傳動箱體工藝與夾具設計銑床夾具設計
傳動箱體工藝與夾具設計銑床夾具設計,傳動,箱體,工藝,夾具,設計,銑床
畢 業(yè) 設 計
設計題目： 傳動箱體工藝與夾具設計
系 別:
專 業(yè):
班 級:
姓 名:
學 號:
設計小組:
指導教師:
完成時間:
前言
加工工藝及夾具畢業(yè)設計是對所學專業(yè)知識的一次鞏固，是在進行社會實踐之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是理論聯(lián)系實際的訓練。
機床夾具已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設計和使用是促進生產發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產的不斷發(fā)展,機床夾具的改進和創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術人員在技術革新中的一項重要任務。
1.1課題背景及發(fā)展趨勢
材料、結構、工藝是產品設計的物質技術基礎，一方面，技術制約著設計；另一方面，技術也推動著設計。從設計美學的觀點看，技術不僅僅是物質基礎還具有其本身的“功能”作用，只要善于應用材料的特性，予以相應的結構形式和適當?shù)募庸すに?，就能夠?chuàng)造出實用，美觀，經(jīng)濟的產品，即在產品中發(fā)揮技術潛在的“功能”。
技術是產品形態(tài)發(fā)展的先導，新材料，新工藝的出現(xiàn)，必然給產品帶來新的結構，新的形態(tài)和新的造型風格。材料，加工工藝，結構，產品形象有機地聯(lián)系在一起的，某個環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。
工業(yè)的迅速發(fā)展，對產品的品種和生產率提出了愈來愈高的要求，使多品種，對中小批生產作為機械生產的主流，為了適應機械生產的這種發(fā)展趨勢，必然對
機床夾具提出更高的要求。
1.2 夾具的基本結構及夾具設計的內容
按在夾具中的作用,地位結構特點,組成夾具的元件可以劃分為以下幾類:
(1)定位元件及定位裝置；
(2)夾緊元件及定位裝置(或者稱夾緊機構)；
(3)夾具體；
(4)對刀,引導元件及裝置(包括刀具導向元件,對刀裝置及靠模裝置等)；
(5)動力裝置；
(6)分度,對定裝置；
(7)其它的元件及裝置(包括夾具各部分相互連接用的以及夾具與機床相連接用的緊固螺釘,銷釘,鍵和各種手柄等)；
每個夾具不一定所有的各類元件都具備,如手動夾具就沒有動力裝置,一般的車床夾具不一定有刀具導向元件及分度裝置。反之,按照加工等方面的要求,有些夾具上還需要設有其它裝置及機構,例如在有的自動化夾具中必須有上下料裝置。
專用夾具的設計主要是對以下幾項內容進行設計：（1）定位裝置的設計；（2）夾緊裝置的設計；（3）對刀-引導裝置的設計；（4）夾具體的設計；（5）其他元件及裝置的設計。
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目錄
1 前言 1
1.1課題背景及發(fā)展趨勢 1
1.2 夾具的基本結構及設計內容 1
2 箱體加工工藝規(guī)程設計 3
2.1零件的分析 3
2.1.1零件的作用 3
2.1.2零件的工藝分析 3
2.2箱體加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施 4
2.2.1確定毛坯的制造形式 4
2.2.2基面的選擇 4
2.2.3確定工藝路線 4
2.2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5
2.2.5確定切削用量 6
2.3小結 22
3 專用夾具設計 23
3.1加工上平面鏜孔夾具設計 23
3.1.1定位基準的選擇 23
3.1.2切削力的計算與夾緊力分析 23
3.1.3夾緊元件及動力裝置確定 24
3.1.4鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設計 25
3.1.5夾具精度分析 27
3.1.6夾具設計及操作的簡要說明 27
3.2鉆18－M8螺紋孔夾具設計 33
3.3.1定位基準的選擇 33
3.2.2定位元件的設計 34
3.2.3定位誤差分析 35
3.2.4鉆削力與夾緊力的計算 35
3.2.5鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設計 36
3.2.6夾緊裝置的設計 38
3.2.7夾具設計及操作的簡要說明 38
3.4小結 39
4 結束語 40
參考文獻 41
2 傳動箱體加工工藝規(guī)程設計
2.1零件的分析
2.1.1零件的作用
題目給出的零件是傳動箱體，它的主要的作用是用來支承、固定的。它的主要任務是將主電機傳來的旋轉運動經(jīng)過一系列的變速機構使主軸得到所需的正反兩種轉向的不同轉速，同時傳動箱分出部分動力將運動傳給進給箱。傳動箱中的主軸是車床的關鍵零件。主軸在軸承上運轉的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質量，一旦主軸的旋轉精度降低，則機床的使用價值也將大打折扣。
2.1.2零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，減震性能良好。傳動箱體需要加工表面以及加工表面的位置要求。現(xiàn)分析如下：
（1）主要加工面：
1）銑上下平面保證尺寸54mm，平行度誤差為0.03
2）銑側面保證尺寸80mm與下平面的平行度誤差為0.02
3）鏜上、下面平面各孔至所要求尺寸，并保證各位誤差要求
4）鉆側面4—M6螺紋孔
5）鉆孔攻絲側平面各孔
（2）主要基準面：
1）以下平面為基準的加工表面
這一組加工表面包括：傳動箱上表面各孔、傳動箱上表面
2）以下平面為基準的加工表面
這一組加工表面包括：主要是下平面各孔及螺紋孔
2.2傳動箱體加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施
2.2.1確定毛坯的制造形式
零件的材料HT200。由于批量生產的，而且零件的輪廓尺寸較大，鑄造表面質量的要求高，故可采用鑄造質量穩(wěn)定的，適合大批生產的金屬模鑄造。便于鑄造和加工工藝過程，而且還可以提高生產率。
2.2.2基面的選擇
（1）粗基準的選擇 對于本零件而言，按照互為基準的選擇原則，選擇本零件的下表面作為加工的粗基準，可用裝夾對肩臺進行加緊，利用底面定位塊支承和底面作為主要定位基準，以限制z、z、y、y、五個自由度。再以一面定位消除x、向自由度，達到定位,目的。
（2）精基準的選擇 主要考慮到基準重合的問題，和便于裝夾，采用已加工結束的上、下平面作為精基準。
2.2.3確定工藝路線
表2.1工藝路線方案一
工序1
粗精銑上平面
工序2
粗精銑下平面
工序3
粗精銑側面及保證尺寸
工序4
鉆上平面4-M6螺紋底孔
工序5
鉆下平面8-M4螺紋底孔
工序6
鉆下平面臺階孔
工序7
鉆側面各孔
工序8
鉗工，攻絲各螺紋孔
工序9
鏜上平面各孔
工序10
鏜下平面各孔
表2.2工藝路線方案二
工序1
粗精銑上平面
工序2
粗精銑下平面
工序3
粗精銑的側面及保證尺寸
工序4
鏜上平面孔
工序5
鏜下平面孔
工序6
鉆上平面4-M6螺紋底孔
工序7
鉆下平面18-M8螺紋底孔
工序8
鉆下平面臺階孔
工序9
鉆側面兩孔
工序10
鉗工，攻絲各螺紋孔
工藝路線的比較與分析：
第二條工藝路線不同于第一條是將銑平面工序， 放到后面。加工完上下平面各螺紋孔M4與螺紋孔M6，其它的先后順序均沒變化。通過分析發(fā)現(xiàn)這樣的變動提高了生產效率。而且對于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的幫助。
采用互為基準的原則，先加工上、下兩平面，然后以下、下平面為精基準再加工兩平面上的各孔，這樣便保證了，上、下兩平面的平行度要求同時為加兩平面上各孔保證了垂直度要求。符合先加工面再鉆孔的原則。若選第一條工藝路線，不便于裝夾，并且毛坯的端面與軸的軸線是否垂直決定了鉆出來的孔的軸線與軸的軸線是非平行這個問題。所以發(fā)現(xiàn)第一條工藝路線并不可行。如果選取第二條工藝方案，先鏜上、下平面各孔，然后以這些已加工的孔為精基準，加工其它各孔便能保證4-M6與8-M4孔的形位公差要求
從提高效率和保證精度這兩個前提下，發(fā)現(xiàn)第二個方案比較合理。所以我決定以第二個方案進行生產。具體的工藝過程見工藝卡片所示。
2.2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
傳動箱體的材料是HT200，生產類型為大批生產。由于毛坯用采用金屬模鑄造, 毛坯尺寸的確定如下：
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所規(guī)定的加工余量其實只是名義上的加工余量，實際上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本設計規(guī)定零件為大批量生產，應該采用調整法加工，因此計算最大與最小余量時應按調整法加工方式予以確定。
1）加工箱體的上下平面，根據(jù)參考文獻[8]表4-35和表4-37考慮3mm，粗加工2mm到金屬模鑄造的質量和表面的粗糙度要求，精加工1mm，
2）加工側面時，用銑削的方法加工兩側面。由于側面的加工表面有粗糙度的要求，而銑削的精度可以滿足，故采取分二次的銑削的方式，粗銑削的深度是2mm，精銑削的深度是1mm
3）鏜上、下平面各傳動軸孔時，由于粗糙度要求，因此考慮加工余量2.5mm。可一次粗加工2mm，一次精加工0.5就可達到要求。
6）加工8－M4底孔，根據(jù)參考文獻[8]表4-23考慮加工余量1.2mm?？梢淮毋@削加工余量1.1mm，一次攻螺紋0.1就可達到要求。
7）加工4－M6底孔時，根據(jù)參考文獻[8]表4-23考慮加工余量1.2mm。可一次鉆削加工余量1.1mm，一次攻螺紋0.1mm就可達到要求。
8）加工下平面臺階孔，粗加工2mm到金屬模鑄造的質量和表面粗糙度要求，精加工1mm，可達到要求。
2.2.5確定切削用量
工序1：粗、精銑傳動箱體下平面
（1）粗銑下平面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床：X52K立式銑床。
查參考文獻[7]表30—34
刀具：硬質合金三面刃圓盤銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-75，取銑削速度：參照參考文獻[7]表30—34，取。
機床主軸轉速： 式（2.1）
式中 V—銑削速度；
d—刀具直徑。
由式2.1機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[7]表2.4-81,
（2）精銑下平面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床： X52K立式銑床。
參考文獻[7]表30—31
刀具：高速鋼三面刃圓盤銑刀（面銑刀）：， ，齒數(shù)12，此為細齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=1mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]表30—31，取
銑削速度：參照參考文獻[7]表30—31，取
機床主軸轉速，由式（2.1）有：
按照參考文獻[7]表3.1-31
實際銑削速度：
進給量，由式（1.3）有：
工作臺每分進給量：
粗銑的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
精銑的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
銑下平面的總工時為：t=+++=1.13+1.04+1.04 +1.09=2.58min
工序2：加工上平面，各切削用量與加工上平面相近，因此省略不算，參照工序1執(zhí)行。
工序3：粗精銑側面：
（1）粗銑側面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床：X52K立式銑床。
查參考文獻[7]表30—34
刀具：硬質合金三面刃圓盤銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-75，取銑削速度：參照參考文獻[7]表30—34，取。
由式2.1得機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[7]表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
式（2.2）
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
（2）精銑側平面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床： X52K立式銑床。
由參考文獻[7]表30—31
刀具：高速鋼三面刃圓盤銑刀（面銑刀）：， ，齒數(shù)12，此為細齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=1mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]表30—31，取
銑削速度：參照參考文獻[7]表30—31，取
機床主軸轉速，由式（2.1）有：
按照參考文獻[3]表3.1-31
實際銑削速度：
進給量，由式（2.3）有：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
根據(jù)參考文獻[9：=249/(37.5×3)=2.21min。
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
精銑側平面
根據(jù)參考文獻[9]切削工時：=249/(37.5×3)=2.21min
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
粗精銑側面總工時：
t=+++=2.21+2.21+0.41+0.41=5.24min
工序４：粗鏜Φ35H12的孔
機床：臥式鏜床
刀具：硬質合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：，毛坯孔徑。
進給量：根據(jù)參考文獻表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=2.0mm。因此確定進給量。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9取
機床主軸轉速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-41取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：2.61min
精鏜下端孔Φ35H12
機床：臥式鏜床
刀具：硬質合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=。因此確定進給量
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9，取
機床主軸轉速：
，取
實際切削速度，：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
所以該工序總機動工時
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：1.86min
工序5：粗鏜Φ55H12的孔
機床：臥式鏜床
刀具：硬質合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：，毛坯孔徑。
進給量：根據(jù)參考文獻表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=2.0mm。因此確定進給量。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9取
機床主軸轉速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-41取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：2.61min
精鏜下端孔到Φ55H12
機床：臥式鏜床
刀具：硬質合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=。因此確定進給量
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9，取
機床主軸轉速：
，取
實際切削速度，：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
所以該工序總機動工時
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：1.56min
工序6：鉆下平在4-M6
工件材料為HT200鐵，孔的直徑為6mm。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆孔至Φ5，選用Φ5的麻花鉆頭。攻M6螺紋，選用M6細柄機用絲錐攻螺紋。
進給量：根據(jù)參考文獻[5]表2.4-39，取
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-41，取
由式（2.1）機床主軸轉速：
，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
攻M6×1.5的螺紋
機床：Z535立式鉆床
刀具：細柄機用絲錐（）
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-105，取
由式（2.1）機床主軸轉速：
，取
絲錐回轉轉速：取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
攻M6螺紋
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
總工時為：t=2++=3.75min
工序7：加工8－M4底孔
工件材料為HT200鐵，孔的直徑為4mm。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆孔至Φ3.5，選用Φ3.5的麻花鉆頭。攻M4螺紋，選用M4細柄機用絲錐攻螺紋。
進給量：根據(jù)參考文獻[5]表2.4-39，取
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-41，取
由式（2.1）機床主軸轉速：
，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
攻M4×1.5的螺紋
機床：Z535立式鉆床
刀具：細柄機用絲錐（）
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-105，取
由式（2.1）機床主軸轉速：
，取
絲錐回轉轉速：取
實際切削速度：
攻M8螺紋的工時
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
工序8：階梯孔
工件材料為HT200鐵，孔的直徑為9.5mm，表面粗糙度。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為锪鉆，加工刀具為：锪鉆孔——Φ9.5mm小直徑锪鉆。
1）確定切削用量
確定進給量 根據(jù)參考文獻[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式鉆床說明書，取。
根據(jù)參考文獻[7]表28-8，鉆頭強度所允許是進給量。由于機床進給機構允許的軸向力（由機床說明書查出），根據(jù)參考文獻[7]表28-9，允許的進給量。
由于所選進給量遠小于及，故所選可用。
確定切削速度、軸向力F、轉矩T及切削功率 根據(jù)表28-15，由插入法得：
，
，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應對所的結論進行修正。
由參考文獻[7]表28-3，，，故
查Z535機床說明書，取。實際切削速度為
由參考文獻[7]表28-5，，故
校驗機床功率 切削功率為
機床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，，
相應地
，，
工序9：校驗
（5）锪鉆Φ9.5階梯孔
加工條件：
工件材料：HT200，金屬模鑄造，
機床：Z535立式鉆床
刀具：高速鋼鉆頭Φ7，，Φ9.5小直徑端面锪鉆
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
锪鉆Φ9.5階梯的工時
锪鉆孔進給量，機床主軸轉速，
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
由參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
t=+
t=0.27+1.77=2.04min
該工序的總工時為： 2.04+0.07+0.05+1.77+1.77=5.7min
所以該方案滿足生產要求。
2.3小結
機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產品或零部件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。對加工工藝規(guī)程的設計，可以了解了加工工藝對生產、工藝水平有著極其重要的影響。生產規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)。
3 專用夾具設計
為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度。在加工杠桿零件時，需要設計專用夾具。
根據(jù)任務要求中的設計內容，需要設計加工銑上平面夾具、傳動箱體鏜上頂面鏜孔夾具及傳動箱體鉆4-M6底孔夾具各一套。其中上頂面鏜孔的夾具將用于組合鉆床，刀具分別鏜刀。采用X62W銑床，硬質合金端銑刀YG8對銑上平面進行加工。鉆M6底孔夾具采用立式鉆床，先用麻花鉆鉆孔，再用絲錐攻螺紋。
3.1粗、精銑傳動箱體上平面夾具設計
本夾具主要用來粗、精銑傳動箱上平面。由于加工本道工序的工序簡圖可知。粗、精銑傳動箱上平面時，上平面尺寸為210×315mm，粗糙度要求，傳動箱上平面與下平面有平行度要求,并與工藝孔軸線分別垂直度的要求，本道工序是對傳動箱上平面進行粗精加工。因此在本道工序加工時，主要應考慮提高勞動生產率，降低勞動強度。同時應保證加工尺寸精度和表面質量。
圖3.5夾具裝配圖
3.2.1定位基準的選擇
由零件圖可知工藝孔的軸線所在平面有垂直度的要求，從定位和夾緊的角度來看，本工序中，定位基準是下平面，設計基準也是要求保證上、下兩平面的平行度要求，定位基準與設計基準重合，不需要重新計算上下平面的平行度，便可保證平行度的要求。在本工序只需保證下平面放平就行，保證下平面與兩定位板正確貼合就行了。
為了提高加工效率，現(xiàn)決定用兩把銑刀傳動箱體的上平面同時進行粗精銑加工。同時進行采用手動夾緊。
3.2.2定位元件的設計
本工序選用的定位基準為底平面與側面及內孔定位，所以相應的夾具上的定位元件應是面與銷。因此進行定位元件的設計主要是對定位板和墊板進行設計。
3.2.3銑削力與夾緊力計算
本夾具是在銑床上使用的，用于定位螺釘?shù)牟坏鸬蕉ㄎ挥茫€用于夾緊，為了保證工件在加工工程中不產生振動，必須對“17”六角螺母和”11”螺母螺釘施加一定的夾緊力。由計算公式
Fj=FsL/(d0tg(α+ψ1’)/2+r’tgψ2) 式（3.2）
Fj－沿螺旋軸線作用的夾緊力
Fs－作用在六角螺母
L－作用力的力臂(mm)
d0－螺紋中徑(mm)
α－螺紋升角(゜)
ψ1－螺紋副的當量摩擦(゜)
ψ2－螺桿(或螺母)端部與工件(或壓塊)的摩擦角(゜)
r’－螺桿(或螺母)端部與工件(或壓塊)的當量摩擦半徑(゜)
根據(jù)參考文獻[6]其回歸方程為
Fj＝ktTs
其中Fj－螺栓夾緊力(N)；
kt－力矩系數(shù)(cm－1)
Ts－作用在螺母上的力矩(N.cm)；
Fj =5×2000=10000N
3.2.4夾具體槽形與對刀裝置設計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺U形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產生的扭轉力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)參考文獻[11]定向鍵的結構如圖3.7所示。
圖3.7 定向鍵
根據(jù)參考文獻[11]夾具U型槽的結構如圖3.8所示。
圖3.8 U型槽
主要結構尺寸參數(shù)如下表3.5所示。
表3.5 U型槽的結構尺寸
螺栓直徑
12
14
30
20
對刀裝置由對刀塊來實現(xiàn)，用來確定刀具與夾具的相對位置。
由于本道工序是完成傳動箱體上平面尺寸為210×315mm的粗、精銑加工，所以選用直角對刀塊。根據(jù)GB2243—80直角對到刀塊的結構和尺寸如圖3.9所示。
圖3.9 直角對刀塊
塞尺選用平塞尺，其結構如圖3.10所示。
圖3.10 平塞尺
塞尺尺寸如表3.6所示。
表3.6 平塞尺結構尺寸
公稱尺寸H
允差d
C
3
-0.006
0.25
3.2.6夾緊裝置及夾具體設計
夾緊裝置采用移動的壓頭來夾緊工件，采用的移動壓頭的好處就是加工完成后，可以將壓頭松開，然后退后一定距離把工件取出。
夾具體的設計主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個整體。這些主要元件設計好后即可畫出夾具的設計裝配草圖。整個夾具的結構夾具裝配圖ZJX-02所示。
3.2.7夾具設計及操作的簡要說明
本夾具用于在立式銑床上加工傳動箱體上平面，工件以與此相平行的下平面為及其側面和水平面底為定位基準，在側面與底平面實現(xiàn)完全定位。采用轉動壓頭夾緊工件。當加工完一個工件，可松開手柄來加工另一邊。如夾具裝配圖所示。
3.3鉆4－M6螺紋孔夾具設計
3.3.1定位基準的選擇
在加工M4螺紋孔工序時，傳動箱體上、下兩平面及工藝孔已經(jīng)加工到要求
尺寸。因此選用上平面及與其垂直的任意孔上表面加作為定位基準。符合典型的一面兩銷定位原理，一共限制了工件的6個自由度，符合六點定位法則。工件以一面兩銷定位時，夾具上的定位元件是：一面兩銷。其中一面為傳動箱的上表
圖3.12 夾具裝配圖
面，兩銷為短圓柱銷和固定擋銷。
3.3.2定位元件的設計
本工序選用的定位基準為一面兩銷定位，所以相應的夾具上的定位元件應是一面兩銷。因此進行定位元件的設計主要是對短圓柱銷和固定擋銷進行設計
根據(jù)參考文獻[11]，可查得短圓柱銷的結構和尺寸如圖。
3.3.3定位誤差分析
機械加工過程中，產生加工誤差的因素有很多。在這些因素中，有一項因素于機床夾具有關。使用夾具時，加工表面的位置誤差與夾具在機床上的對定及工件在夾具中的定位密切相關。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中各項加工誤差之總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。
本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為：
銷與孔的配合0.05mm，鉆模與銷的誤差0.02mm，鉆套與襯套0.029mm
由公式e=(H/2+h+b)×△max/H
△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2
=0.06mm
e=0.06×30/32=0.05625
可見這種定位方案是可行的。
3.3.4鉆削力與夾緊力的計算
由于本道工序主要完成工藝孔的鉆、攻螺紋加工，而鉆削力遠遠大于攻螺紋切削力。因此切削力應以鉆削力為準。由參考文獻[9]得：
鉆削力
鉆削力矩
式中：
本套夾具采用活動墊板夾緊，活動墊板主要靠上下旋動墊板上的螺母來實現(xiàn)夾緊。根據(jù)參考文獻[11]可知該機構屬于單個螺旋夾緊。
由式（3.1）根據(jù)參考文獻[11]表1-2-20到表1-2-23可查得
3.3.5鉆套、鉆模板及夾具體設計
M8螺紋孔的加工需鉆、攻螺紋兩次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結構如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。根據(jù)工藝要求：M8螺紋孔分鉆、攻螺紋兩個工步完成加工。鉆、攻，加工刀具分別為：鉆孔——Φ7標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；攻螺紋——Φ8的絲錐。
根據(jù)參考文獻[11]表2-1-47可查得鉆套孔徑結構如圖3.14所示。
圖3.14 快換鉆套
鉆M8孔鉆套結構參數(shù)如表3.9所示。
表3.9
d
H
D
公稱尺寸
允差
7
20
12
+0.018
+0.007
22
18
10
4
7
7
16
50°
根據(jù)參考文獻[11]表2-1-58可得襯套選用固定襯套其結構如圖3.15所示。
圖3.15 固定襯套
其結構參數(shù)如表3.10所示。
表3.10
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
12
+0.034
+0.016
20
18
+0.023
+0.012
0.5
2
根據(jù)參考文獻[11]夾具U型槽的結構如圖3.16所示。
圖3.16 U型槽
主要結構尺寸參數(shù)如表3.11所示。
表3.11
螺栓直徑
12
14
30
20
3.3.6夾緊裝置的設計
夾緊裝置采用活動的墊板來夾緊工件，采用的活動墊板的好處就是加工完成后，可以將壓板松開，然后向下退后一定距離把工件取出。主要用的螺旋夾緊原理。
3.3.7夾具設計及操作的簡要說明
本套夾具用于加工M6螺紋孔。定位采用常見的一面兩銷定位方案。傳動箱體上平面（一面）及其內孔來實現(xiàn)完全定位。主要考慮工件便于取出夾緊裝置采用活動墊板夾緊。工件加工完成后，移動壓板向后退一定距離，工件就可以很方便的取出。工件裝夾時，先將工件放到帶大端面的長圓柱銷和固定定位銷處，然后將移動墊板上移，壓緊工件，將螺栓擰緊就可以進行加工了。加工完成以后將移動壓板退出一定距離，就可以把工件直接取出。如夾具裝配圖上圖所示。
3.4小結
對專用夾具的設計，可以了解機床夾具在切削加工中的作用：可靠地保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的給以性能。本夾具設計可以反應夾具設計時應注意的問題，如定位精度、夾緊方式、夾具結構的剛度和強度、結構工藝性等問題。
結束語
通過近兩個月的畢業(yè)設計，使我們充分的掌握了一般的設計方法和步驟，不僅是對所學知識的一個鞏固，也從中得到新的啟發(fā)和感受，同時也提高了自己運用理論知識解決實際問題的能力，而且比較系統(tǒng)的理解了液壓設計的整個過程。
在整個設計過程中，我本著實事求是的原則，抱著科學、嚴謹?shù)膽B(tài)度，主要按照課本的步驟，到圖書館查閱資料，在網(wǎng)上搜索一些相關的資料和相關產品信息。這一次設計是大學四年來最系統(tǒng)、最完整的一次設計，也是最難的一次。在設計的時候不停的計算、比較、修改，再比較、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期間也遇到不少的困難和挫折，幸好有xxx老師的指導和幫助，才能夠在設計中少走了一些彎路，順利的完成了設計。
本設計研究過程中仍然存在不足之處，有的問題還待于進一步深入，具體如下：
（1）缺乏實際工廠經(jīng)驗，對一些參數(shù)和元件的選用可能不是非常合理，有一定的浪費。
（2）與夾具相關的刀具和量具的了解還不太清楚。
（3）系統(tǒng)的設計不太完善，在與計算機配合進行精確的數(shù)據(jù)采集和控制上還有一些不足。
（4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨損度在實際中尚不明確。
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附錄1 外文翻譯
基于事例推理的夾具設計研究與應用
摘要:根據(jù)基于事例的設計方法,提出采用工序件的特征信息和夾具的結構特征信息來描述夾具的相似性,并建立了包括這2方面主要特征信息為基礎的事例索引碼,設計了事例庫的結構形式,創(chuàng)建了層次化的事例組織方式;同時,提出了基于知識引導的夾具事例檢索算法,以及事例的修改和采用同族事例碼進行相似事例的存貯,形成了基于事例推理的夾具設計.所開發(fā)的原型系統(tǒng)在型號工程夾具設計等項目的設計過程中得到了應用,并取得了令人滿意的使用效果.
關鍵詞: 基于事例的推理 夾具設計 CAD
夾具是以確定工件安全定位準確為目的的裝置，并在加工過程中保持工件與刀具或機床的位置一致不變。因為夾具的結構依賴于產品的特點和在企業(yè)規(guī)劃中加工工序的地位,所以它的設計是制造過程中的瓶頸,制約著效率的提高. 夾具設計是一個復雜的過程,需要有從大量的設計論文中了解質量知識的經(jīng)驗，這些設計論文包括工件的結構設計、涉及加工工藝，和加工環(huán)境。當用這些擅長繪制詳細設計圖的傳統(tǒng)的CAD工具（如Unigraphics、CATIA、Pro/E)時,這仍然是一項非常耗時的工作，但是利用以往的設計經(jīng)驗和資源也不能提供一些益處,而這正是提高效率的關鍵因素. 基于事例推理 (CBR) 的方法適應以往個案解決的辦法,建立一個新問題的方法,主要有以下四步驟:檢索、利用、修改,并保留.這是一個比用專業(yè)系統(tǒng)模仿人類思維有用的使用方法，因為提出一個類似的情況,和采用一些修改,似乎不言自明,而且比人類更直觀.所以支持不同事例的設計工具已經(jīng)在諸多領域中發(fā)展起來，如在注射成型及設計、建筑設計、模具設計投死, 規(guī)劃過程中,還有夾具設計. 孫用六個數(shù)字組成代碼參數(shù),包括工件的形狀、機械部分、軸襯,第一定位裝置,第二定位裝置和夾緊裝置. 但這個系統(tǒng)不能用于除鉆床夾具外的其他夾具類型,不能解決儲存需要保留的同一參數(shù)代碼的問題,這在CBR中是非常重要的.
1事例參數(shù)和事例圖書館的建立
1.1事例參數(shù)
事例參數(shù)應該由工件的所有的特征組成，來區(qū)別不同的夾具. 使用他們能夠使操作方便. 因為零件的形狀是多種多樣的, 在生產企業(yè)中制造的技術要求也不斷發(fā)展,許多特征作被用做事例參數(shù)將會使搜索速度降低,其主要特征是不重要的,因為分配給每個特征的比重必須減少. 另一方面,事例參數(shù)包含所有的特征是困難的。
因此,考慮到實際和快速設計的需求,事例參數(shù)要包含工件的主要特征和夾具的結構。事例參數(shù)代碼由16位數(shù)組成：13位數(shù)是事例特征 3位數(shù)是事例識別數(shù)字。
前13位數(shù)代表13個特征。 每個數(shù)字與特征的一個屬性相一致,這可能是"*"、"？"、"1"、"2"，…，"A"、"B",…，"Z"，…，等其中的一個。其中，"*"是指任何一個,"?"代表不確定,"0"代表沒有。
系統(tǒng)規(guī)定:夾具的類型，工件的形狀，位置模式不能是"*"和"?"。在設計系統(tǒng)時,三個項目的屬性信息沒有這些選擇,這就意味著必須選擇確定的屬性。
最后三位數(shù)是事例識別號碼,如果事例特征的13位數(shù)是一樣的,這三個數(shù)字就用來區(qū)別他們。
該系統(tǒng)還規(guī)定:"000"是用于修正的一個典型事例,其他事例"001"、"002"、…,這些是用于設計師查找參考事例的. 如果其中一個偶爾需要改變成典型事例,首先它必須要求改成"000",前面的自動變成參考事例.
事例索引碼的結構如圖1所示。
1—夾具類型； 6—工件重量； 11—夾緊模型；
2—工件形狀； 7—工件剛度； 12—夾具體；
3—工件材料； 8—加工內容； 13—其他；
4—批 量； 9—過程所有物； 14到16—事例識別碼；
5—工件比例； 10—定位模型；
圖1 事例索引碼的結構
1.2事例庫
事例庫由許多預定義的事例組成。事例的描述是基于事例推理的最重要的問題之一。所以由索引碼復合。
1.3 事例的層次化
夾具的結構相似被認為是整個夾具，成分和內容相似。所以，整個夾具事例庫，成分事例庫，夾具的成分事例庫形成相同。整個夾具的設計資料通常是由工件資料和工件加工資料組成,這就意味著夾具的設計應滿足特別功能的需求.全部夾具事例是由功能成分組成，它是用功能成分的名字和數(shù)字來進行描述的。成分事例代表成員（成分功能和其他結構成分，主要驅動參數(shù)，數(shù)字，和它們的約束關系）。成分事例（夾具的最低層）是功能成分和和其他成分的結構。在現(xiàn)代夾具設計中有很多參數(shù)化準件和普通非標準件。所以成分事例圖書館應記錄特殊參數(shù)和保持它們的方法。
2事例修改的策略
在基于事例的夾具設計中，最重要的是相似點的修改，這樣能有助于獲得最相似的事例，以及縮短適應時間。根據(jù)夾具設計的需求，事例修改的策略使最接近的事例方法和知識指導結合起來。首先在深度上查找，然后在寬度上；知識指導策略意味著在來自客觀事物根源的知識規(guī)則上查找，這就要首先查找固定類型，然后查找工件的形狀，第三查找定位方法。例如，如果事例索引碼包括夾具類型的磨削夾具，就只查找所有的磨削夾具，然后查找工件形狀的盒子，第三查找一個平面兩個銷的定位方法。如果沒有合適的，就查找深度標點，然后回到最上層，然后再找所有與寬度相關的事例。
修改方法：
1） 根據(jù)夾具事例庫的事例索引信息，查找有關事例庫。
2） 將事例索引碼與事例庫的每個事例碼匹配，然后計算相似尺寸的價值。
3） 整理相似尺寸的次序，最大的架子是最類似的事例。
兩個事例之間的相似點是基于兩個事例特征之間的相似點。相似點尺寸的計算依靠特征的類型。相似點的價值可以通過數(shù)字化的價值來計算，例如比較重量分別是50kg 和 20kg的工件。非數(shù)字化的價值也能計算，例如，現(xiàn)在前13位索引碼都是非數(shù)字化的價值。一個夾具的相似尺寸的計算公式如下：
其中S表示通用夾具的相似尺寸，n表示索引特性數(shù)，表示每個特性的重量，表示事例庫中特性和相關夾具的特性的相似尺寸。同時， ，數(shù)值計算如下：
其中表示第i個特征的索引特性值，表示事例庫中第j個事例的第i個特征的特性值。
所以有兩種方法選擇相似夾具。一個方法是建立數(shù)值。如果通用事例的相似尺寸值比給定的數(shù)值小，這些事例就不能選來作相似事例。事例庫最初建立的時候，只有一些事例，數(shù)值可以建小一點。如果有大量的相似事例，數(shù)值就應該建的大一些。另外一個方法是只建立相似事例的數(shù)字（例如10），這是類型單里相似尺寸的最大值。
3 事例的修改和存儲
3.1事例的修改
夾具設計中相似事例的修改包括以下三個階段：
1） 成分的替代
2） 保持形式不變，調整成分的特性
3） 模型重新設計
如果夾具的成分是普通的物品，它們能通過使用工具被修改，代替以及刪除，這些已經(jīng)被設計好了。
3.2事例的存儲
在將一個新的事例保存到事例庫之前，設計者必須考慮保存是否有價值。如果這個事例不能增加系統(tǒng)的知識，就沒有必要把它保存到事例庫里。如果它有價值的話，設計者在保存之前必須分析一下，看看這個事例是否作為標準事例或參考事例被存儲了。一個標準事例是一個描述同族事例主要特征的標準。一個同族事例是有事例庫中索引碼前13位相同而最后三位不同的那些事例組成的。一個標準事例的最后三位通常是“000”。一個參考事例屬于同族標準事例，最后三位用不同數(shù)字區(qū)分。
從被解釋的概念中，可采用以下方法：
1）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族一致，和一個存在的標準事例的前13位數(shù)相同，那么這個事例就不能存儲因為已經(jīng)這種標準事例了?；蛘咧荒茏鳛橐粋€參考事例保存（最后三位不是“000”，而且和其它的不一樣）在事例庫中。
2）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族一致，并且被認為代替這個事例族要比以前的標準事例好，那么這個標準事例就被這個新的事例代替，以前的標準事例作為一個參考事例保存。
3）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族不一致，一個新的事例族將會自動產生，并作為標準事例保存到事例庫中。
4夾具設計中基于事例推理的過程
根據(jù)夾具設計的特性，夾具設計的基本信息，例如夾具的名字，零件，生產和設計者等等，必須先輸入。然后，輸入或設計工件的模型。輸入有關工件的細節(jié)信息，建立事例索引碼，然后CBR開始依靠相似尺寸查找相似事例，選出最相似的事例。如果需要的話，事例要滿足通用性設計，再存儲到事例庫中。程序流程圖如圖2所示
圖2 基于事例推理的夾具設計流程圖
5基于事例推理的夾具設計說明
這是一個工件如圖3所示。材料是45鋼，底座，形狀為塊狀，生產批量為中批等。需要設計成一個用來旋轉孔的旋轉夾具。
圖3 需要設計夾具的一個工件
（最大尺寸80mmx49mmx22mm）
工件的特征值，屬性值，事例索引碼和重量在表1中列出。
表1 工件的事例索引碼和重量
特征名稱 特性值 索引碼 重量
夾具類型 車床夾具 1 100
工件形狀 塊狀 9 90
工件材料 中碳鋼 3 70
批量 中批 2 60
工件比例 小 5 60
工件重量 輕 5 60
工件剛度 硬度強 1 60
加工內容 孔 3 80
程序要求 完成加工 3 70
定位方法 三個平面 1 100
夾緊方法 不確定 ？ 90
夾具體 復合 4 80
其他 沒有 0 60
通過查找和計算相似點，最相似的事例的事例索引碼是19325513321402000，細節(jié)信息在表2中列出。
表2 最相似事例的事例索引碼
特征名稱 特性值 索引碼
夾具類型 車床夾具 1
工件形狀 塊狀 9
工件材料 中碳鋼 3
批量 中批 2
工件比例 小 5
工件重量 輕 5
工件剛度 硬度強 1
加工內容 孔 3
程序要求 完成加工 3
定位方法 三個平面 1
夾緊方法 不確定 ？
夾具體 復合 4
其他 沒有 0
相似點的計算如下：
所以夾具的相似尺寸值是0.806，這是在事例庫中用于設計的最相似的事例，最相似的事例的結構如圖4所示
圖4 最相似的夾具
當成分替代，修改定位模型和夾緊模型，以及調節(jié)相關尺寸之后，新的夾具被設計出來，圖形如圖6所示
圖5 需要設計的新夾具
因為在事例庫中沒有相似夾具，新夾具被儲存到事例庫中。事例索引碼是19325523311402000。
6 結論
基于事例推理，作為一個問題解決的方法，是一個比模仿人類思想的專業(yè)系統(tǒng)更有效的方法，已經(jīng)在很多難獲取知識的領域里得到發(fā)展。基于事例推理的優(yōu)點如下：它和人類的思想很相似；一個事例庫通過保存新事例獲得自學能力，它比有慣例庫更快更容易，它可以更好的傳遞和解釋新的知識，這和慣例庫有很大的不同?；谑吕评碇刑岢龅囊粋€夾具設計的框架已經(jīng)被實行了，使用的是支持基礎數(shù)據(jù)的VC++，UG電腦繪圖軟件。這個框架也已經(jīng)和普通成分庫和典型夾具庫結合起來。這個發(fā)展的標準系統(tǒng)，用于航空項目，幫助夾具設計者提高設計效率和重新使用先前的設計資源。
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