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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(chǎn)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(zhì)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(chǎn)生的移動。然而，過度的夾緊力可誘導工件產(chǎn)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(zhì)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(diào)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(jīng)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(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(chǎn)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(zhuǎn)，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(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(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(chǎn)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(chǎn)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(diào)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(nèi)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(cè)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(zhuǎn)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(qū)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(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(jié)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(jié)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(zhuǎn)。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(zhuǎn)（見圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個夾緊處的局部變形，假設為相對于工件的質(zhì)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(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(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，是夾緊和加工導致的工件剛體運動矢量。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(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，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(jié)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(diào)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(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(jié)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(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)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(jié)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(jié)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(jié)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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機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
產(chǎn)品名稱
泵體
零（部）件名稱
泵體
共 1 頁
第 1 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
機加
9
鉆擴4-φ10孔
HT200
毛坯種類
毛坯外型尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
1
1
設備名稱
設備型號
設備編號
同時加工件數(shù)
鉆床
Z525
夾具編號
夾具名稱
切削液
Z001
鉆床專用夾具
乳化液
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時
準終
單件
Q001
器具專用夾具
工步號
工 步 內(nèi) 容
工藝裝備（含：刀具、量具、專用工具）
主軸轉(zhuǎn)速
r/min
切削速度
m/min
進給量
mm/r
切削深度
mm
進給次數(shù)
工 步 工 時
機動
輔助
1
鉆擴4-φ10孔
鉆床專用夾具、麻花鉆、游標卡尺
1100
69
0.25
20
1
0.48
3.30
2
3
設計（日期）
審核（日期）
標準化（日期）
會簽（日期）
標記
處數(shù)
更改文件號
簽字
日期
標記
處數(shù)
更改文件名
簽字
日期
機械加工工序卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
產(chǎn)品名稱
泵體
零（部）件名稱
泵體
共 1 頁
第 1 頁
車間
工序號
工序名稱
材料牌號
機加
Ⅺ
鉆6×M8-7H孔
HT200
毛坯種類
毛坯外型尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每臺件數(shù)
鑄件
1
設備名稱
設備型號
設備編號
同時加工件數(shù)
鉆床
Z525
夾具編號
夾具名稱
切削液
鉆床專用夾具
工位器具編號
工位器具名稱
工序工時
準終
單件
工步號
工 步 內(nèi) 容
工藝裝備（含：刀具、量具、專用工具）
主軸轉(zhuǎn)速
r/min
切削速度
m/min
進給量
mm/r
切削深度
mm
進給次數(shù)
工 步 工 時
機動
輔助
1
鉆6-M8-7H孔
鉆床專用夾具、麻花鉆、游標卡尺
1100
69
0.25
20
1
0.48
3.30
2
3
設計（日期）
審核（日期）
標準化（日期）
會簽（日期）
標記
處數(shù)
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機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
共 1 頁
產(chǎn)品名稱
零（部）件名稱
第 1 頁
材料牌號
HT200
毛坯種類
鍛件
毛坯外型尺寸
每毛坯可件數(shù)
每 臺 件 數(shù)
備 注
工序號
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
車間
工段
設 備
工 藝 裝 備
工 時
準終
單件
0
鍛
鑄造
鑄造
1
銑
粗銑前端面
機加
X52K
銑夾具、端面銑刀100、游標卡尺
2
銑
粗銑后端面
機加
X52K
銑夾具，端面銑刀100、游標卡尺
3
銑
粗銑下底面
機加
X52K
銑夾具、端面銑刀100、游標卡尺
4
銑
銑上端面
機加
X52K
銑夾具、端面銑刀80、游標卡尺
5
銑
銑左端面
機加
X52K
銑夾具、立銑刀20、游標卡尺
6
鉆
鉆φ32H11孔, φ22孔
機加
Z525
鉆夾具、直柄麻花鉆d=30、d=20深度游標卡尺
7
鏜
粗鏜2-φ48H8孔
機加
T68
鏜夾具、硬質(zhì)合金鏜刀d=45、游標卡尺
8
鉆鉸
鉆、鉸φ16H8孔
機加
Z525
鉆夾具、直柄麻花鉆d=15、深度游標卡尺
9
鉆锪
鉆、锪擴4-φ10，4-φ20孔、鉆G3/8螺紋孔
機加
Z525
鉆夾具、直柄麻花鉆d=10、錐柄锪孔鉆d=20、中心鉆、深度游標卡尺
10
鉆鉸攻
鉆φ12孔、鉸φ12孔、攻螺紋G3/8
機加
Z525
鉆夾具、直柄麻花鉆d=10、直柄機用鉸刀d=10、公制細牙螺紋絲錐、深度游標卡尺
11
鉆
鉆6×M8-7H孔
機加
Z525
鉆夾具、直柄麻花鉆d=8、游標卡尺
12
鉆鉸
泵蓋配鉆2×φ6T14孔
機加
Z525
鉆夾具、直柄麻花鉆d=4、直柄機用鉸刀d=6、游標卡尺
13
鏜
鏜φ32H11孔, φ22孔
機加
Z525
硬質(zhì)合金鏜刀d=32、d=22、游標卡尺
14
銑
精銑前端面
機加
X52K
銑夾具、端面銑刀d=100、游標卡尺
15
檢查
16
入庫
設計（日期）
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寧XX大學
課程設計(論文)
泵體加工工藝及夾具設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
摘 要
本文是對泵體零件加工應用及加工的工藝性分析，主要包括對零件圖的分析、毛坯的選擇、零件的裝夾、工藝路線的制訂、刀具的選擇、切削用量的確定、加工工藝文件的填寫。選擇正確的加工方法，設計合理的加工工藝過程。此外還對泵體零件的兩道工序的加工設計了專用夾具.
機床夾具的種類很多，其中，使用范圍最廣的通用夾具，規(guī)格尺寸多已標準化，并且有專業(yè)的工廠進行生產(chǎn)。而廣泛用于批量生產(chǎn)，專為某工件加工工序服務的專用夾具，則需要各制造廠根據(jù)工件加工工藝自行設計制造。本論文夾具設計的主要內(nèi)容是設計泵體鉆床夾具設計。
關鍵詞：泵體，加工工藝，加工方法，工藝文件，夾具
27
Abstract
This article is for the bearing parts processing application and processing technology and analysis, including the parts of the plan, the choice of blank, the clamping, the craft route making, tool selection, the determination of cutting conditions, processing documents. Choose the correct processing methods, design the reasonable process. In addition to the bearing part two process designing special fixture.
Machine tool fixture of many kinds, among them, the most widely used common fixture, size specifications have been standardized, and a professional production plant. While widely used in batch production, specially for a workpiece processing services for the fixture, it needs each factory according to workpiece machining technology to design and manufacture. In this paper, fixture design are the main contents of design the bearing seat hole end milling fixture and cover mounting hole drilling fixture design.
Key Words: Bearing seat, processing technology, processing method, process documentation, fixture
目 錄
摘 要 II
Abstract 1
目 錄 2
第1章 序 言 4
第2章泵體的加工工藝規(guī)程設計 1
2.1零件的分析 1
2.1.1零件的作用 1
2.1.2零件的工藝分析 2
2.2確定生產(chǎn)類型 3
2.3確定毛坯 3
2.3.1確定毛坯種類 3
2.3.2確定鑄造加工余量及形狀 3
2.3.3繪制鑄造零件圖 4
2.4工藝規(guī)程設計 4
2.4.1選擇定位基準 4
2.4.2制定工藝路線 5
2.4.3 工藝方案的比較與分析 7
2.4.4選擇加工設備和工藝設備 9
2.4.5機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 9
2.5確定切削用量及基本工時 11
2.6本章小結(jié) 21
第3章 鉆底面4-φ10孔夾具設計 22
3.1 夾具的設計 22
3.1.1 定位分析 22
3.1.2 定位原理 22
3.1.3 定位元件的分析 23
3.1.4 夾緊元件的選擇 23
3.1.5定位誤差的分析 24
3.1.6切削力及夾緊力的計算 25
3.2 夾具設計及操作的簡要說明 26
結(jié) 論 27
參 考 文 獻 28
致謝 29
第1章 序 言
機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。
機殼零件加工工藝及夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等的基礎下，進行的一個全面的考核。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證尺寸證零件的加工質(zhì)量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設計。
本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。
第2章泵體的加工工藝規(guī)程設計
2.1零件的分析
2.1.1零件的作用
題目所給的零件是泵體。泵依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對液體的作用把原動機的機械能傳遞給液體。由于泵的作用液體從葉輪進口流向出口的過程中，其速度能和壓力能都得到增加，被葉輪排出的液體經(jīng)過壓出室，大部分速度能轉(zhuǎn)換成壓力能，然后沿排出管路輸送出去，這時，葉輪進口處因液體的排出而形成真空或低壓，吸水池中的液體在液面壓力（大氣壓）的作用下，被壓入葉輪的進口，于是，旋轉(zhuǎn)著的葉輪就連續(xù)不斷地吸入和排出液體。
2.1.2零件的工藝分析
圖1.1 泵體零件圖
零件的材料為HT200，鑄造性能和切削加工性能優(yōu)良。以下是泵體需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
泵體結(jié)構較為復雜，加工面多、技術要求高、機械加工的勞動量大。因此箱體結(jié)構工藝性對保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本有重要意義。
泵體幾個加工表面它們之間有一定的位置要求，現(xiàn)分述如下：
（1） φ32H11孔和φ有0.04的同軸公差要求。
（2） φ48H8孔和表面1都對于φ48H8孔內(nèi)壁有0.04的垂直度公差要求。
（3） φ16H8孔與φ45H8內(nèi)壁有60：0.004的平行度公差要求。
2.2確定生產(chǎn)類型
已知此泵體零件的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序應當集中；加工設備以通用設備為主，大量采用專用工裝。
2.3確定毛坯
2.3.1確定毛坯種類
零件材料為HT200。考慮零件零件結(jié)構簡單，根據(jù)任務書，故選擇鑄造毛坯。
2.3.2確定鑄造加工余量及形狀
查《機械零件切削加工工藝與技術標準實用手冊》172頁表1-4-7
2.3.3繪制鑄造零件圖
圖2.1 零件毛坯圖
2.4工藝規(guī)程設計
2.4.1選擇定位基準
①粗基準的選擇
以零件的下端孔為主要的定位粗基準，以較大面a面為輔助粗基準。
②精基準的選擇
考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以加工后的通孔為主要的定位精基準，以下端孔為輔助的定位精基準。
2.4.2制定工藝路線
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領已確定的情況下,可以考慮采用各種機床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
現(xiàn)確定工藝路線如下：
方案一：
工序Ⅰ 以表面①為基準銑表面④。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅱ 以表面②為基準銑表面①。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅲ 以表面②為基準銑表面③。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅳ 以表面③為基準銑表面④。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅴ 以表面②④為基準銑表面⑤。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅵ 以表面②④⑤為基準鉆φ32 H11孔、φ22孔。 刀具：麻花鉆，機床：Z525
工序Ⅶ 以表面①②⑤為基準鏜2-φ48H8孔。 刀具：鏜刀，機床：T68
工序Ⅷ 以表面②④⑤為基準鉆，锪擴4-φ10孔，鉆G3/8螺紋孔。 刀具:麻花鉆、锪鉆，機床：Z525
工序Ⅸ 以表面①②⑤為基準鉆φ16-H8孔，留余量。 刀具：麻花鉆，機床：Z525
工序Ⅹ 以表面②④⑤為基準鉆φ12孔，留余量。鉸φ12孔，攻螺紋G3/8孔。 刀具：麻花鉆、鉸刀、絲錐，機床：Z525
工序Ⅺ 以表面②④⑤為基準鉆6×M8-7H孔。刀具：麻花鉆，機床：Z525
工序Ⅻ 以表面②④⑤為基準與泵蓋配鉆2×φ6T14孔、鉸2×φ6T14孔。 刀具：麻花鉆，機床：Z525
工序ⅩⅢ 以表面②④⑤為基準鏜φ32H11孔、φ22孔。 刀具：鏜刀，機床：T61Ⅰ
工序ⅩⅣ 以表面②④⑤為基準鉸2-φ48H8孔。 刀具：鉸刀，機床：Z525
工序ⅩⅤ 以表面②④⑤為基準精銑表面①。 刀具：銑刀，機床：X52K
工序ⅩⅥ 檢查
方案二：
工序Ⅰ 以表面①為基準銑表面④。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅱ 以表面②為基準銑表面①。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅲ 以表面②為基準銑表面③。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅳ 以表面③為基準銑表面④。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅴ 以表面②④為基準銑表面⑤。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅵ 以表面②④⑤為基準銑表面①。 刀具：端銑刀，機床：X52K
工序Ⅶ 以表面①②⑤為基準鏜2-φ48H8孔。 刀具：鏜刀，機床：坐標鏜床TGX4132B
工序Ⅷ 以表面①②⑤為基準鉆φ16H8孔，留余量。 刀具：麻花鉆，機床：Z540A
工序Ⅸ 以表面②④⑤為基準鉆φ32H11孔，φ22孔。 刀具：麻花鉆，機床：Z540A
工序Ⅹ 以表面②④⑤為基準鉆，锪擴4-φ10孔，鉆G3/8螺紋孔。 刀具：麻花鉆、锪鉆，機床：Z540A
工序Ⅺ 以表面②④⑤為基準鉆φ12孔，留余量，鉸φ12孔，攻螺紋G3/8。 刀具：麻花鉆、鉸刀、絲錐，機床：Z540A
工序Ⅻ 以表面②④⑤為基準鉆6×M8-7H孔。 刀具：麻花鉆，機床：Z540A
工序ⅩⅢ 以表面②④⑤為基準與泵蓋配鉆2×φ6T14孔，鉸2×φ6T14。 刀具：麻花鉆，鉸刀,機床：Z540A
工序ⅩⅣ 以表面②④⑤為基準鏜φ32H11孔, φ22孔。 刀具：鏜刀，機床：坐標鏜床TGX4132B
工序ⅩⅤ 以表面②④⑤為基準鉸2-φ48H8孔內(nèi)壁，φ16H8孔。 刀具：鉸刀，機床：Z540A
工序ⅩⅥ 檢查。
以上所有刀具、機床選擇均查找于《機械制造工藝與夾具設計指導》。
2.4.3 工藝方案的比較與分析
分析兩套方案，不難看出，第一套方案先加工表面后加工孔，而且加工孔的順序明確、清晰；而第二套方案中第五部就銑了表面①，而表面①所要求的粗糙度為3.2，屬于精度比較高的面，所以導致在接下來的工序中，難免會因為裝夾、掛擦導致其精度降低，且在第二套方案中，鉆孔步驟混亂，容易造成重復性裝夾，浪費時間。但在第一套方案當中，工序Ⅶ和工序Ⅸ可排列在一起，從而減少換用機床時間，降低時間成本。
改進的工藝如下：
工序Ⅰ 銑表面④，選用表面①為粗基準。選用X52K銑床，專用夾具，并且使用端面銑刀銑削、游標卡尺進行測量。
工序Ⅱ 銑表面①，以表面④為基準。選用X52K銑床，專用夾具，并且使用端面銑刀銑削、游標卡尺進行測量。
工序Ⅲ 銑表面②，以表面③為基準。選用X52K銑床，專用夾具，并且使用端面銑刀銑削、游標卡尺進行測量。
工序Ⅳ 銑表面③，以表面②為基準。選用X52K銑床，專用夾具，并且使用端面銑刀銑削、游標卡尺進行測量。
工序Ⅴ 銑表面⑤，以表面②④為基準。選用X52K銑床，專用夾具，并且使用端面銑刀銑削、游標卡尺進行測量。
工序Ⅵ 鉆φ32H11孔, φ22孔，以表面②④⑤為基準。選用Z525鉆床，專用夾具，并且使用直柄麻花鉆鉆削，深度游標卡尺進行測量。
工序Ⅶ 鏜2-φ48H8孔，以表面①②⑤為基準。選用T68鏜床，專用夾具，并且使用硬質(zhì)合金鏜刀，游標卡尺進行測量。
工序Ⅷ 鉆φ16H8孔，以表面①②⑤為基準，需留余量。選用Z525鉆床，專用夾具，并且使用直柄麻花鉆鉆削，深度游標卡尺進行測量。
工序Ⅸ 鉆4-φ10孔，锪φ20孔，鉆G3/8螺紋底孔，以表面②④⑤為基準。選用Z525鉆床，專用夾具，并且使用直柄麻花鉆、錐柄锪孔鉆、中心鉆，深度游標卡尺進行測量。
工序Ⅹ 鉆φ12孔，以表面②④⑤為基準，需留余量，鉸φ12孔，攻螺紋G3/8。選用Z525鉆床，專用夾具，并且使用直柄麻花鉆、直柄機用鉸刀、公制細牙機用絲錐，深度游標卡尺進行測量。
工序Ⅺ 鉆6×M8-7H底孔，以表面②④⑤為基準。選用Z525鉆床，專用夾具，并且使用直柄麻花鉆，游標卡尺進行測量。
工序Ⅻ 與泵蓋配鉆2×φ6T14孔，鉸2×φ6T14孔，以表面②④⑤為基準。選用Z525鉆床，專用夾具，并且使用直柄麻花鉆、直柄機用鉸刀，游標卡尺進行測量。
工序ⅩⅢ 鏜φ32H11孔, φ22孔，以表面②④⑤為基準。選用T68鏜床，專用夾具，并且使用硬質(zhì)合金鏜刀，游標卡尺進行測量。
工序ⅩⅣ 鉸2-φ48H8孔內(nèi)壁，φ16H8孔，以表面②④⑤為基準。選用Z525鉆床，專用夾具，并且使用套式機用鉸刀，錐柄機用鉸刀，游標卡尺進行測量。
工序ⅩⅤ 銑表面①，以表面②④⑤為基準。選用X52K銑床，專用夾具，并且使用端面銑刀銑削、游標卡尺進行測量。
工序ⅩⅥ 檢查。
2.4.4選擇加工設備和工藝設備
①機床的選擇
工序3、4、5、6、7、8、9采用X52K銑床
工序5、6、7、11采用Z525鉆床
②選擇夾具
該泵體的生產(chǎn)綱領為大批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。
③選擇刀具
在銑床上加工的各工序，采用硬質(zhì)合金銑刀即可保證加工質(zhì)量。④選擇量具
加工的孔均采用極限量規(guī)。
⑤其他
對垂直度誤差采用千分表進行檢測，對角度尺寸利用專用夾具保證，其他尺寸采用通用量具即可。
2.4.5機械加工余量、工序尺寸及公差的確定
根據(jù)前面資料已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各表面的各個加工工序的加工余量如下：
泵體零件材料HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用金屬型鑄造毛坯。根據(jù)《機械加工工藝設計實用手冊》表6-90，P516，選擇鑄造精度CT9；再由表6-79，P510,查得鑄造斜度3°；未注明圓角半徑R3。
鑄件加工余量由《機械加工余量與公差手冊》，表3－1，P78中選擇等級F；鑄件機械加工余量由表3-3，P80，單面為3.5mm，孔和雙面為3mm；鑄件尺寸公差查表3-6，P84。
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械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
加工表面
加工內(nèi)容
加工余量（mm）
精度等級
工序尺寸（mm）
粗糙度
（um）
工序余量（mm）
最小
最大
銑端面①
鑄件
3.5
CT8
粗銑
0.75
IT11
6.3
0.56
1.55
銑端面
鑄件
3.5
CT8
粗銑
0.75
IT11
6.3
0.72
1.55
精銑
0.09
IT7
6.3
0.56
1.55
銑斷面
鑄件
3.5
CT8
銑削
0.75
IT11
6.3
0.56
1.65
銑端面
鑄件
3.5
CT8
銑削
0.75
IT11
6.3
0.53
1.65
銑端面⑤
鑄件
3.5
CT8
鏜削
0.56
IT11
6.3
0.49
1.3
鉆、鏜φ32H11孔
鑄件
CT8
鉆孔
30
IT12
12
2.64
3.1
鏜孔
2.8
IT11
6.3
5.9
9.81
鉆、鉸φ22孔
鑄件
CT8
鉆
15
IT12
12
鉸
2
IT7
3.2
0.129
0.28
鉆、鏜φ2-48H8孔
鑄件
CT8
鉆
IT12
12
鏜
3
IT7
3.2
2.975
3.25
鉆、擴4-φ10孔
鑄件
CT8
鉆
8
IT12
12
擴
2
IT11
3.2
1.91
2.15
鉆、鉸φ12孔
鑄件
CT8
鉆
10
IT12
12
鉸
2
IT11
3.2
1.89
2.15
鉆、攻G3/8螺紋孔
鑄件
CT8
攻
4
IT11
3.2
1.89
2.15
鉆6-M8-7H孔
鑄件
CT8
鉆
8
IT12
12
鉆、鉸2×φ6T14孔
鑄件
CT8
鉆
4
IT12
12
鉸
2
IT11
3.2
1.25
2.12
2.5確定切削用量及基本工時
2.5.1粗銑前端面
機床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=3mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[3]表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)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[3]表2.4-81,
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：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
2.5.2粗銑后端面
機床：X52K
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)
①粗銑a面
銑削深度
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-81,
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：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.52min
2.5.3 粗銑下底面
機床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=3mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[3]表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)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[3]表2.4-81,
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：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
2.5.4銑上端面
機床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=3mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[3]表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)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[3]表2.4-81,
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：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
2.5.5銑左端面
機床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=3mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[3]表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)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[3]表2.4-81,
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：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
2.5.5粗精鏜φ48的切削用量及基本工時
所選用刀具為硬質(zhì)合金（鎢鈷類），直徑為φ48的圓形鏜刀。
①.確定切削深度
==
②.確定進給量
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.5可知，當粗鏜鑄件時，鏜刀直徑，，鏜刀伸出長度為時：
=0.15～0.40
按機床的進給量（表4.2—9），選擇，
=0.25
③.確定切削速度
= （3-9）
式中=，=0.2，=0.20，=，=0.15
（3-10）
=37
== （3-11）
轉(zhuǎn)速，選擇
=160=2.6
④.計算基本工時
選鏜刀的主偏角=，則=，，，，，，，則：
==117
2.5.6鉆、鉸φ16H8孔
機床：Z525鉆床
刀具：16直柄短麻花鉆
確定鉆削用量
確定進給量 根據(jù)參考文獻[2]，表28-10可查出，查Z525鉆床說明書，取。
根據(jù)參考文獻[2]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[2]，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(zhuǎn)矩T及切削功率 根據(jù)參考文獻[2]，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(jié)論進行修正。
根據(jù)參考文獻[2]，由表28-3，，，故
查Z525機床說明書，取。實際切削速度為
由參考文獻[2]，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
，，
切削工時
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-41工步輔助時間為：1.58min
2.5.7 鉆、锪擴4-φ10，4-φ20孔、鉆G3/8螺紋孔
鉆φ12孔、鉸φ12孔、攻螺紋G3/8
鉆孔選用機床為Z525搖臂機床，刀具選用GB1436-85直柄短麻花鉆，《機械加工工藝手冊》第2卷。
根據(jù)《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-2查得鉆頭直徑小于10的鉆孔進給量為0.20～0.35。
則取
確定切削速度，根據(jù)《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-9
切削速度計算公式為 （3-20）
查得參數(shù)為，刀具耐用度T=35
則 ==1.6
所以 ==72
選取
所以實際切削速度為=2.64
確定切削時間（一個孔） =
2.5.8 鉆孔攻絲M8
機床：立式鉆床Z525
刀具：根據(jù)參照參考文獻[3]表4.3～9選高速鋼錐柄麻花鉆頭。
⑴ 鉆孔
切削深度：
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～38，取。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4～41，取。
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1～31，取
所以實際切削速度：
切削工時
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
攻絲M8
機床：組合攻絲機
刀具：釩鋼機動絲錐
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.105，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實際切削速度：
由工序2可知：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
14、 精銑前端面
機床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=3mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[3]表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)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[3]表2.4-81,
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：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
2.6本章小結(jié)
本章節(jié)主要從零件的結(jié)構和外型入手分析，從而得出設計毛坯的依據(jù)。再查閱有關資料，設計出零件加工的毛坯。在工藝規(guī)程的制定上，將兩種方案進行比較，選取一個最佳方案來。在計算每一步的切削用量時，先選用刀具和機床，再查閱資料找出進給量，由它算出機床所需的轉(zhuǎn)速，翻閱機床手冊選一個最接近它的一值。算切削速度、機動時間等。
第3章 鉆底面4-φ10孔夾具設計
3.1 夾具的設計
在本次夾具設計中，設計鉆底面4-φ10孔的夾具，在工件夾緊方面要求手動夾緊。這類夾具的特點是：針對性強，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，但是設計制造周期長，產(chǎn)品更新?lián)Q代時往往不能繼續(xù)使用適應性差，費用較高。
3.1.1 定位分析
在工件的定位中有很多種不同的定位方法，如：工件以平面定位，工件一心軸定位，工件以小V型塊定位等。
根據(jù)零件的形狀，我們可以選擇以平面定位或以工件中心圓孔定位。在夾具設計過程中盡量以設計基準為定位基準，以便減小加工誤差。
所以在這道設計中采用外圓表面以及底平面和一側(cè)端面為定位基準。
3.1.2 定位原理
在機械加工過程中，為了保證工件某道工序的加工要求，必須使工件在機床上相對于刀具處于正確的相對位置。當采用機床夾具安裝一批工件時，是通過夾具來實現(xiàn)這些要求的。要實現(xiàn)工件在機床上相對于刀具占有一個正確的加工位置，必須做到以下三點：
（1） 使一批工件在夾具中都占有一致的正確的加工位置；
（2） 使夾具在機床上占有正確的位置；
（3） 使刀具相對于夾具占有正確的位置。
工件在夾具中定位，就是要使工件在夾具中占據(jù)正確的加工位置，這就可以通過設置定位支承點，限制工件的相對運動來實現(xiàn)。工件在沒有采取定位措施之前，可視為一個處于空間自由狀態(tài)的剛體，根據(jù)運動原理學可知，任一剛體在空間直角坐標系中都有六個自由度，即沿三個坐標軸軸向移動的自由度，分別用、、來表示；繞三個坐標軸的轉(zhuǎn)動的自由度，分別用、、來表示。由此看來，未限制六個自由度的工件的位置是不確定的，當然也是無法加工的。因此要使工件在夾具中處于正確的位置，必須對影響工件加工面位置精度的相應自由度進行限制。
工件的六個自由度都是客觀存在的，是工件在夾具中所占空間位置確定的最高程度。也就是說。工件最多只有六個自由度，限制工件在某一方向的自由度，工件在夾具中該方向的位置就確定下來。工件在夾具中定位，意味著通過定位元件限制工件相應的自由度。
3.1.3 定位元件的分析
在加工過程中，因為該零件較為復雜，加上零件的特殊性，因此在設計過程中設計定位板一塊來限制零件的自由度，定位板限制了零件的X 、Y的移動方向和旋轉(zhuǎn)方向，設計一拉桿限制了零件繞Z軸旋轉(zhuǎn)的方面，一共限制了零件的五個自由度，達到不完全定位狀態(tài)。
不完全定位可分為下列兩種情況：
①. 由于工件的加工前的結(jié)構特點，無法也沒有必要限制某些方面的自由度；
②. 由于加工工序的加工精度要求，工件在定位時允許某些方面的自由度不被限制。
3.1.4 夾緊元件的選擇
工件在夾緊過程中應避免夾緊元件跟工件進行點接觸。因為在點接觸的過程中，即使有很小的夾緊力也可以產(chǎn)生很大的應力，由于定加工過程產(chǎn)生的誤差在夾緊上經(jīng)常會出現(xiàn)點接觸的情況。但是后面還要考慮液壓缸的活塞桿與工作臺的相對位置安裝誤差，必須進行自位平衡，則鉆模板和夾具體之間采用鉸鏈連接，使鉆模板形成自位平衡。本次設計中鉆模板材料為45鋼，其外還有自制導軌。
①.選擇鉆套
鉆套裝在襯套中，而襯套則是壓配在夾具體上或鉆模板中。鉆套有固定鉆套，固定鉆套直接壓入鉆模板采用或配合，磨損后不容易更換，適用于中、小批量生產(chǎn)或用來加工孔距較小以及孔距精度較高的孔。
可換鉆套：可換鉆套裝在襯套中，而襯套則是壓配在夾具體或鉆模板中。鉆套由螺釘固定，以防止轉(zhuǎn)動。鉆套與襯套間采用或配合，鉆套磨損后，可以迅速更換。適于大批量生產(chǎn)。
快換鉆套：當要取出鉆套時，只要將鉆套朝逆時方向轉(zhuǎn)動使螺釘頭部剛好對準鉆套上的削邊上面，即可取出鉆套。
在這次設計中我選擇可換鉆套，因為是大批量生產(chǎn)。但是本道工序里要用自制鉆套和襯套，必須把鉆套和襯套加長來保證精度和它的高度?？鞊Q鉆套如圖所示：
圖4-1 快換鉆套
②.夾具底座與工作臺的連接
由于加工過程中選用的機床為Z525搖臂鉆床，《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編第二卷，表10.1-5搖臂鉆床聯(lián)系尺寸可得，底座T型槽數(shù)為5個，工作臺上面T型槽數(shù)為5個，工作臺側(cè)面槽數(shù)為3個，，，，，，，，，，，，，。
3.1.5定位誤差的分析
定位誤差是指由于定位不準而引起某一工序尺寸或位置要求方面的加工誤差。對夾具設計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尺寸或位置公差的1/3，即可認為該定方案符合加工精度的要求。
在用夾具裝夾工件時，當工件上的定位基準面與夾具上的定位元件相接觸或相配合時，工件的位置即由定位元件確定下來。而對一批工件來說，因各工件的有關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尺寸和位置公差，因此，雖然工件已經(jīng)定位，但每個被定位的工件上的一些表面的位置仍然會產(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。
該夾具以2個平面和1個支撐釘定位，螺旋機構， 要求保證孔軸線間的尺寸公差。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：
當以任意邊接觸時
當以固定邊接觸時
式中為彼此最小間隙
通過分析可得：
因此：當以任意邊接觸時
2 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.1.6切削力及夾緊力的計算
該孔的設計基準為中心軸，故以回轉(zhuǎn)面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則； 參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關系F夾＝KF
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)
由資料《機床夾具設計手冊》查表可得：
切削力公式： 式（2.17）
式中
查表得：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表得：
安全系數(shù)K可按下式計算，由式（2.5）有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表 可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構簡單、操作方便，決定選用液壓泵螺旋夾緊機構。
取，，
螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力，由式（2.9）有：：
式中參數(shù)由[16]《機床夾具設計手冊》可查得：
其中：
由[16]《機床夾具設計手冊》表得：原動力計算公式：
由上述計算易得：
因此采用該夾緊機構工作是可靠的。
3.2 夾具設計及操作的簡要說明
本夾具用于在鉆床上加工孔。采用螺紋螺旋夾緊機構夾緊工件。該夾緊機構操作簡單、夾緊可靠。
結(jié)論
結(jié) 論
本次設計從零件的毛坯生產(chǎn)到最終成品，中間經(jīng)過了銑、鏜、鉆、攻螺紋、打毛刺等工序。因為是大批量生產(chǎn)，工序就分得很散，中間就可省去換刀具和調(diào)試的時間。在每道工序中都有計算切削用量和工時。
在本次設計中已無大的問題，基本達到了要求。只是在夾具的設計中沒有能提出多中方案進行分析比較，有所不足。
參 考 文 獻
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[15] 樂兌謙，金屬切削刀具，機械工業(yè)出版社，2545：4-17
致謝
致謝
在課程設計即將結(jié)束之際我向所有幫助過我的老師和同學說一聲，謝謝！我想沒有他們的幫助，課程設計就會做得很困難。
這次課程設計是在老師悉心指導下完成的。X老師以其淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W風范、高度的責任感使我受益非淺。在做設計的過程中也遇到了不少的問題，楊老師給了我許多關懷和幫助，并且隨時詢問我課程設計的進展情況、細心的指導我們，也經(jīng)常打電話或者發(fā)電子郵件過來指導我的設計。
在論文工作中，得到了XX學院有關領導和老師的幫助與支持，在此表示衷心的感謝。
最后，在即將完成課程設計之時，我再次感謝對我指導、關心和幫助過老師、領導及同學。謝謝了！