0075-工藝夾具-尾座體加工工藝
0075-工藝夾具-尾座體加工工藝,工藝,夾具,尾座體,加工
學(xué)位論文
附錄二 ：中文翻譯
通過夾具布局設(shè)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(jī)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(biāo)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(yīng)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(jié)果被求得， 這是遠(yuǎn)優(yōu)于經(jīng)驗(yàn)之一的。多目標(biāo)模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。
關(guān)鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法
1 引言
夾具設(shè)計在制造工程中是一項(xiàng)重要的程序。這對于加工精度是至關(guān)重要。一個工件應(yīng)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(yīng)該從戰(zhàn)略的設(shè)計，并且適當(dāng)?shù)膴A緊力應(yīng)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(jìn)行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設(shè)計師的經(jīng)驗(yàn)，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(shè)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(yīng)適當(dāng)?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(shè)計的目的是要找到夾具元件關(guān)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(biāo)優(yōu)化方法是代表了夾具布局設(shè)計和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個觀點(diǎn)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(dá)且直接的搜索工具箱，并且被應(yīng)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(yīng)用。
2 文獻(xiàn)回顧
隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運(yùn)用，近幾年夾具設(shè)計優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設(shè)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(shè)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(jìn)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(zhì)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(luò)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(guān)于多鉗夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關(guān)于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認(rèn)為工件在加工過程中處于動態(tài)。相結(jié)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(jìn)行夾具設(shè)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(jìn)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(shè)計的問題是非線性的，因?yàn)槟繕?biāo)的功能和設(shè)計變量之間沒有直接分析的關(guān)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(shù)。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(yīng)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(biāo)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(diào)查的方法和結(jié)果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質(zhì)的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個夾具布局優(yōu)化技術(shù)，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(diǎn)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(rèn)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(xué)習(xí)系統(tǒng)用來非線性有限元分析與支持相結(jié)合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(luò)結(jié)合起來發(fā)展夾具設(shè)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(jìn)去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認(rèn)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(diǎn)數(shù)目作為設(shè)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(jìn)行。 有幾項(xiàng)研究摩擦和碎片考慮進(jìn)去了。
碎片的移動和摩擦接觸的影響對于實(shí)現(xiàn)更為現(xiàn)實(shí)和準(zhǔn)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(shí)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(dá)到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標(biāo)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(jié)果多目標(biāo)優(yōu)化模型對低剛度工件而言是比較單一的目標(biāo)優(yōu)化方法、經(jīng)驗(yàn)和方法。
3 多目標(biāo)優(yōu)化模型夾具設(shè)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(yīng)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(diǎn)。夾具元件-工件接觸點(diǎn)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(fù)荷步驟，優(yōu)化問題可以在數(shù)學(xué)上仿照如下：
這里的△表示加工區(qū)域在加工當(dāng)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(diǎn)；
μ是靜態(tài)摩擦系數(shù)；
fhi是切向力在i次的接觸點(diǎn)；
pos(i)是i次的接觸點(diǎn)；
是可選區(qū)域的i次接觸點(diǎn)；
整體過程如圖1所示，一要設(shè)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(shè)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(qiáng)勁，隨機(jī)和啟發(fā)式的優(yōu)化方法。基本思路背后的遺傳算法是模擬“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(diào)整，以適應(yīng)特定的問題。遺傳算法，然后進(jìn)行復(fù)制，交叉和變異過程消除不適宜的個人和人口的演進(jìn)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(shè)計時需夾具布局和夾緊力作為設(shè)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(shè)計計劃。在這項(xiàng)研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運(yùn)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(dāng)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(dá)到一個預(yù)先定義的價值ncmax ，或有多少幾代氮，到達(dá)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(shè)計字符串，當(dāng)受到加工負(fù)荷時不完全限制夾具。這些解決方案被認(rèn)為是不可行的，且被罰的方法是用來驅(qū)動遺傳算法，以實(shí)現(xiàn)一個可行的解決辦法。1夾具設(shè)計的計劃被認(rèn)為是不可行的或無約束，如果反應(yīng)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(biāo)函數(shù)值時不可行的。因此，驅(qū)動它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對于約束（4），當(dāng)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(diǎn)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(yīng)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(diǎn)所包圍。
圖3 連續(xù)插值
這系列節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)相關(guān)聯(lián)。對任何一套節(jié)點(diǎn)，彈簧常數(shù)是：
這里，
kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點(diǎn)周圍i次夾具元件，
Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點(diǎn)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(diǎn)數(shù)量
為每個加工負(fù)荷的一步，適當(dāng)?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(diǎn)。整個刀具路徑是模擬為每個夾具設(shè)計計劃所產(chǎn)生的遺傳算法應(yīng)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(jìn)去。在機(jī)床改變幾何數(shù)值過程中，材料被去除，工件的結(jié)構(gòu)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(diǎn)的工具運(yùn)動和碎片移除使用的元素死亡技術(shù)。在為了計算健身價值，對于給定夾具設(shè)計方案，位移存儲為每個負(fù)載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設(shè)計計劃的健身價值。
遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動實(shí)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(dāng)前夾具設(shè)計計劃的一個文本文件。
當(dāng)有大量的節(jié)點(diǎn)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(xiàng)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(shè)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(fù)“恢復(fù)”ANSYS 命令。
5 案例研究
一個關(guān)于低剛度工件的銑削夾具設(shè)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(diǎn)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(yīng)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(yùn)作
舉例將工件進(jìn)行周邊銑削，加工參數(shù)在表2中給出?；谶@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(yīng)用，當(dāng)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(shè)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(shè)計中常用的。夾具底板限制三個自由度，在側(cè)邊控制兩個自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個定點(diǎn)（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(diǎn)的坐標(biāo)范圍。
表3 設(shè)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(shè)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(guān)于f1和σ的懲罰函數(shù)是
這里fv可以被F1或σ代表。當(dāng)nchg達(dá)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(jié)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(yīng)功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設(shè)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(biāo)優(yōu)化模型的結(jié)果 表5 各種夾具設(shè)計方案結(jié)果進(jìn)行比較，
5.6 結(jié)果的比較
從單一目標(biāo)優(yōu)化和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計中得到的夾具設(shè)計的設(shè)計變量和目標(biāo)函數(shù)值，如表5所示。單一目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計相比較，單一目標(biāo)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(qiáng)了60.4 ％。最高夾緊力的值也減少了49.4 ％ 。從多目標(biāo)優(yōu)化方法和單目標(biāo)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(biāo)優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻。
與結(jié)果比較，我們確信運(yùn)用最佳定位點(diǎn)分布和最優(yōu)夾緊力來減少工件的變形。圖10示出了一實(shí)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(shí)例
6 結(jié)論
本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設(shè)計和夾緊力的優(yōu)化程序設(shè)計。優(yōu)化程序是多目標(biāo)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(shè)計優(yōu)化的問題，GA和有限元分析的結(jié)合被證明是一種很有用的方法。
在這項(xiàng)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(shè)計方法是單一目標(biāo)優(yōu)化方法或經(jīng)驗(yàn)。此研究結(jié)果表明，多目標(biāo)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。
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62
工藝清單
日期
2007.5.20
零件
零件名稱
零件編號
零件圖圖號
毛坯種類
材料
加工件數(shù)
尾座體
無
無
鑄件
無
1
工序
序號
工序名稱
機(jī)床型號
刀具號
刀具參數(shù)
工時
總工時
1
1-鉆孔
fanuc
1
刀具直徑=10.00
刀角半徑=120.00
刀刃長度=50.000
1分鐘
1分鐘
2
2-锪孔
0
刀具直徑=14.00
刀角半徑=120.00
刀刃長度=70.000
0分鐘
工藝數(shù)據(jù)與人員
加工參數(shù)文件
G代碼文件
設(shè)計
工藝制定
審核
無
無
無
(030.cut,2007.5.20,11:49:2.265)
N10G90G54G00Z40.000
N12S500M03
N14M05
N16S500M03
N18M05
N20M30
1：鉆孔刀具軌跡 所屬層：主圖層
刀具：D10(1) 刀具半徑 = 5.000 刀角半徑 = 120.000
主軸轉(zhuǎn)速 = 500.000 鉆孔速度 = 100.000
起止高度 = 40.000 安全高度 = 30.000
下刀余量 = 0.500
鉆孔模式： 鉆孔深度 = 32.000 下刀增量 = 1.000 暫停時間 = 1.000 鉆孔位置定義方式：輸入點(diǎn)位置
加工時間 = 0.97 分鐘
2：锪孔刀具軌跡 所屬層：主圖層
刀具：d14(0) 刀具半徑 = 7.000 刀角半徑 = 120.000
主軸轉(zhuǎn)速 = 500.000 鉆孔速度 = 100.000
起止高度 = 40.000 安全高度 = 30.000
下刀余量 = 0.500
鉆孔模式： 鉆孔深度 = 2.000 下刀增量 = 1.000 暫停時間 = 1.000 鉆孔位置定義方式：輸入點(diǎn)位置
加工時間 = 0.37 分鐘
四川理工學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
C6140
零（部）件圖號
３
設(shè)計者：何友亮
產(chǎn)品名稱
車床
零（部）件名稱
尾座體
共（1）頁
第（1）頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
機(jī)加工
10
鉆、擴(kuò)φ14和φ26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)
鑄 件
90x129mmx169.5mm
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
Z535
1
夾具編號
夾具名稱
切削液
鉆模
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（含：刀具、量具、專用工具）
主軸轉(zhuǎn)速
r/min
切削速度
m/min
進(jìn)給量
mm/r
切削深度
mm
進(jìn)給次數(shù)
工 步 工 時
機(jī)動
輔助
1
鉆φ14孔成
麻花鉆，游標(biāo)卡尺，專用夾具
100
3.95
0.56
32
1
1.4
2
锪φ26孔成
擴(kuò)孔鉆，游標(biāo)卡尺，專用夾具
100
8.16
0.32
1
1
0.44
機(jī)械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
C6140
零件圖號
產(chǎn)品名稱
車床
零件名稱
尾座體
共
1
頁
第
1
頁
材 料 牌 號
HT200
毛 坯 種 類
鑄件
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
1
每 臺 件 數(shù)
1
備 注
工
序
號
工 名
序 稱
工 序 內(nèi) 容
車
間
工
段
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工 時
準(zhǔn)終
單件
1
鑄造
鑄造
鑄模
2
人工時效
熱處理
熱處理爐
3
粗銑
粗銑底面
機(jī)加工
X63W
圓柱銑刀，游標(biāo)卡尺，專用夾具
4
粗銑
粗銑導(dǎo)軌
機(jī)加工
X52k
單角銑刀，游標(biāo)卡尺，專用夾具
5
粗銑
粗銑頂部側(cè)面成
機(jī)加工
X63W
圓柱銑刀，游標(biāo)卡尺，專用夾具
6
鉆孔
鉆φ17孔φ15
機(jī)加工
Z535
麻花鉆，游標(biāo)卡尺，專用夾具
7
精銑
精銑底面、導(dǎo)軌留0.1研磨量
機(jī)加工
X63W、x52k
圓柱銑刀，單角銑刀游標(biāo)卡尺，專用夾具
8
擴(kuò)、鉸孔
擴(kuò)、鉸φ17孔，留0.1研磨量
機(jī)加工
Z535
擴(kuò)孔鉆，鉸刀，游標(biāo)卡尺，專用夾具
9
銑
銑φ40凸臺斜面成
機(jī)加工
X63W
圓柱銑刀，游標(biāo)卡尺，專用夾具
10
鉆、锪孔
鉆、擴(kuò)φ14和φ26孔成
機(jī)加工
Z535
麻花鉆，锪孔鉆，游標(biāo)卡尺，專用夾具
11
鉆、攻
鉆、攻M6螺紋孔成
機(jī)加工
Z535
麻花鉆，絲錐，游標(biāo)卡尺，專用夾具
12
銑
銑2×2槽
機(jī)加工
X63W
圓柱銑刀，游標(biāo)卡尺，專用夾具
13
研磨
研磨φ17孔
機(jī)加工
M2110A
14
刮削
刮削底面﹑導(dǎo)軌
機(jī)加工
15
去毛刺
16
檢
檢驗(yàn)入庫
設(shè) 計（日 期）
校 對（日期）
審 核（日期）
標(biāo)準(zhǔn)化（日期）
會 簽（日期）
07.05.20
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
摘 要
畢業(yè)設(shè)計是總結(jié)和復(fù)習(xí)所學(xué)專業(yè)知識的重要手段,也是對學(xué)習(xí)成果的考驗(yàn)。設(shè)計的內(nèi)容主要針對尾座體從材料到成品的整個過程。內(nèi)容有確定毛坯的尺寸和制造方法;制定機(jī)械加工工藝過程;鉆、擴(kuò)腰孔的夾具設(shè)計。
關(guān)鍵詞：尾座體、夾具、加工工藝、零件、鉆孔
I
Abstract
Graduation practice is the means what sum up and review learns a professional knowledge importance , is also the ordeal to the achievement studying The content designing that this time arrives at entire finished
product process mainly specifically for the tail seat body from material.
Content has ascertaining the blank dimension and creating method; Work
out machine work procedure; Study middle hole grip design intensively ,
expand.
Keywords: The tail seat body , the clamp, process handicraft , the
part , drill
III
目 錄
中文摘要
Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
前言
1
第１章 零件分析
2
1.1零件的作用 2
1.2毛坯的確定
2
1.２.１毛坯材料及形狀的確定
2
１.２.２鑄件的加工余量及尺寸公差的確定
3
第２章 工藝規(guī)程的設(shè)計
4
２.1工藝規(guī)程概念
4
?。?2定位基準(zhǔn)面的選擇 4
２.3粗步制定工藝路線
5
2.4刀具、量具及設(shè)備的選擇
7
2.5各道工序的加工計算
7
第３章 夾具設(shè)計 21
?。?１夾具的作用,
21
?。?２機(jī)床夾具的組成
21
?。?３選擇夾緊方式
和夾緊元件 21
3.3.1選擇夾緊方式 21
3.3.2元件的選擇 23
３.４夾緊力的確定
27
?。?５誤差分析
28
?。?６夾具的使用和維護(hù)
28
參考文獻(xiàn)
29
感謝
30
附錄 31
附錄1 數(shù)控工藝參數(shù) 31
附錄2 數(shù)控工藝G代碼 32
附錄3 數(shù)控工藝清單 33
畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書
前 言
畢業(yè)設(shè)計是我們在畢業(yè)之前對所學(xué)課程的一次總復(fù)習(xí)，通過這次畢業(yè)設(shè)計，
使我們對所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基礎(chǔ)技能得到鞏固、深化和提高。加強(qiáng)了我
們獲取新知識能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高學(xué)習(xí)他人經(jīng)驗(yàn)和借鑒其它學(xué)科研究方
法的悟性，提高處理新情況并解決新情況的應(yīng)變能力。
本次設(shè)計的過程大體可分為零件的作用、毛坯確定、工藝規(guī)程的設(shè)計、指定工序的夾
具設(shè)計和夾具的使用。尾座體的加工主要是面和孔的加工，整體加工精度較高。
由于學(xué)生能力的限制，設(shè)計中會出現(xiàn)這樣那樣的問題，請老師多多指導(dǎo)。
19
第1章 零件分析
1.1零件的作用
尾座體是車床尾座的組成零件，尾座用于安裝后頂尖以支持工件，或安裝鉆
頭、鉸刀等刀具進(jìn)行孔加工，尾座體將“尾座頂尖”、“頂尖鎖緊手柄” 和“手
輪手柄” 等組合在一起。尾座體與尾座底板之間可在橫向作相對移動，以調(diào)整
尾座頂針相對于主軸中心位置。
本次設(shè)計是制定尾座體的加工工藝，以及腰孔加工的夾具設(shè)計。精度要求高
的有頂部孔、底板和導(dǎo)軌，需要磨削加工和刮削加工。零件的材料為HT200，灰鑄
鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削
1.2毛坯的確定
1.2.1毛坯材料及形狀的確定
選擇毛坯時，應(yīng)考慮下列因素：
1.零件材料的工藝特性（如可鑄性及可塑性）以及零件對材料組織和性能的
要求。例如，鑄鐵和表銅不能鍛造，只能選鑄件；鋼質(zhì)零件的形狀若不復(fù)雜，且
機(jī)械性能要求不高時，可用棒料；零件形狀復(fù)雜、機(jī)械性能要求不高時，可用鑄
鋼件；機(jī)械性能要求高，宜用鍛件毛坯。鑄鐵質(zhì)零件采用鑄造毛坯。
2.零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸。例如，對于階梯軸類零件，當(dāng)各臺階直徑相
差不大時，可用棒料；若相差較大，則宜采用鍛件毛坯，形狀復(fù)雜和薄壁的毛坯，
一般不應(yīng)采用金屬型鑄造；尺寸較大的毛坯，通常不采用模鍛、壓鑄和精鑄，多
采用砂型鑄造、自由鍛造及焊接等方法制坯。
3．生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小。它在很大程度上決定了采用某種毛坯制造方法的經(jīng)濟(jì)性。
生產(chǎn)綱領(lǐng)大時，應(yīng)采用業(yè)度高和生產(chǎn)率高的毛坯制造方法。這時雖然一次投資較
大，但增大的毛坯制造費(fèi)用可由減少材料消耗及機(jī)械加工費(fèi)用得到補(bǔ)償。
4.現(xiàn)場的生產(chǎn)條件。這里主要考慮現(xiàn)場的毛坯制造的實(shí)際工藝水平、設(shè)備狀
況能及外協(xié)的可能性和經(jīng)濟(jì)性，但同時也要考慮因生產(chǎn)發(fā)展而采用較先進(jìn)的毛坯
制造方法。
零件材料為HT200，灰鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性
高，不適合磨削。零件表面弧度多，不適合鍛造，所以毛坯選擇鑄件。工件內(nèi)腔
加工不易，并且精度要求不高，所以工件內(nèi)腔選擇直接鑄造。其它的通孔和螺紋
孔需通過加工得到。在需要加工的表面預(yù)留加工余量，沒標(biāo)注粗糙度的面由于精
度要求不高，可以由鑄造直接獲得。鑄造方式為殼模鑄造。
1.2.2鑄件的加工余量及尺寸公差的確定
進(jìn)行加工余量的分析計算，是為了確定最有利的加工余量，以節(jié)省材料。利
用分析計算法，必須要有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，否則難以進(jìn)行。
在這個工件中，毛壞余量可統(tǒng)一使用單邊余量3.5,雙側(cè)加工余量2.5，一次
加工到位，且精度要求不高的取2mm。
工序余量可通過查表確定。其要點(diǎn)有：
1.應(yīng)考慮前道工序的加工精度和表面質(zhì)量。加工精度和表面質(zhì)量較好，應(yīng)
取較小的余量；反之，應(yīng)取較大的信息量。
2.應(yīng)考慮前道工序的加工方法、設(shè)備、安裝以及加工過程中變形所引起的
各表面間相互位置的空間偏差?？臻g偏差大，應(yīng)取較大的余量。
3．應(yīng)考慮本工序的定位和夾緊所造成的安裝誤差，尤其是對剛度小的零件。
安裝誤差大、工件變形大，應(yīng)取較大的余量。
4．應(yīng)考慮熱處理工序引起的零件變形。
平面加工工序余量查得
表１-１ 平面加工工序余量
粗加工后精銑
加 工 長 度
加 工 寬 度
1．0
精銑后磨削
加 工 長 度
加 工 寬 度
0．2-0．3
刮 削
加 工 長 度
加 工 寬 度
0．15
圖１-１ 毛壞圖
第2章 工藝規(guī)程的設(shè)計
２.１工藝規(guī)程概念
將相對合理的工藝過程中的各項(xiàng)內(nèi)容，按規(guī)定的表格形式編寫成工藝文件，
經(jīng)審批后用來指導(dǎo)和產(chǎn)，這些工藝文件就稱為工藝規(guī)程。
制定工藝規(guī)程的原則：
１. 產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)穩(wěn)定可靠;
２. 技術(shù)上先進(jìn);
３. 經(jīng)濟(jì)上合理;
４. 有良好的勞動條件
附加零件圖一張
圖２-１ 零件圖
２.２定位基準(zhǔn)面的選擇
是要能加工出精基準(zhǔn)，同時要明確哪一方面是主要的。
１.選擇粗基準(zhǔn)的原則是：
（1）應(yīng)選能加工出精基準(zhǔn)的毛坯表面作粗基準(zhǔn)；
（2）當(dāng)必須保證加工表面與不加工表面的余量的位置和尺寸時，應(yīng)選不需要加
工的毛坯表面作粗基準(zhǔn)；
（3）要保證工件上某重要表面的余量時，則應(yīng)選擇該表面作為定位粗基準(zhǔn)；
（4）當(dāng)全部表面都需要加工時，應(yīng)選余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證該表
面有足夠的加工余量。
因此，對于底面的加工，選擇工件的前面或后面作為加工基準(zhǔn)面，應(yīng)該盡
量使底面的切削深度均勻，以提高其精度
１.精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)該以保證零件的加工精度出發(fā)，同時考慮裝夾
方便，夾具結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)遵循以下原則：
（1） 盡量選擇零件的設(shè)計基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，可以避免基準(zhǔn)不重合引起的定位誤
差，即“基準(zhǔn)重合”原則；
（2） 盡可能的使工件各各主要表面的加工采用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，即“基準(zhǔn)統(tǒng)一”
原則；
（3） 當(dāng)零件主要表面的相互位置精度要求很高時，應(yīng)采用互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工
的原則；
（4） 選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)，這是自為基準(zhǔn)；
（5） 選擇的定位精基準(zhǔn)應(yīng)該保證工件定位準(zhǔn)確，夾緊可靠，夾具結(jié)構(gòu)簡單，操
（6） 作方便的原則。
即底面加工后，應(yīng)該以底面作為精基準(zhǔn)，因?yàn)榈酌媸窃O(shè)計基準(zhǔn)，符
合“基準(zhǔn)重合”原則。根據(jù)不同的加工表面加工方式不同，定位方式應(yīng)該
主要以一面兩孔定位，這是箱體零件加工的典型加工定位方式，并根據(jù)加
工要求不一樣也可以選擇用兩面組合定位及其它定位方式。
２.３粗步制定工藝路線
根據(jù)各加工表面的要求和機(jī)床夾具等，初步確定各加工面的加工方法：
兩側(cè)面： 粗銑
M6螺紋孔： 鉆、攻
孔： 鉆、擴(kuò)、鉸、倒角、研磨
凸臺面： 粗銑
孔： 鉆、锪
底板： 粗銑、精銑、刮削
導(dǎo)軌斜面： 粗銑、精銑、刮削
2*2的槽：銑
然后根據(jù)先面后孔、先粗后精、先主后次的原則寫出工藝路線：
方案一
工序號 工序內(nèi)容
1． 鑄造毛坯
2． 粗銑底面、導(dǎo)軌
3． 粗銑頂部側(cè)面成
4． 銑凸臺斜面成，并倒圓角
5． 鉆孔至
6． 人工時效
7． 精銑底面，留0.1的研磨量
8． 擴(kuò)孔
9． 鉸孔
10． 鉆、擴(kuò)孔成
11． 鉆、锪孔成
12． 鉆M6螺紋孔
13． 攻M6螺紋孔
14． 銑2×2槽
15． 研磨孔，并倒角
16． 刮底面及導(dǎo)軌斜面成
17． 去毛刺
18． 檢驗(yàn)
按照這種方案，工序內(nèi)容繁多，很多工序可以合并為一道工序。得出下面更
好的方案：
方案二
工序號 工序內(nèi)容
1． 鑄造毛坯
2． 人工時效
3． 粗銑底面
4． 粗銑導(dǎo)軌
5． 粗銑頂部側(cè)面成
6． 鉆孔至
7． 精銑底面、導(dǎo)軌留0.1的研磨量
8． 擴(kuò)、鉸孔留研磨量0.1
9． 銑凸臺斜面成，并倒圓角
10． 鉆、锪孔成
11． 鉆攻M6螺紋孔
12． 銑2×2槽
13． 研磨孔，并倒角
14． 刮底面及導(dǎo)軌斜面成
15． 去毛刺
16．檢驗(yàn)、入庫
2.4 刀具、量具及設(shè)備的選擇
工件加工用到了鉆孔、攻螺紋、銑面、磨內(nèi)圓，所以機(jī)床會用到鉆床、銑床、磨床，工件的夾緊可選用液壓或氣壓，在這里選用的是氣壓夾緊。
1. 鑄造毛坯
2. 人工時效
3. 粗銑底面:以和加工平面平行的底板另一面作基準(zhǔn)，采用臥式銑床X63W，刀具選用圓柱銑刀。
4. 粗銑導(dǎo)軌：以加工后的底板平面為基準(zhǔn)，采用立式銑床X52K，由于所需加工的面為75度角斜面，所以刀具選用同樣角度的單角銑刀。
5. 粗銑頂部側(cè)面成：待加工面是兩個相互平行的側(cè)面，所以他們的加工基準(zhǔn)可以采用互為基準(zhǔn)，機(jī)床選用臥式銑床X63W，刀具為圓柱銑刀。
6. 鉆孔至：基準(zhǔn)選擇與孔軸線垂直相交的頂部側(cè)面，機(jī)床選用立式鉆床Z535,刀具為的麻花鉆。
7. 精銑底面、導(dǎo)軌：精銑底面基準(zhǔn)采用自為基準(zhǔn)，采用臥式銑床X63W，刀具為圓柱銑刀。精銑導(dǎo)軌基準(zhǔn)為底面，采用立式銑床X52K，刀具選用單角銑刀。
8. 擴(kuò)、鉸孔：擴(kuò)孔基準(zhǔn)采用初步鉆出的孔，機(jī)床選用立式鉆床Z535,刀具為擴(kuò)孔鉆。鉸孔基準(zhǔn)為擴(kuò)孔加工出來的孔，機(jī)床選用立式鉆床Z535,刀具為鉸刀。
9. 銑凸臺斜面：基準(zhǔn)用用自為基準(zhǔn)，機(jī)床選用臥式銑床X63W，刀具采用圓柱銑刀，一次加工即可達(dá)到要求。
10. 鉆、锪孔成：鉆孔基準(zhǔn)為凸臺平面，機(jī)床選用立式鉆床Z535,刀具采用麻花鉆。锪孔基準(zhǔn)為孔，機(jī)床選用立式鉆床Z535,刀具為锪孔鉆。
11. 鉆攻M6螺紋孔：鉆孔基準(zhǔn)是與待加工孔垂直相交的平面，機(jī)床選用立式鉆床Z535,，刀具為麻花鉆。攻螺紋基準(zhǔn)前道工序加工所得的孔，機(jī)床選用立式鉆床Z535,刀個為絲錐。
12. 銑2×2槽：基準(zhǔn)為加工過的導(dǎo)軌斜面，機(jī)床選用X63W，刀具采用盤銑刀。
13. 研磨孔：鉸孔加工所得的孔，機(jī)床選用M2110A，刀具平形砂輪。
14. 刮底面及導(dǎo)軌斜面成
15. 去毛刺
16． 檢驗(yàn)、入庫
２.5各道工序的機(jī)床、刀具選擇和加工計算
1． 鑄造毛坯
2． 人工時效
3． 粗銑底板的計算
機(jī)床：x63w 刀具：圓柱銑刀 刀具材料：YG6
表２-１ 刀具數(shù)據(jù)
圓柱銑刀
D
L
d
齒 數(shù)
粗齒
細(xì)齒
50
50
22
8
查表得
=0.14-0.24
根據(jù)機(jī)床選取
=0.2mm/z
V=
=50,=1,T=s=180(min),=1
=46,Z=8,=0.2
==9.04(m/min)
==57.58(r/min)
由表3.3—74查得主軸轉(zhuǎn)速
=60(r/min)
實(shí)際加工速度
V===9.42(r/min)
工作臺進(jìn)給量
===96(mm/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=95(mm/min)
加工工時
==1(min)
機(jī)動工時
=2(min)
4． 粗銑導(dǎo)軌的計算
機(jī)床：x52k 刀具：單角銑刀 刀具材料：YG6
刀具數(shù)據(jù)：D=50；=；L=13；d=16；Z=20
查表得
=0.14-0.24
根據(jù)機(jī)床選取
=0.2(mm/z)
=
==33,=1,T=10.8*s=180(min)
=1,=0.2,=10,Z=20
= =9.69(m/min)
==93.5(r.min)
根據(jù)機(jī)床選取
=95(r/min)
實(shí)際加工速度
V===9.84(m/min)
工作臺進(jìn)給量
=Z==380(mm/min)
根據(jù)工作臺選取
=375（mm/min）
加工工時
===0.25(min)
機(jī)動工時
=2=0.5(min)
5． 粗銑頂部側(cè)面成
頂部兩側(cè)都需要加工，但由于兩者加工尺寸有精度都一樣，所以只要
求計算一側(cè)的加工即可。
機(jī)床：x63w 刀具：圓柱銑刀 刀具材料：YG6
表２-２ 刀具數(shù)據(jù)
圓柱銑刀
D
L
d
齒 數(shù)
粗齒
細(xì)齒
50
50
22
8
查表得
=0.14-0.24
根據(jù)機(jī)床選取
=0.2(mm/z)
V=
=2,=0.2,=35,Z=8
=50,=1,T=s=180(min)
==9.24(m/min)
==59(r/min)
由表3.1—74查得主軸轉(zhuǎn)速
=60(r/min)
實(shí)際加工速度
V==9.42(m/min)
工作臺進(jìn)給量
===96(mm/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=95(mm/min)
加工工時
===0.42(min)
機(jī)動工時
=2=0.84(min)
6． 鉆孔至
機(jī)床：Z535立式鉆床 刀具材料：YG8
查表2.4—38得到
f=0.31-0.37
根據(jù)機(jī)床選取
f=0.32(mm/r)
=42.3
T=2700(s),=15,=0.9
=5.7(m/min)
===108.7(r/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=100(r/min)
實(shí)際切削速度
V===5.3(m/min)
l=80,=ctg+(1-2)=6,=1-4=2
切削工時
===2.75(min)
機(jī)動工時
=2=5.5(min)
7． 精銑底板、導(dǎo)軌
精銑底板計算
機(jī)床：x63w 刀具：圓柱銑刀 刀具材料：YG6
表２-３ 刀具數(shù)據(jù)
圓柱銑刀
D
L
d
齒 數(shù)
粗齒
細(xì)齒
50
50
22
8
查表得
=0.14-0.24
根據(jù)機(jī)床選取
=0.2mm/z
V=
=50,=1,T=s=180(min),=0.3
=46,Z=8,=0.2
==11.04(m/min)
==70.32(r/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=75(r/min)
實(shí)際加工速度
V===11.78(m/min)
工作臺進(jìn)給量
=Z==120（mm/min）
根據(jù)機(jī)床選取
=118(mm/min)
加工工時
===0.81(min)
機(jī)動工時
=2=1.62(min)
精銑導(dǎo)軌計算
機(jī)床：x52k 刀具：單角銑刀 刀具材料：YG6
刀具數(shù)據(jù)：D=50；=；L=13；d=16；Z=20
查表得
=0.14-0.24
根據(jù)機(jī)床選取
=0.2(mm/z)
=
==33,=1,T=10.8*s=180(min)
=0。3,=0.2,=10,Z=20
==11.83(m/min)
==114.17(r/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=118(r/min)
實(shí)際加工速度
V===12.23(m/min)
工作臺進(jìn)給量
=Z==472(mm/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=475(mm/min)
加工工時
===0.2(min)
機(jī)動工時
=2=0.4(min)
8． 擴(kuò)、鉸孔
擴(kuò)孔計算
機(jī)床：Z535立式鉆床 刀具材料：YG8
查表得到擴(kuò)刀進(jìn)給量f=1.2-2.0 取f=1.22(mm/r)
=
=16, T=2700(s)=45(min),f=1.22,=0.74
==3.24(m/min)
===60.76(r/min)
取=68(r/min)
實(shí)際切削速度
V===3.42(m/min)
切削工時
====1.01(min)
機(jī)動工時
=2=2.02(min)
鉸孔計算
機(jī)床：Z535立式鉆床 刀具材料：YG8
查表得到擴(kuò)刀進(jìn)給量f=1.2-2.0 取f=1.22(mm/r)
=
=17, T=2700(s)=45(min),f=1.22,=0.74
==3.24(m/min)
===60.76(r/min)
取=68(r/min)
實(shí)際切削速度
V===3.68(m/min)
切削工時
====1.01(min)
機(jī)動工時
=2=2.02(min)
9． 銑凸臺斜面成
機(jī)床：x63w 刀具：圓柱銑刀 刀具材料：YG6
刀具數(shù)據(jù)
圓柱銑刀
D
L
d
齒 數(shù)
粗齒
細(xì)齒
50
50
22
8
查表得
=0.14-0.24
根據(jù)機(jī)床選取
=0.2(mm/z)
V=
=2,=0.2,=35,Z=8
=50,=1,T=s=180(min)
==9.24(m/min)
==59(r/min)
由表3.1—74查得主軸轉(zhuǎn)速
=60(r/min)
實(shí)際加工速度
V==9.42(m/min)
工作臺進(jìn)給量
===96(mm/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=95(mm/min)
加工工時
===0.42(min)
機(jī)動工時
=2=0.84(min)
10． 鉆、锪φ14φ26成
⑴鉆φ14孔
機(jī)床:Z535立式鉆床 刀具材料:Y6G8
=
=14,T=2700(S)=45(min),=1
查表得
F=0.52～0.64
根據(jù)機(jī)床選取
f=0.56(mm/r)
==3.95(m/min)
===90(r/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=100(r/min)
實(shí)際切削速度
V===90(r/min)
切削工時
===0.7(min)
機(jī)動工時
=2=1.4(min)
⑵锪φ26孔
機(jī)床:z535立式鉆床 刀具材料:YG8
=
=26(mm),T=3000(s)=50(min),=6(mm),=1
查表得
f=0.3～0.6(mm/r)
根據(jù)機(jī)床選取
f=0.32(mm/r)
==8.82(m/min)
===108(r/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=100(r/min)
實(shí)際切削速度
V===8.16(m/min)
切削工時
=
=+(1～2)=6,L=1,=0
=0.22(min)
機(jī)動工時
=2=0.44(min)
11. 鉆、攻M6螺紋孔
鉆孔計算
機(jī)床：Z535立式鉆床 刀具材料：YG8
查表得f=0.13-0.17mm/r
根據(jù)機(jī)床選取
f=0.15(mm/r)
=
=4mm,T=720(s)=12(min),=1,f=0.15mm/r
==3.05(m/min)
===243(r/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=275(r/min)
實(shí)際切削速度
V==3.45(m/min)
切削工時
===0.39(min)
機(jī)動工時
=2=0.78(min)
攻螺紋計算
機(jī)床：Z535鉆床 刀具：絲錐 刀具型式：機(jī)動絲錐
刀具材料：高速鋼（）
=(m/s)
M=0.6,=0.9,=1.2,=6.2,=1,T=1800(s)=30(min)
==1.13(m/min)
===60(r/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=68（r/min）
實(shí)際切削速度
V===1.12(m/min)
切削工時
===0.24(min)
機(jī)動工時
==0.48(min)
12． 銑2×2槽
機(jī)床：X63W 刀具：粗齒鋸片銑刀（GB1120－85）
銑刀數(shù)據(jù)：
D：50 L：20 d：13 Z：20
查表得
=0.1～0.25
根據(jù)機(jī)床選取
=0.2(mm/z)
=
=50,=1,T=(s)=100(min),=2,=2
==12(m/min)
==76.43(r/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=75(r/min)
實(shí)際加工速度
V===11.78(m/min)
工作臺進(jìn)給量
===300(mm/min)
根據(jù)機(jī)床選取
=300(mm/min)
加工工時
===0.32(min)
機(jī)動工時
=2=0.64(min)
13． 研磨孔，并倒角
機(jī)床:內(nèi)圓磨床M2110A
磨料:黑碳化硅 代號:C(TH)
磨削方式:濕研
研磨液:煤油
14． 刮底面及導(dǎo)軌斜面成
15． 去毛刺
16． 檢驗(yàn)、入庫
第３章 夾具設(shè)計
３.１夾具的作用
在機(jī)械制造的切切削加工、檢驗(yàn)、裝配、焊接和熱處理等工藝過程中，工
件將受到切削力、離心力、慣性力等外力的作用。為了保證在這些外力作用下，工
件仍能在夾具中保持由定位元件確定的加工位置，而不發(fā)生振動或位移，一般在夾
具結(jié)構(gòu)中都必須設(shè)置一定的夾緊裝置，將工件可靠地夾緊。
為了使工件占有正確的位置，以保證零件和產(chǎn)品的加工質(zhì)量，并提高生產(chǎn)率，
從而提高其經(jīng)濟(jì)性。把工件迅速固定在正確位置上，完成切削加工、檢驗(yàn)、裝
配、焊接和熱處理等工作所使用的工藝裝備稱為夾具。
夾具的設(shè)計主要是定位和夾緊的全過程。工件在機(jī)床上進(jìn)行加工時，為了
保證加工精度，必須將工件放置在機(jī)床上，使其相對于機(jī)床刀具和機(jī)床切削成形
運(yùn)動占有正確的位置，這一過程稱為“定位”。在切削過程中，為了使工件不因
受到切削力、慣性力、重力等外力作用而改變其已確定的正確位置，應(yīng)對其施加
一定的夾緊力，這一過程稱為“夾緊”。
３.２ 機(jī)床夾具的組成
1)定位裝置：使工件在夾具中占據(jù)正確的位置；
2)夾緊裝置：將工件壓緊夾牢，保證元件在加工過程中受外力作用（切削力），
作用時不離開已占據(jù)的位置；
3)夾具體：是機(jī)床夾具的基礎(chǔ)件，通過它將夾具的所有元件連接成整體；
4)其他裝置或元件：除了定位裝置，夾緊裝置和夾具體外，各種夾具還根據(jù)
需要設(shè)置一些其他裝置或元件，如：分度裝置，對刀元件。
３.３選擇夾緊方式和夾緊元件
3.3.1選擇夾緊方式
指定工序?yàn)檠侩A梯孔的鉆、锪加工夾具設(shè)計。這里腰部孔的鉆、锪加工
屬于斜面加工。所以第一步應(yīng)該把待加工孔的上表面置于水平面，也就是把腰部
圓面所在平面置于水平面。這時工件處于傾斜狀態(tài)。要完成工件的定位，
選擇工件的底面，也就是本道工序中的斜面作為定位基準(zhǔn)。由于本道工序中工件
底面傾斜了45度角，所以支撐面也選擇45度角的斜面。為了工件底面與斜面的
相對平行，需要在階梯底面間加入支撐塊，同時為了保證工件在斜面上不會由于
重力作用而下滑，得把支撐塊做成和導(dǎo)軌相配合的形狀。此時已經(jīng)限制了工件在
X軸、Y軸、和Z軸的轉(zhuǎn)動，以及X軸的移動。由于在Y軸的移動與加工方向相同，所
以不需要限制工件的這個自由度。由六點(diǎn)定位可知，最后只需要限制工件在Y軸的移
動即可達(dá)到定位目的。最后一個需要限制的自由度，在這里采用在一端加擋板和定位
銷的方式完成最后的定位。
本道工序中工件所受的力主要為重力和鉆削力，兩種力的方向都是垂直向下，不會使工件沿著斜面在水平方向移動，因此夾具不需要完全定位。此時在這兩種力作用下的夾具定位已經(jīng)完成，所以現(xiàn)在只要考慮工件的夾緊。夾緊力的方向主要應(yīng)該垂直于45度斜面。由工件的形狀可知，可以作為夾緊力受力的的地方有兩個，一個是與工件底面平行的面，另一個是工件另一邊靠近底部的斜面部分。在這兩個地方同時施加壓力就可完成工件的夾緊。
壓緊方式在這里選擇斜楔機(jī)構(gòu),壓緊元件選用弧形壓塊。由于斜楔機(jī)構(gòu)一般不用手動壓緊，所以選用液壓壓緊方式。夾緊過程中有壓緊和松開兩個過程，傳動軸不往后退就不能達(dá)到松開的目的，所以選用雙向作用的液缸。
在這樣的壓緊方式下，上下兩個地方的壓緊會在同一時間內(nèi)產(chǎn)生。但是由于兩個壓緊所接觸的工件表面都是未加工表面，因此每個工件在這兩個地方的高度都會產(chǎn)生微小的變化，壓緊狀態(tài)的位置也就會有變化。在這樣的情況下，并不能保證每個工件都能在兩個地方同時壓緊，也就達(dá)不能壓緊的目的。所以兩個地方都用斜楔機(jī)構(gòu)，并且兩個機(jī)構(gòu)同用一個液壓動力源的方式并不能很好的解決壓緊問題。
這時首先想到的是用雙軸氣缸從中間往兩邊給兩個斜楔機(jī)構(gòu)傳遞動力。出于松開以及工件大小的考慮，這個方法也并不好。如果還采用兩斜楔機(jī)構(gòu)，一個液壓的方式達(dá)到壓緊的目的。要解決的問題就是當(dāng)其中一個地方壓緊，而另一個地方并沒有壓緊時，液壓系統(tǒng)能繼續(xù)把動力傳給沒有壓緊的地方。第一個想法是把其中一個斜楔機(jī)構(gòu)的傳動軸從中間分開，用內(nèi)螺紋套筒把分開處連接起來，其中一端做成反螺紋。這樣就可以調(diào)節(jié)連接處的距離來達(dá)到壓緊目的。缺點(diǎn)是這種方式的調(diào)節(jié)不方便，而且每個工件的加工都得調(diào)節(jié)，這樣的情況并沒有達(dá)到設(shè)計夾具的目的。根據(jù)這樣的情形，要解決的問題就是兩處壓緊的自動調(diào)節(jié)。如果采用伸縮連接的方式，也就是在其中一個斜楔機(jī)構(gòu)中加入彈簧，用彈簧補(bǔ)充一部分壓力來達(dá)到壓緊的目的。用這種方式對彈簧的性能要求會很高，而且彈簧在機(jī)構(gòu)中的連接以及壓緊后的松開不好解決。這樣的方式也不可取。
用一個動力源給兩個地方傳遞動力，還可以采用的有鉸鏈機(jī)構(gòu)。如果在兩個斜楔機(jī)構(gòu)與液缸之間加入一個鉸鏈機(jī)構(gòu)。利用鉸鏈機(jī)構(gòu)的平衡原理就可以達(dá)到兩個地方自動調(diào)節(jié)同時壓緊的目的。這樣做會讓夾具的夾緊系統(tǒng)太過于復(fù)雜化。因此最后采用的夾緊方式是把其中一個斜楔機(jī)構(gòu)直接換為鉸鏈機(jī)構(gòu)。用類似于天平平衡原理的方式給兩個機(jī)構(gòu)傳遞動力來達(dá)到夾緊的目的。
到這里工件的定位與夾緊已經(jīng)完成，下面的工作是保證加工過程中刀具與夾具的相對位置。本道工序?yàn)榭椎你@、锪加工，所以只要做一個鉆套即可滿足要求。用螺栓把斜面固定于工作臺上就可以保證夾具與機(jī)床的位置。下面的工作就是選出最后方案中所用到的各個零件，有標(biāo)準(zhǔn)件的盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件。
3.3.2元件的選擇
3.3.2.1夾具體的選擇
由于本道工序中需要加工的是45度斜面，為了保證待加工孔的軸線與刀具軸線重合，得把工件傾斜45度。所以在作為起主要定位與夾具作用的夾具體得有個45度的斜面與工件相配合?；谶@一點(diǎn)，首先考慮的是有45度斜面的楔形體。出于節(jié)約材料的原則，在楔形體的的基礎(chǔ)上去掉中間不必要的材料。由于在加工過程中要用到鉆模板，以及從上往下壓的壓緊元件。所以在上面的基礎(chǔ)上在支出兩柱子就可以得到本道工序中所需要的夾具體大體樣子。
圖3－1 夾具體在體樣子
3.3.2.2支承板的選擇
支承板的作用是保證工件底板與夾具體45度斜面平行。在這里影響工件底板與斜面平行的主要是工件的導(dǎo)軌。導(dǎo)軌與底板垂直高度為10mm，所以只要在底板與斜面間加入兩塊厚度10mm以上的板子就可以達(dá)到目的。以盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件的原則，這里的板子同樣可以根據(jù)資料書《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》中的支承件中選出合適的支承板。在這里，工件的導(dǎo)軌與工件底板之間有一個銳角的夾角，所在其中一塊支承板可以改變形狀來配合那個角度，讓定位更準(zhǔn)確。也就是在標(biāo)準(zhǔn)支承板的基礎(chǔ)上改出能與導(dǎo)軌與底板之間的夾角能相互配合的形狀。兩塊支承板的截面形狀如下圖：
圖3－2 支承板截面形狀
3.3.2.3壓緊元件的選擇
壓緊元件與工件的接觸方式可以是線接觸，也可以是面的接觸。在《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》這本資料書中，可以找出的壓緊元件有平面壓塊和弧形壓塊。本道工序中需要壓緊的地方有上下兩個，并且兩處地方都與水平面有一定的夾角，如果采用平面壓緊的方式，不能保證總能讓壓緊元件與工件的接觸總是面與面的接觸。因此這里我選用弧形壓塊。再根據(jù)工件的形狀和尺寸，以及弧形壓塊所在經(jīng)過的路線，為了避害免產(chǎn)生碰撞，根據(jù)手冊中的標(biāo)準(zhǔn)弧形尺寸表選出滿足要求的弧形壓塊尺寸。
圖3－3 弧形壓塊
再由弧形壓塊的尺寸以及相配件的要求，得出弧形壓塊相配件與弧形壓塊接觸部分的樣式：
圖3－4 弧形壓塊相配件相配部分樣式
3.3.2.4鉆套的選擇
在這里需要加工的孔有兩個，這樣的情況不能選用固定鉆套?？蓳Q鉆套同樣是用與一個孔的加工，所以在這里理想的選擇是采用快換鉆套。再根據(jù)鉆套選出相配的套筒。。由于這里所要加工的兩孔為同軸層孔，所以鉆模板上的孔徑根據(jù)待加工孔中的大孔鉆套和套筒來確定。所選鉆套代號 GB 2264－80
圖3－5 鉆套
相配襯套代號：GB 2263－80 鉆套螺釘：GB/T5782-2000
3.3.2.5液缸的選擇
這里的對液缸的要求是要能往復(fù)運(yùn)動，有雙向行程的液缸有地腳式液缸和法蘭式液缸。在這里對液缸采用的是底板固定的方式，由這點(diǎn)可選用地腳式液缸。在這里液缸的行程不宜過大，選用30mm的行程即可。缸徑45mm。根據(jù)查表數(shù)據(jù)得到液缸樣子
圖3－5 液缸形狀
3.3.2.6鉸鏈支座的選擇
在兩處壓緊的地方壓緊方式都相同，同樣選用了鉸鏈支座，在這兩處選用同種規(guī)格的鉸鏈支 。GB2247－80 由《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》查得所需鉸鏈支座數(shù)據(jù)，并給出相應(yīng)的鉸鏈支座圖形：
圖3－6 鉸鏈支座
3.3.4.7其余連接件的選擇
1.支承板用開槽螺釘：GB/T5782-2000 M6
技術(shù)條件：
材料： 鋼 不銹鋼
機(jī)械性能等級：4.8、5.8 A2－70、A2－50
螺紋公差： 6g
公差產(chǎn)品等級：A
表面處理： 不經(jīng)處理；鍍鋅鈍化 不經(jīng)處理
無螺紋部分桿徑≈中徑或＝螺紋大徑
2.連接底板與夾具體用開槽螺栓：GB/T 5782-2000 M10
技朮條件與1相同
3.連接擋板與底板的螺栓：GB/T 5782-2000 材料：8.8級
4．鉆模板與夾具體連接用螺栓：GB/T 5782-200 M10
技術(shù)條件：
材料： 鋼
螺紋：
公差： 8g
標(biāo)準(zhǔn)： GB196、GB197
機(jī)械性能:
等級： d<=39：4.6、4.8；d>39：按協(xié)議
標(biāo)準(zhǔn)： GB3098.1
公差：
產(chǎn)品等級： 除第3章規(guī)定外，其余按C級
標(biāo)準(zhǔn)： GB3103.1
表面處理： 不經(jīng)處理；鍍鋅鈍化 GB5267
驗(yàn)收及包裝： GB90
5．鉸鏈用圓柱銷：GB/T 119－2000 Ф10 材料：Q235
6.定位銷：GB 2203－80 材料：T8
３.４夾緊力的確定
計算夾緊力里，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件受切削力、
夾緊力（大型工件還應(yīng)該考慮工件重力，運(yùn)動的工件還應(yīng)考慮慣性力等）的作用
情況，找出在加工過程中對夾緊最不得的瞬時狀態(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(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。
鉆φ14孔的切削力
Ｄ＝１４,s=0.57,
=6646N
擴(kuò)鉆φ２６孔
Ｄ＝２６,s=0.３２,
＝４５５３Ｎ
３.５誤差分析
工件在夾緊過程中，由于彈性變形、位移、或偏轉(zhuǎn)，以及工件定位基準(zhǔn)面與定位元件支承面之間的接觸變形，而將造成工序基準(zhǔn)的位移。若對一批工件面言，由于夾緊造成的工序基準(zhǔn)位移均相同，則一般可通過調(diào)整對刀尺寸和夾具在機(jī)床上的安裝位置來削除它對加工精度的影響。當(dāng)由于夾緊所造成的工序基準(zhǔn)位移不穩(wěn)定時，其工序基準(zhǔn)的最大位移值與最小位移值之差，在工序尺寸方向上的投影即為夾緊誤差。
定位誤差是由于工件在夾具中的定位不準(zhǔn)確引起的加工誤差。引起定們誤差的原因一是由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，叫基準(zhǔn)不重合誤差;另一個是由于定位基準(zhǔn)在夾定位不一致，叫定位基準(zhǔn)位移誤差。定位誤差是二者的綜合。
在我設(shè)計的夾具中，所要加工的層孔沒有誤差要求，所以加工過程中只需要不出現(xiàn)明顯的誤差即可滿足要求。
３.６夾具的作用和維護(hù)
１） 將斜楔與傳動軸連好,并安放在正確位置;
２） 連接弧形壓塊與它的配件
３） 安放支承塊
４） 上邊壓緊處安裝順序，鉸鏈支座、弧形壓塊配件、鉆模板
５） 連接鉸鏈，安放液缸;
６） 液缸與傳動軸相連;
７） 安裝擋板，調(diào)節(jié)定位銷;
８） 安放其余裝置;：
９） 鉆套不得有位置偏移;
１０） 斜楔壓緊狀態(tài)下受力點(diǎn)與它的進(jìn)入側(cè)面水平距離始終保持在30mm以上
１１） 鉸鏈系統(tǒng)的支桿長度要足夠保持角度
１２） 使用過程中要注意排屑 。
29
參考文獻(xiàn)
[1]洛陽工業(yè)學(xué)院，東北重型機(jī)械學(xué)院，第一洗車制造廠職工大學(xué)編.《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》第二版[M]。上海：上海科學(xué)技術(shù)學(xué)院出版，1988;
[２]吳宗澤，羅圣國主編?！稒C(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》[M].北京：高等教育出版社，2003;
[３]黃鶴汀主編?！稒C(jī)械制造裝備》[M].南京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，2001;
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四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書
感 謝
畢業(yè)設(shè)計是對我們在大學(xué)里所學(xué)課程的綜合考驗(yàn)，也是我們對所學(xué)知識的總
總復(fù)習(xí)。非常感謝我的老師――高一知，有了他的指導(dǎo)我才能順利的完成畢業(yè)設(shè)
計，在這里我獻(xiàn)上一個真心的祝福。同時也要謝謝我的同學(xué)，他們也給了我很多
的幫助?，F(xiàn)在回頭看，入學(xué)好象就在昨天。有了遺憾，因?yàn)榫涂祀x開學(xué)校。畢業(yè)
設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計，從這里看到了自己太多的不足。謝謝！謝謝所有的老師。雖然
我以前不認(rèn)真。就象父母永遠(yuǎn)不會放棄子女一樣，老師永遠(yuǎn)是最好的指路明燈。
老師！謝謝你們的教導(dǎo)?！?
現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，也是走出校園的倒計時。對于我的畢業(yè)設(shè)計，
指導(dǎo)老師花了不少的汗水，在這里謝謝各位老師對我的指點(diǎn)。雖然我有點(diǎn)呆，做
事有點(diǎn)蠢，現(xiàn)在我會認(rèn)真做到最后，肯請各位老師多多指導(dǎo)。
附錄
附錄1 數(shù)控工藝參數(shù)
1：鉆孔刀具軌跡 所屬層：主圖層
刀具：D10(1) 刀具半徑 = 5.000 刀角半徑 = 120.000
主軸轉(zhuǎn)速 = 500.000 鉆孔速度 = 100.000
起止高度 = 40.000 安全高度 = 30.000
下刀余量 = 0.500
鉆孔模式： 鉆孔深度 = 32.000 下刀增量 = 1.000 暫停時間 = 1.000 鉆孔位置定義方式：輸入點(diǎn)位置
加工時間 = 0.97 分鐘
2：锪孔刀具軌跡 所屬層：主圖層
刀具：d14(0) 刀具半徑 = 7.000 刀角半徑 = 120.000
主軸轉(zhuǎn)速 = 500.000 鉆孔速度 = 100.000
起止高度 = 40.000 安全高度 = 30.000
下刀余量 = 0.500
鉆孔模式： 鉆孔深度 = 2.000 下刀增量 = 1.000 暫停時間 = 1.000 鉆孔位置定義方式：輸入點(diǎn)位置
加工時間 = 0.37 分鐘
附錄2 數(shù)控工藝G代碼
N10G90G54G00Z40.000
N12S500M03
N14M05
N16S500M03
N18M05
N20M30
附錄3 數(shù)控工藝清單
工藝清單
日期
2007.5.20
零件
零件名稱
零件編號
零件圖圖號
毛坯種類
材料
加工件數(shù)
尾座體
無
無
鑄件
無
1
工序
序號
工序名稱
機(jī)床型號
刀具號
刀具參數(shù)
工時
總工時
1
1-鉆孔
fanuc
1
刀具直徑=10.00
刀角半徑=120.00
刀刃長度=50.000
1分鐘
1分鐘
2
2-锪孔
0
刀具直徑=14.00
刀角半徑=120.00
刀刃長度=70.000
0分鐘
工藝數(shù)據(jù)與人員
加工參數(shù)文件
G代碼文件
設(shè)計
工藝制定
審核
無
無
無
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