.1 鉆孔?12.8mm 確定進給量f 根據(jù)<<切削用量手冊>>表2.7 時 f=(0.37-0.45)mm/r.由于本零件在加工 ?12.8mm孔時屬于低鋼度零件，故進給量應剩系數(shù)0.75，則f=(0.52~0.64)×0.75=(0.39~0.48)mm/r . 切削速度：根據(jù)<<機械制造工藝簡明手冊>> 表3-42 （2-5） 查得切削速度v=33m/min所以 根據(jù)機床說明書，取 。故實際切削速度為 （2-6） 切削工時 l=27.9 （2-7） 2.5.3.2.擴鉆?13.6mm孔 利用?13.6mm的鉆頭對?25mm的孔進行擴孔，根據(jù)<<機械制造工藝設計簡明手冊>>擴鉆的切削用量根據(jù)鉆孔的切削用量選取f=(1.5~3.0)×0.7=(1.05~2.1)(mm/r) 查機床說明書 取f=1mm/r 機床主軸轉速：取取 l=27.9 2.5.3.3.采用90°锪鉆 為縮短輔助時間，取主軸轉速與擴孔時相同。N=265(m/min) 2.5.3.4 .采用D=16的絲錐手工攻螺紋M16 工序十三 合箱后以端面1及2銷為基準，分別粗.半精.精鏜?62.?72，并倒兩處2X45° 選T612 圓形鏜刀 游標卡尺 2.5.4.1 加工條件 工件材料：HT200 金屬型鑄造 加工要求：粗 半精 精鏜孔?72H7，表面粗糙度3.2 機床 ：T68臥式鏜床 刀具 ：刀片材料為硬質合金YG6 前刃面，無屑槽，刀桿尺寸為12mm×12mm 長度為500m 2.5.4.2 計算切削用量 粗鏜孔至70，單邊余量z=2mm 一次加工 確定進給量查表3-22《機械制造工藝設計手冊》，加工鑄鐵刀桿長度500mm時 f=0.2~0.4mm/r.根據(jù)T612取f=0.37 查表3-18《機械制造工藝設計手冊》硬質合金切削速度的計算公式 （2-8） 式中 m=0.2 f=0.37 t=60 取 實際速度 .v=1.73m/s 當切削時：當加工1個孔時 l=130 （2-9） 所以加工兩孔時的動機時間為t=0.99×2=1.98(min) 半精鏜孔直徑到71.6mm，單邊余量Z=0.8 依次鏜去全部余量 進給量同上刀桿長度500mm f=0.2~0.4mm 取f=0.27mm/r. 同上， 《機械制造工藝設計手冊》表3-19 取 則實際速度 切削時 當孔為1個孔時 當為兩個孔時 精鏜孔直徑到720mm，單邊余量Z=0.4依次鏜去全部余量 進給量同上刀桿長度500mm f=0.2~0.4mm 取f=0.2mm/r. 同上， 《機械制造工藝設計手冊》表3-19 取 則實際速度 切削時 當孔為1個孔時 當為兩個孔時 第三章 夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，經(jīng)過與老師協(xié)商，決定設計第13道工序——鏜φ72H7孔的鏜孔卡具。本夾具將用于T612鏜床。.刀具為圓形鏜刀。為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量 3.1 問題的提出 本夾具主要用來鏜孔φ72H7的孔，其精度要求和加工技術要求都不是很高。因此在本道工序時，主要應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，而精度加工難度都不是主要問題。 3.2 夾具設計 3.2.1 定位基準的選擇 由零件圖可知，此零件為箱體零件，其結構并不復雜，鏜孔φ72H7。在上下箱合箱后一起鏜的，其要求的加工精度并不是很高，通過對零件的分析可知可以通過面1和兩削對零件定位。 為了提高加工效率，現(xiàn)在決定設計的專用夾具，采用氣動夾緊的方式，以便裝夾。 3.2.2夾緊力的確定 確定一個機構的夾緊力,即確定夾緊力的大小,方向和作用點。它必須通過綜合分析工件的結構特征、加工要求、工件的定位方案以及工件在加工過程中所受外力來確定。 1．確定夾緊力作用方向原則 夾緊力的作用方向不僅影響工件的加工精度，而且還影響工件夾緊的實際效果。0確定夾緊力方向應考慮以下三點：一是夾緊力的作用方向不應破壞工件的即定位置；二是夾緊力的作用方向應使夾緊力盡可能最小。 本夾具作用方向為向下。 2．確定夾緊力作用點的原則 夾緊力作用點是夾緊元件與工件接觸點處的面積。確定夾緊力作用點是指夾緊力方向已經(jīng)確定后，來確定作用點的位置、數(shù)目及面積。 本夾具的作用點為兩個點。 3．夾緊力大小的確定 夾緊力的大小關系到夾具使用的可靠性、安全性及工件的變形量。夾緊力過小加工過程中工件位置將發(fā)生變動，夾緊力過大將使將使工件產(chǎn)生變形。因此也不能過大。 一套夾具的實際所需夾緊力的計算是一個很復雜的問題，為了簡化計算，一般只考慮切削力對夾緊力的影響，并假定工藝系統(tǒng)是剛性的，切削過程是連續(xù)穩(wěn)定的。 根據(jù)靜力平衡原理計算出理論夾緊力W，在乘上安全系數(shù) K即的實際夾緊力數(shù)值。 3.2.3 切削力及夾緊力的計算。 通過刀具對零件加工的受力分析，可得到刀具的切削力，可分為圓周切削力 根據(jù)<<機床夾具設計手冊>>表1-2-3 可得 （3-1） （3-2） （3-3） 其某點受力分析圖為 圖3—1（受力圖） 其式中f-每分鐘進給量 t-切削深度 v-切削速度 （3-4） 根據(jù)<<機床夾具設計手冊>>1-2-4 1-2-5 1-2-6得 3.2.4粗鏜時的切削力 = =984.2(N) = =663.0(N) = =800.0(N) 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)以簡化計算，然后根據(jù)工件受切削力，夾緊力后處于靜力平靜條件 計算出理論夾緊力，再剩以安全系數(shù)K，作為實際需要夾緊力。安全系數(shù)K可按以下計算：K= 其中 根據(jù)<<機床夾具設計手冊>>表1-2-12 查得 f=0.6 （3-5） （3-6） （3-7） 3.2.5 定位誤差的分析與計算 由于工件定位所造成的加工面相對其工序基準的位置誤差簡稱為定位誤差。以表示，在加工時夾具相對刀具及切削成形運動的位置經(jīng)調定后不再變動，因此可認為加工面的位置是固定的（實際上由于在加工一批工件過程中多次重調刀，以及工藝系統(tǒng)變形等影響，加工面的位置會有變化，這在加工過程誤差中以考慮。）在這種情況下，加工面對其工序基準的位置誤差必然是工序基準的位置變動所引起的。所以定位誤差也就是工件定位時工序基準沿加工要求方向上的變動量造成定位誤差的原因，如前所述一個是前節(jié)討論的基準位置誤差；另一個是基準不重合誤差。通過對零件的分析可得出零件的定位是一面兩孔來實現(xiàn)的，其結構簡圖如下： 圖3—2（定位簡圖） 選用的的固定定位圓柱銷限制兩個自由度與零件孔的配合?15 第二個孔里裝的是削邊銷限制一個自由度與孔配合 （3-8） （3-9） （3-10） （3-11） 其中：——第一定位孔與圓柱定位銷間的最小間隙： ——第二定位孔與削邊銷間的最小間隙 3.2.6 氣缸的設計與計算 3.2.6.1 活塞式氣缸 1 氣缸內(nèi)徑與輸出軸向力計算根據(jù)<<機床夾具設計手冊>>表1-5-58 確定我所設計的氣缸類型為單向作用氣缸。 表中： p——氣缸工作壓力； ——氣缸的機械效率，D0.1m時，=0.8~0.9； D〈0.1m時，=0.65~0.8； d——活塞桿直徑（m）; R——彈簧阻力（N），R=C（L+S）； L——彈簧預壓縮量（cm）; S——活塞行程； C——彈簧剛度（可取C=1.76~3.43）； ——彈簧鋼絲直徑；——氣缸內(nèi)徑； 氣缸簡圖： 圖3—3氣缸簡圖 （3-12） R=C（L+S） C=2.5 L=1.5cm s=5.2cm 則 R=20.5 設各鉸鏈的效率為0.98 氣缸效率 0.88 通過夾緊力預算推力為P'= （3-13） 根據(jù)<<機床夾具設計手冊>>表選用p=0.5Mpa P=12321 帶入上面的公式 2 計算D值時，活塞桿直徑d上為預定 則 d=（）D 則 d=38mm 。 彈簧的確定：查〈〈機械設計手冊〉〉表25-10（GB2089-80） 彈簧材料直徑為6，中徑50mm 節(jié)距=16.5 一圈彈簧工作極限負荷下的變形量 f`=9.4 最大 自由高度 H=52~260 有效圈數(shù)n=2.5~14.5 單圈彈簧質量 0.0314kg (2) 活塞桿的直徑與長度的確定及驗算 根據(jù)<<機床夾具設計手冊>>表1-5-30。 參數(shù) 活塞桿直徑 活塞桿長度 內(nèi) 確定 d=（）D 按結構需要 驗 時 容 算 ，即d 選用桿的材料為20鋼 d=0.038 合理 選L=2 則合理 表中：P——活塞桿承受的軸向壓力 ——活塞桿材料的許用應力（Pa） E——活塞桿材料的彈性模量 A——活塞桿的橫截面積； m——與氣缸安裝方式有關的安裝系數(shù)，見表 1-5-31； n——安全系數(shù)，一般取n=2~4,有沖擊時取n=6~10; ——承受壓力時，活塞桿的最大安全長度。值可用公式算得，幾可從表1-5-32查出 （1） 氣缸筒壁厚的確定與驗算 由于設計為專用氣缸設計，其壁厚可按表1-5-33選取，D=190 t=14 (鑄鐵HT15~33) 必要時按下式進行強度計算： （3-14） 合理的 式中： t——氣缸筒壁厚（mm）; p——最高工作壓力（Pa）; D——氣缸筒直徑（mm）; ——氣缸筒材料的許用應力（Pa）,見表1-5-34。 （2） 連接螺栓直徑的確定與驗算 先根據(jù)螺栓材料與載荷，按表1-5-35初定螺栓直徑d，在按螺栓直徑d， 再按下式計算；　（3-15） 　合理　　 （3-16） 　故　n?。贰　。停傅模奉w 式中　?。痢獨飧椎挠行Ы孛婷娣e（）; p——氣缸的工作壓力（Ｐa）; 　　　——螺栓材料的抗拉強度（Ｐa）; x——許用應力與抗拉強度之比，取　x=; n——螺栓數(shù)目； 3.2.6.2 氣缸的密封 氣缸中需要密封的有以下各對零件之間：氣缸筒與氣缸蓋，活塞與活塞桿，氣缸筒與活塞.活塞桿與氣缸蓋。常用的密封形式見根據(jù)<<機床夾具設計手冊>>表１-５-２２　。 在動密封中，Ｙ型密封圈和Ｏ型密封圈應用最為廣泛。因為Ｙ型密封圈的滑動接觸面長度適中，摩擦阻力不大，密封性能好；采用Ｏ形密封圈時。結構簡單，摩擦阻力最小。由于接觸面積小回降低密封性能，必要時適當增加密封圈數(shù)量以提高密封圈性能　所以選擇Ｏ型 3.3夾緊裝置的組成及設計要求 夾緊工件的方式是多種多樣的，因而夾緊裝置的結構也是千變?nèi)f化的。夾緊裝置一般分為簡單夾緊裝置與復合夾緊裝置兩類。夾緊裝置一般由以下三大部分組成： 3.3.1動力源 在夾具中產(chǎn)生原始作用力的機構稱為動力源。有手動與機動兩類，采用機動夾緊的動力源，是為了減少輔助時間，減輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)率。本夾具采用機動氣壓夾緊的動力源。 3.3.2中間傳力機構 它是將動力源產(chǎn)生的原始作用力傳遞給夾緊元件的機構稱為傳力機構。有螺旋機構、鉸鏈機構、偏心機構等。本夾具采用螺旋機構。 3.3.3夾緊元件 夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。它通過與工件被夾表面直接接觸來實現(xiàn)夾緊的功能，如壓板、壓頭等。本夾具采用鉤形壓板。如圖3-4所示 圖3-4（加緊圖） 3.4鏜模導向裝置的設計 采用鏜模鏜孔，孔的位置尺寸精度除了采用剛性主軸加工外都是依靠鏜模導向來保證的，而不決定于機床成形運動的精度。鏜模導向裝置的布置，結構和制造精度是保證鏜模精度的關鍵。 3.4.1導向支架的布置方式 單面后導向 向支架布置在刀具的后方，刀具與主軸剛性連接。加工＞D的長孔時，刀具導向部分直徑d應小于所加工的孔徑D。這是因為，此時鏜桿能進入孔內(nèi)，可以減少鏜桿的懸伸量和利于縮短鏜桿長度。 3.4.2鏜套的結構形式 固定式鏜套 它是固定在鏜模的導向支架上，不能隨鏜桿一起轉動。刀具或鏜桿在鏜套內(nèi)既有相對轉動又有相對移動。它具有外形尺寸小、結構簡單、中心位置準確的優(yōu)點。為了減少鏜套與鏜桿的磨損，一般帶有潤滑油孔，用油槍注油潤滑。 3.4.3鏜桿 1） 鏜桿導向部分 采用開有直槽和開有螺旋槽的導向。這種導向與導套接觸面積小，并有在溝槽中能存屑的優(yōu)點，采用上述導向結構時，切削速度不宜超過20米/分，因此采用這種導向結構的鏜桿直徑一般不大于60毫米。 2） 鏜桿直徑 確定鏜桿直徑時，在考慮到鏜桿剛度的同時，還要考慮到鏜桿和工件孔之間應留有足夠的容屑空間。鏜桿直徑一般選取 ， 在設計鏜桿時，鏜孔直徑D、鏜桿直徑d、鏜刀截面B×B之間一般按表考慮； 查書《機床夾具設計》P140表5-4，取D=52mm、d=40mm、B×B=12×12 3） 鏜桿材料及技術要求 鏜桿要求表面硬度而內(nèi)部有較好的韌性。因此鏜桿材料多采用45鋼。 鏜桿的導向部分的公差，粗加工采用db,精加工采用db1;鏜桿在500毫米長度內(nèi)彎曲小于0.0