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夾具定位規(guī)劃中完整性評估和修訂 CAM實驗室，機械工程學(xué)系，伍斯特理工學(xué)院研究院，100路，伍斯特，碩士01609，美國 2004年9月14日收稿;2004年11月9日修訂;2004年11月10日發(fā)表 摘 要 幾何約束是夾具設(shè)計中最重要的考慮因素之一。確定位置的解析擬訂已發(fā)達。然而，如何分析和修改在實際夾具設(shè)計實踐過程中的一個非確定性的定位計劃尚未深入研究。在本文中，提出了一種方法來描述在限制約束下的重點夾具系統(tǒng)的幾何約束狀態(tài)。一種限制約束下狀態(tài)，如果它存在，可以識別給定定位計劃?？梢宰詣幼R別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案。這有助于改善逆差定位計劃，并為修訂提供指引，以最終實現(xiàn)確定性的定位。 關(guān)鍵詞：夾具設(shè)計;幾何約束;確定性定位;限制約束;過約束 1.介紹 夾具是用于制造工業(yè)進行工件牢固定位的一種機制。在零件加工過程中規(guī)劃一個關(guān)鍵的第一步，夾具設(shè)計需要，以確保定位精度和三維工件的精度。 3-2-1原則，在一般情況下，是最廣泛使用的指導(dǎo)原則發(fā)展的位置計劃。 V型塊和銷孔定位原則也常用。 一個加工夾具定位方案必須滿足一些要求。最基本的要求是，必須提供工件確定的位置。這種觀點指出，定位計劃生產(chǎn)的確定位置，工件不能移動，而至少有一個定位不會失去聯(lián)系。這一直是夾具設(shè)計的最根本的準(zhǔn)則之一，許多研究人員關(guān)于幾何約束狀態(tài)的研究表明，工件在任何定位計劃分為以下三個類別： 1、良好的約束（確定性）：工件在一個獨特的位置進行配合，工件表面與6個定位器取得聯(lián)系。 2、限制約束：不完全約束工件的自由度。 3、過約束：工件自由度超過6定位的制約。 在1985年,淺田[1]提出了滿秩為準(zhǔn)則雅可比矩陣的約束方程,基于分析形成了調(diào)研后,確定定位。周等[2]在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理論。結(jié)果表明,定位矩陣的定位需要壓力滿秩達到確定的位置。該方法的確定通過無數(shù)的研究。王等[3]考慮定位工件的接觸的影響，而采用點接觸面積。他們介紹了接觸矩陣，并指出，兩個接觸的機構(gòu)不應(yīng)該有平等的，但在接觸點曲率相反?？柹璠4]認(rèn)為，可能沒有足夠的應(yīng)用，如一些不是非棱柱的表面或相對誤差近似的非小線性。他提出一個二階泰勒展開，其中也考慮到定位誤差相互作用。馬林和費雷拉[5]應(yīng)用周對3-2-1的位置擬訂，制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃。盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置。 在淺田的擬定方案中,他們假設(shè)工件夾具元件和點之間的聯(lián)絡(luò)無阻力。理想的位置q*,而應(yīng)放置工件表面和分片，可微函數(shù)是gi(見圖1)。 表面函數(shù)定義為:gi(q*)=0是確定的,應(yīng)該有一個獨一無二的解決方案為下列所有定位方程組。 gi(q)=0,i=1,2,...,n (1) 其中n是定位器的位置與方向,代表了工件的定位和方向。 只有考慮到目標(biāo)位置q*附近在處: 淺田表明 (2) hi是幾何函數(shù)的雅可比矩陣，矩陣式所示（3）。確定定位 如果雅可比矩陣滿秩，可滿足要求。 (2)只有q=q*一個解決辦法 (3) 在1個3-2-1定位計劃中，一個約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如表1所示。如果定位是小于6，工件是限制約束的，即存在至少有一個工件自由定位議案不受限制的。如果矩陣滿秩，但定位大于6定位，工件是過約束，這表明存在至少一個定位等;而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài)。找出一個模型除了3-2-1,可以建立基準(zhǔn)框架提取等效的定位點。胡等[6]已經(jīng)發(fā)展出一種系統(tǒng)的方法,對這個用途。因此,這則能適用于所有的定位方案。 圖1 .夾具系統(tǒng)模型。 表1 等級 數(shù)量的定位 地位 <6 - Under-constrained =6 =6 Well-constrained =6 >6 Over-constrained 康等[7]遵循這些方法和他們實施制定的幾何約束分析模塊其自動化的計算機輔助夾具設(shè)計的核查制度。他們的CAFDV系統(tǒng)可以計算出雅可比矩陣和它的排名來確定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯誤。熊等人[8]提出的等級檢查方法的定位矩陣WL(見附件)。他們還介紹了左/右邊的定位矩陣廣義逆理論,分析了工件的幾何誤差。結(jié)果表明,定位及發(fā)展方向誤差ΔX和位置誤差Δr的工件定位相關(guān)如下: Under-constrained:ΔX=WLΔr, (4) Well-constrained :ΔX=(WTLWL)-1WLTΔr, (5) Over-constrained:ΔX=WLT(WTLWL)-1Δr+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL)λ, (6) λ是任意一個向量。 他們還介紹了從這些矩陣的幾個指標(biāo)，評價定位配置，其次是通過約束非線性規(guī)劃的優(yōu)化。然而，他們的研究分析，不涉及非確定性定位的修訂。目前，還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設(shè)計系統(tǒng)的研究。 2.定位完整性評價 如果不確定性的位置達到夾具系統(tǒng)設(shè)計的要求，設(shè)計師知道約束狀態(tài)是什么，以如何改善設(shè)計是非常重要的條件。如果夾具系統(tǒng)是過度約束，是理想定位需要的不必要的信息。而下約束時，所有有關(guān)知識約束工件的議案，可以引導(dǎo)設(shè)計師選擇額外的定位或使得修改定位計劃更有效。的總體戰(zhàn)略定位計劃表征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2。 在本文中,定位矩陣秩的幾何約束的施加評價狀態(tài)(見附件為獲得的定位矩陣)。確定需要六個定位器定位提供矩陣的滿秩定位WL: 如圖3所示,在給定的定位器數(shù)量n,定位法向量[ai,bi,ci]和定位的位置[xi,yi,zi] 每一個定位器,i=1,2,.....,n,n*6定位矩陣可以確定如下: （7） 當(dāng)?shù)燃墸╓L）=6，n=6時，是工件良好約束。 當(dāng)?shù)燃墸╓L）=6，n>6時;是工件過約束。 這意味著（n-6）有不必要的定位在定位方案上。工件將不存在限制（n-6）定位器。這種狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示方法,那就是（n-6）在定位向量矩陣,可表示為線性組合的其他六行向量。 圖2 幾何約束狀態(tài)描述 圖3一個簡化的定位方案。 定位方案，提供了確定性的位置。發(fā)達國家的算法使用下列方法確定不必要的定位： 1、找到所有的（n-6）組合定位的。 2、為每個組合,從（n-6）定位器確定定位方案。 3、重新計算矩陣秩的定位為左六個定位器。 4、如果等級不變,被刪除的(n-6)定位器是負(fù)責(zé)過約束狀態(tài)。 這種方法可能會產(chǎn)生多種解決方案，并要求設(shè)計師來決定哪一套不必要的定位應(yīng)該被刪除以最佳定位性能。 當(dāng)?shù)燃墸╓L）<6,工件的限制約束。 參考文獻 [1] Asada H, By AB.。自動重構(gòu)夾具的柔性裝配夾具的運動學(xué)分析。 IEEE J機器人autom1985; RA-1:86-93。 [2] zhou YC，Chandru V，Barash MM。加工裝置的自動配置的數(shù)學(xué)方法分析和綜合。反ASME J英工業(yè)1989;111:299-306。 [3] Wang MY, Liu T, Pelinescu DM.。夾具運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上充分接觸剛體模型。 J制造業(yè)│科學(xué)與工程2003;125：316-24。 [4] Carlson JS。剛性零件的裝夾和定位計劃的二次靈敏度分析“。 ASME J制造業(yè)│2001年科學(xué)與工程;123（3）：462-72。 [5] Marin R, Ferreira P.確定性3-2-1定位計劃的運動學(xué)分析和綜合加工裝置。 ASME J制造業(yè)│科學(xué)與工程2001年;123:708-19。 [6] Hu W.設(shè)置規(guī)劃和公差分析。博士論文中，伍斯特理工學(xué)院;2001年。 [7] Kang Y, Rong Y, Yang J, Ma W.計算機輔助夾具設(shè)計驗證。大會Autom2002;22:350-9。 [8] Rong KY, Huang SH, Hou Z.先進的計算機輔助夾具設(shè)計。波士頓：愛思唯爾;2005年。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 摘 要 本設(shè)計說明書共分兩部分，內(nèi)容包括工藝規(guī)程設(shè)計，其中包括零件的分析，分析毛坯余量，工藝規(guī)程設(shè)計以及一些常用的公式和表格等；另一部分是工藝裝備設(shè)計，包括夾具設(shè)計，專用刀具設(shè)計，專用量具設(shè)計等。 本論文理論觀點清晰，設(shè)計特點突出，內(nèi)容詳盡，簡單易懂。論文的每一部分都是經(jīng)過我的詳細(xì)分析論證和計算，每一種設(shè)計都是有據(jù)可依的。此論文是在催老師的指導(dǎo)下，又經(jīng)過我的查閱資料，分析計算，編排匯總而來。 此論文能夠體現(xiàn)出我的獨特設(shè)計風(fēng)格，也能表現(xiàn)出我設(shè)計此套方案的價值觀。這也說明了我所學(xué)知識，說明我能夠?qū)⒆约旱闹R更好更充分的運用與實際的工作實踐中。經(jīng)過了４年的大學(xué)學(xué)習(xí)，我們是否有所收獲很大程度上都體現(xiàn)在了此次設(shè)計中，在我們即將走出校門的時候，我將充分發(fā)揮自己的才能，運用自己的知識為培育我的老師，栽培我的學(xué)校留下自己的設(shè)計作品。 目錄 緒論――――――――――――――――――――――――（2） 1、工藝規(guī)程設(shè)計――――――――――――――――――――（３） １.１ 零件分析―――――――――――――――――――――（３） １.１.１零件的作用―――――――――――――――――――――――― (３) １.１.２零件的工藝分析――――――――――――――――――――――（３） １.２確定毛坯――――――――――――――――――――――（3） １.３工藝規(guī)程設(shè)計――――――――――――――――――――（5） １.３.１定位基準(zhǔn)的選擇―――――――――――――――――――――――（5） １.３.２制定工藝路線――――――――――――――――――――――――（６） １.３.３選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具―――――――――――――――――（８） １.３.４確定加工余量和主要表面的工序尺寸――――――――――――――（8） １.３.５加工工序設(shè)計――――――――――――――――――――――――（９） １.３.５.１工序1粗銑底面和工序2精銑底面―――――――――――――（９） １.３.５.２時間定額計算――――――――――――――――――――――（９） ２ 、工藝裝備設(shè)計―――――――――――――――――――（１０） ２.１夾具設(shè)計――――――――――――――――――――――――――（１０） ２.１.１銑底面夾具設(shè)計――――――――――――――――――――――（10） ２.１.１. １夾具設(shè)計的目的和條件―――――――――――――――――（10） 2 .１.１.２ 確定設(shè)計方案―――――――――――――――――――――（10） ２.１.１.３ 確定并設(shè)計對刀元件――――――――――――――――――（１１） ２.１.１.４. 夾緊力的計算和設(shè)計夾緊機構(gòu)―――――――――――――（１１） ２.１.１.５ 加工精度分析―――――――――――――――――――――（１１） ２.１.１.６ 夾具體的設(shè)計――――――――――――――――――――――（１２） ２.１.１.７ 繪制夾具裝配總圖――――――――――――――――――――（１２） ２.１.２鉆底面孔夾具設(shè)計―――――――――――――――――――――－（１２） ２.１.２.１ 研究原始材料，明確設(shè)計任務(wù)―――――――――――――――（１２） ２.１.２.２ 確定夾具設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)，繪制結(jié)構(gòu)草圖――――――――――（１２） ２.１.２.２.１ 確定零件的定位方式，選擇定位元件――――――――――（１２） ２.１.２.２.２ 確定并設(shè)計導(dǎo)向元件―――――――――――――――――（１３） ２.１.２.２.３ 計算所需夾緊力，設(shè)計夾緊機構(gòu)――――――――――――（１３） ２.２專用刀具設(shè)計――――――――――――――――――――――――――（１４） ２.２.１ 設(shè)計條件和要求――――――――――――――――――――――（１４） ２.２.２ 初選主要結(jié)構(gòu)設(shè)計―――――――――――――――――――――（１４） ２.３專用量具設(shè)計――――――――――――――――――――（１６） ２.３.１ 工件螺紋的牙型尺寸――――――――――――――――――――（１６） ２.３.２ 自文獻(8)表6.4.3查的環(huán)規(guī)公差及截形有關(guān)尺寸――――――――（１６） ２.３.３ 計算螺紋環(huán)規(guī)的大,中,小徑尺寸―――――――――――――――（１６） 畢業(yè)設(shè)計結(jié)論――――――――――――――――――――――――――――（１７） 致謝―――――――――――――――――――――――――――――――――（1８） 畢業(yè)設(shè)計參考文獻――――――――――――――――――――――――――(１８) 緒論 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了許多課堂上學(xué)不到的知識，增強了我的實踐能力和空間想象能力。這次設(shè)計是為了適應(yīng)本專業(yè)學(xué)生理論聯(lián)系實踐的需要，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)理論知識，獨立解決一般機械類技術(shù)問題的能力，樹立正確的設(shè)計思想和工作作風(fēng)，為社會培養(yǎng)更多的人才。 本設(shè)計論文中包括工藝規(guī)程設(shè)計和工藝裝備設(shè)計兩大部分。并主要以閥體的工藝規(guī)程設(shè)計和工藝裝備設(shè)計為重點，闡述其設(shè)計原理和方案。我還設(shè)計了一套與之配套的專用刀具和量具及兩套夾具。在整個設(shè)計方案中，力求以經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)來指導(dǎo)設(shè)計，并掌握一般夾具，刀具，量具的設(shè)計方法，使工藝科學(xué)性強，并在此基礎(chǔ)上貫穿了自己的整個設(shè)計思想。 在此次畢業(yè)設(shè)計過程中，我得到了催廣臣等老師的熱情指導(dǎo)和幫助，及廣大同學(xué)提出了寶貴的意見，在此對他們的關(guān)心和幫助表示最衷心的感謝。 　　　　　　　　　　　　　　　　　編者：吳飛 １工藝規(guī)程設(shè)計 １ .１ 零件分析 １.１.１ 零件的作用: 　閥體是東風(fēng)汽車等內(nèi)燃機的一個主要零件, 內(nèi)燃機通過該零件的安裝平面既低面與閥體相連,用四個螺栓固定,實現(xiàn)內(nèi)燃機車的正確連接,底面上4個直徑11毫米孔為螺栓連接孔,由于沒有定位銷定位,故對它的位置要求0.25毫米。 １.１.２ 零件的工藝分析： 　　　有零件圖可知，其材料為ＱＴ４０－１０，該材料具有較高的韌性、塑性，在低溫下有較低的韌性——脆性轉(zhuǎn)變，溫度及較高的低溫沖擊值，且有一定抗溫度急發(fā)性，耐腐蝕性。適用于承受較好韌性，要求耐腐蝕的零件。該零件的主要加工面為直徑４３、４５、２７、４１的錐孔，Ｍ４８Ｘ２螺紋，直徑２６、２０，Ｍ３２Ｘ２螺紋，直徑３６，２—Ｍ１２螺紋孔，４個直徑１１孔的底面。底面的加工精度直接影響閥體與其他零件的接觸精度及密封，在加工底面時，應(yīng)有一定的精度要求。直徑４３凸臺面是與其他零件的接觸表面，直接影響該零件與其他工件之間的接觸精度。２－Ｍ１２ＭＭ，４個直徑１１毫米的孔是用于鏈接的表面，在加工它們時，應(yīng)有一定的精度要求?！? 　　　直徑４１的錐孔是該零件中精度要求最高的表面，因而具有較高的加工精度要求。 　　　由參考文獻１中有關(guān)面和孔加工經(jīng)濟精度及機床能達到的位置精度可知，上述技術(shù)要求是可以達到的，零件的結(jié)構(gòu)工藝性也是可行的。 １.２ 確定毛坯： 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件又由設(shè)計任務(wù)書已知零間的生產(chǎn)綱領(lǐng)為５０００－１００００件/年，該零件質(zhì)量約為２.８５千克，由參考文獻２表１－４，表１－３可知，其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，毛坯的鑄造方法選用砂型及其造型。又由于閥體零件的內(nèi)腔及內(nèi)孔均需鑄出，故應(yīng)安放型芯。此外，為消除殘余應(yīng)力，鑄造后應(yīng)安排人工時效和檢驗。參考文獻２表１２－５、表１２－３可知，該種鑄件的尺寸公差等級ＣＴ為８－１０級，加工余量等級ＭＡ為Ｇ級，?。茫詾椋保凹?，ＭＡ為Ｇ級?！? 鑄件分型面選擇通過直徑２６毫米，直徑２７毫米孔軸線且與底面垂直的面，澆冒口位置分別位于底面和直徑４３毫米凸臺兩側(cè)。參考文獻２表１２－２，用查表法確定各表面的總余量如下表所示： 加工表面 基本尺寸（mm） 加工余量等級 加工余量數(shù)值(mm) 說明 安裝平面 10 G 3.0 側(cè)面：單側(cè)加工 直徑26端面 107 G 3.5 側(cè)面：單側(cè)加工 直徑27孔 27 H 2.5 孔降一級，雙側(cè)加工 凸臺面 10 G 3.0 側(cè)面：單側(cè)加工 直徑41孔端面 22 G 3.0 側(cè)面：單側(cè)加工 M42X2螺紋 48 G 3.0 側(cè)面：單側(cè)加工 直徑35孔 30 H 2.5 孔降一級，雙側(cè)加工 M33X2螺紋 33 G 3.0 側(cè)面：雙側(cè)加工 直徑20孔 20 H 2.5 孔降一級，雙側(cè)加工 直徑36外圓 36 G 2.5 側(cè)面：雙側(cè)加工 參考文獻3表12-4得主要毛坯尺寸及公差 主要面尺寸 零件尺寸（MM） 總余量(MM) 毛坯尺寸(MM) 公差CT N底面輪廓尺寸 10 10 1 N底面直徑26 孔端面尺寸 107 3.5 110.5 2 C面距直徑26孔端面尺寸 21 3.0 24.0 1 凸臺面表面距直徑43空軸線中心尺寸 10 3.0 13.0 1 大孔深 22 3.0 25 1 直徑27孔 27 2.5+2.5 22 1 直徑20孔 20 2.5+2.5 15 1 直徑35孔 35 2.5+2.5 30 1.5 M42X2外徑尺寸 48 3.0+3.0 54 1.5 M33X2外徑尺寸 33 3.0+3.0 39 1.5 直徑36外徑尺寸 36 3.0+3.0 42 1.5 １.３ 工藝規(guī)程設(shè)計： １.３.１定位基準(zhǔn)的選擇： 精基準(zhǔn)的選擇：閥體底面是裝配基準(zhǔn)，又是設(shè)計基準(zhǔn)，用它做精基準(zhǔn)，遵循基準(zhǔn)重合原則，實現(xiàn)閥體零件一面二孔的定位方式，其余各面和孔的加工也能用它定位，這樣就遵循了基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。此外，底面的面積較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊也比較簡單，可靠，操作方便。 粗基準(zhǔn)的選擇：選擇底面的對面D面作為粗基準(zhǔn)；1.保證各加工表面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量盡可能均勻；2.其他零件與閥體有足夠的間隙。 兩定位夾緊方案： 方案一：用D面定位限制3個自由度，側(cè)面用一個支撐板限制2個自由度，這種夾緊方案簡單，但不適合大批量生產(chǎn)，加工穩(wěn)定性不高。 方案二;在小孔處以銷定位限制兩個自由度，側(cè)面用3個支撐釘限制3個自由度，底面本生限制一個自由度，這種定位準(zhǔn)確、可靠、隨行夾具簡單，適用于大批量生產(chǎn)，所以該方案可行。 １.３.２ 制定工藝路線 方案一：根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法能達到的經(jīng)濟精度，確定各表面的加工方法如下： 底面： 粗銑——精銑 兩側(cè)面：粗銑 直徑35孔：粗銑 底面孔4-11、4-20： 鉆——锪 直徑41內(nèi)錐孔: 粗車-－半精車－精車 直徑２７大孔：　粗鏜　　　　　?。停矗福兀玻捍周嚕刖嚕嚕ヂ菁y 直徑２０小孔：　粗鏜　　　　　直徑２６孔：　粗鏜　 Ｍ３３Ｘ２：　粗車－半精車－精車－攻螺紋 凸臺面直徑４３、直徑３５孔：　粗車－半精車 ２－Ｍ１２：　鉆孔－攻螺紋 根據(jù)先面后孔，先主要表面后次要表面，先粗加工后精加工的原則，將底面，兩側(cè)面級底面空的加工放前面，后鉆４－１１孔，２－１０.２孔，螺紋孔Ｍ４８Ｘ２、Ｍ３３Ｘ２、２－Ｍ１２等次要表面放在最后加工。 工序過程排列如下： 方案一： 工序號 工序內(nèi)容 鑄造 時效 涂漆 1 粗銑底面 2 精銑底面 3 銑兩側(cè)面 4 鉆底面孔4——11，锪盤4——22 5 車大孔，車端面，車直徑27內(nèi)孔，車直徑41錐孔，粗車直徑48外圓，半精車直徑48外圓，精車直徑48外圓，倒1.5X45度角，車半徑3毫米圓弧，車M48X2螺紋 6 車小孔（車端面，車直徑20內(nèi)孔，車直徑36外圓，車直徑33外圓，車3.5溝槽，倒1X45度角，倒1.5X45度角，車M33X2螺紋） 7 車凸臺面（車直徑43端面，車直徑43外圓，車直徑35內(nèi)孔） 8 鉆凸臺面孔（鉆2——10.2孔） 9 攻絲2——M12 10 成品檢查 方案二： 工序號 工序內(nèi)容 鑄造 時效 涂漆 1 車底面 2 銑兩側(cè)面 3 鉆底面孔4——11，锪盤4——22 4 車大孔，車端面，車直徑27內(nèi)孔，車直徑41錐孔，倒1.5X45度角，車半徑3毫米圓弧 5 粗車直徑48外圓，車M48X2螺紋 6 車小孔（車端面，車直徑20內(nèi)孔，車直徑36外圓，車3.5溝槽，倒1X45度角，倒1.5X45度角） 7 粗車直徑33外圓，車M33X2螺紋 8 車凸臺面（車直徑43孔，車直徑35孔） 9 鉆凸臺面孔） 10 攻絲2——M12 11 成品檢查 方案二所制定的工序存在許多問題，，須進一步討論。如車底面，因工件和夾具的寸較大，在臥式車床上加工時，它們的慣性力較大，平衡較空難，又由于底面不是連續(xù)的圓環(huán)面，車削中出現(xiàn)斷續(xù)切削，容易引起工藝系統(tǒng)的震動，故改用銑削加工較好。工序4、5、6、7都分別采用車削，它們應(yīng)該采用工序集中原則，因此方案一比較好。 １.３.３ 選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具： 由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，所以加工設(shè)備以通用機床為主，工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳送均由人工完成。 銑底面：考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題，采用立銑，選擇X53K立銑床，參考文獻2表4——3，選擇直徑50毫米的立銑刀，專用夾具和游標(biāo)卡尺。 銑兩側(cè)面：采用立銑，選擇銑床X53K，直徑53毫米的立銑刀，銑夾具和游標(biāo)卡尺。 鉆底面孔：采用搖臂鉆床Z35,選擇直徑11毫米的錐柄麻花鉆，锪盤專用夾具、專用夾具和游標(biāo)卡尺。 車大孔:采用CA6140,選擇端面車刀，45度彎頭車刀，外圓車刀，螺紋車刀，游標(biāo)卡尺，螺紋量規(guī)和專用夾具。 車小孔：采用CA6140,選擇端面車刀，45度彎頭車刀，外圓車刀，螺紋車刀，游標(biāo)卡尺，螺紋量規(guī)和專用夾具。 車凸臺面：采用CA6140,選擇端面車刀，45度彎頭車刀，外圓車刀，螺紋車刀，游標(biāo)卡尺，專用夾具。 鉆凸臺面孔：采用搖臂鉆床Z35，選擇直徑10.2毫米鉆頭，游標(biāo)卡尺，專用夾具。 攻絲2——M12：采用搖臂鉆床Z35，選擇M12X1的機用絲錐，選擇螺紋量規(guī)，絲錐專用夾具。 成品檢查：檢查主要尺寸,選擇游標(biāo)卡尺，螺紋量規(guī)和角度尺。 １.３.４ 確定加工余量和主要表面的工序尺寸 根據(jù)參考文獻1 直徑41錐孔，半精膛，工序余量Z=1.7mm 直徑27mm孔，粗鏜，工序余量Z=2.5mm 直徑26mm孔，粗鏜，工序余量Z=6mm 直徑20mm孔：粗車，工序余量Z=5mm 直徑35mm孔：粗車，工序余量Z=5mm 直徑43mm凸臺面：粗車，工序余量Z=7mm 平面：粗車，工序余量Z=2mm １.３.５ 加工工序設(shè)計 １.３.５.１工序1粗銑底面和工序2精銑底面： 查文獻1表13——27平面加工余量，的精加工余量Z1JING WEI 1.0mm,知1面總余量Z1總為3mm故粗加工Z1粗=3-1=2mm 查文獻1表4—21得粗加工公差等級為T11,其公差T粗=0.24mm 校核精銑余量：Z1精 Z1精min=X1粗min-X1精min=(11-0.24)-(10+0.035)=0.725mm＜1mm―――――１．１ 故余量足夠。 參考文獻1表14-69，取粗銑的每齒進給量Fｚ為０.３ｍｍ/r,粗銑走刀一次，Ａｐ＝３ｍｍ，精銑走刀一次，Ａｐ＝１．０ｍｍ ｉｎ，相應(yīng)切削速度分別為： Ｖ粗＝3.14D/1000=3.14X125X150/1000=58.88ｍ／ｍｉｎ――――――――――１．２ Ｖ精＝３.１４ＮＤ/1000=3.14X125X300/1000=117.75m/min―――――――――１．３ １.３.５.２時間定額計算 (1)機動時間： 粗銑：T1=(L+L1+L2)/FmI――――――――――――――――――――１．４ 取L1=3min L2=32min T1=115+32+3/0.3X1500=0.33mim 精銑：T2=(L+L1+L2)/FmI―――――――――――――――――――１．５ 取L1=3min L2=32min T2=115+32+3/0.5X300=1min 所以機動時間T=T1+T2=0.33+1=1.33min (2)輔助時間 參考文獻4表2-5確定如下： 操作內(nèi)容 每次所需時間 粗銑 精銑 操作次數(shù) 時間min 操作次數(shù) 時間min 主軸變速 0.025 1 0.025 變換進給量 0.025 1 0.025 1 0.025 卡尺測量 0.1 1 0.1 1 0.1 開停車 0.015 主軸運轉(zhuǎn) 0.02 清除銑削 0.04 各工步輔助時間分別為:粗銑:0.125min,精銑:0.15min裝卸工件時間參數(shù)取1.5min。 所以輔助時間： Ta=0.125+0.15+1.5X2=3.275min (3)作業(yè)時間: Tb=Ta+T1=3.275+1.33=4.605min (4)布置工地時間Ts,參考文獻(1)取a=3% 則:Ts=Tb*a=4.608x3%=0.138min (5)休息與生理需要時間Tr: 參考文獻(1)取B=3%,則Tr=Tb*B=4.608X3%=0.138min (6)準(zhǔn)備與終結(jié)時間Te,取各部分時間為: 中等件:33min 對刀:7min ２工藝裝備設(shè)計 ２.１ 夾具設(shè)計 ２.１.１ 銑底面夾具設(shè)計 ２.１.１.１ 夾具設(shè)計的目的和條件: 設(shè)計第五道工序粗銑、精銑安裝平面的銑夾具。該夾具選擇用機床型號為X30K。 ２.１.１.２ 確定設(shè)計方案： 由于該道工序是機械加工的第一道工序，要進行粗基準(zhǔn)的選擇。夾具設(shè)計必須遵循夾具設(shè)計方案的原則即“在確保加工質(zhì)量的前提下，結(jié)構(gòu)竟可能簡單，操作省力，高效，安全，經(jīng)濟合理，并盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元件”。 根據(jù)以上，擬定方案如下： 方案一：選用D面作為主要定位表面限制3個自由度，再以側(cè)面輔以定位，限制2個自由度，再在前后方向上用一個支撐釘限制1個自由度。主軸順時針正轉(zhuǎn)進行銑削加工。在側(cè)面用一壓板壓緊，運用聯(lián)動機構(gòu)一次加工兩個工件，夾緊力由液壓缸通過拉桿提供。 方案二：以小孔內(nèi)圓毛坯面及端面定位，再輔以側(cè)面定位。其中長定位心軸及小孔端面限制了4個自由度，側(cè)面定位限制2個自由度，在側(cè)面方向上采用螺栓施加夾緊力。 對以上兩種方案進行分析比較如下： 方案一：由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不從合誤差，當(dāng)毛坯鑄造精度不高時，不會產(chǎn)生安裝平面與小孔軸線不垂直的缺陷，不易保證孔加工余量均勻，定位元件尺寸較小，剛性較差，手動夾緊，輔助時間長，工人勞動強度高，生產(chǎn)率較低，但便于設(shè)計和制造，成本較低，適用于小批量生產(chǎn)。 方案二：所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，存在的不重合誤差不易保證，各孔的加工余量均勻，由于心軸定位并承受主要切削力，心軸尺寸不大，易變形，但采用液壓夾緊時，輔助時間短，一次加工兩個元件減少了作業(yè)時間，工人勞動強度低，生產(chǎn)率也高，其設(shè)計制造較復(fù)雜，要求較高，適用于大批量生產(chǎn)。 綜上，優(yōu)先選用方案一。 ２.１.１.３ 確定并設(shè)計對刀元件： 為迅速正確地確定銑刀與工件的相對位置，設(shè)置了塊。借助平塞尺進行對刀，控制端銑刀的中心位置和銑削深度，對刀塊安裝在夾具體上。 ２.１.１.４ 夾緊力的計算和設(shè)計夾緊機構(gòu)： （1）夾具選用液壓裝置夾緊，用一根定位心軸連接液壓缸缸桿，帶動連接在心軸上的壓板夾緊工件。 （2）夾緊力的計算： 粗銑時切向切削力Py為最大 銑削切削力，由參考文項（5）表1-29得： Py=490TSzDBZ T－銑削深度 取T=2 S－每齒進給量 S=0.3 D－銑刀直徑 D=120 B－銑削寬度 B=115 Z－齒數(shù) Z=12 所以：Py=2876.89N ２.１.１.５ 加工精度分析： （1）夾具外形的最大輪廓尺寸為：605X196X233mm （2）與安裝有關(guān)的技術(shù)要求△A： 由于銑床夾具是依靠夾具體底面和定位鍵側(cè)面與機穿工作臺的平面T形槽連接，對安裝平面的加工尺寸無影響故△A=0 （3）對刀誤差△T： △T=△S+△h △S-塞尺的制造誤差 △h-對刀塊工作到定位元件的尺寸公差 △T=0.018=0.036=0.054mm (4)制造誤差△Z: 由夾具總圖的技術(shù)要求可知: △Z=0.05mm ２.１.１.６ 夾具體的設(shè)計: 由于工件形狀復(fù)雜且不規(guī)則,夾緊選用的是液壓連動夾緊,故選擇鑄造夾具體為宜底座設(shè)有兩個耳座槽,用T形螺栓固定與銑床工作臺上,在中間最遠距離處安裝有兩個定向件,用以確定夾具與刀具的正確位置。 ２.１.１.７ 繪制夾具裝配總圖： 此銑床夾具的裝配總圖上應(yīng)將定位襯套，液壓夾緊裝置，輔助支撐與夾具體的連接表達清楚。 ２.１.２鉆底面孔夾具設(shè)計 ２.１.２.１ 研究原始材料，明確設(shè)計任務(wù)： 根據(jù)任務(wù)書可知此零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5000-10000件/年，根據(jù)零件的工藝規(guī)程和本工序的具體要求及前后工序的相互聯(lián)系，可知本工序所選用的刀具為鉆頭，要選用一把平挫，量具用游標(biāo)卡尺，由于被加工孔是均勻分布在同一圓周上的平行孔系，所以采用固定式鉆模在搖臂鉆床在Z35上進行加工。 ２.１.２.２ 確定夾具設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)，繪制結(jié)構(gòu)草圖： 在確定夾具設(shè)計方案時應(yīng)根據(jù)夾具設(shè)計的基本原則：在確保零件的加工質(zhì)量基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)盡量簡單，操作方便高效，制造成本低廉，綜合分析。 ２.１.２.２.１ 確定零件的定位方式，選擇定位元件： 在分析零件結(jié)構(gòu)特點，尺寸，精度，數(shù)量的基礎(chǔ)上，根據(jù)6點定位原則，結(jié)合實際加工精度的要求，選擇以工件的外圓表面，所加工的4個小孔中心軸線所在的平面及側(cè)面作為定位基面。在工件的外圓表面用一V型塊實現(xiàn)定位，由于所用的是短V型快，因而用它定位限制了兩個自由度，定位支撐板用圓銑刀銑成圓形，由于該支撐板圓環(huán)部分較大，因而用它定位限制了3個自由度，為使該夾緊機構(gòu)實現(xiàn)完全定位，再在側(cè)面用一支撐釘定位限制另一自由度，從而實現(xiàn)工件的完全定位。 ２.１.２.２.２ 確定并設(shè)計導(dǎo)向元件： 為了迅速，準(zhǔn)確地確定刀具與夾具的相對位置，鉆模上設(shè)計引導(dǎo)刀具且防止其在加工過程中發(fā)生偏移的元件——鉆套，由于所加工的孔為均布于同一圓表面的4個孔，故選用4個鉆套，用以保證被加工孔的位置精度及提高工藝系統(tǒng)的剛度。 ２.１.２.２.３計算所需夾緊力，設(shè)計夾緊機構(gòu)： （1） 由于工件質(zhì)量不大，產(chǎn)量為批量生產(chǎn)，所以采用手動夾緊裝置。 選擇用夾角成120度的V型塊夾緊工作，為了裝卸工件方便，需要V型塊在X方向上能夠平移，所以采用壓緊螺釘與V型塊相連，在支撐的槽內(nèi)實現(xiàn)X方向的平移，把帶孔滾花螺母與壓緊螺釘相連，承受主要夾緊力，在側(cè)面輔助夾緊的支撐釘定位方向上用一球形夾緊螺栓夾緊，從而實現(xiàn)工件的手動夾緊。 （2） 計算夾緊力： W=2QL/［Dtg(a+&)+rtga2］―――――――――――２．１ W－夾緊力 Ｑ－原始作用力一般取８０－１００Ｎ Ｌ－作用力臂，一般取Ｌ＝１４d D－螺紋中徑 a－螺紋升角，取３度 ＆－螺紋處摩擦角，取２０度 a2－螺釘端部與Ｖ型塊的摩擦角 r－螺釘端部與Ｖ型塊的當(dāng)量摩擦半徑 把以上數(shù)據(jù)代入公式得：Ｗ＝３４４００Ｎ 為了保證工件裝夾可靠，因?qū)⒗碚搳A緊力乘以安全系數(shù)Ｋ，Ｋ值由手冊查得，一般?。?５－２.５．所以Ｋ２＝２.５Ｘ３４４００＝８６０００Ｎ 滿足夾緊力要求,所以此裝置可行。 （3） 夾具體的設(shè)計： 夾具體須將定位，導(dǎo)向，夾緊裝置連接成一體，并能正確地安裝在機床上。此方案采用鑄造夾具體的鉆床夾具。此方案安裝穩(wěn)定，成本較低，生產(chǎn)率高，夾緊可靠。 （４） 繪制夾具裝配總圖： 鉆模的裝配總圖上應(yīng)將定位V型塊，定位支撐板及鉆模板與夾具體的連接及夾緊部分的連接表達清楚。 裝配總圖中定位用的V型快，用兩個螺釘與夾具體連接，定位支撐板用3個螺釘與夾具體相連，并且支撐板用圓銑刀銑成圓弧形起防轉(zhuǎn)作用，鉆模板與夾具體用4個內(nèi)六角圓柱頭螺釘和4個銷釘連接。夾緊裝置用V型塊夾緊工作，用壓緊螺釘伸入V型塊內(nèi)，可使V型塊在支板的槽內(nèi)沿X方向平移，以至于裝卸工件。夾具裝配時，待轉(zhuǎn)模板位置調(diào)整準(zhǔn)確后再擰緊螺釘，然后配鉆，鉸銷釘孔，打入銷釘定位。 裝配總圖中鉆套孔徑的尺寸和公差應(yīng)根據(jù)刀具的種類和被加工孔的尺寸精度而定。由于此工序中選用的刀具是由于此工序中選用的刀具是標(biāo)準(zhǔn)的尺寸刀具，所以鉆套內(nèi)徑按及軸制選取。刀具與鉆套為間隙配合，鉆套孔徑按F7制造。 （５） 加工精度分析： （1） 夾具外形的最大輪廓尺寸為： 347X242X189mm (2)夾局的的定位誤差△D: △D=0.1XCOS45/2SIN60=0.0408mm (3)夾具安裝誤差△A: 由于鉆模的安裝基面為平面,所以△A=0 (4)夾具制造誤差△Z: 由夾具裝配總圖中的技術(shù)要求可知△Z=0.006mm ２.２ 專用刀具設(shè)計： ２.２.１ 設(shè)計條件和要求： 工件材料：QT42-10,工作寬度a=115mm,加工余量是3-4 mm,表面粗糙度Ra=3.2um,銑床功率足夠,要求設(shè)計硬質(zhì)合金右切端銑刀。 ２.２.２ 初選主要結(jié)構(gòu)設(shè)計： 孔徑D根據(jù)銑刀受力大小及主軸尺寸，取D=30mm。 序號 項目 數(shù)據(jù)來源或公司計算 結(jié)果 1 銑刀直徑D D=(1.4-1.6)Ae=1.4X115=161mm 參考文獻（7）表3.5.15 D=160mm 2 銑刀厚度B 參考文獻（7）表3.5.15 B=60mm 3 銑刀齒數(shù)Z Z=(0.04-0.062)D=0.05X160=8 Z=8 4 刀齒尺寸、截面 尺寸HXB、伸出量h、 刀片型號 參考文獻（7）表3.5.15 HXB=14X20 h=12mm D115Z 5 確定端銑刀的幾何角度； 前角r后角a1副后角a; 刀傾角J; 主偏角K,負(fù)偏角K1 參考文獻（7）表3.5.18 R=5 a1= a=10 J=-15 K=60;K1=10 6 計算刀槽位置參數(shù)；刀槽斜角B; 偏距e;刀槽傾角S;刀體端面上刀槽底距銑刀軸線的距離H Tgr=tgr1*sink-tgl*cosk= tg5*sin60-tg(-15)*cos60=0.2097; Tgr=tgr1*cosk-tgl*sink= tgr5*cos60-tg(-15)*sin60=-0.1883 TgB=tgr2*cosr3 =tgr(-10.66)*cosr11.85=-0.1842 E=2/dsir3+htgB+H/cosB=160/2sin11.85+12tg(-10.44)+14/cos(-10.44)= 28.453 參考文獻（7）表3.5.18 M=B/2=20/2=10mm H=(D/2cosr3-h/cosBtgs-m/coss)coss1-(d/2sinr3+tgb)sins1=(160/2cos11.85-12/cos(-10.44)tg10-10/cos10)cos1.83-(160/2sin11.85+12tg(-10.44))sin1.83=65.5mm K=60; K1=10; R3=11.85; R2=-10.66 B=10.44; E=28.453mm; S=10; S1=1.83; m=10mm; h=63.5mm 7 刀齒幾何角度的計算 8 刀體外直徑 9 刀齒夾固形式及尺寸 ２.３ 專用量具設(shè)計: ２.３.１ 工件螺紋的牙型尺寸: 螺距P=3mm es=-0.048mm Td=0.2mm Td1=0.375mm ２.３.２ 自文獻(8)表6.4.3查的環(huán)規(guī)公差及截形有關(guān)尺寸: Tr=14um Tcp=8um m=15um Zr=2um Wgo=16um Wng=12um Tpl=9um 自表4.6.4查得 Ta/2=9分 Ta1/2=13分 自表4.6.5中查得:Tp=0.005mm 自表4.6.6中查得:bmax=0.4mm Rmax=0.217mm 自表4.6.7中查得:F1=0.3mm F2=0.45mm b3=1±0.08mm 自表4.6.8中查得S=0.08mm(偏移量) 自表4.6.9中查得:h3=0.73±0.208 同一齒槽兩牙側(cè)面牙型高度的最大差值0.28mm Tr---通端和止端螺紋環(huán)規(guī)的中徑公差 Tcp---校對環(huán)規(guī)的中徑公差 m--- 由通端和止端螺紋環(huán)規(guī)的中徑公差帶的中心線分別到ZT,TT中徑公差帶中心線間的距離 Zr由通端螺紋環(huán)規(guī)公差帶的中心線到ZT,到工件外螺紋中徑上偏差之間的距離 Td---工件外螺紋大徑公差 Wgo---由通端螺紋公差帶的中心線到其磨損極限之間的距離 Wng---由止端螺紋公差帶的中心線到其磨損極限之間的距離 Tpl---通端和止端螺紋環(huán)規(guī)的中徑公差 ２.３.３ 計算螺紋環(huán)規(guī)的大,中,小徑尺寸 自文獻(8)表4.6.10查得通端螺紋環(huán)規(guī):大徑≥D+es+Tpl=33-0.048+0.009=32.961mm 具有間隙槽寬Bmax=0.4mm 中徑≥(D2+es-ZR)±TR/2=(32-0.048-0.002)±0.014/2=31.95±0.007mm 磨損極限尺寸： (D2+es-ZR)+Wgo=31.95+0.016=31.966mm――――――――――２．２ 小徑≥(D1+es-ZR)±TR/2=（31-0.048）±0.014/2=30.952±0.007mm 止端螺紋環(huán)規(guī): 大徑≥d+es+Tpl=33-0.048+0.009=32.961mm 具有間隙槽寬b3=1±0.08mm 中徑≥(d2+es-Td2-Tr/2) ±TR/2=(32-0.048-0.2-0.014/2) ±0.014/2=31.745±0.007mm 磨損極限尺寸： (d2+es-Td2-Tr/2 中徑≥(D2+es-ZR)±TR/2=(32-0.048-0.002)±0.014/2=31.95±0.007mm 畢業(yè)設(shè)計結(jié)論 經(jīng)過幾個月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了，它是我們4大學(xué)生活的尾聲，但也是非常重要的結(jié)局。畢業(yè)設(shè)計對學(xué)生而言是我們對4年所學(xué)知識的綜合運用和實踐，對學(xué)校，對老師而言是對學(xué)生的全面考察。 這些日子的畢業(yè)設(shè)計使我對設(shè)計工作有了一個更深刻，更全面的認(rèn)識，也使我深深的愛上了設(shè)計工作。此次畢業(yè)設(shè)計是我開始真正的設(shè)計工作的第一步，它不僅培養(yǎng)了我對設(shè)計工作的興趣，也使我有了一個好的設(shè)計開端。機械設(shè)計工作復(fù)雜煩瑣，是一項有高深難度的腦力勞動，不僅要求設(shè)計工作者有非常豐富的設(shè)計知識，還要求設(shè)計工作者有積極創(chuàng)新的空間想象能力，同時設(shè)計者也必須在設(shè)計工作中能夠做到認(rèn)真負(fù)責(zé)。 通過本次設(shè)計，我提高了自身分析和解決問題的能力，使我實現(xiàn)了從理論向?qū)嵺`的過度，同時也進一步加深了我對以前所學(xué)知識的理解。在以后走出校門的歲月里我會更加努力的，我一定會做一名合格的設(shè)計者的。 致謝 在這次畢業(yè)設(shè)計中，我學(xué)到了很多書本上無法學(xué)到的知識，鍛煉了我獨立完成設(shè)計任務(wù)，獨立解決問題的能力，培養(yǎng)了我對機械設(shè)計的濃厚興趣。通過這次設(shè)計，我更堅定了自己對設(shè)計工作的信念，我相信此次設(shè)計工作對我的一生都會有深遠的影響。 在這次畢業(yè)設(shè)計中，我得到的催廣臣老師的熱情指導(dǎo)，催老師不遺余力的幫助使我能夠順利完成此次畢業(yè)設(shè)計，在此我向催老師表示最忠心的感謝，同時我也感謝學(xué)校為我們的設(shè)計工作提供了便利的條件。 畢業(yè)設(shè)計參考文獻 （1）鄭修本，馮冠大主編 《機械制造工藝學(xué)》 機械工業(yè)出版社 （2）許堅，張崇德主編 《機床夾具設(shè)計》 東北大學(xué)出版社 （3）張龍勛主編 《機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書及習(xí)題》機械工業(yè)出版社 （4趙如福主編 《金屬機械加工工藝人員手冊》 上?？萍汲霭嫔? （５）文廣成主編《刀具課程設(shè)計指導(dǎo)書》 東北大學(xué)出版社 （６）李慶壽編 《機械制造工藝裝備設(shè)計實用手冊》 寧夏人民出版社 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