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中國(guó).北京.2006.10.9-15
2006年電氣和電子工程師協(xié)會(huì)/型鋼的會(huì)議錄
討論智能機(jī)器人和操作系統(tǒng)的國(guó)際會(huì)議
新穎的夾具設(shè)計(jì)和基于虛擬現(xiàn)實(shí)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(guó).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(gè)方面，這篇論文討論的是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)模塊化裝配設(shè)計(jì)的作用。對(duì)于虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)，論文提出了設(shè)計(jì)方法，這種方法可以幫助設(shè)計(jì)師，使他們的設(shè)計(jì)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(jì)和裝配過(guò)程中操縱虛擬模型。此外，人們正在討論如何實(shí)施在加工仿真生產(chǎn)經(jīng)行檢測(cè)，最后，案例研究證明了該系統(tǒng)的功能。與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相比，論文中還為模塊化裝配提出了一個(gè)合理的便攜式解決方案設(shè)計(jì)。
指數(shù)計(jì)算—組合夾具，桌面虛擬現(xiàn)實(shí)，裝配設(shè)計(jì)，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(gè)重要方面，準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)夾具對(duì)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(gè)加工過(guò)程中的工件【1】。一般來(lái)講，夾具設(shè)計(jì)者通過(guò)經(jīng)驗(yàn)或反復(fù)試驗(yàn)的方法就能確定夾具計(jì)劃是不是合適。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)已在組合夾具設(shè)計(jì)領(lǐng)域普遍應(yīng)用。
一般情況下，與夾具設(shè)計(jì)相關(guān)的活動(dòng)，即裝配刨，夾具元件設(shè)計(jì)，夾具布局設(shè)計(jì)，是在機(jī)床發(fā)展的下游才會(huì)去考慮。這些古老的做法對(duì)銜接設(shè)計(jì)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(cè)的一系列功能。這就導(dǎo)致了在夾具設(shè)計(jì)和制造之間產(chǎn)生了一個(gè)缺口，這個(gè)缺口使得人們不能在設(shè)計(jì)階段【2】考慮刀具路徑。因此，在制造設(shè)計(jì)中，人們重新設(shè)計(jì)也無(wú)法避免刀具被夾具元件妨礙的問(wèn)題。所以，為了把機(jī)系列夾具領(lǐng)入柔性制造的舞臺(tái)，更系統(tǒng)，更自然的設(shè)計(jì)環(huán)境是人們必須去研究的。
一個(gè)綜合的，立體的，互動(dòng)的環(huán)境通常由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在數(shù)十年之內(nèi)【4】，虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)也有很大的應(yīng)用潛力，它可以在實(shí)際生產(chǎn)之前解決很多問(wèn)題，從而避免出現(xiàn)一些代價(jià)高昂的錯(cuò)誤。在過(guò)去的十年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不同的工程中的應(yīng)用提供了推動(dòng)作用，例如產(chǎn)品設(shè)計(jì)【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(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的模塊化夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)（VMJFDS）。第一步就是為模塊化設(shè)計(jì)裝置制定一個(gè)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(jì)夾具方面是有優(yōu)勢(shì)的，它可以在使用條件，縮短交貨時(shí)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(shí)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(gè)擬議模塊的設(shè)計(jì)，即圖形界面（GUI），虛擬環(huán)境（VE）和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。對(duì)于任何一個(gè)模塊，某種功能要求由一組對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這篇論文中，詳細(xì)的對(duì)象設(shè)計(jì)和實(shí)施都省略了。相反，這三個(gè)模塊的概簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：
1） 圖形界面（GUI）：大體上說(shuō)圖形用戶界面是一個(gè)友好界面，它用于整合虛擬環(huán)境，組合夾具設(shè)計(jì)。
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(jì)環(huán)境和加工仿真環(huán)境。用戶選擇適當(dāng)?shù)脑堰@些元件寫(xiě)在裝配設(shè)計(jì)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(lái)，人們就能把選中的元件逐個(gè)的組合起來(lái)。
圖1，概述基于組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)
3） 數(shù)據(jù)庫(kù)：數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)和一些典型的例子。如圖1所示，顯示了5個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中知識(shí)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(jì)的原則。
Ⅲ. 程序化組合夾具設(shè)計(jì)
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(jì)程序。除了三維技術(shù)的深入，用戶擁有和真實(shí)世界一樣的操作感覺(jué)，這個(gè)過(guò)程還有情報(bào)功能。在設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)例推理（CBR）和常規(guī)推理（RBR）。此外，相關(guān)知識(shí)和規(guī)則作為幫助頁(yè)面展現(xiàn)給用戶，用戶就可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中輕松瀏覽了。
概述組合夾具設(shè)計(jì)過(guò)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(gè)步驟中，首先用戶決定了夾具計(jì)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(gè)案，以及他們的夾具計(jì)劃將通過(guò)自動(dòng)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(diǎn)。在這這項(xiàng)任務(wù)中，計(jì)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(jì)階段。在這個(gè)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(diǎn)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(dòng)提交給用戶，這些都將有助于為用戶服務(wù)。經(jīng)過(guò)規(guī)劃和夾具元件選擇這個(gè)設(shè)計(jì)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(jì)。
當(dāng)外形裝配完成，在加工范圍內(nèi)對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢查和評(píng)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(píng)價(jià)。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(shí)的交互檢測(cè)。夾具評(píng)價(jià)是將檢查和評(píng)估設(shè)計(jì)的結(jié)果。最后，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是在很自然的方式下進(jìn)行，這都得益于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。此外，展示的內(nèi)容和知識(shí)可以告訴用戶怎樣才能選擇最好的設(shè)計(jì)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(lái)的一個(gè)功能是為了在基板和工件【11】之間創(chuàng)造連接點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，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(gè)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(gè)或多個(gè)元件組成，其中只有一個(gè)元件作為一個(gè)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(guò)分析模塊化裝置的實(shí)際應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)，模塊化裝置通過(guò)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(lái)。
圖 2，擬議組合夾具系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
b.在虛擬現(xiàn)實(shí)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(wàn)計(jì)的幾何多邊形圖元，這是很正常的。在過(guò)去的幾年中，若干個(gè)模型計(jì)劃，例如作為BSP樹(shù)[10]和八叉樹(shù)，已提議組成多邊形模型。然而，模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，相互作用的影響,現(xiàn)場(chǎng)也是動(dòng)態(tài)變化。例如，在設(shè)計(jì)過(guò)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(gè)靜態(tài)的畫(huà)面，如BSP樹(shù)，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(huì)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(gè)層次化結(jié)構(gòu)和基于約束的數(shù)據(jù)模型，實(shí)時(shí)可視化和精確的3D操縱的虛擬環(huán)境。
圖4所示，在高級(jí)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(jí)別模型為代表的信息可分為兩種類型，即組件對(duì)象和裝配關(guān)系。組件對(duì)象可以是一個(gè)組件或一個(gè)部分。一個(gè)組件包括各個(gè)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(lái)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(gè)模型中，只考慮兩個(gè)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(gè)元素之間的功能關(guān)系。
低級(jí)別的多邊形基礎(chǔ)模型對(duì)應(yīng)以上兩個(gè)級(jí)別的模型：實(shí)時(shí)可視化和層次模型。它描述了以一個(gè)相互聯(lián)系的三角曲面網(wǎng)格作為整個(gè)表面，更多關(guān)于如何將一個(gè)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(shí)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(huì)丟失。為了避免這些問(wèn)題出現(xiàn)，本節(jié)我們將討論夾具元件建模的計(jì)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(jì)劃夾具設(shè)計(jì)完之后，接下來(lái)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(gè)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(gè)夾具的屬性，這個(gè)屬性提供相關(guān)的確切信息來(lái)保證夾具的模塊化設(shè)計(jì)和組裝/拆卸。以下八個(gè)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(duì)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(kù)中都用幾何模型記錄下來(lái)。當(dāng)一個(gè)元件和另一個(gè)元件組裝起來(lái)時(shí)候的，檢索出來(lái)的交配功能信息可以決定兩個(gè)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(chǎng)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。基于這些交配關(guān)系，我們可以推斷，任何兩個(gè)元件夾具可能的裝配關(guān)系。
2）裝配關(guān)系的推理
一般來(lái)說(shuō)，兩個(gè)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(gè)基本交配關(guān)系。因此，通過(guò)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(kù)中（ARDB）。
然而，當(dāng)夾具復(fù)雜，復(fù)合夾具元件的數(shù)量多時(shí)，要花費(fèi)很多時(shí)間來(lái)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(duì)。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(duì)不能將他們組裝在一起。在這個(gè)階段，人們利用一些規(guī)則來(lái)尋找可能的元件組裝對(duì)。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(lái)。在這些關(guān)系的基礎(chǔ)上，人們可以把單個(gè)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(dòng)裝配的操作。單一的裝配過(guò)程如圖5所示，并介紹了兩個(gè)簡(jiǎn)單的部件裝配如圖6所示。
一般來(lái)說(shuō)，裝配操作過(guò)程分為三個(gè)步驟，即裝配關(guān)系的認(rèn)識(shí)，
約束的分析和應(yīng)用，基于約束的議案。
首先，技師選擇一個(gè)元件，將它移動(dòng)給組裝組件。在移動(dòng)過(guò)程中，一旦推理組裝和組裝組件的被檢測(cè)到，推斷特征就能選中了。如果這兩個(gè)特征是在ARDB數(shù)據(jù)庫(kù)中的儲(chǔ)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(lái)分析和解決問(wèn)題，這是為了平移調(diào)整組裝元件的方向，以滿足這兩個(gè)組件的位置關(guān)系，以及應(yīng)用新的約束來(lái)組裝元件。當(dāng)應(yīng)用了新的約束，對(duì)裝配元件的運(yùn)動(dòng)將被映射到一個(gè)約束空間。這樣做的目的，可以通過(guò)3D移動(dòng)數(shù)據(jù)，把物體的輸入裝置轉(zhuǎn)換成允許的移動(dòng)?；诩s束的運(yùn)動(dòng)不但保證了組件的可獲得確切位置，而且還保證了在將來(lái)的運(yùn)動(dòng)中，現(xiàn)有的約束不會(huì)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(guò)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(dòng)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(dòng)態(tài)交互是指參考夾具的相互作用，它發(fā)生在一個(gè)單一的工具和操作時(shí)的夾具用在切割過(guò)程中操作可能會(huì)發(fā)生碰撞。
一般來(lái)說(shuō)，加工過(guò)程和刀具路徑等方面是沒(méi)有考慮在夾具設(shè)計(jì)階段的。因此，這些相互作用可能常常發(fā)生在實(shí)際制造過(guò)程中。所以，機(jī)械師們必須花很多時(shí)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(jì)，這是繁瑣和昂貴工程。
b. 干擾檢測(cè)
但是目前的商業(yè)軟件，如VERICUT軟件，在實(shí)際加工
工件之前，這些軟件可以模擬數(shù)控加工來(lái)檢測(cè)刀具路徑錯(cuò)誤和低效率的運(yùn)動(dòng)。在部分編程階段，它可用于避免一些錯(cuò)誤，如損壞燈具，打斷刀具，或撞毀機(jī)器等. 然而，這些軟件價(jià)格昂貴，而且面向數(shù)控編程，不適合的夾具設(shè)計(jì)。在夾具的設(shè)計(jì)階段，應(yīng)確保避免相關(guān)的夾具之間的相互作用。在這個(gè)
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(shí)別，讓用戶來(lái)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(tái)上組裝工件和安裝夾具組件，正如加工工程師做的實(shí)際的網(wǎng)站上一樣。在安裝過(guò)程，組件和夾具工件移動(dòng)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(duì)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(dòng)是在CAM系統(tǒng)中，根據(jù)模擬生成的刀具路徑。對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，穩(wěn)固，動(dòng)態(tài)，優(yōu)越的三維圖形允許刀具運(yùn)動(dòng)在屏幕上可視化的表現(xiàn)出來(lái)。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(gè)案研究
A. 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)接口
為了裝備最后的部分，夾具設(shè)計(jì)工程師用一個(gè)自然界面來(lái)實(shí)現(xiàn)更有效的設(shè)計(jì)。在圖形用戶界面參考了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件，通過(guò)隱藏窗口的大多數(shù)內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的。在圖形用戶界面（圖7）包括虛擬現(xiàn)實(shí)顯示一個(gè)主窗口，一個(gè)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(pán)輸入通過(guò)實(shí)現(xiàn)。該工具欄為開(kāi)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(jì)系統(tǒng)
B 研究案例
在模塊化夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用一個(gè)個(gè)例完美的闡述。工件加工過(guò)程如圖 6。面銑刀在頂面執(zhí)行，隨后就完成了來(lái)那個(gè)臺(tái)階孔。為了工件步驟和指導(dǎo)步驟，用戶設(shè)計(jì)了這是一個(gè)模塊化的夾具系統(tǒng)。該夾具規(guī)劃模塊已應(yīng)用于一個(gè)可行的設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)模塊中，定位，夾緊和支持的面，以及定位，支持和夾緊點(diǎn)，則取決于相應(yīng)的的知識(shí)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(diǎn)的空間要求。當(dāng)完成后，用戶移動(dòng)到裝配設(shè)計(jì)區(qū)域，把選定的元素放在在書(shū)桌上，如圖所示 8（a）。下一個(gè)的任務(wù)是選定元件來(lái)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(xiàng)，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(cè)。如圖9（a）和圖9（b）項(xiàng)所示，夾具系統(tǒng)的構(gòu)建安裝在一臺(tái)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(duì)于組合夾具的設(shè)計(jì)制造，我們已經(jīng)提出并制定了桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境 。提供了該建議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，即裝配設(shè)計(jì)環(huán)境和加工仿真環(huán)境的設(shè)計(jì)。通過(guò)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(shí)模型中操作，實(shí)現(xiàn)組合夾具設(shè)計(jì)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(shí)系統(tǒng)中的裝配操作過(guò)程的。加工制造業(yè)的模擬檢查中，使用該方法。最后一個(gè)案例研究的提出，用來(lái)說(shuō)明我們的集成系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
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2003。
【5】 Kan H.Y, Duffy V.G，“互聯(lián)網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實(shí)協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效益”，“在工業(yè)計(jì)算機(jī)。v 45，n2，2001年6月， 第197-213頁(yè)。
【6】 Jayaram Sankar,，“VADE：虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境”，IEEE計(jì)算機(jī)圖形和應(yīng)用，6（19），1999年，第44 - 50頁(yè)。
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【11】 Yong Bai, Rong Y.，“，模塊化建模和裝配夾具元件關(guān)系的分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)“工程設(shè)計(jì)與自動(dòng)化，4（2），1998年，第147-162頁(yè)。
【12】 Ram Anantha，, Glenn A. Krammer and Richard H. Crawford，“幾何約束裝配建?！?，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，28（9），1996，第707 - 722頁(yè)。
零 件 號(hào)
材料
HT120
編制
日期
機(jī)械加工工藝過(guò)程綜合卡片
零件名稱
齒輪軸承座
毛坯重量
指導(dǎo)
生產(chǎn)類型
批量
毛坯種類
鑄件
審核
工序
安裝工位
工步
工 序 說(shuō) 明
工序簡(jiǎn)圖
機(jī)床
夾具或輔助工具
刀具
量具
走刀次數(shù)
走刀長(zhǎng)度(mm)
切削深度(mm)
進(jìn)給量(mm/r)
主軸轉(zhuǎn)數(shù)(r/min)
切削速度(m/min)
工時(shí)定額(min)
基本時(shí)間
輔助時(shí)間
服務(wù)時(shí)間
1
2
1
1
1
鑄造
時(shí)效處理
3
1
以φ100和φ87外圓作為定位基準(zhǔn)，銑Φ87上端面
立式銑床X51
專用夾具
端銑刀
卡尺
1
87
3
0.2
500
136
0.99
4
1
以φ100和φ87外圓和一側(cè)面作為定位基準(zhǔn)，銑底端面
立式銑床X51
專用夾具
端銑刀
卡尺
1
317
3
0.4
600
263.7
2.74
5
1
1
以加工過(guò)的底端面φ100和φ87外圓作為定位基準(zhǔn)，
鉆，擴(kuò)，鉸Φ52孔
立式鉆床Z525
專用夾具
麻花鉆，擴(kuò)孔鉆，鉸刀
卡尺
1
1
1
100
100
100
3
3
3
0.32
0.57
0.35
200
68
200
32
11
9.33
1.75
1.81
1.6
6
1
1
以加工過(guò)的Φ52孔，φ87端面，底端面和一側(cè)面作為定位基準(zhǔn)，
銑Φ100端面
立式銑床
X51
專用夾具
端銑刀
卡尺
1
100
3
0.2
750
235.5
0.75
7
1
1
以加工過(guò)的Φ52孔，φ87端面，底端面和一側(cè)面作為定位基準(zhǔn)，
鏜Φ80孔
臥式鏜床T716
專用夾具
彎頭鏜刀
卡板
1
20
3
0.5
1800
80
0.01
8
1
1
以加工后的φ52和Φ80孔內(nèi)孔及其端面作為定位基準(zhǔn)，采用一面兩銷定位，
銑70x140端面
立式銑床X51
專用夾具
端銑刀
卡尺
1
140
3
0.4
800
175.8
0.76
9
1
以加工后的φ52和Φ80孔內(nèi)孔及其端面作為定位基準(zhǔn)，采用一面兩銷定位，
鉆Φ87上端面3-M12螺紋孔
立式鉆床Z525
專用夾具
麻花鉆
絲錐
卡尺
1
1
16
12
3
3
0.28
1.25
500
275
15.7
6.8
0.157
0.052
10
1
1
以加工后的φ52和Φ80孔內(nèi)孔及其端面作為定位基準(zhǔn)，采用一面兩銷定位，
鉆Φ87下端面3-M12螺紋孔
立式鉆床Z525
專用夾具
麻花鉆，絲錐
卡尺
1
1
16
12
3
3
0.28
1.25
500
275
15.7
6.8
0.157
0.052
11
1
1
檢驗(yàn)
機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
齒輪軸承座
零件名稱
齒輪軸承座
共
1
頁(yè)
第
1
頁(yè)
材 料 牌 號(hào)
45
毛 坯 種 類
鍛件
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
1
每 臺(tái) 件 數(shù)
備 注
工
序
號(hào)
工 名
序 稱
工 序 內(nèi) 容
車(chē)
間
工
段
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工 時(shí)
準(zhǔn)終
單件
1
鑄造
鑄造
2
時(shí)效處理
時(shí)效處理
3
銑
銑Φ87上端面
X51
專用夾具，端銑刀，游標(biāo)卡尺
4
銑
銑底端面
X51
專用夾具，端銑刀，游標(biāo)卡尺
5
鉆
鉆，擴(kuò)，鉸Φ52孔
Z525
專用夾具，麻花鉆，擴(kuò)孔鉆，鉸刀，游標(biāo)卡尺
6
銑
銑Φ100端面
X51
專用夾具，端銑刀，游標(biāo)卡尺
7
鏜
鏜Φ80孔
T716
專用夾具，彎頭鏜刀，游標(biāo)卡尺
8
銑
銑70x140端面
X51
專用夾具，端銑刀，游標(biāo)卡尺
9
鉆
鉆Φ87上端面3-M12螺紋孔
Z525
專用夾具，麻花鉆，絲錐，螺紋量規(guī)，游標(biāo)卡尺
10
鉆
鉆Φ87下端面3-M12螺紋孔
Z525
專用夾具，麻花鉆，絲錐，螺紋量規(guī)，游標(biāo)卡尺
11
檢驗(yàn)
檢驗(yàn)，入庫(kù)
設(shè) 計(jì)（日 期）
校 對(duì)（日期）
審 核（日期）
標(biāo)準(zhǔn)化（日期）
會(huì) 簽（日期）
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽 字
日 期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽 字
日 期
目 錄
序言…………………………………………………………………1
一. 零件分析 ……………………………………………………2
1.1 零件作用 ………………………………………………2
1.2零件的工藝分析 …………………………………………2
二. 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)…………………………………………………3
2.1確定毛坯的制造形式 ……………………………………4
2.2基面的選擇傳 ……………………………………………5
2.3制定工藝路線 ……………………………………………5
2.4機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 …………6
2.5確定切削用量及基本工時(shí)………………………………14
三 夾具設(shè)計(jì)……………………………………………………15
3.1問(wèn)題的提出………………………………………………15
3.2定位基準(zhǔn)的選擇…………………………………………15
3.3切削力及夾緊力計(jì)算……………………………………16
3.4定位誤差分析……………………………………………17
3.5夾具設(shè)計(jì)及簡(jiǎn)要操作說(shuō)明………………………………18
總 結(jié)………………………………………………………………19
致 謝………………………………………………………………22
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………23
機(jī) 械 制 造 技 術(shù) 基 礎(chǔ)
課 程 設(shè) 計(jì)
題 目：齒輪軸承座零件的工藝規(guī)程及銑底端面夾具設(shè)計(jì)
班 級(jí)：機(jī)械工程及其自動(dòng)化
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期：2010年 6 月30日
摘 要
本次設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及了機(jī)械制造工藝及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)、金屬切削機(jī)床、公差配合與測(cè)量等多方面的知識(shí)。
齒輪軸承座零件的工藝規(guī)程及銑底端面夾具設(shè)計(jì)是包括零件加工的工藝設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)以及專用夾具的設(shè)計(jì)三部分。在工藝設(shè)計(jì)中要首先對(duì)零件進(jìn)行分析，了解零件的工藝再設(shè)計(jì)出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出零件的工藝路線；接著對(duì)零件各個(gè)工步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算，關(guān)鍵是決定出各個(gè)工序的工藝裝備及切削用量；然后進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)，選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個(gè)組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件；計(jì)算出夾具定位時(shí)產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計(jì)中注意改進(jìn)。
關(guān)鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。
ABSTRCT
This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.
The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.
Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error
目 錄
序言…………………………………………………………………1
一. 零件分析 ……………………………………………………2
1.1 零件作用 ………………………………………………2
1.2零件的工藝分析 …………………………………………2
二. 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)…………………………………………………3
2.1確定毛坯的制造形式 ……………………………………4
2.2基面的選擇傳 ……………………………………………5
2.3制定工藝路線 ……………………………………………5
2.4機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 …………6
2.5確定切削用量及基本工時(shí)………………………………14
三 夾具設(shè)計(jì)……………………………………………………15
3.1問(wèn)題的提出………………………………………………15
3.2定位基準(zhǔn)的選擇…………………………………………15
3.3切削力及夾緊力計(jì)算……………………………………16
3.4定位誤差分析……………………………………………17
3.5夾具設(shè)計(jì)及簡(jiǎn)要操作說(shuō)明………………………………18
總 結(jié)………………………………………………………………19
致 謝………………………………………………………………22
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………23
序 言
機(jī)械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機(jī)械裝備的行業(yè)。機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會(huì)上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開(kāi)制造業(yè)，因此制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè)，是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講，機(jī)械制造水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。
齒輪軸承座零件的工藝規(guī)程及銑底端面夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械工程材料等進(jìn)行課程設(shè)計(jì)之后的下一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。正確地解決一個(gè)零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問(wèn)題，并設(shè)計(jì)出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計(jì)。
本次設(shè)計(jì)水平有限，其中難免有缺點(diǎn)錯(cuò)誤，敬請(qǐng)老師們批評(píng)指正。
一、 零件的分析
1.1 零件的作用
齒輪軸承座零件作用，待查
1.2 零件的工藝分析
齒輪軸承座有2個(gè)加工面他們相互之間沒(méi)有任何位置度要求。
1：以底端面為基準(zhǔn)的加工面，這組加工的主要是銑Φ100端面和鉆，擴(kuò)，鉸Φ52孔。
2：以Φ52孔為基準(zhǔn)的加工面，這組加工面主要是各個(gè)孔端面及其螺紋孔。
二. 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為HT120，考慮到運(yùn)行時(shí)經(jīng)常需要掛倒檔以倒行或輔助轉(zhuǎn)向，因此零件在工作過(guò)程中經(jīng)常受到?jīng)_擊性載荷，采用這種材料零件的強(qiáng)度也能保證。由于零件成批生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，選用砂型鑄造，采用機(jī)械翻砂造型，鑄造精度為2級(jí)，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產(chǎn)率和保證加工精度上考慮也是應(yīng)該的。
2.2 基面的選擇
粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：
（1）粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準(zhǔn)。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個(gè)不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。以求壁厚均勻、外形對(duì)稱、少裝夾等。
（2） 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。例如：機(jī)床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時(shí)選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床身的底面，再以底面作為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細(xì)致的組織，以增加耐磨性。
（3） 應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。
（4） 應(yīng)盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證定位準(zhǔn)確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準(zhǔn)，必要時(shí)需經(jīng)初加工。
（5） 粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，因?yàn)榇只鶞?zhǔn)的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。
基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，他對(duì)零件的生產(chǎn)是非常重要的。先選取底端面作為定位基準(zhǔn)，。
精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)滿足以下原則：
（1）“基準(zhǔn)重合”原則 應(yīng)盡量選擇加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，避免基準(zhǔn)不重合引起的誤差。
（2）“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則 盡可能在多數(shù)工序中采用同一組精基準(zhǔn)定位，以保證各表面的位置精度，避免因基準(zhǔn)變換產(chǎn)生的誤差，簡(jiǎn)化夾具設(shè)計(jì)與制造。
（3）“自為基準(zhǔn)”原則 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均勻，應(yīng)選擇該加工表面本身為精基準(zhǔn)，該表面與其他表面之間的位置精度由先行工序保證。
（4）“互為基準(zhǔn)”原則 當(dāng)兩個(gè)表面相互位置精度及自身尺寸、形狀精度都要求較高時(shí)，可采用“互為基準(zhǔn)”方法，反復(fù)加工。
（5）所選的精基準(zhǔn) 應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、夾緊可靠、夾具簡(jiǎn)單、操作方便。
以已經(jīng)加工好的Φ52孔和端面為定位精基準(zhǔn)，加工其它表面及孔。主要考慮精基準(zhǔn)重合的問(wèn)題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合的時(shí)候，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要進(jìn)行專門(mén)的計(jì)算，在此不再重復(fù)。
2.3 制定工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能型機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中在提高生產(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)成本盡量降下來(lái)。
制定以下兩種工藝方案：
方案一
1
鑄造
鑄造
2
時(shí)效處理
時(shí)效處理
3
銑
銑Φ87上端面
4
銑
銑底端面
5
鉆
鉆，擴(kuò)，鉸Φ52孔
6
銑
銑Φ100端面
7
鏜
鏜Φ80孔
8
銑
銑70x140端面
9
鉆
鉆Φ87上端面3-M12螺紋孔
10
鉆
鉆Φ87下端面3-M12螺紋孔
11
檢驗(yàn)
檢驗(yàn)，入庫(kù)
方案二
1
鑄造
鑄造
2
時(shí)效處理
時(shí)效處理
3
銑
銑Φ87上端面
4
銑
銑底端面
5
鉆
鉆Φ52孔
6
銑
銑Φ100端面
7
鏜
鏜Φ80孔
8
銑
銑70x140端面
9
鉆
鉆Φ87上端面3-M12螺紋孔
10
鉆
鉆Φ87下端面3-M12螺紋孔
11
檢驗(yàn)
檢驗(yàn)，入庫(kù)
工藝方案一和方案二的區(qū)別在于方案一鉆，擴(kuò)，鉸Φ52孔，因?yàn)棣?2孔的粗糙度1.6，精度要求比較高，需要經(jīng)過(guò)鉆，擴(kuò)，鉸才能保證加工精度要求，有利用后面工序加工的時(shí)候利用鉆擴(kuò)鉸后的Φ52孔定位，這樣能能更好地保證工件鉆孔時(shí)的位置度要求，而方案二只有鉆Φ52孔這一工步，很難保證加工精度要求，綜合考慮我們選擇方案一。
具體的加工路線如下：
1
鑄造
鑄造
2
時(shí)效處理
時(shí)效處理
3
銑
銑Φ87上端面
4
銑
銑底端面
5
鉆
鉆，擴(kuò)，鉸Φ52孔
6
銑
銑Φ100端面
7
鏜
鏜Φ80孔
8
銑
銑70x140端面
9
鉆
鉆Φ87上端面3-M12螺紋孔
10
鉆
鉆Φ87下端面3-M12螺紋孔
11
檢驗(yàn)
檢驗(yàn)，入庫(kù)
2.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
零件材料為HT120。
生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用砂型機(jī)鑄造毛坯。
1、 不加工表面毛坯尺寸
不加工表面毛坯按照零件圖給定尺寸為自由度公差，由鑄造可直接獲得。
2、 底端面
由于底面要與其他接觸面接觸，同時(shí)又是Φ52孔的中心線的基準(zhǔn)。粗糙度要求為3.2，查相關(guān)資料知余量留2比較合適。
3、孔
毛坯為空心，鑄造出孔?？椎木纫蠼橛贗T7—IT8之間，參照參數(shù)文獻(xiàn)，確定工藝尺寸余量為2mm
2.5 確定切削用量及基本工時(shí)
工序1：鑄造
工序2：時(shí)效處理
工序3：銑Φ87上端面
1. 選擇刀具
刀具選取端銑刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 決定銑削用量
1） 決定銑削深度
因?yàn)榧庸び嗔坎淮?，一次加工完?
2） 決定每次進(jìn)給量及切削速度
根據(jù)X51型銑床說(shuō)明書(shū)，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。
根據(jù)表查出 ，則
按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選?。?00
當(dāng)＝500r/min時(shí)
按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取
3） 計(jì)算工時(shí)
切削工時(shí)：，，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工序4：銑底端面
1. 選擇刀具
刀具選取不重磨損硬質(zhì)合金套式面銑刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 決定銑削用量
4） 決定銑削深度
因?yàn)榧庸び嗔坎淮?，故可在一次走刀?nèi)銑完，則
5） 決定每次進(jìn)給量及切削速度
根據(jù)X51型銑床說(shuō)明書(shū)，其功率為為6kw，中等系統(tǒng)剛度。
根據(jù)表查出 ，則
按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選?。?00
當(dāng)＝600r/min時(shí)
按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取
6） 計(jì)算工時(shí)
切削工時(shí)：l=317 ，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工序5：鉆，擴(kuò)，鉸Φ52孔
工步1：鉆孔至φ51
確定進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)Ⅳ表2-7，當(dāng)鋼的，時(shí)，。由于本零件在加工Φ51孔時(shí)屬于低剛度零件，故進(jìn)給量應(yīng)乘以系數(shù)0.75，則
根據(jù)Z525機(jī)床說(shuō)明書(shū)，現(xiàn)取
切削速度：根據(jù)參考文獻(xiàn)Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度所以
根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)，取，故實(shí)際切削速度為
切削工時(shí)：，，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工步:2：擴(kuò)孔
利用鉆頭將孔擴(kuò)大至，根據(jù)有關(guān)手冊(cè)規(guī)定，擴(kuò)鉆的切削用量可根據(jù)鉆孔的切削用量選取
根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)，選取
則主軸轉(zhuǎn)速為，并按車(chē)床說(shuō)明書(shū)取，實(shí)際切削速度為
切削工時(shí)：，，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工步3：鉸孔
根據(jù)參考文獻(xiàn)Ⅳ表2-25，，，得
查參考文獻(xiàn)Ⅴ表4.2-2，按機(jī)床實(shí)際進(jìn)給量和實(shí)際轉(zhuǎn)速，取，，實(shí)際切削速度。
切削工時(shí)：，，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工序6：銑Φ100端面
1. 選擇刀具
刀具選取端銑刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 決定銑削用量
7） 決定銑削深度
因?yàn)榧庸び嗔坎淮?，一次加工完?
8） 決定每次進(jìn)給量及切削速度
根據(jù)X51型銑床說(shuō)明書(shū)，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。
根據(jù)表查出 ，則
按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選?。?50
當(dāng)＝750r/min時(shí)
按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取
9） 計(jì)算工時(shí)
切削工時(shí)：，，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工序7：鏜φ80孔
切削用量：ap=3 毛坯孔徑d=80
由表8.2-1得：f=0.5 m/r v=80 m/r
則n=318V/D=1817m/r
取D=1800r/min
實(shí)際切削速度
工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量
被切削層長(zhǎng)度
刀具切入長(zhǎng)度
刀具切出長(zhǎng)度 取
行程次數(shù)：
基本工時(shí)，由式（1.5）有：
工序8：銑70x140端面
1. 選擇刀具
刀具選取端銑刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 決定銑削用量
10） 決定銑削深度
因?yàn)榧庸び嗔坎淮螅淮渭庸ね瓿?
11） 決定每次進(jìn)給量及切削速度
根據(jù)X51型銑床說(shuō)明書(shū)，其功率為為6kw，中等系統(tǒng)剛度。
根據(jù)表查出 ，則
按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選?。?00
當(dāng)＝800r/min時(shí)
按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取
12） 計(jì)算工時(shí)
切削工時(shí)：，，，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為
工序9：鉆Φ87上端面3-M12螺紋孔
工步1：鉆M12螺紋底孔Φ10mm
選用高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）
按機(jī)床選取
基本工時(shí)： min
工步2：攻螺紋M12mm
選擇M12mm高速鋼機(jī)用絲錐
等于工件螺紋的螺距，即
按機(jī)床選取
基本工時(shí)：
工序10: 鉆Φ87下端面3-M12螺紋孔
鉆Φ87下端面3-M12螺紋孔切削用量工時(shí)計(jì)算與鉆Φ87上端面3-M12螺紋孔的相同，在此不再累述。
工序11：檢驗(yàn)，入庫(kù)
三、 夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
由指導(dǎo)老師的分配第4道工序的銑底端面的銑床夾具。
3.1問(wèn)題的提出
本夾具主要用于銑底端面，粗糙度3.2，和基準(zhǔn)A有垂直度要求，底端面主要是其他加工面的定位基準(zhǔn)，加工時(shí)主要考慮如何提高生產(chǎn)效率上和精度要求。
3.2定位基準(zhǔn)的選擇
本道工序加工底端面，我們采用已加工 好的Φ87端面和外圓以及Φ100外圓定位，采用活動(dòng)V型塊和固定V型塊定位，再加上擋銷定位，由于銑削力比較大，我們采用可調(diào)節(jié)輔助支撐，使用手柄帶動(dòng)V型塊快速夾緊即可以滿足要求。
定位方案如下：1-1
3.3切削力和夾緊力的計(jì)算
粗銑時(shí)受力最大， 選用高速端面銑刀
刀具：高速鋼端面銑刀，φ140mm。
銑時(shí)的軸向力
查文獻(xiàn)[２]表15-31，
由于工件所受加緊力與切削力方向相互垂直，為防止工件在切削力作用下沿較小平面?zhèn)冗厓A斜，使工件離開(kāi)基面所需的夾緊力
，
摩擦系數(shù)查[4]表3-19，=0.25。
安全系數(shù) ，
式中 K————基本安全系數(shù)1.5；
K————加工狀態(tài)系數(shù)1.2；
K————刀具鈍化系數(shù)1.5，由文獻(xiàn)[4]表3-20查得；
K————切削特點(diǎn)系數(shù)1.0；
K————考慮加緊動(dòng)力穩(wěn)定性系數(shù)1.3。
L=20mm, H=42mm, l=34mm
查文獻(xiàn)[4]表3-26，知手柄用夾緊力，因此選用該手柄夾緊足以滿足加緊要求。
3.4定位誤差分析
夾具的主要定位元件為活動(dòng)V型塊和固定V型塊和擋銷，該V型塊是根據(jù)零件定位方案設(shè)計(jì)的專用件，定位精度較高，同時(shí)銑面時(shí)，面自身沒(méi)有精度要求，因此定位誤差可以不予考慮。
3.5夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
使用V型塊和擋銷，采用手柄快速夾緊，即可指定可靠的卡緊力。同時(shí)我們采用圓形對(duì)刀塊，保證導(dǎo)向的精度，這樣就大大的提高了生產(chǎn)效率，適合于大批量生產(chǎn)。
裝配圖附圖如下：1-2
夾具體如下1-3
總 結(jié)
這次設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)中最重要的一門(mén)科目，它要求我們把大學(xué)里學(xué)到的所有知識(shí)系統(tǒng)的組織起來(lái)，進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際的總體考慮，需把金屬切削原理及刀具、機(jī)床概論、公差與配合、機(jī)械加工質(zhì)量、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝學(xué)等專業(yè)知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。同時(shí)也培養(yǎng)了自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既了解了基本概念、基本理論，又注意了生產(chǎn)實(shí)踐的需要，將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，來(lái)完成本次設(shè)計(jì)。
這次設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),更是在學(xué)完大學(xué)所學(xué)的所有專業(yè)課及生產(chǎn)實(shí)習(xí)的一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合訓(xùn)練。這次設(shè)計(jì)雖然只有三個(gè)月時(shí)間，但在這三個(gè)月時(shí)間中使我對(duì)這次課程設(shè)計(jì)有了很深的體會(huì)。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我以前所掌握的關(guān)于零件加工方面有了更加系統(tǒng)化和深入合理化的掌握。比如參數(shù)的確定、計(jì)算、材料的選取、加工方式的選取、刀具選擇、量具選擇等； 也培養(yǎng)了自己綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)與工藝等方面的知識(shí)； 以及自己獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力得到更進(jìn)一步的鍛煉與提高；再次體會(huì)到理論與實(shí)踐相結(jié)合時(shí)，理論與實(shí)踐也存在差異。
回顧起此次設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到完成定稿，從理論到實(shí)踐，在整整一學(xué)期的日子里，可以說(shuō)學(xué)到了很多很多的的東西，同時(shí)鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正的實(shí)用，在生產(chǎn)過(guò)程中得到應(yīng)用。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題，當(dāng)然也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓自己把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新復(fù)習(xí)了一遍。
這次設(shè)計(jì)雖然順利完成了，也解決了許多問(wèn)題，也碰到了許多問(wèn)題，老師的辛勤指導(dǎo)下，都迎刃而解。同時(shí)，在老師的身上我也學(xué)得到很多額外的知識(shí)，在此我表示深深的感謝！同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位教研室指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！
致 謝
這次設(shè)計(jì)使我收益不小，為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)和良好的基礎(chǔ)。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊(cè)時(shí)，數(shù)據(jù)存在大量的重復(fù)和重疊，由于經(jīng)驗(yàn)不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問(wèn)題，不過(guò)我的指導(dǎo)老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見(jiàn)，在我遇到難題時(shí)給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。
這次設(shè)計(jì)成績(jī)的取得，與指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)是分不開(kāi)的。在此，我衷心感謝我的指導(dǎo)老師，特別是每次都放下她的休息時(shí)間，耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題，她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，她都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個(gè)日日夜夜，她不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，除了敬佩指導(dǎo)老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。
參 考 文 獻(xiàn)
1. 切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè),艾興、肖詩(shī)綱主編,機(jī)械工業(yè)出版社出版，1994年
2.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)，李益民主編，機(jī)械工業(yè)出版社出版，1994年
3.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海工業(yè)大學(xué)主編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版，1983年
4.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)，東北重型機(jī)械學(xué)院、洛陽(yáng)工學(xué)院、一汽制造廠職工大學(xué)編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版，1990年
5.金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1981年10月
6.機(jī)械制造工藝學(xué)，郭宗連、秦寶榮主編，中國(guó)建材工業(yè)出版社出版，1997年
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