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機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) 01 產(chǎn)品名稱 變速箱蓋 零件名稱 變速箱蓋 共 1 頁 第 1 頁 材 料 牌 號(hào) HT200 毛 坯 種 類 鑄件 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 1 每 臺(tái) 件 數(shù) 1 備 注 工 序 號(hào) 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時(shí) 夾具 刀具 量具 準(zhǔn)終 單件 10 鑄造 鑄造 鑄 20 時(shí)效 時(shí)效 熱 30 涂底漆 涂底漆 漆 40 粗銑 粗銑底部大端面 機(jī)加工 二 X52K銑床 銑夾具 銑刀 游標(biāo)卡尺 50 精銑 精銑底部大端面 機(jī)加工 二 X52K銑床 銑夾具 銑刀 游標(biāo)卡尺 60 粗銑 粗銑頂部平面 機(jī)加工 二 X52K銑床 銑夾具 銑刀 游標(biāo)卡尺 70 精銑 精銑頂部平面 機(jī)加工 二 X52K銑床 銑夾具 銑刀 游標(biāo)卡尺 80 鉆 鉆8-φ12孔 機(jī)加工 二 鉆床Z525 專用鉆夾具 莫氏錐柄長刃機(jī)用鉆頭 游標(biāo)卡尺 90 去毛刺 去毛刺 100 檢查 檢查 設(shè) 計(jì)（日 期） 校 對(duì)（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì) 簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 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(xué)機(jī)械工程學(xué)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(duì)大尺寸的產(chǎn)品和應(yīng)用來說。大量定制一些在設(shè)計(jì)上有多樣性的小批量產(chǎn)品和零部件是十分重要的。產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該與迅速轉(zhuǎn)換理念相互協(xié)調(diào)，對(duì)于敏感元器件及組件而言，以犧牲產(chǎn)品質(zhì)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(duì)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(yù)算。在航空航天工業(yè)中，靈活和可重構(gòu)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(gòu)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(yīng)用到許多種產(chǎn)品和裝配中去。一直不佳的準(zhǔn)確性和可靠性為這類夾具的缺點(diǎn)，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(huì)得以審查。本文介紹了一種在靈活?yuàn)A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(guān)鍵詞:可持續(xù)性夾具；夾具安裝；校準(zhǔn)不確定性；夾具的監(jiān)測；計(jì)量；可重復(fù)使用的夾具 1引言 質(zhì)量和可靠性等因素早已經(jīng)轉(zhuǎn)換為新零件固有的特征。在他們的產(chǎn)品和服務(wù)范圍內(nèi)，近期市場趨勢已經(jīng)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(shè)計(jì)在部件和組件級(jí)別上遵循第二次高幅度的變化。有先進(jìn)制造系統(tǒng)和技術(shù)的國家提供了更多的靈活性，能使設(shè)計(jì)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(shè)備通常是由多個(gè)組裝部件所制造出來的。在重組和裝配期間，那些大尺寸產(chǎn)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(shè)計(jì)基準(zhǔn)上。對(duì)于大批量產(chǎn)品，在計(jì)算機(jī)輔助軟件上就能估算出其主要的花費(fèi)需求，否則，在某些情況下或以其他方式生產(chǎn)的產(chǎn)品成本可能會(huì)是非常高的。這個(gè)問題與客戶不斷用錢來尋求具有更高價(jià)值的市場需求相互矛盾。用一種典型的變化產(chǎn)品可以創(chuàng)建一個(gè)更加具有持續(xù)性的商業(yè)，因?yàn)樗軌驖M足相對(duì)比較大地市場需求。由支持產(chǎn)品變化的不同形狀的產(chǎn)品而形成的靈活和可重構(gòu)夾具及固定裝置則是應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)關(guān)鍵的解決方案。靈活?yuàn)A具的概念已經(jīng)在研究領(lǐng)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(chǎn)設(shè)施，尤其是大尺寸產(chǎn)品的制造，如航空航天設(shè)備。這是由于關(guān)于它們的初始安裝、校準(zhǔn)困難和可重復(fù)性等挑戰(zhàn)往往超出公差要求。這些夾具和高品質(zhì)關(guān)鍵部件裝置的制造以及大量的集成計(jì)量系統(tǒng)，都可以減少上述限制。本文包括了有關(guān)安裝的計(jì)量問題和靈活的夾具校準(zhǔn)以及檢測服務(wù)。 2相關(guān)工作 2.1大型零件的制造和裝配 通常把要精密制造的機(jī)械零件移動(dòng)到機(jī)床工作臺(tái)是必需的，先進(jìn)行粗加工，然后精對(duì)準(zhǔn)和夾緊。在這個(gè)階段，一方面是準(zhǔn)備用于加工高精度的關(guān)鍵所在，然而，這對(duì)于一些大尺寸或重的零部件并不總是可以實(shí)現(xiàn)的。大型產(chǎn)品是指那些與一些不經(jīng)濟(jì)的可能需要處理或在工廠周圍移動(dòng)的的組件一起來達(dá)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(jī)器和系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(chǎn)，在航空航天工業(yè)、高開銷的情況下，每個(gè)產(chǎn)品將會(huì)出現(xiàn)。在設(shè)計(jì)和制造夾具上，已經(jīng)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?yàn)槊舾谢蜿P(guān)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(diào)、可重構(gòu)夾具會(huì)產(chǎn)生更低的重復(fù)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(shí)現(xiàn)。這些機(jī)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(gè)終止其服務(wù)的主要原因，發(fā)送它們再進(jìn)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(chǎn)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(guān)聯(lián)的夾具和固定裝置將會(huì)變得多余。即使夾具有工作順序，但它們?nèi)匀挥袌?bào)廢并送往循環(huán)再造。這種方法會(huì)帶來高負(fù)擔(dān)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(duì)于大尺寸的夾具已經(jīng)開發(fā)出了幾種分析夾具剛性的方法，可用來評(píng)估振動(dòng)的影響因素。在任何情況下更加可持續(xù)生產(chǎn)要通過選擇性方案才能得以實(shí)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(shí)間是固定夾具的又一重大缺點(diǎn)，這些夾具應(yīng)該在制造前就被訂購，在生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)品上市前還可以創(chuàng)建額外的復(fù)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(gè)主框架、內(nèi)在的框架，有可能有一個(gè)或數(shù)多個(gè)可移動(dòng)的機(jī)制或更小的組件，如鉗、套管、皮卡和可調(diào)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(zhuǎn)換以及降低了成本。現(xiàn)在可以使用現(xiàn)成的模塊來設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和制造。以這種概念看，大多數(shù)散裝部件、附件關(guān)節(jié)都應(yīng)用的很具體。一旦產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)變異相匹配。因?yàn)榻M裝和組件范圍上的設(shè)計(jì)都相當(dāng)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(gè)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(gè)問題在設(shè)計(jì)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(yīng)該是在靠近增加兼容性和夾具子系統(tǒng)間變性。夾具關(guān)鍵部件的收集在短期內(nèi)能保證所需夾具的可用性。另外，這些夾具的存儲(chǔ)需要很少空間，因?yàn)椴鸪心K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(yīng)用到柔性夾具，因?yàn)樗鼈兊木鹊燃?jí)是足夠滿足的。大尺寸制造的夾具設(shè)施盡管沒有許多柔性夾具那樣操作靈活，比如航空航天設(shè)備。準(zhǔn)確性和定位銷的不確定性、夾具的可重復(fù)性以及夾具結(jié)構(gòu)的漂移都出現(xiàn)這樣一個(gè)事實(shí)，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(huì)有很高的利用價(jià)值。 圖2.2 夾具與汽車行業(yè)中的可重構(gòu)組件 大量的體積計(jì)量系統(tǒng)和技術(shù)一直有許多新的發(fā)展。依靠計(jì)量系統(tǒng)和技術(shù)的現(xiàn)代激光技術(shù)現(xiàn)在就能夠測量一些可接受精度的大尺寸產(chǎn)品甚至到幾公丈的產(chǎn)品。在安裝和初期安裝調(diào)試期間，這些系統(tǒng)能夠用來精確定位一些夾具的關(guān)鍵部件。 夾具的安裝通常開始形成機(jī)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(jì)量系統(tǒng)能夠用于柔性夾具的主要框架和其內(nèi)部框架的安裝，從而來保證每個(gè)零部件彼此之間的準(zhǔn)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(zhǔn)點(diǎn)，它是實(shí)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(nèi)都可以認(rèn)準(zhǔn)所要記錄的位置。球式反射鏡可以直接練習(xí)目標(biāo)對(duì)象來提供幾何位置信息或可以在機(jī)械重復(fù)的球式反射鏡下應(yīng)用，從這個(gè)角度用激光來跟蹤目標(biāo)或短期目標(biāo)。像一些其他測量儀器的激光跟蹤有時(shí)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(biāo)點(diǎn)之間的光線問題還應(yīng)該考慮到。如果必要的話，多個(gè)跟蹤職位都可以使用，在實(shí)際測量活動(dòng)中，其結(jié)果必然是伴隨著一個(gè)不確定的說明。經(jīng)過測量，這些給定的分散的特征值是合理的，這個(gè)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(shí)闡明了一個(gè)給定的定位夾具的能力和裝配任務(wù)。換句話說，它表示在其相關(guān)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(chǎn)裝置和組裝應(yīng)用，在不同的公司也有大量不同形狀和設(shè)計(jì)的夾具。這些夾具中的某一些的形式都是標(biāo)準(zhǔn)形式，然而另一些是經(jīng)過專門設(shè)計(jì)和制造的特殊零部件。后者可以說是建立在產(chǎn)品的復(fù)雜性和大規(guī)模的基礎(chǔ)上的，所以可能會(huì)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(gòu)或柔性夾具。表2對(duì)它們的典型應(yīng)用的這些方法做出了比較。 固定框夾具通常用于重型應(yīng)用上，它們更適合于應(yīng)用在能夠減輕花費(fèi)開銷的大量產(chǎn)品上。 對(duì)于制造業(yè)和大型組裝及復(fù)雜產(chǎn)品來說，柔性夾具的應(yīng)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(chǎn)品的情況下，制造柔性夾具和夾具可能會(huì)是非常有益的。除了在時(shí)間和金錢上使利益均衡外，柔性夾具還會(huì)有一個(gè)更加靈活的設(shè)計(jì)思路。由于在夾具的制造和裝配過程中，會(huì)直接和經(jīng)常改變夾具的拓?fù)涑杀?。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(gòu)性是一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)。這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)樗诰G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(guān)項(xiàng)目的工裝費(fèi)用降低了項(xiàng)目成本。 表2.1 用于驗(yàn)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(dá) 球形目標(biāo) 是 攝影 目標(biāo) 是 光投影 是 關(guān)節(jié)臂 三坐標(biāo)測量機(jī) 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(dāng)定位公差比較小時(shí)，柔性夾具也應(yīng)當(dāng)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(gè)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(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果來測量指令階段。這是不論這個(gè)夾具是否是第一次安裝在夾具中還是對(duì)已經(jīng)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(fù)雜性，一種典型的大尺寸夾具具有三至五個(gè)結(jié)構(gòu)。通常除了有一個(gè)主框架之外，在每一個(gè)級(jí)別的基本水平，也可以由一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)用來作為參考以便于作為夾具基準(zhǔn)來定位。在一個(gè)自動(dòng)化固定的平臺(tái)上，機(jī)器系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行多項(xiàng)任務(wù)，比如定位、加工和進(jìn)行裝配。因此機(jī)器人的工作基準(zhǔn)與夾具的工作框架相聯(lián)系。仔細(xì)考慮夾具的綜合數(shù)據(jù)，會(huì)確保后續(xù)安裝達(dá)到預(yù)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(jìn)行模擬仿真時(shí)有幾個(gè)安裝階段。使用模擬演習(xí)，在這個(gè)工程中可以減少一些潛在的錯(cuò)誤和返工。測量輔助安裝過程是類似的跟蹤對(duì)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(nèi)，然后當(dāng)所有的夾具組件被放到所設(shè)計(jì)的位置時(shí)，在0.1mm至0.15mm公差內(nèi)，它們可以使用適當(dāng)?shù)呐ぞ厥站o。典型的計(jì)量協(xié)助柔性夾具安裝階段如下： 在出廠時(shí)設(shè)置初試參考結(jié)構(gòu)； 測量初始參照系； 安裝基地或其位置的主框架； 安裝脫機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)； 安裝控股和定位； 在內(nèi)框和主框架位置安裝鉗、套管和皮卡。 底座上安裝內(nèi)框； 重點(diǎn)定位元件的精細(xì)調(diào)整和緊固； 核查參照系和夾具； 對(duì)于夾具關(guān)鍵位置的服務(wù)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(shè)計(jì)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(yīng)用 大批量產(chǎn)品 小批量產(chǎn)品 樣機(jī) 優(yōu)點(diǎn) 唯一性 可重復(fù)性 可重構(gòu)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(diǎn) 重量 重 中 低 可移植性 不可移植 難以在每一個(gè)安裝中定位 難以進(jìn)行 成本 非常高 中等 低 生產(chǎn)時(shí)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(dòng)單元和子系統(tǒng)組裝； 夾具內(nèi)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(huì)改變外形，和內(nèi)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(huì)更進(jìn)一步節(jié)約時(shí)間和成本。圖3顯示了三組不同活動(dòng)小組對(duì)于柔性夾具的安裝過程。在這個(gè)過程中，假定夾具的標(biāo)準(zhǔn)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(diào)試時(shí)以降低測量不確定度來進(jìn)行一次夾具安裝。一旦達(dá)到可接受水平的不確定性的物理安裝才能進(jìn)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(gè)測量系統(tǒng)或用到包括一套完整夾具安裝關(guān)鍵點(diǎn)的測量系統(tǒng)。這應(yīng)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(biāo)參考點(diǎn)。 在夾具上定位的關(guān)鍵點(diǎn)、測量儀器的不確定性應(yīng)該予以考慮。作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則，每個(gè)夾具關(guān)鍵位置的定位的準(zhǔn)確性應(yīng)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(yīng)為0.01mm。 柔性夾具安裝的最佳做法如下： 一個(gè)工廠的墻壁和地板上的初始參考點(diǎn)的位置是首選，以減少測量的不確定性； 應(yīng)驗(yàn)證該儀器所在位置上經(jīng)常使用初始參考點(diǎn)的基地； 在每個(gè)夾具的大節(jié)上，為更好地具有跟蹤和可重復(fù)性，可以附加多個(gè)球式反射跟蹤系統(tǒng)； 夾具大型組件有關(guān)于彎曲或扭曲的測量應(yīng)集中在角梁的中央部分，以減少定位誤差； 內(nèi)框架參考點(diǎn)應(yīng)選擇盡可能遠(yuǎn)的創(chuàng)建框的坐標(biāo)系統(tǒng)。這可能會(huì)導(dǎo)致在內(nèi)框坐標(biāo)系時(shí)的較小的不確定性。 3.不確定性 由于評(píng)估的結(jié)果旨在對(duì)于所描述物體真正價(jià)值范圍內(nèi)的評(píng)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(guān)的，其次是與夾具定位的不確定性有關(guān)。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(guān)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?；谀z[8]的定義，測量結(jié)果應(yīng)伴隨著它的不確定性說明，這些錯(cuò)誤詳細(xì)來源的討論超出了本文的范圍。已經(jīng)有多項(xiàng)研究來建立真正的不確定性的一些測量儀器[10、11]。 夾具關(guān)鍵點(diǎn)的測量結(jié)果應(yīng)該包括相關(guān)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(yīng)用由于產(chǎn)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(dòng)化和移動(dòng)部分，是這個(gè)問題變得更加復(fù)雜。 仔細(xì)考慮夾具設(shè)計(jì)階段不確定性的來源可以在一個(gè)給定的情況下減少過度使用公差預(yù)算的風(fēng)險(xiǎn)。夾具的精度和夾具的成本之間有著直接的關(guān)系。然而，整體的成本也應(yīng)該被考慮在內(nèi)。高數(shù)額的零部件有更長的使用壽命。換句話說，質(zhì)量特征接近平均值是，在使用過程中會(huì)很少失效。朝六個(gè)方向靠近在安裝時(shí)是很必要的，然后是在高精度夾具和敏感部位上的可重構(gòu)、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(shè)計(jì)和幾何參數(shù)。尤其是當(dāng)這些部件之間的設(shè)計(jì)變化小時(shí)，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?yàn)樗赡軙?huì)通過夾具重新配置到一個(gè)新的產(chǎn)品或組件的變種上。然而，當(dāng)所需的零件盒裝配的設(shè)計(jì)完全不同時(shí)，可能需要不同尺寸夾具組件的完整地重排，因此，在設(shè)計(jì)一個(gè)新的零件和重組夾具的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該考慮到要便于減少夾具的安裝和重新配置的時(shí)間以及成本，并最大限度的重用現(xiàn)在的組件在當(dāng)前的裝配中。 一個(gè)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(shí)間。本次選擇的過程中應(yīng)該對(duì)未來產(chǎn)品的夾具的潛在的重用予以考慮。在產(chǎn)品不斷變化的情況下，計(jì)劃和設(shè)計(jì)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(guān)鍵問題。 仿真軟件和工具的廣泛使用，可以減少返工和浪費(fèi)夾具材料相關(guān)的成本。例如測量儀器，其目標(biāo)點(diǎn)之間的視線檢查就會(huì)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(gè)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(biāo)測量點(diǎn)的水平視線的問題和不確定性。 由于關(guān)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(cái)政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因?yàn)樗鼈兡芴崆胺治龀鰥A具的長處和弱點(diǎn)，揭示其物理設(shè)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(jì)量。一個(gè)連貫的計(jì)量系統(tǒng)，其測量結(jié)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(gè)給定的公差范圍內(nèi)所需任務(wù)的能力。 圖4.1 測量輔助夾具安裝的模擬過程 由于關(guān)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(cái)政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因?yàn)樗鼈兡芴崆胺治龀鰥A具的長處和弱點(diǎn)，揭示其物理設(shè)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(jì)量。一個(gè)連貫的計(jì)量系統(tǒng)，其測量結(jié)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(gè)給定的公差范圍內(nèi)所需任務(wù)的能力。 總結(jié) 零件和裝配體應(yīng)該以盡量減少夾具成本的方式來設(shè)計(jì)，以滿足使用標(biāo)準(zhǔn)組件。如果在夾具更新至下一產(chǎn)品時(shí)提前思考，則其速度和成本可能會(huì)增加。在夾具和固定裝置的設(shè)計(jì)上有強(qiáng)大的總成本、碳足跡及其可持續(xù)性。它往往要求生產(chǎn)出只有極少數(shù)的典型設(shè)計(jì)或產(chǎn)品，子系統(tǒng)或組件，以滿足產(chǎn)品的變化和客戶的需求。對(duì)于大型產(chǎn)品的幾何尺寸超出幾米夾具的可能會(huì)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(huì)變得多余。常規(guī)回收多余夾具是不經(jīng)濟(jì)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(fù)性的不確定性。高精度計(jì)量系統(tǒng)現(xiàn)在能夠用來對(duì)夾具進(jìn)行初始安裝和服務(wù)。然后使用該系統(tǒng)有可能重新設(shè)定夾具元素使其精確到一個(gè)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(duì)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(jì)量輔助夾具安裝的新概念被證明對(duì)復(fù)雜的設(shè)置和夾具的安裝是有益的。當(dāng)完全裝配好時(shí)，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(guān)鍵點(diǎn)來予以保證。這種方法將應(yīng)用于大尺寸元件和產(chǎn)品的制造以及裝配件，尤其是應(yīng)用于航空航天和發(fā)電工業(yè)中。 XX學(xué)院 變速箱蓋零件工藝及其平面銑夾具設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 23 摘 要 變速箱蓋零件加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是包括零件加工的工藝設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)以及專用夾具的設(shè)計(jì)三部分。在工藝設(shè)計(jì)中要首先對(duì)零件進(jìn)行分析，了解零件的工藝再設(shè)計(jì)出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出零件的工藝路線；接著對(duì)零件各個(gè)工步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算，關(guān)鍵是決定出各個(gè)工序的工藝裝備及切削用量；然后進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)，選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個(gè)組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件；計(jì)算出夾具定位時(shí)產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計(jì)中注意改進(jìn)。 關(guān)鍵詞：工藝，工序，切削用量，夾緊，定位，誤差 Abstract Automobile gearbox cover parts processing and fixture design process design, including machining process design and fixture three. In process design should first of all parts for analysis, to understand part of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design the process routes of the parts; then the parts of each step in the process to the size calculation, the key is to determine the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure design; then the special fixture, the fixture for the various components of the design, such as the connecting part positioning devices, clamping element, a guide element, fixture and machine tools and other components; positioning error calculated by the analysis of fixture, jig structure the rationality and the deficiency, pay attention to improving and will design in. Keywords: process, process, cutting dosage, clamping, positioning 目 錄 摘 要 II 目 錄 IV 第1章 序 言 1 第2章 零件的分析 2 2.1零件的形狀 2 2.2零件的工藝分析 2 第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 4 3.1 確定毛坯的制造形式 4 3.2 基面的選擇 4 3.3 制定工藝路線 4 3.3.1 工藝路線方案一 5 3.3.2 工藝路線方案二 5 3.3.3 工藝方案的比較與分析 5 3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 6 3.4.1 機(jī)床選用 6 3.4.2 選擇刀具 6 3.4.3 選擇量具 7 3.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 7 3.6確定切削用量及基本工時(shí) 8 第4章 變速箱蓋平面銑夾具設(shè)計(jì) 13 4.1 研究原始質(zhì)料 13 4.2 定位、夾緊方案的選擇 14 4.3 切削力及夾緊力的計(jì)算 14 4.3.1 氣缸的直徑確定 17 4.3.2 氣缸的選型 18 4.4 誤差分析與計(jì)算 19 4.5 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 20 4.6夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 22 總 結(jié) 23 參 考 文 獻(xiàn) 24 致謝 25 第1章 序 言 機(jī)械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機(jī)械裝備的行業(yè)。機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會(huì)上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè)，是一個(gè)國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講，機(jī)械制造水平的高低是衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。 變速箱蓋零件加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械工程材料等的基礎(chǔ)下，進(jìn)行的一個(gè)全面的考核。正確地解決一個(gè)零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設(shè)計(jì)出專用夾具，保證尺寸證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)水平有限，其中難免有缺點(diǎn)錯(cuò)誤，敬請老師們批評(píng)指正。 第2章 零件的分析 2.1零件的形狀 題目給的零件是變速箱蓋零件，主要作用是起連接作用。 零件的實(shí)際形狀如上圖所示，從零件圖上看，該零件是典型的零件，結(jié)構(gòu)比較簡單。具體尺寸，公差如下圖所示。 圖2-1 變速箱圖 2.2零件的工藝分析 由零件圖可知，其材料為HT200，該材料為灰鑄造，具有較高強(qiáng)度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應(yīng)力和要求耐磨零件。 變速箱蓋零件主要加工表面為：1. 粗銑底面、半精銑，表面粗糙度值為3.2。2. 粗銑、半精銑上端面，表面粗糙度值3.2。 變速箱蓋共有兩組加工表面，他們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下： (1)．底部端面的加工表面： ? ? 這一組加工表面包括：端面，內(nèi)圓，倒角鉆孔并攻絲。這一部份只有端面有6.3的粗糙度要求。其要求并不高，粗車后半精車就可以達(dá)到精度要求。而鉆工沒有精度要求，因此一道工序就可以達(dá)到要求，并不需要擴(kuò)孔、鉸孔等工序。 (2).頂面的加工表面： 這一組加工表面包括：頂面的粗糙度為3.2 第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 本變速箱蓋假設(shè)年產(chǎn)量為10萬臺(tái)，每臺(tái)車床需要該零件1個(gè)，備品率為19%，廢品率為0.25%，每日工作班次為2班。 該零件材料為HT200，考慮到零件在工作時(shí)要有高的耐磨性，所以選擇鑄鐵鑄造。依據(jù)設(shè)計(jì)要求Q=100000件/年，n=1件/臺(tái)；結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，備品率α和 廢品率β分別取19%和0.25%代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領(lǐng) N=2XQn(1+α)（1+β)=238595件/年 3.1 確定毛坯的制造形式 零件材料為HT200，鑄件的特點(diǎn)是液態(tài)成形，其主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，即適用于不同重量、不同壁厚的鑄件，也適用于不同的金屬，還特別適應(yīng)制造形狀復(fù)雜的鑄件?？紤]到零件在使用過程中起連接作用，分析其在工作過程中所受載荷，最后選用鑄件，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。年產(chǎn)量已達(dá)成批生產(chǎn)水平，而且零件輪廓尺寸不大，可以采用砂型鑄造，這從提高生產(chǎn)效率，保證加工精度，減少生產(chǎn)成本上考慮，也是應(yīng)該的。 3.2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。 粗基準(zhǔn)的選擇，對(duì)像變速箱蓋這樣的零件來說，選好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要的。對(duì)本零件來說，如果外圓的端面做基準(zhǔn)，則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對(duì)稱，按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則(即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工表面做粗基準(zhǔn)，若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí)，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)應(yīng)位置精度較高的不加工表面做為粗基準(zhǔn))。 對(duì)于精基準(zhǔn)而言，主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計(jì)算，此處不在重復(fù)。 3.3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 3.3.1 工藝路線方案一 10 鑄造 鑄造 20 時(shí)效 時(shí)效 30 涂底漆 涂底漆 40 粗銑 粗銑底部大端面 50 精銑 精銑底部大端面 60 粗銑 粗銑頂部平面 70 精銑 精銑頂部平面 80 鉆 鉆8-φ12孔 90 去毛刺 去毛刺 100 檢查 檢查 3.3.2 工藝路線方案二 10 鑄造 鑄造 20 時(shí)效 時(shí)效 30 涂底漆 涂底漆 40 粗銑 粗銑底部大端面 50 精銑 精銑底部大端面 60 粗車 粗車頂部平面 70 精車 精車頂部平面 80 鉆 鉆8-φ12孔 90 去毛刺 去毛刺 100 檢查 檢查 3.3.3 工藝方案的比較與分析 上述兩個(gè)方案的特點(diǎn)在于：方案一的定位和裝夾等都比較方便。方案二采用鏜床加工，需要要及時(shí)更換刀具，因?yàn)橛行┕ば蛟谲嚧采弦部梢约庸?，鏜、鉆孔等等，需要換上相應(yīng)的刀具。因此綜合工藝方案，取優(yōu)棄劣，具體工藝過程如下： 10 鑄造 鑄造 20 時(shí)效 時(shí)效 30 涂底漆 涂底漆 40 粗銑 粗銑底部大端面 50 精銑 精銑底部大端面 60 粗銑 粗銑頂部平面 70 精銑 精銑頂部平面 80 鉆 鉆8-φ12孔 90 去毛刺 去毛刺 100 檢查 檢查 3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 3.4.1 機(jī)床選用 ①.工序是粗銑、和精銑。各工序的工步數(shù)不多，成批量生產(chǎn)，故選用銑床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求屬于中等要求，選用最常用的X52K銑床。參考根據(jù)《機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡明手冊》表4.2-7。 ②.工序是鉆孔，選用Z525搖臂鉆床。 3.4.2 選擇刀具 ①.在銑床上加工的工序,一般選用硬質(zhì)合金銑刀。加工刀具選用YG6類硬質(zhì)合金車刀，它的主要應(yīng)用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)性,可選用可轉(zhuǎn)位銑刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。 ②.鉆孔時(shí)選用高速鋼麻花鉆，參考《機(jī)械加工工藝手冊》（主編 孟少農(nóng)），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數(shù)。 3.4.3 選擇量具 本零件屬于成批量生產(chǎn)，一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種：一是按計(jì)量器具的不確定度選擇；二是按計(jì)量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。 3.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “變速箱蓋” 零件材料為HT200，查《機(jī)械加工工藝手冊》（以后簡稱《工藝手冊》），表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較，灰鑄造的硬度HB為143～269，表2.2-23 灰鑄造的物理性能，HT200密度ρ=7.2～7.3（），計(jì)算零件毛坯的重量約為2。 表3-1 機(jī)械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì) 生產(chǎn)類別 同類零件的年產(chǎn)量[件] 重型 （零件重>2000kg） 中型 （零件重100~2000kg） 輕型 （零件重<100kg） 單件生產(chǎn) 5以下 10以下 100以下 小批生產(chǎn) 5~100 10~200 100~500 中批生產(chǎn) 100~300 200~500 500~5000 大批生產(chǎn) 300~1000 500~5000 5000~50000 大量生產(chǎn) 1000以上 5000以上 50000以上 根據(jù)所發(fā)的任務(wù)書上的數(shù)據(jù)，該零件的月工序數(shù)不低于30～50，毛坯重量2<100為輕型，確定為大批生產(chǎn)。 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，選擇鑄造類型的主要特點(diǎn)要生產(chǎn)率高，適用于大批生產(chǎn)，查《工藝手冊》表3.1-19 特種鑄造的類別、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，再根據(jù)表3.1-20 各種鑄造方法的經(jīng)濟(jì)合理性，采用機(jī)器砂模造型鑄件。 表3-2 成批和大量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級(jí) 鑄造方法 公差等級(jí)CT 灰鑄造 砂型手工造型 11~13 砂型機(jī)器造型及殼型 8~10 金屬型 7~9 低壓鑄造 7~9 熔模鑄造 5~7 根據(jù)上表選擇金屬型公差等級(jí)為7級(jí)。 3-3 鑄件尺寸公差數(shù)值 鑄件基本尺寸 公差等級(jí)CT 大于 至 8 63 100 160 100 160 250 1.6 1.8 2.0 根據(jù)上表查得鑄件基本尺寸大于100至160，公差等級(jí)為8級(jí)的公差數(shù)值為1.8。 表3-4 鑄鐵件機(jī)械加工余量（JB2854-80）如下 鑄件基本尺寸 加工余量等級(jí) 6 澆注時(shí)位置 >120~250 6.0 4.0 頂、側(cè)面 底 面 鑄孔的機(jī)械加工余量一般按澆注時(shí)位置處于頂面的機(jī)械加工余量選擇。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。 3.6確定切削用量及基本工時(shí) 切削用量一般包括切削深度、進(jìn)給量及切削速度三項(xiàng)。確定方法是先是確定切削深度、進(jìn)給量，再確定切削速度?，F(xiàn)根據(jù)《切削用量簡明手冊》（第三版，艾興、肖詩綱編，1993年機(jī)械工業(yè)出版社出版）確定本零件各工序的切削用量所選用的表格均加以*號(hào)，與《機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡明手冊》的表區(qū)別。 工序10、20、30：鑄造 時(shí)效處理無切削加工，無需計(jì)算 工序40、50：粗銑、精銑底部大端面 機(jī)床：銑床X52K 刀具：面銑刀(硬質(zhì)合金材料)，材料：， ，齒數(shù)。 單邊余量：Z=3mm 所以銑削深度： 精銑面余量：Z=1.0mm 銑削深度： 每齒進(jìn)給量：?。喝°娤魉俣? 每齒進(jìn)給量：取取銑削速度 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： 按照文獻(xiàn)，取 實(shí)際銑削速度： 進(jìn)給量： 工作臺(tái)每分進(jìn)給量： ：,取 切削工時(shí) 被切削層：由毛坯可知， 刀具切入： 刀具切出：取 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間 工序60、70：粗銑、精銑頂部平面 機(jī)床：銑床X52K 刀具：面銑刀(硬質(zhì)合金材料)，材料：， ，齒數(shù)。 單邊余量：Z=3mm 所以銑削深度： 精銑面余量：Z=1.0mm 銑削深度： 每齒進(jìn)給量：?。喝°娤魉俣? 每齒進(jìn)給量：取，取銑削速度 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： 按照文獻(xiàn)，取 實(shí)際銑削速度： 進(jìn)給量： 工作臺(tái)每分進(jìn)給量： ：取 切削工時(shí) 被切削層：由毛坯可知， 刀具切入： 刀具切出：取 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間 工序80：鉆擴(kuò)底部8-φ12孔 機(jī)床：立式鉆床Z525 刀具：根據(jù)選高速鋼錐柄麻花鉆頭。 ⑴ 鉆孔 鉆孔時(shí)先鉆孔。 切削深度： 進(jìn)給量：取。 切削速度取。 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： ， 按照文獻(xiàn)，取 所以實(shí)際切削速度： 切削工時(shí) 被切削層： 刀具切入： 刀具切出： 取 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng)時(shí)間： ⑵ 鉸孔φ12 刀具：選擇擴(kuò)孔鉆頭（硬質(zhì)合金錐柄麻花材料）。 片型號(hào)：E403 切削深度： 進(jìn)給量：取。 切削速度：取。 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： 按照文獻(xiàn)取 所以實(shí)際切削速度： 切削工時(shí) 被切削層： 刀具切入有： 刀具切出： ，取 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 第4章 變速箱蓋平面銑夾具設(shè)計(jì) 4.1 研究原始質(zhì)料 利用本夾具主要用來加工柱銷孔，加工時(shí)除了要滿足粗糙度要求外，還應(yīng)滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 一、機(jī)床夾具定位元件 工件定位方式不同，夾具定位元件的結(jié)構(gòu)形式也不同，這里只介紹幾種常用的基本定位元件。實(shí)際生產(chǎn)中使用的定位元件都是這些基本定位元件的組合。 （一）工件以平面定位常用定位元件 1．支承釘 常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式如圖6-1所示。平頭支承釘（圖a）用于支承精基準(zhǔn)面；球頭支承釘（圖b）用于支承粗基準(zhǔn)面；網(wǎng)紋頂面支承釘（圖c）能產(chǎn)生較大的摩擦力，但網(wǎng)槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基準(zhǔn)定位且要求產(chǎn)生較大摩擦力的側(cè)面定位場合。一個(gè)支承釘相當(dāng)于一個(gè)支承點(diǎn)，限制一個(gè)自由度；在一個(gè)平面內(nèi)，兩個(gè)支承釘限制二個(gè)自由度；不在同一直線上的三個(gè)支承釘限制三個(gè)自由度。 圖6-1 常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式 2．支承板 常用的支承板結(jié)構(gòu)形式如圖6-2所示。平面型支承板（圖a）結(jié)構(gòu)簡單，但沉頭螺釘處清理切屑比較困難，適于作側(cè)面和頂面定位；帶斜槽型支承板（圖b），在帶有螺釘孔的斜槽中允許容納少許切屑，適于作底面定位。當(dāng)工件定位平面較大時(shí)，常用幾塊支承板組合成一個(gè)平面。一個(gè)支承板相當(dāng)于兩個(gè)支承點(diǎn)，限制兩個(gè)自由度；兩個(gè)（或多個(gè)）支承板組合，相當(dāng)于一個(gè)平面，可以限制三個(gè)自由度。 圖6-2 常用支承板的結(jié)構(gòu)形式 3．可調(diào)支承 常用可調(diào)支承結(jié)構(gòu)形式如圖6-3所示?？烧{(diào)支承多用于支承工件的粗基準(zhǔn)面，支承高度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到位后用螺母鎖緊。一個(gè)可調(diào)支承限制一個(gè)自由度。 圖6-3 常用可調(diào)支承的結(jié)構(gòu)形式 (二) 工件以孔定位常用定位元件 1．定位銷 圖6-6是幾種常用固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)工件的孔徑尺寸較小時(shí)，可選用圖 a 所示的結(jié)構(gòu)；當(dāng)孔徑尺寸較大時(shí)，選用圖 b 所示的結(jié)構(gòu)；當(dāng)工件同時(shí)以圓孔和端面組合定位時(shí)，則應(yīng)選用圖c所示的帶有支承端面的結(jié)構(gòu)。用定位銷定位時(shí)，短圓柱銷限制二個(gè)自由度；長圓柱銷可以限制四個(gè)自由度；短圓錐銷（圖d）限制三個(gè)自由度。 圖6-6 固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式 4.2 定位、夾緊方案的選擇 由零件圖可知：在對(duì)加工前，平面進(jìn)行了粗、精銑加工，底面進(jìn)行了鉆、擴(kuò)加工。因此，定位、夾緊方案有： 本夾具用于轉(zhuǎn)盤式組合銑床上銑削汽車變速箱上蓋的接合平面.轉(zhuǎn)臺(tái)上可安裝三套同樣的夾具. 工件以格子面P安裝在二個(gè)固定支承2上,限制三個(gè)自由度;以側(cè)面S靠在兩塊固定支承板11上,,限制兩個(gè)自由度;又以端面R靠在一個(gè)固定支承1上,限制一個(gè)自由度,實(shí)現(xiàn)實(shí)例定位.為了防止工件在加工中發(fā)生變形,夾具上設(shè)置了輔助支承9,在原設(shè)計(jì)中還設(shè)置了兩個(gè)輔助支承4,實(shí)踐證明,兩個(gè)輔助支承4可以不用(現(xiàn)已取消). 夾緊時(shí),操作氣動(dòng)換向閥12,使壓縮空氣推動(dòng)活塞桿6,杠桿8和浮動(dòng)壓塊7,從側(cè)面將工件夾緊在固定支承板11上. 本圖仍保留了原設(shè)計(jì)中的輔助支承4,目的是供初學(xué)者設(shè)計(jì)時(shí)參考,以便根據(jù)具體情況(如加工精度要求,毛坯件質(zhì)量等)決定取舍. 4.3 切削力及夾緊力的計(jì)算 刀具：面銑刀（硬質(zhì)合金） 刀具有關(guān)幾何參數(shù)： 由參考文獻(xiàn)[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計(jì)算公式： 有： 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(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)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，即： 安全系數(shù)K可按下式計(jì)算： 式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]1～2～1可知其公式參數(shù)： 由此可得： 所以 氣缸的選型計(jì)算： 根據(jù)氣缸推力拉力的大小要求，選定氣缸使用壓力參數(shù)以及缸徑尺寸 氣缸推力計(jì)算公式：氣缸推力F1=0.25πD2P 氣缸拉力計(jì)算公式F2=0.25π（D2-d2）P 公式式中：D-氣缸活塞直徑（cm） d-氣缸活塞桿直徑（cm） P-氣缸的工作壓力（kgf/cm2） F1，F(xiàn)2-氣缸的理論推拉力（kgf） 為了避免用戶選用時(shí)的有關(guān)計(jì)算，下附雙作用氣缸輸出力換算表，用戶可根據(jù)負(fù)載、工作壓力、動(dòng)作方向從表格中選擇合適的缸徑尺寸 雙作用氣缸輸出力表單位Kgf 缸徑 mm 氣缸的理論輸出力（推力）單位：KG/公斤 使用空氣壓力MPa 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 10 1.57 2.36 3.14 3.93 4.71 5.50 6.28 16 4.02 6.03 8.04 10.1 12.1 14.1 16.1 20 6.28 9.42 12.6 15.7 18.8 22.0 25.0 25 9.81 14.7 19.6 24.5 29.4 34.4 39.2 32 16.0 24.1 32.2 40.2 48.3 56.3 64.4 40 25.1 37.7 50.3 62.8 75.4 88.0 100.5 50 39.2 58.9 78.5 98.2 117 137 157 63 62.3 93.5 125 156 187 218 250 80 100 151 201 251 300 352 402 100 157 236 314 393 471 550 628 125 245 368 491 615 736 859 982 160 402 603 804 1005 1206 1407 1608 180 508 763 1018 1272 1527 1781 2036 200 628 942 1257 1571 1885 2199 2514 250 981 1473 1963 2454 2945 3436 3926 320 1608 2412 3216 4021 4825 5629 6432 400 2531 3796 5026 6283 7539 8796 10052 · 選定氣缸的行程：確定工作的移動(dòng)距離，考慮工況可選擇滿行程或預(yù)留行程。當(dāng)行程超過推薦的最長行程時(shí)，要考慮活塞桿的剛度，可以選擇支撐導(dǎo)向或選擇特殊氣缸。 · 選定氣缸緩沖方式：根據(jù)需要選擇緩沖形式，無緩沖氣缸，固定緩沖氣缸，可調(diào)緩沖氣缸 · 選擇潤滑方式：有給油潤滑氣缸，無給油潤滑氣缸 · 選擇氣缸系列：根據(jù)以上條件，按需選擇適當(dāng)系列的氣缸 · 選擇氣缸的安裝形式：根據(jù)不同的用途和安裝需要，選用適當(dāng)?shù)陌惭b形式 4.3.1 氣缸的直徑確定 本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為: 式中: - 活塞桿上的推力，N - 彈簧反作用力，N - 氣缸工作時(shí)的總阻力，N - 氣缸工作壓力，Pa 彈簧反作用按下式計(jì)算: Gf = 式中:- 彈簧剛度，N/m - 彈簧預(yù)壓縮量，m - 活塞行程，m - 彈簧鋼絲直徑，m - 彈簧平均直徑，. - 彈簧有效圈數(shù). - 彈簧材料剪切模量，一般取 在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，則: 由以上分析得單向作用氣缸的直徑: 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 所以: 查有關(guān)手冊圓整，得 由,可得活塞桿直徑: 圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式 有: 其中，[]， 則: 滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。 4.3.2 氣缸的選型 經(jīng)過比較，參考市場上的氣缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質(zhì)的氣缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商—速易可（上海）有限公司http://www.tonab.net/about_us.asp。 速易可氣動(dòng)（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研 究、生產(chǎn)、銷售的自動(dòng)化廠商，產(chǎn)品以『TONAB』品牌營銷國內(nèi)外市場，產(chǎn)品主要有空氣凈化組件、氣動(dòng)控制組件、氣動(dòng)執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn) 品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)器人、食品包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、半導(dǎo)體設(shè)備、軌道交通、煙草機(jī)械、機(jī)床自動(dòng)控制、真空搬運(yùn)、汽車制造、教學(xué)培訓(xùn)等行業(yè)。 速易可目前主要產(chǎn)品有：無桿氣缸、滑臺(tái)氣缸、止動(dòng)氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導(dǎo)桿氣缸、帶鎖氣缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型氣缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)氣動(dòng)輔助零組件。 根據(jù)上節(jié)計(jì)算，在這選擇DEG32. 4.4 誤差分析與計(jì)算 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)定的尺寸公差。 與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示： 由參考文獻(xiàn)[5]可得： ⑴銷的定位誤差 ： 其中： ， ， ， ⑵ 夾緊誤差 ： 其中接觸變形位移值： 查[5]表1～2～15有。 ⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過 ⑷ 夾具相對(duì)刀具位置誤差：取 誤差總和： 從以上的分析可見，所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。 4.5 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 對(duì)夾具體的設(shè)計(jì)的基本要求 （1）應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應(yīng)該采用鑄造，時(shí)效處理，退火等處理方式。 （2）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動(dòng)是不允許的，夾具應(yīng)有足夠的厚度，剛度可以適當(dāng)加固。 （3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯(cuò) 夾較大的工件的外觀，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個(gè)表面的要求高，所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強(qiáng)度）前提下，應(yīng)能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單。 （4）應(yīng)便于鐵屑去除 在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時(shí)清除，切削熱的積累會(huì)破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會(huì)破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個(gè)過程中的鐵屑不多，可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對(duì)切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應(yīng)在夾具體上面。 （5）安裝應(yīng)牢固、可靠 夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)夾安裝在重力的中心，夾具應(yīng)盡可能低，支撐面積應(yīng)足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識(shí)別特定的文件夾結(jié)構(gòu)，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。 加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具，積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設(shè)計(jì)，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外，夾點(diǎn)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具，切割積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設(shè)計(jì)，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑。 4.6夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了氣動(dòng)夾緊方式。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。 此外，當(dāng)夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時(shí)，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時(shí)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整換取。 總 結(jié) 在設(shè)計(jì)過程中，我們讀到一些技術(shù)資料和設(shè)計(jì)手冊，在機(jī)械領(lǐng)域中的一些基本問題的探討。因此，這樣的設(shè)計(jì)不僅要加強(qiáng)自己的理解和知識(shí)，和他們的知識(shí)，拓寬。此外，該拉延工藝的設(shè)計(jì)，AutoCAD繪圖軟件的使用，并在同一時(shí)間，手繪，所有這些因素都使我們學(xué)到更多的知識(shí)，圖像識(shí)別和提高我們的繪圖能力。 本課題是變速箱蓋的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)，主要是確定的工藝設(shè)計(jì)的工藝路線，確定加工和切削參數(shù)，基本工時(shí)，本設(shè)計(jì)的零件工藝路線是正確合理的，定位和夾緊的夾緊機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)定位和夾緊的目的，可以保證工件的加工精度。在很多問題的設(shè)計(jì)過程中，假設(shè)出現(xiàn)不合理工藝路線，甚無法保證夾具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。在夾具設(shè)計(jì)中，由于定位基準(zhǔn)的選擇不合理，出現(xiàn)了定位或不定位零件加工精度無法保證。在夾緊機(jī)構(gòu)由于尺寸的選擇，如不合理，但沒有達(dá)到夾緊的目的，也可能是由于位置的夾緊力和工件表面的作用所產(chǎn)生的營業(yè)額不合理。然而，在老師的細(xì)心指導(dǎo)的悉心指導(dǎo)下，經(jīng)過三個(gè)月的努力，這些問題都一一解決方案。在這一過程中，加工工藝及夾具設(shè)計(jì)知識(shí)和更深入的了解，提高了綜合專業(yè)知識(shí)的能力，我的專業(yè)知識(shí)，進(jìn)一步提高技能，為以后從事專業(yè)技術(shù)工作。然而，在老師的細(xì)心指導(dǎo)的悉心指導(dǎo)下，經(jīng)過努力，這些問題都一一解決方案。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 李 洪．工藝手冊[M] ．北京出版社，2006．1． [2] 陳宏鈞．實(shí)用金屬切削手冊[M] ．機(jī)械工業(yè)出版社，2005．1． [3] 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會(huì)．金屬切削手冊[M]．上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002． [4] 楊叔子．機(jī)械加工工藝師手冊[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2000． [5] 徐鴻本．機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊[M] ．遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2003．10． [6] 都克勤．機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)圖冊[M] ．貴州人民出版社，2003．4 [7] 胡建新．機(jī)床夾具[M] ．中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2001．5． [8] 馮 道．機(jī)械零件切削加工工藝與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊[M] ．安徽文化音像出版社，2003． [9] 王先逵．機(jī)械制造工藝學(xué)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2000． [10] 馬賢智．機(jī)械加工余量與公差手冊[M]．中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994．12． [11] 劉文劍．夾具工程師手冊[M]．黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2007 [12] 王光斗．機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊[M]．上海科學(xué)技術(shù)出版社，2002．8． 致謝 本課題是在XX老師指導(dǎo)下完成，非常感謝XX老師的耐心指導(dǎo)幫助。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)知識(shí)，相關(guān)的專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用，是知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我的專業(yè)知識(shí)得到鞏固和提高在原來的基礎(chǔ)上，就離不開老師和同學(xué)的幫助。設(shè)計(jì)的分析是在老師的指導(dǎo)下完成的，在分析過程中，老師給了我很大的鼓勵(lì)，在設(shè)計(jì)和分析使我覺得更多的設(shè)計(jì)思路，提高的學(xué)習(xí)能力，和討論的問題的分析，有一個(gè)更清楚的了解，使我受益不淺。 說實(shí)話，畢業(yè)設(shè)計(jì)真是有點(diǎn)累了。然而，明確其自身的設(shè)計(jì)結(jié)果，畢業(yè)設(shè)計(jì)仔細(xì)回味的旅程，一個(gè)罕見的成功立刻讓我昏昏欲睡。雖然這是我剛學(xué)的第一個(gè)走，一點(diǎn)在我的生命中的成功，但它讓我覺得更成熟了。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深深地感受到，做任何事都必須有耐心，細(xì)心。有時(shí)是不小心計(jì)算誤差，只能被無情地重做。但一想到老師教得比平時(shí)多，病人，認(rèn)為他們的社會(huì)責(zé)任感的未來，思想在世界上是因?yàn)橐恍┬″e(cuò)誤，讓人觸目驚心的事故，我不能不提醒自己，要形成一個(gè)高度負(fù)責(zé)的好習(xí)慣，一絲不茍。發(fā)現(xiàn)自己的知識(shí)真的很差，他們的能力，用學(xué)到的知識(shí)是不夠的，幾年來學(xué)習(xí)很多畢業(yè)，今天才知道自己和不使用。想到這里，我真的有點(diǎn)不耐煩。