YH30型減速箱體前后雙支承鏜孔夾具設計【含9張CAD圖紙】

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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 討論智能機器人和操作系統(tǒng)的國際會議 新穎的夾具設計和基于虛擬現(xiàn)實的裝配系統(tǒng) 彭高亮 劉文建 哈爾濱工業(yè)大學機械電子工程學院 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)對模塊化裝配設計的作用。對于虛擬環(huán)境設計，論文提出了設計方法，這種方法可以幫助設計師，使他們的設計可行有效。論文在層次數(shù)據(jù)模型的基礎上，提出了組合夾具裝配的方法。在這些結構的基礎上，在虛擬環(huán)境中，用戶可以在設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經行檢測，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計。 指數(shù)計算—組合夾具，桌面虛擬現(xiàn)實，裝配設計，加工模擬結果一覽表 Ⅰ.介 紹 模塊化裝配是工業(yè)制造的一個重要方面，準確的設計夾具對確保產品質量，精度，準確性，以及完成部分加工是非常重要的。組合夾具是在安全，準確位置，為交匯處和高標準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，夾具設計者通過經驗或反復試驗的方法就能確定夾具計劃是不是合適。隨著計算機技術，計算機輔助設計的出現(xiàn)，計算機已在組合夾具設計領域普遍應用。 一般情況下，與夾具設計相關的活動，即裝配刨，夾具元件設計，夾具布局設計，是在機床發(fā)展的下游才會去考慮。這些古老的做法對銜接設計和制造都是很不利的。例如，很少有系統(tǒng)能合并機械檢測的一系列功能。這就導致了在夾具設計和制造之間產生了一個缺口，這個缺口使得人們不能在設計階段【2】考慮刀具路徑。因此，在制造設計中，人們重新設計也無法避免刀具被夾具元件妨礙的問題。所以，為了把機系列夾具領入柔性制造的舞臺，更系統(tǒng)，更自然的設計環(huán)境是人們必須去研究的。 一個綜合的，立體的，互動的環(huán)境通常由計算機來實現(xiàn)。在數(shù)十年之內【4】，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)都是能起到很大作用的人機接口。在制造業(yè)中，虛擬現(xiàn)實也有很大的應用潛力，它可以在實際生產之前解決很多問題，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)實技術的進步，為虛擬現(xiàn)實技術在不同的工程中的應用提供了推動作用，例如產品設計【5】，裝配【6】，加工仿真【7】，培訓【8】。本文的目的要闡述如何建立一個基于虛擬現(xiàn)實的模塊化夾具設計系統(tǒng)（VMJFDS）。第一步就是為模塊化設計裝置制定一個綜合的，擬真的環(huán)境。這種應用程序在運用了自然和啟發(fā)性的方式，這種方式在設計夾具方面是有優(yōu)勢的，它可以在使用條件，縮短交貨時間，提高夾具生產力和經濟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)的結構體系是基于系統(tǒng)功能要求的模塊，由圖1所示。在系統(tǒng)水平上，有3個擬議模塊的設計，即圖形界面（GUI），虛擬環(huán)境（VE）和文獻數(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，詳細的對象設計和實施都省略了。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，即裝配設計環(huán)境和加工仿真環(huán)境。用戶選擇適當?shù)脑?，把這些元件寫在裝配設計方面的辦公區(qū)域內，然后，用執(zhí)導系統(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計的原則。 Ⅲ. 程序化組合夾具設計 在本節(jié)中，作者提出了在虛擬環(huán)境中有啟發(fā)性的組合夾具設計程序。除了三維技術的深入，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，用戶就可以在設計過程中輕松瀏覽了。 概述組合夾具設計過程總結，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。在這這項任務中，計算機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。經過規(guī)劃和夾具元件選擇這個設計階段后，下一階段就是把選擇的夾具元件連接到基板上經行交互裝配設計。 當外形裝配完成，在加工范圍內對結果進行檢查和評估。在這種環(huán)境中執(zhí)行的任務包括裝配規(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確的路徑。加工仿真負責制造時的交互檢測。夾具評價是將檢查和評估設計的結果。最后，整個設計過程是在很自然的方式下進行，這都得益于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。此外，展示的內容和知識可以告訴用戶怎樣才能選擇最好的設計決策。 Ⅳ. 組合夾具建模 a. 組合夾具結構分析 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)其結構的基本特征，組合夾具結構可分為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是選擇的支持，定位，夾緊及附件生成夾具，使他們能夠將工件連接到基板。 通過分析模塊化裝置的實際應用，人們發(fā)現(xiàn)，模塊化裝置通過選擇合適的夾具元件構造成夾具，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)的層次結構在結構圖3中表現(xiàn)出來。 圖 2，擬議組合夾具系統(tǒng)程序設計 b.在虛擬現(xiàn)實中，用分層數(shù)據(jù)結構模型代表組合夾具 相應的虛擬環(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，模塊化設計的應用，相互作用的影響,現(xiàn)場也是動態(tài)變化。例如，在設計過程中，部分模塊可能改變其空間位置，方向和裝配關系。 圖3.模塊化夾具系統(tǒng)的分層結構 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)夾具布局結構。然而，關于夾具元件之間的裝配關系，是指裝配特征之間的嚙合關系，這些都不會去關注。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構和基于約束的數(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。它證明了拓撲結構和鏈接組件之間的關系。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系。 圖. 4層次結構數(shù)據(jù)模型的虛擬環(huán)境 中層基礎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，裝配關系往往被視為交配關系。因此，基礎特征模型用來描述裝配關系，在裝配操作中，為精確的空間關系提供必要的信息。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系。 低級別的多邊形基礎模型對應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)系的三角曲面網格作為整個表面，更多關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)模型轉換到VR系統(tǒng)中，拓撲關系和參數(shù)信息中的結果將會丟失。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準尺寸為依據(jù)預先制造的部件。計劃夾具設計完之后，接下來的任務是選擇合適標準的元件，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，這個屬性提供相關的確切信息來保證夾具的模塊化設計和組裝/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系。更多關于裝配特征及其交配關系的資料進行了討論參考詳情[11]。 D.在虛擬環(huán)境中以約束為基礎的夾具裝配 1）夾具元件之間的裝配關系 交配關系是在裝配現(xiàn)場組裝是被定義的。根據(jù)上一節(jié)總結的裝配特征，交配夾具元件有五種關系類型。即依賴關系，擬合關系，螺紋嚙合，交叉關系，和 T型槽配合關系，如圖 5所示?；谶@些交配關系，我們可以推斷，任何兩個元件夾具可能的裝配關系。 2）裝配關系的推理 一般來說，兩個組裝零件的裝配關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系。因此，通過可能出現(xiàn)的裝配關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系存放在關系數(shù)據(jù)庫中（ARDB）。 然而，當夾具復雜，復合夾具元件的數(shù)量多時，要花費很多時間來推斷和處理這些可能的裝配關系。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[12]中討論的。因此，詳細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 進行裝配關系推理的之后，所有被選擇的可能的裝配關系都建立在ARDB中，并被保存起來。在這些關系的基礎上，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，即裝配關系的認識， 約束的分析和應用，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系之一，他們將突出顯示，并等待用戶確認。一旦被用戶確認，這種被確認的裝配關系將運用約束理論來分析和解決問題，這是為了平移調整組裝元件的方向，以滿足這兩個組件的位置關系，以及應用新的約束來組裝元件。當應用了新的約束，對裝配元件的運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換成允許的移動。基于約束的運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動中，現(xiàn)有的約束不會受到侵犯。繼續(xù)運用確認和約束的裝配關系，這種裝配元件將能到達最終的位置。 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、夾具組件和機器工具之間的干涉、在工件安裝中夾具元件和機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, 它往往導致夾具系統(tǒng)修改或重新設計，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，不適合的夾具設計。在夾具的設計階段，應確保避免相關的夾具之間的相互作用。在這個 系統(tǒng)中，當夾具配置齊全后，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，夾具設計工程師用一個自然界面來實現(xiàn)更有效的設計。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)內容來實現(xiàn)設計的。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計系統(tǒng) B　研究案例 在模塊化夾具設計系統(tǒng)的基礎上開發(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步驟，用戶設計了這是一個模塊化的夾具系統(tǒng)。該夾具規(guī)劃模塊已應用于一個可行的設計方案。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，則取決于相應的的知識基礎和夾具啟發(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?shù)膴A具元件完成夾具上各點的空間要求。當完成后，用戶移動到裝配設計區(qū)域，把選定的元素放在在書桌上，如圖所示 8（a）。下一個的任務是選定元件來完成夾具結構分布。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)的構建安裝在一臺數(shù)控機床并且模擬了刀具路徑執(zhí)行情況。 Ⅶ.結論 對于組合夾具的設計制造，我們已經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)結構和虛擬現(xiàn)實環(huán)境，即裝配設計環(huán)境和加工仿真環(huán)境的設計。通過分析組合夾具結構，層次結構數(shù)據(jù)模塊，以及XML提出了基礎夾具元件。從而準確在虛擬現(xiàn)實模型中操作，實現(xiàn)組合夾具設計和裝配。此外，還要總結夾具元件之間的裝配關系和描述在虛擬現(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)。 參考文獻 【1】 候江亮，特拉皮猶太委員會，“計算機輔助夾具設計系統(tǒng)”，詮釋。39（16），2001年，第3703 – 3725頁。 【2】 A.Senthi l庫馬爾，J.Y.H.Fuh，T.S.Kow，“一個自動化的設計和對無干擾的組合夾具設計”，計算機輔助設計32（2000）第583-596頁。 【3】 JRDai，AYCNee，JY H FUH 和A Senthil Kumar,“模塊化設計和組裝夾具的自動化方法”，代理機械工程師，1997年第211卷，第509 – 521頁。 【4】 Burdea GC，Coiffet P，虛擬現(xiàn)實技術。威利，新澤西州， 2003。 【5】 Kan H.Y, Duffy V.G，“互聯(lián)網的虛擬現(xiàn)實協(xié)同產品設計的效益”，“在工業(yè)計算機。v 45，n2，2001年6月， 第197-213頁。 【6】 Jayaram Sankar,，“VADE：虛擬裝配設計環(huán)境”，IEEE計算機圖形和應用，6（19），1999年，第44 - 50頁。 【7】 Maiteh Bilal Y， Leu，Ming C， Blackmore Denis ，劉光裕，, Abdel-Malek Layek，“計算機的虛擬現(xiàn)實在數(shù)控加工仿真中的應用，“美國機械學會工程師，物流部，磁流體，v5，1999，第3-10頁。 【8】 Q.H.王，J.R.黎，“桌面虛擬現(xiàn)實在工業(yè)中應用，“虛擬實境”，第一卷。七，2004年，187 - 197頁。 【9】 Zhong Y. 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In parts of fixture design, mainly according to the requirements of machining process, analysis of the number of degrees of freedom should be restricted, and then according to the characteristics of the surface parts of the selected positioning element, then analysis the selected components can be defined positioning should be limited degrees of freedom. After determining the positioning element, it is necessary to select the clamping element. In order to prevent the deformation of the parts in the clamping process, to ensure the stability of the positioning in the process, the clamping plate is used to clamp the bottom of the part. In order to ensure sufficient clamping force, the power source device adopts manual clamping mechanism. The design of the fixture has the advantages of simple structure, practicality, convenient installation, easy replacement and low cost. Key words: fixture, boring, plate 目 錄 摘 要 III Abstract IV 第1章 緒 論 1 1.1 國內外的發(fā)展概況 1 1.2 本課題應達到的要求 1 第2章 YH30型減速箱工藝設計 3 2.1 零件的分析 3 2.1.1 零件的作用 3 2.1.2 零件的工藝分析 3 2.2毛坯選擇 3 2.2.1毛坯的種類 3 2.2.2 鑄件制造方法的選擇 3 2.2.3鑄件的尺寸公差與加工余量 4 2.3定位基準的選擇 4 2.4 擬定工藝路線 5 2.4.1確定各表面的加工方法 5 2.4.2加工順序的安排 5 2.4.3確定加工余量 6 2.4.4計算工序尺寸及公差 6 2.5確定各工序切削用量 6 2.6機床及工藝裝備的選擇 7 2.7確定切削用量及基本工時（機動時間） 8 第3章 鏜孔夾具設計的要求 14 3.1 鏜孔夾具方案設計 14 3.2夾具總體設計的要求 14 3.3 機床夾具的組成 15 3.4 夾具設計的基本要求 16 3.5 本次夾具設計的基本過程 16 3.5.1 擬定夾具的結構方案，繪制結構草圖 16 3.5.2 繪制夾具總裝配圖及零件圖 17 3.6 確定夾具的類型 18 3.7 鏜模的主要類型 18 3.8 明確設計任務，了解零件加工工藝過程 19 3.8.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求 19 3.8.2 熟悉零件加工工藝過程 19 第4章 定位裝置設計 20 4.1 零件定位的基本原理 20 4.1.1 六點定位原理 20 4.1.2 工件定位中的約束分析 20 4.2 常用定位元件及選用 21 4.2.1 對定位元件的基本要求 21 4.2.2 常用定位元件的選用 21 4.3 定位方案的確定 22 第5章 夾緊裝置設計 23 5.1 夾緊裝置的組成與基本要求 23 5.2 夾緊力的確定 23 5.2.1 確定夾緊力的基本原則 23 5.2.2 切削力的計算 24 5.2.3 夾緊力的計算 25 第6章 對刀及引導裝置設計 28 6.1 鏜套的類別 28 6.2 鏜套的設計 28 第7章 夾具體的設計 29 7.1 夾具體設計的基本要求 29 7.2 夾具體毛坯的類型 29 7.3 夾具體的設計 30 7.4 鏜模板的設計 31 第8章 經濟性分析 32 總 結 34 致 謝 36 參 考 文 獻 37 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 第1章 緒 論 1.1 國內外的發(fā)展概況 夾具屬于工裝，工裝包含夾具，屬于從屬關系。不僅僅是焊裝用，在機加工方面也有用，許多時候，需要裝配幾個部件并保證其定位準確的時候就需要。設計工裝夾具要緊扣產品，因為工裝夾具是專門為某些產品特定的，要保證生產時無干涉現(xiàn)象、定位準確、操作工操作便捷等。簡單的說，就是用于工件裝夾的工具。 夾具從產生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。 由于現(xiàn)代加工的高速發(fā)展，對傳統(tǒng)的夾具提出了較高要求，如快速、高效、安全等。要想達到這樣的生產要求，就必須計算加工工序零件在加工過程中由于切削力、重力、慣性力等所產生的切削力及切削力矩，按照夾具設計中所確定的夾緊方式進行夾緊力的計算，為了減小夾具的具體尺寸，就需要增大夾具的定位區(qū)間，增大由夾緊力而產生的摩擦力矩、正壓力及由此而產生的摩擦力，以達到夾具小巧而精用的目的。同時為了減少工人的勞動強度，提高工件裝夾效率，還需要對夾具的夾緊機構的行程進行設計，以期以最短的夾緊行程，達到最佳的夾緊效果。 1.2 本課題應達到的要求 通過實際調研和采集相應的設計數(shù)據(jù)、閱讀相關資料相結合，對YH30型減速箱的基本結構及作用有個大致的了解，在此基礎上，經過對金屬切削加工、金屬切削機床、機械設計與理論等相關知識充分掌握后，分析YH30型減速箱的加工工藝，確定YH30型減速箱各加工表面的加工方法，進而形成YH30型減速箱的機械加工工藝路線。并能根據(jù)YH30型減速箱的加工工序要求，分析YH30型減速箱的定位方式、金屬切削加工過程中的機床工作臺驅動、工件夾緊等方面的相關數(shù)據(jù)，結合機械機構設計的相關理論知識，完成工件的有效定位及夾緊，從而使整個YH30型減速箱的加工工藝路線經濟，工件定位方案合理，來達到產品的最優(yōu)化設計。 針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及計算問題，綜合所學的機械理論設計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的知識，設計出一套適合于實際的YH30型減速箱加工工藝路線，從而實現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設計。為提高鏜床夾具在機床上安裝的穩(wěn)固性，減輕其斷續(xù)切削可能引起的振動，夾具體不僅要有足夠的剛度和強度，其高度和寬度比也應恰當，一般有H/B≤1～1.25，以降低夾具重心，使工件加工表面盡量靠近工作臺面。 37 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文） 第2章 YH30型減速箱工藝設計 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 YH30型減速箱是減速器的重要組成零件，它將有關零件（軸、套、齒輪）連接在一起，保證它們之間有正確的相對位置關系，使它們能按一定的傳動關系協(xié)調的運動。因此，箱體的加工質量對機械精度、性能和使用壽命都有直接關系。減速器的作用（1）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。 （2）速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。所以在日常的生活工作中運用得非常廣泛，也起到非常重要的的作用。 2.1.2 零件的工藝分析 減速箱體結構較復雜、加工面多、技術要求高、機械加工的勞動量大。因此箱體結構工藝性對保證加工質量、提高生產效率、降低生產成本有重要意義 零件的結構工藝分析主要應考慮以下幾個方面： （1）零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求應經濟合理，重要尺寸精度φ47，φ75公差在0.025之內，形位公差垂直度要求0.05之內,一般尺寸精度為9-11級； （2）各加工表面的幾何形狀應盡量簡單； （3）有相互位置要求的表面應盡量在一次裝夾中加工； 該箱體在加工時，對φ47和φ80二孔加工要保證孔與孔的孔故對φ47和φ80加工時采用一次定位安裝來加工?！　　　? 2.2毛坯選擇 2.2.1毛坯的種類 鑄件HT200（適用于形狀復雜的毛坯，良好的耐磨性、抗震性、切削加工性和鑄造性能）—表1的牌號、性能及主要用途（機械制造基礎）。 2.2.2 鑄件制造方法的選擇 毛坯制造方法應與材料的工藝性、零件的結構形狀及大小、生產類型及特點以及工廠的現(xiàn)有條件相適應 毛坯種類 制造精度 （IT） 加工余量 原材料 工件尺寸 工件形狀 砂型鑄造 13級以下 大 HT200 各種尺寸 復雜 表1-2各類毛坯的特點及應用范圍 2.2.3鑄件的尺寸公差與加工余量 1鑄件的尺寸公差（GB6414-1986）規(guī)定：鑄件尺寸代號為CT，分16級 造型材料 公差等級CT 灰鑄鐵 自硬砂 11~13 表1-4小批和單件生產鑄件的尺寸公差等級 表1-5鑄件尺寸公差數(shù)值（機械制造技術課程設計） 2鑄件加工余量表1-6用于成批和大量生產與鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量等級和表1-7鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量（機械制造技術課程設計） 3鑄件最小孔徑 表面類型 成批生產 通孔 15~30MM 表1-8鑄件最小孔徑 2.3定位基準的選擇 正確地選擇定位基準是設計工藝過程的一項重要內容，也是保證加工精度的關鍵。定位基準分為粗基準和精基準。對于無合適定位面的零件可在毛坯上另外專門設計或加工出定位表面，稱為輔助基準。 定位基準的選擇原則（機械制造基礎P254） 粗基準的選擇原則 （1） 應選擇不加工表面為粗基準。 （2） 對于具有較多加工表面的工件，粗基準的選擇，應合理分配各 加工表面的加工余量，以保證： 1、 各加工表面都有足夠的加工余量； 2、 對某些重要的表面，盡量使其加工余量均勻； 3、 使工件上各加工表面總的金屬切除量最??； 4、 作為粗基準的表面，應盡量平整，沒有澆口，冒口或飛邊等其它表面缺陷，以便定位準確； 5、 同一尺寸方向上的粗基準表面只能使用一次； 精基準的選擇原則： （1）基準重合原則 （2）基準統(tǒng)一原則 （3）互為基準原則 （4）自為基準原則 2.4 擬定工藝路線 2.4.1確定各表面的加工方法 工件各加工表面的加工方法和加工次數(shù)是擬定工藝路線的重要內容。主要依據(jù)零件各加工表面本身的技術要求確定，同時還要綜合考慮生產類型，零件的結構形狀和加工表面的尺寸，工廠現(xiàn)有的設備情況，工件材料性質和毛坯情況等。 2.4.2加工順序的安排 在確定了零件各表面的加工方法之后，就要安排加工的先后順序，零件加工順序是否合適，對加工質量，生產率和經濟性有著較大的影響。 （1） 機械加工順序的安排 在安排機械加工順序時，一般遵循先粗后精．先面后孔．先主后次．基準先行的原則。對于工序內容復雜的零件則視具體情況采取工序集中與分散的原則處理。 （2） 加工階段的劃分 對于精度和表面質量要求較高的零件，應將粗．精加工分開進行。為此，一般將整個工藝過程劃分階段，按加工性質和作用不同，一般劃分為粗加工階段．半精加工階段．精加工階段和光整加工階段。這對于保證零件加工質量．合理使用機床設備．及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷及合理安排熱處理工序等有很大好處 。 （3） 熱處理工序的安排 熱處理工序主要用來改善材料的性能及消除應力。熱處理的方法．次數(shù)和在工藝路線中的位置，應根據(jù)零件材料和熱處理的目的而定。 （退火 正火時效）（人工時效） （氮化） ↓　　　 ↓　　　　　　　　　↓ 毛坯→粗加工→半精加工→精加工→精磨→細磨 　　↑　　　 ↑　　　　 （調質 退火） （高頻淬火 滲碳淬火整體淬火去應力處理） 圖1-4熱處理工序的安排圖（機械制造技術課程設計） 由圖可得熱處理安排為 毛坯→粗加工→半精加工→精加工 ↑ ↑ （去應力退火 時效去應力） （表面淬火） （4） 合理安排輔助工序 輔助工序種類很多，主要包括檢驗．劃線，去毛刺．清洗．平衡．退磁．防銹．包裝等，根據(jù)工藝需要穿插在工序中。 2.4.3確定加工余量 合理確定加工余量對零件的加工質量和整個工藝過程的經濟性都有很大影響。余量過大（材料．工時．機床．刀具）則消耗大；余量過小，不能去掉加工前道工序存在的誤差和缺陷層，影響加工質量，造成廢品。 故應在保證加工質量的前提下盡量減小加工余量。毛坯余量（總余量）已在畫毛坯圖時確定，這里主要是確定工序余量。 （1） 平面加工余量 加工工序 加工長度 加工寬度 粗加工后精銑 ≤30 ≤100 ＞100~300 ＞300~1000 1.0mm 1.5mm 1.5mm 2.0mm 表1-38平面加工余量 （2） 鏜孔加工余量 項目 加工直徑 直徑余量 半精鏜 20~80 0.7~1.2mm 精鏜 30~130 0.25~0.40mm 表1-37鏜孔加工余量 2.4.4計算工序尺寸及公差 工序順序確定后，就要計算各個工序加工時所應達到的工序尺寸及其公差。工序尺寸及其公差的確定與工序余量大?。ば虺叽绲臉俗⒎椒ǎ鶞蔬x擇．中間工序安排等密切相關，是一項細致的工作。 2.5確定各工序切削用量 在單件小批生產中，各工序的切削用量一般由操作工人根據(jù)具體情況自己確定，以簡化工藝文件。 在大批大量生產中則應科學地．嚴格地選擇切削用量，以充分發(fā)揮高效率設備的潛力和作用。切削用量的選用與下列因素有關：生產率，加工質量（主要是表面粗糙），切削力所收起的工藝系統(tǒng)彈性變形，工藝系統(tǒng)的振動，刀具耐用度，機床功率等。在綜合考慮上述因素的基礎上，使背吃刀量ap，進給量f ，切削速度v的積最大。一般應先盡量取在的ap，其次盡量取大的進給量f，最后取合適的切削速度v. 2.6機床及工藝裝備的選擇 選擇機床：數(shù)控銑床．臥式鏜床。夾具（專用夾具） 選擇機床和工藝裝備的總原則是根據(jù)生產類型與加工要求使所選擇的機床及工藝裝備既能保證加工質量，又經濟合理。中批生產時，通常采用通用機床加專用工．夾具；在大批大量生產條件下，多采用高效率專用機床．組合機床流水線．自動線與隨行夾具。 在需要改裝設備或設計專用機床時，應根據(jù)具體要求提出設計任務書，其中包括與加工工序內容有關的必要參數(shù)，所要求的生產率．保證產品質量的技術條件以及機床的總體布置形式等。 在選擇工藝裝備時，既工考慮適應性又要注意新技術的應用，當需要設計專用刀具．量具時，也應提出設計任務書。 機械加工工藝過程卡片 件名稱 減速箱體 材料牌號 HT200 毛坯種類 灰鑄鐵 工序號 工序名稱 工序內容 設備 工藝裝備 010 毛坯鑄造 砂型鑄造 自硬砂為造型材料 020 時效處理 030 粗/半精底面 加工 銑床X52K 立銑刀，專用夾具1，機械卡尺 040 粗銑四側凸緣端面，各端面加工余量為0.5mm 粗銑四側凸緣端面，各端面加工余量為0.5mm 銑床X52K 面銑刀（高速鋼），專用夾具1，機械卡尺 050 銑底座兩側上平面表面粗糙度為Ra值2.5um 高24mm尺寸加工 銑床X52K 面銑刀（高速鋼），專用夾具1，機械卡尺 060 孔粗/精加工 Φ47，Φ75 臥式鏜床 單刃鏜刀，專用夾具2，機械卡尺 070 鉆孔 Φ30 080 孔粗/精加工 Φ47，Φ80 臥式鏜床 單刃鏜刀，專用夾具3，機械卡尺 090 去毛刺 100 檢驗入庫 2.7確定切削用量及基本工時（機動時間） 工序：粗、半精底面加工 機床：銑床X52K 刀具：硬質合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)[10] （1）粗銑 銑削深度： 每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取 銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取 機床主軸轉速：，取 實際銑削速度： 進給量： 工作臺每分進給量： ：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.81, 被切削層長度：由毛坯尺寸可知 刀具切入長度： 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為1 機動時間： （2）精銑 銑削深度： 每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取 銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取 機床主軸轉速：，取 實際銑削速度： 進給量： 工作臺每分進給量： 被切削層長度：由毛坯尺寸可知 刀具切入長度：精銑時 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為1 機動時間： 本工序機動時間 工序40：粗銑四側凸緣端面，各端面加工余量為0.5mm 機床：組合銑床 刀具：硬質合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù) 銑削深度： 每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取 銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取 機床主軸轉速：，取 實際銑削速度： 進給量： 工作臺每分進給量： 刀具切入長度：精銑時 由工序5可知： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 工序70：底平面5XΦ9孔 機床：組合鉆床 刀具：麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀 （1）鉆底面底平面5XΦ8孔 切削深度： 進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.39，取 切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.41，取 機床主軸轉速：，取 實際切削速度： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 工序50：銑底座兩側上平面 機床：組合銑床 刀具：硬質合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù) 銑削深度： 每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取 銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取 機床主軸轉速：，取 實際銑削速度： 進給量： 工作臺每分進給量： ：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.81, 被切削層長度：由毛坯尺寸可知 刀具切入長度： 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為1 機動時間： 工序60：Φ47，Φ75孔粗/精加工 機床：鏜床 刀具：高速鋼刀具 （1）粗鏜孔 切削深度： 進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進給量 切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.66，取 機床主軸轉速：，取 實際切削速度： 工作臺每分鐘進給量： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間： （2）精鏜孔 切削深度： 進給量：根據(jù)切削深度，再參照《機械加工工藝手冊》表2.4.66。因此確定進給量 切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.66，取 機床主軸轉速：，取 實際切削速度： 工作臺每分鐘進給量： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間： 工序70：Φ30鉆孔 機床：組合鉆床 刀具：麻花鉆 切削深度： 進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.39，取 切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.41，取 機床主軸轉速：，取 實際切削速度： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 工序80：精鏜前后端面支承孔 機床：組合鏜床 刀具：高速鋼刀具 （1）精鏜孔 切削深度： 進給量：根據(jù)切削深度，再參照《機械加工工藝手冊》表2.4.66。因此確定進給量 切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.66，取 機床主軸轉速：，取 實際切削速度： 工作臺每分鐘進給量： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間： 工序90：鉆各個螺紋孔并攻絲 機床：組合攻絲機 刀具：釩鋼機動絲錐 （1）螺孔攻絲 進給量：由于其螺距,因此進給量 切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.105，取 機床主軸轉速：，取 絲錐回轉轉速：取 實際切削速度： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： （盲孔） 機動時間： 第3章 鏜孔夾具設計的要求 第3章 鏜孔夾具設計的要求 3.1 鏜孔夾具方案設計 方案設計是夾具設計的重要階段，它在分析各種原始資料的基礎上，要完成下列設計工作：[1] ① 研究殼體零件原始資料，明確設計要求。 ② 擬訂鏜孔夾具結構方案，繪制夾具結構草圖。 ③ 繪制夾具總圖，標注有關尺寸及技術要求。 ④ 繪制零件圖。 從另外一方面來說，機床夾具設計是工藝裝備設計中的一個重要組成部分，是保證產品質量和提高勞動生產率的一項重要技術措施。在設計過程中應深人實際，進行調查研究，吸取國內外的先進技術，制定出合理的設計方案，再進行具體的設計。而深入生產實際調查研究中，應當掌握下面的一些資料：[1] (1)工件圖紙；詳細閱讀工件的圖紙，了解工件被加工表面是技術要求，該零件在機器中的位置和作用，以及裝置中的特殊要求。 (2)工藝文件：了解工件的工藝過程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面狀況，基準面選擇的情況，可用機床設備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。 (3)生產綱領：夾具的結構形式應與工件的批量大小相適應，做到經濟合理。 在本次畢業(yè)設計的夾具要求是中小批量生產的夾具設計。 (4)制造與使用夾具的情況，有無通用零部件可供選用。工廠有無壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術狀況等。 夾具的出現(xiàn)可靠地保證加工精度，提高整體工作效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。 3.2夾具總體設計的要求 1）夾具應滿足零件加工工序的精度要求。特別對于精加工工序， 應適當提高夾具的精度，以保證工件的尺寸公差和形狀位置公差等。 2）夾具應達到加工生產率的要求。特別對于大批量生產中使用的 夾具，應設法縮短加工的基本時間和輔助時間。 3）夾具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可設置必要的 防護裝置、擋屑板以及各種安全器具。 4）能保證夾具一定的使用壽命和較低的夾具制造成本。夾具元件 的材料選用將直接影響夾具的使用壽命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力學性能較好的材料。夾具的低成本設計在世界各國都以相當重視。為此，夾具的復雜程度應與工件的生產批量相適應。在大批量生產中。宜采用氣壓、液壓等高效夾緊裝置；而小批量生產，則宜采用較簡單的夾具結構。 5）要適當提高夾具元件的通用化和標準程度。選用標準化元件， 特別應選用商品化的標準元件，以縮短夾具制造周期，從而降低夾具成本。 6）必須具有良好的結構工藝性，以便夾具的制造、使用和維修。 以上要求有時是互相矛盾的，故應在全面考慮的基礎上，處理好主要矛盾，使之達到較好的效果。例如鏜模設計中，通常側重于生產率的要求。 在機械加工中，在機床上用來確定工件位置并將其壓緊夾牢的工藝裝備稱為機床夾具。不僅單件小批量生產中需要它，成批大量生產更不可缺少。機床夾具是機床和工件之間的連接裝備，能使工件相對于機床和刀具獲得正確位置，以保證零件和產品的質量，并提高生產率。機床夾具的性能好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，因此機床夾具設計是機械制造裝備設計中一項重要的工作，也是加工過程中最活躍的因素之一。 3.3 機床夾具的組成 雖然機床夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。一般可以概況為一下幾個部分組成，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。 1. 定位支承元件。定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。 2. 夾緊裝置。夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。 3. 連接定向元件。這種元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。 4. 對刀元件或導向元件。這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件。用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件稱為導向元件。 5. 其他裝置或元件。根據(jù)加工需要，有些夾具上還設有分度裝置。靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機構、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其他連接元件。 6. 夾具體。夾具體是夾具的基本骨架，用來配置、安裝各夾具元件，使之組成一整體。 3.4 夾具設計的基本要求 一個優(yōu)良的機床夾具必須滿足下列基本要求。 (1) 保證工件的加工精度。保證加工精度的關鍵，首先在于正確地選定定位基準、定位方法和定位元件，必要時還需要進行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結構對加工精度的影響，注意夾具應有足夠的剛度，多次重復使用的夾具還應該注意相關元件的強度和耐磨性，確保夾具能滿足工件精度要求。 (2) 提高生產效率。專用夾具的復雜程度應與生產綱領相適應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產效率。 (3) 工藝性能好。專用夾具的結構應力求簡單、合理、便于制造、裝配、調整、檢驗、維修等。 (4) 使用性能好。專用夾具的操作應簡便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等機械化加緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。專用夾具還應排屑方便，必要時可設置排屑機構，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。 (5) 經濟性好。專用夾具應盡可能采用標準元件和標準結構，力求結構簡單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設計時應根據(jù)生產綱領對夾具方案進行必要的技術經濟分析，以提高夾具在生產中的經濟效益。 3.5 本次夾具設計的基本過程 3.5.1 擬定夾具的結構方案，繪制結構草圖 1. 確定工件的定位方案，根據(jù)工件定位原理選擇或者設計定位裝置，合理設置定位元件，進行定位誤差的分析計算，定位誤差應小于工序公差的三分之一。 2. 確定刀具的對刀或引導方式，設計對刀及引導裝置。 3. 確定工件的夾緊方案，合理的確定夾緊的方向和作用點，進行夾緊力的分析計算，最后確定夾緊元件及傳動裝置的主要尺寸。 4. 確定夾具其它元件(夾具體、鏜模板等)的架構模型。 5. 合理布置夾具元件，確定夾具體的形式及夾具的總體結構。 3.5.2 繪制夾具總裝配圖及零件圖 圖3-1 裝配圖 1. 夾具總裝配圖應盡量采用1：1的比例，越要時可采用1：2、1：5、2：1、5：1等比例。主視圖應選面對操作者的工作位置。 2. 總裝配圖繪制的順序是：用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位 基面，夾緊表面及加工表面(加工余量用網線表示)繪制在各個視圖的合理位置上，視工件為透明體，依次繪出定位、對刀—導引、夾緊及其它元件或裝置，最后繪出夾具體，并對各零件進行編號，填寫零件明細表和標題欄。 3. 標注必要的尺寸、公差配合及技術要求。 4. 夾具中的非標準零件要繪制零件圖，并按總裝配圖的設計要求，確定各零件的尺寸、公差及技術要求。 3.6 確定夾具的類型 按使用范圍，夾具可分為通用夾具和專用夾具兩類。通用夾具適用于各種不同尺寸的零件加工，如導尺、分度盤等。這類夾具是作為附件與機床一起配套供應的。專用夾具是專門為某一工件在某一工序進行加工而設計的夾具，如在銑床上加工彎曲零件必須采用相應的夾具，在壓刨上加工斜面、曲面也要采用專用夾具。 3.7 鏜模的主要類型 鏜床專用夾具一般通稱為“鏜模”?？砂寸M模有無夾具體，以及夾具體是否可動，而分為下面幾類：[1] 1.固定式鏜模 這種鏜模在使用時，是被固定在鏜床工作臺。用于在立軸式鏜床上加工較大的單孔或在搖臂鏜床上加工平行孔系。如果要在立式鏜床上使用固定式鏜模加工平行空系，則需要在機床主軸上安裝鏜模時，一般先將裝在主軸上的定尺刀具伸入鏜套中，以確定鏜模的位置，然后將其緊固。這種加工方式的鏜孔精度比較高。 2.回轉式鏜模 回轉式鏜模主要用于加工同一圓周面上的平行孔系，或分布在圓周上的徑向孔。有立軸、臥軸和斜軸回轉等三種基本形式。由于回轉臺已標準化，并作為機床附件由專門廠生產供應，固回轉式鏜模的設計，大多數(shù)情況是設計專用的工作夾具和標準回轉臺聯(lián)合使用。 3.翻轉式鏜模 主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻轉式鏜?？蓽p少工件裝夾的次數(shù)，提高工件上各孔之間的位置精度。 4.蓋板式鏜模 這種鏜模無夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鏜模板上。鏜模板在工件上裝夾，適合于體積大而笨重的工件上的小孔加工。夾具、結構簡單輕便，易清除切屑；但是每次夾具需從工件上裝卸，較費時，故此鏜模的質量一般不宜超過10 kg。 5.滑柱式鏜模 滑柱式鏜模的結構已經標準化了和規(guī)格化了，具有不同的系列。使用時，只要根據(jù)工件的形狀、尺寸和加工要求等具體情況，專門設計制造相應的定位、夾緊裝置和鏜套等，裝在夾具體的平臺或鏜模板上的適當位置，就可用于加工。 3.8 明確設計任務，了解零件加工工藝過程 3.8.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求 圖3-2 加工零件圖 該零件為HT200；零件圖如上圖3-2，中批量生產；該工序在立式鏜床上用鏜刀加工。 3.8.2 熟悉零件加工工藝過程 1.粗銑上下兩端面 2. 精銑上下兩端面 3.鉆鉸￠30孔 4. 鏜2-￠100孔 以上銑削工序均在X52K銑床上加工，工序3在臥式鏜床T68上加工鏜兩組互相垂直的孔系。工序4在Z525立式鉆床上加工。 第4章 定位裝置設計 第4章 定位裝置設計 4.1 零件定位的基本原理 4.1.1 六點定位原理 工件定位的實質就是要使工件在夾具中占有某個確定的位置。任何一個剛體(工件)在空間直角坐標系內都有六個自由度，即沿X、Y、Z軸的移動和繞X、Y、Z軸的旋轉，如圖4-1所示。工件在空間的六個自由度，可用很合理布置的六個支承點來限制，使零件得到正確的位置，此即工件的六點定位原理。 圖 4-1 自由度示意圖 4.1.2 工件定位中的約束分析 運用六點定位原理可以分析和判斷夾具中定位結構是否正確、布局是否合理、約束條件是否滿足。 根據(jù)工件自由度被約束的情況，工件定位可分為以下幾種類型。 1. 完全定位。完全定位是指工件的六個自由度不重復地被全部約束的定位。當工件在X、Y、Z三個坐標方向均有尺寸要求或位置精度要求時，一般采用這種定位方式。 2. 不完全定位。根據(jù)工件的加工要求，有時并不需要約束工件的全部自由度，這樣的定位方式稱為不完全定位。工件在定位時應該約束的自由度數(shù)目應由工序的加工要求而定，不影響加工精度的自由度可以不加約束。 3. 欠約束。根據(jù)工件的加工要求，應該約束的自由度沒有完全被約束的定位稱為欠定位。欠定位無法保證加工要求，因此，在確定工件在夾具中的定位方案時，決不允許有欠定位的現(xiàn)象產生。 4. 過定位。夾具上的兩個或兩個以上的定位元件重復約束同一個自由度的現(xiàn)象，稱為過定位。消除或減少過定位引起的干涉，一般有兩種方法：一是改變定位元件的結構；二是控制或者提高工件定位基準之間以及定位元件工作表面之間的位置精度。 4.2 常用定位元件及選用 工件在夾具中要想獲得正確定位，首先應正確選擇定位基準，其次則是選擇合適的定位元件。工件定位時，工件定位基準和夾具的定位元件接觸形成定位副。 4.2.1 對定位元件的基本要求 1. 限位基面應有足夠的精度。定位元件具有足夠的精度，才能保證工件的定位精度。 2. 限位基面應有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經常與工件接觸和摩擦，容易磨損，為此要求定位元件限位表面的耐磨性較好，以保證夾具的使用壽命和定位精度。 3. 支承元件應有足夠的強度和剛度。定位元件在加工過程中，受工作重力、加緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應有足夠的剛度和強度，避免使用中的變形和損壞。 4. 定位元件應有較好的工藝性。 5. 定位元件應便于清除切屑。定位元件的結構和工作表面形狀應有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內影響加工和定位精度。 4.2.2 常用定位元件的選用 1. 工件以平面定位 (1) 以面積較小的已經加工的基準平面定位時，選用平頭支承釘；以粗糙不平的基準面或毛皮面定位時，選用圓頭支承釘側面定位時，可選用網狀支承釘。 (2) 以面積較大、平面精度較高的基準平面定位時，選用支承板定位元件；用于側面定位時，可選用帶斜槽的支承板；通常盡可能選用帶斜槽的支承板，以利于清除切屑。 (3) 以毛坯面、階梯平面和環(huán)形平面作基準平面定位時，選用自位支承作定位元件。但需注意，自位支承雖有兩個或三個支承點，由于自位和浮動作用只能作為一個支承點。 (4) 以毛坯面作基準平面，可選用調節(jié)支承作為定位元件。 (5) 當工件定位基準面需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用更輔助支承作輔助定位元件。 2. 工件以外圓柱定位 (1) 當工件的對稱度要求較高時，可選用V形塊定位。 (2) 當工件定位圓柱面精度較高時(一般不低于IT8)，可選用定位套或半圓形定位座定位。 3. 工件以內孔定位 (1) 工件上定位內孔較小時，常選用定位銷作為定位元件。 (2) 在套類、盤類零件的車削、磨削和齒輪加工中，大都選用心軸定位，為了便于加緊和減小工件因間隙造成的傾斜，當工件定位內孔與基準端面垂直精度較高時，常以孔和端面聯(lián)合定位。 本次設計中，平面的定位采用帶斜槽的支承板，內孔的定位采用定位銷。 4.3 定位方案的確定 根據(jù)所加工的工件尺寸為形狀是矩形即YH30型減速箱類零件又因為零件體積比較大不便于裝卸和搬運，因此在工件安裝后采取推入式將工件送到指定位置。 本夾具用在臥式鏜床上加工減速箱體上兩組相互垂直的孔系。夾具經找正后堅固在鏜床工作臺上，可隨工作臺一起移動和轉動。 工件以耳座上面、Φ30H7孔和K面做定位基準。裝工件時，首先拉出鏜套，將工件放在具有斜面的支承導板上，向前推移，當工件上Φ30H7孔與定位套對齊時，插入可卸心軸，然后推動斜楔并適當擺工件，使斜楔與K面有良好接觸，擰四個螺釘，四個壓板半角工件夾緊在定位塊上。 推入鏜套，即可加工。 第5章 夾緊裝置設計 第5章 夾緊裝置設計 在機械加工過程中，零件會受到切削力、離心力、慣性力等的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持已由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動和位移，在夾具結構中必須設置一定的加緊裝置將零件可靠地夾牢。 5.1 夾緊裝置的組成與基本要求 夾緊裝置一般由動力源裝置、中間傳力裝置機構、夾緊元件與夾緊機構所組成。 設計夾緊裝置時，一般應滿足一下基本要求： 1. 夾緊過程中不改變工件定位時所占據(jù)的正確位置。 2. 夾緊力大小適當，既要保證加工過程中工件不會產生位移和移動，又要使工件不產生不允許的變形和損傷。 3. 夾緊裝置的自動化程度，應與工件的生產批量相適應。 4. 結構要簡單，力求體積小、重量輕、并有足夠的強度；工藝性好便于制造與維修。 5. 使用性能好，操作方便、省力、安全可靠。 5.2 夾緊力的確定 5.2.1 確定夾緊力的基本原則 設計夾緊裝置時，夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點和大小三個要素。 1. 夾緊力的方向 (1) 夾緊力的方向應有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應朝向主要定位基面。 (2) 夾緊力的方向應有利于減少夾緊力，以減少工件的變形、減輕勞動強度。 (3) 夾緊力的方向應是工件剛性較好的方向。 2. 夾緊力的作用點 (1) 夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內，應盡可能使夾緊點與支承點對應，使夾緊力作用在支承上。 (2) 夾緊力的作用點應選在工件剛性較好的部位。 (3) 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面，以防止零件產生振動和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。 3. 夾緊力的大小 夾緊力的大小，對于保證定位穩(wěn)定、加緊可靠，確定加緊裝置的結構尺寸，都有著密切的關系。 5.2.2 切削力的計算 查《簡明機床夾具設計手冊》可得，切削力的計算公式為： 圓周分力 (3-1) 徑向分力 (3-2) 軸向分力 (3-3) 式中 ：背吃刀量，mm，在切斷、割槽和成形車削時，指切削刃的長度 f：每轉進給量，mm ：修正系數(shù) ：考慮工件材料力學性能的系數(shù) ：考慮刀具幾何參數(shù)的系數(shù) 則；=2mm，f=0.25mm 在本次工序中采用硬質合金刀具對工件進行加工，其刀具的相關參數(shù)為：主偏角=30°，前角=10°，刃傾角=5?！? 查《簡明機床夾具設計手冊》得，==1.10，=1.08，=1.0，=1.0。 則 =1.10×1.08×1.0×1.0=1.188 將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-1)得： 圓周分力=902×2××1.188=757.7N 查《簡明機床夾具設計手冊》得，==1.10，=1.30，=1.0，=1.25。 則 =1.10×1.30×1.0×1.25=1.79 將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-2)得： 徑向分力=530××0.25×1.79=625.9N 查《簡明機床夾具設計手冊》得，==1.10，=0.78，=1.0，=0.85。 則 =1.10×0.78×1.0×0.85=0.73 將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-3)得： 軸向分力=451×2××0.73=378.2N 5.2.3 夾緊力的計算 為了防止工件在受到夾緊力時產生變形，本次設計采用壓板對YH30型減速箱底座進行夾緊，這樣可以避免因夾緊力過大而使工件變形。 查《機床夾具設計手冊》，壓板的計算公式為： (3-4) 式中 ：實際所需夾緊力，N ：夾壓點到軸心線的距離，mm ：壓板的導向長度，mm ：摩擦系數(shù)0.1~0.15 ：彈簧作用力，N 由于本次設計工件的定位方式為一面兩銷，查《機床夾具設計手冊》，為防止工件在切削力F作用下移動所需的加緊力為： (3-5) 式中 ：圓柱銷允許承受的部分切屑力對精加工：； 對粗加工： ：摩擦系數(shù)，見表3-1 ：安全系數(shù)，，其中為各種因素的安全系數(shù)，見表3-2及表3-3。 表5-1 摩擦系數(shù) 摩 擦 系 數(shù) μ 工件為加工過的表面 0.16 工件為未加工過的毛坯表面（鑄、鍛件），固定支承為球面 0.2~0.25 夾緊元件和支承表面有齒紋，并在較大的相互作用力下工作 0.70 用卡盤或彈簧夾頭夾緊，其夾爪為： 光滑表面 溝槽與切削力方向一直 溝槽相互垂直 齒紋表面 0.16~0.18 0.30~0.40 0.40~0.50 0.70~1.0 表 4-2 安全系數(shù)的數(shù)值 符號 考慮因素 系數(shù)值 考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù) 1.2~1.5 加工性質 粗加工 1.2 精加工 1.0 刀具鈍化程度（詳見表3-2） 1.0~1.9 切削特點 連續(xù)加工 1.0 斷續(xù)加工 1.2 加緊力的穩(wěn)定性 手動夾緊 1.3 機動夾緊 1.0 續(xù)表3-2 符號 考慮因素 系數(shù)值 手動加緊時的手柄位置 操作方便 1.0 操作不便 1.2 僅有力矩作用于工件時與支承面接觸情況 接觸點穩(wěn)定 1.0 接觸點不穩(wěn)定 1.5 表4-3 安全系數(shù)(刀具鈍化程度) 加工方法 切削分力情況 鑄 鐵 鋼 鏜 削 T 1.15 1.15 1.0 1.0 粗擴(毛坯) T 1.3 1.3 1.2 1.2 精 擴 T 1.2 1.2 1.2 1.2 粗車或粗鏜 1.0 1.0 1.2 1.4 1.25 1.6 精車或精鏜 1.05 1.0 1.4 1.05 1.3 1.0 圓周洗削（粗、精） 1.2~1.4 1.6~1.8（含炭量小于0.3%） 1.2~1.4（含炭量小于0.3%） 端面洗削（粗、精） 1.2~1.4 1.6~1.8（含炭量小于0.3%） 1.2~1.4（含炭量小于0.3%） 磨 削 — 1.15~1.2 拉 削 — 1.5 則 =1.4×1.0×1.05×1.0×1.0×1.0×1.0=1.47 =5569.1N =1.4×1.0×1.4×1.0×1.0×1.0×1.0=1.96 =6133.8N =1.4×1.0×1.3×1.0×1.0×1.0×1.0=1.82 =3441.6N 取最大值進行壓板夾緊力的計算。 ==7867.2N 第6章 對刀及引導裝置設計 第6章 對刀及引導裝置設計 引導裝置在鏜、鏜類機床上加工孔和孔系時對刀具進行導向，引導元件主要有鏜套和鏜套。借助于引導元件可提高被加工孔的幾何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。 本次設計的YH30型減速箱鏜孔夾具，引導元件采用的是鏜套。 6.1 鏜套的類別 常用的鏜套結構形式有以下兩類：一類是固定式鏜套。固定式鏜套的結構和鏜套基本相似，固定在鏜模支架上而不能隨著鏜桿一起轉動，因此鏜桿和鏜套之間有相對運動，存在摩擦。固定式鏜套外形尺寸下、結構接湊、制造簡單、容易保證鏜套中心位置的準確度。另一類是回轉式鏜套?；剞D式鏜套在鏜孔過程中是隨著鏜桿一起轉動的，所以鏜桿與鏜套之間無相對轉動，只有相對移動。當高速鏜孔時，可以避免鏜桿與鏜套發(fā)熱而咬死，而且改善了鏜桿的磨損狀況。 6.2 鏜套的設計 本次設計所要加工的孔系。對孔加工時才采用固定鏜套，其結構形式見圖6-1.對孔加工時采用回轉鏜套，其結構形式見圖6-2。對于孔加工時鏜套的結構形式與圖6-2一樣，這里就不在表示。 圖6-1 固定鏜套 第7章 夾具體的設計 第7章 夾具體的設計 夾具體是將夾具上的各種裝置和元件連接成一個整體的最大、最復雜的基礎件。夾具體的形狀和尺寸取決于夾具上各種裝置的布置以及夾具與機床的連接，而且在工件的加工過程中，夾具還應承受夾緊力、切削力以及由此產生的沖擊和振動，因此夾具體必須具有必要的強度和剛度。 7.1 夾具體設計的基本要求 夾具體是夾具的基礎件，設計時應滿足一下要求。 (1) 應有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性。 (2) 應有足夠的強度和剛度。 (3) 應有良好的結構工藝性和使用性。 (4) 應便于排屑切屑。 (5) 在機床上的安裝應穩(wěn)定可靠。 7.2 夾具體毛坯的類型 夾具體毛坯可以分為四類：1、鑄造夾具體，其優(yōu)點是可鑄出各種復雜形狀，工藝性好，并且具有較好的抗壓強度、剛度和抗振性，如圖7-1a所示；2、焊接夾具體，其優(yōu)點是容易制造，生產周期短，成本低，重量較輕，如圖7-1b所示；3、鍛造夾具體，適用于形狀簡單、尺寸不大、要求強度和剛度大的場合，如圖7-1c所示；4、裝配夾具體，其優(yōu)點是制造成本低、周期短、精度穩(wěn)定，有利于標準化和系列化，如圖7-1d所示。 a b c d 圖 7-1 夾具體毛坯的