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夾具夾緊力的優(yōu)化及對工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對工件定位精度的影響通過3-2-1式銑夾具的例子進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：彈性 接觸 模型 夾具 夾緊力 優(yōu)化
前言
定位和夾緊的工件加工中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過程中產(chǎn)生的移動。然而，過度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會影響它的位置精度，并反過來影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來減小由于彈性變形對工件的定位誤差，同時(shí)滿足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報(bào)道[參考文獻(xiàn)1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對剛性模型[9-11]對夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問題是制定一個(gè)線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線接觸力相對較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(dǎo)計(jì)算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，對于一個(gè)相對嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會受夾具點(diǎn)的局部彈性變形的強(qiáng)烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗(yàn)的接觸力變形的關(guān)系（稱為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對報(bào)告做了改善，然而，他們沒有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點(diǎn)彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒有在這些文件中提到 。
本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準(zhǔn)靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個(gè)問題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。
1． 夾具——工件聯(lián)系模型
1．1 模型假設(shè)
該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對液壓或氣動夾具使用。在實(shí)際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見圖1）第i夾具接觸力局部變形如下：
(1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線和法線方向的接觸剛度
第 19 頁 共 15 頁
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個(gè)
接觸處的坐標(biāo)系
（j=x，y，z）是對應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線力接觸。
1．2 工件——夾具的接觸剛度模型
集中遵守一個(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線力呈非線性變化 [23]。由于法線力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問題。對于這個(gè)問題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁]中給出如下：
（2）
其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。
切向變形沿著和切線方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個(gè)合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線性近似，
（4）
(5)
正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認(rèn)定是0.94。
2．夾緊力優(yōu)化
我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運(yùn)動過程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問題的問題，如下描述。
2.1 目標(biāo)函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)輪換往往是相當(dāng)小[17]的工件定位誤差假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個(gè)正交組件（見圖2）。
圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn)
工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計(jì)算如下：
（6）
其中表示一個(gè)向量二級標(biāo)準(zhǔn)。
但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式：
（7）
其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個(gè)文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線的，接觸的摩擦力相對較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計(jì)算得出（見圖3），工件剛體運(yùn)動，歸于夾緊行動現(xiàn)在可以寫成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫為：
最小化 （9）
要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過使用最低總能量互補(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對接觸問題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過夾緊力的隨時(shí)調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ)，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯）
2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束
在（10）式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個(gè)非線性約束和線性化版本可以使用，并且[19]有：
（11）
假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）：
(12)
其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機(jī)械加工力和工件重量。
2.3界接觸力
由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線的接觸力只能被壓縮。這通過以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個(gè)法線的接觸壓力不能超過壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個(gè)工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問題可以通過求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)約束對。該補(bǔ)充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個(gè)指定的加權(quán)范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設(shè)最初所有夾緊力不明確，要確定一個(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測精度和，有參考文獻(xiàn)[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用
4． 加工過程中的夾緊力的優(yōu)化及測定
上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負(fù)載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點(diǎn)的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負(fù)荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來解決下面將被討論的問題，考慮一個(gè)有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有：
雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會在工件加工的同一時(shí)刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進(jìn)給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負(fù)載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有：
(i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19)
其中是最佳夾緊力的四個(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見于式 （20）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。
5．影響工件的定位精度
它的興趣在于最早提出了評價(jià)夾緊力的算法對工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個(gè)工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準(zhǔn)靜態(tài)加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運(yùn)動的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來表達(dá)在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為：
（22）
方程（21）現(xiàn)在可以改寫為： （23）
其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動夾具，根據(jù)對外加工負(fù)荷，故在法線方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變，因此，必須對方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為：
（25）
其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對外加工力量和載體的6×1矢量。并結(jié)合方程（23）—（25）與靜態(tài)平衡方程，得到下面的方程組：
（26）
其中，其中表示相乘。由于夾緊和加工工件剛體移動，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6），
現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來確定最佳夾緊力及其對兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點(diǎn)力。
2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列
如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標(biāo)系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)25.4毫米銑槽使用EMSIM進(jìn)行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時(shí)（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體，
（見圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過程模擬例如2。
表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)載。
7．結(jié)果與討論
例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9，
圖9
對于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過減少工件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得。由于夾緊力和負(fù)載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點(diǎn)減少錯誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因?yàn)閺淖畛跬ㄟ^互補(bǔ)勢能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個(gè)序列應(yīng)用于銑削負(fù)載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個(gè)序列。最佳的夾緊力，，對應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個(gè)組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個(gè)夾緊點(diǎn)最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個(gè)完整的刀具路徑改進(jìn)方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對于初始夾緊力的強(qiáng)度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。
圖10
8．結(jié)論
該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具，工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個(gè)模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。
9．參考資料：
1、J. D. Lee 和L. S. Haynes .《柔性夾具系統(tǒng)的有限元分析》交易美國ASME，工程雜志工業(yè) ：134-139頁。
2、W. Cai, S. J. Hu 和J. X. Yuan .“柔性鈑金夾具：原理，算法和模擬”，交易美國ASME，制造科學(xué)與工程雜志 ：1996 318-324頁。
3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“負(fù)載對表面平整度的影響”工件夾具制造科學(xué)研討會論文集1996，第一卷：146-152頁。
4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“適用于選拔夾具設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，美國ASME工業(yè)工程雜志：113 、 412-414，1991。
5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.《計(jì)算機(jī)輔助夾具分析中的應(yīng)用有限元分析和數(shù)學(xué)優(yōu)化模型》， 1995 ASME程序，MED： 777-787頁。
6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工過程仿真的加工裝置作用力系統(tǒng)研究”， NAMRI/SME：207–214頁, 1995
7、“考慮工件夾具，夾具接觸相互作用布局優(yōu)化模擬的結(jié)果” 341-346，1998。
8、E. C. DeMeter. 《快速支持布局優(yōu)化》，國際機(jī)床制造， 碩士論文 1998。
9、Y.-C. Chou, V. Chandru, M. M. Barash .《加工夾具機(jī)械構(gòu)造的數(shù)學(xué)算法：分析和合成》，美國ASME，工程學(xué)報(bào)工業(yè)“：1989 299-306頁。
10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 《具有摩擦性的夾具規(guī)劃》 美國ASME，工業(yè)工程學(xué)報(bào)：1991，320–327頁。
11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夾緊力分析”，國際機(jī)床制造，碩士論文 1995年。
12、E. C. DeMeter.《加工夾具的性能的最小——最大負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)》 美國ASME，工業(yè)工程雜志 ：1994
13、E. C. DeMeter .《加工夾具最大負(fù)荷的性能優(yōu)化模型》 美國ASME，工業(yè)工程雜志 1995。
14、JH復(fù)和AYC倪.“核查和工件夾持的夾具設(shè)計(jì)”方案優(yōu)化，設(shè)計(jì)和制造，4，碩士論文： 307-318，1994。
15、T. H. Richards、埃利斯 霍伍德.1977,《應(yīng)力能量方法分析》，1977。
16、M. J. Hockenberger and E. C. DeMeter. 對工件準(zhǔn)靜態(tài)分析功能位移在加工夾具的應(yīng)用程序，制造科學(xué)雜志與工程： 325–331頁, 1996。
車 間
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
零件圖號
共2頁
小 組
產(chǎn)品名稱
零件名稱
支架
第2頁
工 序 號
工序名稱
鉆5-Φ8孔到尺寸
零件毛重
8.5kg
零件凈重
7.6kg
一個(gè)工人看管機(jī)床臺數(shù)
1
零件數(shù)
每臺件數(shù)
1
每次加工數(shù)
1
材料
名 稱
灰口鑄鐵
牌 號
HT100
狀 態(tài)
設(shè)備
名稱型號
立式鉆床
編 號
Z5125A
夾具
名 稱
專用夾具
代 號
冷 卻 液
每批件數(shù)
準(zhǔn)終時(shí)間
基本時(shí)間
0.37min
單件時(shí)間
工步號
工 步 內(nèi) 容
刀具名稱規(guī)格
或代號
量具名稱規(guī)格
或代號
輔具名稱規(guī)格或代號
加工尺寸(mm)
背吃刀量
(mm)
切削長度
(mm)
加工余量
(mm)
切削速度
(m/min)
主軸轉(zhuǎn)速
(r/min)
進(jìn)給
量
mm/r
切削時(shí)間
(min)
1
鉆5-Φ8孔到尺寸
Φ8標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆
游標(biāo)卡尺
Φ8
4
25
0.5
65.97
350
0.1
0.37
編 制
校 對
審 核
會 簽
描 圖
更改
處數(shù)
文件號
簽字
日期
更改
處數(shù)
文件號
簽字
日期
機(jī)械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品代號
零件圖號
零件名稱
支架
材料
HT100
供應(yīng)狀態(tài)
毛坯種類
毛坯重量(kg)
每一毛坯可制零件數(shù)
零件重量(kg)
大批量
鑄件
8.5
1
7.6
部門
工序號
工序名稱
設(shè)備
主要工藝裝備名稱及規(guī)格
名稱
型號
夾具
刀具
量具
輔具
10
時(shí)效
20
粗銑底面和上面，保證尺寸85到工序尺寸
立式銑床
X5032
專用夾具
YT15 銑刀 D=50
游標(biāo)卡尺
30
精銑底面和上面到尺寸85
立式銑床
X5032
專用夾具
YT15 銑刀 D=50
游標(biāo)卡尺
40
鉆對角線上兩個(gè)Φ8孔到工序尺寸
立式鉆床
Z5125A
專用夾具
標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆
游標(biāo)卡尺
50
擴(kuò)對角線上兩個(gè)Φ8孔到工序尺寸
立式鉆床
Z5125A
專用夾具
標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆
游標(biāo)卡尺
60
鉸對角線上兩個(gè)Φ8孔到工序尺寸
立式鉆床
Z5125A
專用夾具
標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆
游標(biāo)卡尺
70
鉆Φ60H8孔到工序尺寸
臥式鏜床
T618
專用夾具
YT15 鏜刀
游標(biāo)卡尺
80
粗鏜Φ60H8孔到工序尺寸
臥式鏜床
T618
專用夾具
YT15 鏜刀
游標(biāo)卡尺
90
半精鏜Φ60H8孔到工序尺寸
臥式鏜床
T618
專用夾具
YT15 鏜刀
游標(biāo)卡尺
100
精鏜Φ60H8孔到工序尺寸
臥式鏜床
T618
專用夾具
YT15 鏜刀
游標(biāo)卡尺
110
粗銑75H8開擋到工序尺寸
立式銑床
X5032
專用夾具
玉米銑刀
游標(biāo)卡尺
120
精銑75H8開擋到工序尺寸
立式銑床
X5032
專用夾具
玉米銑刀
游標(biāo)卡尺
130
鉆Φ40H7孔到工序尺寸
臥式鏜床
T618
專用夾具
YT15 鏜刀
游標(biāo)卡尺
140
粗鏜Φ40H7孔到工序尺寸
臥式鏜床
T618
專用夾具
YT15 鏜刀
游標(biāo)卡尺
150
半精鏜Φ40H7孔到工序尺寸
臥式鏜床
T618
專用夾具
YT15 鏜刀
游標(biāo)卡尺
160
精鏜Φ40H7孔到工序尺寸
臥式鏜床
T618
專用夾具
YT15 鏜刀
游標(biāo)卡尺
170
鉆5-Φ8孔中的到尺寸
立式鉆床
Z5125A
專用夾具
標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆
游標(biāo)卡尺
鉆套
180
鉆2-Φ6H7孔到工序尺寸
立式鉆床
Z5125A
專用夾具
標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆
游標(biāo)卡尺
190
锪5-Φ15沉孔深15
立式鉆床
Z5125A
專用夾具
標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆
游標(biāo)卡尺
200
檢驗(yàn)
設(shè)計(jì)
共2頁
校核
第2頁
標(biāo)記
處數(shù)
文件號
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
文件號
簽字
日期
XX大學(xué)
機(jī)械制造
課程設(shè)計(jì)(論文)
題 目:支架的機(jī)械加工工藝規(guī)程
及鉆孔夾具設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
目 錄
目 錄 2
1 引言 3
2 支架的工藝分析 4
2.1支架的結(jié)構(gòu)及其工藝性分析 4
2.2支架的技術(shù)要求分析 5
3 毛坯的選擇 6
4 支架機(jī)械加工工藝路線的制定 6
4.1定位基準(zhǔn)的選擇 7
4.2 擬定工藝路線 7
4.3 加工余量和工序尺寸的擬定 9
4.4 切削用量的確定 10
5 夾具的設(shè)計(jì) 18
5.1 研究原始質(zhì)料 18
5.2 定位基準(zhǔn)的選擇 18
5.3 切削力及夾緊力的計(jì)算 18
5.4 誤差分析與計(jì)算 19
5.5 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 19
課程設(shè)計(jì)心得體會 21
參考文獻(xiàn) 22
1 引言
機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)是機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)課程教學(xué)的一個(gè)不可或缺的輔助環(huán)節(jié)。它是我們?nèi)孢\(yùn)用課程及其有關(guān)選修課程的理論和實(shí)踐知識進(jìn)行加工工藝及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一次重要實(shí)踐。
我希望能通過這次設(shè)計(jì)鞏固我們前面所學(xué)的知識，并深化我對它的理解，為以后更好地走向工作打下基礎(chǔ)。
因知識和能力有限，設(shè)計(jì)過程難免會有許多不足之處，還請老師指正。
工藝綜合課程設(shè)計(jì)旨在繼承前期先修基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，讓我們完成一次機(jī)械零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程和典型夾具設(shè)計(jì)的鍛煉，其目的如下。
（1） 在結(jié)束了機(jī)械制造基礎(chǔ)等前期課程的學(xué)習(xí)后，通過本次設(shè)計(jì)使我們所學(xué)到的知識得到鞏固和加深。培養(yǎng)我們?nèi)婢C合地應(yīng)用所學(xué)知識去分析和解決機(jī)械制造中的問題的能力。
（2） 通過設(shè)計(jì)提高我們的自學(xué)能力，使我們熟悉機(jī)械制造中的有關(guān)手冊、圖表和技術(shù)資料，特別是熟悉機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)方面的資料，并學(xué)會結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際正確使用這些資料。
（3） 通過設(shè)計(jì)使我們樹立正確的設(shè)計(jì)理念，懂得合理的設(shè)計(jì)應(yīng)該是技術(shù)上先進(jìn)的，經(jīng)濟(jì)上合理的，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中是可行的。
（4） 通過編寫設(shè)計(jì)說明書，提高我們的技術(shù)文件整理、寫作及組織編排能力，為我們將來撰寫專業(yè)技術(shù)及科研論文打下基礎(chǔ)。
2 支架的工藝分析
2.1支架的結(jié)構(gòu)及其工藝性分析
由支架零件圖可知，該支架結(jié)構(gòu)形狀對稱布置。主要由底板、肋板和圓柱孔等部分構(gòu)成。支架的主要加工表面有：支架底面、肋板孔與圓柱孔、肋板孔內(nèi)端面及圓柱孔上端面等。其中支架底面的表面粗糙度Ra≤1.6μm，肋板內(nèi)表面的表面粗糙度Ra≤2.2μm，定位孔φ6H7，肋板上的孔徑φ40H7，圓柱孔的孔徑φ60H8，兩肋板間的距離75H8，以及圓柱孔的內(nèi)表面與上端面的表面粗糙度Ra≤2.2μm是重要尺寸。
2.2支架的技術(shù)要求分析
該支架零件的主要技術(shù)要求為：
1. 未注明圓角半徑R5；
2. 2×φ40H7孔的同軸度允許誤差為0.01；
3. 2×φ40H7孔與A面的平行度允許誤差為0.02；
4. φ60H8孔與A面垂直度允許誤差為0.01；
5. 兩圓柱孔中心距極限偏差為±0.25mm；
6. 肋板孔中心線距支架底板的距離的極限偏差為±0.05mm；
7. 圓柱孔與肋板孔的中心距極限偏差為±0.15mm。
3 毛坯的選擇
題目給定的是支架零件，該零件年產(chǎn)量為4000件，設(shè)其備品率α為4%，機(jī)械加工廢品率β為1%，則該零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為：
N=Qn(1+α%+β%)=4000×1（1+4%+1%)=4200(件/年)。
查表可知該產(chǎn)品為大批生產(chǎn)。在毛坯的制造方法及加工余量、機(jī)床設(shè)備及機(jī)床布置、夾具及尺寸保證、刀具量具、生產(chǎn)率、成本等各方面需要結(jié)合零件自身的特點(diǎn)，采用先進(jìn)鑄造方法、自動機(jī)床與專用機(jī)床、高效專用夾具、刀具量具以提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
該支架零件的結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜以及大批量生產(chǎn)的生產(chǎn)綱領(lǐng)確定采用熔模鑄造方式生產(chǎn)，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，鑄造出肋板孔與圓柱孔。毛坯尺寸通過確定加工余量后再決定。毛坯材料是HT100。
4 支架機(jī)械加工工藝路線的制定
支架的工藝特點(diǎn)是：外形較復(fù)雜，尺寸精度、形狀精度、和位置精度及表面粗糙度要求較高。上訴工藝特點(diǎn)決定了支架在機(jī)械加工時(shí)存在一定的困難，因此在確定支架的工藝過程時(shí)應(yīng)注意定位基準(zhǔn)的選擇，以減少定位誤差；夾緊力方向和夾緊點(diǎn)的選擇要盡量減少夾緊變形；對于主要表面，應(yīng)粗、精加工分階段進(jìn)行，以減少變形對加工精度的影響。
4.1定位基準(zhǔn)的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程中的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常運(yùn)行。
4.1.1粗基準(zhǔn)的選擇
遵照“保證不加工表面與加工表面相互精度原則”的粗基準(zhǔn)選擇原則（即
零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工表面作為粗基準(zhǔn)；若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí)則應(yīng)與這些加工表面要求相對精度較高的不加工表面作為粗基準(zhǔn)）這里先選擇圓柱孔上端面為粗基準(zhǔn)。
4.1.2精基準(zhǔn)的選擇
根據(jù)精基準(zhǔn)的選擇原則，選擇精基面時(shí)，首先應(yīng)考慮基準(zhǔn)重合的問題，即在可能的情況下，應(yīng)盡量選擇加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。本支架零件
以加工好的支架底面作為后續(xù)工序如銑圓柱孔上端面、鏜肋板孔等工序的精基準(zhǔn)。
4.2 擬定工藝路線
4.2.1加工方法的選擇和加工階段的劃分
支架底面的表面粗糙度要求較高，Ra≤1.6，所以確定最終加工方法為精銑。精銑前要進(jìn)行粗銑、半精銑。
肋板內(nèi)表面與圓柱孔上端面的表面粗糙度要求較高，Ra≤2.2，所以確定最終加工方法為精銑。精銑前要進(jìn)行粗銑、半精銑。
肋板上的孔與圓柱孔的位置精度和表面粗糙度要求較高，Ra≤2.2，所以確定最終加工方法為半精鏜。半精鏜前要進(jìn)行粗鏜。
裝配孔的精度要求較高，最終加工方法為精鉸。精鉸前要進(jìn)行鉆孔。
沉頭孔沒有位置精度與表面粗糙度要求，故采用鉆孔、锪孔就能達(dá)到圖紙上的設(shè)計(jì)要求。
完成其他次要表面的加工。
4.2.2工藝路線的擬定
在工藝路線的擬定過程中要遵循機(jī)械加工工序順序的安排原則。即：
（1） 基準(zhǔn)先行 按照“先基面后其它”的順序，先加工精基準(zhǔn)面，再以加工
出的精基準(zhǔn)面為定位基準(zhǔn)，安排其它表面的加工。
（2） 先粗后精 按先粗后精的順序，對精度要求高的各主要表面進(jìn)行粗加
工、半精加工和精加工。
（3） 先主后次 先考慮主要表面加工，再考慮次要表面加工。次要表面的加
工，通常從加工方便與經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)進(jìn)行安排。次要表面和
主要表面之間往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加
工后，以主要表面定位加工主要表面。
（4） 先面后孔 當(dāng)零件有較大的平面可以作定位基準(zhǔn)時(shí)，先將其加工出來，
再以面定位孔加工，這樣可以保證定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定。
（5） 關(guān)鍵工序 對易出現(xiàn)廢品的工序，精加工或光整加工可適當(dāng)提前。在一
般情況下，主要表面的精加工和光整加工應(yīng)放在最后階段進(jìn)
行。
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)要求能得到合理保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序分散來提高生產(chǎn)效率。除此之外，還應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降低。
方案分析與比較，方案一是先鉆擴(kuò)鉸對角線上兩個(gè)Φ8孔到工序尺寸，方案二是先銑75H8開擋到工序尺寸，比較發(fā)現(xiàn)方案一的設(shè)計(jì)可以方便為后續(xù)方案尋找定位基準(zhǔn)，利用Φ8定位銷孔加工其他部位比較精確。故選擇方案一。
4.3 加工余量和工序尺寸的擬定
工序余量是指相鄰兩工序的工序尺寸之差，也就是在一道工序中所切除的金屬層厚度，在確定工序間加工余量時(shí)，應(yīng)遵循兩個(gè)原則：
1. 加工余量應(yīng)盡量小，以縮短加工時(shí)間；提高效率；降低制造成本；延長機(jī)
床刀具使用壽命。
2. 加工余量應(yīng)保證按此余量加工后，能達(dá)到零件圖要求的尺寸、形狀、位置
公差和表面粗糙度，工序公差不應(yīng)超出經(jīng)濟(jì)加工精度范圍；本工序的余量應(yīng)大于上工序留下的尺寸公差、行為公差和表面缺陷厚度。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法選取毛坯公差取T=±2mm。其余各工序尺寸及公差查《機(jī)械加工工藝手冊》可得。
表1 各工序尺寸及公差的計(jì)算結(jié)果
加工表面
工步（工步）名稱
工序（工序）余量
工序（工步）
基本尺寸
經(jīng)濟(jì)精度公差
表面粗糙度
工序尺寸及公差
支架底面
毛坯
28±2
粗銑
1.5
26.5
IT12
Ra≤6.3
半精銑
1.0
24.5
IT10
Ra≤2.2
精銑
0.5
24.0
IT9
Ra≤1.6
圓柱孔上
端面
毛坯
88±2
粗銑
1.5
86.5
IT12
半精銑
1.0
84.5
IT10
Ra≤6.3
精銑
0.5
85
IT9
Ra≤2.2
圓柱孔
毛坯
54.0±2
粗鏜
2Z=4.0
58.0
IT12
Ra≤6.3
半精鏜
2Z=2.0
60.0
IT9
Ra≤2.2
肋板內(nèi)表
面
毛坯
72±2
粗銑
2.5
74.5
IT12
Ra≤12.5
半精銑
0.5
74.0
IT10
Ra≤2.2
肋板孔
毛坯
35±2
粗鏜
2Z=2.0
38.0
IT12
Ra≤6.3
半精鏜
2Z=2.0
40.0
IT9
Ra≤2.2
沉頭孔
鉆孔
8.0
IT12
Ra≤12.5
鉆孔
14.5
IT12
Ra≤12.5
锪孔
0.5
14.0
IT12
Ra≤12.5
裝配孔
鉆孔
4.8
IT12
Ra≤12.5
精鉸
0.2
6.0
IT8
Ra≤1.6
4.4 切削用量的確定
工序 40
粗銑圓柱孔上端表面
（1）選擇加工設(shè)備與工藝裝備
本工序及隨后兩道工序是加工出圓柱孔上端面，以達(dá)到要求的表面粗糙度及要求尺寸。
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-5選擇X5032立式銑床。工作臺面尺寸寬320mm、長1320mm，工作臺面最大行程縱向700mm、橫向255mm、垂向370mm，主電動機(jī)功率7.5kW、總功率9.09kW。
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表9.2-1，選用鑲齒套式面銑刀，刀片材料選用硬質(zhì)合金鋼，牌號為YT15，查表9.2-8選銑刀的規(guī)格尺寸為，D=50。
夾具選用專用夾具。
（2）確定切削用量
a. 確定背吃刀量
粗銑時(shí)，為提高切削效率，一般選擇銑削背吃刀量等于加工余量，一個(gè)工作行程銑完。因?yàn)榇帚姷挠嗔繛?.5mm，一次走刀完成，所以選擇背吃刀量a=1.5mm
b. 確定進(jìn)給量
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-72，選擇每齒進(jìn)給量fz為0.3mm/z。
c. 初選切削速度
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-72，選擇切削速度Vc=34.6m/min。
（3）確定銑刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表9.4-6取粗銑時(shí)鑲齒套式面銑刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為1.7mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。
（4）確認(rèn)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 和切削速度
==r/m≈220r/m
按照X5032銑床說明書選取實(shí)有的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為270r/m,故實(shí)際的切削速度為==r/m=42.4r/m
（5）校驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)《工藝綜合》表3-1知，單位切削力=1118N/,=1；查表3-3，得=1.20；其它切削條件修正系數(shù)為1，故切削力
=f=1118×1.5×0.3×1×1.20N=602.7N
切削功率
=/60000=602.7×42.4/60000kW=0.43kW
由機(jī)床說明書知，X5032機(jī)床主電動機(jī)功率=7.5kW,取機(jī)床效率η=0.55，則
/η=0.43/0.55kW=0.57kW＜
故機(jī)床功率夠用。
工序50
半精銑圓柱孔上端面表面
（1）選擇刀具
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-18，選用鑲齒套式面銑刀。
（2）確定切削用量
a. 確定背吃刀量
半精銑時(shí)的背吃刀量一般為0.5―2mm，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=1.0mm。
b. 確定進(jìn)給量
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-72，選擇每齒進(jìn)給量fz為0.2mm/z。
c. 初選切削速度
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-72，選擇切削速度Vc=40m/min。
（3）確定銑刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表9.4-6取半精銑時(shí)鑲齒套式面銑刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為1.8mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。
（4）確認(rèn)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 和切削速度
==r/m≈255r/m
按照X5032銑床說明書選取實(shí)有的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為270r/m,故實(shí)際的切削速度為==r/m=42.4r/m
（5）校驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)《工藝綜合》表3-1知，單位切削力=1118N/,=1；查表3-3，得=1.20；其它切削條件修正系數(shù)為1，故切削力
=f=1118×1.5×0.3×1×1.20N=602.7N
切削功率
=/60000=602.7×42.4/60000kW=0.43kW
由機(jī)床說明書知，X5032機(jī)床主電動機(jī)功率=7.5kW,取機(jī)床效率η=0.55，則
/η=0.43/0.55kW=0.57kW＜
故機(jī)床功率夠用。
工序60
精銑圓柱孔上端面
（1）選擇刀具
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-18，選用鑲齒套式面銑刀。
（2）確定切削用量
a. 確定背吃刀量
精銑時(shí)一般為0.1-1mm或更小，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=0.5mm。
b. 確定進(jìn)給量
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-72，選擇每齒進(jìn)給量fz為0.12mm/z。
c. 初選切削速度
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-72，選擇切削速度Vc=58.5m/min。
（3）確定銑刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表9.4-6取精銑時(shí)鑲齒套式面銑刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為0.4mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。
（4）確認(rèn)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 和切削速度
==r/m≈373r/m
按照X5032銑床說明書選取實(shí)有的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為360r/m,故實(shí)際的切削速為==r/m=56.5r/m
（5）校驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)《工藝綜合》表3-1知，單位切削力=1118N/,=1；查表3
得=1.20；其它切削條件修正系數(shù)為1，故切削力
=f=1118×1.5×0.3×1×1.20N=602.7N
切削功率
=/60000=602.7×56.5/60000kW=0.57kW
由機(jī)床說明書知，X5032機(jī)床主電動機(jī)功率=7.5kW,取機(jī)床效率η=0.55，則
/η=0.57/0.55kW=0.56kW＜
故機(jī)床功率夠用。
工序110
粗鏜肋板孔
（1）選擇機(jī)床與刀具
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-9，選擇T618臥式鏜床，由表5-26選擇機(jī)夾單刃鏜刀的桿部直徑d（g7）為25mm，最小鏜孔直徑D為32mm。
（2）確定切削用量
a. 確定背吃刀量
由表5-69，選擇粗鏜的刀具材料為高速鋼，刀具類型為刀頭。取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=3mm。
b. 確定進(jìn)給量
由表5-69知，f=0.2mm/r
c. 初選切削速度
由表5-69知，Vc=0.4m/s
（3）確定鏜刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表3-7取粗鏜時(shí)單刃鏜刀刀具的耐用度T=50min。
（4）確認(rèn)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 和切削速度
==r/m≈191r/m
按照T618鏜床說明書選取實(shí)有的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為200r/m,故實(shí)際的切削速度為==r/m=24.1r/m
（5）校驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)《工藝綜合》表3-1知，單位切削力=1118N/,=1.06；查表3-3，得=1.40；其它切削條件修正系數(shù)為1，故切削力
=f=1118×3×0.2×1.06×1.40N=994.5N
切削功率
=/60000=994.5×24.14/60000kW=0.42kW
由機(jī)床說明書知，T618機(jī)床主電動機(jī)功率=4.5kW,取機(jī)床效率η=0.55，則
/η=0.42/0.55kW=0.56kW＜
故機(jī)床功率夠用。
工序120
半精鏜肋板孔
（1）選擇機(jī)床與刀具
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-9，選擇T618臥式鏜床，由表5-26選擇機(jī)夾單刃鏜刀的桿部直徑d（g7）為25mm，最小鏜孔直徑D為32mm。
（2）確定切削用量
a. 確定背吃刀量
由表5-69，選擇粗鏜的刀具材料為高速鋼，刀具類型為刀頭。取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=2mm。
b. 確定進(jìn)給量
由表5-69知，f=0.5mm/r
c. 初選切削速度
由表5-69知，Vc=0.6m/s
（3）確定鏜刀刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表3-7取半精鏜時(shí)單刃鏜刀刀具的耐用度T=50min。
（4）確認(rèn)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 和切削速度
==r/m≈287r/m
按照T618鏜床說明書選取實(shí)有的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為300r/m,故實(shí)際的切削速度為==r/m=37.7r/m
（5）校驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)《工藝綜合》表3-1知，單位切削力=1118N/,=1.06；查表3-3，得=1.40；其它切削條件修正系數(shù)為1，故切削力
=f=1118×2×0.5×1.06×1.40N=1659.1N
切削功率
=/60000=1659.1×37.7/60000kW=1.04kW
由機(jī)床說明書知，T618機(jī)床主電動機(jī)功率=4.5kW,取機(jī)床效率η=0.55，則
/η=1.04/0.55kW=1.39kW＜
故機(jī)床功率夠用。
工序160
鉆φ6裝配孔
（1） 選擇刀具
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-21，選用直徑為4.8的標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆。由表5-6選擇Z5125A立式鉆床，工作臺面尺寸為（550×400）mm，總功率為2.3Kw，主電動機(jī)功率為2.2Kw。
（2） 確定切削用量
a. 確定背吃刀量
因?yàn)榈谝淮毋@孔的加工余量為4.8mm。一次工作行程鉆完，所以選擇背吃刀量a=4.8mm。
b. 確定進(jìn)給量
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-64，選擇進(jìn)給量f為0.27mm/r
c. 確定切削速度
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-66,選擇切削速度Vc=0.42m/s
（3）確定鉸刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表3-7,取鉆削時(shí)麻花鉆刀具的耐用度T=100min。
（4）鉆削基本時(shí)間的計(jì)算
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表3-11知,鉆孔的基本時(shí)間計(jì)算公式為:
式中,=(D/2)cot=
計(jì)算得=1.2s
工序170
精鉸φ6裝配孔
（1）選擇刀具
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-21，選擇d=6mm的直柄機(jī)用鉸刀。由表5-6選擇Z5125A立式鉆床，工作臺面尺寸為（550×400）mm，總功率為2.3Kw，主電動機(jī)功率為2.2Kw。
（2）確定切削用量
a. 確定背吃刀量
因?yàn)殂q孔的加工余量為0.2mm。一次工作行程鉸完，所以選擇背吃刀量a=0.2mm。
b. 確定進(jìn)給量
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-68，選擇進(jìn)給量f為1.00mm/r
c. 確定切削速度
根據(jù)《工藝綜合課程設(shè)計(jì)》表5-66,選擇切削速度Vc=0.20m/s
5 夾具的設(shè)計(jì)
為了提高勞動生產(chǎn)，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。下面即為鉆5-Φ8孔的專用夾具，本夾具將用于Z5125A立式鉆床。
5.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來鉆加工孔，加工時(shí)除了要滿足粗糙度要求外，還應(yīng)滿足孔的位置公差要求。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)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強(qiáng)度。
5.2 定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知：在對孔進(jìn)行加工前，底平面進(jìn)行了粗銑加工。因此，選底平面為定位精基準(zhǔn)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）。選擇左端面為定位基準(zhǔn)來設(shè)計(jì)鉆模，從而滿足孔的位置公差要求。工件定位用底平面和兩個(gè)側(cè)面來限制六個(gè)自由度。
5.3 切削力及夾緊力的計(jì)算
由資料[10]《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》查表可得：
切削力由式2.11得：
式中
查資料[10]《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》表得：
即：
切削扭矩由式2.12得：
即：
實(shí)際所需夾緊力：由式2.13得：
取，，
即：
螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力由式2.6得：
該夾具采用夾緊機(jī)構(gòu)，用螺栓壓塊壓緊工件。受力簡圖如下：
即：
由上述計(jì)算易得：
因此采用該夾緊機(jī)構(gòu)工作是可靠的。
5.4 誤差分析與計(jì)算
該夾具以底面、側(cè)面和頂面為定位基準(zhǔn)，要求保證孔軸線與左側(cè)面間的尺寸公差。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。
孔與左側(cè)面為線性尺寸一般公差。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，由資料[6]《互換性與技術(shù)測量》表可知：
?。ㄖ械燃墸?
由資料[10]《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》可得：
① 定位誤差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，這里的方向與加工方向一致。即：故
② 夾緊安裝誤差，對工序尺寸的影響均小。即：
③ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
④ 夾具相對刀具位置誤差：鉆套孔之間的距離公差，按工件相應(yīng)尺寸公差的五分之一取。即
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。
5.5 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明
本夾具用于在搖臂鉆床上加工底孔。工件以底平面、側(cè)面和頂端為定位基準(zhǔn)，在支承釘和支承板上實(shí)現(xiàn)完全定位。采用手動壓板機(jī)構(gòu)夾緊工件。該夾緊機(jī)構(gòu)操作簡單、夾緊可靠。
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課程設(shè)計(jì)心得體會
經(jīng)過幾個(gè)個(gè)星期的艱苦奮斗，夾具設(shè)計(jì)結(jié)束了。在我完成的那一剎那，心里是百感交集，心曠神怡，豁然開朗。在設(shè)計(jì)中，我遇到了很多的困難，我沒有氣餒，沒有放棄，沒有妥協(xié)。而是通過一次又一次的計(jì)算，一次又一次的修改，反復(fù)的推敲，分析。不懂的就看書，看不懂的就去問。最終是，山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村。
此次設(shè)計(jì)是對支架的加工工藝和夾具設(shè)計(jì)，其零件為模鍛，具有體積小，零件簡單的特點(diǎn)，由于面比孔易加工，在制定工藝規(guī)程時(shí)，就先加工面，再以面為基準(zhǔn)來加工其它，其中各工序夾具都采用專用夾具，特別的對于加工?8mm孔工序中，選一面定位方式，并以操作簡單的手動夾緊方式夾緊，其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，方便且能滿足要求。
回顧這設(shè)計(jì)，總體上說我還是學(xué)到了很多的東西。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我對零件制造過程、加工工藝和夾具設(shè)計(jì)都有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，也加深了對大學(xué)中所學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和理解。這樣，在設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是否合理，在實(shí)際運(yùn)用中能否正常工作，而不僅僅考慮理論上的可行性，課程設(shè)計(jì)使我學(xué)會了從實(shí)際出發(fā)加工零件和設(shè)計(jì)夾具。這次課程設(shè)計(jì)還使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。
生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。我想說，設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦，但苦中也有樂，，一起工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下,讓我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了；我想說，設(shè)計(jì)確實(shí)很累，但當(dāng)我們研究出數(shù)據(jù)制成成果時(shí)，心中也不免產(chǎn)生興奮； 這次設(shè)計(jì)是我成功邁向成功的第一步。
雖然這次設(shè)計(jì)中會有錯誤，做的也沒有別人的好，但是這畢竟是我的第一次獨(dú)立完成的設(shè)計(jì)。我為之付出了汗水，百分百的心意。不管結(jié)果的成績會怎樣，我已經(jīng)努力過。只有經(jīng)過地獄的磨練才能創(chuàng)造天堂的美。沒有流過血的手指，彈奏不出世間的絕唱。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊叔子主編.機(jī)械加工工藝師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002
[2] 吳拓，方瓊珊主編.機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005
[3] 孫本緒，熊萬武主編.機(jī)械加工余量手冊.北京：國防工業(yè)出版社，1999
[4] 李云主編.機(jī)械制造工藝及設(shè)備指導(dǎo)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998
[5] 王光斗，王春福主編.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000
[6] 熊良山主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).華中科技大學(xué)出版社，2000
[7] 劉守勇主編.機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999（5）
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