（通過(guò)答辯）箱體蓋孔立式鏜床夾具設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙）
（通過(guò)答辯）箱體蓋孔立式鏜床夾具設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙）,通過(guò),答辯,箱體,孔立,鏜床,夾具,設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙
金屬基于FEM和SPH的切口過(guò)程的數(shù)值仿真和分析*
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摘要——通過(guò)使用有限元法和SPH，在金屬材料的切削過(guò)程模擬和切割機(jī)制耦合方法中對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明，切削過(guò)程是一個(gè)塑性變形的過(guò)程，切削層材料由于刀具的擠壓產(chǎn)生剪切滑移，產(chǎn)生擠壓和摩擦，切割形成的冷卻表層材料，是受塑性變形力的結(jié)果，形成殘余應(yīng)力;切削力迅速增大后減小，最終變化在一定范圍內(nèi)，最大有效應(yīng)力在一定范圍內(nèi)處于不同的穩(wěn)定切削階段的最前沿。
關(guān)鍵詞：金屬切削;數(shù)值模擬，有限元法; SPH方法.
I.導(dǎo)言
金屬切削過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的加工工藝。它不僅涉及到彈性，塑性和斷裂力學(xué)，而且涉及到摩擦學(xué)和熱力學(xué)。切割質(zhì)量受許多因素影響，如工具的形狀，切削參數(shù)，切削熱，切削刀具磨損等[1]。這是個(gè)非常不理想的定量分析和研究分析方法的削減機(jī)制。它浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)檢錯(cuò)工時(shí)，增加生產(chǎn)成本。作為金屬切割新的研究方法，機(jī)制，計(jì)算機(jī)模擬方法更簡(jiǎn)便，高效。其中，有限元方法是使用最廣泛的金屬切削仿真方法，并得到了一些重大的成就[2，3]。有限元方法是一種網(wǎng)格方法。分離的標(biāo)準(zhǔn)和斷裂準(zhǔn)則的芯片要人為地設(shè)置在金屬切削模擬過(guò)程中，或在切削變形區(qū)的網(wǎng)格中將被扭曲。這是不完全符合實(shí)際情況的一種方法。無(wú)網(wǎng)格法的發(fā)展提供了一個(gè)問(wèn)題的有效解決方案。光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（型號(hào)為SPH）是一種成熟的無(wú)網(wǎng)格方法。仿真模型建立與SPH離散粒子的產(chǎn)生，在這么大金屬切削變形過(guò)程中可有效解決[4-6]。
在連續(xù)介質(zhì)的機(jī)械變形仿真中，有限元法的效率比SPH高，但不如在仿真過(guò)程中涉及到大變形，不連續(xù)的媒介。因此，文件模擬金屬切削基于LS - DYNA中的軟件程序進(jìn)行有限元方法和SPH耦合。它補(bǔ)充了單一方法的缺點(diǎn)。
II.基本原則的SPH方法
在SPH中，仿真模型建立離散粒子。粒子的質(zhì)量在固定的坐標(biāo)系統(tǒng)中是固定的。因此SPH方法類(lèi)似于拉格朗日方法。它的基本方程，也是能量守恒方程和固體材料本構(gòu)方程。在SPH中流場(chǎng)物理描述的流動(dòng)的粒子，設(shè)定其具有一定的速度。每個(gè)粒子是一個(gè)流場(chǎng)特性的插值點(diǎn)。整個(gè)解決方案可以得到由這些粒子組成的插值函數(shù)[7，8]。SPH的基礎(chǔ)是插值原則[9]。任何宏觀變量（如密度，氣壓，溫度等）可以得到由粒子組成的無(wú)序的一整套插值。粒子的相互作用用插值函數(shù)表示。近似粒子功能
∏hf(x)= ∫f(y)W(x-y,h)dy (1)
其中W是內(nèi)核函數(shù)（插值內(nèi)核），它的表述如下：
W(x,h)=θ(x) (2)
其中d是空間維數(shù)，h是平滑的長(zhǎng)度。輔助值θ是
θ(u)= C× (3)
其中C是一個(gè)正常化的常數(shù)。
平滑長(zhǎng)度H是計(jì)算效率和精度的具有重要影響的因素。為了避免負(fù)面影響，由于材料壓縮和膨脹，變化平滑的長(zhǎng)度是由W. Benz.決定的。平滑長(zhǎng)度是動(dòng)態(tài)的，隨時(shí)間和空間變化。它隨著粒子之間的距離的增加而增加。隨著粒子之間的距離減少而減少。它的變化范圍為
HMIN*h02000kg）
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
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(shū)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)。
根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，選擇鑄造類(lèi)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3.1-111 特種鑄造的類(lèi)別、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，再根據(jù)表3.1-20 各種鑄造方法的經(jīng)濟(jì)合理性，采用機(jī)器砂模造型鑄件。
表3-2 成批和大量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級(jí)
鑄造方法
公差等級(jí)CT
球墨鑄鐵
砂型手工造型
11~11
砂型機(jī)器造型及殼型
8~10
金屬型
7~11
低壓鑄造
7~11
熔模鑄造
5~7
根據(jù)上表選擇金屬型公差等級(jí)為7級(jí)。
3-3 鑄件尺寸公差數(shù)值
鑄件基本尺寸
公差等級(jí)CT
大于
至
8
63
100
190
100
190
250
1.6
1.8
2.0
根據(jù)上表查得鑄件基本尺寸大于100至190，公差等級(jí)為8級(jí)的公差數(shù)值為1.8。
表3-4 鑄鐵件機(jī)械加工余量（JB4054-134）如下
鑄件基本尺寸
加工余量等級(jí) 6
澆注時(shí)位置
>120~250
6.0
4.0
頂、側(cè)面
底 面
鑄孔的機(jī)械加工余量一般按澆注時(shí)位置處于頂面的機(jī)械加工余量選擇。
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)（機(jī)動(dòng)時(shí)間）
工序30：粗銑上端面，留1mm精加工余量。
機(jī)床：銑床X52K
工件材料HT200 ，鑄造 ，高速鋼鑲齒銑刀、 齒數(shù) ，查表5.8
確定銑削速度
采用X52K立式銑床 ，查表3.6，取轉(zhuǎn)速 ， 故實(shí)際銑削速度
當(dāng)工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給 為
由《工藝手冊(cè)》得
工序40：精銑上端面
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～73，?。焊鶕?jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81，取銑削速度
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～74，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81,取
切削工時(shí)
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序50：粗銑下端面，留1mm精加工余量。
機(jī)床：銑床X52K
工件材料HT200 ，鑄造 ，高速鋼鑲齒銑刀、 齒數(shù) ，查表5.8
確定銑削速度
采用X52K立式銑床 ，查表3.6，取轉(zhuǎn)速 ， 故實(shí)際銑削速度
當(dāng)工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給 為
由《工藝手冊(cè)》得
工序60：精銑下端面
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～73，取：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81，取銑削速度
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～74，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～81,取
切削工時(shí)
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序70 ：粗鏜2Xφ100孔
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
單邊余量Z=1.1mm
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～66，刀桿伸出長(zhǎng)度取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量。
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～45，取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～41，取
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)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工序80 精鏜2Xφ100孔
粗加工后單邊余量Z=0.4mm，一次鏜去全部余量， ，精鏜后孔徑
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～66，刀桿伸出長(zhǎng)度取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～45，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.14—41，取
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)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)工時(shí)
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第4章 鏜孔夾具設(shè)計(jì)的要求
4.1 鏜孔夾具方案設(shè)計(jì)
方案設(shè)計(jì)是夾具設(shè)計(jì)的重要階段，它在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上，要完成下列設(shè)計(jì)工作：[1]
① 研究殼體零件原始資料，明確設(shè)計(jì)要求。
② 擬訂鏜孔夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖。
③ 繪制夾具總圖，標(biāo)注有關(guān)尺寸及技術(shù)要求。
④ 繪制零件圖。
從另外一方面來(lái)說(shuō)，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是工藝裝備設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)深人實(shí)際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，制定出合理的設(shè)計(jì)方案，再進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。而深入生產(chǎn)實(shí)際調(diào)查研究中，應(yīng)當(dāng)掌握下面的一些資料：[1]
(1)工件圖紙；詳細(xì)閱讀工件的圖紙，了解工件被加工表面是技術(shù)要求，該零件在機(jī)器中的位置和作用，以及裝置中的特殊要求。
(2)工藝文件：了解工件的工藝過(guò)程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面狀況，基準(zhǔn)面選擇的情況，可用機(jī)床設(shè)備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。
(3)生產(chǎn)綱領(lǐng)：夾具的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與工件的批量大小相適應(yīng)，做到經(jīng)濟(jì)合理。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的夾具要求是中小批量生產(chǎn)的夾具設(shè)計(jì)。
(4)制造與使用夾具的情況，有無(wú)通用零部件可供選用。工廠有無(wú)壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術(shù)狀況等。
夾具的出現(xiàn)可靠地保證加工精度，提高整體工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。
4.2夾具總體設(shè)計(jì)的要求
1）夾具應(yīng)滿(mǎn)足零件加工工序的精度要求。特別對(duì)于精加工工序，
應(yīng)適當(dāng)提高夾具的精度，以保證工件的尺寸公差和形狀位置公差等。
2）夾具應(yīng)達(dá)到加工生產(chǎn)率的要求。特別對(duì)于大批量生產(chǎn)中使用的
夾具，應(yīng)設(shè)法縮短加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間。
3）夾具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可設(shè)置必要的
防護(hù)裝置、擋屑板以及各種安全器具。
4）能保證夾具一定的使用壽命和較低的夾具制造成本。夾具元件
的材料選用將直接影響夾具的使用壽命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力學(xué)性能較好的材料。夾具的低成本設(shè)計(jì)在世界各國(guó)都以相當(dāng)重視。為此，夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)中。宜采用氣壓、液壓等高效夾緊裝置；而小批量生產(chǎn)，則宜采用較簡(jiǎn)單的夾具結(jié)構(gòu)。
5）要適當(dāng)提高夾具元件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)程度。選用標(biāo)準(zhǔn)化元件，
特別應(yīng)選用商品化的標(biāo)準(zhǔn)元件，以縮短夾具制造周期，從而降低夾具成本。
6）必須具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以便夾具的制造、使用和維修。
以上要求有時(shí)是互相矛盾的，故應(yīng)在全面考慮的基礎(chǔ)上，處理好主要矛盾，使之達(dá)到較好的效果。例如鏜模設(shè)計(jì)中，通常側(cè)重于生產(chǎn)率的要求。
在機(jī)械加工中，在機(jī)床上用來(lái)確定工件位置并將其壓緊夾牢的工藝裝備稱(chēng)為機(jī)床夾具。不僅單件小批量生產(chǎn)中需要它，成批大量生產(chǎn)更不可缺少。機(jī)床夾具是機(jī)床和工件之間的連接裝備，能使工件相對(duì)于機(jī)床和刀具獲得正確位置，以保證零件和產(chǎn)品的質(zhì)量，并提高生產(chǎn)率。機(jī)床夾具的性能好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，因此機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的工作，也是加工過(guò)程中最活躍的因素之一。
4.3 機(jī)床夾具的組成
雖然機(jī)床夾具的種類(lèi)繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。一般可以概況為一下幾個(gè)部分組成，這些組成部分既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。
1. 定位支承元件。定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。
2. 夾緊裝置。夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過(guò)程中工件的正確位置不變。
3. 連接定向元件。這種元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過(guò)程中工件的正確位置不變。
4. 對(duì)刀元件或?qū)蛟?。這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱(chēng)為對(duì)刀元件。用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工的元件稱(chēng)為導(dǎo)向元件。
5. 其他裝置或元件。根據(jù)加工需要，有些夾具上還設(shè)有分度裝置?？磕Ｑb置、上下料裝置、工件頂出機(jī)構(gòu)、電動(dòng)扳手和平衡塊等，以及標(biāo)準(zhǔn)化了的其他連接元件。
6. 夾具體。夾具體是夾具的基本骨架，用來(lái)配置、安裝各夾具元件，使之組成一整體。
4.4 夾具設(shè)計(jì)的基本要求
一個(gè)優(yōu)良的機(jī)床夾具必須滿(mǎn)足下列基本要求。
(1) 保證工件的加工精度。保證加工精度的關(guān)鍵，首先在于正確地選定定位基準(zhǔn)、定位方法和定位元件，必要時(shí)還需要進(jìn)行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度的影響，注意夾具應(yīng)有足夠的剛度，多次重復(fù)使用的夾具還應(yīng)該注意相關(guān)元件的強(qiáng)度和耐磨性，確保夾具能滿(mǎn)足工件精度要求。
(2) 提高生產(chǎn)效率。專(zhuān)用夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，應(yīng)盡量采用各種快速高效的裝夾機(jī)構(gòu)，保證操作方便，縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
(3) 工藝性能好。專(zhuān)用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、合理、便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)、維修等。
(4) 使用性能好。專(zhuān)用夾具的操作應(yīng)簡(jiǎn)便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經(jīng)濟(jì)適用的前提下，應(yīng)盡可能采用氣動(dòng)、液壓等機(jī)械化加緊裝置，以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。專(zhuān)用夾具還應(yīng)排屑方便，必要時(shí)可設(shè)置排屑機(jī)構(gòu)，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來(lái)大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。
(5) 經(jīng)濟(jì)性好。專(zhuān)用夾具應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對(duì)夾具方案進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益。
4.5 本次夾具設(shè)計(jì)的基本過(guò)程
4.5.1 擬定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖
1. 確定工件的定位方案，根據(jù)工件定位原理選擇或者設(shè)計(jì)定位裝置，合理設(shè)置定位元件，進(jìn)行定位誤差的分析計(jì)算，定位誤差應(yīng)小于工序公差的三分之一。
2. 確定刀具的對(duì)刀或引導(dǎo)方式，設(shè)計(jì)對(duì)刀及引導(dǎo)裝置。
3. 確定工件的夾緊方案，合理的確定夾緊的方向和作用點(diǎn)，進(jìn)行夾緊力的分析計(jì)算，最后確定夾緊元件及傳動(dòng)裝置的主要尺寸。
4. 確定夾具其它元件(夾具體、鏜模板等)的架構(gòu)模型。
5. 合理布置夾具元件，確定夾具體的形式及夾具的總體結(jié)構(gòu)。
4.5.2 繪制夾具總裝配圖及零件圖
1. 夾具總裝配圖應(yīng)盡量采用1：1的比例，越要時(shí)可采用1：2、1：5、2：1、5：1等比例。主視圖應(yīng)選面對(duì)操作者的工作位置。
2. 總裝配圖繪制的順序是：用雙點(diǎn)劃線將工件的外形輪廓、定位 基面，夾緊表面及加工表面(加工余量用網(wǎng)線表示)繪制在各個(gè)視圖的合理位置上，視工件為透明體，依次繪出定位、對(duì)刀—導(dǎo)引、夾緊及其它元件或裝置，最后繪出夾具體，并對(duì)各零件進(jìn)行編號(hào)，填寫(xiě)零件明細(xì)表和標(biāo)題欄。
3. 標(biāo)注必要的尺寸、公差配合及技術(shù)要求。
4. 夾具中的非標(biāo)準(zhǔn)零件要繪制零件圖，并按總裝配圖的設(shè)計(jì)要求，確定各零件的尺寸、公差及技術(shù)要求。
4.6 確定夾具的類(lèi)型
按使用范圍，夾具可分為通用夾具和專(zhuān)用夾具兩類(lèi)。通用夾具適用于各種不同尺寸的零件加工，如導(dǎo)尺、分度盤(pán)等。這類(lèi)夾具是作為附件與機(jī)床一起配套供應(yīng)的。專(zhuān)用夾具是專(zhuān)門(mén)為某一工件在某一工序進(jìn)行加工而設(shè)計(jì)的夾具，如在銑床上加工彎曲零件必須采用相應(yīng)的夾具，在壓刨上加工斜面、曲面也要采用專(zhuān)用夾具。
4.7 鏜模的主要類(lèi)型
鏜床專(zhuān)用夾具一般通稱(chēng)為“鏜模”。可按鏜模有無(wú)夾具體，以及夾具體是否可動(dòng)，而分為下面幾類(lèi)：[1]
1.固定式鏜模
這種鏜模在使用時(shí)，是被固定在鏜床工作臺(tái)。用于在立軸式鏜床上加工較大的單孔或在搖臂鏜床上加工平行孔系。如果要在立式鏜床上使用固定式鏜模加工平行空系，則需要在機(jī)床主軸上安裝鏜模時(shí)，一般先將裝在主軸上的定尺刀具伸入鏜套中，以確定鏜模的位置，然后將其緊固。這種加工方式的鏜孔精度比較高。
2.回轉(zhuǎn)式鏜模
回轉(zhuǎn)式鏜模主要用于加工同一圓周面上的平行孔系，或分布在圓周上的徑向孔。有立軸、臥軸和斜軸回轉(zhuǎn)等三種基本形式。由于回轉(zhuǎn)臺(tái)已標(biāo)準(zhǔn)化，并作為機(jī)床附件由專(zhuān)門(mén)廠生產(chǎn)供應(yīng)，固回轉(zhuǎn)式鏜模的設(shè)計(jì)，大多數(shù)情況是設(shè)計(jì)專(zhuān)用的工作夾具和標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)合使用。
3.翻轉(zhuǎn)式鏜模
主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻轉(zhuǎn)式鏜?？蓽p少工件裝夾的次數(shù)，提高工件上各孔之間的位置精度。
4.蓋板式鏜模
這種鏜模無(wú)夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鏜模板上。鏜模板在工件上裝夾，適合于體積大而笨重的工件上的小孔加工。夾具、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，易清除切屑；但是每次夾具需從工件上裝卸，較費(fèi)時(shí)，故此鏜模的質(zhì)量一般不宜超過(guò)10 kg。
5.滑柱式鏜模
滑柱式鏜模的結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了和規(guī)格化了，具有不同的系列。使用時(shí)，只要根據(jù)工件的形狀、尺寸和加工要求等具體情況，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造相應(yīng)的定位、夾緊裝置和鏜套等，裝在夾具體的平臺(tái)或鏜模板上的適當(dāng)位置，就可用于加工。
4.8 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，了解零件加工工藝過(guò)程
4.8.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求
圖2.3 加工零件圖
該零件為HT200；零件圖如上圖2.3，中批量生產(chǎn)；該工序在立式鏜床上用鏜刀加工。
4.8.2 熟悉零件加工工藝過(guò)程
1.粗銑上下兩端面 2. 精銑上下兩端面
3. 鏜2-￠100孔 4.鉆鉸各個(gè)小孔
以上銑削工序均在X52K銑床上加工，工序3在立式鏜床上加工鏜2-￠100孔在TPX6113。工序4在Z525立式鉆床上加工。
第5章 定位裝置設(shè)計(jì)
5.1 零件定位的基本原理
5.1.1 六點(diǎn)定位原理
工件定位的實(shí)質(zhì)就是要使工件在夾具中占有某個(gè)確定的位置。任何一個(gè)剛體(工件)在空間直角坐標(biāo)系內(nèi)都有六個(gè)自由度，即沿X、Y、Z軸的移動(dòng)和繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)，如圖1-1所示。工件在空間的六個(gè)自由度，可用很合理布置的六個(gè)支承點(diǎn)來(lái)限制，使零件得到正確的位置，此即工件的六點(diǎn)定位原理。
圖 1-1 自由度示意圖
5.1.2 工件定位中的約束分析
運(yùn)用六點(diǎn)定位原理可以分析和判斷夾具中定位結(jié)構(gòu)是否正確、布局是否合理、約束條件是否滿(mǎn)足。
根據(jù)工件自由度被約束的情況，工件定位可分為以下幾種類(lèi)型。
1. 完全定位。完全定位是指工件的六個(gè)自由度不重復(fù)地被全部約束的定位。當(dāng)工件在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)方向均有尺寸要求或位置精度要求時(shí)，一般采用這種定位方式。
2. 不完全定位。根據(jù)工件的加工要求，有時(shí)并不需要約束工件的全部自由度，這樣的定位方式稱(chēng)為不完全定位。工件在定位時(shí)應(yīng)該約束的自由度數(shù)目應(yīng)由工序的加工要求而定，不影響加工精度的自由度可以不加約束。
3. 欠約束。根據(jù)工件的加工要求，應(yīng)該約束的自由度沒(méi)有完全被約束的定位稱(chēng)為欠定位。欠定位無(wú)法保證加工要求，因此，在確定工件在夾具中的定位方案時(shí)，決不允許有欠定位的現(xiàn)象產(chǎn)生。
4. 過(guò)定位。夾具上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的定位元件重復(fù)約束同一個(gè)自由度的現(xiàn)象，稱(chēng)為過(guò)定位。消除或減少過(guò)定位引起的干涉，一般有兩種方法：一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)；二是控制或者提高工件定位基準(zhǔn)之間以及定位元件工作表面之間的位置精度。
5.2 常用定位元件及選用
工件在夾具中要想獲得正確定位，首先應(yīng)正確選擇定位基準(zhǔn)，其次則是選擇合適的定位元件。工件定位時(shí)，工件定位基準(zhǔn)和夾具的定位元件接觸形成定位副。
5.2.1 對(duì)定位元件的基本要求
1. 限位基面應(yīng)有足夠的精度。定位元件具有足夠的精度，才能保證工件的定位精度。
2. 限位基面應(yīng)有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經(jīng)常與工件接觸和摩擦，容易磨損，為此要求定位元件限位表面的耐磨性較好，以保證夾具的使用壽命和定位精度。
3. 支承元件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。定位元件在加工過(guò)程中，受工作重力、加緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，避免使用中的變形和損壞。
4. 定位元件應(yīng)有較好的工藝性。
5. 定位元件應(yīng)便于清除切屑。定位元件的結(jié)構(gòu)和工作表面形狀應(yīng)有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內(nèi)影響加工和定位精度。
5.2.2 常用定位元件的選用
1. 工件以平面定位
(1) 以面積較小的已經(jīng)加工的基準(zhǔn)平面定位時(shí)，選用平頭支承釘；以粗糙不平的基準(zhǔn)面或毛皮面定位時(shí)，選用圓頭支承釘側(cè)面定位時(shí)，可選用網(wǎng)狀支承釘。
(2) 以面積較大、平面精度較高的基準(zhǔn)平面定位時(shí)，選用支承板定位元件；用于側(cè)面定位時(shí)，可選用帶斜槽的支承板；通常盡可能選用帶斜槽的支承板，以利于清除切屑。
(3) 以毛坯面、階梯平面和環(huán)形平面作基準(zhǔn)平面定位時(shí)，選用自位支承作定位元件。但需注意，自位支承雖有兩個(gè)或三個(gè)支承點(diǎn)，由于自位和浮動(dòng)作用只能作為一個(gè)支承點(diǎn)。
(4) 以毛坯面作基準(zhǔn)平面，可選用調(diào)節(jié)支承作為定位元件。
(5) 當(dāng)工件定位基準(zhǔn)面需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時(shí)，可選用更輔助支承作輔助定位元件。
2. 工件以外圓柱定位
(1) 當(dāng)工件的對(duì)稱(chēng)度要求較高時(shí)，可選用V形塊定位。
(2) 當(dāng)工件定位圓柱面精度較高時(shí)(一般不低于IT8)，可選用定位套或半圓形定位座定位。
3. 工件以?xún)?nèi)孔定位
(1) 工件上定位內(nèi)孔較小時(shí)，常選用定位銷(xiāo)作為定位元件。
(2) 在套類(lèi)、盤(pán)類(lèi)零件的車(chē)削、磨削和齒輪加工中，大都選用心軸定位，為了便于加緊和減小工件因間隙造成的傾斜，當(dāng)工件定位內(nèi)孔與基準(zhǔn)端面垂直精度較高時(shí)，常以孔和端面聯(lián)合定位。
本次設(shè)計(jì)中，平面的定位采用帶斜槽的支承板，內(nèi)孔的定位采用定位銷(xiāo)。
5.3 定位方案的確定
根據(jù)所加工的工件尺寸為形狀是矩形即箱體類(lèi)零件可以初步確定采用一面三支撐釘定位，又因?yàn)榱慵w積比較大不便于裝卸和搬運(yùn)，因此在工件安裝后采取推入式將工件送到指定位置，綜合考慮工件在加工過(guò)程中的穩(wěn)定性等其它因素最終確定采取一面兩孔定位。一面則采用五個(gè)支承板(圖2-1)來(lái)代替以限制工件的三個(gè)自由度，兩孔則用兩個(gè)短銷(xiāo)，為防止出現(xiàn)過(guò)定位現(xiàn)象其中一個(gè)用削邊銷(xiāo)（本設(shè)計(jì)用的是菱形削邊銷(xiāo)），為更好的限制工件轉(zhuǎn)動(dòng)，兩銷(xiāo)在空間的位置為斜對(duì)角布置，并且削邊的方向要與兩銷(xiāo)中心的連線互相垂直，如圖2-2所示：
圖 2-1 支承板
在組合機(jī)床及其自動(dòng)線上，為裝卸方便，通常兩個(gè)定位銷(xiāo)不是固定不動(dòng)的，而是活動(dòng)的可以伸縮的，但是該工件外形尺寸比較大，裝卸不易。為了能更好的便于裝卸，在本次設(shè)計(jì)中對(duì)工件的裝卸以及定位運(yùn)用了導(dǎo)軌運(yùn)輸?shù)姆绞?，即支承板和兩個(gè)定位銷(xiāo)釘安裝在推板上，零件定位后推動(dòng)推板使之達(dá)到正確位置
第6章 夾緊裝置設(shè)計(jì)
在機(jī)械加工過(guò)程中，零件會(huì)受到切削力、離心力、慣性力等的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持已由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動(dòng)和位移，在夾具結(jié)構(gòu)中必須設(shè)置一定的加緊裝置將零件可靠地夾牢。
6.1 夾緊裝置的組成與基本要求
夾緊裝置一般由動(dòng)力源裝置、中間傳力裝置機(jī)構(gòu)、夾緊元件與夾緊機(jī)構(gòu)所組成。
設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，一般應(yīng)滿(mǎn)足一下基本要求：
1. 夾緊過(guò)程中不改變工件定位時(shí)所占據(jù)的正確位置。
2. 夾緊力大小適當(dāng)，既要保證加工過(guò)程中工件不會(huì)產(chǎn)生位移和移動(dòng)，又要使工件不產(chǎn)生不允許的變形和損傷。
3. 夾緊裝置的自動(dòng)化程度，應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量相適應(yīng)。
4. 結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，力求體積小、重量輕、并有足夠的強(qiáng)度；工藝性好便于制造與維修。
5. 使用性能好，操作方便、省力、安全可靠。
6.2 夾緊力的確定
6.2.1 確定夾緊力的基本原則
設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小三個(gè)要素。
1. 夾緊力的方向
(1) 夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要定位基面。
(2) 夾緊力的方向應(yīng)有利于減少夾緊力，以減少工件的變形、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。
(3) 夾緊力的方向應(yīng)是工件剛性較好的方向。
2. 夾緊力的作用點(diǎn)
(1) 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能使夾緊點(diǎn)與支承點(diǎn)對(duì)應(yīng)，使夾緊力作用在支承上。
(2) 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選在工件剛性較好的部位。
(3) 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面，以防止零件產(chǎn)生振動(dòng)和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。
3. 夾緊力的大小
夾緊力的大小，對(duì)于保證定位穩(wěn)定、加緊可靠，確定加緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，都有著密切的關(guān)系。
6.2.2 切削力的計(jì)算
查《簡(jiǎn)明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，切削力的計(jì)算公式為：
圓周分力 (3-1)
徑向分力 (3-2)
軸向分力 (3-3)
式中 ：背吃刀量，mm，在切斷、割槽和成形車(chē)削時(shí)，指切削刃的長(zhǎng)度
f：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，mm
：修正系數(shù)
：考慮工件材料力學(xué)性能的系數(shù)
：考慮刀具幾何參數(shù)的系數(shù)
則；=2mm，f=0.25mm
在本次工序中采用硬質(zhì)合金刀具對(duì)工件進(jìn)行加工，其刀具的相關(guān)參數(shù)為：主偏角=30°，前角=10°，刃傾角=5?！?
查《簡(jiǎn)明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，==1.10，=1.08，=1.0，=1.0。
則 =1.10×1.08×1.0×1.0=1.188
將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-1)得：
圓周分力=902×2××1.188=757.7N
查《簡(jiǎn)明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，==1.10，=1.30，=1.0，=1.25。
則 =1.10×1.30×1.0×1.25=1.79
將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-2)得：
徑向分力=530××0.25×1.79=625.9N
查《簡(jiǎn)明機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，==1.10，=0.78，=1.0，=0.85。
則 =1.10×0.78×1.0×0.85=0.73
將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-3)得：
軸向分力=451×2××0.73=378.2N
6.2.3 夾緊力的計(jì)算
為了防止工件在受到夾緊力時(shí)產(chǎn)生變形，本次設(shè)計(jì)采用鉤形壓板對(duì)箱體底座進(jìn)行夾緊，這樣可以避免因夾緊力過(guò)大而使工件變形。
查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》，鉤形壓板的計(jì)算公式為：
(3-4)
式中 ：實(shí)際所需夾緊力，N
：夾壓點(diǎn)到軸心線的距離，mm
：鉤形壓板的導(dǎo)向長(zhǎng)度，mm
：摩擦系數(shù)0.1~0.15
：彈簧作用力，N
由于本次設(shè)計(jì)工件的定位方式為一面兩銷(xiāo)，查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》，為防止工件在切削力F作用下移動(dòng)所需的加緊力為：
(3-5)
式中 ：圓柱銷(xiāo)允許承受的部分切屑力對(duì)精加工：；
對(duì)粗加工：
：摩擦系數(shù)，見(jiàn)表3-1
：安全系數(shù)，，其中為各種因素的安全系數(shù)，見(jiàn)表3-2及表3-3。
表 3-1 摩擦系數(shù)
摩 擦 系 數(shù)
μ
工件為加工過(guò)的表面
0.16
工件為未加工過(guò)的毛坯表面（鑄、鍛件），固定支承為球面
0.2~0.25
夾緊元件和支承表面有齒紋，并在較大的相互作用力下工作
0.70
用卡盤(pán)或彈簧夾頭夾緊，其夾爪為：
光滑表面
溝槽與切削力方向一直
溝槽相互垂直
齒紋表面
0.16~0.18
0.30~0.40
0.40~0.50
0.70~1.0
表 3-2 安全系數(shù)的數(shù)值
符號(hào)
考慮因素
系數(shù)值
考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)
1.2~1.5
加工性質(zhì)
粗加工
1.2
精加工
1.0
刀具鈍化程度（詳見(jiàn)表3-2）
1.0~1.9
切削特點(diǎn)
連續(xù)加工
1.0
斷續(xù)加工
1.2
加緊力的穩(wěn)定性
手動(dòng)夾緊
1.3
機(jī)動(dòng)夾緊
1.0
續(xù)表3-2
符號(hào)
考慮因素
系數(shù)值
手動(dòng)加緊時(shí)的手柄位置
操作方便
1.0
操作不便
1.2
僅有力矩作用于工件時(shí)與支承面接觸情況
接觸點(diǎn)穩(wěn)定
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