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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，尤其是對大尺寸的產(chǎn)品和應(yīng)用來說。大量定制一些在設(shè)計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，這篇論文主要是研究可持續(xù)夾具主要零部件的精確定位，影響夾具性能的因素在安裝階段會得以審查。本文介紹了一種在靈活夾具中為了最大限度地減少定位和夾緊的不確定性的方法。 關(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)計在部件和組件級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)計基準(zhǔn)上。對于大批量產(chǎn)品，在計算機輔助軟件上就能估算出其主要的花費需求，否則，在某些情況下或以其他方式生產(chǎn)的產(chǎn)品成本可能會是非常高的。這個問題與客戶不斷用錢來尋求具有更高價值的市場需求相互矛盾。用一種典型的變化產(chǎn)品可以創(chuàng)建一個更加具有持續(xù)性的商業(yè)，因為它能夠滿足相對比較大地市場需求。由支持產(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)對上述挑戰(zhàn)關(guān)鍵的解決方案。靈活夾具的概念已經(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械零件移動到機床工作臺是必需的，先進(jìn)行粗加工，然后精對準(zhǔn)和夾緊。在這個階段，一方面是準(zhǔn)備用于加工高精度的關(guān)鍵所在，然而，這對于一些大尺寸或重的零部件并不總是可以實現(xiàn)的。大型產(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器和系統(tǒng)的運動以及這些部件的位置和方向。這些零部件通常定位在大尺寸夾具及固定裝置上該定位的位置。如果這些部件以小批量生產(chǎn)，在航空航天工業(yè)、高開銷的情況下，每個產(chǎn)品將會出現(xiàn)。在設(shè)計和制造夾具上，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，因為敏感或關(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現(xiàn)。這些機械故障，例如夾具和固定裝置由于疲勞和塑料變形就是一個終止其服務(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變得多余。即使夾具有工作順序，但它們?nèi)匀挥袌髲U并送往循環(huán)再造。這種方法會帶來高負(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，可用來評估振動的影響因素。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現(xiàn)。如圖2.1所示。 圖2.1 典型的大型夾具元件 用于制造所延誤的時間是固定夾具的又一重大缺點，這些夾具應(yīng)該在制造前就被訂購，在生產(chǎn)計劃和產(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，包括一個主框架、內(nèi)在的框架，有可能有一個或數(shù)多個可移動的機制或更小的組件，如鉗、套管、皮卡和可調(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)計變異相匹配。因為組裝和組件范圍上的設(shè)計都相當(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，每一個不同比例的柔性夾具都需要被重新安排。為了增加使用這種類型夾具的效益，這個問題在設(shè)計階段考慮是十分重要的。例如，在可能的情況下，皮卡車的位置和三維定位夾具上的組件的不同變種，甚至完全不同的部分應(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，這些夾具的存儲需要很少空間，因為拆除所有模塊是可能的，通常以腳手架的形式并把它們彼此放在一起。目前在一些汽車公司應(yīng)用到柔性夾具，因為它們的精度等級是足夠滿足的。大尺寸制造的夾具設(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)這樣一個事實，這些夾具在發(fā)電和航空航天等工業(yè)不能滿足公差要求。一旦它們的精度問題得以解決，這些夾具在上述的工業(yè)中將會有很高的利用價值。 圖2.2 夾具與汽車行業(yè)中的可重構(gòu)組件 大量的體積計量系統(tǒng)和技術(shù)一直有許多新的發(fā)展。依靠計量系統(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架或主要框架，然后是那些大的部件和像皮卡和夾具那樣逐漸更小的零部件。計量系統(tǒng)能夠用于柔性夾具的主要框架和其內(nèi)部框架的安裝，從而來保證每個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，它是實現(xiàn)這一目的的最合適的測量系統(tǒng)。一起跟蹤球式反射鏡在三維空間內(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)對象來提供幾何位置信息或可以在機械重復(fù)的球式反射鏡下應(yīng)用，從這個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)點之間的光線問題還應(yīng)該考慮到。如果必要的話，多個跟蹤職位都可以使用，在實際測量活動中，其結(jié)果必然是伴隨著一個不確定的說明。經(jīng)過測量，這些給定的分散的特征值是合理的，這個問題與一些夾具或夾具的安裝及以后的審核都是一樣的。這些知識闡明了一個給定的定位夾具的能力和裝配任務(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)用在能夠減輕花費開銷的大量產(chǎn)品上。 對于制造業(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是非常有益的。除了在時間和金錢上使利益均衡外，柔性夾具還會有一個更加靈活的設(shè)計思路。由于在夾具的制造和裝配過程中，會直接和經(jīng)常改變夾具的拓?fù)涑杀尽Ｅc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)性是一個主要的優(yōu)點。這一點尤為重要，因為它在綠色制造方面符合行業(yè)的發(fā)展方向，通過回收使用系統(tǒng)的組成部件，為相關(guān)項目的工裝費用降低了項目成本。 表2.1 用于驗證夾具大量的例子、便攜式測量儀器 儀器 輔助部件 測量類型 接觸式 非接觸式 圖像 激光跟蹤儀 賽立信探頭 是 T型探頭 是 激光雷達(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 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，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。 給出了一個通用的描述階段根據(jù)初步夾具安裝在仿真軟件環(huán)境和利用一些尺寸為5m×4m×3m的大尺寸夾具的實際實驗結(jié)果來測量指令階段。這是不論這個夾具是否是第一次安裝在夾具中還是對已經(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結(jié)構(gòu)。通常除了有一個主框架之外，在每一個級別的基本水平，也可以由一個或多個結(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。在一個自動化固定的平臺上，機器系統(tǒng)會進(jìn)行多項任務(wù)，比如定位、加工和進(jìn)行裝配。因此機器人的工作基準(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)行模擬仿真時有幾個安裝階段。使用模擬演習(xí)，在這個工程中可以減少一些潛在的錯誤和返工。測量輔助安裝過程是類似的跟蹤對象位置的過程，是常見的大尺寸組件用到的。夾具的組件先用這種方法使其大致位置公差在1mm以內(nèi)，然后當(dāng)所有的夾具組件被放到所設(shè)計的位置時，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。典型的計量協(xié)助柔性夾具安裝階段如下： 在出廠時設(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； 重點定位元件的精細(xì)調(diào)整和緊固； 核查參照系和夾具； 對于夾具關(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 優(yōu)點 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 重量 重 中 低 可移植性 不可移植 難以在每一個安裝中定位 難以進(jìn)行 成本 非常高 中等 低 生產(chǎn)時間 長 中等 短 2.4.2 柔性夾具的安裝 柔性夾具安裝過程中采取了以下階段： 安裝夾具的主框架； 移動單元和子系統(tǒng)組裝； 夾具內(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，也會更進(jìn)一步節(jié)約時間和成本。圖3顯示了三組不同活動小組對于柔性夾具的安裝過程。在這個過程中，假定夾具的標(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測量系統(tǒng)或用到包括一套完整夾具安裝關(guān)鍵點的測量系統(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。 在夾具上定位的關(guān)鍵點、測量儀器的不確定性應(yīng)該予以考慮。作為一個經(jīng)驗法則，每個夾具關(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： 一個工廠的墻壁和地板上的初始參考點的位置是首選，以減少測量的不確定性； 應(yīng)驗證該儀器所在位置上經(jīng)常使用初始參考點的基地； 在每個夾具的大節(jié)上，為更好地具有跟蹤和可重復(fù)性，可以附加多個球式反射跟蹤系統(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)。這可能會導(dǎo)致在內(nèi)框坐標(biāo)系時的較小的不確定性。 3.不確定性 由于評估的結(jié)果旨在對于所描述物體真正價值范圍內(nèi)的評估定位，則不確定性被定義為膠[8]。這里的不確定性來自兩方面的審查，首先是與測量過程中有關(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。基于膠[8]的定義，測量結(jié)果應(yīng)伴隨著它的不確定性說明，這些錯誤詳細(xì)來源的討論超出了本文的范圍。已經(jīng)有多項研究來建立真正的不確定性的一些測量儀器[10、11]。 夾具關(guān)鍵點的測量結(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、自動化和移動部分，是這個問題變得更加復(fù)雜。 仔細(xì)考慮夾具設(shè)計階段不確定性的來源可以在一個給定的情況下減少過度使用公差預(yù)算的風(fēng)險。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，在使用過程中會很少失效。朝六個方向靠近在安裝時是很必要的，然后是在高精度夾具和敏感部位上的可重構(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)計和幾何參數(shù)。尤其是當(dāng)這些部件之間的設(shè)計變化小時，這種類型的夾具被證明是具有成本效益和快速的解決方案，這是因為它可能會通過夾具重新配置到一個新的產(chǎn)品或組件的變種上。然而，當(dāng)所需的零件盒裝配的設(shè)計完全不同時，可能需要不同尺寸夾具組件的完整地重排，因此，在設(shè)計一個新的零件和重組夾具的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時應(yīng)該考慮到要便于減少夾具的安裝和重新配置的時間以及成本，并最大限度的重用現(xiàn)在的組件在當(dāng)前的裝配中。 一個柔性夾具有許多種裝配方式，是由于其靈活性。在正確的安裝順序下選擇合適的組件，可以最大限度的節(jié)約成本和時間。本次選擇的過程中應(yīng)該對未來產(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，計劃和設(shè)計夾具框架是很重要的。使用定制的夾具、緊固件、軸套和其他夾具元件都是降低成本的關(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夾具材料相關(guān)的成本。例如測量儀器，其目標(biāo)點之間的視線檢查就會使用這些軟件來輔助。圖4顯示了柔性夾具安裝在測量仿真軟件中的第一個階段。由于夾具正在興建的模擬的效益越 來越明顯，因此它可以突出儀器與目標(biāo)測量點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政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因為它們能提前分析出夾具的長處和弱點，揭示其物理設(shè)置。 選擇合適的測量儀器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計量。一個連貫的計量系統(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政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因為它們能提前分析出夾具的長處和弱點，揭示其物理設(shè)置。 選擇合適的測量儀器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計量。一個連貫的計量系統(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，以滿足使用標(biāo)準(zhǔn)組件。如果在夾具更新至下一產(chǎn)品時提前思考，則其速度和成本可能會增加。在夾具和固定裝置的設(shè)計上有強大的總成本、碳足跡及其可持續(xù)性。它往往要求生產(chǎn)出只有極少數(shù)的典型設(shè)計或產(chǎn)品，子系統(tǒng)或組件，以滿足產(chǎn)品的變化和客戶的需求。對于大型產(chǎn)品的幾何尺寸超出幾米夾具的可能會造成重大的開銷。此外，一旦所需的零部件倍制造出來，這些夾具則會變得多余。常規(guī)回收多余夾具是不經(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。高精度計量系統(tǒng)現(xiàn)在能夠用來對夾具進(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。 本文提出了一種對于大規(guī)模柔性夾具及夾具初始定位和安裝的通用的算法。計量輔助夾具安裝的新概念被證明對復(fù)雜的設(shè)置和夾具的安裝是有益的。當(dāng)完全裝配好時，夾具的穩(wěn)定性可以通過慎重考慮和選擇夾具幾何位置上的關(guān)鍵點來予以保證。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。 曲軸箱零件的的加工工藝及夾具設(shè)計 機械工程與自動化系 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題目名稱： 曲軸箱零件的的加工工藝及夾具設(shè)計 √ 題目性質(zhì)：□虛擬題目 □真實題目 學(xué)生學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 學(xué)生姓名： 學(xué)生專業(yè)： 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 開始日期： 完成日期： 答辯日期： 1、設(shè)計目的 畢業(yè)設(shè)計是為實現(xiàn)高職院校培養(yǎng)高級應(yīng)用型、技術(shù)型人才培養(yǎng)目標(biāo)和機械設(shè)計與制造專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)所必須的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。 通過零件加工工藝設(shè)計過程強化學(xué)生對基本知識和基本技能的理解和掌握,培養(yǎng)學(xué)生收集資料和查閱使用的能力,一定的方案比較、論證的能力,一定的理論分析與設(shè)計運算能力,進(jìn)一步提高應(yīng)用計算機繪圖的能力以及編寫編制能力。培養(yǎng)學(xué)生資料的收集和分析的能力、相關(guān)規(guī)范的選擇和運用的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題和解決問題的能力。 2、設(shè)計題目 曲軸箱的加工工藝設(shè)計 3、設(shè)計內(nèi)容和意義 結(jié)合有關(guān)的理論和相關(guān)的設(shè)計方面知識，對于曲軸箱的加工工藝設(shè)計和在所設(shè)計的工藝工程中的一些問題和注意事項進(jìn)行討論。 4、預(yù)期目標(biāo) 通過不同方案的比較，選出一套最適合的加工工藝方案并完成加工工藝設(shè)計 5、進(jìn)度要求 第一階段： 資料收集 ( 1 周) 第二階段： 零件加工路線擬定 ( 3 周) 第三階段： 零件工藝規(guī)程設(shè)計 ( 4 周) 第四階段： 總結(jié)設(shè)計中的問題，得出結(jié)論 ( 3 周) 第五階段： 撰寫論文及準(zhǔn)備答辯 ( 2 周) 考勤要求： 與老師進(jìn)行討論 共 12 周 6、推薦書目及資料 1.《機械制造工藝學(xué)》周昌治、楊忠鑒等 重慶大學(xué)出版社 2.《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》李益民 主編 機械工業(yè)出版社 3．《機床夾具設(shè)計》第2版 肖繼德 陳寧平主編 機械工業(yè)出版社 4．《機床夾具設(shè)計手冊》王光斗、王春福主編 上海科技出版社 7、任務(wù)分配 獨立完成 指導(dǎo)教師簽名： 2011 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 系部 機電工程系 專業(yè)、班級 指導(dǎo)教師姓名 職稱 從事 專業(yè) 機械設(shè)計 是否外聘 □是□否 題目名稱 曲軸箱零件的的加工工藝及夾具設(shè)計 一、 課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義 研究現(xiàn)狀：本次畢業(yè)設(shè)計是關(guān)于箱體類零件的機械加工工藝規(guī)程及工裝設(shè)計，結(jié)合箱體加工的重點和難點，從箱體的結(jié)構(gòu)分析入手，系統(tǒng)地從定位基準(zhǔn)選擇、夾具的設(shè)計、各種刀具參數(shù)選擇以及切削用量的選擇等方面進(jìn)行了研究，在工藝系統(tǒng)方面保證了產(chǎn)品的加工質(zhì)量。曲軸箱是一種典型的箱體零件，它的作用是容納和支承其內(nèi)的所有零部件，保證它們相互之間的正確位置，使彼此之間能協(xié)調(diào)地運轉(zhuǎn)和工作。曲軸箱的頂面與孔、箱體前后兩個中心孔的精度要求較高，因此在安排工藝過程時，就需要把各主要表面及孔的粗精加工分開。在制定曲軸箱工藝過程中，還確定了切削參數(shù)，工時定額，并填寫了工序卡片。還設(shè)計了一套氣動鉆孔夾具，并進(jìn)行了定位誤差分析。 選題目的、依據(jù)和意義：本次設(shè)計選用此課題，主要是對夾具的設(shè)計過程，是對大學(xué)四年所學(xué)知識的檢測、總結(jié)與應(yīng)用。這次的設(shè)計過程是提高機械設(shè)計與創(chuàng)新能力的體現(xiàn)，同時是對所學(xué)習(xí)過的理論知識與設(shè)計過程的結(jié)合。 二、 設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容,擬解決的主要問題 基本內(nèi)容：曲軸箱加工工藝過程，加工過程中的具體用量的計算，加工中鉆床.磨床夾具的設(shè)計。 擬解決的主要問題：加工過程中加工余量和切削用量的計算，夾具裝夾的計算，零件的選擇。 三、 技術(shù)路線（研究方法） 1.查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料了解課題。 2.對比分析現(xiàn)有幾個設(shè)計方案，選擇最適合本次設(shè)計的方案。 3.計算各層臺體部分的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量，選擇驅(qū)動裝置和驅(qū)動方式。 4.根據(jù)選擇的設(shè)計方案，進(jìn)行總體設(shè)計。 5.完成設(shè)計圖紙和說明書，準(zhǔn)備答辯。 四、 進(jìn)度安排 1～4 周調(diào)研收集資料，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)，確定設(shè)計方案； 5～8 周初步進(jìn)行總體設(shè)計，確定各部分組成，繪制草圖； 9～10周各零部件的校核，CAD出圖； 11～12周整理打印設(shè)計說明書，并讓老師對圖紙和說明書審查； 13周對圖紙和說明書，做最后修改，準(zhǔn)備答辯。 五、 參考文獻(xiàn) [1]王季琨 沈中偉 劉錫珍.機械制造設(shè)計工藝學(xué)[M].天津大學(xué)出版社,1984 [2]倪森壽.機械制造工藝與裝備[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2002 [3]魏抗民 王曉宏.機械制造工藝裝備[M].重慶大學(xué)出版社,1998 [4]梁炳文 .機械加工工藝與竅門[M] .機械工業(yè)出版社,2001 [5]王啟平.機械機造工藝學(xué)[M].哈工大工業(yè)大學(xué)出版社,2000 [6]王光斗 王春福.機床夾具設(shè)計手冊[S].燕山大學(xué) 洛陽工學(xué)院,1999 [7]符煒.切削加工手冊[S] 湖南科學(xué)技術(shù)出版社,2001 [8]吳宗澤.機械零件設(shè)計手冊[S].機械工業(yè)出版社,2004 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日 目錄 摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract…………………………………………………………………………Ⅱ 1、 前言………………………………………………………………………………1 2、 生產(chǎn)綱領(lǐng)…………………………………………………………………………2 2.1計算生產(chǎn)綱領(lǐng)決定生產(chǎn)類型 …………………………………………………2 2.2計算生產(chǎn)節(jié)拍 …………………………………………………………………3 3、 零件的分析………………………………………………………………………3 3.1零件的作用 ……………………………………………………………………3 3.2零件的工藝性分析 ……………………………………………………………3 4、 零件的相關(guān)工藝規(guī)程設(shè)計………………………………………………………4 4.1確定毛坯的制造形式 …………………………………………………………4 4.2基準(zhǔn)的選擇……………………………………………………………………5 4.3制定工藝路線…………………………………………………………………7 4.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定………………………………9 4.5確定切削用量及基本工時……………………………………………………9 5、 夾具的設(shè)計 ……………………………………………………………………29 5.1機床夾具概述 ………………………………………………………………29 5.2機床夾具的主要功能 ………………………………………………………29 5.3機床夾具的發(fā)展趨勢 ………………………………………………………30 5.4問題的提出 …………………………………………………………………32 5.5夾具設(shè)計 ……………………………………………………………………32 5.6夾具的簡要說明………………………………………………………………35 5.7夾具外購零件參數(shù)……………………………………………………………35 6、設(shè)計心得…………………………………………………………………………36 致謝 …………………………………………………………………………………38 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………39 摘要 本次畢業(yè)設(shè)計是關(guān)于箱體類零件的機械加工工藝規(guī)程及工裝設(shè)計，結(jié)合箱體加工的重點和難點，從箱體的結(jié)構(gòu)分析入手，系統(tǒng)地從定位基準(zhǔn)選擇、夾具的設(shè)計、各種刀具參數(shù)選擇以及切削用量的選擇等方面進(jìn)行了研究，在工藝系統(tǒng)方面保證了產(chǎn)品的加工質(zhì)量。曲軸箱是一種典型的箱體零件，它的作用是容納和支承其內(nèi)的所有零部件，保證它們相互之間的正確位置，使彼此之間能協(xié)調(diào)地運轉(zhuǎn)和工作。曲軸箱的頂面與孔、箱體前后兩個中心孔的精度要求較高，因此在安排工藝過程時，就需要把各主要表面及孔的粗精加工分開。在制定曲軸箱工藝過程中，還確定了切削參數(shù)，工時定額，并填寫了工序卡片。還設(shè)計了一套氣動鉆孔夾具，并進(jìn)行了定位誤差分析。 關(guān)鍵詞：工藝過程、定位基準(zhǔn)、切削參數(shù)、專用夾具、定位誤差分析 Ⅰ Abstract This graduation project is about the box parts machining process and fixture design, combined with the box body processing key point and the difficulty, from the box body structure analysis, systematically from the locating datum selection, fixture design, all kinds of cutting tool parameter selection and the choice of cutting amount and so on, in the process system to ensure the quality of the product processing.Crankcase is a typical box part,its role is to hold and all the parts inside the bearing to ensure the correct position between them,so that better coordination to operate and work.Split the crankcase and the bearing bore surface, the to major rough surface and hole finishing operations separately. In the development process card. Were designed a drill hole jig join bearing and boring model, and location error analysis out. Key words: Process, the locating datum, cutting parameters, special jig, positioning error analysis Ⅱ 1、 前言 四年的大學(xué)生活接近尾聲時，我們進(jìn)行了為期近四個月的畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年來我們所學(xué)到的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的一次系統(tǒng)性的總結(jié)與綜合運用，同時也是培養(yǎng)我們分析問題和解決問題能力的良好的機會，而且畢業(yè)設(shè)計也是大學(xué)教學(xué)的最后一個重要環(huán)節(jié)。因此，認(rèn)真踏實地做好這次畢業(yè)設(shè)計不僅意味著我們能否順利畢業(yè)，而且對今后我們走上工作崗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意義。另外，畢業(yè)設(shè)計還可以培養(yǎng)我們獨立思考，開發(fā)思維和協(xié)調(diào)工作的能力，這對今后踏入社會以后能否盡快地適應(yīng)社會也有很大的幫助。機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的主要標(biāo)志之一。這是因為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化程度，都會通過機械工業(yè)的發(fā)展程度反映出來。人們之所以要廣泛使用機器，是由于機器既能承擔(dān)人力所不能或不便進(jìn)行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動條件。機械工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各個部門提供技術(shù)裝備和促進(jìn)技術(shù)改造的重要任務(wù)，在現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程中起著主導(dǎo)和決定性的作用。所以通過大量設(shè)計制造和廣泛使用各種各樣先進(jìn)的機器，就能大大加強和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的力度，加速我國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)。 機械加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備，計劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)，也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)保證。然而夾具又是制造系統(tǒng)的重要組成部分，不論是傳統(tǒng)制造，還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具都是十分重要的。因此，好的夾具設(shè)計可以提高產(chǎn)品勞動生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴(kuò)大機床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當(dāng)今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設(shè)計及制造提出了更高的要求。我們這些即將大學(xué)畢業(yè)的機械工程及自動化專業(yè)的學(xué)生，要進(jìn)行對本專業(yè)所學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行綜合的運用和掌握，為此我們要進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，要自己動手進(jìn)行思考問題，為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量，也要從此邁出展現(xiàn)自己價值的第一步。 本次設(shè)計是根據(jù)生產(chǎn)的要求，設(shè)計曲軸箱的加工工藝設(shè)計夾具。所用機床主要是銑床、鉆床以及加工中心等。本次設(shè)計要求是單班制年產(chǎn)5000臺；夾具設(shè)計須定位準(zhǔn)確，夾緊可靠。以及節(jié)約勞動力，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)的效率。但由于本人的水平有限，結(jié)合生產(chǎn)實際應(yīng)用設(shè)備的能力有限，故沒有能夠做到很詳細(xì)的設(shè)計，而且還有許多地方有待改進(jìn)，請老師給以指導(dǎo)和批評。 2 生產(chǎn)綱領(lǐng) 2.1 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)決定生產(chǎn)類型 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（計劃期常為一年，所以生產(chǎn)綱領(lǐng)也稱年產(chǎn)量。）。本次設(shè)計的曲軸箱的年產(chǎn)量為5000臺,設(shè)備品率為17%，機械加工廢品率為0.5%，現(xiàn)制定該零件的機械加工工藝流程。 技術(shù)要求: (1) 鑄件尺寸公差按GB6414-1999CT要求； (2) 未注鑄造圓角R1～2,拔模斜度1o30',未注倒角1ⅹ45 o,未注壁厚2； (3) 鑄件技術(shù)條件JB2702-80-II-~Y2要求； (4) 在(30～40)ⅹ104Pa壓力下作水壓試驗1min,不得漏水和浸潤； (5) 表面噴丸處理； (6) 硬度≥HB80,試樣抗拉強度σb≥270MPa； (7) 壓鑄件材料為ADC12； (8) 帶*標(biāo)記的螺孔及底孔根據(jù)配套要求加工。 生產(chǎn)綱領(lǐng) N=Qn(1+a%+b%) =5000ⅹ(1+17%+0.5%) =5875(件/年) 年產(chǎn)量為5875件，現(xiàn)通過計算, 生產(chǎn)綱領(lǐng)對工廠的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)組織有著決定性的作用，包括各工作點的專業(yè)化程度，加工方法，加工工藝設(shè)備和工裝等。同一種產(chǎn)品，生產(chǎn)綱領(lǐng)不同也會有完全不同的生產(chǎn)過程和專業(yè)化程度，即有著完全不同的生產(chǎn)組織類型。根據(jù)生產(chǎn)專業(yè)化程度的不同，生產(chǎn)組織類型可分為單件生產(chǎn)，成批生產(chǎn)，和大量生產(chǎn)三種，其中成批生產(chǎn)可分為大批生產(chǎn)，中批生產(chǎn)和小批生產(chǎn)，下表1是各種生產(chǎn)組織管理類型的劃分，從工藝特點上看單件生產(chǎn)與小批生產(chǎn)相近，大批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)相近，因此在生產(chǎn)中一般按單件小批，中批，大批大量生產(chǎn)來劃分生產(chǎn)類型，這三種類型有著各自的工藝特點。 生產(chǎn)類型 零件年生產(chǎn)類型（件/年） 重型機械 中型機械 輕型機械 單件生產(chǎn) ≦5 ≦20 ≦100 小批生產(chǎn) ＞5～100 ＞20～200 ＞100～500 中批生產(chǎn) ＞100～300 ＞200～500 ＞500～5000 大批生產(chǎn) ＞300～1000 ＞500～5000 ＞5000～30000 大量生產(chǎn) ＞1000 ＞5000 ＞50000 表1 生產(chǎn)組織管理類型的劃分 所以綜上所述，根據(jù)生產(chǎn)類型和生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系，可以確定該產(chǎn)品的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)[2]。 2.2 計算生產(chǎn)節(jié)拍 生產(chǎn)節(jié)拍=22天12個月8小時60分單雙班90%/生產(chǎn)綱領(lǐng)=2212860190%/5000=22.8分鐘。 3、 零件的分析 3.1零件的作用 曲軸箱是一種典型的箱體零件，它的作用是容納和支承其內(nèi)的所有零部件，保證它們相互之間的正確位置，使彼此之間能協(xié)調(diào)地運轉(zhuǎn)和工作。 3.2零件的工藝性分析 填料箱蓋的零件圖中規(guī)定了一系列技術(shù)要求：（查表1.4-28《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》），箱體共有三組加工面，它們之間有一定的要求?，F(xiàn)分析如下： 1，以箱體結(jié)合面為中心的加工表面 這組加工表面包括：銑箱體結(jié)合面，鏜孔?55，鉆孔、攻絲4-M8-7H的螺紋孔，其中主要加工表面為箱體結(jié)合面，即零件的上端面。 2，以軸承孔為中心的加工表面 這組加工表面包括：鏜?47mm軸承孔，鉆孔、攻絲3-M6的螺紋孔，銑左右端面，鉆孔、攻絲6-M6，各孔口倒角1×45。 3，以其他表面為加工表面 這組加工表面包括：銑箱體的底面，鉆4-?11通孔，鉆孔?12，鉆孔、攻絲M6-7H的螺紋孔，攻絲M10-7H。 4，這三組加工表面之間有一定的要求，主要是： (1) 結(jié)合面必須位于距離為公差值0.04mm的兩平行平面內(nèi)； (2) 銷孔必須位于直徑為公差值0.03mm的孔內(nèi)，該孔位于相對于基準(zhǔn)F（結(jié)合面）、A（軸承孔端面）及C（底座軸線）所確定的理想位置上； (3) 保證?55孔中心距軸承孔端面67JS7±0.09mm； (4) 保證尺寸55JS9±0.03mm. 由以上分析可知，對于這三組加工表面而言，可以先加工箱體上下端面，然后借助于專用夾具對另外兩組進(jìn)行加工，并保證它們之間的精度要求。 4、 零件的相關(guān)工藝規(guī)程設(shè)計 4.1 確定毛坯的制造形式 鑄造性能所涉及的主要是鑄件的質(zhì)量問題，鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須充分考慮適應(yīng)合金的鑄造性能?？s孔，縮松，裂紋，冷隔，澆不足、氣孔等多種鑄造缺陷，造成鑄件很高的廢品率。 零件材料為HT200。考慮到零件材料的綜合性能及材料成本和加工成本,保證零件工作的可靠，采用鑄造。由于箱體年產(chǎn)量為5000臺，已達(dá)到大批生產(chǎn)的水平，而且零件輪廓尺寸不大，再者，考慮到鑄造方法生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短、適合批量生產(chǎn)，故可以采用鑄造成型，這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮，也是應(yīng)該的。為了消除壓鑄后的殘余應(yīng)力，在壓鑄完成后的將鑄件低溫加熱過程中使合金產(chǎn)生強化，以消除應(yīng)力即人工時效。 4.2 基準(zhǔn)的選擇 基準(zhǔn)面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一。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，加工工藝規(guī)程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。 4.2.1 基準(zhǔn)的概念及其分類 基準(zhǔn)是指確定零件上某些點，線，面位置時所依據(jù)的那些點、線、面，或者說是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面。 按其作用的不同，基準(zhǔn)可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。 設(shè)計基準(zhǔn)是指零件設(shè)計圖上用來確定其他點，線，面位置關(guān)系所采用的基準(zhǔn)。 工藝基準(zhǔn)是指在加工或裝配過程中所使用的基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)根據(jù)其使用場合的不同，又可分為工序基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)，測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)四種。 (1)，工序基準(zhǔn)：在工序圖上，用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸，形狀，位置的基準(zhǔn)，及工序圖上的基準(zhǔn)。 (2)，定位基準(zhǔn)：在加工時用作定位點基準(zhǔn)。它是工件上與夾具定位元件直接接觸的點，線，面。 (3)，測量基準(zhǔn)：在測量零件已加工表面的尺寸和位置時所采用的基準(zhǔn)。 (4)，裝配基準(zhǔn)：裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準(zhǔn)。 4.2.2 基準(zhǔn)問題的分析 分析基準(zhǔn)時，必須注意以下幾點： (1)，基準(zhǔn)是制訂工藝的依據(jù)，必須是客觀存在的。當(dāng)作為基準(zhǔn)的是輪廓要素，如平面，圓柱面等時，容易直接接觸到，也比較直觀。但是有些作為基準(zhǔn)的是中心要素，如圓心，球心，對稱軸線等時，則無法觸及，然而它們卻也是客觀存在的。 (2)，當(dāng)作為基準(zhǔn)的要素?zé)o法觸及時，通常由某些具體的表面來體現(xiàn)，這些表面稱為基面。如軸的定位則可以外圓柱面為定位基面，這類定位基準(zhǔn)的選擇則轉(zhuǎn)化為恰當(dāng)?shù)剡x擇定位基面的問題。 (3)，作為基準(zhǔn)，可以是沒有面積的點，線以及面積極小的面。但是工件上代表這種基準(zhǔn)的基面總是有一定接觸面。 (4)，不僅表示尺寸關(guān)系的基準(zhǔn)問題如上所述，表示位精度的關(guān)系也是如此[1]。 4.2.3 定位基準(zhǔn)的選擇 選擇定位基準(zhǔn)時應(yīng)符合兩點要求： (1)、各加工表面應(yīng)有足夠的加工余量，非加工表面的尺寸，位置符合設(shè)計要求； (2)、定位基準(zhǔn)應(yīng)有足夠大的接觸面積和分布面積，以保證能承受打打切削力，保證定位穩(wěn)定可靠。 定位基準(zhǔn)可分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。若選擇未經(jīng)加工的表面作為定位基準(zhǔn)，這種基準(zhǔn)被稱為粗基準(zhǔn)。若選擇已加工的表面作為定位基準(zhǔn)，則這種定位基準(zhǔn)稱為精基準(zhǔn)。粗基準(zhǔn)考慮的重點是如何保證各加工表面有足夠的余量，而精基準(zhǔn)考慮的重點是如何減少誤差。在選擇定位基準(zhǔn)時，通常是保證加工精度要求出發(fā)的，因而分析定位基準(zhǔn)選擇的順序應(yīng)從精基準(zhǔn)到粗基準(zhǔn)。 1）精基準(zhǔn)的選擇。選擇精基準(zhǔn)的目的是使裝夾方便正確可靠，以保證加工精度。主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合和統(tǒng)一基準(zhǔn)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。按照有關(guān)的精基準(zhǔn)選擇原則（基準(zhǔn)重合原則；基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；可靠方便原則），為了加工精基準(zhǔn)面才選擇了粗基準(zhǔn)面。對于本箱體，先以毛坯底面為粗基準(zhǔn)來加工箱體結(jié)合面的。先保證精基準(zhǔn)的表面粗糙度，可以以結(jié)合面作為統(tǒng)一的基準(zhǔn)。在以后的加工過程中精度就會得到提高。利用以及定位并夾緊，可達(dá)到完全定位及夾緊的目的。 2)、粗基準(zhǔn)的選擇。對于剛性差、批量較大、要求精度較高的箱體，一般要粗、精加工分開進(jìn)行，即在主要平面和各支承孔的粗加工之后再進(jìn)行主要平面和各支承孔的精加工。這樣，可以消除由粗加工所造成的內(nèi)應(yīng)力、切削力、切削熱、夾緊力對加工精度的影響，并且有利于合理地選用設(shè)備等。而箱體零件一般都選擇重要孔（如主軸孔）為粗基準(zhǔn)，但隨著生產(chǎn)類型不同，實現(xiàn)以主軸孔為粗基準(zhǔn)的共建裝夾方式是不同的。大批生產(chǎn)時，毛坯精度較高，可直接以主軸孔在夾具上定位，采用專用夾具裝夾。 4.3 制訂工藝路線 擬訂零件的機械加工工藝路線是制訂工藝規(guī)程的一項重要工作，擬訂工藝路線時主要解決的問題有：選定各加工表面的加工方法；劃分加工階段；合理安排各工序的先后順序；確定工序的集中和分散程度。 制訂工藝路線時需要考慮的主題要問題有：怎樣選擇定位基準(zhǔn)，怎樣選擇加工方法，怎樣安排加工順序以及熱處理、檢驗等工序。而制訂工藝路線的出發(fā)點，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)以確定為大批生產(chǎn)的條件下，可考慮采用加工中心配以專用工夾具，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。 工藝路線一： 1、 按圖鑄造，清砂，按毛坯二級精度檢驗 2、 時效處理HBS187-220 3、 非加工表面噴漆 4、 對箱體孔進(jìn)行畫線 5、 粗銑上端面 6、 粗、半精銑箱體底面 7、 半精、精銑上端面 8、 鉆鉸4-M8孔至7H7 9、 粗、半精銑前端面 10、 粗、半精銑后面 11、 粗鏜內(nèi)表面和47、75的中心孔 12、 半精鏜47孔 13、 精鏜47孔 14、 粗鏜上端面孔55 15、 半精鏜上端面孔55 16、 精鏜上端面孔55 17、 鉆底面411孔 18、 鉆前面3-M6孔并倒角攻絲 19、 鉆后面6-M6孔并倒角攻絲 20、 锪臺階面，鉆M6孔并倒角攻絲，并對上端面4-M8孔攻絲 21、 鉆側(cè)面沉孔12，鉆側(cè)底面通孔M6H7并倒角攻絲 22、 锪平斜面孔20，鉆M10-H7的斜孔并倒角攻絲 23、 去毛刺、清洗 24、 檢驗 工藝路線二： 1、按圖鑄造，清砂，按毛坯二級精度檢驗 2、時效HBS187-220 3、粗銑箱體底面 4、粗銑箱體頂面 5、粗銑臺階面 6、粗銑后端面 7、粗鏜?75孔，調(diào)頭粗鏜?47孔 8、半精鏜?47孔 9、精鏜?47孔 10、半精銑左右端面 11、半精、精銑上端面 12、粗鏜、精鏜孔保尺寸?55 13、鉆底面4-?11 14、鉆側(cè)面3-M6孔鉆至?5，然后攻絲、孔口倒角 15、鉆橫向6×M6孔鉆至?5，然后攻絲、孔口倒角 16、鉆頂面孔4×M8鉆至?6.8，然后攻絲、孔口倒角 17、锪臺階面，鉆M6底孔至?5，然后攻絲、孔口倒角 18、加工M6-7H的沉孔?12 深1 19、鉆锪側(cè)底面M6-7H的通孔先鉆至?5，然后攻絲、孔口倒角 20、锪平孔φ20，鉆擴(kuò)M10-7H的斜孔先鉆至?8.5，然后攻絲、孔口倒角 22、去毛刺、清洗 23、檢驗 上述兩個工藝方案的特點在于：方案二是先銑四個端面，然后以端面定位鏜孔；而方案二是先加工上端面和兩個孔，再以其一面兩銷為定位基準(zhǔn)加工前后端面和前后孔，然后以前孔、前端面、上端面為定位鏜頂面孔。兩者實際上均可行，但是方案一定位基準(zhǔn)的選擇大大提高了零件的加工精度，位置精度容易保證。故選擇方案一為最后加工路線。 4.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 曲軸箱的材料為硬度≥HB80，試樣抗拉強度σb≥270Mpa。生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，采用高壓澆注毛坯。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械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。 4.5 確定切削用量及基本工時 在一定生產(chǎn)條件下，規(guī)定生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所消耗的時間稱為時間定額。合理的時間定額能促進(jìn)工人的生產(chǎn)技能和技術(shù)熟練程度的不斷提高，調(diào)動工人的積極性，從而不斷促進(jìn)生產(chǎn)向前發(fā)展和不斷提高勞動生產(chǎn)率。時間定額是安排生產(chǎn)計劃、成本核算的主要依據(jù)，在設(shè)計新廠時，又是計算設(shè)備數(shù)量、布置車間、計算工人數(shù)量的依據(jù)。 4.5.1 粗銑箱體上端面 工件材料：HT200，硬度210HBS，高壓澆注。 加工要求：銑76x76的上端面，Ra=3.2um。 機床：X61W臥式萬能銑床 選擇刀具：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.2選擇YT15高速鋼圓柱形銑刀。 根據(jù)《機械加工工藝手冊冊》：=2mm，<90mm，銑刀直徑=80~100mm，已知=76mm根據(jù)GB-T 1115.1-2002 圓柱形銑刀標(biāo)準(zhǔn)選=80mm，L=100，Z=8，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.2由于鑄鐵硬度<210HBS，故銑刀的幾何形狀取 1，計算切削用量 （1）決定銑削寬度，由于加工余量不大，故一次走刀完成，則=2mm。 （2）決定每齒進(jìn)給量，根據(jù)X61W銑床說明書，其功率為4.5kw。根據(jù)表3.3， =0.12~0.20mm/z，取=0.15mm/r。 （3）選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7，刀齒后刀面最大磨損量為0.6mm，銑刀直徑=80mm，根據(jù)表3-8查刀具壽命T=180min。 （4）決定切削速度和每分鐘進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.11查得： ： 故 根據(jù)x16w型銑床說明書選擇， 實際切削速度和每齒進(jìn)給量為 （5）檢驗機床的功率：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.24，當(dāng)HBS=210，3.5mm，=76mm，當(dāng)=0.18~0.32mm/z，z=8， 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2-38，機床主軸允許功率為：因此所選擇的切削用量可以采取。即=2mm， （6）計算基本工時 式中：L=l+y+Δ，l=76mm。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3-25，入切及超切量y+Δ=15mm，則L=91mm， 故。 根據(jù)同樣的選擇原則，在半精銑時選擇和計算出相應(yīng)的參數(shù)為： =0.5mm，=76mm，=80mm，=0.12mm/r，最大磨損量為0.8mm，刀具壽命T=180min。 選擇，。 實際切削速度和每齒進(jìn)給量為： 基本工時 L=l+y+Δ，l=76mm。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3-25，入切及超切量y+Δ=15mm，則L=91mm， 故 同理，在精銑時選擇和計算出相應(yīng)的參數(shù)為： =0.5mm，=76mm，=12， =80mm，=0.,06 mm/r，最大磨損量為0.2mm，刀具壽命T=180min。 ， 故 選擇，。 實際切削速度和每齒進(jìn)給量為： 基本工時 L=l+y+Δ，l=76mm。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3-25，入切及超切量y+Δ=15mm，則L=91mm， 故 4.5.2 粗銑、半精銑銑箱體底面 選擇刀具：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.2選擇YT15高速鋼圓柱形銑刀。 根據(jù)《機械加工工藝手冊冊》：粗銑時=2mm，半精銑時=1mm，<90mm，銑刀直徑=80~100mm，已知=76mm根據(jù)GB-T 1115.1-2002 圓柱形銑刀標(biāo)準(zhǔn)選=80mm，L=100，Z=8，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.2由于鑄鐵硬度<210HBS，故銑刀的幾何形狀取 2，計算切削用量 （1）決定銑削寬度，由于加工余量不大，故一次走刀完成，則粗銑時=2mm，半精銑時=1mm。 （2）決定每齒進(jìn)給量，根據(jù)X61W銑床說明書，其功率為4.5kw。根據(jù)表3.3，粗銑時 =0.12~0.20mm/z，取=0.15mm/r；半精銑時取=0.12mm/r。 （3）選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7，粗銑時刀齒后刀面最大磨損量為0.6mm，半精銑時為0.8mm，銑刀直徑=80mm，根據(jù)表3-8查刀具壽命T=180min。 （4）決定切削速度和每分鐘進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.11查得： 粗銑時： ： 故 根據(jù)x16w型銑床說明書選擇， 實際切削速度和每齒進(jìn)給量為 半精銑時： ： 故 根據(jù)x16w型銑床說明書選擇，。 實際切削速度和每齒進(jìn)給量為： （5）檢驗機床的功率：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.24，當(dāng)HBS=210，3.5mm，=76mm，當(dāng)=0.18~0.32mm/z，z=8， 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2-38，機床主軸允許功率為：因此所選擇的切削用量可以采取。即=2mm， （6）計算基本工時 粗銑時：L=l+y+Δ，l=26mm。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3-25，入切及超切量y+Δ=15mm，則L=82mm， 故 同理，半精銑時： 4.5.3 鉆、擴(kuò)4-M8孔 （1）選擇鉆頭與機床：查《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表3.1-5，選取高速鋼直柄麻花鉆頭，材料為WC4V，其直徑為d=?5mm，擴(kuò)鉆頭為?6mm，其幾何形狀和角度由《切削用量簡明手冊》表2.1和2.2查得標(biāo)準(zhǔn)刃磨形狀，a=16Φ=50β=28,2,選為立式機床Z535。 （2）計算切削用量： 進(jìn)給量：按加工要求決定進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7查得鉆孔時f=0.20mm/r，擴(kuò)孔時f=0.30mm/r。 決定鉆頭磨損幾壽命：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當(dāng)d=5mm時，鉆頭后刀面最大磨損量為0.6，T=20min。 計算切削速：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.15,查得鉆孔時切削速度v=18m/min各修正系數(shù)為k=0.88。 =18×0.88=15.84m/min n=根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表4.2-15，1008r/min相似的機床轉(zhuǎn)速為1100r/min，過大，取960r/min，則實際切削速度=17.6。 擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔時切削速度根據(jù)《切削用量簡明手冊》表查得擴(kuò)孔的速度為v=0.25v鉆其中v鉆為鉆頭鉆同樣尺寸定心孔時切削速度。故 V=0.25×17.6=4.4m/min, n，鉆床最近鉆速為195r/min。 （3）計算切削工時：切削時根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表6.2-5 t= 。 鉆孔時： l=18，y+Δ查表得y+Δ=2.5mm，t, 擴(kuò)孔時： 4.5.4 粗銑、半精銑銑箱體前端面 選擇刀具：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.2選擇YT15高速鋼圓柱形銑刀。 根據(jù)《機械加工工藝手冊冊》：粗銑時=2mm，半精銑時=1mm，<90mm，銑刀直徑=80~100mm，已知=66mm根據(jù)GB-T 1115.1-2002 圓柱形銑刀標(biāo)準(zhǔn)選=80mm，L=100，Z=8，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.2由于鑄鐵硬度<210HBS，故銑刀的幾何形狀取 2，計算切削用量 （1）決定銑削寬度，由于加工余量不大，故一次走刀完成，則粗銑時=2mm，半精銑時=1mm。 （2）決定每齒進(jìn)給量，根據(jù)X61W銑床說明書，其功率為4.5kw。根據(jù)表3.3，粗銑時 =0.12~0.20mm/z，取=0.15mm/r；半精銑時取=0.12mm/r。 （3）選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7，粗銑時刀齒后刀面最大磨損量為0.6mm，半精銑時為0.8mm，銑刀直徑=80mm，根據(jù)表3-8查刀具壽命T=180min。 （4）決定切削速度和每分鐘進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.11查得： 粗銑時： ： 故 根據(jù)x16w型銑床說明書選擇， 實際切削速度和每齒進(jìn)給量為 半精銑時： ： 故 根據(jù)x16w型銑床說明書選擇，。 實際切削速度和每齒進(jìn)給量為： （5）檢驗機床的功率：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.24，當(dāng)HBS=210，3.5mm，=76mm，當(dāng)=0.18~0.32mm/z，z=8， 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2-38，機床主軸允許功率為：因此所選擇的切削用量可以采取。即=2mm， （6）計算基本工時 粗銑時：L=l+y+Δ，l=66mm。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3-25，入切及超切量y+Δ=15mm，則L=81mm， 故 同理，半精銑時： 4.5.5 粗銑、半精銑銑箱體后端面 選擇刀具：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.2選擇YT15高速鋼圓柱形銑刀。 根據(jù)《機械加工工藝手冊冊》：粗銑時=2mm，半精銑時=1mm，<90mm，銑刀直徑=80~100mm，已知=99mm根據(jù)GB-T 1115.1-2002 圓柱形銑刀標(biāo)準(zhǔn)選=80mm，L=100，Z=8，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.2由于鑄鐵硬度<210HBS，故銑刀的幾何形狀取 2，計算切削用量 （1）決定銑削寬度，由于加工余量不大，故一次走刀完成，則粗銑時=2mm，半精銑時=1mm。 （2）決定每齒進(jìn)給量，根據(jù)X61W銑床說明書，其功率為4.5kw。根據(jù)表3.3，粗銑和半精銑時均取 =0.12~0.20mm/z，取=0.15mm/r； （3）選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7，粗銑和半精銑時刀齒后刀面最大磨損量為0.6mm，銑刀直徑=80mm，根據(jù)表3-8查刀具壽命T=180min。 （4）決定切削速度和每分鐘進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.11查得： 粗銑時： ： 故 根據(jù)x16w型銑床說明書選擇， 實際切削速度和每齒進(jìn)給量為 半精銑時： ： 故 根據(jù)x16w型銑床說明書選擇，。 實際切削速度和每齒進(jìn)給量為： （5）檢驗機床的功率：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.24，當(dāng)HBS=210，3.5mm，=76mm，當(dāng)=0.18~0.32mm/z，z=8， 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2-38，機床主軸允許功率為：因此所選擇的切削用量可以采取。即=2mm， （6）計算基本工時 粗銑時：L=l+y+Δ，l=99mm。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3-25，入切及超切量y+Δ=15mm，則L=104mm， 故 同理，半精銑時： 4.5.6 鏜75mm孔 （1）已知孔毛坯厚度方向的加工余量為Z=2mm，考慮到孔的形狀規(guī)則，可以用復(fù)合刀加工，而高壓澆注的毛坯精度本身較高，在此工序只需要經(jīng)過粗鏜就能達(dá)到Ra的最大允許值為12.5的精度要求。鏜床選擇為臥式鏜床T611。 所以， 2Z=2mm 單邊余量Z=1mm 一次鏜去全部余量，ap =1mm。 （2）進(jìn)給量：根據(jù)?機械加工切削數(shù)據(jù)手冊 ?表3.24，當(dāng)要求達(dá)到表面粗糙度Ra=12.5時，粗鏜每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.39mm/r。 （3）計算切削速度：按?機械加工切削數(shù)據(jù)手冊?表3.9，粗加工時的切削速度為=30m/min。 （4）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：根據(jù)4-2式， 粗鏜加工時的機床主軸轉(zhuǎn)速：≈128r/min 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2-20與128r/min,最相近的轉(zhuǎn)速是125r/min，所實際切削速度為V=29.4m/min. （5）切削工時：根據(jù)4-3式， 式中： =8mm， mm， mm 所以切削工時==0.35min 4.5.7 鏜47mm孔 （1）已知孔毛坯厚度方向的加工余量為Z=4mm，考慮到孔的形狀規(guī)則，可以用復(fù)合刀加工，盡管高壓澆注的毛坯精度本身較高，但在此工序需要經(jīng)過粗鏜-半精鏜-精鏜加工才能達(dá)到Ra的最大允許值為1.6的精度要求。鏜床選擇為臥式鏜床T611 所以， 粗鏜：2Z=2mm 單邊余量Z=1mm 一次鏜去全部余量，ap =1mm；半精鏜：2Z=1mm單邊余量Z=0.5mm 一次鏜去全部余量，ap =0.5mm；精鏜：2Z=1mm單邊余量Z=0.5mm 一次鏜去全部余量，ap =0.5mm （2）進(jìn)給量：根據(jù)?機械加工切削數(shù)據(jù)手冊 ?表3.24，當(dāng)要求達(dá)到表面粗糙度Ra=1.6時，粗鏜每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.39mm/r；半精鏜每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.2mm/r；精鏜每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.06mm/r （3）計算切削速度：按?機械加工切削數(shù)據(jù)手冊?表3.9，粗加工時的切削速度為=30m/min；半精加工時的切削速度為=35m/min；精加工時的切削速度為=120m/min。 （4）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：根據(jù)4-2式， 粗鏜加工時的機床主軸轉(zhuǎn)速：≈212r/min 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2-20與212r/min,最相近的轉(zhuǎn)速是200r/min，所實際切削速度為V=28.2m/min. 半精鏜加工時的機床主軸轉(zhuǎn)速：≈242r/min 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4 2—20，與242r/min最相近的機床轉(zhuǎn)速為250r/min. 現(xiàn)取=250r/min，所以實際切削時間為=36.1m/min. 精鏜加工時的機床主軸轉(zhuǎn)速：≈813r/min 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2—20，與813最相近的是800r/min， 現(xiàn)取 （5）切削工時：根據(jù)4-3式， 式中： =40mm， mm， mm，所以， 粗鏜切削工時，切削工時：==0.6min 半精鏜切削工時，切削工時：==0.94min 精鏜切削工時，切削工時：==1min 4.5.8 鏜頂面55孔 （1）已知孔毛坯厚度方向的加工余量為Z=4mm，考慮到軸承孔的形狀規(guī)則，可以用復(fù)合刀加工，盡管高壓澆注的毛坯精度本身較高，但在此工序需要經(jīng)過粗鏜-半精鏜-精鏜加工才能達(dá)到Ra的最大允許值為3.2的精度要求。鏜床選擇為臥式鏜床T611 所以， 粗鏜：2Z=2mm 單邊余量Z=1mm 一次鏜去全部余量，ap =1mm；半精鏜：2Z=1mm單邊余量Z=0.5mm 一次鏜去全部余量，ap =0.5mm；精鏜：2Z=1mm單邊余量Z=0.5mm 一次鏜去全部余量，ap =0.5mm （2）進(jìn)給量：根據(jù)?機械加工切削數(shù)據(jù)手冊 ?表3.24，當(dāng)要求達(dá)到表面粗糙度Ra=3.2時，粗鏜每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.39mm/r；半精鏜每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.2mm/r；精鏜每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.06mm/r （3）計算切削速度：按?機械加工切削數(shù)據(jù)手冊?表3.9，粗加工時的切削速度為=30m/min；半精加工時的切削速度為=35m/min；精加工時的切削速度為=120m/min。 （4）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：根據(jù)4-2式， 粗鏜加工時的機床主軸轉(zhuǎn)速：≈180r/min 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2-20與180r/min,最相近的轉(zhuǎn)速是160r/min 和200r/min，考慮到孔徑稍大，取160r/min，所實際切削速度為V=26.6m/min. 半精鏜加工時的機床主軸轉(zhuǎn)速：≈210r/min 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4 2—20，與210r/min最相近的機床轉(zhuǎn)速為200r/min. 現(xiàn)取=200r/min，所以實際切削時間為=33.3m/min. 精鏜加工時的機床主軸轉(zhuǎn)速：≈721r/min 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2—20，與721最相近的是630r/min 和800r/min，考慮到孔徑稍大，現(xiàn)取630r/min，所實際切削速度為V=105m/min. （5）切削工時：根據(jù)4-3式， 式中： =80mm， mm， mm，所以， 粗鏜切削工時，切削工時：==0.22min 半精鏜切削工時，切削工時：==0.36min 精鏜切削工時，切削工時：==0.4min 4.5.9 鉆孔4×11 （1）選擇鉆頭機床：查《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表3.1-5，選取高速鋼直柄麻花鉆頭，材料為WC4V，其直徑為d=11mm,其幾何形狀和角度由《切削用量簡明手冊》表2.1和2.2查得標(biāo)準(zhǔn)刃磨形狀，a=12Φ=50β=30,2,選為立式機床Z535。 （2）計算切削用量： 進(jìn)給量：按加工要求決定進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7查得f=0.35mm/r 決定鉆頭磨損幾壽命：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當(dāng)d=11mm時，鉆頭后刀面最大磨損量為0.6，T=50min 計算切削速度：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.15,查得切削速度v=14m/min各修正系數(shù)為k=0.88。 v=14×0.88=12.3m/min，n=根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表4.2-15，相似的機床轉(zhuǎn)速為275r/min。 （3）計算切削工時：切削時根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表6.2-5 t= 。 l=16，y+Δ查《切削用量簡明手冊》表2.29得y+Δ=5mm t, 4.5.10 鉆孔3-M6孔至5 （1）選擇鉆床：查《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表3.1-5，選取高速鋼直柄麻花鉆頭，材料為WC4V，其直徑為d=5mm,其幾何形狀和角度由《切削用量簡明手冊》表2.1和2.2查得標(biāo)準(zhǔn)刃磨形狀，a=16Φ=50β=28,2,選為立式機床Z535。 （2）計算切削用量： 進(jìn)給量：按加工要求決定進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7查得f=0.20mm/r。 決定鉆頭磨損幾壽命：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當(dāng)d=5mm時，鉆頭后刀面最大磨損量為0.6，T=20min 計算切削速度：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.15,查得切削速度v=18m/min各修正系數(shù)為k=0.88。 =18×0.88=15.84m/min，n=，根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表4.2-15，1008r/min相似的機床轉(zhuǎn)速為1100r/min，過大，取750r/min，則實際切削速度=11.8 （3）計算切削工時：根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表6.2-5 t=。 l=17，y+Δ查表得y+Δ=2.5mm，故 t, 4.5.11 鉆孔6-M6孔至5 （1）選擇鉆頭機床，查《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表3.1-5，選取高速鋼直柄麻花鉆頭，材料為WC4V，其直徑為d=5mm,其幾何形狀和角度由《切削用量簡明手冊》表2.1和2.2查得標(biāo)準(zhǔn)刃磨形狀，a=16Φ=50β=28,2,選為立式機床Z535 （2）計算切削用量 進(jìn)給量：按加工要求決定進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7查得f=0.20mm/r。 決定鉆頭磨損幾壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當(dāng)d=5mm時，鉆頭后刀面最大磨損量為0.6，T=20min。 計算切削速度：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.15,查得切削速度v=18m/min各修正系數(shù)為k=0.88。 =18×0.88=15.84m/min，n=根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表4.2-15，1008r/min相似的機床轉(zhuǎn)速為1100r/min，過大，取750r/min，則實際切削速度=11.8。 （3）計算切削工時：根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表6.2-5 t= 。 l=12，y+Δ查表得y+Δ=2.5mm，t。 4.5.12 锪臺階面，鉆M6孔至5 （1）選擇鉆頭機床：查《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表3.1-5，選取高速鋼直柄麻花鉆頭，材料為WC4V，其直徑為d=5mm,其幾何形狀和角度由《切削用量簡明手冊》表2.1和2.2查得標(biāo)準(zhǔn)刃磨形狀，a=16Φ=50β=28,2,選為立式機床Z535。 （2）計算切削用量： 進(jìn)給量：按加工要求決定進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7查得f=0.20mm/r。 決定鉆頭磨損幾壽命：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當(dāng)d=5mm時，鉆頭后刀面最大磨損量為0.6，T=20min。 計算切削速：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.15,查得切削速度v=18m/min各修正系數(shù)為k=0.88。 =18×0.88=15.84m/min n=根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表4.2-15，1008r/min相似的機床轉(zhuǎn)速為1100r/min，過大，取750r/min，則實際切削速度=11.8。 （3）計算切削工時：切削時根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表6.2-5 t= 。 l=14.5，y+Δ查表得y+Δ=2.5mm，t, 4.5.13 鉆側(cè)底面M6-7H的通孔至5 計算切削工時：根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表6.2-5 t= 。 l=7，y+Δ查表得y+Δ=2.5mm，t。 4.5.14 鉆M10-7H的斜孔鉆至8.5 （1）選擇鉆床：查《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表3.1-5，選取高速鋼直柄麻花鉆頭，材料為WC4V，其直徑為d=8.5mm,其幾何形狀和角度由《切削用量簡明手冊》表2.1和2.2查得標(biāo)準(zhǔn)刃磨形狀，a=12Φ=50β=30,2,選為立式機床Z535。 （2）計算切削用量： 進(jìn)給量：按加工要求決定進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7查得f=0.3mm/r。 決定鉆頭磨損幾壽命：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當(dāng)d=11mm時，鉆頭后刀面最大磨損量為0.6，T=35min。 計算切削速度：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.15,查得切削速度v=14m/min，各修正系數(shù)為k=0.88。 =14×0.88=12.3m/min，n=根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表4.2-15，相近的機床轉(zhuǎn)速為400r/min。實際切削速度為10.7m/min。 （3）計算切削工時：根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計明手冊》表6.2-5 t= 。 l=12，y+Δ查《切削用量簡明手冊》表2.29得y+Δ=5mm t, 攻絲M8mm (a) 切削速度的計算 參照有關(guān)手冊可知刀具壽面T =60m/min,采用高速鋼螺紋刀,由于高壓澆注毛坯精度已較高,又因粗牙螺紋, 所以, R =0.2m/s=12m/min，r/min 根據(jù)鉆床規(guī)格按相關(guān)要求選取鉆速檔r/min。 則切削速度： m/min。 (b) 計算切削工時： =min 所以攻絲4-M8的總切削工時min 攻絲M6mm (a) 切削速度的計算 參照有關(guān)手冊可知刀具壽面T =60m/min,采用高速鋼螺紋刀,由于高壓澆注毛坯精度已較高,又因粗牙螺紋, 所以, R =0.2m/s=12m/min，r/min 根據(jù)鉆床規(guī)格按相關(guān)要求選取鉆速檔r/min。 切削速度： m/min (b) 計算切削工時： 式中： mm， mm 前端面3-M6孔攻絲深l為15，后端面6-M6攻絲深10，臺階面銷孔M6-6H攻絲深15，側(cè)面M6-7H攻絲深7， 所以， =min 同理=0.09min，=0.13min，=0.07min 加工分別用時0.13，0.09，0.13,0.07. 所以加工前端面3-M6孔，后端面6-M6，臺階面銷孔M6-6H，側(cè)面M6-7H各自的的總切削工時t分別為0.133=0.4min，0.096=0.54min， 0.131=0.13min，0.071=0.07min。 鉆φ12mm的孔 考慮到其表面粗糙度要求為Ra的最大允許值為6.3um，參照?機械制造工藝學(xué)?表1-11，其加工精度為IT11- IT12級，精度要求不是佷高，參照?機械制造工藝設(shè)計簡明手冊?表2.3-9，一次鉆銷即可滿足要求。此時加工余量2Z=1.5mm。 (a) 進(jìn)給量 根據(jù)《機械加工切削數(shù)據(jù)手冊》, =0.2mm/r (b) 切削速度 根據(jù)《機械加工切削數(shù)據(jù)手冊》, =30m/min (c) 確定主軸速度 ≈1365r/min 因為選取的機床是加工中心,按機床選取=3821r/min。所以實際切削速度=84m/min. (d) 切削工時， 根據(jù)4-2式， 式中： mm， mm， mm 所以， =min 所以鉆2-φ12mm的孔總切削工時t =0.0952=0.19min。 5 夾具的設(shè)計 5.1 機床夾具概述 由機械制造工藝系統(tǒng)的組成——機床、工件、刀具和夾具可看出夾具在機械加工占有很重要的地位。尤其在成批生產(chǎn)時更是大量的采用機床夾具。它們是機床工件之間的聯(lián)結(jié)裝置，使工件相對于機床或刀具獲得正確位置。機床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，所以機床夾具設(shè)計是裝配設(shè)計中一項重要的工作，是加工過程中最活躍的因素之一，是一種在金屬切削機床上實現(xiàn)裝夾任務(wù)的工藝裝備，是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。 在金屬切削機床上使用的夾具統(tǒng)稱為機床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，幫機床夾具設(shè)計在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占有極其重要的地位。機床夾具設(shè)計是一項重要的技術(shù)工作。 5.2 機床夾具的功能 5.2.1 機床夾具的主要功能 （1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位基準(zhǔn)面與夾具定位元件面接觸或配合實現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工的尺寸和位置精度要求。 （2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 5.2.2 機床夾具的特殊功能 （1）對刀 調(diào)整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。 （2）導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導(dǎo)其進(jìn)行鉆削。導(dǎo)向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具（鏜模）也具有導(dǎo)向功能。 5.2.2 機床夾具在機械加工中的作用 在機械加工中，使用機床夾具的目的主要有以下六個方面。然而，在不同的生產(chǎn)條件下，應(yīng)該有不同的側(cè)重點。夾具設(shè)計時應(yīng)該綜合考慮加工的技術(shù)要求、生產(chǎn)成本和工人操作方面的要求，以達(dá)到預(yù)期的效果。 1．保證精度 用夾具裝夾工件時，能穩(wěn)定地保證加工精度，并減少對其它生產(chǎn)條件的依賴性，故在精密加工中廣泛地使用夾具，并且它還是全面質(zhì)量管理的一個環(huán)節(jié)。 夾具能保證加工精度的原因是由于工件在夾具中的位置和夾具對刀具、機床的切削成形運動的位置被確定，所以工件在加工中的正確位置得到保證，從而夾具能滿足工件的加工精度要求。 2．提高勞動生產(chǎn)率 使用夾具后，能使工件迅速地定位和夾緊，并能夠顯著地縮短輔助時間和基本時間，提高勞動生產(chǎn)率。 3．改善工人的勞動條件 用夾具裝夾工件方便餐、省力、安全。當(dāng)采用氣壓、液壓等夾緊裝置時，可減輕工人的勞動強度，保證安全生產(chǎn)。 4．降低生產(chǎn)成本 在批量生產(chǎn)中使用夾具時，由于勞動生產(chǎn)率的提高和允許使用技術(shù)等級較低的工人操作，故可明顯地降低生產(chǎn)成本。 5．保證工藝紀(jì)律 在生產(chǎn)過程中使用夾具，可確保生產(chǎn)周期、生產(chǎn)調(diào)度等工藝秩序。例如，夾具設(shè)計往往也是工程技術(shù)人員解決高難度零件加工的主要工藝手段之一。 6．?dāng)U大機床工藝范圍 這是在生產(chǎn)條件有限的企業(yè)中常用的一種技術(shù)改造措施。如在車床上拉削、深孔加工等，也可用夾具裝夾以加工較復(fù)雜的成形面。 5.3 機床夾具的發(fā)展趨勢 隨著科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步及社會生產(chǎn)力的迅速提高