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夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國(guó)研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過(guò)最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對(duì)工件定位精度的影響通過(guò)3-2-1式銑夾具的例子進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：彈性 接觸 模型 夾具 夾緊力 優(yōu)化
前言
定位和夾緊的工件加工中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過(guò)度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會(huì)影響它的位置精度，并反過(guò)來(lái)影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來(lái)減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)滿足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報(bào)道[參考文獻(xiàn)1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒(méi)有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過(guò)對(duì)剛性模型[9-11]對(duì)夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問(wèn)題是制定一個(gè)線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線接觸力相對(duì)較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過(guò)6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過(guò)假設(shè)已知摩擦力的方向來(lái)推導(dǎo)計(jì)算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無(wú)法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過(guò)計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來(lái)克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)受夾具點(diǎn)的局部彈性變形的強(qiáng)烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗(yàn)的接觸力變形的關(guān)系（稱為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過(guò)工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對(duì)報(bào)告做了改善，然而，他們沒(méi)有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒(méi)有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點(diǎn)彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對(duì)工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒(méi)有在這些文件中提到 。
本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準(zhǔn)靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個(gè)問(wèn)題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題提出和解決。通過(guò)兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對(duì)定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。
1． 夾具——工件聯(lián)系模型
1．1 模型假設(shè)
該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過(guò)程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對(duì)液壓或氣動(dòng)夾具使用。在實(shí)際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見圖1）第i夾具接觸力局部變形如下：
(1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線和法線方向的接觸剛度
第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè)
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個(gè)
接觸處的坐標(biāo)系
（j=x，y，z）是對(duì)應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線力接觸。
1．2 工件——夾具的接觸剛度模型
集中遵守一個(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線力呈非線性變化 [23]。由于法線力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁(yè)]中給出如下：
（2）
其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。
切向變形沿著和切線方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁(yè)]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個(gè)合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線性近似，
（4）
(5)
正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認(rèn)定是0.94。
2．夾緊力優(yōu)化
我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過(guò)程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過(guò)制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題的問(wèn)題，如下描述。
2.1 目標(biāo)函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)輪換往往是相當(dāng)小[17]的工件定位誤差假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個(gè)正交組件（見圖2）。
圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn)
工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計(jì)算如下：
（6）
其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
但是作用在工件的夾緊力會(huì)影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式：
（7）
其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個(gè)文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線的，接觸的摩擦力相對(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過(guò)（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計(jì)算得出（見圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過(guò)盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫為：
最小化 （9）
要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過(guò)使用最低總能量互補(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問(wèn)題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對(duì)接觸問(wèn)題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過(guò)夾緊力的隨時(shí)調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ)，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯）
2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束
在（10）式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫(kù)侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個(gè)非線性約束和線性化版本可以使用，并且[19]有：
（11）
假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）：
(12)
其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機(jī)械加工力和工件重量。
2.3界接觸力
由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線的接觸力只能被壓縮。這通過(guò)以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個(gè)法線的接觸壓力不能超過(guò)壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個(gè)工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)約束對(duì)。該補(bǔ)充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對(duì)為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個(gè)指定的加權(quán)范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設(shè)最初所有夾緊力不明確，要確定一個(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問(wèn)題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過(guò)計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問(wèn)題可改寫為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來(lái)確定最低的上的約束, 通過(guò)盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測(cè)精度和，有參考文獻(xiàn)[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用
4． 加工過(guò)程中的夾緊力的優(yōu)化及測(cè)定
上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負(fù)載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點(diǎn)的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負(fù)荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來(lái)解決下面將被討論的問(wèn)題，考慮一個(gè)有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有：
雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)在工件加工的同一時(shí)刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進(jìn)給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負(fù)載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有：
(i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19)
其中是最佳夾緊力的四個(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過(guò)在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見于式 （20）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請(qǐng)注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。
5．影響工件的定位精度
它的興趣在于最早提出了評(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個(gè)工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準(zhǔn)靜態(tài)加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運(yùn)動(dòng)的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對(duì)于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來(lái)表達(dá)在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為：
（22）
方程（21）現(xiàn)在可以改寫為： （23）
其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒(méi)有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)外加工負(fù)荷，故在法線方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變，因此，必須對(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為：
（25）
其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)外加工力量和載體的6×1矢量。并結(jié)合方程（23）—（25）與靜態(tài)平衡方程，得到下面的方程組：
（26）
其中，其中表示相乘。由于夾緊和加工工件剛體移動(dòng)，q可通過(guò)求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6），
現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來(lái)確定最佳夾緊力及其對(duì)兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點(diǎn)力。
2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列
如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標(biāo)系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來(lái)定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對(duì)系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對(duì)加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級(jí)夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)25.4毫米銑槽使用EMSIM進(jìn)行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時(shí)（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體，
（見圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過(guò)程模擬例如2。
表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過(guò)的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)載。
7．結(jié)果與討論
例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9，
圖9
對(duì)于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過(guò)減少工件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得。由于夾緊力和負(fù)載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點(diǎn)減少錯(cuò)誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因?yàn)閺淖畛跬ㄟ^(guò)互補(bǔ)勢(shì)能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個(gè)序列應(yīng)用于銑削負(fù)載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個(gè)序列。最佳的夾緊力，，對(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個(gè)組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個(gè)夾緊點(diǎn)最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個(gè)完整的刀具路徑改進(jìn)方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對(duì)于初始夾緊力的強(qiáng)度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。
圖10
8．結(jié)論
該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具，工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題，使用-約束的方法解決。該算法通過(guò)兩個(gè)模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動(dòng)態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。
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鎮(zhèn) 江 高 專 ZHENJIANG COLLEGE 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 成品取出夾子加工工藝和夾具設(shè)計(jì) 鉆 銑 2 副 Products from the clip processing technology and fixture design 系 名 四號(hào)宋體 專業(yè)班級(jí) 四號(hào)宋體 學(xué)生姓名 四號(hào)宋體 學(xué) 號(hào) 四號(hào)宋體 指導(dǎo)教師姓名 四號(hào)宋體 指導(dǎo)教師職稱 四號(hào)宋體 年 月 摘要 II 摘要 成品取出夾子零件零件加工工藝及夾具設(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 Abstract II Abstract parts processing technology and fixture design is the design of the process design including the parts processing process design and the three part special fixture In the process of design should first of all parts to analyze understand parts of the process and then design a blank structure and choose the good parts machining datum designs the process routes of the parts then the parts of each step process dimension calculation the key is to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design then a special fixture fixture for the various components of the design such as the connecting part positioning device clamping device a guide element clamp and the machine tool and other components the positioning error generated when calculate fixture positioning analysis of the rationality and deficiency of fixture structure pay attention to improving and will design in Key words Technology process cutting clamping positioning 目錄 III 目 錄 摘要 II ABSTRACT II 第 1 章 緒論 1 第 2 章 零件的分析 2 2 1 零件的形狀 2 2 2 零件的工藝分析 2 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 4 3 1 確定毛坯的制造形式 4 3 2 基面的選擇 4 3 3 制定工藝路線 4 3 3 1 工藝路線方案一 4 3 3 2 工藝路線方案二 5 3 3 3 工藝方案的比較與分析 5 3 4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 6 3 4 1 機(jī)床選用 6 3 4 2 選擇刀具 6 3 4 3 選擇量具 6 3 5 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6 3 6 確定切削用量及基本工時(shí) 7 第 4 章 鉆孔夾具設(shè)計(jì) 12 4 1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 12 4 2 夾具的導(dǎo)向 13 4 3 鉆孔與工件之間的切屑間隙 13 4 4 鉆模板 14 4 5 定位誤差的分析 14 4 6 鉆套 襯套 鉆模板設(shè)計(jì)與選用 15 4 7 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 17 4 8 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 18 第 5 章 銑斜面夾具設(shè)計(jì) 19 5 1 研究原始質(zhì)料 19 5 2 定位 夾緊方案的選擇 20 5 3 切削力及夾緊力的計(jì)算 20 5 4 誤差分析與計(jì)算 21 5 5 定向鍵與對(duì)刀裝置設(shè)計(jì) 22 5 6 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 23 5 7 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 25 鎮(zhèn)江市高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 IV 結(jié) 論 26 參 考 文 獻(xiàn) 27 致 謝 28 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備 它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程的切削加工 熱 處理 裝配 焊接和檢測(cè)等工藝過(guò)程中 在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱為機(jī)床夾具 在現(xiàn)代生產(chǎn)中 機(jī)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(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等 幫機(jī)床夾具設(shè)計(jì)在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作 工欲善其事 必先利其器 工具是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志 自 20 世紀(jì)末期以來(lái) 現(xiàn)代制造技術(shù)與機(jī)械制造工 藝自動(dòng)化都有了長(zhǎng)足的發(fā)展 但工具 含夾具 刀具 量具與輔具等 在不斷的革新 中 其功能仍然十分顯著 機(jī)床夾具對(duì)零件加工的質(zhì)量 生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直 接的影響 因此 無(wú)論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中 夾具都是重要的工藝裝備 機(jī)床夾具的特殊功能主要是對(duì)刀和導(dǎo)向 1 對(duì)刀 調(diào)整刀具切削刃相對(duì)工件或夾具的正確位置 如銑床夾具中的對(duì)刀 塊 它能迅速地確定銑刀相對(duì)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 第 2 章 零件的分析 2 第 2 章 零件的分析 2 1 零件的形狀 題目給的零件是成品取出夾子零件零件 主要作用是起連接作用 零件的實(shí)際形狀如上圖所示 從零件圖上看 該零件是典型的零件 結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn) 單 具體尺寸 公差如下圖所示 2 1 圖 2 1 成品取出夾子零件圖 2 2 零件的工藝分析 由零件圖可知 其材料為 A3 具有較高強(qiáng)度 耐磨性 耐熱性及減振性 適用于 承受較大應(yīng)力和要求耐磨零件 成品取出夾子零件零件主要加工表面為 1 粗銑底面 半精銑 表面粗糙度 值為 3 2 2 粗銑 半精銑上端面 表面粗糙度 值 3 2 4 鉆內(nèi)孔 aRm aRm 及表面粗糙度 值 3 2 5 兩側(cè)面粗糙度 a值 6 3 12 5 面粗糙度a 值 6 3 a 成品取出夾子零件共有兩組加工表面 他們之間有一定的位置要求 現(xiàn)分述如 下 1 底部端面的加工表面 這一組加工表面包括 端面 倒角鉆孔 這一部份只有端面有 6 3 的粗糙度要求 其要求并不高 粗銑后半精銑就可以達(dá)到精度要求 而鉆工沒(méi)有精度要求 因此一道 第 2 章 零件的分析 3 工序就可以達(dá)到要求 并不需要擴(kuò)孔 鉸孔等工序 2 端面的加工表面 這一組加工表面包括 端面 粗糙度為 3 2 的端面 并帶有倒角 其要求 也不高 粗銑后半精銑就可以達(dá)到精度要求 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 4 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 本成品取出夾子零件假設(shè)年產(chǎn)量為 10 萬(wàn)臺(tái) 每臺(tái)銑床需要該零件 1 個(gè) 備品率 為 19 廢品率為 0 25 每日工作班次為 2 班 該零件材料為 A3 考慮到零件在工作時(shí)要有高的耐磨性 所以選擇焊接 依據(jù) 設(shè)計(jì)要求 Q 100000 件 年 n 1 件 臺(tái) 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際 備品率 和 廢品率 分別 取 19 和 0 25 代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領(lǐng) N 2XQn 1 1 238595 件 年 3 1 確定毛坯的制造形式 零件材料為 A3 年產(chǎn)量已達(dá)成批生產(chǎn)水平 而且零件輪廓尺寸不大 可以采用型 材 這從提高生產(chǎn)效率 保證加工精度 減少生產(chǎn)成本上考慮 也是應(yīng)該的 3 2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)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 不但使加工工藝過(guò)程中的問(wèn)題百出 更 有甚者 還會(huì)造成零件大批報(bào)廢 使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行 粗基準(zhǔn)的選擇 對(duì)像成品取出夾子零件這樣的零件來(lái)說(shuō) 選好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要 的 對(duì)本零件來(lái)說(shuō) 如果外圓的端面做基準(zhǔn) 則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的 外形不對(duì)稱 按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則 即當(dāng)零件有不加工表面時(shí) 應(yīng)以這些不加 工表面做粗基準(zhǔn) 若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí) 則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)應(yīng)位置 精度較高的不加工表面做為粗基準(zhǔn) 3 對(duì)于精基準(zhǔn)而言 主要應(yīng)該考慮基準(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 時(shí) 應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算 這在以后還要專門計(jì)算 此處不在重復(fù) 3 3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn) 應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀 尺寸精度及位置精度等技術(shù) 要求能得到合理的保證 在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下 可以考慮采用萬(wàn) 能性機(jī)床配以專用夾具 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)成本盡量下降 3 3 1 工藝路線方案一 10 焊接 焊接 20 時(shí)效 時(shí)效 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 5 30 銑 銑 16 一側(cè)端面 40 銑 銑 16 另外一側(cè)端面 50 鉆 鉆鉸 6 35mm 的孔 60 銑 銑斜面 70 銑 銑 90 度 V 槽 80 鉆 鉆 M5 底孔 然后攻絲 M5 孔 90 去毛刺 清洗去毛刺 100 驗(yàn)收 驗(yàn)收 110 入庫(kù) 入庫(kù) 3 3 2 工藝路線方案二 10 焊接 焊接 20 時(shí)效 時(shí)效 30 銑 銑 16 一側(cè)端面 40 銑 銑 16 另外一側(cè)端面 50 銑 銑斜面 60 銑 銑 90 度 V 槽 70 鉆 鉆鉸 6 35mm 的孔 80 鉆 鉆 M5 底孔 然后攻絲 M5 孔 90 去毛刺 清洗去毛刺 100 驗(yàn)收 驗(yàn)收 110 入庫(kù) 入庫(kù) 3 3 3 工藝方案的比較與分析 上述兩個(gè)方案的特點(diǎn)在于 方案一的定位和裝夾等都比較方便 方案二采用鏜床 加工 需要要及時(shí)更換刀具 因?yàn)橛行┕ば蛟阢姶采弦部梢约庸?鏜 鉆孔等等 需 要換上相應(yīng)的刀具 因此綜合工藝方案 取優(yōu)棄劣 具體工藝過(guò)程如下 10 焊接 焊接 20 時(shí)效 時(shí)效 30 銑 銑 16 一側(cè)端面 40 銑 銑 16 另外一側(cè)端面 50 鉆 鉆鉸 6 35mm 的孔 60 銑 銑斜面 70 銑 銑 90 度 V 槽 80 鉆 鉆 M5 底孔 然后攻絲 M5 孔 鎮(zhèn)江市高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 6 90 去毛刺 清洗去毛刺 100 驗(yàn)收 驗(yàn)收 110 入庫(kù) 入庫(kù) 3 4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 3 4 1 機(jī)床選用 工序是粗銑 和精銑 各工序的工步數(shù)不多 成批量生產(chǎn) 故選用銑床就能 滿足要求 本零件外輪廓尺寸不大 精度要求屬于中等要求 選用最常用的 XK52 銑 床 參考根據(jù) 機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡(jiǎn)明手冊(cè) 表 4 2 7 工序是鉆孔 選用 Z525 搖臂鉆床 3 4 2 選擇刀具 在銑床上加工的工序 一般選用硬質(zhì)合金銑刀和鏜刀 加工刀具選用 YG6 類硬 質(zhì)合金銑刀 它的主要應(yīng)用范圍為普通低碳鋼 冷硬低碳鋼 高溫合金的精加工和半 精加工 為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)性 可選用可轉(zhuǎn)位銑刀 GB5343 1 85 GB5343 2 85 鉆孔時(shí)選用高速鋼麻花鉆 參考 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 主編 孟少農(nóng) 第二 卷表 10 21 47 及表 10 2 53 可得到所有參數(shù) 4 3 4 3 選擇量具 本零件屬于成批量生產(chǎn) 一般均采用通常量具 選擇量具的方法有兩種 一是按 計(jì)量器具的不確定度選擇 二是按計(jì)量器的測(cè)量方法極限誤差選擇 采用其中的一種 方法即可 3 5 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 成品取出夾子零件 零件材料為 A3 查 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 以后簡(jiǎn)稱 工 藝手冊(cè) 表 2 2 17 各種低碳鋼的性能比較 灰焊接的硬度 HB 為 143 269 表 2 2 23 灰焊接的物理性能 A3 密度 7 2 7 3 計(jì)算零件毛坯的重量約3cmg 為 2 kg 表 3 1 機(jī)械加工銑間的生產(chǎn)性質(zhì) 同類零件的年產(chǎn)量 件 生產(chǎn)類別 重型 零件重 2000kg 中型 零件重 100 2000kg 輕型 零件重 100kg 單件生產(chǎn) 5 以下 10 以下 100 以下 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 7 小批生產(chǎn) 5 100 10 200 100 500 中批生產(chǎn) 100 300 200 500 500 5000 大批生產(chǎn) 300 1000 500 5000 5000 50000 大量生產(chǎn) 1000 以上 5000 以上 50000 以上 根據(jù)所發(fā)的任務(wù)書上的數(shù)據(jù) 該零件的月工序數(shù)不低于 30 50 毛坯重量 2 100 為輕型 確定為大批生產(chǎn) kg 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng) 選擇焊接類型的主要特點(diǎn)要生產(chǎn)率高 適用于大批生產(chǎn) 查 工 藝手冊(cè) 表 3 1 19 特種焊接的類別 特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 再根據(jù)表 3 1 20 各種焊接 方法的經(jīng)濟(jì)合理性 采用機(jī)器砂模造型鑄件 5 表 3 2 成批和大量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級(jí) 公差等級(jí) CT焊接方法 灰焊接 砂型手工造型 11 13 砂型機(jī)器造型及殼型 8 10 金屬型 7 9 低壓焊接 7 9 熔模焊接 5 7 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(jī)械加工余量 工序尺寸 及毛坯尺寸 3 6 確定切削用量及基本工時(shí) 切削用量一般包括切削深度 進(jìn)給量及切削速度三項(xiàng) 確定方法是先是確定切削 深度 進(jìn)給量 再確定切削速度 現(xiàn)根據(jù) 切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè) 第三版 艾興 肖 詩(shī)綱編 1993 年機(jī)械工業(yè)出版社出版 確定本零件各工序的切削用量所選用的表格 均加以 號(hào) 與 機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡(jiǎn)明手冊(cè) 的表區(qū)別 6 工序 30 銑 16 一側(cè)端面 機(jī)床 銑床 X52K 刀具 面銑刀 硬質(zhì)合金材料 材料 齒數(shù) 15YT0Dm 5Z 單邊余量 Z 1mm 精銑面余量 Z 1 0mm 銑削深度 pa1 0m 每齒進(jìn)給量 取 取銑削速度f(wàn) 5 fZ2 8 Vs 每齒進(jìn)給量 取 取銑削速度8 47m 鎮(zhèn)江市高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 8 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n 3 1 102 47601 97 min31Vnrd 按照文獻(xiàn) 取 5 ir 實(shí)際銑削速度 v 3 2 2 4 1060v s 進(jìn)給量 fV187560 12 ffaZns 工作臺(tái)每分進(jìn)給量 m 475minfV 取 a 切削工時(shí) 被切削層 由毛坯可知 l14l 68l 刀具切入 1 3 3 210 5 3lDa 60 2m 刀具切出 取2l 走刀次數(shù)為 1 機(jī)動(dòng)時(shí)間 3 4 jt 1240 36in7 5jmlf 機(jī)動(dòng)時(shí)間 3 5 819 所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間 1 ijjtt 工序 40 銑 16 另外一側(cè)端面 機(jī)床 銑床 X52K 刀具 面銑刀 硬質(zhì)合金材料 材料 齒數(shù) 15YT0Dm 5Z 精銑面余量 Z 1 0mm 銑削深度 pa1 0m 每齒進(jìn)給量 取 取銑削速度f(wàn) 5 fZ2 8 Vs 每齒進(jìn)給量 取 取銑削速度8 47 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n 3 6 10247601 97 in3 1Vnrd 按照文獻(xiàn) 取 5 mir 實(shí)際銑削速度 v 3 7 2 4 1060v s 進(jìn)給量 fV187560 12 ffaZnms 工作臺(tái)每分進(jìn)給量 m 475infV 取 a 切削工時(shí) 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 9 被切削層 由毛坯可知 l14lm 68l 刀具切入 1 210 5 3lDa 3 8 60 2 刀具切出 取2l 走刀次數(shù)為 1 機(jī)動(dòng)時(shí)間 3 9 jt 1240 36min7 5jmlf 機(jī)動(dòng)時(shí)間 3 10 819 所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間 1 ijjtt 工序 80 鉆鉸 6 35mm 的孔 機(jī)床 立式鉆床 Z525 刀具 根據(jù)選高速鋼錐柄麻花鉆頭 切削深度 pa3 2m 進(jìn)給量 取 frf 0 切削速度 取 V 48s 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n 3 38 10 6539 in31vnrd 按照文獻(xiàn) 取 0 ir 所以實(shí)際切削速度 3 39 146530 6 dvms 切削工時(shí) 被切削層 l42m 刀具切入 1 3 40 1 7 105 962rDlctgkctg 刀具切出 取l2 ml32 走刀次數(shù)為 1 機(jī)動(dòng)時(shí)間 3 41 jt 46 in0 jLfn 工序 70 銑 90 度 V 槽 機(jī)床 銑床 X52K 刀具 V 槽銑刀 硬質(zhì)合金材料 材料 15YT 精銑面余量 Z 1 0mm 銑削深度 pa1 0m 每齒進(jìn)給量 取 取銑削速度f(wàn) 5 fZ2 8 Vms 每齒進(jìn)給量 取 取銑削速度8 47 鎮(zhèn)江市高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 10 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n 3 6 102 47601 97 min31Vnrd 按照文獻(xiàn) 取 5 ir 實(shí)際銑削速度 v 3 7 2 4 1060v s 進(jìn)給量 fV187560 12 ffaZns 工作臺(tái)每分進(jìn)給量 m 475minfV 取 a 切削工時(shí) 被切削層 由毛坯可知 l14l 68l 刀具切入 1 210 5 3lDa 3 8 60 2m 刀具切出 取2l 走刀次數(shù)為 1 機(jī)動(dòng)時(shí)間 3 9 jt 1240 36in7 5jmlf 機(jī)動(dòng)時(shí)間 3 10 819 所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間 1 ijjtt 工序 60 銑斜面 機(jī)床 銑床 X52K 刀具 面銑刀 硬質(zhì)合金材料 材料 齒數(shù) 15YT0Dm 5Z 精銑面余量 Z 1 0mm 銑削深度 pa1 0m 每齒進(jìn)給量 取 取銑削速度f(wàn) 5 fZ2 8 Vs 每齒進(jìn)給量 取 取銑削速度8 47 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n 3 6 10247601 97 in3 1Vnrd 按照文獻(xiàn) 取 5 mir 實(shí)際銑削速度 v 3 7 2 4 1060v s 進(jìn)給量 fV187560 12 ffaZnms 工作臺(tái)每分進(jìn)給量 m 475infV 取 a 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 11 切削工時(shí) 被切削層 由毛坯可知 l14lm 68l 刀具切入 1 210 5 3lDa 3 8 60 2 刀具切出 取2l 走刀次數(shù)為 1 機(jī)動(dòng)時(shí)間 3 9 jt 1240 36min7 5jmlf 機(jī)動(dòng)時(shí)間 3 10 819 所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間 1 ijjtt 工序 80 鉆 M5 底孔 然后攻絲 M5 孔 1 鉆孔 切削深度 pa2 1m 進(jìn)給量 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊(cè) 表 28 10 取f 0 2 8 fmr 由于本零件在加工孔時(shí)屬于底剛度零件 故進(jìn)給量應(yīng)乘系數(shù) 0 75 則 0 2 8 0 75 0 65 21 f rmr 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手冊(cè) 表 28 13 取 0 2 fr 取切削速度 24 inVm 取 24 9 代入公式 2 1 得0d 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 根據(jù) 機(jī)械加工工藝師手01489 in3 2rd 冊(cè) 表 9 3 取 7 ir 實(shí)際切削速度 V 71 mi10n 被切削層長(zhǎng)度 l48m 刀具切入長(zhǎng)度 1 刀具切出長(zhǎng)度 2l3 走刀次數(shù)為 1 取 代入公式 2 4 得 48l l2l0 2f7n 機(jī)動(dòng)時(shí)間 jt1483 8mijn 以上為鉆一個(gè)孔的機(jī)動(dòng)時(shí)間 故本工序機(jī)動(dòng)工時(shí)為 120 3 76mijt 第 4 章 鉆孔夾具設(shè)計(jì) 12 第 4 章 鉆孔夾具設(shè)計(jì) 4 1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 在本次夾具設(shè)計(jì)中 設(shè)計(jì)鉆擴(kuò)鉸 6 35 孔的夾具 在工件夾緊方面要求手動(dòng)夾 緊 這類夾具的特點(diǎn)是 針對(duì)性強(qiáng) 剛性好 容易操作 裝夾速度較快以及生產(chǎn)效率 高和定位精度高 但是設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng) 產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)往往不能繼續(xù)使用適應(yīng)性差 費(fèi)用較高 夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個(gè)過(guò)程緊密聯(lián)系在一起的 定位問(wèn)題已在前面研 究過(guò) 其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度 僅僅定好位在大多數(shù)場(chǎng)合下 還無(wú)法進(jìn)行加工 只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾 緊裝置對(duì)工件進(jìn)行夾緊 才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù) 夾緊裝置的基本任務(wù)是保持工件在定位中所獲得的即定位置 以便在切削力 重 力 慣性力等外力作用下 不發(fā)生移動(dòng)和震動(dòng) 確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全 有時(shí)工件 的定位是在夾緊過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的 正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確 一般夾緊裝置由動(dòng)源即產(chǎn)生原始作用力的部分 夾緊機(jī)構(gòu)即接受和傳遞原始作用力 使之變?yōu)閵A緊力 并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分 他包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件 考慮到機(jī)床的性能 生產(chǎn)批量以及加工時(shí)的具體切削量決定采用手動(dòng)夾緊 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式 利用螺旋桿直接夾緊元件 或者與其他 元件或機(jī)構(gòu)組成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)來(lái)夾緊工件 是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機(jī)構(gòu) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋 實(shí)際上相當(dāng)于把契繞在圓柱體上 因此他的作用原 理與斜契是一樣的 也利用其斜面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)夾緊工件的 不過(guò)這里上是 通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋 使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來(lái)夾緊的 典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 2 擴(kuò)力比大 3 自瑣性能好 4 行程不受限制 5 夾緊動(dòng)作慢 夾緊裝置可以分為力源裝置 中間傳動(dòng)裝置和夾緊裝置 在此套夾具中 中間傳 動(dòng)裝置和夾緊元件合二為一 力源為機(jī)動(dòng)夾緊 通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板 達(dá)到夾緊和 定心作用 工件通過(guò)定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn) 通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板 實(shí)現(xiàn)對(duì)工件 的夾緊 并且移動(dòng)壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動(dòng)壓板 通過(guò)精確的 第 4 章 鉆孔夾具設(shè)計(jì) 13 圓弧定位 實(shí)現(xiàn)定心 此套移動(dòng)壓板制作簡(jiǎn)單 便于手動(dòng)調(diào)整 通過(guò)松緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓 板的前后移動(dòng) 以達(dá)到壓緊的目的 壓緊的同時(shí) 實(shí)現(xiàn)工件的定心 使其定位基準(zhǔn)的 對(duì)稱中心在規(guī)定位置上 4 2 夾具的導(dǎo)向 在鉆床上加工孔時(shí) 大都采用導(dǎo)向元件或?qū)蜓b置 用以引導(dǎo)刀具進(jìn)入正確的加 工位置 并在加工過(guò)程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移 提高刀具的剛性 從而保證零件上孔的精度 在鉆床上加工的過(guò)程中 導(dǎo)向裝置保證同軸各孔的同軸度 各孔孔距精度 各軸線間的平行度等 因此 導(dǎo)向裝置如同定位元件一樣 對(duì)于保證 工件的加工精度有這十分重要的作用 導(dǎo)向元件包括刀桿的導(dǎo)向部分和導(dǎo)向套 在這套鉆床夾具上用的導(dǎo)向套是鉆套 鉆套按其結(jié)構(gòu)可分為固定鉆套 可換鉆套 快換鉆套及特殊鉆套 因此套鉆夾具加工量不大 磨損較小 孔距離精度要求較高 則選用固定鉆套 如圖4 2 直接壓入鉆模板或夾具體的孔中 圖4 2 鉆套 鉆模板與固定鉆套外圓一般采用H7 h6的配合 且必須有很高的耐磨性 材料選 擇20Mn2 淬火HRC60 我選擇的鉆套 12 5F7 22K6 35 GB2264 1980 相同的 為了防止定位銷與模板之間的磨損 在模板定位孔之間套上兩個(gè)固定襯 套 選取的標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào)為12 18 GB2263 1980 材料仍選取T10A 淬火HRC60 公差 采用H7 p6的配合 4 3 鉆孔與工件之間的切屑間隙 鉆套的類型和特點(diǎn) 1 固定鉆套 鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中 鉆模板或夾具體的孔與鉆 套外圓一般采用 H7 n6 配合 主要用于加工量不大 磨損教小的中小批生產(chǎn)或加工孔 徑甚小 孔距離精度要求較高的小孔 2 可換鉆套 主要用在大批量生產(chǎn)中 由于鉆套磨損大 因此在可換鉆套和鉆 鎮(zhèn)江市高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 14 模板之間加一個(gè)襯套 襯套直接壓入鉆模板的孔內(nèi) 鉆套以 F7 m6 或 F7 k6 配合裝入 襯套中 3 快換鉆套 當(dāng)對(duì)孔進(jìn)行鉆鉸等加工時(shí) 由于刀徑不斷增大 需要不同的導(dǎo)套 引導(dǎo)刀具 為便于快速更換采用快換鉆套 4 特殊鉆套 尺寸或形狀與標(biāo)準(zhǔn)鉆套不同的鉆套統(tǒng)稱特殊鉆套 鉆套下端面與工件表面之間應(yīng)留一定的空隙C 使開始鉆孔時(shí) 鉆頭切屑刃不位 于鉆套的孔中 以免刮傷鉆套內(nèi)孔 如圖4 3 圖4 3 切屑間隙 C 0 3 1 2 d 在本次夾具鉆模設(shè)計(jì)中考慮了多方面的因素 確定了設(shè)計(jì)方案后 選擇了C 8 因?yàn)榇算@的材料是鑄件 所以C可以取較小的值 4 4 鉆模板 在導(dǎo)向裝置中 導(dǎo)套通常是安裝在鉆模板上 因此鉆模板必須具有足夠的剛度和 強(qiáng)度 以防變形而影響鉆孔精度 鉆模板按其與夾具體連接的方式 可分為固定式鉆 模板 鉸鏈?zhǔn)姐@模板 可卸式鉆模板 滑柱式鉆模板和活動(dòng)鉆模板等 在此套鉆模夾具中選用的是可卸式鉆模板 在裝卸工件時(shí)需從夾具體上裝上或卸下 鉆模板在夾具體上采用定位銷一面雙孔定位 螺栓緊固 鉆模精度較高 4 4 5 定位誤差的分析 定位誤差是指由于定位不準(zhǔn)而引起某一工序尺寸或位置要求方面的加工誤差 對(duì) 夾具設(shè)計(jì)中采用的某一定位方案 只要其可能產(chǎn)生的定位誤差小于工件相關(guān)尺寸或位 置公差的 1 3 即可認(rèn)為該定方案符合加工精度的要求 在用夾具裝夾工件時(shí) 當(dāng)工件上的定位基準(zhǔn)面與夾具上的定位元件相接觸或相配 合時(shí) 工件的位置即由定位元件確定下來(lái) 而對(duì)一批工件來(lái)說(shuō) 因各工件的有關(guān)表面 本身和它們之間在尺寸和位置上都存在公差 且夾具上的定位元件本身及相互間存在 第 4 章 鉆孔夾具設(shè)計(jì) 15 尺寸和位置公差 因此 雖然工件已經(jīng)定位 但每個(gè)被定位的工件上的一些表面的位 置仍然會(huì)產(chǎn)生變化 這就造成了工序尺寸和位置要求方面的加工誤差 為了滿足工序的加工要求 必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺 寸公差 由 5 和 6 可得 1 定位誤差 當(dāng)以任意邊接觸時(shí) minDWd 當(dāng)以固定邊接觸時(shí) 2 式中 為彼此最小間隙min 通過(guò)分析可得 0 5D 1dmin 因此 當(dāng)以任意邊接觸時(shí) 0 63DW 2 夾緊誤差 cos minaxyj 其中接觸變形位移值 SNHBKRkZaZy 014 8 9 1 cos0 3j 磨損造成的加工誤差 通常不超過(guò)Mj m5 夾具相對(duì)刀具位置誤差 取AD 誤差總和 9605jwm 從以上的分析可見 所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求 4 6 鉆套 襯套 鉆模板設(shè)計(jì)與選用 工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求 故選用可換鉆套 其結(jié)構(gòu)如下圖所 示 以減少更換鉆套的輔助時(shí)間 為了減少輔助時(shí)間采用可換鉆套 以來(lái)滿足達(dá)到孔的加工的要求 鎮(zhèn)江市高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 16 表 d D D1 H t 基本 極限 偏差 F7 基本 極限 偏差 D6 0 1 3 0 010 0 004 6 1 1 8 4 7 1 8 2 6 5 8 6 9 2 6 3 0 016 0 006 3 3 3 6 0 016 0 008 9 3 3 4 7 10 4 5 8 11 8 12 16 5 6 0 022 0 010 10 0 019 0 010 13 6 8 12 15 10 16 2 0 8 10 0 0 28 0 013 15 18 10 12 18 0 023 0 012 22 12 20 25 12 15 22 26 0 008 15 18 0 034 0 016 26 30 16 28 36 18 22 30 0 028 0 015 34 22 26 35 39 20 36 A 3 26 30 0 041 0 020 42 0 033 0 017 46 25 A3 5 0 012 第 4 章 鉆孔夾具設(shè)計(jì) 17 30 35 48 52 6 35 42 55 59 42 48 62 66 48 50 0 050 0 025 70 0 039 0 020 74 30 56 6 7 0 040 鉆模板選用翻轉(zhuǎn)鉆模板 用沉頭螺釘錐銷定位于夾具體上 4 7 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 對(duì)夾具體的設(shè)計(jì)的基本要求 1 應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面 如安裝接觸位置 安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的 足 夠的精度 之間的位置精度穩(wěn)定夾具體 夾具體應(yīng)該采用焊接 時(shí)效處理 退火等處 理方式 2 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 保證在加工過(guò)程中不因夾緊力 切削力等外力變形和振動(dòng)是不允許的 夾具應(yīng)有足夠 的厚度 剛度可以適當(dāng)加固 3 結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯(cuò) 夾較大的工件的外觀 更復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 之間的相互位置精度與每個(gè)表面的要求 高 所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過(guò)程中 應(yīng)處理的工件 夾具 維修方便 再滿足功能性 要求 剛度和強(qiáng)度 前提下 應(yīng)能減小體積減輕重量 結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單 4 應(yīng)便于鐵屑去除 在加工過(guò)程中 該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累 如果不及時(shí)清除 切削熱的積累會(huì)破 壞夾具定位精度 鐵屑投擲可能繞組定位元件 也會(huì)破壞的定位精度 甚至發(fā)生事故 因此 在這個(gè)過(guò)程中的鐵屑不多 可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的 鐵屑空間 對(duì)切削過(guò)程中產(chǎn)生更多的 一般應(yīng)在夾具體上面 5 安裝應(yīng)牢固 可靠 鎮(zhèn)江市高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 夾具安裝在所有通過(guò)夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的 當(dāng)夾安裝在重力的 中心 夾具應(yīng)盡可能低 支撐面積應(yīng)足夠大 以安裝精度要高 以確保穩(wěn)定和可靠的 安裝 夾具底部通常是中空的 識(shí)別特定的文件夾結(jié)構(gòu) 然后繪制夾具布局 圖中所 示的夾具裝配 加工過(guò)程中 夾具必承受大的夾緊力切削力 產(chǎn)生沖擊和振動(dòng) 夾具的形狀 取 決于夾具布局和夾具和連接 在因此夾具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度 在加工過(guò)程中的 切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具 積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠 所以?shī)A具 設(shè)計(jì) 必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑 此外 夾點(diǎn)技術(shù) 經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作 安裝方 便等特點(diǎn) 在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮 在加工過(guò)程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具 切 割積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠 所以?shī)A具設(shè)計(jì) 必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵 屑 4 8 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 由于是大批大量生產(chǎn) 主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 因此設(shè)計(jì)時(shí) 需要更換零件加 工時(shí)速度要求快 本夾具設(shè)計(jì) 用底部大平面定位三個(gè)自由度 V 型塊定位兩個(gè)自 由度 再用一個(gè)壓塊限制最后一個(gè)自由度 第 5 章 銑斜面夾具設(shè)計(jì) 19 第 5 章 銑斜面夾具設(shè)計(jì) 5 1 研究原始質(zhì)料 利用本夾具主要用來(lái)加工銑斜面夾具設(shè)計(jì) 加工時(shí)除了要滿足粗糙度要求外 還 應(yīng)滿足兩孔軸線間公差要求 為了保證技術(shù)要求 最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn) 同時(shí) 應(yīng) 考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度 一 機(jī)床夾具定位元件 工件定位方式不同 夾具定位元件的結(jié)構(gòu)形式也不同 這里只介紹幾種常用的基 本定位元件 實(shí)際生產(chǎn)中使用的定位元件都是這些基本定位元件的組合 一 工件以平面定位常用定位元件 1 支承釘 常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式如圖6 1所示 平頭支承釘 圖 a 用于支承精基準(zhǔn)面 球 頭支承釘 圖 b 用于支承粗基準(zhǔn)面 網(wǎng)紋頂面支承釘 圖 c 能產(chǎn)生較大的摩擦力 但網(wǎng)槽中的切屑不易清除 常用在工件以粗基準(zhǔn)定位且要求產(chǎn)生較大摩擦力的側(cè)面定 位場(chǎng)合 一個(gè)支承釘相當(dāng)于一個(gè)支承點(diǎn) 限制一個(gè)自由度 在一個(gè)平面內(nèi) 兩個(gè)支承 釘限制二個(gè)自由度 不在同一直線上的三個(gè)支承釘限制三個(gè)自由度 圖5 1 常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式 2 支承板 常用的支承板結(jié)構(gòu)形式如圖5 2所示 平面型支承板 圖 a 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但沉頭螺 釘處清理切屑比較困難 適于作側(cè)面和頂面定位 帶斜槽型支承板 圖 b 在帶有 螺釘孔的斜槽中允許容納少許切屑 適于作底面定位 當(dāng)工件定位平面較大時(shí) 常用 幾塊支承板組合成一個(gè)平面 一個(gè)支承板相當(dāng)于兩個(gè)支承點(diǎn) 限制兩個(gè)自由度 兩個(gè) 或多個(gè) 支承板組合 相當(dāng)于一個(gè)平面 可以限制三個(gè)自由度 圖6 2 常用支承板的結(jié)構(gòu)形式 3 可調(diào)支承 常用可調(diào)支承結(jié)構(gòu)形式如圖6 3所示 可調(diào)支承多用于支承工件的粗基準(zhǔn)面 支承 高度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整 調(diào)整到位后用螺母鎖緊 一個(gè)可調(diào)支承限制一個(gè)自由度 圖6 3 常用可調(diào)支承的結(jié)構(gòu)形式 二 工件以孔定位常用定位元件 1 定位銷 鎮(zhèn)江市高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 20 圖6 6是幾種常用固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式 當(dāng)工件的孔徑尺寸較小時(shí) 可選用圖 a 所示的結(jié)構(gòu) 當(dāng)孔徑尺寸較大時(shí) 選用圖 b 所示的結(jié)構(gòu) 當(dāng)工件同時(shí)以圓孔和端 面組合定位時(shí) 則應(yīng)選用圖 c 所示的帶有支承端面的結(jié)構(gòu) 用定位銷定位時(shí) 短圓柱 銷限制二個(gè)自由度 長(zhǎng)圓柱銷可以限制四個(gè)自由度 短圓錐銷 圖 d 限制三個(gè)自由 度 圖5 6 固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式 5 2 定位 夾緊方案的選擇 由零件圖可知 在對(duì)加工前 平面進(jìn)行了粗 精銑加工 底面進(jìn)行了鉆 擴(kuò)加工 因此 定位 夾緊方案有 為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi) 采用一面一銷再加上一手動(dòng)調(diào)節(jié)的螺絲定 位的定位方式 這種定位在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單易操作 一面即底平面 5 3 切削力及夾緊力的計(jì)算 刀具 銑刀 硬質(zhì)合金 刀具有關(guān)幾何參數(shù) 015 001 頂 刃 0n 側(cè) 刃 601 5 30rK 2 5Lm2Z 8 famzmap 2 由參考文獻(xiàn) 5 5 表 1 2 9 可得銑削切削力的計(jì)算公式 0 8 10 pzFafDBzn 有 8 1 10 1254836 N 根據(jù)工件受力切削力 夾緊力的作用情況 找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬 間狀態(tài) 按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力 最后為保證夾緊可靠 再乘以安全系數(shù) 作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值 即 FKW 安全系數(shù) K 可按下式計(jì)算 6543210 式中 為各種因素的安全系數(shù) 查參考文獻(xiàn) 5 1 2 1 可知其公式參數(shù) 6 第 5 章 銑斜面夾具設(shè)計(jì) 21 123456 0 1 0 3KK 由此可得 310 56 所以 根據(jù)工件受力切削力 8 45 KWFN 夾緊力的作用情況 找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài) 按靜力平衡原理計(jì) 算出理論夾緊力 最后為保證夾緊可靠 再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值 即 FK 安全系數(shù) K 可按下式計(jì)算有 6543210 式中 為各種因素的安全系數(shù) 查參考文獻(xiàn) 5 表 可得 6 12 01 301 56C 22 3P 1 2 fK 所以有 98 CWFN 76 3P 150Kf 該孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為中心軸 故以回轉(zhuǎn)面做定位基準(zhǔn) 實(shí)現(xiàn) 基準(zhǔn)重合 原則 參考文獻(xiàn) 因夾具的夾緊力與切削力方向相反 實(shí)際所需夾緊力 F 夾與切削力 之間 的關(guān)系 F 夾 KF 軸向力 F 夾 KF N 扭距 Nm93 103 24 05 14 3108 90 MYFXKfdC 5 4 誤差分析與計(jì)算 該夾具以一底面一側(cè)面 兩支撐釘和一個(gè)調(diào)節(jié)螺絲定位 為了滿足工序的加工要 求 必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差 gwj 與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差 一般可用下式表示 j MjWDAZWj 由參考文獻(xiàn) 5 可得 銷的定位誤差 11minDd 1 21min2min DdDdJWarctgL 其中 鎮(zhèn)江市高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 22 10 52Dm 20D d 3dm 1in 2in4 0 63DW 2J 夾緊誤差 cos minaxyj 其中接觸變形位移值 1 9 62HBZyRaZkNcl 查 5 表 1 2 15 有 104 0 6 42 0 7RazHBKCn cos 8jy 磨損造成的加工誤差 通常不超過(guò)Mj m5 夾具相對(duì)刀具位置誤差 取AD 誤差總和 0 53jwm 5 5 定向鍵與對(duì)刀裝置設(shè)計(jì) 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中 一般使用兩個(gè) 其距離盡可能布置的遠(yuǎn)些 通過(guò)定向鍵與銑床工作臺(tái) T 形槽的配合 使夾具上定位元件的工作表面對(duì)于工作臺(tái)的 送進(jìn)方向具有正確的位置 定向鍵可承受銑削時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩 可減輕夾緊夾具的 螺栓的負(fù)荷 加強(qiáng)夾具在加工中的穩(wěn)固性 根據(jù) GB2207 80 定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示 o 圖 5 1 夾具體槽形與螺釘 根據(jù) T 形槽的寬度 a 18mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如表 5 4 第 5 章 銑斜面夾具設(shè)計(jì) 23 表 5 4 定向鍵 夾具體槽形尺寸 B 2B 公 稱尺 寸 允 差 d 允 差 4 L H h D 1 公稱 尺寸 允 差 D 2h 1 8 0 012 0 035 2 5 1 2 4 1 2 4 5 18 0 019 5 對(duì)刀裝置由對(duì)刀塊和塞尺組成 用來(lái)確定刀具與夾具的相對(duì)位置 塞尺選用平塞尺 其結(jié)構(gòu)如圖 5 3 所示 標(biāo) 記四 周 倒 圓 圖 5 3 平塞尺 塞尺尺寸參數(shù)如表 5 5 表 5 5 塞尺 公稱尺寸 H 允差 d C 3 0 006 0 25 上的分析可見 所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求 鎮(zhèn)江市高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 24 5 6 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 對(duì)夾具體的設(shè)計(jì)的基本要求 1 應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面 如安裝接觸位置 安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的 足 夠的精度 之間的位置精度穩(wěn)定夾具體 夾具體應(yīng)該采用鑄造 時(shí)效處理 退火等處 理方式 2 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 保證在加工過(guò)程中不因夾緊力 切削力等外力變形和振動(dòng)是不允許的 夾具應(yīng)有 足夠的厚度 剛度可以適當(dāng)加固 3 結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯(cuò) 夾較大的工件的外觀 更復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 之間的相互位置精度與每個(gè)表面的要求 高 所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過(guò)程中 應(yīng)處理的工件 夾具 維修方便 再滿足功能性 要求 剛度和強(qiáng)度 前提下 應(yīng)能減小體積減輕重量 結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單 4 應(yīng)便于鐵屑去除 在加工過(guò)程中 該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累 如果不及時(shí)清除 切削熱的積累會(huì)破 壞夾具定位精度 鐵屑投擲可能繞組定位元件 也會(huì)破壞的定位精度 甚至發(fā)生事故 因此 在這個(gè)過(guò)程中的鐵屑不多 可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的 鐵屑空間 對(duì)切削過(guò)程中產(chǎn)生更多的 一般應(yīng)在夾具體上面 5 安裝應(yīng)牢固 可靠 夾具安裝在所有通過(guò)夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的 當(dāng)夾安裝在重力的 中心 夾具應(yīng)盡可能低 支撐面積應(yīng)足夠大 以安裝精度要高 以確保穩(wěn)定和可靠的 安裝 夾具底部通常是中空的 識(shí)別特定的文件夾結(jié)構(gòu) 然后繪制夾具布局 圖中所 示的夾具裝配 加工過(guò)程中 夾具必承受大的夾緊力切削力 產(chǎn)生沖擊和振動(dòng) 夾具的形狀 取 決于夾具布局和夾具和連接 在因此夾具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度 在加工過(guò)程中的 第 5 章 銑斜面夾具設(shè)計(jì) 25 切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具 積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠 所以?shī)A具 設(shè)計(jì) 必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑 此外 夾點(diǎn)技術(shù) 經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作 安裝方 便等特點(diǎn) 在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮 在加工過(guò)程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具 切 割積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠 所以?shī)A具設(shè)計(jì) 必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵 屑 5 7 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 為提高生產(chǎn)率 經(jīng)過(guò)方案的認(rèn)真分析和比較 選用了手動(dòng)夾緊方式 螺旋機(jī)構(gòu) 這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 夾緊可靠 通用性大 在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用 此外 當(dāng)夾具有制造誤差 工作過(guò)程出現(xiàn)磨損 以及零件尺寸變化時(shí) 影響定位 夾緊的可靠 為防止此現(xiàn)象 選用可換定位銷 以便隨時(shí)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整換取 結(jié)論 26 結(jié) 論 通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我能夠?qū)镜闹R(shí)做進(jìn)一步的了解與學(xué)習(xí) 對(duì)資料 的查詢與合理的應(yīng)用做了更深入的了解 本次進(jìn)行工件的工藝路線分析 工藝卡的制 定 工藝過(guò)程的分析 對(duì)我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)的課程進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用與綜合的學(xué)習(xí) 提高了我了思考問(wèn)題 解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力 為以后的設(shè)計(jì)工作打下 了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 由于能力有限 設(shè)計(jì)中還有很多不足之處 懇請(qǐng)老師批評(píng)指導(dǎo) 參考文獻(xiàn) 27 參 考 文 獻(xiàn) 1 李 洪 機(jī)械加工工藝手冊(cè) M 北京出版社 2006 1 2 陳宏鈞 實(shí)用金屬切削手冊(cè) M 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 1 3 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會(huì) 金屬切削手冊(cè) M 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2002 4 楊叔子 機(jī)械加工工藝師手冊(cè) M 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 5 徐鴻本 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) M 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 2003 10 6 都克勤 機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)圖冊(cè) M 貴州人民出版社 2003 4 7 胡建新 機(jī)床夾具 M 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社 2001 5 8 馮 道 機(jī)械零件切削加工工藝與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊(cè) M 安徽文化音像出版社 2003 9 王先逵 機(jī)械制造工藝學(xué) M 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 10 馬賢智 機(jī)械加工余量與公差手冊(cè) M 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 1994 12 11 劉文劍 夾具工程師手冊(cè) M 黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社 2007 12 王光斗 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) M 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2002 8 致謝 28 致 謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束之際我向所有幫助過(guò)我的老師和同學(xué)說(shuō)一聲 謝謝 我想沒(méi)有他們的幫 助 畢業(yè)設(shè)計(jì)就會(huì)做得很困難 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在老師悉心指導(dǎo)下完成的 XX 老師以其淵博的學(xué)識(shí) 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范 高 度的責(zé)任感使我受益非淺 在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中也遇到了不少的問(wèn)題 XX 老師給了我許多關(guān)懷和 幫助 并且隨時(shí)詢問(wèn)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況 細(xì)心的指導(dǎo)我們 也經(jīng)常打電話或者發(fā)電子郵件過(guò) 來(lái)指導(dǎo)我的設(shè)計(jì) 在論文工作中 得到了機(jī)電學(xué)院有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師的幫助與支持 在此表示衷心的感謝 最后 在即將完成畢業(yè)設(shè)計(jì)之時(shí) 我再次感謝對(duì)我指導(dǎo) 關(guān)心和幫助過(guò)老師 領(lǐng)導(dǎo)及同學(xué) 謝謝了