0061-工藝夾具-后托架零件工藝及加工Φ40、Φ30.2、Φ25.5孔夾具設計

0061-工藝夾具-后托架零件工藝及加工Φ40、Φ30.2、Φ25.5孔夾具設計,工藝,夾具,托架,零件,加工,40,設計 學位論文 附錄二 ：中文翻譯 通過夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化控制變形 摘 要 工件變形必須控制在數(shù)值控制機械加工過程之中。夾具布局和夾緊力是影響加工變形程度和分布的兩個主要方面。在本文提出了一種多目標模型的建立，以減低變形的程度和增加均勻變形分布。有限元方法應用于分析變形。遺傳算法發(fā)展是為了解決優(yōu)化模型。最后舉了一個例子說明，一個令人滿意的結(jié)果被求得， 這是遠優(yōu)于經(jīng)驗之一的。多目標模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。 關(guān)鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法 1 引言 夾具設計在制造工程中是一項重要的程序。這對于加工精度是至關(guān)重要。一個工件應約束在一個帶有夾具元件，如定位元件，夾緊裝置，以及支撐元件的夾具中加工。定位的位置和夾具的支力，應該從戰(zhàn)略的設計，并且適當?shù)膴A緊力應適用。該夾具元件可以放在工件表面的任何可選位置。夾緊力必須大到足以進行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設計師的經(jīng)驗，選擇該夾具元件的方案，并確定夾緊力。因此，不能保證由此產(chǎn)生的解決方案是某一特定的工件的最優(yōu)或接近最優(yōu)的方案。因此，夾具布局和夾緊力優(yōu)化成為夾具設計方案的兩個主要方面。 定位和夾緊裝置和夾緊力的值都應適當?shù)倪x擇和計算，使由于夾緊力和切削力產(chǎn)生的工件變形盡量減少和非正式化。 夾具設計的目的是要找到夾具元件關(guān)于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個最優(yōu)布局或方案。在這篇論文里， 多目標優(yōu)化方法是代表了夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個觀點是具有兩面性的。一，是盡量減少加工表面最大的彈性變形； 另一個是盡量均勻變形。 ANSYS軟件包是用來計算工件由于夾緊力和切削力下產(chǎn)生的變形。遺傳算法是MATLAB的發(fā)達且直接的搜索工具箱，并且被應用于解決優(yōu)化問題。最后還給出了一個案例的研究，以闡述對所提算法的應用。 2 文獻回顧 隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運用，近幾年夾具設計優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設計優(yōu)化包括夾具布局優(yōu)化和夾緊力優(yōu)化。King 和 Hutter提出了一種使用剛體模型的夾具-工件系統(tǒng)來優(yōu)化夾具布局設計的方法。DeMeter也用了一個剛性體模型，為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進行分析和綜合。他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序與計算質(zhì)量的有限元計算法。李和melkote用了一個非線性編程方法和一個聯(lián)絡彈性模型解決布局優(yōu)化問題。兩年后， 他們提交了一份確定關(guān)于多鉗夾具受到準靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關(guān)于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認為工件在加工過程中處于動態(tài)。相結(jié)合的夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序被提出，其他研究人員用有限元法進行夾具設計與分析。蔡等對menassa和devries包括合成的夾具布局的金屬板材大會的理論進行了拓展。秦等人建立了一個與夾具和工件之間彈性接觸的模型作為參考物來優(yōu)化夾緊力與，以盡量減少工件的位置誤差。Deng和melkote 提交了一份基于模型的框架以確定所需的最低限度夾緊力，保證了被夾緊工件在加工的動態(tài)穩(wěn)定。 大部分的上述研究使用的是非線性規(guī)劃方法，很少有全面的或近全面的最優(yōu)解決辦法。所有的夾具布局優(yōu)化程序必須從一個可行布局開始。此外，還得到了對這些模型都非常敏感的初步可行夾具布局的解決方案。夾具優(yōu)化設計的問題是非線性的，因為目標的功能和設計變量之間沒有直接分析的關(guān)系。例如加工表面誤差和夾具的參數(shù)之間（定位、夾具和夾緊力）。 以前的研究表明，遺傳算法（ GA ）在解決這類優(yōu)化問題中是一種有用的技術(shù)。吳和陳用遺傳算法確定最穩(wěn)定的靜態(tài)夾具布局。石川和青山應用遺傳算法確定最佳夾緊條件彈性工件。vallapuzha在基于優(yōu)化夾具布局的遺傳算法中使用空間坐標編碼。他們還提出了針對主要競爭夾具優(yōu)化方法相對有效性的廣泛調(diào)查的方法和結(jié)果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質(zhì)的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個夾具布局優(yōu)化技術(shù)，用遺傳算法找到夾具布局，盡量減少由于在整個刀具路徑的夾緊和切削力造成的加工表面的變形。定位器和夾具位置被節(jié)點號碼所指定。krishnakumar等人還提出了一種迭代算法，盡量減少工件在整個切削過程之中由不同的夾具布局和夾緊力造成的彈性變形。Lai等人建成了一個分析模型，認為定位和夾緊裝置為同一夾具布局的要素靈活的一部分。Hamedi 討論了混合學習系統(tǒng)用來非線性有限元分析與支持相結(jié)合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡被用來計算工件的最大彈性變形，遺傳算法被用來確定最佳鎖模力。Kumar建議將迭代算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)合起來發(fā)展夾具設計系統(tǒng)。Kaya用迭代算法和有限元分析，在二維工件中找到最佳定位和夾緊位置，并且把碎片的效果考慮進去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認為優(yōu)化夾具布局和夾緊力的同時，一些研究沒有考慮為整個刀具路徑優(yōu)化布局。一些研究使用節(jié)點數(shù)目作為設計參數(shù)。一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法，但不能兩者都同時進行。 有幾項研究摩擦和碎片考慮進去了。 碎片的移動和摩擦接觸的影響對于實現(xiàn)更為現(xiàn)實和準確的工件夾具布局校核分析來說是不可忽視的。因此將碎片的去除效果和摩擦考慮在內(nèi)以實現(xiàn)更好的加工精度是必須的。 在這篇論文中，將摩擦和碎片移除考慮在內(nèi)，以達到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標優(yōu)化模型被建立了。一個優(yōu)化的過程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夾具夾緊力。最后，結(jié)果多目標優(yōu)化模型對低剛度工件而言是比較單一的目標優(yōu)化方法、經(jīng)驗和方法。 3 多目標優(yōu)化模型夾具設計 一個可行的夾具布局必須滿足三限制。首先，定位和夾緊裝置不能將拉伸勢力應用到工件；第二，庫侖摩擦約束必須施加在所有夾具-工件的接觸點。夾具元件-工件接觸點的位置必須在候選位置。為一個問題涉及夾具元件-工件接觸和加工負荷步驟，優(yōu)化問題可以在數(shù)學上仿照如下： 這里的△表示加工區(qū)域在加工當中j次步驟的最高彈性變形。 其中 是△的平均值； 是正常力在i次的接觸點； μ是靜態(tài)摩擦系數(shù)； fhi是切向力在i次的接觸點； pos(i)是i次的接觸點； 是可選區(qū)域的i次接觸點； 整體過程如圖1所示，一要設計一套可行的夾具布局和優(yōu)化的夾緊力。最大切削力在切削模型和切削力發(fā)送到有限元分析模型中被計算出來。優(yōu)化程序造成一些夾具布局和夾緊力，同時也是被發(fā)送到有限元模型中。在有限元分析座內(nèi)，加工變形下，切削力和夾緊力的計算方法采用有限元方法。根據(jù)某夾具布局和變形，然后發(fā)送給優(yōu)化程序，以搜索為一優(yōu)化夾具方案。 圖1 夾具布局和夾緊力優(yōu)化過程 4 夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化 4.1 遺傳算法 遺傳算法（ GA ）是基于生物再生產(chǎn)過程的強勁，隨機和啟發(fā)式的優(yōu)化方法?；舅悸繁澈蟮倪z傳算法是模擬“生存的優(yōu)勝劣汰“的現(xiàn)象。每一個人口中的候選個體指派一個健身的價值，通過一個功能的調(diào)整，以適應特定的問題。遺傳算法，然后進行復制，交叉和變異過程消除不適宜的個人和人口的演進給下一代。人口足夠數(shù)目的演變基于這些經(jīng)營者引起全球健身人口的增加和優(yōu)勝個體代表全最好的方法。 遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設計時需夾具布局和夾緊力作為設計變量，以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色體的自然演變，以及字符串，它和遺傳算法尋找最優(yōu)，是映射到最優(yōu)的夾具設計計劃。在這項研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運用的。 收斂性遺傳算法是被人口大小、交叉的概率和概率突變所控制的 。只有當在一個人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒有變化時，nchg達到一個預先定義的價值ncmax ，或有多少幾代氮，到達演化的指定數(shù)量上限nmax， 沒有遺傳算法停止。有五個主要因素，遺傳算法，編碼，健身功能，遺傳算子，控制參數(shù)和制約因素。 在這篇論文中，這些因素都被選出如表1所列。 表1 遺傳算法參數(shù)的選擇 由于遺傳算法可能產(chǎn)生夾具設計字符串，當受到加工負荷時不完全限制夾具。這些解決方案被認為是不可行的，且被罰的方法是用來驅(qū)動遺傳算法，以實現(xiàn)一個可行的解決辦法。1夾具設計的計劃被認為是不可行的或無約束，如果反應在定位是否定的。在換句話說，它不符合方程（2）和（3）的限制。罰的方法基本上包含指定計劃的高目標函數(shù)值時不可行的。因此，驅(qū)動它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對于約束（4），當遺傳算子產(chǎn)生新個體或此個體已經(jīng)產(chǎn)生，檢查它們是否符合條件是必要的。真正的候選區(qū)域是那些不包括無效的區(qū)域。在為了簡化檢查，多邊形是用來代表候選區(qū)域和無效區(qū)域的。多邊形的頂點是用于檢查?！癷npolygon ”在MATLAB的功能可被用來幫助檢查。 4.2 有限元分析 ANSYS軟件包是用于在這方面的研究有限元分析計算。有限元模型是一個考慮摩擦效應的半彈性接觸模型，如果材料是假定線彈性。如圖2所示，每個位置或支持，是代表三個正交彈簧提供的制約。 圖2 考慮到摩擦的半彈性接觸模型 在x ， y和z 方向和每個夾具類似，但定位夾緊力在正常的方向。彈力在自然的方向即所謂自然彈力，其余兩個彈力即為所謂的切向彈力。接觸彈簧剛度可以根據(jù)向赫茲接觸理論計算如下： 隨著夾緊力和夾具布局的變化，接觸剛度也不同，一個合理的線性逼近的接觸剛度可以從適合上述方程的最小二乘法得到。連續(xù)插值，這是用來申請工件的有限元分析模型的邊界條件。在圖3中說明了夾具元件的位置，顯示為黑色界線。每個元素的位置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點所包圍。 圖3 連續(xù)插值 這系列節(jié)點，如黑色正方形所示，是（37，38，31和30 ），（9，10 ，11 ， 18，17號和16號）和（ 26，27 ，34 ， 41，40和33 ）。這一系列彈簧單元，與這些每一個節(jié)點相關(guān)聯(lián)。對任何一套節(jié)點，彈簧常數(shù)是： 這里， kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點周圍i次夾具元件， Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點周圍之間的距離， ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置, ηi 是周圍的i次夾具元素周圍的節(jié)點數(shù)量 為每個加工負荷的一步，適當?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型。在這個工作里，正常的彈簧約束在這三個方向（X ， Y ， Z ）的和在切方向切向彈簧約束，（X ， Y ）。夾緊力是適用于正常方向（Z）的夾緊點。整個刀具路徑是模擬為每個夾具設計計劃所產(chǎn)生的遺傳算法應用的高峰期的X ，Y ，z切削力順序到元曲面，其中刀具通行證。在這工作中，從刀具路徑中歐盟和去除碎片已經(jīng)被考慮進去。在機床改變幾何數(shù)值過程中，材料被去除，工件的結(jié)構(gòu)剛度也改變。 因此，這是需要考慮碎片移除的影響。有限元分析模型，分析與重點的工具運動和碎片移除使用的元素死亡技術(shù)。在為了計算健身價值，對于給定夾具設計方案，位移存儲為每個負載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設計計劃的健身價值。 遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動實施如下。定位和夾具的位置以及夾緊力這些參數(shù)寫入到一個文本文件。那個輸入批處理文件ANSYS軟件可以讀取這些參數(shù)和計算加工表面的變形。 因此， 健身價值觀，在遺傳算法程序，也可以寫到當前夾具設計計劃的一個文本文件。 當有大量的節(jié)點在一個有限元模型時，計算健身價值是很昂貴的。因此，有必要加快計算遺傳算法程序。作為這一代的推移，染色體在人口中取得類似情況。在這項工作中，計算健身價值和染色體存放在一個SQL Server數(shù)據(jù)庫。遺傳算法的程序，如果目前的染色體的健身價值已計算之前，先檢查；如果不，夾具設計計劃發(fā)送到ANSYS，否則健身價值觀是直接從數(shù)據(jù)庫中取出。嚙合的工件有限元模型，在每一個計算時間保持不變。每計算模型間的差異是邊界條件，因此，網(wǎng)狀工件的有限元模型可以用來反復“恢復”ANSYS 命令。 5 案例研究 一個關(guān)于低剛度工件的銑削夾具設計優(yōu)化問題是被顯示在前面的論文中，并在以下各節(jié)加以表述。 5.1 工件的幾何形狀和性能 工件的幾何形狀和特點顯示在圖4中，空心工件的材料是鋁390與泊松比0.3和71Gpa的楊氏模量。外廓尺寸152.4mm×127mm*76.2mm.該工件頂端內(nèi)壁的三分之一是經(jīng)銑削及其刀具軌跡，如圖4 所示。夾具元件中應用到的材料泊松比0.3和楊氏模量的220的合金鋼。 圖4 空心工件 5.2 模擬和加工的運作 舉例將工件進行周邊銑削，加工參數(shù)在表2中給出?；谶@些參數(shù)，切削力的最高值被作為工件內(nèi)壁受到的表面載荷而被計算和應用，當工件處于330.94 n（切）、398.11 N （下徑向）和22.84 N （下軸） 的切削位置時。整個刀具路徑被26個工步所分開，切削力的方向被刀具位置所確定 表2加工參數(shù)和條件 。 5.3 夾具設計方案 夾具在加工過程中夾緊工件的規(guī)劃如圖5所示。 圖5 定位和夾緊裝置的可選區(qū)域 一般來說， 3-2-1定位原則是夾具設計中常用的。夾具底板限制三個自由度，在側(cè)邊控制兩個自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個定點（L1，L2 ， L3和14 ），以定位工件并限制2自由度；并且在Y=127mm的相反面上，兩個壓板（C1,C2）夾緊工件。在正交面上，需要一個定位元件限制其余的一個自由度，這在優(yōu)化模型中是被忽略的。在表3中給出了定位加緊點的坐標范圍。 表3 設計變量的約束 由于沒有一個簡單的一體化程序確定夾緊力，夾緊力很大部分（6673.2N）在初始階段被假設為每一個夾板上作用的力。且從符合例5的最小二乘法，分別由4.43×107 N/m 和5.47×107 N/m得到了正常切向剛度。 5.4 遺傳控制參數(shù)和懲罰函數(shù) 在這個例子中，用到了下列參數(shù)值：Ps=30, Pc=0.85, Pm=0.01, Nmax=100和Ncmax=20.關(guān)于f1和σ的懲罰函數(shù)是 這里fv可以被F1或σ代表。當nchg達到6時，交叉和變異的概率將分別改變成0.6和0.1. 5.5 優(yōu)化結(jié)果 連續(xù)優(yōu)化的收斂過程如圖6所示。且收斂過程的相應功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設計方案在表4中給出。 圖6 夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序的收斂性遺傳算法 圖7 第一個函數(shù)值的收斂 圖8第二個函數(shù)值的收斂性 表4 多目標優(yōu)化模型的結(jié)果 表5 各種夾具設計方案結(jié)果進行比較， 5.6 結(jié)果的比較 從單一目標優(yōu)化和經(jīng)驗設計中得到的夾具設計的設計變量和目標函數(shù)值，如表5所示。單一目標優(yōu)化的結(jié)果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗設計相比較，單一目標優(yōu)化方法有其優(yōu)勢。最高變形減少了57.5 ％，均勻變形增強了60.4 ％。最高夾緊力的值也減少了49.4 ％ 。從多目標優(yōu)化方法和單目標優(yōu)化方法的比較中可以得出什么呢？最大變形減少了50.2％ ，均勻變形量增加了52.9 ％，最高夾緊力的值減少了69.6 ％ 。加工表面沿刀具軌跡的變形分布如圖9所示。很明顯，在三種方法中，多目標優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻。 與結(jié)果比較，我們確信運用最佳定位點分布和最優(yōu)夾緊力來減少工件的變形。圖10示出了一實例夾具的裝配。 圖9沿刀具軌跡的變形分布 圖10 夾具配置實例 6 結(jié)論 本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化程序設計。優(yōu)化程序是多目標的：最大限度地減少加工表面的最高變形和最大限度地均勻變形。ANSYS軟件包已經(jīng)被用于 健身價值的有限元計算。對于夾具設計優(yōu)化的問題，GA和有限元分析的結(jié)合被證明是一種很有用的方法。 在這項研究中，摩擦的影響和碎片移動都被考慮到了。為了減少計算的時間，建立了一個染色體的健身數(shù)值的數(shù)據(jù)庫，且網(wǎng)狀工件的有限元模型是優(yōu)化過程中多次使用的。 傳統(tǒng)的夾具設計方法是單一目標優(yōu)化方法或經(jīng)驗。此研究結(jié)果表明，多目標優(yōu)化方法比起其他兩種方法更有效地減少變形和均勻變形。這對于在數(shù)控加工中控制加工變形是很有意義的。 參考文獻 1、 King LS，Hutter（ 1993年） 自動化裝配線上棱柱工件最佳裝夾定位生成的理論方法。De Meter EC (1995) 優(yōu)化機床夾具表現(xiàn)的Min - Max負荷模型。 2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局優(yōu)化。Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 3、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對工件的定位精度的影響。 4、 Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 5、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對工件定位精度的影響。 6、 Li B, Melkote SN (2001) 最優(yōu)夾具設計計算工件動態(tài)的影響。 7、 Lee JD, Haynes LS (1987) 靈活裝夾系統(tǒng)的有限元分析。 8、 Menassa RJ, DeVries WR (1991) 運用優(yōu)化方法在夾具設計中選擇支位。 9、 Cai W, Hu SJ, Yuan JX (1996) 變形金屬板材的裝夾的原則、算法和模擬。 10、 Qin GH, Zhang WH, Zhou XL (2005) 夾具裝夾方案的建模和優(yōu)化設計。 11、Deng HY, Melkote SN (2006) 動態(tài)穩(wěn)定裝夾中夾緊力最小值的確定。 12、Wu NH, Chan KC (1996) 基于遺傳算法的夾具優(yōu)化配置方法。 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藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分) 切削速度(米/分) 走刀量(毫米/轉(zhuǎn)) 吃 刀 深 度 (毫米) 走刀次數(shù) 工 時 定 額 描 圖 機動 輔助 描 校 1 粗鏜孔Φ22.5至Φ24.5 YT5. 專用夾具. 游標卡尺，塞規(guī) 315 21 0.35 2 1 0.66 0.122 2 粗鏜孔Φ27.2至Φ29.2 YT5. 專用夾具. 游標卡尺，塞規(guī) 250 20.4 0.45 2 1 0.62 0.115 底圖號 3 粗鏜孔Φ36至Φ38 YT5. 專用夾具. 游標卡尺，塞規(guī) 250 28.2 0.5 2 1 0.56 0.104 4 半精鏜孔Φ24.5至Φ25.5 YT5. 專用夾具. 游標卡尺，塞規(guī) 250 18.6 0.35 1 1 0.77 0.143 5 半精鏜孔Φ29.2至Φ30.2 YT5. 專用夾具. 游標卡尺，塞規(guī) 250 22.8 0.35 1 1 0.77 0.143 裝訂號 編制 (日期) 審核 (日期) 會簽 (日期) 班級 姓名 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 07/05/25 專 業(yè) 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 CA6140 零(部)件圖號 共 2 頁 機械設計制造及自動化 產(chǎn)品名稱 車床 零(部)件名稱 后托架 第 2 頁 車 間 工 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工 Ⅱ 鏜孔 HT200 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每 批 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) 搖臂鉆床 T68 1 夾具編號 夾具名稱 工 位 器 具 編 號 工位器具名稱 專用鏜床夾具 冷 卻 液 工序工時 準 終 單 件 2.09 工 步 號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分) 切削速度(米/分) 走刀量(毫米/轉(zhuǎn)) 吃 刀 深 度 (毫米) 走刀次數(shù) 工 時 定 額 描 圖 機動 輔助 描 校 6 半精鏜孔Φ38至Φ39.2 YT5. 專用夾具. 游標卡尺，塞規(guī) 200 23.4 0.42 1.2 1 0.8 0.148 7 精鏜孔Φ39.2至Φ40零件尺寸 YT5. 專用夾具. 游標卡尺，塞規(guī) 200 18.6 0.35 0.8 1 0.96 0.178 底圖號 裝訂號 編制 (日期) 審核 (日期) 會簽 (日期) 班級 姓名 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 07/05/25 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 CA6140 零件圖號 產(chǎn)品名稱 車床 零件名稱 CA6140車床后托架 共 1 頁 第 1 頁 材 料 牌 號 HT200 毛 坯 種 類 鑄件 毛坯外形尺寸 每坯件數(shù) 1 每 臺 件 數(shù) 1 備 注 工 序 號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設 備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 Ⅰ 鑄 鑄造 鑄造 Ⅱ 熱 時效處理 熱 Ⅲ 檢 檢驗毛坯 Ⅳ 銑 粗精銑底面 金工 立式銑床X52K 專用銑床夾具. YG6. 游標卡尺 Ⅴ 鏜 粗、半精、精鏜孔，粗、半精鏜孔 金工 臥式銑鏜床T68 專用鏜床夾具. YT5.游標卡尺，塞規(guī) Ⅵ 銑 銑油槽23 金工 臥式銑床X63 專用銑夾具. 圓弧銑刀Ф16.游標卡尺 Ⅶ 鉆 鉆2-Φ13，2-Φ10，2-Φ20孔至Φ10 金工 搖臂鉆床Z3025 專用夾具.麻花鉆頭.游標卡尺.塞規(guī) Ⅷ 擴 將2-Φ13擴孔至要求尺寸 金工 搖臂鉆床Z3025 專用夾具.麻花鉆頭.游標卡尺.塞規(guī) Ⅸ 锪 锪孔2-Ф20，Ф13孔至要求尺寸 金工 搖臂鉆床Z3025 專用夾具.直柄平底锪鉆游標卡尺塞規(guī) Ⅹ 鉆 鉆孔M6，鉆深孔Ф6 金工 搖臂鉆床Z3025 專用夾具.麻花鉆頭.游標卡尺.塞規(guī) Ⅺ 絲 攻螺紋M6 金工 搖臂鉆床Z3025 專用夾具.絲錐刀.游標卡尺 Ⅻ 檢 檢查 檢驗 設 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 楊吉林 07/03/25 07/05/30 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 題 目 后托架零件工藝及加工Φ40、 Φ30.2、Φ25.5孔夾具設計 畢業(yè)設計（論文）任務書 設計（論文）題目：后托架零件工藝及加工Φ40、Φ30.2、Φ25.5孔夾具設計 教研室主任 （簽名）　　系主任 （簽名） 1．畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 1. 零件圖一張, 毛坯圖一張 ２. 夾具裝配圖一份, 夾具零件圖一套 ３. 機械加工工藝卡一套, 主要工序工序卡一份 ４. 設計說明書一份。 2．原始數(shù)據(jù) 零件圖一張, 生產(chǎn)綱領10000件 3．指定查閱的主要參考文獻及說明 1. 《機械制造工藝手冊》 ２.《機械零件設計手冊》 ３.《夾具設計手冊》 4. 進度安排 設計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 零件功能, 結(jié)構(gòu), 尺寸, 精度, 要求分析及相關(guān)資料收集 2 機械加工工藝設計 3 工序設計 4 夾具設計 5 說明書編制 6 檢查及提交論文 7 答辯及準備 33 摘 要 在生產(chǎn)過程中，使生產(chǎn)對象（原材料，毛坯，零件或總成等）的質(zhì)和量的狀態(tài)發(fā)生直接變化的過程叫工藝過程，如毛坯制造，機械加工，熱處理，裝配等都稱之為工藝過程。在制定工藝過程中，要確定各工序的安裝工位和該工序需要的工步，加工該工序的機車及機床的進給量，切削深度，主軸轉(zhuǎn)速和切削速度，該工序的夾具，刀具及量具，還有走刀次數(shù)和走刀長度，最后計算該工序的基本時間，輔助時間和工作地服務時間。本文對CA6140車床后托架進行了結(jié)構(gòu)和工藝分析，確定了機械加工工藝路線，制訂出了零件的制造工藝方案和機械加工工藝規(guī)程，并為加工零件上直徑Φ40mm、φ30.2mm及φ25.5mm的三孔設計了一套專用鏜床夾具。 關(guān)鍵詞： 工序，工藝，加工余量，夾具，夾緊力 ABSTRACT Enable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally. CA6140 lathe to stand here after a technical analysis of the structure and to determine the mechanical machining line, develop a parts manufacturing processes of the programme and mechanical machining and components for the processing of 40mm、30.2mm and 25.5mm diameter Kong design of a dedicated boring jig. Keywords： The process, worker one, the surplus of processing, jig, clamp strength 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 零件的分析 1 1.1零件的作用 1 1.2零件的工藝分析 1 第二章 工藝規(guī)程設計 3 2.1確定毛坯的制造形式 3 2.2基面的選擇 3 2.2.1粗基準選擇應當滿足以下要求： 3 2.2.2精基準選擇的原則 3 2.3制訂工藝路線 4 2.3.1工藝路線方案一 4 2.3.2工藝路線方案二 5 2.3.3工藝方案的比較和分析 5 2.4機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6 2.4.1底平面的偏差及加工余量計算 6 2.4.2正視圖上的三孔的偏差及加工余量計算 6 2.4.3頂面兩組孔加工余量計算 8 2.5 選擇加工設備及刀具,夾具,量具 8 2.5.1粗、精銑A面 8 2.5.2鏜三孔 9 2.5.3鉆頂面四孔 9 2.6 確定切削用量及基本工時 9 2.6.1工序1: 粗銑,精銑底面 9 2.6.2工序2 粗、半精、精鏜CA6140側(cè)面三杠孔 11 2.6.3工序3：鉆頂面四孔 15 2.6.4工序4：鉆側(cè)面兩孔 18 第三章 鏜孔專用夾具的設計 21 3.1定位方案的確定 21 3.2定位元件確定 21 3.3 定位誤差分析計算 22 3.4夾緊方案及元件確定 22 3.5對刀方案 22 3.6夾具體分析 22 3.7夾緊力的計算 22 3.8液壓系統(tǒng)的設計 24 3.8.1活塞桿的設計 24 3.8.2缸體內(nèi)徑的計算 26 3.8.3 缸體壁厚的計算 26 3.8.4缸蓋壁厚計算 27 3.8.5活塞行程的確定 28 3.8.6活塞桿導向長度的確定 28 3.8.7緩沖裝置計算 28 3.9夾具設計及操作的簡明說明 30 結(jié) 論 31 參考文獻 32 致 謝 33 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 第一章 零件的分析 1.1零件的作用 題目所給的零件是CA6140車床后托架，是車床的一個支撐部件，它是在尾座下面安裝在床身側(cè)面的支承支架，主要用于支撐光杠、絲杠和操作杠。其零件尺寸較小，結(jié)構(gòu)形狀也不是很復雜，但側(cè)面三杠孔和底面的精度要求較高，其工藝性主要要求與進給箱的三杠同軸平行。 1.2零件的工藝分析 CA6140車床后托架零件圖如下： 圖1.1 CA6140機床后托架零件圖 分析CA6140車床的后托架零件圖可知，該零件共有三組加工表面，它們之間又有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下： 1. 以平面為中心的加工表面即120mmx60mm的底平面，，平面度公差為0.03。 2. 側(cè)面三孔加工面 這一組的加工表面有Φ40mm，Φ30.2mm，Φ25.5mm的通孔，其表面粗糙度要求均為并要保證孔與孔的位置精度為630.05mm。 3．頂面為主加工面的四個孔 這一組加工面分別是以和為一組的階梯孔，這組孔的表面粗糙度要求是，，以及以和的階梯孔，其中是裝配鉸孔，其中孔的表面粗糙度要求是，，是裝配鉸孔的表面粗糙度的要求是。 這三組加工表面之間還有著一定的位置精度要求，主要是： 側(cè)面三孔與底平面之間的平行度公差均為100：0.07； Φ30.2和Φ25.5的孔與Φ40的孔之間的平行度公差為100：0.08； 底平面與三孔軸線位置要求為。 四川理工學院畢業(yè)設計 第二章 工藝規(guī)程設計 2.1確定毛坯的制造形式 該CA6140車床后托架的材料是HT200，重量是，屬于中低等質(zhì)量的零件，且年產(chǎn)量為10000件，在生產(chǎn)上屬于大批量生產(chǎn)（參考文獻[1]機械制造技術(shù)基礎，表6.1生產(chǎn)類型劃分方法），考慮到機床后托架在機床工作中的用途，以及零件的加工特點，位置精度要求等，因此選用金屬型鑄造毛坯，可以免去每次造型。零件尺寸較小，形狀結(jié)構(gòu)也不是很復雜，又屬于大批量生產(chǎn)，因此毛坯形狀應盡量與零件形狀靠近，側(cè)面三孔均應鑄出。毛坯尺寸通過確定加工余量后確定。 2.2基面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設計的重要工作之一。基面選擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)得以提高；否則，加工工藝過程會問題百出，更有甚，還會造成零件的大批報廢使生產(chǎn)無法正常進行。 2.2.1粗基準選擇應當滿足以下要求： ⑴．粗基準的選擇應以加工表面為粗基準。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。 ⑵．選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細致的組織，以增加耐磨性。 ⑶．應選擇加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。 ⑷．應盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準，必要時需經(jīng)初加工。 ⑸．粗基準應避免重復使用，因為粗基準的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。 對于本題目的CA6140車床后托架而言，就應該選擇側(cè)面三孔做為粗基準；先銑削出底面并達到要求的1.6μm表面粗糙度，為下面的加工做好精基準準備。 2.2.2精基準選擇的原則 ⑴．基準重合原則。即盡可能選擇設計基準作為定位基準。這樣可以避免定位基準與設計基準不重合而引起的基準不重合誤差。 ⑵．基準統(tǒng)一原則，應盡可能選用統(tǒng)一的定位基準?；鶞实慕y(tǒng)一有利于保證各表面間的位置精度，避免基準轉(zhuǎn)換所帶來的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而可減少夾具設計和制造工作。 ⑶．互為基準的原則。選擇精基準時，有時兩個被加工面，可以互為基準反復加工。 (4).自為基準原則。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，可以選擇加工表面本身為基準。 就本題而言要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證CA6140機床后托架在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從CA6140機床后托架零件圖分析可知，它的底平面與側(cè)面三孔平行而且占有的面積較大，適于作精基準使用。但用一個平面定位僅僅能限制工件的三個自由度，如果再使用左面定位，配合適當?shù)溺M孔夾具，即可加工Ф40 mm，Ф30.2 mm和Ф25.5 mm這三個主要孔。 在以上基礎下，再利用加工后的孔為精基準加工諸如Ф20 mm，Ф13 mm，Ф10 mm的錐孔，M6 mm的螺紋孔等等。 2.3制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是以零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證，在生產(chǎn)綱領已確定為大批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用的夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降?，F(xiàn)針對本零件值得一提的是：側(cè)面三孔的表面質(zhì)量要求一樣，同為Ra1.6，但是尺寸精度不同分別為IT7,IT12,IT12（參考文獻[1]機械制造技術(shù)基礎，表3.3標準公差數(shù)值），這也就是說IT7的孔主要考慮尺寸精度，其它兩孔則主要是表面質(zhì)量的考慮，按經(jīng)濟性分析應該將它們分開加工，但是它們之間的位置精度要求較高所以要一次裝夾加工比較好。所以將三孔的加工工藝統(tǒng)一確定為： 孔 ：鑄造——粗鏜——半精鏜——精鏜。 、 ：鑄造——粗鏜——半精鏜 并放在同一道工序中。由此擬訂以下兩個工藝路線方案。 2.3.1工藝路線方案一 工序1 粗、精銑120mmx60mm的底平面。 工序2 鉆2-Φ20mm至2-Φ13mm的階梯孔和Φ13mm至Φ10mm的階梯孔以及2-Φ10的錐孔。 工序3 鉸2-Φ20mm至2-Φ13mm的階梯孔和Φ13mm至Φ10mm的階梯孔，2-Φ10mm的錐孔。 工序4 鉆Φ6mm的孔和M6mm的螺紋孔，攻M6mm的螺紋。 工序5 粗樘、半精鏜、精鏜Φ40mm，粗樘、半精鏜Φ30.2mm，Φ25.5mm的孔。 工序6 銑油槽2 mm×3 mm 工序7 锪平Φ25.5mm孔的下端面。 工序8 終檢。 2.3.2工藝路線方案二 工序1 粗精銑120mmx60mm的底平面。 工序2 粗樘、半精鏜，精鏜Φ40mm，粗樘、半精鏜Φ30.2mm，Φ25.5mm的孔。 工序3 銑油槽2 mm×3 mm 工序4 鉆2-Φ20mm至2-Φ13mm的階梯孔和Φ13mm至Φ10mm的階梯孔以及2-Φ10的錐孔。 工序5 鉸2-Φ20mm至2-Φ13mm的階梯孔和Φ13mm至Φ10mm的階梯孔，2-Φ10mm的錐孔。 工序6 鉆Φ6mm的孔和M6mm的螺紋孔。攻M6mm的螺紋。 工序7 锪平Φ25.5mm孔的下端面。 工序8 終檢。 2.3.3工藝方案的比較和分析 上述兩個方案的特點：兩種方案都是以毛坯的側(cè)面和三孔為粗基準，先加工底面，然后以加工后的底面為精基準再加工孔，這樣做滿足零件加工先面后孔的加工要求；方案一，在這種情況下先加工的繁瑣小而雜的孔，最后才加工有嚴格位置度，配合精度的Ф40 mm，Ф30.2 mm，Ф25.5 mm孔；方案二：先加工有嚴格位置度，配合精度的Ф40 mm，Ф30.2 mm，Ф25.5 mm孔，再加工其它細部的孔，兩相比較而言，方案二更能保證35±0.07 mm，63±0.05 mm，以及Ф40 mm，Ф30.2 mm，Ф25.5 mm孔與A面的平行度，更好的減小加工誤差，更能保證位置精度和配合精度。 由以上分析：方案二更為合理、經(jīng)濟的加工工藝路線方案。具體的工藝過程如下表： 表2-1加工工藝過程表 工序號 工 種 工作內(nèi)容 說 明 010 鑄造 金屬型鑄造 鑄件毛坯尺寸： 長： 寬： 高： 孔：、、 020 清砂 除去澆冒口，鋒邊及型砂 030 熱處理 退火 石墨化退火，來消除鑄鐵表層和壁厚較薄的部位可能出現(xiàn)的白口組織（有大量的滲碳體出現(xiàn)），以便于切削加工 040 檢驗 檢驗毛坯 050 銑 粗銑、精銑底平面 工件用專用夾具裝夾；立式銑床 060 粗鏜 粗鏜鏜孔： ，， 工件用專用夾具裝夾；臥式銑鏜床（） 070 半精鏜 半精鏜鏜孔： ，， 工件用專用夾具裝夾；臥式銑鏜床（） 080 精鏜 精鏜鏜孔： 工件用專用夾具裝夾；臥式銑鏜床（） 090 銑 粗銑油槽 100 鉆 將孔、、鉆到直徑 工件用專用夾具裝夾；搖臂鉆床 110 擴孔鉆 將擴孔到要求尺寸 120 锪孔鉆 锪孔、到要求尺寸 130 鉗 去毛刺 140 鉆 鉆孔、 工件用專用夾具裝夾；搖臂鉆床 150 攻絲 攻螺紋 160 鉗 倒角去毛刺 170 檢驗 180 入庫 清洗，涂防銹油 以上工藝過程見附表“機械加工工藝過程綜合卡片”。 2.4機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 2.4.1底平面的偏差及加工余量計算 底平面與孔（，，）的中心線的尺寸為。根據(jù)工序要求，底面加工分粗、精銑加工。各工步余量如下： 粗銑：由參考文獻[2]《機械加工工藝手冊第1卷》表3.2-23。其余量值規(guī)定為，現(xiàn)取。表3.2-27粗銑平面時厚度偏差取。 精銑：由參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.3-59，其余量值規(guī)定為。 鑄造毛坯的基本尺寸為，又根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.3-11,鑄件尺寸公差等級選用CT7，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為由此確定加工底面的工序尺寸及公差如下表： 表2-2加工底面尺寸及公差表 工序名稱 基本尺寸 工序余量 工序公差 工序尺寸及其公差和Ra 鑄造 39 0 1.1 39±0.55 粗銑 36 3 0.16 Ra=6.3 精銑 35 1 0.14 3±0.7 Ra=3.2 2.4.2正視圖上的三孔的偏差及加工余量計算 參照參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.3-59和參考文獻[4]《互換性與技術(shù)測量》表1-8，可以查得： 孔： 粗鏜的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是 半精鏜的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是 孔 粗鏜的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是 半精鏜的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是 孔 粗鏜的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是 半精鏜的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是 精鏜的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是mm 根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.3-11，鑄件尺寸公差等級選用CT7，并查出相應加工工序余量，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差分別為：可得三孔的加工余量及偏差如下： [1].鑄造（CT7 Φ36±0.45）—粗鏜（IT12 Ra6.3 ）—半精鏜（IT9 Ra1.6）--精鏜（IT7 Ra1.6） 表2-3加工孔Φ40尺寸及公差表 工序名稱 基本尺寸 工序余量 工序公差 工序尺寸及 其公差和Ra 鑄造 36 0 0.9 Φ36±0.45 粗鏜 38 2 0.16 Ra=6.3 半精鏜 39.2 1.2 0.062 Ra=3.2 精鏜 40 0.8 0.025 Ra=1.6 [2]. 各工序尺寸及公差的確定 鑄造（CT7 Φ27.2±0.45）—粗鏜（IT12 Ra6.3 ）—半精鏜（IT12 Ra1.6） 表2-4加工孔Φ30.2尺寸及公差表 工序名稱 基本尺寸 工序余量 工序公差 工序尺寸及其公差和Ra 鑄造 27.2 0 0.9 Φ27.2±0.45 粗鏜 29.2 2 0.21 Ra=6.3 半精鏜 30.2 1 0.2 Ra=1.6 [3].各工序尺寸及公差的確定 鑄造（CT7 Φ22.5±0.45）—粗鏜（IT12 Ra6.3 ）—半精鏜（IT12 Ra1.6 ） 表2-5加工孔Φ25.5尺寸及公差表 工序名稱 基本尺寸 工序余量 工序公差 工序尺寸及其公差和Ra 鑄造 22.5 0 0.9 Φ22.5±0.45 粗鏜 24.5 2 0.3 Ra=6.3 半精鏜 25.5 1 0.3 Ra=1.6 2.4.3頂面兩組孔加工余量計算 毛坯為實心，不沖孔。兩孔精度要求為IT12，表面粗糙度要求為。參照參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.3-47，表2.3-48。確定工序尺寸及加工余量為： 第一組：和 加工該組孔的工藝是：鉆——擴——锪 鉆孔： 擴孔： （Z為單邊余量） 锪孔： （Z為單邊余量） 第二組：的錐孔和 加工該組孔的工藝是：鉆——锪——鉸 鉆孔： 锪孔： （Z為單邊余量） 鉸孔： 裝配時按要求鉸孔 2.4.4 鉆深孔Ф6mm及攻螺紋M6mm的加工余量計算 鉆孔：Ф5 mm 2Z=5mm （Z為單邊余量） 攻螺紋：M6mm 2Z=1mm （Z為單邊余量） 鉆孔：Ф6mm 2Z=6mm （Z為單邊余量） 經(jīng)過以上分析計算在確定了加工余量和毛坯公差以后就可以確定出毛坯的尺寸從而可做出毛坯圖參見附圖。 2.5 選擇加工設備及刀具,夾具,量具 由于生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn),故加工設備宜以通用機床為主,輔以少量專用機床.其生產(chǎn)方式以通用機床加專用夾具為主,輔以少量專用機床的流水生產(chǎn)線,工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳送均由人工完成。 2.5.1粗、精銑A面 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結(jié)構(gòu)設計等問題,選擇： 機床：雙立軸圓工作臺銑床, 刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀）YG6 齒數(shù), 夾具：專用夾具， 量具：游標卡尺。 2.5.2鏜三孔 三個孔有一定的平行度公差0.07的要求，并且屬于同一定位基準加工，考慮機床加工精度及加工經(jīng)濟性選擇： 機床：臥式銑鏜床（）， 夾具：專用夾具， 刀具：硬質(zhì)合金鏜刀， 量具：用游標卡尺，塞規(guī)。 2.5.3鉆頂面四孔 鉆頂面四孔（其中包括鉆孔，和擴孔，鉸孔，以及锪孔，） 機床： 刀具：硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆頭。型號：E211和E101 帶導柱直柄平底锪鉆（GB4260-84） 公制/莫式4號錐直柄鉸刀 刀具材料： 夾具：專用夾具。 量具：游標卡尺，塞規(guī)。 2.6 確定切削用量及基本工時 2.6.1工序1: 粗銑,精銑底面 機床：雙立軸圓工作臺銑床 刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀）YG6 齒數(shù) ⑴．粗銑 銑削深度： 每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-73， 取， 銑削速度：參照參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取 機床主軸轉(zhuǎn)速： ， （2-1） 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-36，立式銑床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值取 實際銑削速度： （2-2） 進給量： （2-3） 工作臺每分進給量： ：根據(jù)參考文獻[3]《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： （2-4） 取 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為1 機動時間： （2-5） ⑵．精銑： 銑削深度： 每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取 銑削速度：參照參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-36，立式銑床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值 實際銑削速度：由（2-2）有： 進給量：由（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。 機動時間：由（2-5）有： 2.6.2工序2 粗、半精、精鏜CA6140側(cè)面三杠孔 機床：臥式鏜床 刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料： ⑴．粗鏜孔 切削深度：，毛坯孔徑。 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》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]《機械加工工藝手冊》表2.4-66取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-20，臥式銑鏜床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值，取 實際切削速度，由（2-2）有： 工作臺每分鐘進給量： （2-6） 被切削層長度： 刀具切入長度： （2-7） 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間，由（2-5）有： ⑵．粗鏜孔 切削深度：，毛坯孔徑 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》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]《機械加工工藝手冊》表2.4-66， 取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-20，臥式銑鏜床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值， 取 實際切削速度，由（2-2）有： 工作臺每分鐘進給量，由（2-6）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-7）有： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間，由（2-5）有： ⑶．粗鏜孔 切削深度：，毛坯孔徑。 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》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]《機械加工工藝手冊》表2.4-66，取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-20，臥式銑鏜床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值， 取 實際切削速度，由（2-2）有： 工作臺每分鐘進給量，由（2-6）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-7）有： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間，由（2-5）有： ⑷．半精鏜孔 切削深度：，粗鏜后孔徑 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》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]《機械加工工藝手冊》表2.4-66，?。? 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有 ， 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-20，臥式銑鏜床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值， 取 實際切削速度，由（2-2）有： 工作臺每分鐘進給量，由（2-6）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-7）有： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間，由（2-5）有： ⑸．半精鏜孔 切削深度：，粗鏜后孔徑 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》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]《機械加工工藝手冊》表2.4-66，?。? 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-20，臥式銑鏜床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值， 取 實際切削速度，由（2-2）有： 工作臺每分鐘進給量，由（2-6）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-7）有： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間，由（2-5）有： ⑹．半精鏜孔 切削深度：，粗鏜后孔徑 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》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]《機械加工工藝手冊》表2.4-66，取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 取 實際切削速度，由（2-2）有： 工作臺每分鐘進給量，由（2-6）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-7）有： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間，由（2-5）有： ⑼．精鏜孔 切削深度：，半精鏜后孔徑 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》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]《機械加工工藝手冊》表2.4-66，取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-20，臥式銑鏜床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值， 取 實際切削速度，由（2-2）有： 工作臺每分鐘進給量，由（2-6）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-7）有： 刀具切出長度： 取 行程次數(shù)： 機動時間，由（2-5）有： 2.6.3工序3：鉆頂面四孔 鉆頂面四孔（其中包括鉆孔，和擴孔，鉸孔，以及锪孔，） 機床： 刀具：硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆頭。型號：E211和E101 帶導柱直柄平底锪鉆（GB4260-84） 公制/莫式4號錐直柄鉸刀 刀具材料： ⑴．鉆孔，以及的錐孔 鉆孔時先采取的是鉆到再擴到，所以，另外的兩個錐孔也先鉆到。 切削深度： 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-52，取 切削速度：參照參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-53，取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-12，搖臂鉆床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值，取 實際切削速度，由（2-2）有： 被切削層長度： 刀具切入長度： （2-8） 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為4 機動時間： （2-9） ⑵．擴孔 鉆孔時先采取的是鉆到再擴到，所以， 切削深度： 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-52，取 切削速度：參照參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-53，取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-12，搖臂鉆床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值取 實際切削速度，由（2-2）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-8）有： 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為2 機動時間，由（2-9）有： ⑶．锪孔 切削深度：， 根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表查得：進給量,切削速度；取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 取 實際切削速度，由（2-2）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-8）有： 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為2 機動時間，由（2-5）有： ⑷．锪孔 切削深度：， 根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表查得：進給量,切削速度；取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-12，搖臂鉆床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值， 取 實際切削速度，由（2-2）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-8）有： 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為1 機動時間，由（2-5）有： ⑸．鉸孔 切削深度：， 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-58，取 切削速度：參照參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-60，取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-12，搖臂鉆床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值， 取 實際切削速度，由（2-2）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-8）有： 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為1 機動時間，由（2-9）有： 2.6.4工序4：鉆側(cè)面兩孔 鉆側(cè)面兩孔（其中包括鉆的孔和的螺紋孔） 機床：Z3025 ⑴．鉆 切削深度： 根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表查得：進給量,取為 切削速度， 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 查參考文獻[5]《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-12，搖臂鉆床主軸轉(zhuǎn)速取最接近的轉(zhuǎn)速值， 取 實際切削速度，由式（1.2）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-8）有： 刀具切出長度： 取 加工基本時間，由（2-5）有： ⑵．鉆螺孔 切削深度： 進給量：根據(jù)參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-39，，取 切削速度：參照參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-41，取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 取 實際切削速度，由（2-2）有： 被切削層長度： 刀具切入長度，由（2-8）有： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間，由（2-5）有： [3].攻螺紋孔 機床：組合攻絲機 刀具：高速鋼機動絲錐 進給量：由于其螺距,因此進給量 切削速度：參照參考文獻[3]《機械加工工藝手冊》表2.4-105，取 機床主軸轉(zhuǎn)速，由（2-1）有： ， 取 絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取 實際切削速度，由（2-2）有： 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（2-5）有： 四川理工學院畢業(yè)論文 第三章 鏜孔專用夾具的設計 為了提高勞動生產(chǎn)率,保證加工質(zhì)量,降低勞動強度,在加工CA6140機床后托架零件時需要設計專用夾具。經(jīng)指導老師安排,本次我只設計用鏜床鏜孔Ф40，Ф30.2，Ф25.5的專用夾具。 根據(jù)的圖3—1所示，要求設計鏜孔Ф40，Ф30.2，Ф25.5的專用夾具。根據(jù)工藝規(guī)程,在鏜孔之前底面已經(jīng)過精銑,本工序的要求是：孔與孔之間的位置精度630.05mm，各孔的表面粗糙度1.6μm，并且孔與A表面的平行度公差為0.07，孔Ф30.2，Ф25.5與B表面的平行度公差為0.08。 鏜床夾具通常稱為鏜模。鏜模是一種精密夾具。它主要用來加工箱體類零件上的精密孔系。鏜模和鉆模一樣，是依靠專門的導引元件——鏜套來導引鏜桿，從而保證所鏜的孔具有很高的位置精度。采用鏜模后，鏜孔的精度可不受機床精度的影響。 圖3—1 3.1定位方案的確定 由以上分析可選底面（A面）和左側(cè)面（C面）為定位基準來設計鏜模，孔軸線間的位置公差要求及孔中心與底面的平行度公差均由鏜模位置精度來保證。工件定位用底平面和兩個側(cè)面來限制六個自由度。 3.2定位元件確定 底面精銑后為精基準，平面定位，由于底面分為了兩部分。所以選擇了兩水平定位支承板，限制3個自由度。 左側(cè)面（C面）用兩個固定支承釘，限制兩個自由度。 后側(cè)面（D面）用一個定位銷，限制一個自由度。 3.3 定位誤差分析計算 定位誤差是指由于定位不準而引起的某一工序尺寸或位置要求方面的加工誤差。對夾具設計中的某一定位方案，只有其可能產(chǎn)生的定位誤差小于工件相關(guān)尺寸或位置公差的1/3，或滿足，即可認為該定位方案符合加工精度的要求。對于我設計的夾具來說：該夾具以兩個平面定位，要求保證孔軸線與左側(cè)面間的尺寸公差以及孔軸線與底平面的平行度公差。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)定的工序公差。 分析鏜孔中心線與A面的平行度誤差：由于采用的是底面定位，底面既是工序基準，也是定位基準，故基準不重合誤差為零，底面與支承板之間始終保持接觸，故基準位移誤差也為零，由于使用了鏜模，需要保持A面與待加工孔中線的距離350.07 mm和平面度0.07，以及孔之間的位置度630.05mm都由鏜模制造時候的位置精度確定，而鏜模制造時所允許的公差只是零件公差的1/5～1/3，由此可知本夾具的定位誤差是非常小的，夾具定位方案可行。 3.4夾緊方案及元件確定 為了改善勞動條件和提高生產(chǎn)率，目前在大批量生產(chǎn)中均采用機動夾緊。機動夾緊的力源來自氣動、液壓、氣液聯(lián)動、電磁、真空等動力夾緊裝置。今采用自制V型塊連接液壓夾緊裝置進行夾緊。（參照鏜床夾具總裝圖）。 3.5對刀方案 由于使用鏜模與鉆套，鏜套的作用是確定工件上被加工孔的位置，引導刀具并防止其在加工中發(fā)生偏斜，所以說刀具通過固定好后的鏜套就可以自動找正對刀（參照鏜床夾具總裝圖）。 3.6夾具體分析 為保證夾具在工作臺上安裝穩(wěn)定,應按照夾具體的高度比不大于1.25的原則確定其寬度,而且把底座做成四周邊框接觸機床工作臺，這樣既能加強夾具體的剛度，又能減輕夾具體的質(zhì)量。另外為增強剛性，底座應采用十字形筋條，底座上還應設置找正基面，以便于夾具的制造和裝配。（參照鏜床夾具總裝圖）。 3.7夾緊力的計算 鏜刀材料：（硬質(zhì)合金鏜刀） 刀具的幾何參數(shù)： 由參考文獻[6]《機床夾具設計手冊》查表可得： 圓周切削分力公式： （3-1） 式中 （取最大值） （3-2） 查表得： 取 得 由表可得參數(shù)： 得 即： 同理：徑向切削分力公式 ： （3-3） 式中參數(shù)： n=1.0 即： 軸向切削分力公式 ： （3-4） 式中參數(shù)： n=0.8 得： 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即： （3-5） 安全系數(shù)K可按下式計算 （3-6） 式中：為各種因素的安全系數(shù)，見[6]《機床夾具設計手冊》表可得： 取 取 取 所以： 算出夾緊力后就可以設計液壓系統(tǒng)了！ 3.8液壓系統(tǒng)的設計 設計一套液壓系統(tǒng)來作為夾具的夾緊力。要求設計出的液壓系統(tǒng)能實現(xiàn)“快進―工進―保壓―快退―停止”的工作循環(huán)。在這個過程中需要的快進和快退的速度要盡量快，以減少夾緊時間。而在工進的時候速度要小以減小沖擊力，也不能太小以免增加加緊時間。已知所需的夾緊力最大取為F=4203.86 N，快進、快退的速度，工進的速度0.3 m/min，快進的行程長度15 mm，工進的長度10 mm，快退的行程長度15+10=25 mm，往復運動的加速度、減速度時間不希望超過0.2 s。液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件使用液壓桿。 由參考文獻[6]《機床夾具設計手冊》第一篇機床夾具設計基礎第六章液壓傳動裝置設計及第二篇機床夾具零部件及氣動液壓元件第四章機床夾具用油缸和氣液增壓器等相關(guān)章節(jié)的知識可設計并參考選擇各液壓系統(tǒng)元件。今由于時間和篇幅有限對液壓系統(tǒng)的設計過程部分省略。只對液壓缸的設計過程做詳細的設計計算如下： 3.8.1活塞桿的設計 [1] 活塞桿直徑d的計算 最大夾緊力F=2681.65N。 夾緊力F=P1×A1-P2×（A1-A2）； （3-7） 式中： F —— 夾緊力， N； P1—— 進油口壓力， MPa； P2—— 出油口壓力， MPa； A1—— 活塞無桿腔面積，； A2—— 活塞桿面積， 。 該液壓油缸采用差動缸，則 P1=P2 則 F=P2×A2=8×A2=2681.65N； 式中 P2=8MPa； A2=。 則 。 查《新編非標準設備設計手冊》表29-8-5活塞桿外徑d尺寸系列將活塞桿直徑圓整d取d=25mm。 [2] 活塞桿強度驗算 當活塞桿僅受軸向負荷時，應滿足強度條件： （3-8） 式中 F——活塞桿所受壓縮或拉伸負荷（N）； d——活塞桿直徑（mm）； ——許用應力（MPa），一般取≤0.2。 本設計中活塞桿采用45鋼，查《機械設計手冊》活塞桿MPa。 則 <=0.2×600=120MPa 滿足強度要求。 若活塞桿同時承受彎曲負荷，則應滿足強度條件： （3-9） 式中 M——彎曲力矩（Nm）； 其它符號及單位與上式的相同。 若強度條件不能滿足，則應加大速度比或活塞桿直徑，重新進行驗算，直到滿足要求時為止。此處沒有受到彎曲負荷，所以不用校核。 [3]活塞桿穩(wěn)定性驗算 當液壓缸的長細比l/d>10，且承受壓縮力作用時，還需驗算其壓桿穩(wěn)定性。這時，活塞桿所受負荷F應小于保持壓桿失穩(wěn)的臨界負荷FK即 F≤FK/nK （3-10） 式中 l——液壓缸安裝長度（mm）； FK——活塞桿彎曲失穩(wěn)的臨界負荷（N）； nK——安全系數(shù)，通常取nK=3.5～6。 當活塞桿的長細比用表示時，在的情況下，F(xiàn)k可按下式計算： （3-11） 當，且情況下，F(xiàn)k可按下式計算： （3-12） 式中 ——活塞桿橫截面的回轉(zhuǎn)半徑（mm），； ——柔性系數(shù)，對于鋼取=85； ——由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)； E——活塞桿材料彈性模量（MPa），對于鋼可取E=2.1×MPa； J——活塞桿橫截面慣性矩（），對于實心活塞桿J≈0.05 A——活塞桿橫截面面積（），； f——由材料強度決定的實驗數(shù)值（MPa），對于鋼取f=490MPa； ——實驗常數(shù)，對鋼可取=1/5000。 當活塞桿所受實際壓縮作用力不能滿足公式F≤FK/nK時，應增大活塞桿直徑或縮小液壓缸安裝長度進行重算。 3.8.2缸體內(nèi)徑的計算 缸體內(nèi)徑可分別按下列兩式計算 = （mm） （3-13） = （mm） （3-14） 式中 F1、F2—— 分別為無桿腔與有桿腔的總機械負荷（N）； P—— 供油壓力（MPa）； d—— 活塞桿直徑（mm）。 液壓缸的總機械負荷F1及F2可按下式確定： F=F0/（） （3-15） 式中 F0——活塞所受實際推力或拉力（N）； ——負載率，一般取=0.5～0.7； ——液壓缸的總效率，在沒有回油背壓時取=0.9～0.95，小缸取下限值，大缸取上限值。背壓較大時，可按《新編非標準設備設計手冊》書中公式計算。最后，在求得的兩種值中，選取較大者并按《新編非標準設備設計手冊》表29-8-4圓整為標準尺寸。 則 本設計中液壓缸的內(nèi)徑 解得 =40.208mm。 查《新編非標準設備設計手冊》表29-8-4缸內(nèi)徑尺寸系列，將內(nèi)徑尺寸圓整取 =45mm。 3.8.3 缸體壁厚的計算 采用鋼材、工作平穩(wěn)，p≤16 MPa時，一般可按薄壁圓筒計算壁厚： （mm） （3-16） 式中 ——缸壁厚度（mm）； D——缸體內(nèi)徑（mm）； p——供油壓力（mm）； []——許用壓力（MPa）。 許用應力[]可按下式計算： []=/n （3-17） 式中 ——材料強度極限（MPa）； n——安全系數(shù)。 工作平穩(wěn)時，一般取n=5；當有較大液壓沖擊時，最好按相關(guān)公式計算沖擊壓力或最大緩沖壓力，并以此壓力代替公式 中的p。當沖擊壓力較大又難以準確計算時，應取n=12（對于鑄鐵等脆性材料，應取n=15）。 當壓力較低時，按公式 算出的壁厚度可能很薄，這時應根據(jù)加工工藝的需要適當加厚。 當缸體材料采用鑄鐵或鋁合金時，應在較低壓力下才能采用薄壁圓筒公式計算壁厚。 當>0.16時，缸體材料應盡量采用鋼材（20、35、45或鑄鋼），缸壁厚則應按壁厚圓筒計算： （3-18） 式中 ——缸體外徑 （mm）； 其它代號的含義及單位與公式 相同。 在液壓缸有沖擊負荷的情況下，安全系數(shù)n有時較難確定，必要時可參考液壓設計手冊介紹的標準尺寸來確定壁厚。 本設計中缸體采用的45鋼材料，查《機械設計手冊》缸體的抗拉強度 則 許用強度 則 壓力比 因此計算缸體壁厚 本設計中參照雙向作用地腳式油缸T5024 Ι型取 3.8.4缸蓋壁厚計算 對于用螺栓聯(lián)接的缸蓋或整體缸蓋，可近似地按邊緣固定的圓板來計算強度。缸蓋受油壓時，最大應力發(fā)生在邊緣上，缸蓋的厚度計算公式為： （3-19） 式中 h——缸蓋厚度（mm）； D——缸體內(nèi)徑（mm）； P——供油壓力（MPa）； ——許用壓力（MPa），鍛鋼取=40MPa，鑄鋼可取=30MPa。 本設計中缸蓋材料采用鑄鋼則?。?30MPa； 。取。 3.8.5活塞行程的確定 根據(jù)夾緊實際情況，查《新編非標準設備設計手冊》表29-8-6活塞行程取S=25mm。 3.8.6活塞桿導向長度的確定 對于活塞桿，一般應設置一定長度的導向裝置。對受力較小的短活塞桿，可以直接用缸蓋來導向，對于受力較大的長活塞桿，或?qū)τ谑苡幸欢◤较蜇摵傻幕钊麠U，應設置用灰鑄鐵、球墨鑄鐵或青銅制成的導向套，或采用填充聚四氟乙烯制成的導向環(huán)。導向長度一般取為（0.6～1.5）d （d為活塞桿直徑）。對于較長的單活塞桿液壓缸，為了減少導向套的側(cè)壓力，有時還對導套長度中點至活塞長度中點的距離提出