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夾具夾緊力的優(yōu)化及對工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機械工程學院，佐治亞理工學院，格魯吉亞，美國研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會產生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進而影響工件的最終加工質量。這種效應可通過最小化夾具設計優(yōu)化，夾緊力是一個重要的設計變量，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優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對工件定位精度的影響通過3-2-1式銑夾具的例子進行了分析。
關鍵詞：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關鍵因素。要實現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個合適的基準上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過程中產生的移動。然而，過度的夾緊力可誘導工件產生更大的彈性變形 ，這會影響它的位置精度，并反過來影響零件質量。所以有必要確定最佳夾緊力，來減小由于彈性變形對工件的定位誤差，同時滿足加工的要求。在夾具分析和綜合領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被報道[參考文獻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算成本。同時，多數(shù)的有限元基礎研究人員一直重點關注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對剛性模型[9-11]對夾緊力進行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個規(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，總的問題是制定一個線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個定位點調整夾緊力強度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因為它較法線接觸力相對較小，由于這種方法是基于剛體假設，獨特的三維夾具可以處理超過6個自由度的裝夾，復和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設已知摩擦力的方向來推導計算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當出現(xiàn)六個以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過計算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，對于一個相對嚴格的工件，該夾具在機械加工工件的位置會受夾具點的局部彈性變形的強烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經驗的接觸力變形的關系（稱為元功能），解決由于夾緊和準靜態(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設計參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對報告做了改善，然而，他們沒有處理計算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應用沒有討論機械加工刀具路徑負載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學解決由于在加載夾具夾緊點彈性變形產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，關于multiclamp系統(tǒng)及其對工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒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)受到準靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎的彈性方法。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系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個問題被作為多目標約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對定位精度的影響，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
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靜態(tài)負載。夾緊力可假定為在加工過程中保持不變，這個假設是有效的，在對液壓或氣動夾具使用。在實際中，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?shù)刈幼鴺讼登芯€和法線方向的接觸剛度
第 19 頁 共 15 頁
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個
接觸處的坐標系
（j=x，y，z）是對應沿著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
集中遵守一個球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因為接觸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一個球體彈性半空間的問題。對于這個問題， 是法線的變形，在[文獻23 第93頁]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23第217頁]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個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），這就產生了以下線性化接觸剛度值：在計算上述的線性近似，
（4）
(5)
正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應的R2值認定是0.94。
2．夾緊力優(yōu)化
我們的目標是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運動過程中，局部的夾緊和加工負荷引起的彈性變形，同時保持在準靜態(tài)加工過程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實現(xiàn)這個目標是通過制定一個多目標約束優(yōu)化問題的問題，如下描述。
2.1 目標函數(shù)配方
工件旋轉，由于部隊輪換往往是相當小[17]的工件定位誤差假設為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個正交組件（見圖2）。
圖2 工件剛體平移和旋轉
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)計算如下：
（6）
其中表示一個向量二級標準。
但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差。當多個夾緊力作用于工件，由此產生的夾緊力為,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個夾緊點夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個文件中，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，接觸的摩擦力相對較小，并在進行分析時忽略了加緊力對工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計算得出（見圖3），工件剛體運動，歸于夾緊行動現(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盡量減少產生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個目標函數(shù)可以寫為：
最小化 （9）
要注意，加權因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過使用最低總能量互補參考文獻[15，23]的原則求解彈性力學接觸問題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應的定位反應是“真正的”解決方案，對接觸問題和產生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過夾緊力的隨時調整。因此，總能量最小化的形式為補充的夾緊力優(yōu)化的第二個目標函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機構的彈性變形應變能互補，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權系數(shù)計算確定的基礎
內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計（外文翻譯）
2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束
在（10）式優(yōu)化的目標受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個接觸處的靜摩擦力約束。庫侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個非線性約束和線性化版本可以使用，并且[19]有：
（11）
假設準靜態(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——工件接觸是單側面的，法線的接觸力只能被壓縮。這通過以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設在工件上的法線力是確定的，此外，在一個法線的接觸壓力不能超過壓工件材料的屈服強度（）。這個約束可寫為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個工件——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）多目標優(yōu)化問題可以通過求解約束[24]。這種方法將確定的目標作為首要職能之一，并將其轉換成一個約束對。該補充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權范數(shù)最小化。對為主要目標的選擇，確保選中一套獨特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅動到一個穩(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范數(shù)。 的約束轉換涉及到一個指定的加權范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設最初所有夾緊力不明確，要確定一個合適的。在定位和夾緊點的接觸力的計算只考慮第一個目標函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產生最低的夾緊力，這是一個“真正的”可行的解決彈性力學問題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權系數(shù)，通過計算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產生的最小夾緊力的加權范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預測精度和，有參考文獻[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． 加工過程中的夾緊力的優(yōu)化及測定
上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負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的不斷變化而變化。因此，相應的夾緊力和最佳的加工負荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計算負擔，并要求為選擇的夾緊力提供標準， 將獲得滿意和適宜的整個刀具軌跡 ，用保守的辦法來解決下面將被討論的問題，考慮一個有限的數(shù)目（例如m）沿相應的刀具路徑設置的產生m個最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個采樣點，考慮以下四個最壞加工負荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對應的和另外兩個正交切削分力，而且有：
雖然4個最壞情況加工負荷向量不會在工件加工的同一時刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進給速度中，刀具旋轉一次出現(xiàn)一次，負載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項工作中，四個載體負載適用于同一位置，（但不是同時）對工件進行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對應于每個采樣點計算最佳的夾緊力。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情況下的加工負荷載體，(C=1，2，…C)是每個相應的夾具在第i個樣本點和第j負荷情況下力的大小。是計算每個負載點之后的結果，一套簡單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過在所有負載情況和采樣點排序，并選擇夾緊點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，驗證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會出現(xiàn)更多采樣點和重復上述程序。在這種方式中，可為整個刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結了剛才所描述的算法。請注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個確定的夾緊力，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價夾緊力的算法對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)生在每個工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉。隨后，準靜態(tài)加工負荷應用造成工件在夾具的移位。工件剛體運動的定義是由它在、和方向上的移位和自轉（見圖2），
如前所述，工件剛體位移產生于在每個夾緊處的局部變形，假設為相對于工件的質量中心的第i個位置矢量定位點，坐標變換定理可以用來表達在工件的位移，以及工件自轉如下: (21)
其中表示旋轉矩陣,描述當?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標系和是一個旋轉矩陣確定工件相對于全球的坐標系的定位坐標系。假設夾具夾緊工件旋轉，由于旋轉很小，故也可近似為：
（22）
方程（21）現(xiàn)在可以改寫為： （23）
其中是經方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導致的工件剛體運動矢量。工件與夾具單方面接觸性質意味著工件與夾具接觸處沒有拉力的可能。因此，在第i裝夾點接觸力可能與的關系如下：
（24）
其中是在第i個接觸點由于夾緊和加工負荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標系第i個接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項研究中假定液壓/氣動夾具，根據(jù)對外加工負荷，故在法線方向的夾緊力的強度保持不變，因此，必須對方程（24）的夾緊點進行修改為：
（25）
其中是在第i個夾緊點的夾緊力，讓表示一個對外加工力量和載體的6×1矢量。并結合方程（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，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6），
現(xiàn)在可以計算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來確定最佳夾緊力及其對兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點力。
2．應用于工件負載準靜態(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; 、和全球坐標系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來定位并控制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系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學開發(fā)EMSIM程序[參考文獻26] 對加工瞬時銑削力條件進行了計算，如表2給出例（1），應用工件在點（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時加工力，圖4中表3和表4列出了初級夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個25.4毫米銑槽使用EMSIM進行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結束時（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負荷載體，
（見圖8）。模擬計算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過程模擬例如2。
表6中5個坐標列出了為模擬抽樣調查點。最佳夾緊力是用前面討論過的排序算法計算每個采樣點和負載載體最后的夾緊力和負載。
7．結果與討論
例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9，
圖9
對于固定夾緊裝置在圖示例假設（見圖7），由此得到的夾緊力加權范數(shù)有如下形式：.結果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強度低得多的加權范數(shù)，最初的夾緊力是通過減少工件的夾具系統(tǒng)補充能量算法獲得。由于夾緊力和負載造成的工件的定位誤差，如表7。結果表明工件旋轉小，加工點減少錯誤從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，因為從最初通過互補勢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序列應用于銑削負載到工件，他應用于工件銑削負載一個序列。最佳的夾緊力，，對應列表6每個樣本點，隨著最后的最佳夾緊力，在每個采樣點的加權范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個采樣點的加權范數(shù)的，，和繪制。
結果表明，由于每個組成部分是各相應的最大夾緊力，它具有最高的加權范數(shù)。如圖10所示，如果在每個夾緊點最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應設置，有比相當大的加權范數(shù)。故是一個完整的刀具路徑改進方案。上述模擬結果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對于初始夾緊力的強度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。
圖10
8．結論
該文件提出了關于確定多鉗夾具，工件受準靜態(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的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應用到所造成的工件夾緊力的加權范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個雙目標約束優(yōu)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動態(tài)負載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應在確定工件夾具系統(tǒng)的響應特性具有重要作用。
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機械加工工藝過程卡片
產品型號
零件圖號
產品名稱
零件名稱
總泵缸體
共
1
頁
第
1
頁
材 料 牌 號
HT200
毛 坯 種 類
鑄件
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
1
每 臺 件 數(shù)
1
備 注
工序號
工 序 內 容
設 備
工 藝 裝 備
工 時
夾具
刀具名稱
刀具規(guī)格
量 具
01
鑄造
02
時效處理
03
車右端階梯面
臥式車床
三瓜卡盤
外圓車刀
游標卡尺
車倒角C1
臥式車床
三瓜卡盤
倒角車刀
游標卡尺
04
車Φ20端面
臥式車床
專用夾具
端面車刀
游標卡尺
05
劃各孔的中心線
06
鉆Φ18孔
臥式車床
三瓜卡盤
麻花鉆
游標卡尺
擴Φ18孔至Φ20.8
臥式車床
三瓜卡盤
擴孔鉆
游標卡尺
鉸Φ20.8孔至Φ20.96
臥式車床
三瓜卡盤
鉸刀
游標卡尺
鉆2-Φ10.5孔
臥式車床
三瓜卡盤
麻花鉆
游標卡尺
锪倒角190°
臥式車床
三瓜卡盤
锪孔鉆
游標卡尺
07
鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75
立式鉆床
專用夾具
麻花鉆
游標卡尺
攻M121.25-5H螺紋
立式鉆床
專用夾具
絲錐
量規(guī)
锪沉孔Φ12.5深3
立式鉆床
專用夾具
锪孔鉆
游標卡尺
08
車Φ32端面
臥式車床
專用夾具
端面車刀
游標卡尺
鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5
臥式車床
專用夾具
麻花鉆
游標卡尺
攻M221.5-5H螺紋
臥式車床
專用夾具
絲錐
量規(guī)
倒角C1
臥式車床
專用夾具
锪孔鉆
游標卡尺
09
鉆透孔Φ0.7
立式鉆床
專用夾具
麻花鉆
游標卡尺
锪沉孔Φ3.5深3
立式鉆床
專用夾具
锪孔鉆
千分尺
鉆Φ3.5通孔
立式鉆床
專用夾具
麻花鉆
千分尺
10
磨Φ20.96孔至Φ21（0~0.023）
內孔磨床
專用夾具
砂輪
千分尺
倒角C1
內孔磨床
專用夾具
11
去毛刺
12
檢驗至圖紙要求
13
入庫
摘 要
本次設計內容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。
總泵缸體工藝規(guī)程及其車Φ20端面；鉆、攻M121.25-5H螺紋；鉆、攻M221.5-5H螺紋；鉆透孔Φ0.7、沉孔Φ3.5和Φ3.5通孔的工裝夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。
關鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。
- 1 -
Abstract
This design involves the machinery manufacturing process and fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measurement and other aspects of knowledge.
Master cylinder process and car of Φ 20 end; drilling, tapping screw drill, M12 1.25-5H; attack M22 1.5-5H thread; drill hole 0.7, hole Phi 3.5 and phi 3.5 through holes in the fixture design process design, including the parts processing process design and fixture three. In the process of design should first of all parts for analysis, to understand the parts of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design a part of the process route; then the parts of each step of the process dimension calculation, is the key to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then the special fixture fixture design, selection of the various components, such as the connecting part positioning element, clamping elements, guiding elements, fixture and machine tools and other components; the positioning errors calculated fixture positioning, analysis the rationality and shortcoming of the fixture structure, pay attention to improve and design in later
Keywords : the process, procedure, cutting dosage, clamping, positioning, error.
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 1
第1章 緒論 3
1.1 引言 3
1.2 機械加工工藝規(guī)程的作用 3
1.3 研究方法及技術路線 4
1.4 課題背景及發(fā)展趨勢 5
第2章 工藝規(guī)程設計 6
2.1毛坯的制造形式 6
2.2零件分析 6
2.3 基面選擇 5
2.3.1 粗基準的選擇 5
2.3.2精基準的選擇 6
2.4制定工藝路線 7
2.5確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差 8
2.6確定切削用量及基本工時 9
第3章 車Φ20端面的夾具設計 23
3.1問題的提出 23
3.2定位基準的選擇 23
3.3切削力和夾緊力的計算 23
3.4定位誤差分析 24
3.5平衡塊的計算 25
3.6夾具截圖 26
第4章 鉆、攻M121.25-5H螺紋的夾具設計 27
3.1問題的提出 27
3.2定位基準的選擇 27
3.3切削力和夾緊力的計算 27
3.4定位誤差分析 27
3.5鉆套的設計 28
3.6夾具截圖 30
第5章 車Φ32端面、鉆、攻M221.5-5H螺紋的夾具設計 32
3.1問題的提出 32
3.2定位基準的選擇 32
3.3切削力和夾緊力的計算 32
3.4定位誤差分析 33
3.5平衡塊的計算 34
3.6夾具截圖 35
第6章 鉆透孔Φ0.7、锪沉孔Φ3.5、鉆Φ3.5通孔的夾具設計 37
3.1問題的提出 37
3.2定位基準的選擇 37
3.3切削力和夾緊力的計算 37
3.4定位誤差分析 37
3.5鉆套的設計 38
3.6夾具截圖 38
結論 40
參考文獻 41
致 謝 42
第一章 緒論
1．1引言
制造技術的重要性是不言而喻的，它與當今的社會發(fā)展密切相關?，F(xiàn)代制造技術是當前世界各國研究和發(fā)展的主題，特別是在市場經濟的今天，它更占有十分重要的地位。人類的發(fā)展過程是一個不斷制造的過程，在人類發(fā)展的初期，為了生存，制造了石器以便于狩獵，此后，出現(xiàn)了陶器，銅器，鐵器，和一些簡單的機械，如刀，劍，弓，箭等兵器，鍋，壺，盆，罐等用具，犁，磨，碾，水車等農用工具，這些工具和用具的制造過程都是簡單的制造過程，主要圍繞生活必需和存亡征戰(zhàn)，制造資源，規(guī)模和技術水平都非常有限。隨著社會的發(fā)展，制造技術的范圍，規(guī)模的不斷擴大，技術水平的不斷提高，向文化，藝術，工業(yè)發(fā)展，出現(xiàn)了紙張，筆墨，活版，石雕，珠寶 ，錢幣金銀飾品等制造技術。到了資本主義和社會主義社會，出現(xiàn)了大工業(yè)生產，使得人類的物質生活和文明有了很大的提高，對精神和物質有了更高的要求，科學技術有了更快更新的發(fā)展，從而與制造工藝的關系更為密切。蒸汽機的制造技術的問世帶來了工業(yè)革命和大工業(yè)生產，內燃機制造技術的出現(xiàn)和發(fā)展形成了現(xiàn)代汽車，火車和艦船，噴氣渦輪發(fā)動機制造技術促進了現(xiàn)代噴氣客機和超音速飛機的發(fā)展，集成電路制造技術的進步左右了現(xiàn)代計算機的水平，納米技術的出現(xiàn)開創(chuàng)了微創(chuàng)機械的先河，因此，人類的活動與制造密切相關，人類活動的水平受到了限制，宇宙飛船，航天飛機，人造飛機，人造衛(wèi)星以及空間工作站等技術的出現(xiàn)，使人類活動走出了地球，走向太空 。
摘 要
本次設計內容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。
總泵缸體工藝規(guī)程及其車Φ20端面；鉆、攻M121.25-5H螺紋；鉆、攻M221.5-5H螺紋；鉆透孔Φ0.7、沉孔Φ3.5和Φ3.5通孔的工裝夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。
關鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。
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Abstract
This design involves the machinery manufacturing process and fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measurement and other aspects of knowledge.
Master cylinder process and car of Φ 20 end; drilling, tapping screw drill, M12 1.25-5H; attack M22 1.5-5H thread; drill hole 0.7, hole Phi 3.5 and phi 3.5 through holes in the fixture design process design, including the parts processing process design and fixture three. In the process of design should first of all parts for analysis, to understand the parts of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design a part of the process route; then the parts of each step of the process dimension calculation, is the key to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then the special fixture fixture design, selection of the various components, such as the connecting part positioning element, clamping elements, guiding elements, fixture and machine tools and other components; the positioning errors calculated fixture positioning, analysis the rationality and shortcoming of the fixture structure, pay attention to improve and design in later
Keywords : the process, procedure, cutting dosage, clamping, positioning, error.
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 1
第1章 緒論 3
1.1 引言 3
1.2 機械加工工藝規(guī)程的作用 3
1.3 研究方法及技術路線 4
1.4 課題背景及發(fā)展趨勢 5
第2章 工藝規(guī)程設計 6
2.1毛坯的制造形式 6
2.2零件分析 6
2.3 基面選擇 5
2.3.1 粗基準的選擇 5
2.3.2精基準的選擇 6
2.4制定工藝路線 7
2.5確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差 8
2.6確定切削用量及基本工時 9
第3章 車Φ20端面的夾具設計 23
3.1問題的提出 23
3.2定位基準的選擇 23
3.3切削力和夾緊力的計算 23
3.4定位誤差分析 24
3.5平衡塊的計算 25
3.6夾具截圖 26
第4章 鉆、攻M121.25-5H螺紋的夾具設計 27
3.1問題的提出 27
3.2定位基準的選擇 27
3.3切削力和夾緊力的計算 27
3.4定位誤差分析 27
3.5鉆套的設計 28
3.6夾具截圖 30
第5章 車Φ32端面、鉆、攻M221.5-5H螺紋的夾具設計 32
3.1問題的提出 32
3.2定位基準的選擇 32
3.3切削力和夾緊力的計算 32
3.4定位誤差分析 33
3.5平衡塊的計算 34
3.6夾具截圖 35
第6章 鉆透孔Φ0.7、锪沉孔Φ3.5、鉆Φ3.5通孔的夾具設計 37
3.1問題的提出 37
3.2定位基準的選擇 37
3.3切削力和夾緊力的計算 37
3.4定位誤差分析 37
3.5鉆套的設計 38
3.6夾具截圖 38
結論 40
參考文獻 41
致 謝 42
第一章 緒論
1．1引言
制造技術的重要性是不言而喻的，它與當今的社會發(fā)展密切相關?，F(xiàn)代制造技術是當前世界各國研究和發(fā)展的主題，特別是在市場經濟的今天，它更占有十分重要的地位。人類的發(fā)展過程是一個不斷制造的過程，在人類發(fā)展的初期，為了生存，制造了石器以便于狩獵，此后，出現(xiàn)了陶器，銅器，鐵器，和一些簡單的機械，如刀，劍，弓，箭等兵器，鍋，壺，盆，罐等用具，犁，磨，碾，水車等農用工具，這些工具和用具的制造過程都是簡單的制造過程，主要圍繞生活必需和存亡征戰(zhàn)，制造資源，規(guī)模和技術水平都非常有限。隨著社會的發(fā)展，制造技術的范圍，規(guī)模的不斷擴大，技術水平的不斷提高，向文化，藝術，工業(yè)發(fā)展，出現(xiàn)了紙張，筆墨，活版，石雕，珠寶 ，錢幣金銀飾品等制造技術。到了資本主義和社會主義社會，出現(xiàn)了大工業(yè)生產，使得人類的物質生活和文明有了很大的提高，對精神和物質有了更高的要求，科學技術有了更快更新的發(fā)展，從而與制造工藝的關系更為密切。蒸汽機的制造技術的問世帶來了工業(yè)革命和大工業(yè)生產，內燃機制造技術的出現(xiàn)和發(fā)展形成了現(xiàn)代汽車，火車和艦船，噴氣渦輪發(fā)動機制造技術促進了現(xiàn)代噴氣客機和超音速飛機的發(fā)展，集成電路制造技術的進步左右了現(xiàn)代計算機的水平，納米技術的出現(xiàn)開創(chuàng)了微創(chuàng)機械的先河，因此，人類的活動與制造密切相關，人類活動的水平受到了限制，宇宙飛船，航天飛機，人造飛機，人造衛(wèi)星以及空間工作站等技術的出現(xiàn)，使人類活動走出了地球，走向太空 。
1．2機械加工工藝規(guī)程的作用
機械加工工藝規(guī)程是指規(guī)定產品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件。
制訂工藝規(guī)程的原則是保證圖樣上規(guī)定的各項技術要求，有較高的生產效率，技術先進，經濟效益高，勞動條件良好。
制訂工藝規(guī)程的程序：
1、 計算生產綱領，確定生產類型
2、 分析產品裝配圖，對零件圖樣進行工藝審查
3、 確定毛坯種類、形狀、尺寸及精度
4、 制訂工藝路線
5、 進行工序設計（確定各工序加工余量、切削用量、工序尺寸及公差、選擇工藝裝備，計算時間定額等。）
1．3研究方法及技術路線
1. 深入生產實踐調查研究
在深入生產實踐調查研究中，應當掌握下面一些資料：工程圖紙，工藝文件，生產綱領，制造與使用夾具情況等。
2. 制訂工藝工藝規(guī)程的程序
計算生產綱領，確定生產類型，分析產品裝配圖，對零件圖樣進行工藝審查，確定毛坯的種類，形狀，尺寸及精度，擬定工藝路線（劃分工藝規(guī)程的組成，選擇的定位基準，選擇零件表面的加工方法，安排加工順序，選擇機床設備等），進行工序設計（確定各工序加工余量，切削余量，工序尺寸及工差，選擇工藝裝備，計算時間定額等），確定工序的技術要求及檢驗方法，填寫工藝文件。
3. 確定工件的夾緊方式和設計夾緊機構
夾緊力的作用點和方向應符合夾緊原則。進行夾緊力的分析和計算，以確定加緊元件和傳動裝置的主要尺寸。
4. 確定夾具其他部分的結構形式
如分度裝置，對刀元件和夾具體等
5. 繪制夾具總裝配圖
在繪制總裝配圖時，盡量采用1：1比例，主視圖應選取面對操作者的工作位置。繪圖時，先用紅線或雙點劃線畫出工件的輪廓和主要表面，如定位表面，夾緊表面和被加工表面等。其中，被加工表面用網紋線或粗實線畫出加工余量。工件在夾具上可看成是一個假想的透明體，按定位元件，導向元件，夾緊機構，傳動裝置等順序， 畫出具體結構。
6. 標注各部分主要尺寸，公差配合，和技術要求
7. 標注零件編號及編制零件明細表
在標注零件編號時。標準件可直接標出國家標準代號。明細表要注明夾具名稱，編號，序號，零件名稱及材料，數(shù)量等。
8. 繪制家具零件圖
拆繪夾具零件圖的順序和繪制夾具總裝配圖的順序相同。
1．4課題背景及發(fā)展趨勢
機床夾具是在切削加工中，用以準確地確定工件位置，并將其牢固地夾緊的工藝裝備。它的重要作用是：可靠地保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動強度，沖鋒發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。因此夾具在機械制造中占有重要的地位。機床夾具的設計是工藝裝備設計中的一個重要組成部分，是保證產品質量和提高勞動生產率的一項技術措施。我們在設計中也應該注意一些重要方法，我們必須深入生產實踐調查研究，因為，這樣有利于我們掌握一些重要資料，例如： （1）工件的圖紙——詳細閱讀圖紙，了解工件被加工表面的技術要求，該件在機械中的位置和作用，以及裝配中的特殊要求。（2）工藝文件——了解工件的工藝過程，本工序的加工要求，工件已加工面及及待加工面的狀況，基準面的選擇狀況，可用的機床設備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。（3）生產綱領——夾具的結構形式應與工件批量大小相適應，做到經濟合理。（4）制造與使用夾具的狀況等。我深刻明白要想做好這次夾具設計，我也要了解并注意設計夾具出現(xiàn)的問題，對夾具最基本的要求是：工件的定位準確，定位精度滿足加工要求，工件夾緊牢固可靠，操作安全方便，成本低廉。工件夾具中的定位精度，主要是定為基準是否與工序基準重合，定位基準的形式和精度，定位元件的形式和精度，定位元件的布置方式，定位基準與定位元件的配合狀況等因素有關。這些因素所造成的誤差，可以通過數(shù)學計算求得。在采取提高定位精度的措施時，要注意到夾具制造上的可能性。在總的定位精度滿足加工要求的條件下，不要過高的提高工件在夾具中的定位精度。夾具在機床上的定位精度，和刀具在夾具上的導向精度也不應忽視。夾具在機床上的定位精度，主要與定位元件表面與機床配合處的位置精度。夾具與機床連接處的配合間隙等因素有關。因此，提高夾具制造精度，減小配合間隙就能提高夾具在機床上的定位精度。如果定位精度要求很高，而通過提高夾具制造精度的措施已不可能或不合理時，應采用調整法或就地加工法解決，即在安裝夾具時找正定位表面的準確位置，或在夾具安裝后加工定位表面，使夾具在機床上獲得高精度定位。刀具在夾具上的導向精度通常利用導向元件或對刀元件來保證。因此影響刀具在夾具上的導向精度的因素有：導套中心到定位元件產生變形等。夾具中出現(xiàn)過定位時，可通過撤銷多余定位定位元件，使多余定位元件失去限制重復自由度的能力，增加過定位元件與定位基準的配合間隙等辦法來解決。
第2章 工藝規(guī)程設計
2．1毛坯的制造形式
零件材料為HT200，由于零件成批生產，而且零件的輪廓尺寸不大，選用鑄造成型，鑄造精度10級，加工余量等級MA-F，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產率和保證加工精度上考慮也是應該的。
2. 2零件分析
要對該零件的平面、孔、和螺紋進行加工。具體加工要求如下：
右端階梯面 粗糙度12.5
Φ20端面 粗糙度12.5
Φ18孔 粗糙度25
Φ21孔 粗糙度0.8
2-Φ10.5孔 粗糙度25
M121.25-5H螺紋 精度等級5
Φ12.5沉孔 粗糙度3.2、Ra25
Φ32端面 粗糙度6.3
M221.5-5H螺紋 精度等級5
透孔Φ0.7 粗糙度12.5
沉孔Φ3.5 粗糙度12.5
通孔Φ3.5 粗糙度12.5
2．3 基面的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇的正確、合理，可以保證質量，提高生產效率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，使生產無法進行。
2.3.1 粗基準的選擇原則
1）如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面 之間的位置要求，應以不加工表面作為粗基準。如果在工件上有很多不需加工的表面，則應以其中與加工面位置精度要求較高的表面作粗基準。
2）如果必須首先保證工件某重要表面的加工余量均勻，應選擇該表面作精基準。
3）如需保證各加工表面都有足夠的加工余量，應選加工余量較小的表面作粗基準。
4）選作粗基準的表面應平整，沒有澆口、冒口、飛邊等缺陷，以便定位可靠。
5）粗基準一般只能使用一次，特別是主要定位基準，以免產生較大的位置誤差。
由以上及零件知，選用左端Φ32外圓面作為定位粗基準。
2．3．2精基準選擇的原則
選擇精基準時要考慮的主要問題是如何保證設計技術要求的實現(xiàn)以及裝夾準確、可靠、方便。
精基準選擇應當滿足以下要求：
1） 用設計基準作為定位基準，實現(xiàn)“基準重合”，以免產生基準不重合誤差。
2） 當工件以某一組精基準定位可以較方便地加工很多表面時，應盡可能采用此組精基準定位，實現(xiàn)“基準統(tǒng)一”，以免生產基準轉換誤差。
3） 當精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時，應選擇加工表面本身作為精基準，即遵循“自為基準”原則。該加工表面與其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。
4） 為獲得均勻的加工余量或較高 的位置精度，可遵循“互為基準”、反復加工的原則。
5） 有多種方案可供選擇時應選擇定位準確、穩(wěn)定、夾緊可靠，可使夾具結構簡單的表面作為精基準。
由上及零件圖知，選用Φ20.96孔（即Φ21精加工之后的孔，后面還有一道磨削）、Φ10.5及一端面作為定位精基準。
2．4制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領以確定為大批生產的條件下，可采用通用機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產效率。除此以外，還應考慮經濟效果，以便降低生產成本。
工序01：鑄造
工序02：時效處理
工序03：車右端階梯面；車倒角C1
工序04：車Φ20端面
工序05：劃各孔的中心線
工序06：鉆Φ18孔；擴Φ18孔至Φ20.8；鉸Φ20.8孔至Φ20.96；鉆2-Φ10.5孔；锪倒角190°
工序07：鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75；攻M121.25-5H螺紋；锪沉孔Φ12.5深3
工序08：車Φ32端面；鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5；攻M221.5-5H螺紋；倒角C1
工序09：鉆透孔Φ0.7；锪沉孔Φ3.5深3；鉆Φ3.5通孔
工序10：磨Φ20.96孔至Φ21（0~0.023）；倒角C1
工序11：去毛刺
工序12：檢驗至圖紙要求
工序13：入庫
2.5確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差
1. 右端階梯面的加工余量
尺寸公差為CT10級，加工余量等級MA-F,查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4得，鑄件的單邊加工余量Z=3.0mm, 粗糙度12.5，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-6和表1.4-8知，一步車削即可滿足其精度要求。
2. Φ20端面的加工余量
尺寸公差為CT10級，加工余量等級MA-F,查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4得，鑄件的單邊加工余量Z=3.0mm, 粗糙度12.5，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-8知，一步車削即可滿足其精度要求。
3. Φ18孔的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實心鑄造，孔的表面粗糙度Ra25，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-7知，一步鉆削即可滿足其精度要求。
4. Φ21孔的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實心鑄造，孔的表面粗糙度Ra0.8，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-7知，需經過鉆——擴——鉸——磨削方可滿足其精度要求，再由表2.3-8得，首先鉆孔至Φ18、接著再擴Φ18孔至Φ20.8、然后鉸Φ20.8孔至Φ20.96，最后磨Φ20.96孔至Φ21。
5. 2-Φ10.5孔的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實心鑄造，孔的表面粗糙度Ra25，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-7知，一步鉆削即可滿足其精度要求。
6. M121.25-5H螺紋的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實心鑄造，螺紋的精度等級5，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.3-20知，首先鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75，再攻M121.25-5H螺紋
7. Φ12.5沉孔的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實心鑄造，孔的表面粗糙度Ra3.2、Ra25，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-7知，擴Φ10.75孔至Φ12.5深3即可滿足要求。
8、Φ32端面的加工余量
尺寸公差為CT10級，加工余量等級MA-F,查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4得，鑄件的單邊加工余量Z=3.0mm, 粗糙度12.5，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-8知，一步車削即可滿足其精度要求。
9、M221.5-5H螺紋的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實心鑄造，螺紋的精度等級5，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.3-20知，首先鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5，再攻M221.5-5H螺紋
10、透孔Φ0.7、沉孔Φ3.5、通孔Φ3.5的加工余量
因孔的尺寸小于30，故采用實心鑄造，孔的表面粗糙度Ra12.5，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-7知，一步鉆削即可滿足其精度要求。
11. 其他不加工表面，鑄造即可滿足其精度要求。
2．6確定切削用量及基本工時
工序01：鑄造
工序02：時效處理
工序03：車右端階梯面；車倒角C1
工步一：車右端階梯面
選擇外圓車刀
1） 車削深度， ap=2.0mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14~0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)CA6140臥式車床車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,則實際切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(12+9+2.0)/（4750.16）min0.303min。
工步二：車倒角C1
刀具：專用刀具。此工步使用到專用刀具與手動進給。
檢驗機床功率
可以查出 當σｂ＝160～245HBS
ａｐ≤2.8ｍｍ ｆ≤0.6ｍｍ／ｒ
Ｖｃ≤41ｍ／min ?。校悖?.4kw
按CA6140車床說明書 主電機功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見Ｐｃ比Ｐ小得多所以機床功率足夠所用切削用量符合要求
車削功率檢驗按有關手冊
當C=1 ｆ＝0.64 ｍｍ
查得轉矩Ｍ＝61.8 N.M
功率公式:
ＰC＝McVc/30C=61.817/301=35.0W=0.035KW
按CA6140車床 主電機功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見ＰC比Ｐ小得多，所以機床功率足夠，所用切削用量符合要
工序04：車Φ20端面
選擇端面車刀
1） 車削深度，因為右端面精度要求不高，故可以選擇ap=3.0mm，一次走刀即可完成所需長度。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14~0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)CA6140臥式車床
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s
則實際切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=3.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(10+3.0)/（4750.16）=0.171min。
工序05：劃各孔的中心線
工序06：鉆Φ18孔；擴Φ18孔至Φ20.8；鉸Φ20.8孔至Φ20.96；鉆2-Φ10.5孔；锪倒角190°
工步一：鉆Φ18孔
1、加工條件
加工材料: HT200，硬度HBW170～241，鑄件。
工藝要求：孔徑d=18mm。精度H12~H13,用乳化液冷卻。
機床：選用CA6140車床和三瓜卡盤。
2、選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆頭（如圖3所示），其直徑d=18mm
鉆頭幾何形狀為（根據(jù)《切削用量手冊》表2.1及表2.2）：標準鉆頭，，，后角，，橫刃長度，弧面長度。
3．選擇切削用量
（1）選擇進給量
按加工要求決定進給量：根據(jù)《切削用量手冊》表2.7，當鑄鐵硬度>200H
有。
（2）計算切削速度
根據(jù)《切削用量手冊》表2.15，當鑄鐵硬度=200～220HBS時，=0.25, 時，=30mm/min。
切削速度的修正系數(shù)為：，，，，
故=301.01.00.751.0m/min22.5m/min
=r/mm398r/mm
根據(jù)CA6140車床技術資料（見《簡明手冊》表4.2-12）可選擇n=400r/mm，=20mm/min。
4．計算基本工時
根據(jù)公式
式中，，l=118mm，入切量及超切量由《切削用量手冊》表2.29查出=12mm，計算得，
L=（118+12）mm=130mm
故有： t==1.3min
工步二：擴Φ18孔至Φ20.8
利用鉆頭將孔擴大至，根據(jù)有關手冊規(guī)定，擴鉆的切削用量可根據(jù)鉆孔的切削用量選取
根據(jù)機床說明書，選取
則主軸轉速為，并按車床說明書取，實際切削速度為
切削工時：，，，則機動工時為
工步三：鉸Φ20.8孔至Φ20.96
根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-25，，，得
查參考文獻Ⅴ表4.2-2，按機床實際進給量和實際轉速，取，，實際切削速度。
切削工時：，，，則機動工時為
工步四：鉆2-Φ10.5孔
1、加工條件
加工材料: HT200，硬度HBW170～241，鑄件。
工藝要求：孔徑d=10.5mm。精度H12~H13,用乳化液冷卻。
機床：選用CA6140車床和三瓜卡盤。
2、選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆頭（如圖3所示），其直徑d=10.5mm
鉆頭幾何形狀為（根據(jù)《切削用量手冊》表2.1及表2.2）：標準鉆頭，，，后角，，橫刃長度，弧面長度。
3．選擇切削用量
（1）選擇進給量
按加工要求決定進給量：根據(jù)《切削用量手冊》表2.7，當鑄鐵硬度>200H
有。
（2）計算切削速度
根據(jù)《切削用量手冊》表2.15，當鑄鐵硬度=200～220HBS時，=0.25, 時，=30mm/min。
切削速度的修正系數(shù)為：，，，，
故=301.01.00.751.0m/min22.5m/min
=r/mm682r/mm
根據(jù)CA6140車床技術資料（見《簡明手冊》表4.2-12）可選擇n=700r/mm，=25mm/min。
4．計算基本工時
根據(jù)公式
式中，，l=8.5mm，入切量及超切量由《切削用量手冊》表2.29查出=7.25mm，計算得，
L=（8.5+7.25）mm=15.75mm
故有： t==0.18min
工步五：锪倒角190°
刀具：專用刀具。此工步使用到專用刀具與手動進給。
檢驗機床功率
可以查出 當σｂ＝160～245HBS
ａｐ≤2.8ｍｍ?。妗?.6ｍｍ／ｒ
Ｖｃ≤41ｍ／min ?。校悖?.4kw
按CA6140車床說明書 主電機功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見Ｐｃ比Ｐ小得多所以機床功率足夠所用切削用量符合要求
車削功率檢驗按有關手冊
當C=1?。妫?.64 ｍｍ
查得轉矩Ｍ＝61.8 N.M
功率公式:
ＰC＝McVc/30C=61.817/301=35.0W=0.035KW
按CA6140車床 主電機功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見ＰC比Ｐ小得多，所以機床功率足夠，所用切削用量符合要求
工序07：鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75；攻M121.25-5H螺紋；锪沉孔Φ12.5深3
工步一：鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75
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）
593r/min
按機床選取n=600r/min
切削工時： ，，則機動工時為
工步二：攻M121.25-5H螺紋
選擇M121.25-5H高速鋼機用絲錐
等于工件螺紋的螺距，即f=1.25mm/r
v=20m/min
531r/min
按機床選取n=500r/min
切削工時： ，，則機動工時為
工步三：锪沉孔Φ12.5深3
1、加工條件
加工材料: HT200，硬度170~241HBW，鑄件。
工藝要求：孔徑d=12.5mm，精度H12~H13,用乳化液冷卻。
機床：選用Z525立式鉆床和專用夾具。
2、選擇鉆頭
選擇高速鋼锪刀（如圖3所示），其直徑d=12.5mm
3．選擇切削用量
（1）選擇進給量
按加工要求決定進給量：根據(jù)《切削用量手冊》表2.7，有。
（2）計算切削速度
根據(jù)《切削用量手冊》表2.15，當鑄鐵硬度=200～220HBS時， , 時，=30mm/min。
切削速度的修正系數(shù)為：，，，，
故=301.01.00.751.0m/min22.5m/min
=r/mm573r/mm
根據(jù)Z525型鉆床技術資料（見《簡明手冊》表4.2-12）可選擇n=600r/mm，，=25mm/min
4．計算基本工時
根據(jù)公式
式中，，l=6.25mm，入切量及超切量由《切削用量手冊》表2.29查出=3，計算得，
L=（6.25+3）mm=9.25mm
故有： t=0.062min
工序08：車Φ32端面；鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5；攻M221.5-5H螺紋；倒角C1
工步一：車Φ32端面
選擇端面車刀
1） 車削深度，因為右端面精度要求不高，故可以選擇ap=3.0mm，一次走刀即可完成所需長度。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14~0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)CA6140臥式車床
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s
則實際切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=3.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(16+3.0)/（4750.16）=0.25min。
工步二：鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5
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）
544r/min
按機床選取n=500r/min
切削工時： ，，則機動工時為
工步三：攻M221.5-5H螺紋
選擇M221.5-5H高速鋼機用絲錐
等于工件螺紋的螺距，即f=0.75mm/r
v=35m/min
507r/min
按機床選取n=500r/min
切削工時： ，，則機動工時為
工步四：倒角C1
刀具：專用刀具。此工步使用到專用刀具與手動進給。
檢驗機床功率
可以查出 當σｂ＝160～245HBS
ａｐ≤2.8ｍｍ?。妗?.6ｍｍ／ｒ
Ｖｃ≤41ｍ／min ?。校悖?.4kw
按CA6140車床說明書 主電機功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見Ｐｃ比Ｐ小得多所以機床功率足夠所用切削用量符合要求
車削功率檢驗按有關手冊
當C=1?。妫?.64 ｍｍ
查得轉矩Ｍ＝61.8 N.M
功率公式:
ＰC＝McVc/30C=61.817/301=35.0W=0.035KW
按CA6140車床 主電機功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見ＰC比Ｐ小得多，所以機床功率足夠，所用切削用量符合要求
工序09：鉆透孔Φ0.7；锪沉孔Φ3.5深3；鉆Φ3.5通孔
工步一：鉆透孔Φ0.7
確定進給量：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-7，當鑄鐵的，時，。由于本零件在加工Φ0.7孔時屬于低剛度零件，故進給量應乘以系數(shù)0.45，則
根據(jù)Z525機床說明書，現(xiàn)取
切削速度：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度所以
根據(jù)機床說明書，取，故實際切削速度為
切削工時：，，，則機動工時為
工步二：锪沉孔Φ3.5深3
1、加工條件
加工材料: HT200，硬度170~241HBW，鑄件。
工藝要求：孔徑d=3.5mm，精度H12~H13,用乳化液冷卻。
機床：選用Z525立式鉆床和專用夾具。
2、選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆，其直徑d=3.5mm
3．選擇切削用量
（1）選擇進給量
按加工要求決定進給量：根據(jù)《切削用量手冊》表2.7，有。
（2）計算切削速度
根據(jù)《切削用量手冊》表2.15，當鑄鐵硬度=170~241HBW，d<10mm時，f=0.15,=10mm/min。
切削速度的修正系數(shù)為：，，，，
故=101.01.00.751.0m/min=7.5m/min
=r/mm682r/mm
根據(jù)Z525型鉆床技術資料（見《簡明手冊》表4.2-12）可選擇n=700r/mm，，=7.5mm/min
4．計算基本工時
根據(jù)公式
式中，，l=3mm，入切量及超切量由《切削用量手冊》表2.29查出=3.4，計算得，
L=（3+3.4）mm=6.4mm
故有： t=0.061min
工步三：鉆Φ3.5通孔
1、加工條件
加工材料: HT200，硬度170~241HBW，鑄件。
工藝要求：孔徑d=3.5mm，精度H12~H13,用乳化液冷卻。
機床：選用Z525立式鉆床和專用夾具。
2、選擇鉆頭
選擇高速鋼锪刀，其直徑d=3.5mm
3．選擇切削用量
（1）選擇進給量
按加工要求決定進給量：根據(jù)《切削用量手冊》表2.7，有。
（2）計算切削速度
根據(jù)《切削用量手冊》表2.15，當鑄鐵硬度=170~241HBW，d<10mm時，f=0.15,=10mm/min。
切削速度的修正系數(shù)為：，，，，
故=101.01.00.751.0m/min=7.5m/min
=r/mm682r/mm
根據(jù)Z525型鉆床技術資料（見《簡明手冊》表4.2-12）可選擇n=700r/mm，，=7.5mm/min
4．計算基本工時
根據(jù)公式
式中，，l=5mm，入切量及超切量由《切削用量手冊》表2.29查出=3.75，計算得，
L=（5+3.75）mm=8.75mm
故有： t=0.083min
工序10：磨Φ20.94孔至Φ21（0~0.023）；倒角C1
工步一：磨Φ20.94孔至Φ21（0~0.023）
1)選擇砂輪。見《機械加工工藝手冊》第三章中磨料
A46KV6P 35040127
其含義為：砂輪磨料為剛玉，粒度為46#,硬度為中輪1級，陶瓷結合劑，6號組織，平型砂輪，其尺寸為350x40x127
2)切削用量的選擇。查《機械加工工藝手冊》表33-42有
工件速度 ?。?8m/min
縱向進給量 ＝0.5B＝20mm(雙行程)
切削深度 ?。?.0157mm/st
3)切削工時
式中 D---被加工直徑
b----加工長度
Z--單邊加工余量
K---系數(shù)
V---工作臺移動速度
--工作臺往返一次砂輪軸向進給量
--工作臺往返一次砂輪徑向進給量
0.029(min)
工步二：倒角C1
刀具：專用刀具。此工步使用到專用刀具與手動進給。
檢驗機床功率
可以查出 當σｂ＝160～245HBS
ａｐ≤2.8ｍｍ?。妗?.6ｍｍ／ｒ
Ｖｃ≤41ｍ／min ?。校悖?.4kw
按M215A內圓磨床說明書 主電機功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見Ｐｃ比Ｐ小得多所以機床功率足夠所用切削用量符合要求
車削功率檢驗按有關手冊
當C=1?。妫?.64 ｍｍ
查得轉矩Ｍ＝61.8 N.M
功率公式:
ＰC＝McVc/30C=61.817/301=35.0W=0.035KW
按M215A內圓磨床床 主電機功率Ｐ＝1.1ｋｗ
可見ＰC比Ｐ小得多，所以機床功率足夠，所用切削用量符合要求
工序11：去毛刺
工序12：檢驗至圖紙要求
工序13：入庫
第3章 車Φ20端面的夾具設計
3.1：問題的提出
本夾具主要用于車Φ20端面，表面粗糙度Ra12.5，精度要求不高，為此，只考慮如何提高生產效率上，精度則不予考慮。
3.2：定位基準的選擇
1.夾具體的凸臺面與工件端面配合限制三個自由度。
2.夾具體的Φ32孔與工件Φ32外圓面配合限制兩個自由度，屬于不完全定位，因是車端面，所以在此是允許的。
3.工件的夾緊則由兩個移動壓板來實現(xiàn)。
3.3 切削力及夾緊力計算
（1）刀具： 采用端面車刀
機床： CA6140臥式車床
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù)
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內。
安全系數(shù) K=
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以
（2）夾緊力的計算
選用夾緊螺釘夾緊機 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱直徑d=10mm，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級
螺釘疲勞極限：
極限應力幅：
許用應力幅：
螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應力為
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
滿足要求
經校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠，
3.4定位誤差分析
一面一固定銷定位誤差
移動時基準位移誤差
（式5-5）
式中： ———— 固定銷孔的最大偏差
————固定銷孔的最小偏差
————固定銷定位孔與外圓面最小配合間隙
代入（式5-5）得： =0.025+0+0=0.025（mm）
3.5平衡塊的計算
對移動式結構不對稱的車床夾具，設計時應采取平衡措施，以減少由離心力產生的振動和主軸軸承的磨損。
離心力Fj的計算公式為
Fj=0.01mjR(n×n)
式中 mj-----工件和夾具不平衡部分的合成質量（kg）；
R-----工件和夾具不平衡部分的合成質量中心至回轉中心的距離（m）；
n----主軸轉速（r/min）。
由離心力引起的力矩Mj為
Mj=FjL
平衡塊引起的離心力Fp(N)為
Fp=0.01mpr(n×n)
式中 mp-----平衡塊的質量
r------平衡塊中心至回轉中心的距離（m）
由Fp引起的力矩Mp為
Mp= Fpl
在綜合考慮徑向位置和軸向位置平衡的情況下，滿足平衡關系式
Mp=Mj
即 0.01mjR(n×n)L=0.01mpr(n×n)l
化簡后得 Mp=mjRL/rl
為了彌補估算法的誤差，平衡塊上應開有環(huán)形槽或徑向槽，以便夾具裝配時調整其位置。
長×寬×高=體積
體積×密度=質量
Mj=(0.23×0.11×0.1)×7×1000+(0.068×0.098×0.106×7×1000)
=17.71+4.944688
=22.6kg
mp=mjRL/rl=22.6×72×55/102×12.5=70.36kg
3.6夾具截圖
圖3.6-1
圖3.6-2 夾具體
第4章 鉆、攻M121.25-5H螺紋的夾具設計
4.1：問題的提出
本夾具主要用于鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75；攻M121.25-5H螺紋；锪沉孔Φ12.5深3，精度要求不高，為此，只考慮如何提高生產效率上，精度則不予考慮。
4.2：定位基準的選擇
1.夾具體Φ90凸臺面與工件端面配合限制三個自由度。
2.固定式定位銷與工件Φ20.96孔配合限制兩個自由度。
3.削邊銷與工件Φ10.5孔配合限制一個自由度。
4.工件的夾緊則由鉸鏈壓板來完成。
5.導向由鉆模（即鉆模板、快換鉆套、鉆套螺釘、襯套等組成）來控制。
4.3 切削力及夾緊力計算
查表4得切削力計算公式：
式中，f=1mm/r,查表得
=736MPa, 即==1547N
所需夾緊力，查表5得，，安全系數(shù)K=
式中為各種因素的安全系數(shù)，查表得：
K==1.872，當計算K<2.5時，取K=2.5
孔軸部分由M8螺母鎖緊，查表得夾緊力為12360N
==30900N
由上計算得》，因此采用該夾緊機構工作是可靠的。
4.4定位誤差分析
(1)移動時基準位移誤差
（式5-5）
式中： ———— 固定銷孔的最大偏差
————固定銷孔的最小偏差
————固定銷定位孔與固定銷最小配合間隙
代入（式5-5）得： =0.021+0+0.02=0.031
(2) 轉角誤差
（式5-6）
式中： ————固定銷孔的最大偏差
————固定銷銷孔的最小偏差
————固定銷定位孔與定位銷最小配合間隙
————固定銷孔的最大偏差
————削邊銷孔的最小偏差
————削邊銷定位孔與固定銷銷最小配合間隙
其中：
則代入（式5-6）得：
0.001047
則： 0.06°
4.5鉆套的設計
鉆M121.25-5H螺紋底孔Φ10.75；攻M121.25-5H螺紋；锪沉孔Φ12.5深3加工需鉆、攻絲、锪沉孔，因為鉆后還要攻絲、锪沉孔，為了我們鉆后能及時的進行下面的工步。故選用快換鉆套（其結構如下圖4.5-1所示）以減少更換鉆套的輔助時間。根據(jù)工藝要求：即先用Φ10.75的麻花鉆鉆孔。查機床夾具標準件可知Φ10.75相配的快換鉆套的具體結構如下
圖4.5-1 快換鉆套
具體的尺寸如下圖4.5-2所示
圖4.5-2 快換鉆套尺寸
因為快換鉆套和夾具體是間隙配合，加工的時間快換鉆套靠壓緊螺釘把他壓緊在鉆模板上，以防止加工的時間工件的旋轉，有上圖可知和Φ10.75快換鉆套相配的螺釘?shù)某叽鐬镸5，查機床夾具標準件可知，M5快換鉆套壓緊螺釘?shù)木唧w結構如下圖4.5-3所示。
圖4.5-3 鉆套螺釘
具體的尺寸如下圖4.5-4所示
圖4.5-4 鉆套螺釘尺寸
4.6夾具截圖
圖4.6-1 裝配圖
圖4.6-2 夾具體
第5章 車Φ32端面、鉆、攻M221.5-5H螺紋的夾具設計
5.1：問題的提出
本夾具主要用于車Φ32端面；鉆M221.5-5H螺紋底孔Φ20.5；攻M221.5-5H螺紋；倒角C1；，精度要求不高，為此，只考慮如何提高生產效率上，精度則不予考慮。
5.2：定位基準的選擇
1.夾具體的凸臺面與工件端面配合限制三個自由度。
2.固定式定位銷與工件Φ20.96孔配合限制兩個自由度。
3.削邊銷與工件Φ10.5孔配合限制一個自由度。
4.工件的夾緊則由兩個鉤形壓板來實現(xiàn)。
5.3 切削力及夾緊力計算
（1）刀具： 采用端面車刀
機床： CA6140臥式車床
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù)
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內。
安全系數(shù) K=
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以
（2）夾緊力的計算
選用夾緊螺釘夾緊機 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱直徑d=8mm，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級
螺釘疲勞極限：
極限應力幅：
許用應力幅：
螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應力為
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
滿足要求
經校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠，
5.4定位誤差分析
(1)移動時基準位移誤差
（式5-5）
式中： ———— 固定銷孔的最大偏差
————固定銷孔的最小偏差
————固定銷定位孔與固定銷最小配合間隙
代入（式5-5）得： =0.021+0+0.02=0.031
(2) 轉角誤差
（式5-6）
式中： ————固定銷孔的最大偏差
————固定銷銷孔的最小偏差
—