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中國.北京.2006.10.9-15
2006年電氣和電子工程師協(xié)會/型鋼的會議錄
討論智能機(jī)器人和操作系統(tǒng)的國際會議
新穎的夾具設(shè)計和基于虛擬現(xiàn)實的裝配系統(tǒng)
彭高亮 劉文建
哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院
中國.哈爾濱150001.pg17782@hit.edu.cn
摘要—模塊化的裝配是工業(yè)制造中很重要的一個方面，這篇論文討論的是桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對模塊化裝配設(shè)計的作用。對于虛擬環(huán)境設(shè)計，論文提出了設(shè)計方法，這種方法可以幫助設(shè)計師，使他們的設(shè)計可行有效。論文在層次數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，提出了組合夾具裝配的方法。在這些結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在虛擬環(huán)境中，用戶可以在設(shè)計和裝配過程中操縱虛擬模型。此外，人們正在討論如何實施在加工仿真生產(chǎn)經(jīng)行檢測，最后，案例研究證明了該系統(tǒng)的功能。與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)相比，論文中還為模塊化裝配提出了一個合理的便攜式解決方案設(shè)計。
指數(shù)計算—組合夾具，桌面虛擬現(xiàn)實，裝配設(shè)計，加工模擬結(jié)果一覽表
Ⅰ.介 紹
模塊化裝配是工業(yè)制造的一個重要方面，準(zhǔn)確的設(shè)計夾具對確保產(chǎn)品質(zhì)量，精度，準(zhǔn)確性，以及完成部分加工是非常重要的。組合夾具是在安全，準(zhǔn)確位置，為交匯處和高標(biāo)準(zhǔn)組件提供支持的一種系統(tǒng)，并支持整個加工過程中的工件【1】。一般來講，夾具設(shè)計者通過經(jīng)驗或反復(fù)試驗的方法就能確定夾具計劃是不是合適。隨著計算機(jī)技術(shù)，計算機(jī)輔助設(shè)計的出現(xiàn)，計算機(jī)已在組合夾具設(shè)計領(lǐng)域普遍應(yīng)用。
一般情況下，與夾具設(shè)計相關(guān)的活動，即裝配刨，夾具元件設(shè)計，夾具布局設(shè)計，是在機(jī)床發(fā)展的下游才會去考慮。這些古老的做法對銜接設(shè)計和制造都是很不利的。例如，很少有系統(tǒng)能合并機(jī)械檢測的一系列功能。這就導(dǎo)致了在夾具設(shè)計和制造之間產(chǎn)生了一個缺口，這個缺口使得人們不能在設(shè)計階段【2】考慮刀具路徑。因此，在制造設(shè)計中，人們重新設(shè)計也無法避免刀具被夾具元件妨礙的問題。所以，為了把機(jī)系列夾具領(lǐng)入柔性制造的舞臺，更系統(tǒng)，更自然的設(shè)計環(huán)境是人們必須去研究的。
一個綜合的，立體的，互動的環(huán)境通常由計算機(jī)來實現(xiàn)。在數(shù)十年之內(nèi)【4】，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)都是能起到很大作用的人機(jī)接口。在制造業(yè)中，虛擬現(xiàn)實也有很大的應(yīng)用潛力，它可以在實際生產(chǎn)之前解決很多問題，從而避免出現(xiàn)一些代價高昂的錯誤。在過去的十年，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進(jìn)步，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不同的工程中的應(yīng)用提供了推動作用，例如產(chǎn)品設(shè)計【5】，裝配【6】，加工仿真【7】，培訓(xùn)【8】。本文的目的要闡述如何建立一個基于虛擬現(xiàn)實的模塊化夾具設(shè)計系統(tǒng)（VMJFDS）。第一步就是為模塊化設(shè)計裝置制定一個綜合的，擬真的環(huán)境。這種應(yīng)用程序在運(yùn)用了自然和啟發(fā)性的方式，這種方式在設(shè)計夾具方面是有優(yōu)勢的，它可以在使用條件，縮短交貨時間，提高夾具生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)性等諸多方面形成良好的匹配。
Ⅱ.擬議系統(tǒng)的概敘
擬議的桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系是基于系統(tǒng)功能要求的模塊，由圖1所示。在系統(tǒng)水平上，有3個擬議模塊的設(shè)計，即圖形界面（GUI），虛擬環(huán)境（VE）和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫模塊。對于任何一個模塊，某種功能要求由一組對象來實現(xiàn)。在這篇論文中，詳細(xì)的對象設(shè)計和實施都省略了。相反，這三個模塊的概簡要說明如下：
1） 圖形界面（GUI）：大體上說圖形用戶界面是一個友好界面，它用于整合虛擬環(huán)境，組合夾具設(shè)計。
2） 虛擬環(huán)境（VE）：虛擬環(huán)境用三維模型把組合夾具系統(tǒng)、虛擬環(huán)境及其組成部分的導(dǎo)航和操作步驟顯示給用戶，如圖所示1，虛擬環(huán)境模塊包括兩部分，即裝配設(shè)計環(huán)境和加工仿真環(huán)境。用戶選擇適當(dāng)?shù)脑?，把這些元件寫在裝配設(shè)計方面的辦公區(qū)域內(nèi)，然后，用執(zhí)導(dǎo)系統(tǒng)把最終的夾具系統(tǒng)建立起來，人們就能把選中的元件逐個的組合起來。
圖1，概述基于組合夾具設(shè)計系統(tǒng)的桌面虛擬現(xiàn)實
3） 數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫存放著所有模型的環(huán)境和夾具模塊元件以及該領(lǐng)域的知識和一些典型的例子。如圖1所示，顯示了5個數(shù)據(jù)庫，其中知識和規(guī)則單元是該系統(tǒng)最重要的地方，它管轄著所有夾具設(shè)計的原則。
Ⅲ. 程序化組合夾具設(shè)計
在本節(jié)中，作者提出了在虛擬環(huán)境中有啟發(fā)性的組合夾具設(shè)計程序。除了三維技術(shù)的深入，用戶擁有和真實世界一樣的操作感覺，這個過程還有情報功能。在設(shè)計過程中，采用智能推理的方法把一些典型的案件和建議提供給用戶作參考，如實例推理（CBR）和常規(guī)推理（RBR）。此外，相關(guān)知識和規(guī)則作為幫助頁面展現(xiàn)給用戶，用戶就可以在設(shè)計過程中輕松瀏覽了。
概述組合夾具設(shè)計過程總結(jié)，如圖2。虛擬環(huán)境之后就是草簽和工件加載，第一步是夾具規(guī)劃。在這個步驟中，首先用戶決定了夾具計劃，即指定交互夾具要面臨的工件。
為了幫助用戶成功決策，一些有用的個案，以及他們的夾具計劃將通過自動推理檢索方法提供給用戶。一旦選定了要使用的夾具，用戶到就能指定的夾具點。在這這項任務(wù)中，計算機(jī)還給出了一些建議和規(guī)則。
夾具規(guī)劃后，下一步就是夾具元件選擇、設(shè)計階段。在這個階段，用戶可以選擇合適的夾具元件和組裝成夾具需要的特殊部分。根據(jù)該夾具點的空間信息與基本夾具和工件的關(guān)系，一些典型的夾具元件的選擇和建議可以自動提交給用戶，這些都將有助于為用戶服務(wù)。經(jīng)過規(guī)劃和夾具元件選擇這個設(shè)計階段后，下一階段就是把選擇的夾具元件連接到基板上經(jīng)行交互裝配設(shè)計。
當(dāng)外形裝配完成，在加工范圍內(nèi)對結(jié)果進(jìn)行檢查和評估。在這種環(huán)境中執(zhí)行的任務(wù)包括裝配規(guī)劃，加工仿真和夾具評價。裝配規(guī)劃是用于獲得最佳的裝配順序和得到裝配各組件準(zhǔn)確的路徑。加工仿真負(fù)責(zé)制造時的交互檢測。夾具評價是將檢查和評估設(shè)計的結(jié)果。最后，整個設(shè)計過程是在很自然的方式下進(jìn)行，這都得益于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。此外，展示的內(nèi)容和知識可以告訴用戶怎樣才能選擇最好的設(shè)計決策。
Ⅳ. 組合夾具建模
a. 組合夾具結(jié)構(gòu)分析
夾具元件組合起來的一個功能是為了在基板和工件【11】之間創(chuàng)造連接點。一般來說，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的基本特征，組合夾具結(jié)構(gòu)可分為3個功能單元，即定位裝置，夾緊裝置，和支持單位。許多夾具元件可能由一個或多個元件組成，其中只有一個元件作為一個定位器，支持器或夾鉗。組合夾具裝配的主要任務(wù)是選擇的支持，定位，夾緊及附件生成夾具，使他們能夠?qū)⒐ぜB接到基板。
通過分析模塊化裝置的實際應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)，模塊化裝置通過選擇合適的夾具元件構(gòu)造成夾具，然后把這些夾具安裝到基板上。因此，這些夾具可視為組合夾具系統(tǒng)的部件。此外，組合夾具系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)圖3中表現(xiàn)出來。
圖 2，擬議組合夾具系統(tǒng)程序設(shè)計
b.在虛擬現(xiàn)實中，用分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型代表組合夾具
相應(yīng)的虛擬環(huán)境可能含有數(shù)以百萬計的幾何多邊形圖元，這是很正常的。在過去的幾年中，若干個模型計劃，例如作為BSP樹[10]和八叉樹，已提議組成多邊形模型。然而，模塊化設(shè)計的應(yīng)用，相互作用的影響,現(xiàn)場也是動態(tài)變化。例如，在設(shè)計過程中，部分模塊可能改變其空間位置，方向和裝配關(guān)系。
圖3.模塊化夾具系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)
這表明一個靜態(tài)的畫面，如BSP樹，是不夠的。此外，上述模型只能在系統(tǒng)組件的水平上表現(xiàn)夾具布局結(jié)構(gòu)。然而，關(guān)于夾具元件之間的裝配關(guān)系，是指裝配特征之間的嚙合關(guān)系，這些都不會去關(guān)注。在本節(jié)中，為了描繪組合夾具系統(tǒng)，我們提出一個層次化結(jié)構(gòu)和基于約束的數(shù)據(jù)模型，實時可視化和精確的3D操縱的虛擬環(huán)境。
圖4所示，在高級別的元件模型用于涉及交互式裝配的拆散操作。它證明了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鏈接組件之間的關(guān)系。以高級別模型為代表的信息可分為兩種類型，即組件對象和裝配關(guān)系。組件對象可以是一個組件或一個部分。一個組件包括各個部分之間的零件和他們的組裝的關(guān)系。
圖. 4層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的虛擬環(huán)境
中層基礎(chǔ)模型特征的是建立功能和限制功能。在一般的情況下，在裝配中，裝配關(guān)系往往被視為交配關(guān)系。因此，基礎(chǔ)特征模型用來描述裝配關(guān)系，在裝配操作中，為精確的空間關(guān)系提供必要的信息。在這個模型中，只考慮兩個不同元件之間的特征關(guān)系。下面專題討論，在夾具元件模塊化建模在一個元素之間的功能關(guān)系。
低級別的多邊形基礎(chǔ)模型對應(yīng)以上兩個級別的模型：實時可視化和層次模型。它描述了以一個相互聯(lián)系的三角曲面網(wǎng)格作為整個表面，更多關(guān)于如何將一個元素組織成多邊形，將在下一節(jié)討論，。
C.夾具元件模塊化建模
眾所周知，在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，夾具元件模塊化建模只是表示為多邊形的數(shù)目。將CAD系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換到VR系統(tǒng)中，拓?fù)潢P(guān)系和參數(shù)信息中的結(jié)果將會丟失。為了避免這些問題出現(xiàn)，本節(jié)我們將討論夾具元件建模的計劃。
夾具元件模塊化是以標(biāo)準(zhǔn)尺寸為依據(jù)預(yù)先制造的部件。計劃夾具設(shè)計完之后，接下來的任務(wù)是選擇合適標(biāo)準(zhǔn)的元件，裝配這些元件以形成一個可行的夾具系統(tǒng)。因此，在建議的制度下，需要考慮夾具元件裝配功能。
在這篇論文中，裝配特征是作為一個夾具的屬性，這個屬性提供相關(guān)的確切信息來保證夾具的模塊化設(shè)計和組裝/拆卸。以下八個功能被定義為組合夾具元件的裝配特征：支持面，被支持面，定位孔，擴(kuò)孔孔，螺紋孔，固定槽，和螺栓。除了類型和尺寸等特征信息外，其他參數(shù)，如相對位置，元素在局部坐標(biāo)系統(tǒng)中的定位特征等，在夾具元件的數(shù)據(jù)庫中都用幾何模型記錄下來。當(dāng)一個元件和另一個元件組裝起來時候的，檢索出來的交配功能信息可以決定兩個元件的空間關(guān)系。更多關(guān)于裝配特征及其交配關(guān)系的資料進(jìn)行了討論參考詳情[11]。
D.在虛擬環(huán)境中以約束為基礎(chǔ)的夾具裝配
1）夾具元件之間的裝配關(guān)系
交配關(guān)系是在裝配現(xiàn)場組裝是被定義的。根據(jù)上一節(jié)總結(jié)的裝配特征，交配夾具元件有五種關(guān)系類型。即依賴關(guān)系，擬合關(guān)系，螺紋嚙合，交叉關(guān)系，和 T型槽配合關(guān)系，如圖 5所示?；谶@些交配關(guān)系，我們可以推斷，任何兩個元件夾具可能的裝配關(guān)系。
2）裝配關(guān)系的推理
一般來說，兩個組裝零件的裝配關(guān)系是代表著它們的組裝交配功能。上面的部分，我們定義了夾具元件之間五個基本交配關(guān)系。因此，通過可能出現(xiàn)的裝配關(guān)系決定啟用那種可能的交配特征。為了在下一階段的裝配，把這些可能的夾具裝配關(guān)系存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中（ARDB）。
然而，當(dāng)夾具復(fù)雜，復(fù)合夾具元件的數(shù)量多時，要花費(fèi)很多時間來推斷和處理這些可能的裝配關(guān)系。為了避免這種情況，首先我們要確定可能的組裝元件對。但是為了避免推理夾具和底板的之間的裝配關(guān)系，我們絕對不能將他們組裝在一起。在這個階段，人們利用一些規(guī)則來尋找可能的元件組裝對。組裝的推理算法類似于在文獻(xiàn)[12]中討論的。因此，詳細(xì)的算法描述在這篇論文中被忽略了。
3）基于約束的夾具裝配
進(jìn)行裝配關(guān)系推理的之后，所有被選擇的可能的裝配關(guān)系都建立在ARDB中，并被保存起來。在這些關(guān)系的基礎(chǔ)上，人們可以把單個零件組裝成夾具系統(tǒng)。這部分是討論關(guān)于在虛擬環(huán)境中互動裝配的操作。單一的裝配過程如圖5所示，并介紹了兩個簡單的部件裝配如圖6所示。
一般來說，裝配操作過程分為三個步驟，即裝配關(guān)系的認(rèn)識，
約束的分析和應(yīng)用，基于約束的議案。
首先，技師選擇一個元件，將它移動給組裝組件。在移動過程中，一旦推理組裝和組裝組件的被檢測到，推斷特征就能選中了。如果這兩個特征是在ARDB數(shù)據(jù)庫中的儲存的裝配關(guān)系之一，他們將突出顯示，并等待用戶確認(rèn)。一旦被用戶確認(rèn)，這種被確認(rèn)的裝配關(guān)系將運(yùn)用約束理論來分析和解決問題，這是為了平移調(diào)整組裝元件的方向，以滿足這兩個組件的位置關(guān)系，以及應(yīng)用新的約束來組裝元件。當(dāng)應(yīng)用了新的約束，對裝配元件的運(yùn)動將被映射到一個約束空間。這樣做的目的，可以通過3D移動數(shù)據(jù)，把物體的輸入裝置轉(zhuǎn)換成允許的移動?；诩s束的運(yùn)動不但保證了組件的可獲得確切位置，而且還保證了在將來的運(yùn)動中，現(xiàn)有的約束不會受到侵犯。繼續(xù)運(yùn)用確認(rèn)和約束的裝配關(guān)系，這種裝配元件將能到達(dá)最終的位置。
Ⅴ.加工仿真
a. 制造的相互影響
在加工過程中，與夾具有關(guān)的有多種類型的制造交互作用都有可能發(fā)生。這些相互作用可以分為兩大類別如下圖所示，即靜態(tài)的相互作用和動態(tài)的相互作用。
1）靜態(tài)的相互作用是指夾具部件之間的干擾、夾具組件和機(jī)器工具之間的干涉、在工件安裝中夾具元件和機(jī)械加工工件之間的干擾.
2）動態(tài)交互是指參考夾具的相互作用，它發(fā)生在一個單一的工具和操作時的夾具用在切割過程中操作可能會發(fā)生碰撞。
一般來說，加工過程和刀具路徑等方面是沒有考慮在夾具設(shè)計階段的。因此，這些相互作用可能常常發(fā)生在實際制造過程中。所以，機(jī)械師們必須花很多時間去查明和解決這些相互作用, 它往往導(dǎo)致夾具系統(tǒng)修改或重新設(shè)計，這是繁瑣和昂貴工程。
b. 干擾檢測
但是目前的商業(yè)軟件，如VERICUT軟件，在實際加工
工件之前，這些軟件可以模擬數(shù)控加工來檢測刀具路徑錯誤和低效率的運(yùn)動。在部分編程階段，它可用于避免一些錯誤，如損壞燈具，打斷刀具，或撞毀機(jī)器等. 然而，這些軟件價格昂貴，而且面向數(shù)控編程，不適合的夾具設(shè)計。在夾具的設(shè)計階段，應(yīng)確保避免相關(guān)的夾具之間的相互作用。在這個
系統(tǒng)中，當(dāng)夾具配置齊全后，加工仿真模塊是提交給用戶
識別，讓用戶來解決他們之間的相互作用。在加工仿真環(huán)境中，提供了機(jī)床的三維數(shù)字模型。人們可在工作臺上組裝工件和安裝夾具組件，正如加工工程師做的實際的網(wǎng)站上一樣。在安裝過程，組件和夾具工件移動到它們的裝配位置。干擾檢查模塊被執(zhí)行。如果發(fā)生干擾，推斷的對象將被顯現(xiàn)。它
可以調(diào)整裝配順序或裝配路徑這樣可避免的干擾。但是，如果不能避免干擾，用戶就必須更改元件或夾具單元。
安裝后的工件，刀具的運(yùn)動是在CAM系統(tǒng)中，根據(jù)模擬生成的刀具路徑。對于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，穩(wěn)固，動態(tài)，優(yōu)越的三維圖形允許刀具運(yùn)動在屏幕上可視化的表現(xiàn)出來。因此，模擬刀具路徑允許用戶關(guān)閉檢查，如果發(fā)生的干擾，并提供干擾信息。
Ⅵ.建議制度的執(zhí)行情況與個案研究
A. 桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)接口
為了裝備最后的部分，夾具設(shè)計工程師用一個自然界面來實現(xiàn)更有效的設(shè)計。在圖形用戶界面參考了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)軟件，通過隱藏窗口的大多數(shù)內(nèi)容來實現(xiàn)設(shè)計的。在圖形用戶界面（圖7）包括虛擬現(xiàn)實顯示一個主窗口，一個右手組成工具欄和狀態(tài)欄底部的輸出按鈕。系統(tǒng)和用戶之間的交互鼠標(biāo)和鍵盤輸入通過實現(xiàn)。該工具欄為開發(fā)的系統(tǒng)提供的所有的功能。
圖七.圖形用戶界面組合夾具設(shè)計系統(tǒng)
B 研究案例
在模塊化夾具設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)用一個個例完美的闡述。工件加工過程如圖 6。面銑刀在頂面執(zhí)行，隨后就完成了來那個臺階孔。為了工件步驟和指導(dǎo)步驟，用戶設(shè)計了這是一個模塊化的夾具系統(tǒng)。該夾具規(guī)劃模塊已應(yīng)用于一個可行的設(shè)計方案。在這個模塊中，定位，夾緊和支持的面，以及定位，支持和夾緊點，則取決于相應(yīng)的的知識基礎(chǔ)和夾具啟發(fā)式規(guī)則。
在此之后，用戶在元素存放區(qū)探索并選擇適當(dāng)?shù)膴A具元件完成夾具上各點的空間要求。當(dāng)完成后，用戶移動到裝配設(shè)計區(qū)域，把選定的元素放在在書桌上，如圖所示 8（a）。下一個的任務(wù)是選定元件來完成夾具結(jié)構(gòu)分布。在虛擬環(huán)境中，用戶可以自然的方式裝配夾具元件。如圖所示圖。 8（b）項，例如模塊化的夾具系統(tǒng)的最后配置，工件的形成。
當(dāng)夾具配置完成后，下一階段是加工推理的模擬檢測。如圖9（a）和圖9（b）項所示，夾具系統(tǒng)的構(gòu)建安裝在一臺數(shù)控機(jī)床并且模擬了刀具路徑執(zhí)行情況。
Ⅶ.結(jié)論
對于組合夾具的設(shè)計制造，我們已經(jīng)提出并制定了桌面虛擬現(xiàn)實的環(huán)境 。提供了該建議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和虛擬現(xiàn)實環(huán)境，即裝配設(shè)計環(huán)境和加工仿真環(huán)境的設(shè)計。通過分析組合夾具結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模塊，以及XML提出了基礎(chǔ)夾具元件。從而準(zhǔn)確在虛擬現(xiàn)實模型中操作，實現(xiàn)組合夾具設(shè)計和裝配。此外，還要總結(jié)夾具元件之間的裝配關(guān)系和描述在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的裝配操作過程的。加工制造業(yè)的模擬檢查中，使用該方法。最后一個案例研究的提出，用來說明我們的集成系統(tǒng)。
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【12】 Ram Anantha，, Glenn A. Krammer and Richard H. Crawford，“幾何約束裝配建?！保嬎銠C(jī)輔助設(shè)計，28（9），1996，第707 - 722頁。
課程設(shè)計說明書
題目：設(shè)計“連桿支座”零件的機(jī)械
加工工藝規(guī)程（大批生產(chǎn)）
院、系別
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
目 錄
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書……………..…………………………..….…Ⅰ
序 言………………………………………..…………………….……..………...1
1 零件分析…….………………………………………………………………….....2
1.1零件的生產(chǎn)類型及生產(chǎn)綱領(lǐng)…….…………………………………..........…2
1.2 零件的作用 …….………………………………………………………..…2
1.3 零件的工藝分析….………………………………………………..………..2
2 鑄造工藝方案設(shè)計…….…………………………………………………….…...3
2.1確定毛坯的成形方法…………………………………………………...……3
2.2確定鑄造工藝方案………………………………………………...…………3
2.3確定工藝參數(shù)………………………………………………………...………3
3 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計…………………………………………………………6
3.1基面的選擇………….……………………………………………..…………6
3.2確定機(jī)械加工序尺寸及基本工時…….…………………………..…………9
4 夾具選用……….………….……………………………………………….…….29
5 總結(jié)………………………..…………………………………………………..…30
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………...…………….…31
29
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書
設(shè)計題目：設(shè)計“連桿支座”零件的機(jī)械加工
工藝規(guī)程（大批生產(chǎn)）
設(shè)計要求： 1、未注明鑄造圓角R3
2、銳邊倒鈍
3、材料：HT150
設(shè)計內(nèi)容： 1.熟悉零件圖
2.繪制零件圖（1張）
3.繪制毛坯圖（1張）
4.編寫工藝過程綜合卡片(1張)
5.工序卡片（17張）
6.課程設(shè)計說明書（1份）
2012年 5月28日
序 言
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計是在我們學(xué)完了機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)和機(jī)械制造工藝學(xué)等課程之后進(jìn)行的。這是我們對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是我們在走進(jìn)社會工作崗位前的一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練。因此，它在我們的大學(xué)課程學(xué)習(xí)中占有重要的地位。
通過課程設(shè)計使我們能熟練運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)課程中的理論知識以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，正確地解決一個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，保證零件加工質(zhì)量。培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力，使我們掌握機(jī)械零件的設(shè)計、加工及檢驗的方法，提高設(shè)計出高效、省力、經(jīng)濟(jì)合理而能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。學(xué)會使用設(shè)計手冊和圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱、出處，能夠做到熟練運(yùn)用。
就個人而言，通過這次設(shè)計能夠初步具備了設(shè)計一個中等復(fù)雜程度零件（連桿支座）的工藝規(guī)程的能力和基本原理及方法，也是熟悉和運(yùn)用有關(guān)手冊、圖表等技術(shù)資料的一次實踐機(jī)會，希望能通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析、解決問題的能力，為今后參加工作打下一個良好的基礎(chǔ)。
本著力求與生產(chǎn)實際相結(jié)合的指導(dǎo)思想，本次課程設(shè)計達(dá)到了綜合運(yùn)用基本理論知識，解決實際生產(chǎn)問題的目的。由于個人能力所限、實踐經(jīng)驗少、資料缺乏，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請老師給予指教。
1 零件分析
1.1 零件的生產(chǎn)類型及生產(chǎn)綱領(lǐng)
生產(chǎn)綱領(lǐng)是企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計劃。在本次課程設(shè)計題目中，已知該零件的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。由于連桿支座輪廓尺寸小，屬于輕型零件。因此，該零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)大于5000(件/年)。
1.2 零件的作用
題目所給定的零件時連桿支座。它的主要作用是用來連接、支撐、固定作用。要求零件的配合要符合精度和位置要求。
1.3 零件的工藝分析
由老師所給的零件圖可得知，該零件的材料為HT150。根據(jù)所學(xué)的《機(jī)械工程材料》可知該材料具有良好的鑄造性能，工藝簡單，鑄造應(yīng)力小，不用人工時效處理，減震性優(yōu)良，并有一定的機(jī)械強(qiáng)度，適用于承受中等應(yīng)力中工作的零件。為此，以下是連桿支座需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1、支座孔Φ45與以及與此相通的Φ16的孔、M12螺紋孔
2、連桿上的通孔Φ12
3、連桿支座底面A面、上端面G面、Φ16的孔端面N面、M12螺紋孔端面J面、連桿階梯軸表面C面及端面E面M面，支座中心線與支座底A面的垂直度誤差為0.01mm，連桿階梯軸中心線與支座底A面的平行度誤差為0.01mm。
4、其余表面和孔通過鑄造直接獲得。
由以上分析可知，可以先粗加工支座下端面A面，然后以此作為基準(zhǔn)加工其他需要加工的孔和表面，并且保證位置精度要求。根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，并且此連桿支座零件沒有復(fù)雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
2 鑄造工藝方案設(shè)計
2.1 確定毛坯的成形方法
根據(jù)機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書的要求可知，該連桿支座零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大量生產(chǎn)。為提高生產(chǎn)效率、保證加工精度，另外灰鑄鐵屬于脆性材料，故不能鍛造和沖壓而應(yīng)該采用澆鑄成型，這同時也符合了零件的技術(shù)要求。查《實用機(jī)械加工工藝手冊》第190頁表3-10,選用鑄件為砂型造型尺寸公差等級為CT=10。
2.2 確定鑄造工藝方案
2.2.1鑄造方法和造型的選擇
已知，該零件為鑄件，生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量生產(chǎn)，根據(jù)《金屬工藝學(xué)》可知該毛坯零件的鑄造方法選用砂型機(jī)器造型。由于鑄件從開始鑄造到鑄造出成型零件，該零件存在很多的內(nèi)應(yīng)力，為了保證鑄件的質(zhì)量，在鑄造后需安排人工進(jìn)行時效處理。在時效處理后，要對鑄件進(jìn)行涂料，以免鑄件表面被破壞。
2.2.2 分型面的選擇
在零件鑄造過程中要選擇好分型面是非常重要的，如果選擇不好的話，不僅僅是影響鑄件的質(zhì)量，而且還會使制模、造型、造芯、合型或清理等工序復(fù)雜化，甚至還可增加機(jī)械加工工作量。因此，分型面的選擇應(yīng)能在保證鑄件質(zhì)量的前提下，盡量簡化工藝，節(jié)省人力物力。
2.3 確定鑄造工藝參數(shù)
2.3.1加工余量的確定
根據(jù)《實用機(jī)械零件工藝性手冊》P190表3-10成批和大批量生產(chǎn)的尺寸公差等級查得該鑄造尺寸公差等級為CT8~10。表2.2-4可以確定各表面的加工余量如下表所示：
表2-1毛坯圖的基本尺寸及加工余量
加工表面代號
基本尺寸
加工余量等級
加工余量數(shù)值
說明
端面A面
154
10
8mm
單側(cè)加工
外圓面C面
32
10
5mm
雙側(cè)加工
端面E面
94
10
5.5mm
單側(cè)加工
端面G面
80
10
5.5mm
單側(cè)加工
內(nèi)孔F
45
10
5mm
孔降一級雙側(cè)加工
J面
154
10
8mm
單側(cè)加工
端面A面
84
10
5.5mm
單側(cè)加工
端面N面
44
10
5mm
單側(cè)加工
圖3-1 連桿支座各表面標(biāo)注
2.3.2模斜度的確定
零件總體長度小于200mm（包括加工余量值在內(nèi)），采用分模造型后鑄件的厚度很小，靠松動模樣完全可以起模，故可以不考慮拔模斜度。
2.3.3收縮率的確定
通常，HT150鋼的收縮率為1.3%～2% ，在本設(shè)計中鑄件取2% 的收縮率
2.3.4不鑄孔的確定
為簡化鑄件外形，減少型芯數(shù)量，直徑小于Φ25mm的孔均不鑄出，而采用機(jī)械加工形成。
2.3.5鑄造圓角的確定
為防止產(chǎn)生鑄造應(yīng)力集中，鑄件各表面相交處和尖角處，以R =2mm～4mm圓滑過渡。
3 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計
3.1 基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一。基面選擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證和提高，同時，生產(chǎn)率也得到提高。否則，加工工藝過程中會出現(xiàn)很多問題，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，并且給企業(yè)帶來巨大損失。
3.1.1 粗基準(zhǔn)的選擇
對于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準(zhǔn)是完全合理的。對于本零件來說，應(yīng)盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。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，應(yīng)以這些不加工表面作粗基準(zhǔn)，若零件有若干個不加工表面時，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)）根據(jù)這個基準(zhǔn)選擇原則和在設(shè)計過程中所考慮的要求，選擇零件的重要面或重要孔做基準(zhǔn)。在保證各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量盡量均勻，同時，還要保證定位夾緊的可靠性，裝夾的方便性，減少輔助時間，所以Φ60外圓面作為粗基準(zhǔn)。
3.1.2 精基準(zhǔn)的選擇
主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。在裝夾連桿支座時，連桿支座的下端面既是定位基準(zhǔn)又是設(shè)計基準(zhǔn)，用它作為精基準(zhǔn)，能使加工遵循基準(zhǔn)重合的原則?？椎募庸ぜ白笥覂啥嗣娑疾捎玫酌孀龌鶞?zhǔn)，這使得工藝路線又遵循“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則，下端面的面積比較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案也比較簡單、可靠、操作方便。
3.1.3 制訂工藝路線
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度。除此之外，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。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》第20頁表1.4-7、1.4-8、1.4-11，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
方案一：
工序I 銑Φ100端面A面；
工序II 倒角1X45°
工序III 銑Φ60端面G面；
工序IV 鏜Φ45孔（不到尺寸）
工序V 精鏜Φ45孔，倒角1X45°；
工序VI 粗車Φ32外圓面C面；
工序VII 半精車Φ32外圓面C面；
工序VIII 粗磨Φ32外圓面C面；
工序IX 精磨Φ32外圓面C面；
工序X 鉆、擴(kuò)、鉸Φ12孔至圖樣尺寸；
工序XI 銑Φ32端面M面
工序XII 銑Φ48端面E面
工序XIII 倒角1X45°
工序XIV 銑20X20端面J面
工序XV 鉆M12螺紋底孔Φ10
工序XVI 攻螺紋M12
工序XVII 粗銑Φ28端面N面
工序XVIII 半精銑Φ28端面N面
工序XIX 精銑Φ28端面N面
工序XX 鉆、擴(kuò)、鉸Φ16孔
工序XXI 檢查
方案二：
工序I 銑Φ100端面A面
工序II 鉆、擴(kuò)、鉸Φ45孔至圖樣尺寸；
工序III 鉆、擴(kuò)、鉸Φ16孔
工序IV 銑Φ60端面G面
工序V 倒角兩個1X45°
工序VI 鉆M12螺紋底孔Φ10
工序VII 攻螺紋M12
工序VIII 粗銑Φ28端面N面
工序IX 半精銑Φ28端面N面
工序X 精銑Φ28端面N面
工序XI 銑Φ48端面E面
工序XII 銑Φ32端面M面
工序XIII 粗車Φ32外圓面C面；
工序XIV 半精車Φ32外圓面C面；
工序XV 粗磨Φ32外圓面C面；
工序XVI 精磨Φ32外圓面C面；
工序XVII 鉆、擴(kuò)、鉸Φ12孔至圖樣尺寸；
工序XVIII 倒角1X45°
工序XIX 檢查
3.1.4 工藝方案的比較與分析
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工A面，再以A面為精基準(zhǔn)加工Φ45內(nèi)孔，以及Φ32外圓面，這樣能同時保證所要求的垂直度及平行度要求；方案二對Φ45的內(nèi)孔采用鉆擴(kuò)鉸方法，并同時鉆擴(kuò)鉸Φ12孔，減少裝夾次數(shù)。兩工藝方案大體遵循了工藝路線擬訂的一般原則，大致看來還是合理的。通過仔細(xì)考慮零件的技術(shù)要求以及加工手段的優(yōu)化之后，仍有某些工序存在一些問題，還值得進(jìn)一步討論。圖樣規(guī)定：Φ45要與底面A面垂直，垂直度公差為0.01mm，Φ32外圓面與底面平行度要求，公差為0.01mm，因此加工Φ45孔與Φ32外圓面應(yīng)該以A面為基準(zhǔn)，這樣能保證設(shè)計基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)的重合。另外Φ45粗糙度要求較高，可以通過鉆擴(kuò)鉸完成也可以用粗鏜-半粗鏜-精鏜來完成，為了減少工藝路線和裝夾次數(shù)，可以使用鉆擴(kuò)鉸來加工更好。綜合以上幾點，以及方案一方案二，整理修改后的工藝路線如下：
工序I 銑Φ100端面A面及倒角1X45°；以Φ60外圓面S面為定位基準(zhǔn)，采用X51
立式銑床
工序II 銑Φ60端面G面；Φ100端面A面為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床
工序III 鉆擴(kuò)鉸Φ45孔至圖樣尺寸；Φ100端面A面為定位基準(zhǔn)，采用Z5150A立式鉆床
工序IV 粗車Φ32外圓面C面；Φ100端面A面及Φ45孔為定位基準(zhǔn)，選用C620-1
工序V 車Φ32端面M面，Φ100端面A面及Φ45孔為定位基準(zhǔn)，選用C620-1
工序VI 車Φ48端面E面并倒角1X45°，Φ100端面A面及Φ45孔為定位基準(zhǔn)，選用C620-1
工序VII 半精車Φ32外圓面C面；Φ100端面A面及Φ45孔為定位基準(zhǔn)，選用C620-1
工序VIII 粗磨Φ32外圓面C面；Φ100端面A面，選用外圓磨床M135
工序IX 精磨Φ32外圓面C面；Φ100端面A面，選用外圓磨床M135
工序X 鉆、擴(kuò)、鉸Φ12孔至圖樣尺寸；Φ100端面A面及外圓面C面為定位基準(zhǔn)，采用Z5150A立式鉆床；
工序XI 銑20X20端面J面，Φ45孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床；
工序XII 粗銑Φ28端面N面，Φ45孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床；
工序XIII 半精銑Φ28端面N面，Φ45孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床；
工序XIV 精銑Φ28端面N面，Φ45孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床；
工序XV 鉆M12螺紋底孔Φ10.2mm，Φ45孔為定位基準(zhǔn)，采用Z5150A立式鉆床
工序XVI 鉆、擴(kuò)、鉸Φ16孔，Φ45孔為定位基準(zhǔn)，采用Z5150A立式鉆床
工序XVII 攻螺紋M12
工序XVIII 終檢入庫
以上工藝工程詳見“機(jī)械加工工藝過程綜合卡片”
3.2 確定機(jī)械加工余量及工序尺寸
前面根據(jù)資料已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在根據(jù)計算法（相應(yīng)因素查《機(jī)械制造工藝學(xué)》P168表4-10，鑄件尺寸公差查《機(jī)械加工工藝手冊》3-12表3.1-21及表3.1-24；加工余量查《機(jī)械加工工藝手冊》3-59表3.2-9~20）確定各表面的各個加工工序的加工余量如下：
3.2.1孔表面（公差查《互換性與測量技術(shù)》p17表2-2）
表3-1 孔的加工內(nèi)容及余量
加工
表面
加工
內(nèi)容
加工
余量
精度等級
工序尺寸
表面粗
糙度
工序余量
最小
最大
鉆孔
15mm
IT11
6.3
14.89mm
15mm
擴(kuò)孔
0.85mm
IT10
3.2
0.78mm
0.96mm
鉸孔
0.15mm
IT7
1.6
0.132mm
0.22mm
鑄件
5mm
CT10
鉆
3mm
IT11
6.3
0.24mm
5.6mm
擴(kuò)孔
1.75mm
IT10
3.2
1.65mm
1.91mm
鉸孔
0.25mm
IT7
1.6
0.239mm
0.35mm
鉆
11mm
IT11
6.3
10.989mm
11mm
擴(kuò)孔
0.85mm
IT10
3.2
0.78mm
0.861mm
鉸孔
0.15mm
IT6
1.6
0.132mm
0.22mm
M12
鉆孔
10.2mm
IT11
6.3
10.189mm
10.2mm
3.2.2平面工序尺寸（公差查《互換性與測量技術(shù)》p17表2-2）
表3-2 表面加工的加工內(nèi)容及余量
工序號
工序
內(nèi)容
加工
余量
基本
尺寸
經(jīng)濟(jì)
精度
工序尺寸及偏差
工序余量
最小
最大
鑄件
5.5
CT10
01
粗銑A面
4
85.5
IT12
2.4
5.95
02
精銑A面
1.5
84
IT8
1.15
1.554
鑄件
5.5
CT10
03
粗銑G面
4
81.5
IT12
2.4
4.35
04
精銑G面
1.5
80
IT8
1.15
1.85
鑄件
5
CT10
05
粗車C面
3.5
33.5
IT12
2.2
5.05
06
半精車C面
1
32.5
IT10
0.75
1.1
07
粗磨C面
0.3
32.2
IT9
0.2
0.362
08
精磨C面
0.2
32
IT7
0..138
0.225
鑄件
5
CT10
09
粗銑N面
3.4
45.6
IT12
2.0
5.05
10
半精銑N面
1
44.6
IT10
0.75
1.1
11
精銑N面
0.6
44
IT8
0.5
0.639
鑄件
8
CT10
12
銑J面
8
154
IT12
6
10.4
鑄件
8
CT10
13
車M端面
8
154
IT12
6
10.4
鑄件
5.5
CT10
14
車E端面
5.5
94
IT12
3.9
7.45
3.3.1銑Φ100端面A面及倒角1X45°；以Φ60外圓面S面為定位基準(zhǔn)
（1）加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa，鑄造;
加工要求：粗銑φ100孔下端A面，加工余量4mm; 再精銑加工余量1.5mm
機(jī)床：X51立式銑床；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀。銑削寬度ae≤90,深度ap≤6,齒數(shù)z=12,故根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）表3.1，取刀具直徑d0=125mm。根據(jù)《切削用量手冊》（后簡稱《切削手冊》）表3.16，選擇刀具前角γ0＝5°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃傾角λs=－10°,主偏角Kr=60°,過渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=2°。
（2）切削用量
1）確定切削深度ap
因為余量較小，故選擇ap=4mm，一次走刀即可完成。
2）確定每齒進(jìn)給量fz
由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對稱端銑，以提高進(jìn)給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊》表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機(jī)床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-35，X51立式銑床）時： fz=0.14~0.24mm/z，故選擇：fz=0.18mm/z。
3）確定刀具壽命及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直徑d0=125mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡明手冊》表3.8）。
4）計算切削速度vc和每分鐘進(jìn)給量vf
根據(jù)《切削手冊》表3.16，當(dāng)d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.24mm/z時，vt=108m/min,nt=196r/min,vft=370mm/min。各修正系數(shù)為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度計算公式為：
(2-1)
其中 ，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
。 (2-2)
根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，選擇nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，實際進(jìn)給量和每分鐘進(jìn)給量為：
vc==m/min=118m/min (2-3)
f zc=v fc/(ncz)=390/(300×12) mm/z=0.1mm/z (2-4)
5)校驗機(jī)床功率
根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=3.3kw,根據(jù)機(jī)床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
6）計算基本工時
(2-5)
查《切削手冊》表3. 26，入切量及超切量為：L=100+15=115mm，則：
tm＝L/ Vf=115/390=0.30min
3.3.2 銑Φ60端面G面；Φ100端面A面為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床
（1）切削機(jī)床、刀具、進(jìn)給、時間定額及其計算過程同工序I。
（2）計算基本工時：
查《切削手冊》表3. 26，入切量及超切量為：=12mm，則：
tm＝L/ Vf=(60+12)/390=0.19min。
3.3.3鉆、擴(kuò)、鉸Φ45孔至圖樣尺寸；Φ100端面A面為定位基準(zhǔn)，并保證垂直度0.01mm，孔精度達(dá)到IT7,表面粗糙度達(dá)到1.6um
（1）加工條件
工件材料：HT150鑄鐵。
加工要求：孔的直徑為45mm，公差為H7，表面粗糙度。
機(jī)床：Z5150A立式鉆床
刀具：加工工序為鉆、擴(kuò)、鉸，加工刀具分別為：鉆孔——Φ43mm標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴(kuò)孔——Φ44.75mm標(biāo)準(zhǔn)高速鋼擴(kuò)孔鉆；鉸孔——Φ45mm標(biāo)準(zhǔn)高速鉸刀。選擇各工序切削用量。
（2）選擇鉆孔切削用量
1）確定進(jìn)給量
查《加工工藝手冊》，，由《切削手冊》表2.7,系數(shù)為0.5,則：
按鉆頭強(qiáng)度選擇:查《切削手冊》表2.8,鉆頭允許進(jìn)給量為：；
按機(jī)床Z5150A進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度選擇：查《切削手冊》表2.9，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許軸向力為16000N時，進(jìn)給量為。
以上三個進(jìn)給量比較得出，受限制的進(jìn)給量是工藝要求，其值為：0.028~0.9mm/r。最終查Z5150A立式鉆床說明書選擇進(jìn)給量。
由于是通孔加工，為避免即將鉆穿時鉆頭折斷，故應(yīng)在即將鉆穿時停止自動進(jìn)給而改為手動進(jìn)給。
根據(jù)《切削手冊》表2.19查出,鉆孔時軸向力Ff=8500N，軸向力修正系數(shù)為1.0，故Ff=8500N。根據(jù)Z5150A立式鉆床使用說明書，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的最大軸向力為16000N﹥Ff，故所選進(jìn)給量可用。
2）確定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.6mm，壽命．
3）切削速度
查《切削手冊》表2.30，切削速度計算公式為：
（m/min） (2-6)
其中，，，，，，，，，查得修正系數(shù)：，，，故實際的切削速度：
4）檢驗機(jī)床扭矩及功率
查《切削手冊》表2.20，當(dāng)f≤0.43, do≤43mm時，Mt=144.2N?m，修正系數(shù)均為1.0，故MC=144.2 N?m。查機(jī)床使用說明書：Mm =350 N?m。查《切削手冊》表2.23,鉆頭消耗功率：Pc=1.3kw。查機(jī)床使用說明書，。
由于，，故切削用量可用，即：
，，
5）計算工時
（3）擴(kuò)孔至Φ44.75
1）查《切削手冊》表2.10，擴(kuò)孔進(jìn)給量為：，并由機(jī)床使用說明書最終選定進(jìn)給量為：。
2）根據(jù)資料，切削速度 ，其中為用鉆頭鉆同樣尺寸實心孔時的切削速度，故
(2-7)
根據(jù)機(jī)床使用說明書選取 。
3）基本工時
（4）鉸孔至Φ45mm
根據(jù)有關(guān)手冊的規(guī)定，鉸刀的進(jìn)給量為0.8～1.2mm/z,進(jìn)給量取0.85mm/r，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取為=160r/min，則其切削速度為：。
（5）計算工時
mm，則：
3.3.4粗車Φ32外圓面C面；Φ100端面A面及Φ45孔為定位基準(zhǔn)，選用C620-1
（1）加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa，鑄件。
加工要求：粗車Φ32外圓面C面，加工余量3.5mm，可一次加工。
刀具：可轉(zhuǎn)位外圓車刀，刀片材料YT15，刀桿尺寸16X25
（2）計算切削用量
1）確定進(jìn)給量f：
查《切削加工手冊》表8-50P633，，當(dāng)，直徑為37mm時f=0.4～0.6mm/r ，結(jié)合C620-1說明書取f=0.5 mm/r ap=3.5mm 。
2）確定切削速度及主軸轉(zhuǎn)速
查《切削手冊》知Vc=70～90 m/min取Vc=75 m/min 則
n=1000Vc/ dw =645r/min
由C620-1說明書取n=660r/min
故實際切削速度為：
76.7 m/min
(3)檢驗機(jī)床功率
查《切削手冊》得Kc=2305
(2-8)
由于機(jī)床C620-1說明書查得主軸電動機(jī)功率為7.8 Kw，當(dāng)轉(zhuǎn)速為n=660r/min，機(jī)床主軸傳出最大功率為5.5kw，故Pn＜Pc，所以機(jī)床功率足夠，可以正常加工。
(4)計算基本工時
3.3.5車Φ32端面M面，Φ100端面A面及Φ45孔為定位基準(zhǔn).
(1)加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa，鑄件。
加工要求：粗車Φ32端面M面，加工余量8mm，分三次加工，ap=3mm計。
刀具：刀片材料YT15，刀桿尺寸16X25
(2)計算切削用量
1）確定進(jìn)給量f：
查《切削加工手冊》，當(dāng)?shù)稐U尺寸6X25 ，，直徑為37mm時f=0.4～0.5mm/r ，結(jié)合C620-1說明書取f=0.5 mm/r ap=3mm 。
2）確定切削速度 《切削手冊》表1.27，切削速度的計算公式（壽命T=60min）
（m/min） (2-9)
其中，，，，，，，查得修正系數(shù)：，，，，故實際的切削速度：
3)確定主軸轉(zhuǎn)速
n=1000Vc/ d=1000X108.6/（3.14X65）=532(r/mm)
按機(jī)床說明書，取n=600 r/mm。
(3)計算基本工時 走刀次數(shù)為3，所以：
3.3.6車Φ48端面E面，Φ100端面A面及Φ45孔為定位基準(zhǔn)，選用C620-1
(1)加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa，鑄件。
加工要求：粗車Φ48端面E面，加工余量5.5mm，分二次加工，ap=3mm計。
刀具選擇：刀片材料YT15，刀桿尺寸16X25
(2)計算切削用量
1)確定進(jìn)給量f：
查《切削加工手冊》表8-50P633，當(dāng)?shù)稐U尺寸16X25 ，，f=0.4～
0.5mm/r ，結(jié)合C620-1說明書取f=0.5 mm/r ap=3mm 。
確定切削速度 《切削手冊》表1.27，切削速度的計算公式（壽命T=60min）
（m/min）
其中，，，，，，，查得修正系數(shù)：，，，，故實際的切削速度：
2）確定主軸轉(zhuǎn)速
n=1000Vc/ d=1000X108.6/（3.14X65）=532(r/mm)
按機(jī)床說明書，取n=600 r/mm。
(3)計算基本工時 走刀次數(shù)2
3.3.7半精車Φ32外圓面C面；Φ100端面A面及Φ45孔為定位基準(zhǔn)，選用C620-1
(1)加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa，已粗車過的鑄件外圓面。
加工要求：半精車Φ32.5 C面，加工余量1mm。
刀具：刀片材料YT15，刀桿尺寸16X25
(2)確定背吃到量 ap=1mm
(3)計算切削用量
1)確定進(jìn)給量f：
查《切削加工手冊》表8-50P633，當(dāng)?shù)稐U尺寸16X25 ，，d=32.5mm，f=0.3～0.4mm/r ，結(jié)合C620-1說明書取f=0.36 mm/r 。
2）確定切削速度 查《切削加工手冊》表8-57P638，切削速度=1.33~1.83m/s,考慮到進(jìn)給量比較大，故取=1.4m/s=84m/min.
3）確定主軸轉(zhuǎn)速
n=1000Vc/ d=1000X84/（3.14X32.5）=823.13((r/mm)
查手冊的n取800r/min
由于半精車切削力比較小，故不需要驗算，最后選定半精車切削用量為：
，f=0.36 mm/r，=84m/min，n=800r/min
(4)計算基本工時
3.3.8粗磨Φ32外圓面C面；Φ100端面A面，選用M7150A外圓磨床.
(1)加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa，半精車過的鑄件外圓面。
加工要求：粗磨Φ32c面，加工余量0.3mm。
刀具選擇：見《工藝手冊》第三章中磨料選擇各表，結(jié)果為WA46KV6P 20x6x8mm（白剛玉，粒度46#，中軟1級硬度，6號組織）
(2)切削用量的選擇：（見機(jī)床使用說明書）
砂輪轉(zhuǎn)速 ，m/s
軸向進(jìn)給量
徑向進(jìn)給量
工件速度 =10m/min
(3)計算切削工時。K系數(shù)1.1，單邊余量，v工作臺速度
(2-10)
3.3.9精磨Φ32外圓面C面；Φ100端面A面，選用M7150A臥軸距臺面磨床.
(1)加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa，已粗磨過的鑄件外圓面。
加工要求：精磨Φ32c面，加工余量0.2mm。
刀具選擇：見《工藝手冊》第三章中磨料選擇各表，結(jié)果為WA36KV6P 20x6x8mm（白剛玉，粒度36#，中軟1級硬度，6號組織）
(2)切削用量的選擇：（見機(jī)床使用說明書）
砂輪轉(zhuǎn)速 ，m/s
軸向進(jìn)給量
徑向進(jìn)給量
工件速度 =6m/min
(3)計算切削工時。K系數(shù)1.1，單邊余量，v工作臺速度
3.3.10鉆、擴(kuò)、鉸Φ12孔至圖樣尺寸；Φ100端面A面及外圓面C面為定位基準(zhǔn)。
工件材料為HT150鑄鐵?？椎闹睆綖?2mm，公差為H7，表面粗糙度。加工機(jī)床為Z5150A立式鉆床，加工工序為鉆、擴(kuò)、鉸，加工刀具分別為：鉆孔——Φ11mm標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴(kuò)孔——Φ11.85mm標(biāo)準(zhǔn)高速鋼擴(kuò)孔鉆；鉸孔——Φ12mm標(biāo)準(zhǔn)高速鉸刀。選擇各工序切削用量。
(1)選擇鉆孔切削用量
1）確定進(jìn)給量
按加工要求確定進(jìn)給量：查《加工工藝手冊》，，，由《切削手冊》表2.7,系數(shù)為0.5,則：
按鉆頭強(qiáng)度選擇:查《切削手冊》表2.8,鉆頭允許進(jìn)給量為：；按機(jī)床Z5150A進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度選擇：查《切削手冊》表2.9，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許軸向力為16000N時，進(jìn)給量為。
以上三個進(jìn)給量比較得出，受限制的進(jìn)給量是工藝要求，其值為：0.028~0.9mm/r。最終查Z5150A立式鉆床說明書選擇進(jìn)給量。由于是通孔加工，為避免即將鉆穿時鉆頭折斷，故應(yīng)在即將鉆穿時停止自動進(jìn)給而改為手動進(jìn)給。根據(jù)《切削手冊》表2.19查出,鉆孔時軸向力Ff=6800N，軸向力修正系數(shù)為1.0，故Ff=6800N。根據(jù)Z5150A立式鉆床使用說明書，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的最大軸向力為16000N﹥Ff，故所選進(jìn)給量可用。
2）確定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.6mm，壽命．
3）確定切削速度 《機(jī)械加工工藝手冊》表28-15，由插入法得：
，，，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應(yīng)對所的結(jié)論進(jìn)行修正。
表28-3，，，故
查Z535機(jī)床說明書取。
實際切削速度為：
4）檢驗機(jī)床扭矩及功率
查《切削手冊》表2.20，當(dāng)f≤0.38, do≤15mm時，Mt=158.7N?m，修正系數(shù)均為1.0，故MC=158.7 N?m。查機(jī)床使用說明書：Mm =350 N?m。查《切削手冊》表2.23,鉆頭消耗功率：Pc=1.35kw。查機(jī)床使用說明書，
。
由于，，故切削用量可用，即：，，
5）計算工時
(2)擴(kuò)孔至Φ11.85
1）查《切削手冊》表2.10，擴(kuò)孔進(jìn)給量為：，并由機(jī)床使用說明書最終選定進(jìn)給量為：。
2）根據(jù)資料，切削速度 ，其中為用鉆頭鉆同樣尺寸實心孔時的切削速度，故
根據(jù)機(jī)床使用說明書選取 。
3)基本工時
(3)鉸孔至Φ12mm
根據(jù)有關(guān)手冊的規(guī)定，鉸刀的進(jìn)給量為0.8～1.2mm/z,進(jìn)給量取0.88mm/r，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取為=140r/min，則其切削速度為：
(4)計算機(jī)動時切削工時
3.3.11 銑20X20端面J面，Φ45孔為定位基準(zhǔn)
(1)加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa（材料力學(xué)P27表2.1），鑄造件;
加工要求：粗銑20X20端面J面，加工余量8mm;
機(jī)床：X51立式銑床；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀。
(2)切削用量
1）確定切削深度ap
因為加工余量8mm，故選擇ap=4mm，兩次走刀即可完成。
2）確定每齒進(jìn)給量fz
根據(jù)《切削手冊》表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機(jī)床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-35，X51立式銑床）時： fz=0.09~0.18mm/z
根據(jù)機(jī)床說明書選擇：fz=0.10mm/z。
3）確定主軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和實際切削速度
參考手冊，當(dāng)d0=125mm，Z=12，ap=4，fz=0.1mm/z時，v=96m/min
r/min
根據(jù)機(jī)床使用說明書，故實際切削速度為：
(2-11)
(3)校驗機(jī)床功率
根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=2.37kw,根據(jù)機(jī)床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=4.0mm，nw=237.5r/min，，，fz=0.1mm/z。
(4)計算基本工時
3.3.12粗銑Φ28端面N面，Φ45孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床
(1)加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa（材料力學(xué)P27表2.1），鑄造件;
加工要求：粗銑Φ28端面N面，加工余量3.4mm;
機(jī)床：X51立式銑床；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀。
(2)切削用量
1）確定切削深度ap
因為加工余量較小，可以一次走刀完成，故選ap=3.4mm
2）確定每齒進(jìn)給量fz
根據(jù)《切削手冊》表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機(jī)床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-35，X51立式銑床）時： fz=0.09~0.18mm/z根據(jù)機(jī)床說明書選擇：fz=0.10mm/z。
3）確定主軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和實際切削速度
參考手冊，當(dāng)d0=125mm，Z=12，ap=3.4，fz=0.1mm/z時，v=104m/min
r/min
根據(jù)機(jī)床使用說明書
故實際切削速度為：
(3)校驗機(jī)床功率
根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=2.53kw,根據(jù)機(jī)床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=3.4mm，nw=255r/min，，，fz=0.1mm/z。
(4)計算基本工時
3.3.13半精銑Φ28端面N面，Φ45孔為定位基準(zhǔn)
(1)加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa（材料力學(xué)表2.1），已粗銑過的鑄造件表面;
加工要求：半精銑Φ28端面N面，加工余量1mm;
機(jī)床：X51立式銑床；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀。
(2)切削用量
1）確定切削深度ap ap=1mm
2）確定每齒進(jìn)給量fz
根據(jù)《切削手冊》表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機(jī)床功率為4.5k（據(jù)《簡明手冊》表4.2-35，X51立式銑床）時：fz=0.09~0.18mm/z
根據(jù)機(jī)床說明書選擇：fz=0.50mm/z。參考有關(guān)手冊，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，取
故實際切削速度：
當(dāng)時，工作每分鐘進(jìn)給量：
取為980mm/min
本工序切削時間為：
3.3.14精銑Φ28端面N面，Φ45孔為定位基準(zhǔn).
(1)加工條件
工件材料：HT150,σb =120~175MPa（材料力學(xué)P27表2.1），已半精銑過的鑄造件表面;
加工要求：精銑Φ28端面N面，加工余量0.6mm;
機(jī)床：X51立式銑床；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀。
(2)切削用量
1）確定切削深度ap ap=0.6mm
2）確定每齒進(jìn)給量fz
根據(jù)《切削手冊》表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機(jī)床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-35，X51立式銑床）時： fz=0.09~0.18mm/z
根據(jù)機(jī)床說明書選擇：fz=0.50mm/z。參考有關(guān)手冊，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，取
故實際切削速度：
當(dāng)時，工作每分鐘進(jìn)給量：
取為980mm/min
（3）計算工時
3.3.15鉆M12螺紋底孔Φ10.2，Φ45孔為定位基準(zhǔn).
（1）鉆螺紋底孔Φ10.2mm
機(jī)床：Z5150A立式鉆床
刀具：高速鋼麻花鉆
按加工要求確定進(jìn)給量：查《加工工藝手冊》，
，由《切削手冊》表2.7,系數(shù)為0.5,則：
現(xiàn)取f=0.32mm/z，v=11m/min，則：
查《簡明手冊》表4.2-15，取。所以實際切削速度為：
（2）計算切削基本工時：
3.3.16 鉆、擴(kuò)、鉸Φ16孔，Φ45孔為定位基準(zhǔn)
工件材料為HT150鑄鐵。孔的直徑為16mm，公差為H7，表面粗糙度。加工機(jī)床為Z5150A立式鉆床，加工工序為鉆、擴(kuò)、鉸，加工刀具分別為：鉆孔——Φ15mm標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴(kuò)孔——Φ15.85mm標(biāo)準(zhǔn)高速鋼擴(kuò)孔鉆；鉸孔——Φ16mm標(biāo)準(zhǔn)高速鉸刀。選擇各工序切削用量。
（1）選擇鉆孔切削用量
1）確定進(jìn)給量
按加工要求確定進(jìn)給量：查《加工工藝手冊》，，，由《切削手冊》表2.7,系數(shù)為0.5,則：
按鉆頭強(qiáng)度選擇:查《切削手冊》表2.8,鉆頭允許進(jìn)給量為：；按機(jī)床Z5150A進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度選擇：查《切削手冊》表2.9，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許軸向力為16000N時，進(jìn)給量為。
以上三個進(jìn)給量比較得出，受限制的進(jìn)給量是工藝要求，其值為：0.028~0.9mm/r。最終查Z5150A立式鉆床說明書選擇進(jìn)給量。
由于是通孔加工，為避免即將鉆穿時鉆頭折斷，故應(yīng)在即將鉆穿時停止自動進(jìn)給而改為手動進(jìn)給。
根據(jù)《切削手冊》表2.19查出,鉆孔時軸向力Ff=4732N，軸向力修正系數(shù)為1.0，故Ff=4732N。根據(jù)Z5150A立式鉆床使用說明書，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的最大軸向力為16000N﹥Ff，故所選進(jìn)給量可用。
2）確定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.6mm，壽命．
3）確定切削速度 《機(jī)械加工工藝手冊》表28-15，由插入法得：
，,，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應(yīng)對所的結(jié)論進(jìn)行修正。
表28-3，，，故
查Z5150A機(jī)床說明書，取。實際切削速度為：
4）檢驗機(jī)床扭矩及功率
查《切削手冊》表2.20，當(dāng)f≤0.32, do≤11mm時，Mt=114.2N?m，修正系數(shù)均為1.0，故MC=114.2 N?m。查機(jī)床使用說明書：Mm =350 N?m。查《切削手冊》表2.23,鉆頭消耗功率：Pc=1.05kw。查機(jī)床使用說明書，。由于，，故切削用量可用，即：f=0.45mm/r，，vc=8.71m/min
5）計算工時
（2）擴(kuò)孔至Φ15.85
1）查《切削手冊》表2.10，擴(kuò)孔進(jìn)給量為：，并由機(jī)床使用說明書最終選定進(jìn)給量為：。
2）根據(jù)資料，切削速度 ，其中為用鉆頭鉆同樣尺寸實心孔時的切削速度，故
根據(jù)機(jī)床使用說明書選取 。
3）基本工時
（3）鉸孔至Φ16mm
根據(jù)有關(guān)手冊的規(guī)定，鉸刀的進(jìn)給量為0.8～1.2mm/z,進(jìn)給量0.85mm/r，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取為=120r/min，則其切削速度為：
（4）計算工時
3.3.17 螺紋M12
（1）加工條件
機(jī)床：Z5150A立式鉆床
刀具：絲錐M12 ，P=1mm=f
（2）切削用量選為：
，
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為：
，
按機(jī)床使用說明書選?。海瑒t ；
（3）計算切削基本工時：
最后，將以上各工序的切削用量，工時定額的計算結(jié)果，連同其他加工數(shù)據(jù)，一并填入機(jī)械加工工藝過程綜合卡片.
4 夾具選用
組合夾具是一種零、部件可以多次重復(fù)使用的專用夾具。經(jīng)生產(chǎn)實踐表明，與一次性使用的專用夾具相比，它是以組裝代替設(shè)計和制造，故具有以下特點：
（1）靈活多變、適應(yīng)范圍廣，可大大縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
（2）可節(jié)省大量人力、物力，減少金屬材料的消耗。
（3）可大大減少存放專用夾具的庫房面積，簡化了管理工作。
現(xiàn)采用孔系組合夾具，即以孔和面相配合的方式來實現(xiàn)元件間的定位，元件的位置可沿孔定位，故組裝靈活，適用范圍廣?？蛇x的元件有：方形基礎(chǔ)件、墊片、墊板、支承塊、定位銷、定位支承塊、鉆模板、壓板、螺栓、螺母等。
組裝夾具并經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整以達(dá)到加工精度。
5總結(jié)
通過本次的機(jī)械制造工藝課程設(shè)計讓我又重新溫習(xí)了書本上的重要內(nèi)容，讓我深刻意識到實踐的東西總是離不開書本，不管什么時候從書上我們總可以找得到我們想要的東西。書上的知識永遠(yuǎn)是基礎(chǔ)，而基礎(chǔ)正是讓我們向更深的領(lǐng)域邁進(jìn)，沒有這個基礎(chǔ)我們永遠(yuǎn)都不會享受到成功的喜悅。同時也培養(yǎng)了我制定零件機(jī)械加工工藝規(guī)程和分析工藝問題的能力。
通過設(shè)計，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考問題和解決問題的能力，樹立了正確的設(shè)計思想，掌握了零件產(chǎn)品設(shè)計的基本方法和步驟，設(shè)計的過程使我能熟悉地查找和應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖冊、國家標(biāo)準(zhǔn)。?
同時，設(shè)計的完成是離不開老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們熱情的幫助，謹(jǐn)在此對他們的幫助給予誠摯的謝意和崇高的敬意。
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