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夾具定位規(guī)劃中完整性評(píng)估和修訂
CAM實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械工程學(xué)系，伍斯特理工學(xué)院研究院，100路，伍斯特，碩士01609，美國(guó)
2004年9月14日收稿;2004年11月9日修訂;2004年11月10日發(fā)表
摘 要
幾何約束是夾具設(shè)計(jì)中最重要的考慮因素之一。確定位置的解析擬訂已發(fā)達(dá)。然而，如何分析和修改在實(shí)際夾具設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中的一個(gè)非確定性的定位計(jì)劃尚未深入研究。在本文中，提出了一種方法來描述在限制約束下的重點(diǎn)夾具系統(tǒng)的幾何約束狀態(tài)。一種限制約束下狀態(tài)，如果它存在，可以識(shí)別給定定位計(jì)劃?？梢宰詣?dòng)識(shí)別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案。這有助于改善逆差定位計(jì)劃，并為修訂提供指引，以最終實(shí)現(xiàn)確定性的定位。
關(guān)鍵詞：夾具設(shè)計(jì);幾何約束;確定性定位;限制約束;過約束
1.介紹
夾具是用于制造工業(yè)進(jìn)行工件牢固定位的一種機(jī)制。在零件加工過程中規(guī)劃一個(gè)關(guān)鍵的第一步，夾具設(shè)計(jì)需要，以確保定位精度和三維工件的精度。 3-2-1原則，在一般情況下，是最廣泛使用的指導(dǎo)原則發(fā)展的位置計(jì)劃。 V型塊和銷孔定位原則也常用。
一個(gè)加工夾具定位方案必須滿足一些要求。最基本的要求是，必須提供工件確定的位置。這種觀點(diǎn)指出，定位計(jì)劃生產(chǎn)的確定位置，工件不能移動(dòng)，而至少有一個(gè)定位不會(huì)失去聯(lián)系。這一直是夾具設(shè)計(jì)的最根本的準(zhǔn)則之一，許多研究人員關(guān)于幾何約束狀態(tài)的研究表明，工件在任何定位計(jì)劃分為以下三個(gè)類別：
1、良好的約束（確定性）：工件在一個(gè)獨(dú)特的位置進(jìn)行配合，工件表面與6個(gè)定位器取得聯(lián)系。
2、限制約束：不完全約束工件的自由度。
3、過約束：工件自由度超過6定位的制約。
在1985年,淺田[1]提出了滿秩為準(zhǔn)則雅可比矩陣的約束方程,基于分析形成了調(diào)研后,確定定位。周等[2]在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理論。結(jié)果表明,定位矩陣的定位需要壓力滿秩達(dá)到確定的位置。該方法的確定通過無數(shù)的研究。王等[3]考慮定位工件的接觸的影響，而采用點(diǎn)接觸面積。他們介紹了接觸矩陣，并指出，兩個(gè)接觸的機(jī)構(gòu)不應(yīng)該有平等的，但在接觸點(diǎn)曲率相反?？柹璠4]認(rèn)為，可能沒有足夠的應(yīng)用，如一些不是非棱柱的表面或相對(duì)誤差近似的非小線性。他提出一個(gè)二階泰勒展開，其中也考慮到定位誤差相互作用。馬林和費(fèi)雷拉[5]應(yīng)用周對(duì)3-2-1的位置擬訂，制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃。盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置。
在淺田的擬定方案中,他們假設(shè)工件夾具元件和點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)無阻力。理想的位置q*,而應(yīng)放置工件表面和分片，可微函數(shù)是gi(見圖1)。
表面函數(shù)定義為:gi(q*)=0是確定的,應(yīng)該有一個(gè)獨(dú)一無二的解決方案為下列所有定位方程組。
gi(q)=0,i=1,2,...,n (1)
其中n是定位器的位置與方向,代表了工件的定位和方向。
只有考慮到目標(biāo)位置q*附近在處:
淺田表明
(2)
hi是幾何函數(shù)的雅可比矩陣，矩陣式所示（3）。確定定位
如果雅可比矩陣滿秩，可滿足要求。 (2)只有q=q*一個(gè)解決辦法
(3)
在1個(gè)3-2-1定位計(jì)劃中，一個(gè)約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如表1所示。如果定位是小于6，工件是限制約束的，即存在至少有一個(gè)工件自由定位議案不受限制的。如果矩陣滿秩，但定位大于6定位，工件是過約束，這表明存在至少一個(gè)定位等;而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài)。找出一個(gè)模型除了3-2-1,可以建立基準(zhǔn)框架提取等效的定位點(diǎn)。胡等[6]已經(jīng)發(fā)展出一種系統(tǒng)的方法,對(duì)這個(gè)用途。因此,這則能適用于所有的定位方案。
圖1 .夾具系統(tǒng)模型。
表1
等級(jí) 數(shù)量的定位 地位
<6 - Under-constrained
=6 =6 Well-constrained
=6 >6 Over-constrained
康等[7]遵循這些方法和他們實(shí)施制定的幾何約束分析模塊其自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)的核查制度。他們的CAFDV系統(tǒng)可以計(jì)算出雅可比矩陣和它的排名來確定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯(cuò)誤。熊等人[8]提出的等級(jí)檢查方法的定位矩陣WL(見附件)。他們還介紹了左/右邊的定位矩陣廣義逆理論,分析了工件的幾何誤差。結(jié)果表明,定位及發(fā)展方向誤差ΔX和位置誤差Δr的工件定位相關(guān)如下:
Under-constrained:ΔX=WLΔr, (4)
Well-constrained :ΔX=(WTLWL)-1WLTΔr, (5)
Over-constrained:ΔX=WLT(WTLWL)-1Δr+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL)λ, (6)
λ是任意一個(gè)向量。
他們還介紹了從這些矩陣的幾個(gè)指標(biāo)，評(píng)價(jià)定位配置，其次是通過約束非線性規(guī)劃的優(yōu)化。然而，他們的研究分析，不涉及非確定性定位的修訂。目前，還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究。
2.定位完整性評(píng)價(jià)
如果不確定性的位置達(dá)到夾具系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)師知道約束狀態(tài)是什么，以如何改善設(shè)計(jì)是非常重要的條件。如果夾具系統(tǒng)是過度約束，是理想定位需要的不必要的信息。而下約束時(shí)，所有有關(guān)知識(shí)約束工件的議案，可以引導(dǎo)設(shè)計(jì)師選擇額外的定位或使得修改定位計(jì)劃更有效。的總體戰(zhàn)略定位計(jì)劃表征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2。
在本文中,定位矩陣秩的幾何約束的施加評(píng)價(jià)狀態(tài)(見附件為獲得的定位矩陣)。確定需要六個(gè)定位器定位提供矩陣的滿秩定位WL:
如圖3所示,在給定的定位器數(shù)量n,定位法向量[ai,bi,ci]和定位的位置[xi,yi,zi]
每一個(gè)定位器,i=1,2,.....,n,n*6定位矩陣可以確定如下:
（7）
當(dāng)?shù)燃?jí)（WL）=6，n=6時(shí)，是工件良好約束。
當(dāng)?shù)燃?jí)（WL）=6，n>6時(shí);是工件過約束。
這意味著（n-6）有不必要的定位在定位方案上。工件將不存在限制（n-6）定位器。這種狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示方法,那就是（n-6）在定位向量矩陣,可表示為線性組合的其他六行向量。
圖2 幾何約束狀態(tài)描述
圖3一個(gè)簡(jiǎn)化的定位方案。
定位方案，提供了確定性的位置。發(fā)達(dá)國(guó)家的算法使用下列方法確定不必要的定位：
1、找到所有的（n-6）組合定位的。
2、為每個(gè)組合,從（n-6）定位器確定定位方案。
3、重新計(jì)算矩陣秩的定位為左六個(gè)定位器。
4、如果等級(jí)不變,被刪除的(n-6)定位器是負(fù)責(zé)過約束狀態(tài)。
這種方法可能會(huì)產(chǎn)生多種解決方案，并要求設(shè)計(jì)師來決定哪一套不必要的定位應(yīng)該被刪除以最佳定位性能。
當(dāng)?shù)燃?jí)（WL）<6,工件的限制約束。
參考文獻(xiàn)
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告
題目：尾座體零件加工工藝及其典型夾具設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2013年 3 月 18 日
1設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r
1.1零件分析確定材料、毛坯
尾座體是機(jī)床不可缺少的一部分，起著帶動(dòng)頂尖在工作臺(tái)上移動(dòng)，夾緊和松開工件的作用。
由于尾座體要求有較高的強(qiáng)度和剛度，以及良好的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，材料選擇鑄鋼。因?yàn)榱慵诠ぷ髦谐惺莒o載荷以及小量的動(dòng)載荷，為了使金屬纖維盡量不被切斷，非加工表面對(duì)稱均勻，使零件工作可靠，并且鑄件的鑄造性能較好，。由于該零件的輪廓尺寸不大，生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)，又考慮零件的加工條件要求較高。為了保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本、減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，確定采用鑄造成型。
1.2基面選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇的正確合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高。否則，加工工藝過程中會(huì)問題百出。
粗基準(zhǔn)的選擇：對(duì)尾座這樣的箱體零件來說通常以不加工的面作為粗基準(zhǔn)。
精基準(zhǔn)的選擇：精基準(zhǔn)的選擇要考慮基準(zhǔn)重合的原則，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)要和工藝基準(zhǔn)重合。因此采用底面和側(cè)面做為精基準(zhǔn)。
1.3加工工藝
工序Ⅰ：鑄造
工序Ⅱ：時(shí)效處理
工序Ⅲ：粗精銑左右端面
工序Ⅳ：粗銑，半精銑，精銑下底面
工序Ⅴ：粗銑，半精銑，精銑左端底側(cè)面
工序Ⅵ：粗鏜，精鏜Φ80H7孔
工序Ⅶ：去毛刺
工序Ⅷ：質(zhì)檢
工序IX：入庫(kù)
1.4夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
專用夾具是為某工序而特定設(shè)計(jì)制造的夾具。它優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，操作容易，裝夾容易，生產(chǎn)率高。缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品更新?lián)Q代后往往不能繼續(xù)使用，適應(yīng)性差；費(fèi)用較高。
機(jī)床夾具一般由功能相互獨(dú)立而又相互聯(lián)系的以下六部分組成：1.定位元件。2.夾緊元件。3.對(duì)刀或引導(dǎo)元件，它是保證夾具相對(duì)刀具的正確的位置。4.夾具體，它與機(jī)床有關(guān)部件相連接，以確定夾具相對(duì)于機(jī)床的位置。5.連接元件，確定夾具在機(jī)床上的正確位置等。6.其它元件或裝置，適用于有特殊要求的元件。
根據(jù)本設(shè)計(jì)所要加工零件的特點(diǎn)，查閱相關(guān)資料設(shè)計(jì)出加工要求的夾具。本設(shè)計(jì)中選粗精銑左右端面作為設(shè)計(jì)夾具的參照物。完成如圖1夾具：
圖1 尾座體夾具裝配圖
2存在問題及解決措施
本課題主要研究尾座體的工藝規(guī)程和夾具設(shè)計(jì)，主要難點(diǎn)就在于不太熟悉的夾具設(shè)計(jì)、刀具的選擇、加工工藝的計(jì)算。
解決措施：認(rèn)真下功夫進(jìn)行軟件的學(xué)習(xí)并進(jìn)行多次的模擬實(shí)踐，和老師進(jìn)行溝通，自己查閱書籍，對(duì)刀具和切削用量進(jìn)行更深一步的了解，借鑒別人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)自己的尾座體加工方案進(jìn)行的修改。
3后期工作安排
3.1進(jìn)一步完善加工工藝和夾具。
3.2繪制個(gè)夾具的裝配圖、部分零件工程圖。
3.3完成畢業(yè)論文，準(zhǔn)備終期答辯。
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
機(jī)械加工過程卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零（部）件圖號(hào)
共（6）頁
產(chǎn)品名稱
機(jī)床尾座體
零（部）件名稱
尾座體
第（1）頁
材料牌號(hào)
HT150
毛坯種類
鑄件
毛坯外型尺寸
每毛坯可制件數(shù)
1
每臺(tái)件數(shù)
1
備注
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
車間
工段
設(shè)備
工藝裝備
工時(shí)
準(zhǔn)終
單件
10
鑄造
鑄造毛坯
鑄
20
時(shí)效處理
時(shí)效處理
鑄
30
銑
粗銑上頂面
金工
立銑床X51
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
40
銑
粗銑精銑240x240面
金工
立銑床X51
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
50
銑
粗銑精銑左右端底側(cè)面
金工
臥銑床X6140
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
60
銑
粗銑精銑120x120端面
金工
臥銑床X6140
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
70
鏜
粗鏜精鏜Φ80孔
金工
臥式鏜床T68
高速鋼鏜刀
80
去毛刺
倒角和毛刺
金工
90
質(zhì)檢
按圖紙要求檢驗(yàn)
100
入庫(kù)
設(shè)計(jì)
（日期）
審核
（日期）
標(biāo)準(zhǔn)
（日期）
會(huì)簽
（日期）
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
2013.5.1
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
共（6）頁
產(chǎn)品名稱
機(jī)床尾座體
零件名稱
尾座體
第（2）頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
金
30
銑端面
HT150
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
立式銑床
X51
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
0.55
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
粗銑上頂面
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
750
141.3
2
3
1
0.55
設(shè) 計(jì)
（日 期）
校 對(duì)
（日期）
審 核
（日期）
標(biāo)準(zhǔn)化
（日期）
會(huì)簽
（日期）
標(biāo)記
數(shù)量
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
2013.5.1
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
共（6）頁
產(chǎn)品名稱
機(jī)床尾座體
零件名稱
尾座體
第（3）頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
金
40
銑端面
HT150
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
立式銑床
X51
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
2.6
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
粗銑240x240端面
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
200
150.7
3
2.5
1
1.0
2
精銑240x240端面
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
200
150.7
2
0.5
1
1.6
設(shè) 計(jì)
（日 期）
校 對(duì)
（日期）
審 核
（日期）
標(biāo)準(zhǔn)化
（日期）
會(huì)簽
（日期）
標(biāo)記
數(shù)量
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
2013.5.1
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
共（6）頁
產(chǎn)品名稱
機(jī)床尾座體
零件名稱
尾座體
第（4）頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
金
50
銑端面
HT150
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
臥式銑床
X6140
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
1.0
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/s
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
粗銑左端底側(cè)面
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
750
141.3
3
2
1
0.3
2
精銑左端底側(cè)面
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
1000
157
2
0.5
1
0.21
3
粗銑右端底側(cè)面
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
750
141.3
3
2
1
0.28
4
精銑右端底側(cè)面
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
1000
157
2
0.5
1
0.21
設(shè) 計(jì)
（日 期）
校 對(duì)
（日期）
審 核
（日期）
標(biāo)準(zhǔn)化
（日期）
會(huì)簽
（日期）
標(biāo)記
數(shù)量
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
2013.5.1
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
共（6）頁
產(chǎn)品名稱
車床尾座體
零件名稱
尾座體
第（5）頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
金
60
銑端面
HT150
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
臥式銑床
X6140
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
0.65
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
粗銑120x120端面
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
480
180.9
3
2
1
0.22
2
精銑120x120端面
YG8硬質(zhì)合金套式面銑刀、游標(biāo)卡尺
480
180.9
2
0.5
1
0.43
設(shè) 計(jì)
（日 期）
校 對(duì)
（日期）
審 核
（日期）
標(biāo)準(zhǔn)化
（日期）
會(huì)簽
（日期）
標(biāo)記
數(shù)量
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
2013.5.1
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
共（6）頁
產(chǎn)品名稱
車床尾座體
零件名稱
尾座體
第（6）頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
金
70
鏜孔
HT150
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
臥式鏜床
T68
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
專用夾具
亞硝酸鈉
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
24.8
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
粗鏜φ80孔
高速鋼鏜刀
125
31
0.5
2
1
11
2
精鏜φ80孔
高速鋼鏜刀
80
20
0.4
0.5
1
13.8
設(shè) 計(jì)
（日 期）
校 對(duì)
（日期）
審 核
（日期）
標(biāo)準(zhǔn)化
（日期）
會(huì)簽
（日期）
標(biāo)記
數(shù)量
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日期
標(biāo)記
處數(shù)
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日期
2013.5.1
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
題目：尾座體零件機(jī)械加工工藝及其典型夾具設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2012 年 12 月 20 日
1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況）
尾座體是各種機(jī)床中不可缺少的一部分它有著特別的作用。尾座安裝在機(jī)床的導(dǎo)軌上，尾座上的套筒可以安裝頂尖，以支承較長(zhǎng)的工件的右端（即頂持工件的中心孔）、安裝鉆頭、鉸刀，進(jìn)行孔加工，也可以安裝絲錐攻螺紋工具、圓析牙套螺紋工具加工內(nèi)、外螺紋。尾座可以沿尾座導(dǎo)軌作縱向調(diào)整移動(dòng)，然后壓下尾座緊固手輪將尾座夾緊在所需位置，搖動(dòng)尾座手輪可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的頂緊、松開或工件進(jìn)行切削的縱向進(jìn)給。
機(jī)械加工工藝就是在加工流程的基礎(chǔ)上， 改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品，是每個(gè)步驟，每個(gè)流程的詳細(xì)說明。因此機(jī)械加工工藝是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要的技術(shù)性文件，他直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其加工產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益，可見加工工藝的編制好壞是生產(chǎn)該產(chǎn)品的質(zhì)量的重要保證。在編制工藝師須保證其合理性、科學(xué)性、完善性。
當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)至今的50年，隨科技、特別是微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展.成為先進(jìn)制造技術(shù)的核心技術(shù)，它的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的水平和綜合國(guó)力的強(qiáng)弱，具有超越其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的戰(zhàn)略物資地位。美、德、日三國(guó)是當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家，因其社會(huì)條件不同，各具特點(diǎn)，因此機(jī)床工業(yè)最是發(fā)達(dá)。目前我國(guó)企業(yè)機(jī)械 制造整體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距。由于我國(guó)企業(yè)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)依靠進(jìn)口，企業(yè)承受不了巨額購(gòu)置費(fèi)，且易受國(guó)外的控制，另外數(shù)控機(jī)械設(shè)備維修氣力薄弱，進(jìn)口的備件維修本錢高，設(shè)備完好率低，大部分進(jìn)口機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進(jìn)口后還沒使用就已不能使用等等。因此 目前我國(guó)企業(yè)機(jī)床數(shù)控化比例極低，不到5%，各企業(yè)使用的盡大部分為傳統(tǒng)老式機(jī)床，很難滿足企業(yè)高技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。為節(jié)約本錢，進(jìn)一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機(jī)床的功效和潛伏價(jià)值，將大批傳統(tǒng)老式機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床是一種必然性和趨勢(shì)。
2本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1零件分析
所給零件如圖1所示，為機(jī)床尾座體，起作用就是帶動(dòng)頂尖在工作臺(tái)上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的夾緊和松開。Φ80孔是主要加工面，其尺寸誤差和粗糙度要求是加工工藝需
要重點(diǎn)考慮的問題。
圖1 尾座體
2.2確定毛坯
由于軸承座套要求有較高的強(qiáng)度和剛度，以及良好的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，材料選擇鑄鋼。因?yàn)榱慵诠ぷ髦谐惺莒o載荷以及小量的動(dòng)載荷，為了使金屬纖維盡量不被切斷，非加工表面對(duì)稱均勻，使零件工作可靠，并且鑄件的鑄造性能較好。由于該零件的輪廓尺寸不大，生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)，又考慮零件的加工條件要求較高。為了保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本、減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，確定采用鑄造成型。
2.3基面的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇的正確合理，可以使加工質(zhì)量得到保證、生產(chǎn)率得到提高。否則，加工工藝過程會(huì)問題百出。
粗基準(zhǔn)的選擇：對(duì)尾座體這樣的箱體零件來說。選擇好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要。對(duì)箱體類零件通常以不加工的面做粗基準(zhǔn)。
精基準(zhǔn)的選擇：精基準(zhǔn)的選擇要考慮基準(zhǔn)重合的原則，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)要和工藝基準(zhǔn)重合。因此采用底面和側(cè)面做為精基準(zhǔn)。
2.4工藝過程的安排
在尾座體零件加工中，影響加工精度的主要因素有： 1零件本身的剛度比較底，在外力（切削力、夾緊力）的作用下，容易變形。2零件本身是鑄件，孔壁較薄，切削時(shí)將產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，并引起應(yīng)力重新分布。因此，在安排工藝過程中，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開，既把粗加工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面。這是由于粗加工工序的切削余量大，因此，切削力、夾緊力必然大，加工后容易變形。粗精加工分開后，粗加工產(chǎn)生的變形，可以在半精加工修正，半精加工中產(chǎn)生的變形可以在精加工中修正。這樣逐步減少加工余量，切削力及內(nèi)應(yīng)力作用。逐步修正加工的變形就能最后達(dá)到零件的技術(shù)要求。
2.5夾具設(shè)計(jì)
夾具是機(jī)械制造過程中用來固定加工對(duì)象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測(cè)的裝置。夾具的設(shè)計(jì)是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量的同時(shí)提高生產(chǎn)的效率、改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本，因此在大批量生產(chǎn)中，常采用專用夾具。在夾具的設(shè)計(jì)中，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他部件；計(jì)算出夾具定位是產(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)。
3本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作
本課題的重點(diǎn)是尾座體的加工工藝，它是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要的技術(shù)性文件，只有正確完成加工工藝后續(xù)的工作在可以正常、順利的進(jìn)行。前期先進(jìn)行專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和積累，了解編寫加工工藝的步驟以及注意事項(xiàng)，為后期的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。
4完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫）
第1－3 周：查閱資料，完成基礎(chǔ)知識(shí)的積累和開題報(bào)告。
第4－6 周：典型工件的工藝分析，計(jì)算、編寫各工件加工工藝。
第7－8 周：各夾具的設(shè)計(jì)計(jì)算，定位分析，設(shè)計(jì)中存在的問題。
第 9 周 ：中期檢查。
第10－13周：繪制各夾具的裝配圖、部分零件工程圖。
第 14 周：完成畢業(yè)論文。
第 15 周：答辯。
5 指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導(dǎo)教師： 年 月 日
6 所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
參考文獻(xiàn)
[1] 李昌年. 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與制造. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007
[2] 李慶壽。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［Ｍ］。機(jī)械工業(yè)出版社，1991。
[3] 張進(jìn)生。機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)［Ｍ］。機(jī)械工業(yè)出版社，1995。
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[5] 黃如林，劉新佳，汪群。切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)［Ｍ］?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，2004。
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[9] 余光國(guó)，馬俊，張興發(fā)，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M]，重慶：重慶大學(xué)出版社，1995。
[10] 東北重型機(jī)械學(xué)院，洛陽農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院，長(zhǎng)春汽車廠工人大學(xué)，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1980。
[11] 李慶壽，機(jī)械制造工藝裝備設(shè)計(jì)適用手冊(cè)[M]，銀州：寧夏人民出版社，1991。
[12] 廖念釗，莫雨松，李碩根，互換性與技術(shù)測(cè)量[M]，中國(guó)計(jì)量出版社，2000：9-19。
[13] 王光斗，王春福，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000。
[14] Handbook of Machine Tools Manfred weck 1984
[15] Machine Tools N.chernor 1984.
[16] Machine Tool Metalworking John L.Feirer 1973.
尾座體零件機(jī)械加工工藝及其典型夾具設(shè)計(jì)
摘要
機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)達(dá)程度突出反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和綜合國(guó)力，是一個(gè)國(guó)家生存、發(fā)展與繁榮所依賴的重要基礎(chǔ)。本文對(duì)一尾座體零件進(jìn)行加工工藝分析，并對(duì)相關(guān)工序設(shè)計(jì)專用夾具。本設(shè)計(jì)的基本思路是，首先對(duì)零件圖進(jìn)行分析，選擇毛坯形式、公差及余量。再次是確定加工基準(zhǔn)、工藝路線，選擇工藝裝備，設(shè)計(jì)各個(gè)工序的具體內(nèi)容，確定切削用量及時(shí)間定額等。最后設(shè)計(jì)關(guān)鍵工序的夾具。合理選擇加工基準(zhǔn)，加工方法，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)。設(shè)計(jì)的夾具應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省時(shí)省力，裝夾方便，并且對(duì)相似的零件的加工有通用性。
關(guān)鍵詞：工藝；工序；切削用量；夾緊；定位；誤差
Ⅰ
The Tailstock Body Parts Machining Process and Its Typical Fixture Design
Abstract
The level of the development of the manufacturing technology is strongly respect the economic strength and national strength of a country. The existence and the development of a country depends on the manufacturing technology.This paper mainly discusses the machining technology of a flange and designes these tools used for machining the flange. The basic prodcer of the paper is that first analying the detail drawing of the flange,choosing the blank,the sizesand the basis,second, choosing the machine routing, choosing tools for machining the flange，designing details of erevy procedure，third，design the fixture. All these chooses must be right to make sure the flange meeting the technical requirements. The level of the development of the manufacturing technology is the response of the economic strength and national strength of a country. The existence and the development of a country depends on the manufacturing technology. All these chooses must be right to make sure the flange meeting the technical requirements. The fixture should save time and force，and should has generality. The fixture should save time and force，and should has generality.
Key Words: The procers； the working procedure； the cutting specifications,clamp；
the localization；the error
Ⅱ
目 錄
1 緒論 1
1.1題目背景和研究意義 1
1.2本課題研究的主要內(nèi)容 1
2 零件的分析 2
2.1零件的作用 2
2.2零件的工藝分析 2
3 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3
3.1確定零件的生產(chǎn)類型 3
3.2確定毛坯的制造形式 3
3.3基面的選擇的選擇 3
3.4制定工藝路線 4
3.5機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5
3.6切削用量及基本時(shí)間的確定 6
3.6.1工序Ⅲ的設(shè)計(jì) 6
3.6.2工序Ⅳ的設(shè)計(jì) 8
3.6.3工序Ⅴ的設(shè)計(jì) 10
3.6.4工序Ⅵ的設(shè)計(jì) 15
3.6.5工序Ⅶ的設(shè)計(jì) 18
4 夾具的設(shè)計(jì) 21
4.1夾具的概述 21
4.2夾緊裝置的組成及設(shè)計(jì)要求 21
4.2.1動(dòng)力源 21
4.2.2中間傳力機(jī)構(gòu) 21
4.2.3夾緊元件 22
4.3定位誤差的分析與計(jì)算 23
4.4夾具設(shè)計(jì)與操作的簡(jiǎn)要說明 23
4.4.1夾具體方式的確定 23
4.4.2夾具的精度要求 24
4.4.3夾具使用注意事項(xiàng)、保養(yǎng)及維護(hù) 24
4.5問題的提出 24
4.6夾具的設(shè)計(jì) 24
4.6.1定位基準(zhǔn)的選擇 25
Ⅲ
4.6.2銑削力計(jì)算 25
4.6.3.定位誤差與分析 25
4.6.4夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說明 25
4.6.5夾具體的選擇 25
4.6.6夾具體槽形 26
4.6.7夾緊裝置及夾具體設(shè)計(jì) 27
5 結(jié)論 29
參考文獻(xiàn) 30
致謝 31
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 32
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 33