蝸桿的加工工藝與銑鍵槽夾具設計-工藝裝備含非標8張CAD圖,蝸桿,加工,工藝,鍵槽,夾具,設計,裝備,設備,非標,cad 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(xié)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(xiàn)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(xiàn)。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(xiàn)。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(lián)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(xiàn)。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(shù)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(xiàn)在可以使用現(xiàn)成的模塊來設計和組裝夾具。根據(jù)規(guī)定，只有極少數(shù)夾具的專用零件需要設計和制造。以這種概念看，大多數(shù)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(jù)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(xiàn)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(xiàn)代激光技術現(xiàn)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(shù)。跟蹤系統(tǒng)能夠測量基準點，它是實現(xiàn)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(jù)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(jù)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(lián)系。仔細考慮夾具的綜合數(shù)據(jù)，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?shù)呐ぞ厥站o。典型的計量協(xié)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(xiàn)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(shù)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(shù)。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(xiàn)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(xié)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(xié)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(shù)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(xiàn)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。 Xxx 機械加工工藝過程卡片 產品型號 零件圖號 產品名稱 蝸桿 零件名稱 蝸桿 共 1 頁 第 1 頁 材 料 牌 號 45# 毛 坯 種 類 鍛造 毛坯外形尺寸 Φ110x670 每毛坯件數(shù) 1 每 臺 件 數(shù) 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/min 準終 單件 1 鍛 鍛造出毛坯Φ110x670 2 熱處理 正火處理 3 數(shù)車 第一次裝夾粗,鉆中心孔,精車外圓輪廓,割槽,再次掉頭裝夾裝頂尖,粗,精車外圓輪廓,割槽, 金工 XK6140 硬質合金外圓車刀,割槽刀 ,游標卡尺 4 銑 銑床銑鍵槽 金工 X52k 硬質合金端銑刀,游標卡尺 5 滾 滾齒 金工 Y3180H 滾齒刀,游標卡尺 6 綜檢 入庫 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(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 任務書 題目： 蝸桿加工工藝與工裝設計 任務與要求： 1. 制定零件機械加工工藝，填寫工藝卡片與主要工序卡片。 2. 繪制夾具裝配圖及零件圖，設計銑鍵槽16×75的專用夾具一套。 3. 編寫設計說明書一份，不少于九千字。 時間： 年 月 日 至 年 月 日 共周 所屬系部： 學生姓名： 學 號： XXXXXX 專業(yè)： XXXXXXXX 指導單位或教研室： XXXXX 指導教師： 職 稱： 年 月 日 摘要 本設計設計的是機械零件的加工工序、設計方案、計算過程以及夾具設計。機械零件的表面加工方法的選擇、加工順序的安排、工序集中與分散的處理、加工階段的劃分、機床和工藝裝備的選擇、加工余量與工序尺寸及公差的確定等都是編制工藝規(guī)程的主要問題。而夾具設計所面臨的是設計方案的確定、定位元件的選擇、定位誤差的分析與計算、夾緊力的計算、夾具體毛坯結構及夾具元件配合的確定。還有毛坯圖、零件圖和夾具裝配圖的繪制，如何保證用技術條件是加工過程最為重要的問題，而夾具也起著至關重要的作用。 機械零件的合理結構設計、加工工藝性設計，保證零件的加工質量，對提高生產效率有著重要意義，它是保證產品質量的關鍵所在。通過對機械零件加工過程的設計，可以發(fā)現(xiàn)一個產品的設計需要各個加工過程很好的配合才能成功。 關鍵詞：機械零件； 工藝； 夾具； 夾緊； 定位 Abstract In this paper, the design of the fork processing speed, design, calculation and design of drilling jig. Fork the surface of the choice of processing methods, processing sequence of the arrangement, process centralization and decentralization of treatment, the division stage of processing, machine tools and process equipment selection, allowance and processes determine the size and tolerance of the preparation process are the main point of order problem. Fixture Design and facing the program is designed to identify, locate component selection, positioning errors of analysis and calculation, the calculation of clamping force, the specific folder structure and the rough with the determination of fixture elements. There are fork blank map, fixture assembly parts diagram and mapping how to ensure the technical conditions fork is the most important process, and fixture also plays a vital role. Fork reasonable structural design, design process to ensure quality processing fork, to improve the productivity of great significance, it is to ensure that the key to product quality. Fork through the design process can be found in a product design process requires a good co-ordination to succeed. Keywords: fork; technology; fixture; clamping; positioning 目錄 第1章 緒論 4 1.1 課題背景及意義 4 1.2 夾具的發(fā)展趨勢 5 第2章 零件的分析 7 2.1 零件的作用 7 2.2 零件的技術要求 7 第3章 工藝規(guī)程的分析 8 3.1生產綱領和生產類型的確定 8 3.2確定毛坯制造形式 8 3.2.1 選擇毛坯種類 8 3.2.2 毛坯形狀的確定 9 3.3 毛坯尺寸與機械加工工藝尺寸確定 9 3.3.1加工余量的確定 9 3.3.2 工序尺寸及其公差的確定 10 3.4 基準面的選擇 11 3.5生產過程與機械加工工藝過程 12 3.5.1 機械加工工藝規(guī)程的種類 12 3.5.2 制訂機械加工工藝規(guī)程的原始資料 12 3.7 工藝方案的制定 13 3.8 切削用量及工時的計算 13 第4章 銑床夾具設計 16 4.1 夾具的組成 16 4.2 常用定位元件及選用 16 4.2.1工件以平面定位 17 4.2.2工件以外圓柱定位 17 4.2.3工件以內孔定位 18 4.2.4對定位元件的基本要求 18 4.2.5常用定位元件所能限制的自由度 18 4.3 夾具的作用 19 4.4 夾具的分類 19 4.5專用夾具的組成 21 4.6 銑夾具設計 22 4.6.1 工件預加工內容 22 4.2.2 定位方案 22 4.2.3 夾緊方案 23 4.2.4 切削力和夾緊力計算 24 4.2.5 誤差分析計算 26 結 束 語 27 謝 辭 28 文 獻 29 IV 第1章 緒論 機械工業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)，現(xiàn)代機械制造技術是機械工業(yè)賴以生存和發(fā)展的重要保證。隨著科技不斷的發(fā)展，特別是近年來機械工業(yè)領域正朝著高精度、高質量、高效率、低成本方向發(fā)展，使機械工業(yè)得到了很大的提高。 機械加工工藝是制造機械產品的技巧、方法和程序；是實現(xiàn)產品設計、保證產品質量、節(jié)約能源和降低成本的重要手段；是企業(yè)進行生產準備、計劃調度、加工操作、生產安全、技術檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)；也是企業(yè)上品種、上質量、上水平，加速產品更新，提高經濟效益的技術保證。生產規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)。機械制造中，需要的加工順序、裝配工序及檢驗工序等，使用著大量的夾具，可以提高勞動效率，提高加工精度，減少廢品，可以擴大機床的工藝范圍，改善操作的勞動條件。因此，夾具是機械制造的一項重要工藝裝備，它們的研究對機械工業(yè)有著很重要的意義。機床夾具已成為機械加工時的重要裝備，同時是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術也正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發(fā)展。機床夾具的設計和使用是促進機械工業(yè)發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產的不斷發(fā)展，機床夾具的改進和創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術人員在技術革新中的一項重要任務。 機械制造工藝學設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的，這是我們在進行設計之前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，它在我們幾年的大學生活中占有重要的地位。就我個人而言，我希望能通過這次設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，為今后參加祖國的“四化”建設打下一個良好的基礎。由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。 1.1 課題背景及意義 材料、機構、工藝是產品設計的物質技術基礎，一方面，技術制約著設計；另一方面，技術也推動著設計。技術使產品形態(tài)發(fā)展的先導，新材料，新工藝的出現(xiàn)，必然給產品帶來新的機構、新的形態(tài)和新的造型風格。 材料、加工工藝、結構和產品形象有機的聯(lián)系在一起的，某各環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。隨著機床加精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度對夾具的制造精度要求更高精度夾具的定位孔距精度也隨著提高，機床夾具的精度以提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經濟行，夾具有不同的型號，以及不同檔位的精度標準供選擇。 工業(yè)的模塊、組合夾具元件模塊化實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型家具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷的改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)網站，位夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經營電子商務化。迅速發(fā)展對產品的品種和生產率提出了越來越高的要求，使多品種，對中小批生產作為機械生產的主流，為了適應機械生產的這種發(fā)展趨勢，必然對機床夾具提出更高的要求。 零件要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能夠保證加工質量，同時使加工的勞動量最小。而設計和工藝是密切相關的，又是相輔相成的。設計者要考慮加工工藝問題。工藝師要考慮如何從工藝上保證設計者的要求。 1.2 夾具的發(fā)展趨勢 夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發(fā)展。 高精 隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm，夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國戴美樂公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內；夾具重復安裝的定位精度高達±5μm；瑞士EROWA柔性夾具的重復定位精度高達2~5μm。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇。 高效 為了提高機床的生產效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用1~2秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機床上安裝與調整夾具的時間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國杰金斯公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1分鐘內就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產效率的作用。 模塊、組合 夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經營電子商務化。 夾具的通用性直接影響其經濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經濟性好。德國戴美樂公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低，經濟實用才有推廣應用的價值。 專家們建議組合夾具行業(yè)加強產、學、研發(fā)協(xié)作的力度，加快用高新技術改造和提升夾具技術水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，充分利用現(xiàn)代信息和網絡技術，與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術。主動與國外夾具廠商聯(lián)系，爭取合資與合作，引進技術，這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。 第2章 零件的分析 2.1 零件的作用 此零件與其它蝸桿零部件相配，構成一個結合體，然后裝于止蝸桿上，與其它零件配合工件，成為一個重要組成部分，此零件是機械中的一個關鍵零件。由于此零件承件伴隨其它零件工作，又是機械中的支承件，因此它對于機器加工零件的同軸度、軸向壓力、機件的磨損、及周圍機件安裝的準確性和零件的回轉平穩(wěn)度都有不可忽視的影響。 2.2 零件的技術要求 從機械的各個需要加工的表面來分析：后平面與機體相連，其長度尺寸精度不高，而表面質量較高；因需要裝配進行連接，還要用于夾具定位，其加工精度可定為IT9級；端面位置精度要求不高；面需要定位，表面質量要求比較高；其他有些面，其表面質量要求高；各加工面之間的尺寸精度要求不高。 從以上分析可知，該零件在批量生產條件下，不需要采用專用的機床進行加工，用普通機床配專用夾具即可保證其加工精度和表面質量要求。因此，該零件的加工不存在技術難題。 第3章 工藝規(guī)程的分析 3.1生產綱領和生產類型的確定 生產綱領的大小對生產組織和零件加工工藝過程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度，以及所選用的工藝方法和工藝裝備。 零件生產綱領可按下式計算。 N=Qn（1+a%）（1+b%） N——零件的年產量 Q——產品年產量 n——每臺產品中該零件的件數(shù) ——備品百分率 ——廢品百分率 根據(jù)教材中生產綱領與生產類型及產品大小和復雜程度的關系，確定其生產類型。 N=Qn（1+a%）（1+b%） =10000*1*（1+10%）（1+3%） =11330件/年 此零件零件的年產量為11330件，現(xiàn)已知該產品屬于輕型機械，根據(jù)生產類型與生產綱領的關系查閱參考文獻 ，確定其生產類型為大量生產。 3.2確定毛坯制造形式 3.2.1 選擇毛坯種類 毛坯種類的選擇主要依據(jù)的是以下幾種因素： （1）設計圖樣規(guī)定的材料及機械性能； （2）零件的結構形狀及外形尺寸； （3）零件制造經濟性； （4）生產綱領； （5）現(xiàn)有的毛坯制造水平。 由零件圖可知零件材料為45#，生產批量為大批大量，零件結構一般復雜，所以選擇金屬型澆鑄，因為生產率很高，所以可以免去多次造型，工件尺寸較小，單邊余量不大，需要結構細密，能承受較大的壓力，所以選擇鑄件做毛坯。 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 3.2.2 毛坯形狀的確定 此零件在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強度。因此，此零件材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼；如45鋼、55鋼、40Cr、40CrMnB等。近年來也有采用球墨鑄鐵的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料損耗少，成本低。隨著粉末冶金鍛造工藝的出現(xiàn)和應用，使粉末冶金件的密度和強度大為提高。因此，采用粉末冶金的辦法制造此零件是一個很有發(fā)展前途的制造方法。 此零件毛坯制造方法的選擇，主要根據(jù)生產類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性）及零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現(xiàn)有生產條件及采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。根據(jù)生產綱領為大量生產，此零件多用模鍛制造毛坯。此零件模鍛形式有兩種，一種是體和蓋分開鍛造，另一種是將體和蓋鍛成—體。整體鍛造的毛坯，需要在以后的機械加工過程中將其切開，為保證切開后粗鏜孔余量的均勻，最好將整體此零件大頭孔鍛成橢圓形。相對于分體鍛造而言，整體鍛造存在所需鍛造設備動力大和金屬纖維被切斷等問題，但由于整體鍛造的此零件毛坯具有材料損耗少、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點，故用得越來越多，成為此零件毛坯的一種主要形式。總之，毛坯的種類和制造方法的選擇應使零件總的生產成本降低，性能提高。 鍛好后的此零件毛坯需經調質處理，使之得到細致均勻的回火索氏體組織，以改善性能，減少毛坯內應力。為了提高毛坯精度，此零件的毛坯尚需進行熱校正。 此零件必須經過外觀缺陷、內部探傷、毛坯尺寸及質量等的全面檢查，方能進入機械加工生產線。 3.3 毛坯尺寸與機械加工工藝尺寸確定 3.3.1加工余量的確定 在切削加工時，為了保證零件的加工質量，從某加工表面上所必須切除的一層金屬層厚度成為加工余量。加工余量分為總余量和工序余量兩種。在由毛坯加工成成品的過程中，毛坯尺寸與成品零件圖的設計尺寸之差，成為加工總余量，即某加工表面上切除的金屬層總厚度。 完成一道工序時，從某一表面上所必須切除的金屬層厚度，稱為該工序的工序余量，即上道工序的工序尺寸與本道工序的工序尺寸之差。對于外圓和孔等旋轉表面而言，加工余量是從直徑上考慮的，故稱為雙邊余量，但實際上所切除的金屬層厚度是直徑上的加工余量的一半。加工平面時，加工余量是非對稱的單邊余量，它等于實際所切除的金屬層厚度。各工序的工序余量之和等于這一表面的加工總余量。 任何加工方法加工之后的尺寸都有一定的誤差，因而毛坯和各個工序尺寸都有公差，所以加工余量也就是變化的，因此加工余量可分為公稱余量、最小余量和最大余量。 工序尺寸的公差按各種加工方法的經濟精度等級選定，并按“入體原則”標主。即對于被包容面（如軸，鍵寬等），工序尺寸的公差帶都取上偏差為零，即加工后的基本尺寸與最大極限尺寸相等；對于包容面（如孔，鍵槽寬等），工序尺寸公差帶都取下偏差為零，即加工后的基本尺寸與最小極限尺寸相等。孔距工序尺寸公差，一般按對稱偏差標住，毛坯尺寸公差可取對稱偏差，也可取非對稱偏差。 加工余量大小對制定工藝過程有一定的影響。總余量不夠，不能保證加工質量；總余量過大，不但增加機械加工的勞動量，而且也增加了材料、刀具、電力等的成本消耗。 對于工序余量，目前一般采用經驗估計的方法，或按照技術手冊等資料推薦的數(shù)據(jù)為基礎，并結合實際生產情況確定其加工余量的數(shù)值。對于一些精加工工序（例如：磨削、研磨、金剛鏜等）又以最合適的加工余量范圍。加工余量過大，會使精加工工時過大，甚至不能達到精加工的目的(破壞了精度和表面質量)；加工余量過小，會使工件的某些部位加工不出來。此外，精加工的工序余量不均勻，還會影響加工精度。所以，對于精加工工序余量的大小和均勻性都必須予以保證。 3.3.2 工序尺寸及其公差的確定 工序尺寸是工件在加工過程中各工序應保證的加工尺寸。因此，正確的確定工序尺寸及其公差，是制定工藝規(guī)程的一項重要工作。 工序尺寸的計算要根據(jù)零件圖上的設計尺寸、已經確定的各個工序的加工余量及定位基準的轉換來進行。確定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后一道工序開始依次向前推算，最后工序的工序尺寸按設計尺寸標注。當無基準轉換時，同一表面多次加工的工序尺寸只與工序的加工余量有關。當定位基準與工序基準不重合或工序尺寸尚需從繼續(xù)加工的表面標注時，工序尺寸應用尺寸鏈解算。分析該零件圖樣，其工序基準與定位基準重合，故其工序尺寸只與各個加工工序的余量有關。具體的計算步驟如下： 1）確定某一被加工表面各個加工工序的加工余量 由查表法確定各工序的加工余量； 2）計算各工序尺寸的基本尺寸 從終加工工序開始，即從設計尺寸開始，到第一道加工工序，逐次加上（對被包容面）或減去（對包容面）每道加工工序的基本余量，便可得到各工序尺寸的基本尺寸（包括毛坯尺寸）； 3）確定各工序尺寸公差及其偏差 除終加工以外，根據(jù)各工序所采用的加工方法及其經濟加工精度，確定各工序的工序尺寸公差（終加工工序的公差按設計要求確定），并按照“入體原則”標注工序尺寸公差。 3.4 基準面的選擇 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，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。 （1）粗基準的選擇 由于零件的結構比較復雜，加工的表面較多，粗基準選擇的是否合理，對各加工能否非配到合理的加工余量及加工面與不加工面的相對位置關系有很大影響。因此在選擇粗基準時應考慮以下幾個方面； a在保證各加工面均有加工余量的前提下，應使重要孔的加工余量盡量均勻； b裝入零件內的旋轉零件（如齒輪、軸套）應與零件內壁有足夠的間隙； c注意保持機械零件必要的外形尺寸； d能保證定位、夾緊可靠。 按照有關粗基準的選擇原則（即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作粗基準；若零件有若干個不加工表面時，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為基準），現(xiàn)選取面作為粗基準，利用這一平面做定位面，以消除、、。 （2）精基準的選擇 由于機械零件面加工的要求較高，又可能需要經過多次的安裝，因此應盡可能采用統(tǒng)一的精基準。考慮零件有較大的平面，所以一般選機械零件合適的組成作為統(tǒng)一的精基準，這樣不僅可以避免因基準轉換過多而帶來的累積誤差，有利于保證機械零件各主要表面的相互位置精度，而且可以減少夾具數(shù)量和安裝次數(shù)，以縮短生產周期和降低成本，同時，零件底面又是設計基準和安配基準，符合基準重合原則，因此也避免基準不重合誤差的產生。 3.5生產過程與機械加工工藝過程 生產過程是指將原材料轉變?yōu)槌善返娜^程。它包括原材料的運輸、保管于準備，產品的技術、生產準備、毛坯的制造、零件的機械加工及熱處理，部件及產品的裝配、檢驗調試、油漆包裝、以及產品的銷售和售后服務等。 機械工工藝過程是指用機械加工方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質使其成為零件的全過程。 機械加工工藝過程的基本單元是工序。工序又由安裝、工位、工步及走刀組成。 規(guī)定產品或零件制造過程和操作方法等工藝文件，稱為工藝規(guī)程。機械加工工藝規(guī)程的主要作用如下： 1.機械加工工藝規(guī)程是生產準備工作的主要依據(jù)。根據(jù)它來組織原料和毛坯的供應，進行機床調整、專用工藝裝備的設計與制造，編制生產作業(yè)計劃，調配勞動力，以及進行生產成本核算等。 2.機械加工工藝規(guī)程也是組織生產、進行計劃調度的依據(jù)。有了它就可以制定進度計劃，實現(xiàn)優(yōu)質高產和低消耗。 3.機械加工工藝規(guī)程是新建工廠的基本技術文件。根據(jù)它和生產綱領，才能確定所須機床的種類和數(shù)量，工廠的面積，機床的平面布置，各部門的安排 3.5.1 機械加工工藝規(guī)程的種類 機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片，是兩個主要的工藝文件。對于檢驗工序還有檢驗工序卡片；自動、半自動機床完成的工序，還有機床調整卡片。 機械加工工藝過程卡片是說明零件加工工藝過程的工藝文件。 機械加工工序卡片是每個工序詳細制訂時，用于直接指導生產，用于大批量生產的零件和成批生產中的重要零件。 3.5.2 制訂機械加工工藝規(guī)程的原始資料 制訂機械加工工藝規(guī)程時，必須具備下列原始資料： 1.產品的全套技術文件，包括產品的全套圖紙、產品的驗收質量標準以及產品的生產綱領。 2.毛坯圖及毛坯制造方法。工藝人員應研究毛坯圖，了解毛坯余量，結構工藝性，以及鑄件分型面，澆口、冒口的位置，以及正確的確定零件的加工裝夾部位及方法。 3.車間的生產條件。即了解工廠的設備、刀具、夾具、量具的性能、規(guī)格及精度狀況；生產面積；工人的技術水平；專用設備；工藝裝備的制造性能等。 4.各種技術資料。包括有關的手冊、標準、以及國內外先進的工藝技術等。 3.7 工藝方案的制定 鍛 鍛造出毛坯Φ110x670 熱處理 正火處理 數(shù)車 第一次裝夾粗,鉆中心孔,精車外圓輪廓,割槽,再次掉頭裝夾裝頂尖 ,粗,精車外圓輪廓,割槽, 銑 銑床銑鍵槽 滾 滾齒 綜檢 入庫 3.8 切削用量及工時的計算 工序三 第一次裝夾粗,鉆中心孔,精車外圓輪廓,割槽,再次掉頭裝夾裝頂尖,粗,精車外圓輪廓,割槽,。 1. 加工條件 工件材料：45#,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：第一次裝夾粗,鉆中心孔,精車外圓輪廓,割槽,再次掉頭裝夾裝頂尖,粗,精車外圓輪廓,割槽, 機床：CK6140。 刀具：外圓車刀,割刀 2. 切削用量 工步1 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.8mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝80m/min(，n=240r/min 工步2 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.3mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝150m/min(，n=520r/min 工步3 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.5mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝120m/min(，n=450r/min 工步4 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.8mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《削手冊》表14，查得Vf＝8m/min(，n=240r/min 工步5 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.3mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.2mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《削手冊》表14，查得Vf＝150m/min(，n=520r/min 工步6 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.5mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《削手冊》表14，查得Vf＝120m/min(，n=450r/min 工序四 銑床銑鍵槽。 1. 加工條件 工件材料：45#,σb=0.16GPa HB=200~241。 加工要求：銑床銑鍵槽 機床：X52k。 刀具：硬質合金端銑刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》（后簡稱《切削手冊》）。選擇刀具前角γo＝18°后角αo＝10°,主偏角Kr=60°,副偏角Kr’=8° 2. 切削用量 1）切削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.8mm/z。選較小量f=0.75mm。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 計算切削速度和主軸轉速計算切削速度按《切削手冊》表14，查得Vf＝80m/min(，n=235r/min 第4章 銑床夾具設計 4.1 夾具的組成 雖然夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中，作用相同的結構或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個組成部分，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。 1．定位支承元件 定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。 2．夾緊裝置 夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。 3．連接定向元件 這種元件用于將夾具與機床連接并確定夾具對機床主軸、工作臺或導軌的相互位置。 4．對刀元件或導向元件 這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工正確位置的元件稱為對刀元件，用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件稱為導向元件。 5．其它裝置或元件 根據(jù)加工需要，有些夾具上還設有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機構、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其它聯(lián)接元件。 6．夾具體 夾具體是夾具的基體骨架，用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結構、鍛造結構、焊接結構和裝配結構，形狀有回轉體形和底座形等形狀。 上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分。 4.2 常用定位元件及選用 工件在夾具中要想獲得正確定位，首先應正確選擇定位基準，其次是選擇合適的定位元件。工件定位時，工件定位基準和夾具的定位元件接觸形成定位副，以實現(xiàn)工件的六點定位。用定位元件選用時，應按工件定位基準面和定位元件的結構特點進行選擇。 4.2.1工件以平面定位 1.以面積較小的已經加工的基準平面定位時，選用平頭支承釘，以基準面粗糙不平或毛坯面定位時，選用圓頭支承釘，側面定位時，可選用網狀支承釘。 2.以面積較大、平面度精度較高的基準平面定位時，選用支承板定位元件，用于面定位時用不帶斜槽的支承板，通常盡可能選用帶斜槽的支承板，以利清除切屑。 3.以毛坯面，階梯平面和環(huán)形平面作基準平面定位時，選用自位支承作定位元件。但須注意，自位支承雖有兩個或三個支承點，由于自位和浮動作用只能作為一個支承點。 4.以毛坯面作為基準平面，調節(jié)時可按定位面質量和面積大小分別選用可調支承作定位元件。 5.當工件定位基準面需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用輔助支承作輔助定位元件，但須注意，輔助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新調整支承點高度，支承位置應選在有利工件承受夾緊力和切削力的地方。 4.2.2工件以外圓柱定位 1.當工件的對稱度要求較高時，可選用V形塊定位。V形塊工作面間的夾角α常取60°、90°、120°三種，其中應用最多的是90°V形塊。90°V形塊的典型結構和尺寸已標準化，使用時可根據(jù)定位圓柱面的長度和直徑進行選擇。V形塊結構有多種形式，有的V形塊適用于較長的加工過的圓柱面定位；有的V形塊適于較長的粗糙的圓柱面定位；有的V形塊適用于尺寸較大的圓柱面定位，這種V形塊底座采用鑄件，V形面采用淬火鋼件，V塊是由兩者鑲合而成。 2.當工件定位圓柱面精度較高時（一般不低于IT8），可選用定位套或半圓形定位座定位。大型軸類和曲軸等不宜以整個圓孔定位的工件，可選用半圓定位座。 4.2.3工件以內孔定位 1.工件上定位內孔較小時，常選用定位銷作定位元件。圓柱定位銷的結構和尺寸標準化，不同直徑的定位銷有其相應的結構形式，可根據(jù)工件定位內孔的直徑選用。當工件圓柱孔用孔端邊緣定位時，需選用圓錐定位銷。當工件圓孔端邊緣形狀精度較差時，選用圓錐定位銷；當工件需平面和圓孔端邊緣同時定位時，選用浮動錐銷。 2.在套類、盤類零件的車削、磨削和齒輪加工中，大都選用心軸定位，為了便于夾緊和減小工件因間隙造成的傾斜，當工件定位內孔與基準端面垂直精度較高時，常以孔和端面聯(lián)合定位。因此，這類心軸通常是帶臺階定位面的心軸，當工件以內花鍵為定位基準時，可選用外花鍵軸，當內孔帶有花鍵槽時，可在圓柱心軸上設置鍵槽配裝鍵塊；當工件內孔精度很高，而加工時工件力矩很小時，可選用小錐度心軸定位。 綜上：正確定位，必須選對定位基準。 4.2.4對定位元件的基本要求 1.限位基面應有足夠的精度。定位元件具有足夠的精度，才能保證工件的定位精度。 2.限位基面應有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經常與工件接觸和磨擦，容易磨損，為此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夾具的使用壽命和定位精度。 3.支承元件應有足夠的強度和剛度。定位元件在加工過程中，受工件重力、夾緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應有足夠的剛度和強度，避免使用中變形和損壞。 4.定位元件應有較好的工藝性。定位元件應力求結構簡單、合理，便于制造、裝配和更換。 5.定位元件應便于清除切屑。定位元件的結構和工作表面形狀應有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內影響加工和定位精度。 4.2.5常用定位元件所能限制的自由度 定位元件可按工件典型定位基準面分為以下幾類： 1.用于平面定位的定位元件：括固定支承（釘支承和板支承），自位支承，可調支承和輔支承。 2.用于外圓柱面定位的定位元件：括V形架，定位套和半圓定位座等。 3.用于孔定位的定位元件：括定位銷（圓柱定位銷和圓錐定位銷），圓柱心軸和小錐度心軸。 4.3 夾具的作用 夾具是用于機加工、檢測、裝配、焊接和其它制造工藝的一種工藝設備，它將工件定位并牢固地夾持在一個確定的位置上，以便按工藝要求加工工件。它的主要作用是：可靠地保證工件的加工質量，提高加工效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。不論是傳統(tǒng)制造，還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具都是十分重要的。夾具對加工質量、生產率和產品成本都有直接影響。花費在夾具設計和制造的時間不論在改進現(xiàn)有產品或開發(fā)新產品中，在生產周期中都占有較大比重。所以，制造業(yè)中非常重視對夾具的研究。夾具設計是制造過程的一個重要組成部分，廣泛用于各種制造工序中，并因不同的批量如單件、成批生產和大量生產而使用和開發(fā)不同的夾具。 4.4 夾具的分類 （1）通用夾具 通用夾具是指已經標準化的，在一定范圍內可用于加工不同攻堅的家具。例如，車床上的三爪卡盤和四爪卡盤、頂尖和雞心夾頭；銑床上的平口鉗、分度頭和回轉工作臺等。它們有很大的通用性，無需調整或稍加調整就可以用于裝夾不同的工件。這類夾具一般已經標準化。由專業(yè)工廠生產，作為機床附件供應給用戶。 （2）專用夾具 專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而專門設計的夾具，具有結構緊湊，操作迅速、方便等優(yōu)點。專用夾具通常由使用廠根據(jù)要求自行設計和制造，適用于產品固定且批量較大的生產中。 （3）組合夾具 組合夾具是在機床夾具零部件標準化的基礎上，由一整套預先制造好的，具有各種不同形狀、不同規(guī)格尺寸的標準元件和合件，按照組合化的原理，針對工件的加工要求組裝成各種專用夾具。夾具使用完畢后，可以拆卸，留待組裝新夾具時使用。 組合夾具的應用范圍十分廣泛。它最適合于品種多、產品變化快、新產品試制和單件小批生產等場合，在批量生產中也可利用組合夾具代替臨時短缺的專用夾具，以滿足生產要求。用組合夾具元件可以組裝成各類機床夾具。數(shù)控機床和柔性制造單元的出現(xiàn)，更加推動了組合夾具技術的進步，擴大了組合夾具的應用范圍。 組合夾具具有以下特點： a/組合夾具元件可供多次使用，但其一旦組裝成某個夾具后，該夾具結構仍屬專用性，只能一次使用。當變換加工對象時，一般仍需全部拆開，重新組裝成新夾具結構，以滿足新工件的加工要求。 b/和專用夾具不一樣，組合夾具的最終精度，是靠各組成元件的精度，直接組合來保證的，不允許進行任何補充加工，否則無法保證元件的互換性。 c/由于組合夾具是由各標準元件組合起來的，因此剛性較差，尤其是元件連接的結合面接觸剛度，對加工精度影響較大。 d/一般組合夾具的外形尺寸較大，不及專用夾具那樣緊湊。 e/這種夾具不受生產類型的限制，可以隨時組裝，以應生產之急。 （4）拼裝夾具 拼裝夾具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由標準化、系列化的夾具元件，直接按專用夾具的裝配方法（銷釘定位、螺栓緊固）裝配成的專用夾具。采用拼裝夾具大大縮短了專用夾具的設計與制造周期，而且當產品改型時原來夾具的大部分元件仍可拆下重新使用，適用于多品種、小批量生產中。 （5）通用可調夾具 通用可調夾具是指根據(jù)不同尺寸或種類的工件，調整或更換個別定位元件或夾緊元件而形成的專用夾具。加工對象不很確定，通用范圍較大，適用于多品種、小批量生產中。 （6）成組夾具 成組夾具是指專為加工成組工藝中某一組零件而設計的可調夾具。加工對象明確，只需調整或更換個別定位元件或夾緊元件便可使用，調整范圍只限于本零件組被的工件，適用于成組加工。 通用可調夾具和成組夾具都是一種比較先進的、繼承性好的新型夾具。采用這兩種夾具可大大減少專用夾具數(shù)量，縮短生產準備周期，降低生產成本，加快產品的更新?lián)Q代，并可有效地促進并實現(xiàn)機床夾具標準化、系列化和通用化。 通用可調夾具與成組夾具的區(qū)別在于：前者的加工對象不很確定，其更換調整部分的結構設計，往往具有較大的適應性，通用范圍大；而成組夾具則是為成組加工工藝中一組零件而專門設計的，加工對象十分明確，可調范圍也只限于本組內的零件，因此后者亦稱為專用可調夾具。 這兩類夾具不僅適合多品種、小批量生產的需要，而且也能在少品種、較大批量生產中應用。 通用可調夾具與成組夾具都是根據(jù)加工對象和工藝的相似性，尺寸的相近，對零件進行分類歸組而進行設計，因此原理上和結構都比較類同。從原理上說，對同類一組的不同加工對象，只需要更換或調整其中個別定位、夾緊或導向等元件即可使用。從結構上看，這兩類夾具通常都是由兩部分組成：一是基本部分，包括夾具體、夾緊傳動裝置、操縱機構等。對于不同的加工對象，上述部分都是保持不變的。二是可更換調整部分，即根據(jù)不同加工對象，通過更換或調整某些定位、夾緊或導向等元件來適應加工。 這兩類夾具按照可更換調整部分的工作方式有三種形式：更換式、調整式和更換調整式。更換式適用范圍較廣，加工對象形狀和工藝相似性差些也可適用，同時工作比較可靠方便。調整式可減少組成元件的數(shù)量，但調整要花費一定時間，夾具精度也要受調整影響。更換調整式可集中上述兩者的優(yōu)點，故生產中用得較多。一般將主要定位元件或導向元件設計成更換式，這樣可使加工精度由更換件本身的精度來保證，不受或少受其與基本部分組裝誤差的影響。對輔助定位元件、夾緊元件等則盡可能采用調整式，這對同組零件在夾具調整上可得到較好的兼顧。 4.5專用夾具的組成 （1）定位裝置 這種裝置包括定位元件及其組合，其作用是確定工件在夾具中的位置，即通過它使工件加工時相對于刀具及切削成形運動處于正確的位置，如支承釘、支承板、V形塊、定位銷等。 （2）夾緊裝置 它的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在定位時所占據(jù)的位置在加工過程中不因受重力、慣性力以及切削力等外力作用而產生位移，同時防止或減小振動。它通常是一種機構，包括夾緊元件（如夾爪、壓板等），增力及傳動裝置（如杠桿、螺紋傳動副、斜楔、凸輪等）以及動力裝置（如氣缸、油缸）等。 （3）對刀—引導裝置 它的作用是確定夾具相對于刀具的位置，或引導刀具進行加工，如對刀塊、鉆套、鏜套等。 （4）其他元件及裝置 如定向件、操作件以及根據(jù)夾具特殊功用需要設置的一些裝置，如分度裝置、工件頂出裝置、上下料裝置等。 （5）夾具體 用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎件，并與機床有關部位連接，以確定夾具相對于機床的位置。 4.6 銑夾具設計 4.6.1 工件預加工內容 1.該工件其他部位都已經加工完畢，工件所待加工的部位為銑鍵槽?；零件的形狀、尺寸及其位置如零件圖2-1所示。 2.零件生產批量10000件，屬中小批量生產。 4.2.2 定位方案 由零件圖可知：中心線和軸線有尺寸要求及平行度要求，其設計基準為孔的中心線。為了使定位誤差達到要求的范圍之內，在此選用V形塊定心自動找到中心線，這種定位在結構上簡單易操作。 采用V形塊定心平面定位的方式，保證平面加工的技術要求。同時，應加一側面定位支承來限制一個沿軸移動的自由度。 4.2.3 夾緊方案 夾緊力確定的基本原則 夾緊力是由夾緊元件(裝置)產生的，夾緊力是根據(jù)工序圖或夾具設計任務書中所提供的資料進行計算。夾緊裝置所產生的夾緊力一般是按下述條件和順序進行的： 1)按靜力學的平衡條件，根據(jù)工件受外力的情況計算所需理論夾緊力。 2)確定夾緊方式和夾緊裝置。 3)確定夾緊裝置所能產生的實際夾緊力。 實際夾緊力比理論夾緊力要大一些，這樣才能安全可靠，確定夾緊力的基本原則是正確選擇夾緊力的方向、著力點和夾緊力的大小。 夾緊力方向確定的基本原則 夾緊力方向主要與定位基準及工件所受外力的方向有關，確定的原則是： 1)夾緊力方向應保證工件定位的準確性與可靠性 2）夾緊力方向應使工件變形最小 因為一方面當承載表面不同時，接觸變形不同；另一方面工件在不同方向上的剛性不同。因此，要使工件夾緊變形小，在選擇夾緊力方向時，最好使承載力表面是定位件與工件定位基準接觸面積較大的那個面，并在工件剛性較好的方向上將工件夾緊，以減小變形。加工薄壁套類、盤類工件時因為工件軸向比徑向剛性好，所以常采用均布載荷，而不用集中載荷。 3）夾緊力方向所需夾緊力盡可能小 夾緊力作用點的選擇 1）夾緊力作用點應落在支承面中心或支承面內使定位穩(wěn)定。 2）夾緊力作用點盡可能靠近被加工表面，以使切削力作用點的力矩小，從而減輕振動，防止翻轉。 3）夾緊力作用點應選在工件剛性較好的部位，以防工件產生夾緊變形。 4）夾緊力作用點的數(shù)目應盡量使工件在整個接觸面上夾的均勻，減小夾緊變形。 綜上所述，夾緊力作用點選擇是否合理，對工件是夾緊變形影響極大。因此，在實際設計時，應根據(jù)各種因素進行分析，確定合理方案。 工件受力分析 夾緊力的大小，對工件安裝的可靠性，工件與夾具的變形，夾緊機構的復雜程度和傳動裝置的選用等都有很大關系。因此，在夾緊力方向、作用點確定后，尚需確定夾緊力的大小。 工件在加工過程中受到切削力、離心力、慣性力和工件自身的重力的作用，為保證工件安裝穩(wěn)定可靠，夾緊力必須與上述外力平衡。但在不同條件下，上述各種外力在平衡力系中所起的作用并不相同。如在一般的中小型工件加工起決定作用的是切削力，而重型工件起決定作用的則是工件的重力。此外，切削力在加工過程中是變化的，工藝系統(tǒng)的剛性和夾緊機構的傳動效率又不同。因此，夾緊力大小的計算是一個很復雜的問題，一般只作粗略估算。為簡便起見，在計算夾緊力大小時，假定工藝系統(tǒng)是剛性的，切削過程穩(wěn)定不變，只考慮切削力（矩）對夾緊的影響，按靜力平衡原理求出夾緊力的大小。為保證安全再乘以安全系數(shù)。 圖4—1 一端受力 1）工件一端某點受刀具的力 受到徑向切削分力、軸向切削分力、切向切削分力三個力如圖4—1。 圖4—2 兩端同時受力 2）當兩端同時加工時，受力如圖42，夾緊力必須平衡它們，工件才能正常加工，兩端大小相等方向相反，已平衡；由于用短V形塊分別夾緊兩端，分別平衡兩端的；而兩端則分別會產生力矩使工件扭轉，這個扭轉力矩也需要夾緊力平衡。 4.2.4 切削力和夾緊力計算 由資料[10]《機床夾具設計手冊》查表可得： 切削力公式： 式（2.11） 式中 查資料[10]《機床夾具設計手冊》表得： 即由式2.11得： 切削扭矩公式 ： 式（2.12） 即： 根據(jù)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(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。 由資料[10]《機床夾具設計手冊》表得： 式（2.13） 取，， 即： 螺旋夾緊時產生的夾緊力按式2.6計算： 式中參數(shù)由資料[10]《機床夾具設計手冊》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。受力簡圖如下： 圖2.1 受力簡圖 由資料[10]《機床夾具設計手冊》表得：原動力計算公式 式（2.14） 即： 由上述計算易得： 因此采用該夾緊機構工作是可靠的。 4.2.5 誤差分析計算 該夾具以V型塊定位定心，心軸定心元件中心線與底槽側面規(guī)定的垂直度偏差0.08mm，槽的公差為mm。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)定的工序公差。 與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示： 式（2.10） 由《機床夾具設計手冊》可得： ⑴、平面定位心軸定心的定位誤差 ： ⑵、夾緊誤差 ： 式（2.11） 其中接觸變形位移值： 式（2.12） 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。 結 束 語 機械制造工藝學設計是在大學全部基礎課,技術基礎課以及大部分專業(yè)課完成以后進行的.這是我們在進行設計之前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,它在我們大學幾年的的學習中占有重要地位. 就我個人而言,希望能通過這次設計對自己即將從事的工作進行一次適應性訓練,從中鍛煉自己分析問題,解決問題的能力.通過本次的機械制造工藝學設計，使我能夠對書本的知識做進一步的了解與學習，對資料的查詢與合理的應用做了更深入的了解，本次進行工件的工藝路線分析、工藝卡的制定、工藝過程的分析、專用夾具的設計與分析，對我們在大學期間所學的課程進行了實際的應用與綜合的學習。 謝 辭 幾年的大學學習生活轉眼即逝，幾個月的設計，就要結束。在外求學經歷的坎坷使我慢慢成熟，在學校的這段時間里，使我收獲很多，所經歷的一切將讓我倍加珍惜未來的生活。 本課題的撰寫是在老師的悉心指導下完成的，在此，我表示真摯的感謝，從畢業(yè)題目的確定到設計的完成，每一步都得到了老師的精心指導，他淵博的學術知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、勤勉的工作作風、和藹大度的學者風范和對我的嚴格要求使我受益匪淺、享用終生。其次，感謝同學們對我的支持，在我進行資料查找時，是他們給了我信心和力量！ 總之，我的設計是老師和同學和我共同完成的結果，在設計的幾個月里，我們合作的非常愉快，他們教會了我許多道理，這是我人生的一筆財富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示感謝！感謝學院的各位老師幾年來對我們的教育，感謝學院能給我們提供這次非常好的學習實踐機會！ 向在百忙之中評閱本方案并提出寶貴意見的各位評委老師表示最誠摯的謝意，同時向所有關心、幫助和支持我的老師和同學表示衷心的感謝，祝他們工作順利，萬事如意！ 由于本人的學識水平、時間和精力有限，文中肯定有許多不盡人意和不完善之處，我將在以后的工作、學習中