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夾具夾緊力的優(yōu)化及對工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過最小化夾具設(shè)計優(yōu)化，夾緊力是一個重要的設(shè)計變量，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)化對工件定位精度的影響通過3-2-1式銑夾具的例子進行了分析。
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關(guān)鍵因素。要實現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過程中產(chǎn)生的移動。然而，過度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會影響它的位置精度，并反過來影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來減小由于彈性變形對工件的定位誤差，同時滿足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報道[參考文獻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算成本。同時，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對剛性模型[9-11]對夾緊力進行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問題是制定一個線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個定位點調(diào)整夾緊力強度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因為它較法線接觸力相對較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨特的三維夾具可以處理超過6個自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(dǎo)計算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過計算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，對于一個相對嚴(yán)格的工件，該夾具在機械加工工件的位置會受夾具點的局部彈性變形的強烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗的接觸力變形的關(guān)系（稱為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對設(shè)計參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對報告做了改善，然而，他們沒有處理計算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒有討論機械加工刀具路徑負(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)及其對工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒有在這些文件中提到 。
本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準(zhǔn)靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個問題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。
1． 夾具——工件聯(lián)系模型
1．1 模型假設(shè)
該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過程中保持不變，這個假設(shè)是有效的，在對液壓或氣動夾具使用。在實際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見圖1）第i夾具接觸力局部變形如下：
(1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線和法線方向的接觸剛度
第 19 頁 共 15 頁
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個
接觸處的坐標(biāo)系
（j=x，y，z）是對應(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
集中遵守一個球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因為接觸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一個球體彈性半空間的問題。對于這個問題， 是法線的變形，在[文獻23 第93頁]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23第217頁]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個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動過程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實現(xiàn)這個目標(biāo)是通過制定一個多目標(biāo)約束優(yōu)化問題的問題，如下描述。
2.1 目標(biāo)函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊輪換往往是相當(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，和三個正交組件（見圖2）。
圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn)
工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計算如下：
（6）
其中表示一個向量二級標(biāo)準(zhǔn)。
但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差。當(dāng)多個夾緊力作用于工件，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個夾緊點夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個文件中，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，接觸的摩擦力相對較小，并在進行分析時忽略了加緊力對工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計算得出（見圖3），工件剛體運動，歸于夾緊行動現(xiàn)在可以寫成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個目標(biāo)函數(shù)可以寫為：
最小化 （9）
要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過使用最低總能量互補參考文獻[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對接觸問題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過夾緊力的隨時調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補充的夾緊力優(yōu)化的第二個目標(biāo)函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（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接觸處的靜摩擦力約束。庫侖摩擦力的法律規(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械加工力和工件重量。
2.3界接觸力
由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線的接觸力只能被壓縮。這通過以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個法線的接觸壓力不能超過壓工件材料的屈服強度（）。這個約束可寫為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問題可以通過求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個約束對。該補充（）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。對為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動到一個穩(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，要確定一個合適的。在定位和夾緊點的接觸力的計算只考慮第一個目標(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“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過計算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測精度和，有參考文獻[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用
4． 加工過程中的夾緊力的優(yōu)化及測定
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，這大大增加了計算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿意和適宜的整個刀具軌跡 ，用保守的辦法來解決下面將被討論的問題，考慮一個有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個采樣點，考慮以下四個最壞加工負(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分別代替對應(yīng)的和另外兩個正交切削分力，而且有：
雖然4個最壞情況加工負(fù)荷向量不會在工件加工的同一時刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進給速度中，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，在這項工作中，四個載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時）對工件進行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對應(yīng)于每個采樣點計算最佳的夾緊力。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情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個相應(yīng)的夾具在第i個樣本點和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計算每個負(fù)載點之后的結(jié)果，一套簡單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過在所有負(fù)載情況和采樣點排序，并選擇夾緊點的最高值的最佳的夾緊力，見于式 （20）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會出現(xiàn)更多采樣點和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個確定的夾緊力，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價夾緊力的算法對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。工件剛體運動的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對于工件的質(zhì)量中心的第i個位置矢量定位點，坐標(biāo)變換定理可以用來表達在工件的位移，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)系和是一個旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為：
（22）
方程（21）現(xiàn)在可以改寫為： （23）
其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運動矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒有拉力的可能。因此，在第i裝夾點接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個接觸點由于夾緊和加工負(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個接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項研究中假定液壓/氣動夾具，根據(jù)對外加工負(fù)荷，故在法線方向的夾緊力的強度保持不變，因此，必須對方程（24）的夾緊點進行修改為：
（25）
其中是在第i個夾緊點的夾緊力，讓表示一個對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，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6），
現(xiàn)在可以計算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來確定最佳夾緊力及其對兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點力。
2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列
如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標(biāo)系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開發(fā)EMSIM程序[參考文獻26] 對加工瞬時銑削力條件進行了計算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時加工力，圖4中表3和表4列出了初級夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個25.4毫米銑槽使用EMSIM進行了數(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（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體，
（見圖8）。模擬計算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過程模擬例如2。
表6中5個坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點。最佳夾緊力是用前面討論過的排序算法計算每個采樣點和負(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
對于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過減少工件的夾具系統(tǒng)補充能量算法獲得。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，加工點減少錯誤從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，因為從最初通過互補勢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)載一個序列。最佳的夾緊力，，對應(yīng)列表6每個樣本點，隨著最后的最佳夾緊力，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個夾緊點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)。故是一個完整的刀具路徑改進方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對于初始夾緊力的強度，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，制定一個雙目標(biāo)約束優(yōu)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。
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機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)
§1 課程設(shè)計的目的、要求和內(nèi)容
一、課程設(shè)計的目的與要求
機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是在學(xué)完了該門課程，并進行了生產(chǎn)實習(xí)的基礎(chǔ)上進行的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。它要求學(xué)生全面地綜合運用本課程及其有關(guān)先修課程的理論和實踐知識，進行零件加工工藝規(guī)程的設(shè)計，機床夾具設(shè)計（或選型），刀具、量具的正確運用。其目的如下：
1、培養(yǎng)學(xué)生運用機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程基本理論、實踐知識及有關(guān)課程（機械制圖、金屬材料及成型工藝、機械設(shè)計、公差與技術(shù)測量等）知識，結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)中遇到的具體加工問題，初步掌握設(shè)計一個中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程方法，機床夾具設(shè)計（或選題），刀具、量具的正確運用方法。
2、培養(yǎng)學(xué)生獨立地分析和解決工程實踐問題的能力。
3、培養(yǎng)學(xué)生熟悉并運用手冊、規(guī)范及圖表資料編寫技術(shù)文件的基本技能。
4、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。
課程設(shè)計的要求：
由于學(xué)生專業(yè)的不同，課程設(shè)計的時間和任務(wù)也不同，有用時兩周（A）和一周（B）之分，我們用A、B加以區(qū)分，書中全部內(nèi)容適用于A。
A：編制一個中等復(fù)雜程度零件的機械加工工藝規(guī)程，按教師的指定設(shè)計其中一道工序的專用夾具。
B：設(shè)計一個中等復(fù)雜程度零件的機械加工工藝規(guī)程。
學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，認(rèn)真，有計劃地按時完成設(shè)計任務(wù)。學(xué)生必須以負(fù)責(zé)的態(tài)度對待自已所做的技術(shù)決定以及得出的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果，注意理論與實踐的結(jié)合，以期使整個設(shè)計在技術(shù)上是先進的，在經(jīng)濟上是合理的，在生產(chǎn)中是可行的。
機械制造成技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計題目制訂如下：
設(shè)計——零件的機械加工工藝規(guī)程及——工序?qū)Ｓ脢A具。
生產(chǎn)類型：中批或大批生產(chǎn)。
課程設(shè)計的具體要求如下：
（1）零件圖：1張。
（2）機械加工工藝過程卡片：1份。
（3）機械加工工序卡片：4～5張。
（4）機械加工工藝裝備設(shè)計任務(wù)書：1份（A）。
（5）機床夾具裝配總圖：1張（A）。
（6）夾具主要零件圖（包括夾具體）：若干張（A）。
（7）課程設(shè)計說明書：1份。
二、課程設(shè)計內(nèi)容
本次設(shè)計要求編制一個中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程，設(shè)計（或選型）其中重要工序（或難加工序）的夾具，撰寫說明書。（5000字）
具體內(nèi)容如下：
（1）確定生產(chǎn)類型，對零件進行工藝分析；
（2）確定毛坯種類及制造方法，繪制毛坯圖（零件一毛坯圖）；
（3）擬定零件的機械加工工藝過程，選擇各工序加工設(shè)備工藝裝備，（刀具、夾具、量具和輔具）；
（4）確定工序尺寸及公差，各工序切削用量，計算某一代表工序的工時定額，畫出工序簡圖；
（5）填寫工藝文件，包括工藝過程卡片（或工藝卡片）、工序卡片（可只填寫部分主要工序卡片）；
（6）設(shè)計某一工序的夾具，繪制夾具裝配圖和主要零件圖1～2張；
（7）撰寫設(shè)計說明書。
§2 課程設(shè)計方法和步驟
一、課程設(shè)計方法和步驟
1、明確任務(wù)，掌握被加工件的特點和生產(chǎn)情況，收集研究資料。
（1）熟悉研究零件圖。
（2）深入研究零件的工藝結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求。
（3）明確生產(chǎn)綱領(lǐng)。
（4）收集類似零件機加工工藝及其夾具的有關(guān)資料。
2、擬訂機械加工工藝過程。
（1）確定毛坯種類及制造方法。
（2）初擬定各加工表面的工藝路線。擬定該加工表面需要經(jīng)過哪些工藝過程，在同一加工方法中還要確定的是粗加工、半精加工和精加工的各個過程。
（3）選擇定位基準(zhǔn)時要根據(jù)粗、精基準(zhǔn)選擇原則來進行。當(dāng)定位基準(zhǔn)不重合時，需要對它的工序尺寸和定位誤差進行必要的分析計算。
（4）選擇機床夾具、刀具和輔具。在選擇機床時，既要保證加工質(zhì)量，又要經(jīng)濟合理。在成批生產(chǎn)條件下，一般都是采用通用機床和專用工、夾具。選用刀具應(yīng)根據(jù)手冊和樣本，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的刀、量具。
（5）確定加工余量和工序尺寸及公差，繪制毛坯圖。確定加工余量有3種方法：計算法、經(jīng)驗法和查表法。常用的是查表法。
（6）確定切削用量。確定各工序的切削用量可采用查表法。并對指定的工序進行驗算功率和切削力或扭矩。
（7）確定和計算時間定額。根據(jù)教師指定的工序進行時間定額的計算（盡量按不同加工方法分散），主要確定工序的機加工時間，適當(dāng)包括某些工序的輔助時間、技術(shù)服務(wù)時間、自然需要時間及每批零件的準(zhǔn)備終結(jié)時間等。
（8）完成機械加工的工藝過程卡及工序卡片等。工序圖只畫出工件輪廓形狀及該工序有關(guān)的部分，定位、夾緊按規(guī)定符號標(biāo)明，加工表面用粗線劃出，并標(biāo)出工序尺寸、公差及表面粗糙度，注明技術(shù)要求。
（9）擬訂工藝裝備設(shè)計任務(wù)。根據(jù)教師指定的工序，擬定專用工藝裝備設(shè)計任務(wù)書。
3、擬定夾具設(shè)計方案，繪制結(jié)構(gòu)圖（可采用開目CAD與CAPP中的圖庫圖樣）。
（1）定位方案設(shè)計。
（2）夾緊方案設(shè)計。
（3）確定夾具其他組成部分結(jié)構(gòu)形式。
（4）繪制夾具結(jié)構(gòu)圖（草圖）。
（5）繪制夾具裝配總圖及部分零件圖。
二、課程設(shè)計說明書
學(xué)生在完成課程設(shè)計的各項工作之后，應(yīng)將所做過的工作進行一次說明和總結(jié)，即編寫課程設(shè)計說明書。
學(xué)生要通過編寫說明書，概括地介紹課程設(shè)計的全貌，全面敘述設(shè)計中各部分的重要內(nèi)容；要論證設(shè)計的合理性，應(yīng)對自已提出的幾個方案進行比較論證；對各主要計算環(huán)節(jié)要仔細(xì)寫明。
對數(shù)據(jù)和公式的來源要予注明，以便別人審查核對，正文中應(yīng)按順序在引用參考文獻處的文字右上角用［］標(biāo)明，［］中的序號應(yīng)與“參考文獻”中序號一致，正文之后則應(yīng)刊出參考文獻。
說明書的編寫應(yīng)力求系統(tǒng)性，條理清楚，應(yīng)有必要的簡圖和表格，使A4紙用計算機打印出來，并要裝訂成冊。
說明書包括如下內(nèi)容：
1、封面。
2、任務(wù)書。
3、內(nèi)容摘要及關(guān)鍵詞。
4、工藝規(guī)程的設(shè)計。
（1）原始資料、生產(chǎn)條件。
（2）零件的功用、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)工藝性，主要加工表面和主要技術(shù)要求的分析。
（3）確定生產(chǎn)類型。
（4）毛坯的選擇與毛坯圖的繪制及說明。
（5）制訂工藝路線（粗、精基準(zhǔn)的選擇的說明，各表面加工方法的確定，加工階
段的劃分，工序集中與工序分散的考慮，工序順序的安排，加工設(shè)備與工藝裝備的選擇，不同方案分析比較）等。
（6）加工余量、工序尺寸和公差的確定。
（7）切削用量的確定及工時定額的計算。
5、工藝規(guī)程文件（機械加工的工藝過程卡及工序卡片）。
6、專用夾具設(shè)計
?。?）對于專用工裝設(shè)計分析和提出設(shè)計任務(wù)書。
（2）專用夾具的設(shè)計。
2 夾具的功用。
2 不同設(shè)計方案分析比較和確定設(shè)計方案。
2 定位分析與定位誤差計算。
2 夾具工作原理或動作原理、結(jié)構(gòu)示意圖。
2 夾緊力計算與強度校核。
2 夾具使用說明、特點及有待改進處。
7、參考文獻書目。
8、附件目錄（將正規(guī)打印的零件圖、毛坯圖、機械加工工藝過程卡及工序卡、專用夾具裝配圖、零件圖按附件目錄裝訂成冊）。
9、結(jié)語。
三、課程設(shè)計成績評定
設(shè)計完成后由指導(dǎo)教師對學(xué)生的課程設(shè)計成績進行評定。由學(xué)生闡述自已完成的設(shè)計，然后由老師提問，學(xué)生回答，根據(jù)平時學(xué)生的設(shè)計情況，完成的內(nèi)容，對課題的工藝分析深入程度，工藝文件圖的數(shù)量和圖面的質(zhì)量，獨立工作能力及答辯表現(xiàn)進行綜合衡量，給出課程設(shè)計成績。
四、課程設(shè)計進度安排
課程設(shè)計進度表如下：
序號
內(nèi)容
所用時間
1
明確任務(wù)，分析零件圖。
2013.10.228
2
零件的工藝分析，制訂工藝路線，繪制毛坯圖及工藝過程卡片。
1.5天
3
余量、切削用量、工序尺寸、機加工時等的計算和查表，填寫工序卡片。
3天
4
編寫工裝設(shè)計任務(wù)書。
1天
合計
6天
5
擬定夾具方案，繪制原理圖及草圖
1.5天
6
繪制夾具總圖及零件圖
4天
7
編寫課程設(shè)計說明書
2天
8
課硌一高計答辯
1天
合計
15天
5
機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
零件圖號
共 6 頁
產(chǎn)品名稱
等臂杠桿
零件名稱
等臂杠桿
第 1 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
第1步
毛坯準(zhǔn)備
HT200
毛坯種類
毛坯外型尺寸
每坯件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號
設(shè)備編號
同時加工件數(shù)
1
夾具編號
夾具名稱
切削液
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時
準(zhǔn)終
單件
工步號
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速
(r/min)
切削速度
(m/min)
進給量
(mm/r)
背吃刀量
(mm)
進給
次數(shù)
工時定額
機動
輔助
1
鑄造毛坯
2
時效熱處理
3
涂底漆
機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
零件圖號
共 6 頁
產(chǎn)品名稱
等臂杠桿
零件名稱
等臂杠桿
第 2 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
金工
第2步
粗銑精銑φ40上下端面和寬度為30的平臺面
HT200
毛坯種類
毛坯外型尺寸
每坯件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號
設(shè)備編號
同時加工件數(shù)
XA6132萬能立式升降銑床
1
夾具編號
夾具名稱
切削液
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時
準(zhǔn)終
單件
工步號
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速
(r/min)
切削速度
(m/min)
進給量
(mm/z)
背吃刀量
(mm)
進給
次數(shù)
工時定額
機動
輔助
1
粗銑φ40上端面和寬度為30的平臺面
高速鋼圓柱立銑刀Ф50、專用量具
95
15
0.25
3
1
0.66min
2
精銑φ40上端面和寬度為30的平臺面
高速鋼圓柱立銑刀Ф50、專用量具
166
26
0.03
1
1
1.31min
3
粗銑φ40下端面
高速鋼圓柱立銑刀Ф50、專用量具
95
15
0.25
3
1
0.29min
4
精銑φ40下端面
高速鋼圓柱立銑刀Ф50、專用量具
166
26
0.03
1
1
0.91min
機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
零件圖號
共 6 頁
產(chǎn)品名稱
等臂杠桿
零件名稱
等臂杠桿
第 3 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
金工
第3步
粗精銑φ30凸臺面
HT200
毛坯種類
毛坯外型尺寸
每坯件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
1
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號
設(shè)備編號
同時加工件數(shù)
XA6132萬能立式升降銑床
1
夾具編號
夾具名稱
切削液
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時
準(zhǔn)終
單件
工步號
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速
(r/min)
切削速度
(m/min)
進給量
(mm/r)
背吃刀量
(mm)
進給
次數(shù)
工時定額
機動
輔助
1
粗銑φ30凸臺面
高速鋼圓柱立銑刀Ф50、專用量具
95
15
0.25
3
1
0.66min
2
精銑φ30凸臺面
高速鋼圓柱立銑刀Ф50、專用量具
166
26
0.03
1
1
1.14min
機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
零件圖號
共 6 頁
產(chǎn)品名稱
等臂杠桿
零件名稱
等臂杠桿
第 4 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
金工
第4步
鉆、擴、粗鉸、精鉸Φ25H9mm孔
HT200
毛坯種類
毛坯外型尺寸
每坯件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號
設(shè)備編號
同時加工件數(shù)
立式鉆床Z550型
1
夾具編號
夾具名稱
切削液
鉆床夾具
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時
準(zhǔn)終
單件
工步號
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速
(r/min)
切削速度
(m/min)
進給量
(mm/r)
背吃刀量
(mm)
進給
次數(shù)
工時定額
機動
輔助
1
鉆Φ25H9mm孔
立式鉆床Z550型、卡規(guī)、專用量具
250
18
0.4
23.0
1
0.64min
2
擴Φ25H9mm孔
立式鉆床Z518型、卡規(guī)、專用量具
47
3.66
1.2
1.80
1
1.06min
3
鉸Φ25H9mm孔
立式鉆床Z518型、卡規(guī)、專用量具
47
3.806
1.0
0.14
1
1.48min
機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
零件圖號
共 6 頁
產(chǎn)品名稱
等臂杠桿
零件名稱
等臂杠桿
第 5 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
金工
第5步
鉆、粗鉸、精鉸2×Φ8（H7）mm孔
HT200
毛坯種類
毛坯外型尺寸
每坯件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號
設(shè)備編號
同時加工件數(shù)
立式鉆床Z518型
1
夾具編號
夾具名稱
切削液
翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時
準(zhǔn)終
單件
工步號
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速
(r/min)
切削速度
(m/min)
進給量
(mm/r)
背吃刀量
(mm)
進給
次數(shù)
工時定額
機動
輔助
1
鉆2×Φ8（H7）孔
立式鉆床Z518型、卡規(guī)、專用量具
1000
22
0.3
7.80
1
0.54min
2
鉸2×Φ8（H7）孔
立式鉆床Z518型、卡規(guī)、專用量具
450
11
0.3
0.16
1
0.2min
機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
零件圖號
共 6 頁
產(chǎn)品名稱
等臂杠桿
零件名稱
等臂杠桿
第 6 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
金工
第6步
鉆、粗鉸、精鉸Φ10（H7）mm孔
HT200
毛坯種類
毛坯外型尺寸
每坯件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號
設(shè)備編號
同時加工件數(shù)
立式鉆床Z518型
1
夾具編號
夾具名稱
切削液
鉆床夾具
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時
準(zhǔn)終
單件
工步號
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速
(r/min)
切削速度
(m/min)
進給量
(mm/r)
背吃刀量
(mm)
進給
次數(shù)
工時定額
機動
輔助
1
鉆Φ10（H7）mm孔
立式鉆床Z518型、卡規(guī)、專用量具
1000
30
0.3
9.80
1
0.64min
2
粗鉸Φ10（H7）mm孔
立式鉆床Z518型、卡規(guī)、專用量具
450
14.07
0.3
0.16
1
1.48min