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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(hù)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(hù)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(hù)，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(hù)選擇適當(dāng)?shù)脑?，把這些元件寫(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(hù)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(hù)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(hù)，用戶(hù)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(hù)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(hù)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(hù)。一旦選定了要使用的夾具，用戶(hù)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(hù)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(hù)，這些都將有助于為用戶(hù)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(hù)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(lèi)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(zhuān)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(lèi)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(lèi)型。即依賴(lài)關(guān)系，擬合關(guān)系，螺紋嚙合，交叉關(guān)系，和 T型槽配合關(guān)系，如圖 5所示?；谶@些交配關(guān)系，我們可以推斷，任何兩個(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(lèi)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(hù)確認(rèn)。一旦被用戶(hù)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(lèi)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(lèi)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(hù)
識(shí)別，讓用戶(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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)。
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西南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
論文題目
半軸機(jī)械加工工藝及工裝設(shè)計(jì)
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
班級(jí)
下達(dá)日期
學(xué) 號(hào)
姓名
指導(dǎo)教師
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目的、要求：
1、培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，獨(dú)立分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
2、培養(yǎng)收集、查閱、分析各種文獻(xiàn)資料的能力。進(jìn)一步提高計(jì)算、繪圖等技能。
3、學(xué)會(huì)使用工具書(shū)籍，通過(guò)夾具設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。
4、初步掌握機(jī)械制造工藝規(guī)程設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)的基本要求和設(shè)計(jì)方法；掌握設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：
1、 繪制零件圖1張；設(shè)計(jì)夾具2付，繪制夾具圖；設(shè)計(jì)專(zhuān)用組合量具1付。（一部分圖紙必須用計(jì)算機(jī)繪制）。
2、 設(shè)計(jì)機(jī)械加工工藝規(guī)程（生產(chǎn)綱領(lǐng)按成批生產(chǎn)）。
3、 填寫(xiě)工藝過(guò)程卡1份。設(shè)計(jì)4～5道工序的詳細(xì)工序卡。
4、 圖紙總量折合A0號(hào)2～3張；
5、 文獻(xiàn)綜述（3000字以上）；
6、 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（1.5萬(wàn)字以上）和中英文說(shuō)明書(shū)摘要。
7、 英譯漢（3000字以上）。
指導(dǎo)教師簽名： 2004年12月10日
說(shuō)明：1.此表由指導(dǎo)教師完成。原則上用計(jì)算機(jī)打?。ˋ4紙），可在各學(xué)院教學(xué)辦拷貝表格或從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)下載；若用鋼筆填寫(xiě)，必須做到字跡工整、清晰。
2.請(qǐng)將畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)裝訂在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的第一頁(yè)。
西南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科課題（設(shè)計(jì)）論文
半軸機(jī)械加工工藝及工裝設(shè)計(jì)
西南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：
班 級(jí)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
摘要：半軸是汽車(chē)的軸類(lèi)中承受扭矩最大的零件，它是差速器和驅(qū)動(dòng)輪之間傳遞扭矩的實(shí)心軸，其內(nèi)端一般通過(guò)花鍵與半軸齒輪連接，外端與輪轂連接，該零件在機(jī)械設(shè)備中具有傳動(dòng)性，在進(jìn)行半軸的工藝和工裝設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)半軸的工藝性進(jìn)行了詳細(xì)的分析，設(shè)計(jì)出了加工的工藝過(guò)程，根據(jù)加工要求設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)，一付是用來(lái)車(chē)削半軸的外圓，一付是用來(lái)鉆削半軸圓盤(pán)上均勻分布的小孔，在設(shè)計(jì)中注意的夾具的經(jīng)濟(jì)性和使用性，盡量降低加工時(shí)的成本，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，除此還進(jìn)行了組合量具的設(shè)計(jì)，用來(lái)檢查6個(gè)均勻分布的小孔的位置度公差。
關(guān)鍵詞：工藝工裝設(shè)計(jì) 夾具設(shè)計(jì) 組合量具設(shè)計(jì)
Abstract：The half stalk is in automotive stalk the acceptance twist the biggest spare parts of sqire , it is bad soon machine and drive the round of delivers to twist the of solid stalk, it inside carry generally pass to spend the key and half stalk wheel gears to connect, carry outside with a conjunction, that spare parts is in the machine equipments have to spread to move sex, at carry on the half stalk of craft and work equip to account, the half axial craft carried on the detailed analysis first, designing processed craft process, according to process to request to design the appropriation tongs design, a pay is to use to come to car to pare the outside circle of the half stalk, on pay is use to drill to pare a dish of the half stalk up even distribute of eyelet, in the design the economy of the advertent tongs and usage, as far as possible lower to process of cost, reduce the worker of labor strength, in addition to this still carried on the design that the combination quantity have, use to check 6 even distribute of a business trip of position of the eyelet.
Key Words：The craft work packs the design The tongs design Combine the quantity has the design
文獻(xiàn)綜述
夾具設(shè)計(jì)綜述
一 前言
在機(jī)械制造中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗(yàn)工序等，使用著大量的夾具。利用夾具，可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高加工精度，減少?gòu)U品；可以擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，改善操作的勞動(dòng)條件。因此，夾具是機(jī)械制造中的一項(xiàng)重要的工藝裝備。按夾具的應(yīng)用范圍分類(lèi)有：通用夾具、專(zhuān)用夾具、成組夾具、組合夾具；按夾具上的動(dòng)力源分類(lèi)有：手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、磁力夾具、真空夾具、切削力及離心力夾具 。
（一）夾具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論
一個(gè)好的機(jī)床夾具，首先要保證能加工出合格的產(chǎn)品。為此，所設(shè)計(jì)的夾具首先應(yīng)滿足以下兩項(xiàng)要求：
(1)在未受外力作用時(shí)，加工件對(duì)刀具和機(jī)床應(yīng)保持正確的位置，即加工件應(yīng)有正確的定位。(2)在加工過(guò)程中，作用于加工件上的各種外力，不應(yīng)當(dāng)破壞加工件原有的正確定位即對(duì)加工件應(yīng)有正確的夾緊。
（二）定位原理
在機(jī)械加工中，我們要求加工出來(lái)的表面．對(duì)加工件的其它表面保持規(guī)定的位置尺寸。因?yàn)榧庸け砻媸怯汕邢鞯毒吆蜋C(jī)床的綜合運(yùn)動(dòng)所造成，所以在加工時(shí)，必須使加工件上的規(guī)定表面(線、點(diǎn))對(duì)刀具和機(jī)床保持正確的位置才能加工出合格的產(chǎn)品。
⑴ 定位原理
把加工件上的規(guī)定表面(線、點(diǎn))與夾具上的規(guī)定表面(線、點(diǎn))相互靠住的這一措施，叫做夾工件在夾具中的定位。該加工件上的這種規(guī)定表面(線、點(diǎn))稱(chēng)為定位基準(zhǔn)。
⑵ 定位基本原理在夾具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
自由物體定位的基本原理：自由的物體，它對(duì)三個(gè)互相垂直的坐標(biāo)面來(lái)說(shuō)，有六種活動(dòng)的可能性，其中三種是移動(dòng)，三種是轉(zhuǎn)動(dòng)，習(xí)慣上，我們把這種活動(dòng)的可能性稱(chēng)為自由度。當(dāng)物體的六個(gè)自由度被完全限制后，該物體在空間的位置也就完全確定了，所以定位就是限制自由度；在夾具中限制加工件的自由度在夾具中，使加工件的規(guī)定表面與定位元件接觸，就能限制自由度。定位元件所能限制的自由度數(shù)與定位元件的形式、數(shù)量及布置情況有關(guān)；夾具中的超定位如果兩種定位元件均能限制加工件的同一個(gè)自由度時(shí)，就發(fā)生了超定位，超定位能產(chǎn)生一些不良后果。如使定位不穩(wěn)定，降低了定位精度；因加工件定位基準(zhǔn)間的誤差，使加工件裝不進(jìn)夾具等。在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免超定位。
（三）夾緊原理
在生產(chǎn)實(shí)踐中，盡管定位方式是合理的，但由于夾緊狀態(tài)不良(即夾緊力的大小、方向、作用點(diǎn)和支承的位置選擇不當(dāng))可能出現(xiàn)如下問(wèn)題：①加工件飛出夾具，打壞刀具，造成安全事故；②加工出來(lái)的位置尺寸不準(zhǔn)確；③ 加工表面產(chǎn)生形位公差(如不平度、不垂直度)；① 加工表面粗糙度高等。因此，當(dāng)加工件正確定位后．還需要獲得良好的夾緊狀態(tài)。使加工件獲得良好的夾緊狀態(tài)的措施，叫做正確的夾緊。
⑴ 加工件的正確夾緊原則
1.在夾緊過(guò)程中，如何克服重力的影響，把加工件壓回正確位置，是正確夾緊原則之一。所以在考慮定位方案及設(shè)置定位支承時(shí)，應(yīng)盡可能使支承反力與重力不構(gòu)成力偶，使加工件重心位于支承范圍內(nèi)。
2.在夾緊過(guò)程中，如何使已獲得正確定位的加工件不脫離正確位置，是正確夾緊原則之二。所以，在制定夾緊方案時(shí)，應(yīng)盡可能避免夾緊力與支承反力構(gòu)
成力偶。
3.在夾緊過(guò)程中，如何使加工件不產(chǎn)生超出允許范圍的變形，是正確夾緊原則之三。所以在制定夾
緊方案時(shí)，對(duì)于剛性較差的加工件，應(yīng)盡可能避免產(chǎn)生或應(yīng)盡可能減小由夾緊力產(chǎn)生的彎曲力矩。
4.在切削過(guò)程中，如何避免加工件發(fā)生不能允許的振動(dòng)，是正確夾緊原則之四。所以，在制定夾緊方案時(shí)，對(duì)于剛性較差的加工件，應(yīng)盡可能避免產(chǎn)生或應(yīng)盡可能減小由切削力產(chǎn)生并作用于加工件上的彎曲力矩。
5.如何使平衡切削力所需要的夾緊力最小，是正確夾緊原則之五。所以，在制定夾緊方案時(shí)，切削力最好由支承反力平衡，而盡可能避免用夾緊力及由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力平衡。
（四）簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具
專(zhuān)用夾具是為完成某一工件的某一工序而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的工藝設(shè)備。與組合夾具相比，專(zhuān)用夾具具有以下特殊的優(yōu)點(diǎn)：(1)能確保工件的加工精度；(2)總體方案與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)；(3)操作方便，能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；(4)便于排屑，有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。傳統(tǒng)的專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)需要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的夾具設(shè)計(jì)人員來(lái)完成，勞動(dòng)量大，效率低。20世紀(jì)80年代以來(lái)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到夾具設(shè)計(jì)中一直是機(jī)械領(lǐng)域研究的課題之一。傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)理論與先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而開(kāi)發(fā)出的各種CAFD系統(tǒng)成為專(zhuān)用夾具新的設(shè)計(jì)方法。
最初的交互式設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)單應(yīng)用CAD軟件的圖形功能，建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)夾具元件數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇元件，并裝配成夾具。隨后開(kāi)發(fā)的CAFD系統(tǒng)建立了定位方法選擇、工件信息檢索等模塊，大大提高了CAFD系統(tǒng)的實(shí)用性。這些都是基于二維平臺(tái)開(kāi)發(fā)的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維繪圖成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的有力工具。多數(shù)三維繪圖軟件都建立了標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，同時(shí)允許用戶(hù)建立自己的元件庫(kù)。這為交互式夾具設(shè)計(jì)提供了更好的平臺(tái)交互式夾具設(shè)計(jì)步驟以傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)步驟為基礎(chǔ)。首先根據(jù)工件特征、工序信息及夾具信息，調(diào)用有關(guān)的程序和數(shù)據(jù)協(xié)助技術(shù)人員來(lái)完成夾具的定位方案、導(dǎo)向方案、夾緊方案的設(shè)計(jì)，并通過(guò)人機(jī)交互的方式完成各功能元件和部件的選擇和設(shè)計(jì)。然后進(jìn)入三
維繪圖環(huán)境，采用人工交互的方式進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，以獲得尺寸滿足要求的零件和部件，裝配后繪出裝配圖和零件圖。交互式夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)適合于開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和需要加工新工件、沒(méi)有已有夾具信息可以利用的情況。對(duì)于大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，待加工的工件相似性高，因此要設(shè)計(jì)的夾具只需要在尺寸或結(jié)構(gòu)上進(jìn)行部分修改，這就使夾具設(shè)計(jì)中重復(fù)性工作多，需要繁瑣的人工繪圖工作。如何充分利用已有夾具信息成為CAFD系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此基于實(shí)例推理的夾具設(shè)計(jì)理論得到了發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。
CAPP在世界范圍內(nèi)掀起的熱潮，又由于工藝和夾具的密切聯(lián)系而后者又有其獨(dú)立性，推動(dòng)了計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)。FMS和CIMS的興起和開(kāi)發(fā)，迫切需要柔性?shī)A具實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)準(zhǔn)備。同時(shí)，以計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的夾具信息系統(tǒng)是CIMS中信息集成的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)已開(kāi)發(fā)的夾具設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)是目前比較成熟的夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)可歸納為四種方法：部分自動(dòng)化的夾具設(shè)計(jì)、夾具自動(dòng)設(shè)計(jì)(AFD)法、參數(shù)夾具設(shè)計(jì)、據(jù)已有夾具方案進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)。
（五）夾具設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
由于CAD/CAM系統(tǒng)的迅速發(fā)展以及越來(lái)越廣泛使用的多軸CNC機(jī)床，使得對(duì)形狀復(fù)雜工件的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程控制的自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高。因此對(duì)夾具設(shè)計(jì)方法提出了更高的要求，它不僅能將CAD/CAM系統(tǒng)有效地聯(lián)接起來(lái)，同時(shí)應(yīng)能適用于各種形狀的工件。以組合夾具元件為基礎(chǔ)的夾具自動(dòng)設(shè)計(jì)(AFD)將是夾具設(shè)計(jì)的一個(gè)主要發(fā)展趨向。組合夾具自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)可分為兩種類(lèi)型，一種是在CAD基礎(chǔ)上的擴(kuò)展系統(tǒng)；另一種是經(jīng)驗(yàn)法則的專(zhuān)家系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)目前都還不完善，為了將這些設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，必須建立更大數(shù)量的“規(guī)則”以擴(kuò)展專(zhuān)家系統(tǒng)；在理論上通過(guò)分析研究工件和夾具間關(guān)系的基本規(guī)律，建立起一些新的理論基礎(chǔ)；另外，在開(kāi)發(fā)、研究AFD軟件系統(tǒng)的同時(shí)，夾具硬件設(shè)計(jì)的研究也必須同時(shí)進(jìn)行，以增強(qiáng)整個(gè)夾具設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度。
另一方面，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為夾具設(shè)計(jì)提供了有利的工具。CAFD系統(tǒng)已經(jīng)從對(duì)二維繪圖軟件的二次開(kāi)發(fā)發(fā)展到實(shí)現(xiàn)與三維繪圖軟件的集成設(shè)計(jì)，使夾具的結(jié)構(gòu)表達(dá)更清晰。三維繪圖軟件成為CAFD 的有利工具。隨著CIMS、并行工程和敏捷制造技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)CAFD的需求也越來(lái)越迫切 。歸納目前CAFD系統(tǒng)的研究方向主要包括以下幾個(gè)方面：
(1)集成化。CAFD是生產(chǎn)準(zhǔn)備的重要部分。確定該工序所使用的夾具，給出夾具的裝配圖和零件圖是連接CAD 與CAM 的橋梁。集成化的CAFD應(yīng)首先實(shí)現(xiàn)與CAPP的集成。集成化是CAFD系統(tǒng)發(fā)展的必然方向，是企業(yè)信息集成的必然要求。
(2)標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化是提高CAFD 系統(tǒng)適應(yīng)性和促進(jìn)集成的基礎(chǔ)。功能模塊標(biāo)準(zhǔn)化將有利于實(shí)現(xiàn)CAFD系統(tǒng)與CAPP的集成。
(3)并行化。以往的CAFD總是在CAPP制定完所有工序之后才開(kāi)始進(jìn)行，并行化則強(qiáng)調(diào)CAFD 與CAPP并行實(shí)現(xiàn)。CAFD并行化的發(fā)展將更加提高夾具設(shè)計(jì)效率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
1 引言
通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)零件的分析可知，對(duì)該零件進(jìn)行工藝工裝設(shè)計(jì)，由于半軸加工比較的特殊，我們?yōu)榱藵M足加工要求和經(jīng)濟(jì)性及減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，我們初步?jīng)Q定設(shè)計(jì)兩套夾具和一套組合量具。
2 零件的分析
2.1零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)及生產(chǎn)類(lèi)型
生產(chǎn)綱領(lǐng)是企業(yè)在計(jì)劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)量，在設(shè)計(jì)題目中半軸的生產(chǎn)綱領(lǐng)為較小。生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn)，所以在制度工藝路線的時(shí)候應(yīng)充分考慮其生產(chǎn)特點(diǎn)，制度合理的工業(yè)路線，選擇合理的機(jī)床，刀具，量具，檢具，以提高生產(chǎn)率，降低成本。
2.2零件的作用
設(shè)計(jì)題目給定的零件，將其劃定為軸類(lèi)零件。它是汽車(chē)的軸類(lèi)中承受扭矩最大的零件，半軸是差速器和驅(qū)動(dòng)輪之間傳遞扭矩的實(shí)心軸，其內(nèi)端一般通過(guò)花鍵與半軸齒輪連接，外端與輪轂連接，該零件在機(jī)械設(shè)備中具有傳動(dòng)性，故應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。
2.3零件的工藝分析
半軸共有2個(gè)加工表面，他們之間有的有一定的位置關(guān)系?，F(xiàn)在分述如下：
1. 以軸線為中心的加工表面
這一組加工表面包括：半軸的左端面和半軸左端的花鍵加工，以及、和的外圓表面和和的兩個(gè)臺(tái)階面。
2. 以半軸右邊圓盤(pán)上的臺(tái)階面為中心的加工表面
這一組加工表面包括：6個(gè)均勻分布的的孔，和一個(gè)M6的螺孔以及一個(gè)的孔。
這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要有：
⑴ 6個(gè)孔與表面F和G的位置度公差為；
⑵ 的外圓表面的跳動(dòng)公差相對(duì)基準(zhǔn)A為1.0；
⑶ 半軸圓盤(pán)的跳動(dòng)公差相對(duì)基準(zhǔn)A為0.8。
由以上分析可知，對(duì)于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一個(gè)表面，然后借助于專(zhuān)用夾具加工另一表面，并且保證它們之間的位置精度要求。
3 工藝規(guī)程制造的形式
3.1確定毛坯制造的形式
毛坯材料為40Cr。考慮零件在工作過(guò)程中經(jīng)常受扭交變載荷及沖擊性載荷，因此應(yīng)選用鍛件，以使金屬釬維盡量不切削，保證零件工作可靠?？梢圆捎媚ｅ懗尚危梢蕴岣呱a(chǎn)率，保證加工精度。
3.2基準(zhǔn)的選擇
⑴ 粗基準(zhǔn)的選擇
本零件是軸類(lèi)零件，以外圓作為粗基準(zhǔn)是完全合理的。但是對(duì)本零件來(lái)說(shuō)，如果以外圓表面作基準(zhǔn)。由于此表面的粗糙度比較大，所以會(huì)讓加工出來(lái)的零件表面尺寸嚴(yán)重不滿足要求，由于本零件非常的特殊，我們車(chē)削外圓表面的時(shí)候可以選擇半軸兩端的頂尖作為粗基準(zhǔn)，鉆孔的時(shí)候以圓盤(pán)的臺(tái)階面為基準(zhǔn)。
⑵ 精基準(zhǔn)的選擇
在這主要考慮基準(zhǔn)重合問(wèn)題，也要考慮經(jīng)濟(jì)性等。
3.3零件表面加工方法的選擇
零件的主要加工表面為外圓表面和孔。考慮到各個(gè)表面的技術(shù)要求，各種加工方法的經(jīng)濟(jì)加工精度范圍，各加工表面的形狀和尺寸大小，鍛件材料的性質(zhì)及可加工性和生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類(lèi)型，選擇各加工表面的加工方法如下
⑴的外圓表面,該外圓表面的粗糙度為6.3,采用粗車(chē)進(jìn)行加工。
⑵ 花鍵加工：花鍵的最大的直徑為38.100，采用銑花鍵加工。
⑶ 圓盤(pán)的臺(tái)階面因?yàn)樗拇植诙葹?.2，所以選擇粗車(chē)半精車(chē)，的臺(tái)階面由于粗糙度要求不是很高，所以就只進(jìn)行粗車(chē)。
⑷ 孔6-，表面粗糙度為3.2，故采用鉆鉸孔加工。
⑸ M6×1.0-6H，先進(jìn)行鉆孔，然后絞孔，即可以滿足要求。
⑹ 鍵槽加工，由于表面粗糙度為12.5，所以采用銑鍵槽。
3.4制訂工藝路線
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，尺寸精確及位置精度等技術(shù)要求得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能機(jī)床配以專(zhuān)用夾具，并盡量使工序集中來(lái)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)成本盡量降低。
工序00 粗銑左端面并打中心孔；
工序10 以半軸兩邊的頂尖定位：粗車(chē)Φ54、Φ52、Φ45以及Φ39.5的外圓面，在粗車(chē)Φ96.5和Φ112的臺(tái)階面
工序20 調(diào)直處理；
工序30 以半軸兩邊的頂尖定位：半精車(chē)Φ52、Φ45以及Φ39.5的外圓表面，及Φ96.5臺(tái)階面；
工序40 銑花鍵加工；
工序50 以盤(pán)的頂部的臺(tái)階定位，鉆絞6個(gè)的孔；
工序60 以半軸圓盤(pán)的臺(tái)階面定位，加工與垂直軸線的的孔；
工序70 攻螺紋M6 ；
工序80 車(chē)削Φ39.5的左端斜度為的圓柱表面；車(chē)削Φ45這段距左邊
位置的溝槽，和Φ45最右邊的溝槽加工，Φ50寬為3的溝槽加工，并對(duì)Φ112進(jìn)行倒角；
工序90 感應(yīng)淬火和低溫回火；
工序100 磨削半軸的左端面；
工序110 以半軸兩邊的頂尖定位，磨削Φ39.5、Φ45和Φ52外圓面；
工序120 鉗工去毛刺；
工序130 終檢。
3.5機(jī)械加工余量及毛坯尺寸的確定
機(jī)械加工余量確定由很多的因素決定的，在此主要考慮的是經(jīng)濟(jì)精度及各個(gè)工序的加工方法。
⑴ 左端面的機(jī)械加工
表3-1 工序尺寸表
工序
名稱(chēng)
工序間
余量(mm)
工序間
工序間
尺寸(mm)
工序間
公差等級(jí)μm
表面粗糙度
μm
尺寸公差
(mm)
表面粗糙度
μm
磨削
0.4
IT7
200
粗銑
1.6
IT8
200.4
毛坯面
IT16
202
⑵的機(jī)械加工
表3-2 工序尺寸表
工序
名稱(chēng)
工序間
余量(mm)
工序間
工序間
尺寸(mm)
工序間
公差等級(jí)
表面粗糙度
μm
尺寸公差
(mm)
表面粗糙度
μm
粗車(chē)
1
IT12
54
毛坯面
IT16
55
55
⑶ 的機(jī)械加工
粗車(chē)：mm 2Z=1.6mm
半精車(chē)： mm 2Z=1.0mm
磨削：mm 2Z=0.4mm
具體工序尺寸見(jiàn)表3-3。
⑷ 的機(jī)械加工
粗車(chē)： 2Z=8.6
半精車(chē)： 2Z=1.0
磨削： 2Z=0.4
具體工序尺寸見(jiàn)表3-4。
表3-3 工序尺寸表
工序
名稱(chēng)
工序間
余量(mm)
工序間
工序間
尺寸(mm)
工序間
公差等級(jí)
表面粗糙度
μm
尺寸公差
(mm)
表面粗糙度
μm
磨削
0.4
IT7
52
半精車(chē)
0.6
IT8
52.4
粗車(chē)
1
IT12
53
毛坯面
IT16
55
表3-4 工序尺寸表
工序
名稱(chēng)
工序間
余量(mm)
工序間
工序間
尺寸(mm)
工序間
公差等級(jí)
表面粗糙度
μm
尺寸公差
(mm)
表面粗糙度
μm
磨削
0.4
IT7
45
半精車(chē)
1.0
IT8
45.4
粗車(chē)
6.9
IT12
46.4
毛坯面
IT16
53.4
⑸ 的機(jī)械加工
粗車(chē)： 2Z=8.6
半精車(chē)： 2Z=1.0
磨削： 2Z=0.4
具體工序尺寸見(jiàn)表3-5。
⑹ 鉆削 六個(gè)Φ14孔
毛坯為實(shí)心，而孔的精度要求界于IT8~IT9之間（參照《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.3-9及表2.3-12），確定工序尺寸及余量為：
鉆孔Φ13.8mm
鉸孔：Φ14 2Z=0.15
具體工序尺寸見(jiàn)表3-6
表3-5 工序尺寸表
工序
名稱(chēng)
工序間
余量(mm)
工序間
工序間
尺寸(mm)
工序間
公差等級(jí)
表面粗糙度
μm
尺寸公差
(mm)
表面粗糙度
μm
磨削
0.4
IT7
39
半精車(chē)
1.0
IT8
39.4
粗車(chē)
6.1
IT12
40.4
毛坯面
IT16
46.5
表3-6 工序尺寸表
工序
名稱(chēng)
工序間
余量(mm)
工序間
工序間
尺寸(mm)
工序間
公差等級(jí)
表面粗糙度
μm
尺寸公差
(mm)
表面粗糙度
μm
鉸孔
0.2
IT10
14
鉆孔
13.8
IT12
13.8
⑺ 車(chē)削臺(tái)階
具體工序尺寸見(jiàn)表3-7。
表3-7 工序尺寸表
工序
名稱(chēng)
工序間
余量(mm)
工序間
工序間
尺寸(mm)
工序間
公差等級(jí)
表面粗糙度
μm
尺寸公差
(mm)
表面粗糙度
μm
粗車(chē)
56
IT12
112
毛坯
IT16
166
⑻ 車(chē)削96.5臺(tái)階面
具體工序尺寸見(jiàn)表3-8。
⑼ 鉆削 Φ10孔
毛坯為實(shí)心，而孔的精度要求界于IT2~IT3之間（參照《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.3-9及表2.3-12），確定工序尺寸及余量為：
鉆孔Φ10mm。
表3-8 工序尺寸表
工序
名稱(chēng)
工序間
余量(mm)
工序間
工序間
尺寸(mm)
工序間
公差等級(jí)μm
表面粗糙度
μm
尺寸公差
(mm)
表面粗糙度
μm
半精車(chē)
0.6
IT8
52.4
粗車(chē)
69
IT12
53
毛坯面
IT16
55
4 選擇加工設(shè)備
4.1選擇機(jī)床
⑴ 工序00是銑削左端面由于花鍵的直徑和長(zhǎng)度都不是很大，所以選擇XA6132型花鍵銑床加工。
⑵ 工序10、工序30 是粗車(chē)和半精車(chē)外圓，在這幾個(gè)個(gè)工序中，各工序的工步數(shù)不多，成批生產(chǎn)不要求很高的生產(chǎn)率，故選擇臥式車(chē)床就可以滿足要求，本零件外廓尺寸不是很大，精度要求不是很高，選用最常用的C620-1型臥式車(chē)床即可。
⑶ 工序40 銑花鍵加工，在本工序中，由于花鍵的直徑和長(zhǎng)度都不是很大，所以選擇XA6132型花鍵銑床加工。
⑷ 工序50 以盤(pán)的頂部的臺(tái)階定位，鉆絞6個(gè)的孔，由于半軸的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以采用多軸立式鉆床。
⑸ 工序100、工序110 磨削Φ39.5、Φ45和Φ52外圓表面，由于磨削的都是外圓表面，粗糙度為0.8，所以選用M1331外圓磨床。
4.2選擇夾具
本零件由粗車(chē)、半精車(chē)、精車(chē)、鉆孔和磨削等工序組成，由于零件的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以在鉆孔這個(gè)工序需要專(zhuān)用夾具，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)兩套專(zhuān)用夾具，以滿足加工過(guò)程中加工的要求，其他工序使用通用夾具。
4.3選擇刀具
⑴ 在車(chē)床上加工的工序，一般都選用硬質(zhì)合金車(chē)刀，選用YT類(lèi)硬質(zhì)合金，粗加工選用YT5,半精加工選用YT15，精加工用YT30，為提高生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)性，可以選用可轉(zhuǎn)位車(chē)刀（GB5313.1-85，GB5343.2-85）。
⑵ 鉆的6個(gè)小孔，可以選擇麻花鉆加工。
4.4選用量具
本零件屬于成批生產(chǎn)，一般采用通用量具。選擇量具的方法有兩種：第一，按計(jì)量器具的不確定度選擇；二是按計(jì)量器具的測(cè)量方法極限誤差選擇。選擇是按一種方法即可。
4.4.1選擇各外圓加工面的量具
工序Ⅺ磨削Φ39.5、Φ45和Φ52外圓表面時(shí)，現(xiàn)在按計(jì)量器具的不確定度選擇該表面加工時(shí)所用量具：該尺寸公 差為T(mén)=0.039，按表5.1-1，計(jì)量器具不確定度允許值我們確定U=0.009。根據(jù)表5.1-2，分度值 0.02 的游標(biāo)卡尺，其不確定數(shù)值允許值不能選用。必須選擇，故應(yīng)選擇分度值0.01 的外徑百分尺（U=0.006）。從表5.2-9中選擇測(cè)量范圍為100~125 ，分度值為0.01 的外徑百分尺。
4.4.2 選擇加工孔用量具
孔加工量具我們將采用組合量具，在后面設(shè)計(jì)中具體介紹。
5 確定切削用量和基本時(shí)間
切削用量一般包括切削深度，進(jìn)給量及切削速度三項(xiàng)，確定方法是先確定切削深度、進(jìn)給量在確定切削速度。
5.1工序00銑削用量及基本時(shí)間的確定
5.1.1 選擇刀具
根據(jù)表3.1，銑削深度≤4，端面刀直徑為80，。但已知銑刀銑削深度為38，故應(yīng)根據(jù)銑削深度，。由于采用標(biāo)準(zhǔn)的鑲齒圓柱銑刀，故齒數(shù)為6（表3.9）
5.1.2 選擇切削用量
⑴ 選擇每齒的進(jìn)給量 根據(jù)XA6132型銑床說(shuō)明書(shū)，其功率為7.5，中等剛度。
根據(jù)表3.3，選擇
⑵ 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命 根據(jù)表3.7， 銑刀刀齒后刀面最大的磨損量為0.6，刀具壽命。
⑶ 選擇實(shí)際切削速度
根據(jù)XA6132型銑床說(shuō)明書(shū)選擇，。
因此實(shí)際的切削速度和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為
=9.42
=0.27
⑷由于銑削量比較小，功率滿足要求 ，所以不進(jìn)行驗(yàn)算。最后選擇，。9.42，。
5.1.3 計(jì)算基本的工時(shí)
式中，L= ，l=38,根據(jù)表3.25，入切量及超切量，則
L=38+20=58，故
=0.97min
5.2工序10切削用量及基本時(shí)間的確定
5.2.1 切削用量
本工序?yàn)榇周?chē)。已知加工材料為40Cr，=700MPa，鍛件，機(jī)床為C620-1型臥式車(chē)床，工件裝卡在三爪自定心卡盤(pán)中。
5.2.1.1 確定粗車(chē)的切削用量 所選用的刀具是硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車(chē)刀，根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》第一部分表，由于C620-1機(jī)床的中心高度是200mm（表），故選用刀桿尺寸B×H=16mm×25mm，刀片厚度為4.5mm。根據(jù)表，選擇車(chē)刀的幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓角半徑=0.8。
⑴ 確定切削深度 由于單邊余量為0.5，可在一次走刀完成
==0.5
⑵ 確定進(jìn)給量f 根據(jù)表，在粗車(chē)時(shí)，刀桿尺寸為16mm×25mm，≦3mm、工件直徑為40～60時(shí)，
=0.4～0.7
確定的進(jìn)給量要滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度的要求，故需要進(jìn)行校核：
根據(jù)表，C620-1機(jī)床機(jī)構(gòu)的允許的進(jìn)給力=3530。
根據(jù)表，當(dāng)40Cr的=680～810Map，≦2mm，≦0.53，切削速度=65（假設(shè)），進(jìn)給力=905N。
由于切削時(shí)的進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力，故所選擇的=0.4，可用。
⑶ 選擇車(chē)刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)表，車(chē)刀后刀面的最大的磨損量取1mm，可轉(zhuǎn)位車(chē)刀耐用度T=30min。
⑷ 確定切削速度 切削速度可根據(jù)公式計(jì)算，也可以查表。現(xiàn)在用查表的方法確定切削速度。
根據(jù)表，當(dāng)用YT15硬質(zhì)合金車(chē)刀加工=600～700MPa，的鋼材，，切削速度。
切削速度的修正系數(shù)為
故：
按
機(jī)床切削速度（表4.2-8），選擇
則實(shí)際的切削速度。
⑸檢驗(yàn)機(jī)床功率
由表1.24*，當(dāng)，
故實(shí)際的切削的功率為：
由《切削手冊(cè)》表1.30中機(jī)床說(shuō)明書(shū)可知，C620-1主電動(dòng)機(jī)功率為7.8KW，機(jī)床功率足夠，可以正常加工。
5.1.1.2 確定粗車(chē)的刀具加工外圓表面和一樣，加工皆可一次走刀完成，0.4，1
5.1.1.3 確定粗車(chē)的切削用量
確定粗車(chē)的刀具加工外圓表面和一樣
⑴ 確定切削深度 由于單邊余量為0.5，可在一次走刀完成
==3.5mm
分2次走刀，每次走刀為1.75。
⑵ 確定進(jìn)給量f 根據(jù)表，在粗車(chē)時(shí)，刀桿尺寸為16×25，≦3、工件直徑為40～60時(shí)，
=0.4～0.7
由于切削時(shí)的進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力，故所選擇的=0.4，可用。
⑶ 選擇車(chē)刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)表，車(chē)刀后刀面的最大的磨損量取1mm，可轉(zhuǎn)位車(chē)刀耐用度T=30min。
⑷ 確定切削速度 切削速度可根據(jù)公式計(jì)算，也可以查表?，F(xiàn)在用查表的方法確定切削速度。
根據(jù)表，當(dāng)用YT15硬質(zhì)合金車(chē)刀加工=600～700MPa，的鋼材，，切削速度。
切削速度的修正系數(shù)為
故：
按機(jī)床切削速度（表4.2-8），選擇
則實(shí)際的切削速度。
⑸ 檢驗(yàn)機(jī)床功率
當(dāng)，
故實(shí)際的切削的功率為：
由《切削手冊(cè)》表1.30中機(jī)床說(shuō)明書(shū)可知，C620-1主電動(dòng)機(jī)功率為7.8KW，機(jī)床功率足夠，可以正常加工。
確定粗車(chē)外圓、和臺(tái)階面的切削用量 才用車(chē)外圓的刀具加工這些外圓表面和臺(tái)階面，車(chē)的=3。分2次走刀，每次走刀為1.5，車(chē)臺(tái)階面采用橫向進(jìn)給，，采用2次走刀，每次走刀為1.75，車(chē)臺(tái)階面采用橫向進(jìn)給， 采用2次走到，每次走刀為1。車(chē)外圓的，車(chē)臺(tái)階面，車(chē)外圓臺(tái)階面。
5.2.2 基本時(shí)間
5.2.2.1 確定的基本時(shí)間，根據(jù)表6-2.1，車(chē)外圓的基本時(shí)間：
式中
則
5.2.2.2 確定的基本時(shí)間，根據(jù)表6-2.1，車(chē)外圓的基本時(shí)間：
式中
則
5.2.2.3 確定的基本時(shí)間，根據(jù)表6-2.1，車(chē)外圓的基本時(shí)間：
式中
則
5.2.2.4 確定的基本時(shí)間，根據(jù)表6-2.1，車(chē)外圓的基本時(shí)間：
式中
則
5.2.2.5 確定的臺(tái)階面基本時(shí)間，根據(jù)表6-2.1，車(chē)外圓的基本時(shí)間：
式中
則
5.2.2.6 確定的臺(tái)階面基本時(shí)間，根據(jù)表6-2.1，車(chē)外圓的基本時(shí)間：
式中
則
5.3工序30切削用量及基本時(shí)間的確定
5.3.1 切削用量
本工序?yàn)榘刖庸ぃㄜ?chē)軸的外表面）。已知條件與粗加工工序一樣。
5.3.1.1 確定半精車(chē)的切削用量
⑴ 確定切削深度 由于單邊余量為0.5，可在一次走刀完成
==0.3mm
⑵ 確定進(jìn)給量f 根據(jù)表，在粗車(chē)時(shí)，刀桿尺寸為16mm×25mm，≦3mm、工件直徑為40～60時(shí)，
=0.4～0.7
選擇進(jìn)給量為
由于半精加工切削力教小，故不需要校核機(jī)床進(jìn)給強(qiáng)度
⑶ 選擇車(chē)刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)表，車(chē)刀后刀面的最大的磨損量取0.4mm，可轉(zhuǎn)位車(chē)刀耐用度T=30min。
⑷ 確定切削速度 切削速度可根據(jù)公式計(jì)算，也可以查表。現(xiàn)在用查表的方法確定切削速度。
根據(jù)表，當(dāng)用YT15硬質(zhì)合金車(chē)刀加工=630～700MPa，的鋼材，，切削速度。
切削速度的修正系數(shù)為
故：
按機(jī)床切削速度（表4.2-8），選擇
則實(shí)際的切削速度。
半精加工，機(jī)械功率可以不進(jìn)行校核。
最后決定的切削用量為：
5.3.1.2 確定半精車(chē)及的臺(tái)階面的切削用量，車(chē)外圓的，外圓的，的臺(tái)階面的。車(chē)外圓及的 。
5.3.2 基本時(shí)間
5.3.2.1 確定的基本時(shí)間：
5.3.2.2 確定的基本時(shí)間：
5.3.2.3 確定半精車(chē)外圓的基本時(shí)間：
5.3.2.4 確定半精車(chē)臺(tái)階面的基本時(shí)間：
5.4工序40銑削用量及基本時(shí)間的確定
5.4.1 選擇刀具
本工序?yàn)殂娤骰ㄦI，選用花鍵銑刀。
5.4.2 選擇切削用量
⑴ 選擇每齒的進(jìn)給量 根據(jù)XA6132型銑床說(shuō)明書(shū)，其功率為7.5，中等剛度。
根據(jù)表3.3，選擇
⑵ 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命 根據(jù)表3.7， 銑刀刀齒后刀面最大的磨損量為0.6，刀具壽命。
⑶ 選擇實(shí)際切削速度
根據(jù)XA6132型銑床說(shuō)明書(shū)選擇，。
因此實(shí)際的切削速度和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為
=9.42
=0.27
⑷ 由于銑削量比較小，功率滿足要求 ，所以不進(jìn)行驗(yàn)算。最后選擇，。9.42，。
5.5工序50鉆削用量及基本時(shí)間的確定
本工序?yàn)殂@孔，刀具選用錐柄麻花鉆頭，直徑為，鉆6個(gè)通孔，使用切削液。
1 鉆削六個(gè)Φ14的孔
⑴ 選擇刀具和機(jī)床
查閱《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，選擇d=13.8mm的H12級(jí)高速鋼麻花鉆，GB1438-85。機(jī)床選擇立式鉆床Z535。
⑵ 選擇切削用量
①進(jìn)給量f
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.7，取f=0.31~0.37mm/r, 查閱《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2—16，所以，取
f= 0.36mm/r
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.19 ,可以查出鉆孔時(shí)的軸向力，當(dāng)f ≤0.47mm/r，d≤117.5mm時(shí)，軸向力F=6090N。軸向力的修正系數(shù)均為1.0，故F=6090N。根據(jù)立式鉆床Z535說(shuō)明書(shū)，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度允許的最大軸向力F=15696N, 由于F≤F， 故 f=0.36mm/r可用。
②切削速度v
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2—15，根據(jù)f=0.36mm/r和鑄鐵硬度為200~217HBS,取v=12m/min。
n===276r/min
根據(jù)立式鉆床Z535說(shuō)明書(shū)，可以考慮選擇選取：n=275r/min，降低轉(zhuǎn)速，使刀具壽命上升，所以，
v===11.9m/min
③決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.12，當(dāng)d=13.8時(shí)，鉆頭后刀面最大磨損量為0.8，故刀具壽命T=15min。
④檢驗(yàn)機(jī)床扭矩及功率
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.21，當(dāng)f=0.41/r，d≤16。查得M=25.5N.m，根據(jù)立式鉆床Z535說(shuō)明書(shū)，當(dāng)n=300r/min，M=72.6N.m，故M< M，根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.23，P=1.0kw, 根據(jù)立式鉆床Z535說(shuō)明書(shū)， P=4.5kw，故P< P。因此，所選擇的切削用量是可以采用的，即
f=0.34/r，n=300r/min，v=13m/min。
⑤計(jì)算基本工時(shí)
t=，式中，L=l+y+△，l=14mm，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.29，y+△=7，所以，L= 10+5 = 15。
t=== 0.15min。
因有六個(gè)孔，所以 t=6×0.15= 0.9min。
2．鉸Φ14H10孔
⑴ 選擇刀具和機(jī)床
查閱《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，選擇d=14mm的H10級(jí)高速鋼錐柄機(jī)用鉸刀，GB1133-84。機(jī)床選擇立式鉆床Z535。
⑵ 選擇切削用量
①進(jìn)給量f
查閱《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.11及表2.24，并根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)取f=0.65~1.35/r，所以，取
f=0.72/r
②切削速度v
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.24，取v=7m/min。
n===159r/min
根據(jù)立式鉆床Z535機(jī)床說(shuō)明書(shū)選?。簄=195r/min，所以，
v===8.57m/min
③決定鉸刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.12，當(dāng)d=14時(shí)，鉸刀后刀面最大磨損量為0.4mm，故刀具壽命T=60min。因此，所選擇的切削用量：
f=0.72/r，n=195r/min，v=8.57m/min。
④計(jì)算基本工時(shí)
t=，式中，L=l+y+△，l=10，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.29，y+△=7，所以，L=10+7=17。
t===0.12min。
因有六個(gè)孔，所以 t=6×0.12=0.72min
5.6工序60鉆削與垂直軸線的的孔
⑴ 選擇刀具和機(jī)床
查閱《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，選擇d=10mm的H12級(jí)高速鋼麻花鉆，GB1438-85。機(jī)床選擇立式鉆床Z535。
⑵ 選擇切削用量
① 進(jìn)給量f
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.7，取f=0.22~0.28/r, 查閱《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2—16，所以，取
f= 0.25/r
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.19 ,可以查出鉆孔時(shí)的軸向力，當(dāng)f ≤0.28mm/r，d≤12mm時(shí)，軸向力F=3000N。軸向力的修正系數(shù)均為1.0，故F=3000N。根據(jù)立式鉆床Z535說(shuō)明書(shū)，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度允許的最大軸向力F=15696N, 由于F≤F， 故 f=0.25/r可用。
② 切削速度v
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2—15，根據(jù)f=0.25/r和鑄鐵硬度為200~217HBS,取v=25m/min。
n===796r/min
根據(jù)立式鉆床Z535說(shuō)明書(shū)，可以考慮選擇選?。簄=750r/min，降低轉(zhuǎn)速，使刀具壽命上升，所以，
v===23.55m/min
③ 決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.12，當(dāng)d=10時(shí)，鉆頭后刀面最大磨損量為0.5mm，故刀具壽命T=35min。
④ 檢驗(yàn)機(jī)床扭矩及功率
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.21，當(dāng)f0.33/r，d≤11.1。查得M=20.49N.m，根據(jù)立式鉆床Z535說(shuō)明書(shū)，當(dāng)n=750r/min，M=30N.m，故M< M，根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.23，P=1.0kw, 根據(jù)立式鉆床Z535說(shuō)明書(shū)， P=4.5kw，故P< P。因此，所選擇的切削用量是可以采用的，即
f=0.25/r，n=750r/min，v=23.55m/min。
⑤ 計(jì)算基本工時(shí)
t=，式中，L=l+y+△，l=14，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.29，y+△=7，所以，L= 10+5 = 15。
t=== 0.08min。
5.7工序70攻螺紋M6
公制螺紋M6切削用量為：
所以
按機(jī)床選取，則。
機(jī)動(dòng)加工時(shí) ==0.26
5.8工序110磨削外圓表面及左端面
5.8.1 確定磨削的磨削用量
5.8.1.1 選擇砂輪 見(jiàn)《工藝手冊(cè)》第三章中磨料選擇各表，結(jié)果為
其含義是：砂輪磨料為白剛玉，粒度為16，硬度為中軟級(jí)，陶瓷結(jié)合劑，6號(hào)組織，平型砂輪，其尺寸為。
5.8.1.2 切削用量的選擇。砂輪轉(zhuǎn)速，（雙行程）。
軸向進(jìn)給量
工件速度
徑向進(jìn)給量
5.8.1.3 切削工時(shí)
式中 L 加工長(zhǎng)度40.5
單邊加工余量，0.5
系數(shù)，1.55
工作臺(tái)移動(dòng)速度
工作臺(tái)往返一次砂輪軸向進(jìn)給量
工作臺(tái)往返一次砂輪徑向進(jìn)給量
=0.00837
5.8.2 確定磨削的磨削用量
已知條件與上面一樣，現(xiàn)在來(lái)計(jì)算切削工時(shí)
= =0.00837
5.8.3 確定磨削的磨削用量
已知條件與上面一樣，現(xiàn)在來(lái)計(jì)算切削工時(shí)
==0.00372
6 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(zhuān)用夾具
和老師商量后決定，設(shè)計(jì)2套專(zhuān)用夾具，第一套用來(lái)車(chē)削外圓的頂尖夾具，第二套用來(lái)鉆孔的專(zhuān)用夾具，車(chē)削刀具為硬質(zhì)合金車(chē)刀，鉆孔為高速鋼麻花鉆，它們分別對(duì)工件進(jìn)行加工。我們先設(shè)計(jì)車(chē)削夾具，后在設(shè)計(jì)鉆孔夾具。
6.1車(chē)削頂尖夾具的設(shè)計(jì)
6.1.1 問(wèn)題的提出
夾具的種類(lèi)很多，有通用夾具，專(zhuān)用夾具和組合夾具等，本夾具是用來(lái)車(chē)削粗車(chē)和半精車(chē)半軸的外圓和臺(tái)階面的，由于本零件比較特殊，為了使定位誤差為零 ，我們?cè)O(shè)計(jì)基準(zhǔn)為半軸左右兩邊的的頂尖位置，作為主要的基準(zhǔn)。
在刀具方面我們選用硬質(zhì)合金車(chē)刀刀具加工。
6.1.2 確定定位方案，設(shè)計(jì)定位元件
工件上的加工為車(chē)削軸的外圓，故應(yīng)按完全定位設(shè)計(jì)夾具，并力求遵守基準(zhǔn)重合原則，以減少定位誤差對(duì)加工精度的影響，所以根據(jù)半軸本身的加工特點(diǎn)來(lái)選擇定位的方式。
由于半軸的長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，而直徑較小，所以給車(chē)削加工的夾具設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的困難，而且不加工表面的粗糙度又較大，所以選擇在不加工表面夾緊定位加工時(shí)不能夠滿足要求的，所以我們選擇用兩邊的頂尖夾緊，來(lái)實(shí)現(xiàn)定位加工。
6.1.3夾緊力計(jì)算：
計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng)。本工序在車(chē)削加工過(guò)程中切削力為圓周切削分力，因此，在計(jì)算夾緊力時(shí)可以不計(jì)算徑向切削分力和軸向切削分力。為保證夾緊可靠，應(yīng)將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時(shí)所需要的夾緊力。即：，即：，其中，查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-2-1得：；；1.15；；；；，所以=2.691。查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-2-7得：，表1-2-8得，其中，查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-2-1得：；；；；，所以=1.9。所以因此，實(shí)際所需要的夾緊力為。
由于兩端是頂尖裝夾，左頂尖直接裝夾在機(jī)床尾座上，有頂尖裝夾在機(jī)床主軸上，所以加緊力是滿足要求的。
6.2繪制夾具總體圖
當(dāng)上述各種元件的結(jié)構(gòu)和布置確定之后，也就基本上決定了夾具體和夾具整體結(jié)構(gòu)的型式。
繪圖時(shí)先用雙點(diǎn)劃線（細(xì)線）繪出工件，然后在各個(gè)定位面繪制出定位元件和夾緊機(jī)構(gòu)，就形成了夾具體。并按要求標(biāo)注夾具有關(guān)的尺寸、公差和技術(shù)要求。
6.3鉆孔專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)
6.3.1 問(wèn)題的提出
本夾具是用來(lái)加工半軸右邊圓盤(pán)上面6個(gè)的孔，由于我們選擇在立式鉆床上加工，所以選擇的定位基準(zhǔn)是圓盤(pán)上面的臺(tái)階面，設(shè)計(jì)夾具時(shí)，我們要滿足一些基本要求：應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單具有良好的工藝性，尺寸穩(wěn)定和便于排屑等。
為了提生產(chǎn)效率，我們選用高速鋼麻花鉆刀具加工。
6.3.2 確定定位方案，設(shè)計(jì)定位元件
工件上的加工孔為通孔，沿孔軸線方向的自由度可不予以限制，但是為增強(qiáng)加工時(shí)工件的剛性，必定限制孔軸線方向的自由度，故應(yīng)按完全定位設(shè)計(jì)夾具，并力求遵守基準(zhǔn)重合原則，以減少定位誤差對(duì)加工精度的影響。
由于工件在鉆Φ14mm孔時(shí)，采用圓盤(pán)上面的臺(tái)階面定位，這樣，既增加了工件的穩(wěn)定性，又兼顧了基準(zhǔn)重合原則。為實(shí)現(xiàn)定位方案，所使用的定位元件：用鉆磨板與臺(tái)階面直接接觸，在用兩邊的螺栓夾緊，可以限制工件的6個(gè)不定度，達(dá)到完全定位。工件下面直接放在座子上面起輔助支承，不起定位作用。
6.3.3 夾緊力計(jì)算：
計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng)。本工序在鉆削加工過(guò)程中切削力分解為切削扭矩和軸向切削力，因軸向切削力的作用方向與夾具的夾緊方向相同，有助于工件的夾緊，因此，在計(jì)算夾緊力時(shí)可以不計(jì)算軸向切削力。為保證夾緊可靠，應(yīng)將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時(shí)所需要的夾緊力。即：，其中，查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-2-1得：；；1.15；；；；，所以=2.691。查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-2-7得：，表1-2-8得，，鉆頭的直徑為d=Φ9.8mm，所以，。因此，實(shí)際所需要的夾緊力為。
夾緊機(jī)構(gòu)采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率為，單個(gè)螺旋夾緊產(chǎn)生的夾緊力為：，查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-2-20，得=18.67mm，表1-2-21，得=11.0255mm，，表1-2-22，得。。==2222.34N。則作用在活動(dòng)壓塊上的夾緊力為：夾緊機(jī)構(gòu)受力如圖2所示。
所以
== 53088
圖2 夾緊機(jī)構(gòu)受力示意圖
因 ＜，所以該螺旋機(jī)構(gòu)能滿足鉆削加工要求。
6.4繪制夾具總體圖
當(dāng)上述各種元件的結(jié)構(gòu)和布置確定之后，也就基本上決定了夾具體和夾具整體結(jié)構(gòu)的型式。
繪圖時(shí)先用雙點(diǎn)劃線（細(xì)線）繪出工件，然后在各個(gè)定位面繪制出定位元件和夾緊機(jī)構(gòu)，就形成了夾具體。并按要求標(biāo)注夾具有關(guān)的尺寸、公差和技術(shù)要求。
7 位置量規(guī)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)下圖所示的位置量規(guī)。
㈠ 結(jié)構(gòu)分析
1 分析
⑴ 零件有一處位置公差要求
1)基準(zhǔn)F
2)基準(zhǔn)G
⑵ 被測(cè)要素均為中心要素,且遵守相關(guān)原則。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
工作部位本例按同時(shí)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)。位置量規(guī)設(shè)計(jì)成主體量規(guī)和輔助(活動(dòng))量規(guī)。
技 術(shù) 要 求 材料
倒棱0.5去毛刺 40
圖1-1 工件
⑴ 主體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-2（有關(guān)工作部位尺寸由計(jì)算決定）。
⑵ 量規(guī)（活動(dòng)）輔助量規(guī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖將在圖紙上面繪制。
㈡ 工作部位尺寸計(jì)算
⑴ 量規(guī)公差 根據(jù)，分別由表4-3和表4-4
序號(hào)查得
⑵ 按公式計(jì)算位置量規(guī)工作部分尺寸
（由工作者確定，現(xiàn)若取為14）
圖1-2 主體量規(guī)
8 小結(jié)
半軸的工藝及工裝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中，主要完成了加工工藝過(guò)程的編制，設(shè)計(jì)了2套夾具，一套是用來(lái)車(chē)削半軸的外圓，另一套是用來(lái)鉆削半軸圓盤(pán)上的6個(gè)均勻分布的小孔，最后設(shè)計(jì)了組合量規(guī)。
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