可持續(xù)夾具及固定裝置的高精度安裝的方法論J. Jamshidi，P.G. maropoulos英國巴斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系摘要在夾具安裝階段，夾具組件的精確測量能力決定其精確性，尤其是對大尺寸的產(chǎn)品和應(yīng)用來說。大量定制一些在設(shè)計(jì)上有多樣性的小批量產(chǎn)品和零部件是十分重要的。產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該與迅速轉(zhuǎn)換理念相互協(xié)調(diào)，對于敏感元器件及組件而言，以犧牲產(chǎn)品質(zhì)量來提高速度是不明智的，例如在航空航天工業(yè)中所看到的那些零部件。提高精確性對于夾具的安裝是很有必要的，為了要盡量少用，這可取決于夾具和夾具定位變化的耐受性預(yù)算。在航空航天工業(yè)中，靈活和可重構(gòu)夾具的概念的發(fā)展及固定裝置是夾具的主要開銷成本。吸引他們的是重構(gòu)夾具的可重用性，可持續(xù)使用是由于那些零部件也能夠被重新應(yīng)用到許多種產(chǎn)品和裝配中去。一直不佳的準(zhǔn)確性和可靠性為這類夾具的缺點(diǎn)，這篇論文主要是研究可持續(xù)夾具主要零部件的精確定位，影響夾具性能的因素在安裝階段會得以審查。本文介紹了一種在靈活夾具中為了最大限度地減少定位和夾緊的不確定性的方法。關(guān)鍵詞:可持續(xù)性夾具；夾具安裝；校準(zhǔn)不確定性；夾具的監(jiān)測；計(jì)量；可重復(fù)使用的夾具1引言質(zhì)量和可靠性等因素早已經(jīng)轉(zhuǎn)換為新零件固有的特征。在他們的產(chǎn)品和服務(wù)范圍內(nèi)，近期市場趨勢已經(jīng)迫使制造業(yè)走向大規(guī)模定制。其次增加新陳品的多樣化設(shè)計(jì)在部件和組件級別上遵循第二次高幅度的變化。有先進(jìn)制造系統(tǒng)和技術(shù)的國家提供了更多的靈活性，能使設(shè)計(jì)師更加自由的發(fā)揮想象。例如在過去幾十年發(fā)展起來的一種新的大體積測量方法，就能測量及公丈的距離。用來檢測大尺寸零件的這些設(shè)備通常是由多個組裝部件所制造出來的。在重組和裝配期間，那些大尺寸產(chǎn)品的制造需要用到專用的夾具和固定裝置，以便于他們的零部件能夠被定位在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)上。對于大批量產(chǎn)品，在計(jì)算機(jī)輔助軟件上就能估算出其主要的花費(fèi)需求，否則，在某些情況下或以其他方式生產(chǎn)的產(chǎn)品成本可能會是非常高的。這個問題與客戶不斷用錢來尋求具有更高價值的市場需求相互矛盾。用一種典型的變化產(chǎn)品可以創(chuàng)建一個更加具有持續(xù)性的商業(yè)，因?yàn)樗軌驖M足相對比較大地市場需求。由支持產(chǎn)品變化的不同形狀的產(chǎn)品而形成的靈活和可重構(gòu)夾具及固定裝置則是應(yīng)對上述挑戰(zhàn)關(guān)鍵的解決方案。靈活夾具的概念已經(jīng)在研究領(lǐng)域存在了幾年 [1]。然而，它們在很大程度上沒有充分利用真正的生產(chǎn)設(shè)施，尤其是大尺寸產(chǎn)品的制造，如航空航天設(shè)備。這是由于關(guān)于它們的初始安裝、校準(zhǔn)困難和可重復(fù)性等挑戰(zhàn)往往超出公差要求。這些夾具和高品質(zhì)關(guān)鍵部件裝置的制造以及大量的集成計(jì)量系統(tǒng)，都可以減少上述限制。本文包括了有關(guān)安裝的計(jì)量問題和靈活的夾具校準(zhǔn)以及檢測服務(wù)。2相關(guān)工作2.1大型零件的制造和裝配通常把要精密制造的機(jī)械零件移動到機(jī)床工作臺是必需的，先進(jìn)行粗加工，然后精對準(zhǔn)和夾緊。在這個階段，一方面是準(zhǔn)備用于加工高精度的關(guān)鍵所在，然而，這對于一些大尺寸或重的零部件并不總是可以實(shí)現(xiàn)的。大型產(chǎn)品是指那些與一些不經(jīng)濟(jì)的可能需要處理或在工廠周圍移動的的組件一起來達(dá)到制造和裝配的目的 [2]。制造業(yè)和這些部件的裝配工藝包括所需機(jī)器和系統(tǒng)的運(yùn)動以及這些部件的位置和方向。這些零部件通常定位在大尺寸夾具及固定裝置上該定位的位置。如果這些部件以小批量生產(chǎn)，在航空航天工業(yè)、高開銷的情況下，每個產(chǎn)品將會出現(xiàn)。在設(shè)計(jì)和制造夾具上，已經(jīng)有了許多嘗試，以便于能夠持有許多種組件的變種。然而，這方法是不可行的，因?yàn)槊舾谢蜿P(guān)鍵的零部件完全是由它們的高精度要求所決定的。與固定的夾具相比較，可調(diào)、可重構(gòu)夾具會產(chǎn)生更低的重復(fù)性。固定夾具有固定的方式，可以通過焊接或鉚接的接頭固定在一起來實(shí)現(xiàn)。這些機(jī)械故障，例如夾具和固定裝置由于疲勞和塑料變形就是一個終止其服務(wù)的主要原因，發(fā)送它們再進(jìn)行回收。小批量制造的需求是目前常見的淘汰不合格夾具，其使用壽命取決于產(chǎn)品的生命周期。換句話說，在制造變種零件停止不久之后，與之有關(guān)聯(lián)的夾具和固定裝置將會變得多余。即使夾具有工作順序，但它們?nèi)匀挥袌髲U并送往循環(huán)再造。這種方法會帶來高負(fù)擔(dān)回收的能耗。在大尺寸零件下的固定夾具和夾具的漂移以及夾具都能影響大尺寸零件組裝的精確性 [5]。對于大尺寸的夾具已經(jīng)開發(fā)出了幾種分析夾具剛性的方法，可用來評估振動的影響因素。在任何情況下更加可持續(xù)生產(chǎn)要通過選擇性方案才能得以實(shí)現(xiàn)。如圖 2.1所示。圖 2.1 典型的大型夾具元件用于制造所延誤的時間是固定夾具的又一重大缺點(diǎn)，這些夾具應(yīng)該在制造前就被訂購，在生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)品上市前還可以創(chuàng)建額外的復(fù)雜性。不管他們的類型，大型夾具有一些共同的元素，包括一個主框架、內(nèi)在的框架，有可能有一個或數(shù)多個可移動的機(jī)制或更小的組件，如鉗、套管、皮卡和可調(diào)螺絲 [表 1]。2.2柔性夾具開發(fā)的柔性夾具的概念增加了其可持續(xù)性、快速轉(zhuǎn)換以及降低了成本?，F(xiàn)在可以使用現(xiàn)成的模塊來設(shè)計(jì)和組裝夾具。根據(jù)規(guī)定，只有極少數(shù)夾具的專用零件需要設(shè)計(jì)和制造。以這種概念看，大多數(shù)散裝部件、附件關(guān)節(jié)都應(yīng)用的很具體。一旦產(chǎn)品設(shè)計(jì)變異完全制造出來，然后就可以拆卸上述組件和重組成一種新的元件來與未來的設(shè)計(jì)變異相匹配。因?yàn)榻M裝和組件范圍上的設(shè)計(jì)都相當(dāng)接近，所以這種方法是最能降低夾具成本的。根據(jù)組件的變化水平和工作類型的需求，每一個不同比例的柔性夾具都需要被重新安排。為了增加使用這種類型夾具的效益，這個問題在設(shè)計(jì)階段考慮是十分重要的。例如，在可能的情況下，皮卡車的位置和三維定位夾具上的組件的不同變種，甚至完全不同的部分應(yīng)該是在靠近增加兼容性和夾具子系統(tǒng)間變性。夾具關(guān)鍵部件的收集在短期內(nèi)能保證所需夾具的可用性。另外，這些夾具的存儲需要很少空間，因?yàn)椴鸪心K是可能的，通常以腳手架的形式并把它們彼此放在一起。目前在一些汽車公司應(yīng)用到柔性夾具，因?yàn)樗鼈兊木鹊燃壥亲銐驖M足的。大尺寸制造的夾具設(shè)施盡管沒有許多柔性夾具那樣操作靈活，比如航空航天設(shè)備。準(zhǔn)確性和定位銷的不確定性、夾具的可重復(fù)性以及夾具結(jié)構(gòu)的漂移都出現(xiàn)這樣一個事實(shí)，這些夾具在發(fā)電和航空航天等工業(yè)不能滿足公差要求。一旦它們的精度問題得以解決，這些夾具在上述的工業(yè)中將會有很高的利用價值。圖 2.2 夾具與汽車行業(yè)中的可重構(gòu)組件大量的體積計(jì)量系統(tǒng)和技術(shù)一直有許多新的發(fā)展。依靠計(jì)量系統(tǒng)和技術(shù)的現(xiàn)代激光技術(shù)現(xiàn)在就能夠測量一些可接受精度的大尺寸產(chǎn)品甚至到幾公丈的產(chǎn)品。在安裝和初期安裝調(diào)試期間，這些系統(tǒng)能夠用來精確定位一些夾具的關(guān)鍵部件。夾具的安裝通常開始形成機(jī)架或主要框架，然后是那些大的部件和像皮卡和夾具那樣逐漸更小的零部件。計(jì)量系統(tǒng)能夠用于柔性夾具的主要框架和其內(nèi)部框架的安裝，從而來保證每個零部件彼此之間的準(zhǔn)確定位。表 1顯示了這些大規(guī)模的測量系統(tǒng)數(shù)。跟蹤系統(tǒng)能夠測量基準(zhǔn)點(diǎn)，它是實(shí)現(xiàn)這一目的的最合適的測量系統(tǒng)。一起跟蹤球式反射鏡在三維空間內(nèi)都可以認(rèn)準(zhǔn)所要記錄的位置。球式反射鏡可以直接練習(xí)目標(biāo)對象來提供幾何位置信息或可以在機(jī)械重復(fù)的球式反射鏡下應(yīng)用，從這個角度用激光來跟蹤目標(biāo)或短期目標(biāo)。像一些其他測量儀器的激光跟蹤有時候不確定，在夾具的安裝過程中需要做以說明。此外，激光跟蹤和目標(biāo)點(diǎn)之間的光線問題還應(yīng)該考慮到。如果必要的話，多個跟蹤職位都可以使用，在實(shí)際測量活動中，其結(jié)果必然是伴隨著一個不確定的說明。經(jīng)過測量，這些給定的分散的特征值是合理的，這個問題與一些夾具或夾具的安裝及以后的審核都是一樣的。這些知識闡明了一個給定的定位夾具的能力和裝配任務(wù)。換句話說，它表示在其相關(guān)流程中一套夾具是否能夠滿足公差要求。2.3夾具理論比較為了用于多種生產(chǎn)裝置和組裝應(yīng)用，在不同的公司也有大量不同形狀和設(shè)計(jì)的夾具。這些夾具中的某一些的形式都是標(biāo)準(zhǔn)形式，然而另一些是經(jīng)過專門設(shè)計(jì)和制造的特殊零部件。后者可以說是建立在產(chǎn)品的復(fù)雜性和大規(guī)模的基礎(chǔ)上的，所以可能會是非常昂貴的 [9]。無論成本和目的如何，制造和組裝過程都可以完成，要么不使用夾具，要么用固定幀夾具或用可重構(gòu)或柔性夾具。表 2對它們的典型應(yīng)用的這些方法做出了比較。固定框夾具通常用于重型應(yīng)用上，它們更適合于應(yīng)用在能夠減輕花費(fèi)開銷的大量產(chǎn)品上。對于制造業(yè)和大型組裝及復(fù)雜產(chǎn)品來說，柔性夾具的應(yīng)用有很多好處。特別是在研究和發(fā)展工作中，以及低容量產(chǎn)品的情況下，制造柔性夾具和夾具可能會是非常有益的。除了在時間和金錢上使利益均衡外，柔性夾具還會有一個更加靈活的設(shè)計(jì)思路。由于在夾具的制造和裝配過程中，會直接和經(jīng)常改變夾具的拓?fù)涑杀?。與傳統(tǒng)夾具相比較，這種類型的柔性夾具的可重用性和可重構(gòu)性是一個主要的優(yōu)點(diǎn)。這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)樗诰G色制造方面符合行業(yè)的發(fā)展方向，通過回收使用系統(tǒng)的組成部件，為相關(guān)項(xiàng)目的工裝費(fèi)用降低了項(xiàng)目成本。表 2.1 用于驗(yàn)證夾具大量的例子、便攜式測量儀器儀器 輔助部件測量類型接觸式 非接觸式圖像賽立信探頭 是激光跟蹤儀T型探頭 是激光雷達(dá) 球形目標(biāo) 是目標(biāo) 是攝影光投影 是基于激光掃描頭 是關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)測量機(jī)接觸探頭 是2.4 柔性夾具的安裝本節(jié)中描述的夾具在安裝過程中需要考慮一些問題。夾具元件安裝在合適位置可以說是一種挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng)定位公差比較小時，柔性夾具也應(yīng)當(dāng)被監(jiān)測以便于開發(fā)和與傳統(tǒng)夾具相比較它們的剛性。給出了一個通用的描述階段根據(jù)初步夾具安裝在仿真軟件環(huán)境和利用一些尺寸為 5m×4m×3m的大尺寸夾具的實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果來測量指令階段。這是不論這個夾具是否是第一次安裝在夾具中還是對已經(jīng)存在的夾具只做外形上的更換，其都是為了定位不同的零部件。根據(jù)其復(fù)雜性，一種典型的大尺寸夾具具有三至五個結(jié)構(gòu)。通常除了有一個主框架之外，在每一個級別的基本水平，也可以由一個或多個結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)用來作為參考以便于作為夾具基準(zhǔn)來定位。在一個自動化固定的平臺上，機(jī)器系統(tǒng)會進(jìn)行多項(xiàng)任務(wù)，比如定位、加工和進(jìn)行裝配。因此機(jī)器人的工作基準(zhǔn)與夾具的工作框架相聯(lián)系。仔細(xì)考慮夾具的綜合數(shù)據(jù)，會確保后續(xù)安裝達(dá)到預(yù)期的公差要求。2.4.1 測試輔助柔性夾具的安裝柔性夾具的安裝在第一次進(jìn)行模擬仿真時有幾個安裝階段。使用模擬演習(xí)，在這個工程中可以減少一些潛在的錯誤和返工。測量輔助安裝過程是類似的跟蹤對象位置的過程，是常見的大尺寸組件用到的。夾具的組件先用這種方法使其大致位置公差在 1mm以內(nèi)，然后當(dāng)所有的夾具組件被放到所設(shè)計(jì)的位置時，在 0.1mm至 0.15mm公差內(nèi)，它們可以使用適當(dāng)?shù)呐ぞ厥站o。典型的計(jì)量協(xié)助柔性夾具安裝階段如下：在出廠時設(shè)置初試參考結(jié)構(gòu)；測量初始參照系；安裝基地或其位置的主框架；安裝脫機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)；安裝控股和定位；在內(nèi)框和主框架位置安裝鉗、套管和皮卡。底座上安裝內(nèi)框；重點(diǎn)定位元件的精細(xì)調(diào)整和緊固；核查參照系和夾具；對于夾具關(guān)鍵位置的服務(wù)監(jiān)測。這些階段是從無到有夾具的完整安裝。更不用說，在設(shè)計(jì)變化略有變化的情況下，一些下面的操作將被忽略。表 2.2 不同夾具理念之間簡明的比較典型特征 固定框架 柔性夾具 夾具應(yīng)用 大批量產(chǎn)品 小批量產(chǎn)品 樣機(jī)唯一性 可重復(fù)性 可重構(gòu)性 成本效益耐用性 非常高 高 低優(yōu)點(diǎn)剛度 非常高 剛性不確定 低重量 重 中 低可移植性 不可移植 難以在每一個安裝中定位難以進(jìn)行成本 非常高 中等 低缺點(diǎn)生產(chǎn)時間 長 中等 短2.4.2 柔性夾具的安裝柔性夾具安裝過程中采取了以下階段：安裝夾具的主框架；移動單元和子系統(tǒng)組裝；夾具內(nèi)框架在夾具裝配中的安裝；皮卡和夾具的裝配。主框架通常是夾具的骨干。因此，它一般不會改變外形，和內(nèi)框架及較小的元素如襯套、皮卡和夾具一樣具有規(guī)律性。慎重考慮制造過程可以減少夾具元件較大元素的重新排列，也會更進(jìn)一步節(jié)約時間和成本。圖 3顯示了三組不同活動小組對于柔性夾具的安裝過程。在這個過程中，假定夾具的標(biāo)準(zhǔn)件是從可供選擇的現(xiàn)成的部件和組件中選出來的，然后提前在大量的物理安裝測試和調(diào)試時以降低測量不確定度來進(jìn)行一次夾具安裝。一旦達(dá)到可接受水平的不確定性的物理安裝才能進(jìn)行。圖 2.3 柔性夾具的測量輔助安裝程序在夾具安裝過程中，它可能需要用到多個測量系統(tǒng)或用到包括一套完整夾具安裝關(guān)鍵點(diǎn)的測量系統(tǒng)。這應(yīng)該包括在夾具維修期間放在工廠的地板和墻壁上的穩(wěn)定性及漂移檢查的目標(biāo)參考點(diǎn)。在夾具上定位的關(guān)鍵點(diǎn)、測量儀器的不確定性應(yīng)該予以考慮。作為一個經(jīng)驗(yàn)法則，每個夾具關(guān)鍵位置的定位的準(zhǔn)確性應(yīng)該是在 10倍，甚至比所需的耐受性更好。換句話說，如果組件公差指定至 0.1mm，則夾具定位精度至少應(yīng)為0.01mm。柔性夾具安裝的最佳做法如下：一個工廠的墻壁和地板上的初始參考點(diǎn)的位置是首選，以減少測量的不確定性；應(yīng)驗(yàn)證該儀器所在位置上經(jīng)常使用初始參考點(diǎn)的基地；在每個夾具的大節(jié)上，為更好地具有跟蹤和可重復(fù)性，可以附加多個球式反射跟蹤系統(tǒng)；夾具大型組件有關(guān)于彎曲或扭曲的測量應(yīng)集中在角梁的中央部分，以減少定位誤差；內(nèi)框架參考點(diǎn)應(yīng)選擇盡可能遠(yuǎn)的創(chuàng)建框的坐標(biāo)系統(tǒng)。這可能會導(dǎo)致在內(nèi)框坐標(biāo)系時的較小的不確定性。3.不確定性由于評估的結(jié)果旨在對于所描述物體真正價值范圍內(nèi)的評估定位，則不確定性被定義為膠 [8]。這里的不確定性來自兩方面的審查，首先是與測量過程中有關(guān)的，其次是與夾具定位的不確定性有關(guān)。測量不確定性的一些因素，如灰塵、重力、溫度、氣壓、濕度、測量儀器和相關(guān)軟件中的系統(tǒng)誤差、操作人員的技能、接觸探針或球式反射跟蹤儀?；谀z [8]的定義，測量結(jié)果應(yīng)伴隨著它的不確定性說明，這些錯誤詳細(xì)來源的討論超出了本文的范圍。已經(jīng)有多項(xiàng)研究來建立真正的不確定性的一些測量儀器 [10、11] 。夾具關(guān)鍵點(diǎn)的測量結(jié)果應(yīng)該包括相關(guān)的置信水平。除了最初的不確定性上升的測量儀器，夾具的不確定性還有其他方面的影響。夾具框架方面的應(yīng)用由于產(chǎn)品重量以及制造工藝過程在夾具框架中能創(chuàng)建一些彈性變形。夾具有了集成化、自動化和移動部分，是這個問題變得更加復(fù)雜。仔細(xì)考慮夾具設(shè)計(jì)階段不確定性的來源可以在一個給定的情況下減少過度使用公差預(yù)算的風(fēng)險。夾具的精度和夾具的成本之間有著直接的關(guān)系。然而，整體的成本也應(yīng)該被考慮在內(nèi)。高數(shù)額的零部件有更長的使用壽命。換句話說，質(zhì)量特征接近平均值是，在使用過程中會很少失效。朝六個方向靠近在安裝時是很必要的，然后是在高精度夾具和敏感部位上的可重構(gòu)、柔性夾具及夾具的監(jiān)測。4.討論柔性夾具適用于組裝和在加工部分有不同的設(shè)計(jì)和幾何參數(shù)。尤其是當(dāng)這些部件之間的設(shè)計(jì)變化小時，這種類型的夾具被證明是具有成本效益和快速的解決方案，這是因?yàn)樗赡軙ㄟ^夾具重新配置到一個新的產(chǎn)品或組件的變種上。然而，當(dāng)所需的零件盒裝配的設(shè)計(jì)完全不同時，可能需要不同尺寸夾具組件的完整地重排，因此，在設(shè)計(jì)一個新的零件和重組夾具的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時應(yīng)該考慮到要便于減少夾具的安裝和重新配置的時間以及成本，并最大限度的重用現(xiàn)在的組件在當(dāng)前的裝配中。一個柔性夾具有許多種裝配方式，是由于其靈活性。在正確的安裝順序下選擇合適的組件，可以最大限度的節(jié)約成本和時間。本次選擇的過程中應(yīng)該對未來產(chǎn)品的夾具的潛在的重用予以考慮。在產(chǎn)品不斷變化的情況下，計(jì)劃和設(shè)計(jì)夾具框架是很重要的。使用定制的夾具、緊固件、軸套和其他夾具元件都是降低成本的關(guān)鍵問題。仿真軟件和工具的廣泛使用，可以減少返工和浪費(fèi)夾具材料相關(guān)的成本。例如測量儀器，其目標(biāo)點(diǎn)之間的視線檢查就會使用這些軟件來輔助。圖 4顯示了柔性夾具安裝在測量仿真軟件中的第一個階段。由于夾具正在興建的模擬的效益越來越明顯，因此它可以突出儀器與目標(biāo)測量點(diǎn)的水平視線的問題和不確定性。由于關(guān)于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形，則可以提前在仿真中分析以及在購買夾具元件方面的財(cái)政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因?yàn)樗鼈兡芴崆胺治龀鰥A具的長處和弱點(diǎn)，揭示其物理設(shè)置。選擇合適的測量儀器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計(jì)量。一個連貫的計(jì)量系統(tǒng)，其測量結(jié)果的不確定性能夠決定夾具的不確定性，也暴露了夾具和是否符合一個給定的公差范圍內(nèi)所需任務(wù)的能力。圖 4.1 測量輔助夾具安裝的模擬過程由于關(guān)于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形，則可以提前在仿真中分析以及在購買夾具元件方面的財(cái)政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因?yàn)樗鼈兡芴崆胺治龀鰥A具的長處和弱點(diǎn)，揭示其物理設(shè)置。選擇合適的測量儀器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計(jì)量。一個連貫的計(jì)量系統(tǒng)，其測量結(jié)果的不確定性能夠決定夾具的不確定性，也暴露了夾具和是否符合一個給定的公差范圍內(nèi)所需任務(wù)的能力?？偨Y(jié)零件和裝配體應(yīng)該以盡量減少夾具成本的方式來設(shè)計(jì)，以滿足使用標(biāo)準(zhǔn)組件。如果在夾具更新至下一產(chǎn)品時提前思考，則其速度和成本可能會增加。在夾具和固定裝置的設(shè)計(jì)上有強(qiáng)大的總成本、碳足跡及其可持續(xù)性。它往往要求生產(chǎn)出只有極少數(shù)的典型設(shè)計(jì)或產(chǎn)品，子系統(tǒng)或組件，以滿足產(chǎn)品的變化和客戶的需求。對于大型產(chǎn)品的幾何尺寸超出幾米夾具的可能會造成重大的開銷。此外，一旦所需的零部件倍制造出來，這些夾具則會變得多余。常規(guī)回收多余夾具是不經(jīng)濟(jì)的。因此，找到增加夾具的靈活性才是所需求的方法。柔性夾具和夾具的概念已存于二十余年。然而它們的潛能還沒有真正發(fā)揮，是由于其精度可可重復(fù)性的不確定性。高精度計(jì)量系統(tǒng)現(xiàn)在能夠用來對夾具進(jìn)行初始安裝和服務(wù)。然后使用該系統(tǒng)有可能重新設(shè)定夾具元素使其精確到一個新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以便于定位不同幾何位置的組件，允許幾次使用夾具。本文提出了一種對于大規(guī)模柔性夾具及夾具初始定位和安裝的通用的算法。計(jì)量輔助夾具安裝的新概念被證明對復(fù)雜的設(shè)置和夾具的安裝是有益的。當(dāng)完全裝配好時，夾具的穩(wěn)定性可以通過慎重考慮和選擇夾具幾何位置上的關(guān)鍵點(diǎn)來予以保證。這種方法將應(yīng)用于大尺寸元件和產(chǎn)品的制造以及裝配件，尤其是應(yīng)用于航空航天和發(fā)電工業(yè)中。CA6140 車床拔叉加工工藝及夾具設(shè)計(jì)工工藝及夾具設(shè)計(jì)任務(wù)說明書學(xué) 院： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： CA6140 車床拔叉加工工藝及夾具設(shè)計(jì)1目 錄1 緒論 .31.1 課題背景 .31.2 夾具的發(fā)展史 .31.3 小結(jié) .42 撥叉的加工工藝規(guī) 程設(shè)計(jì) .52.1 零件的分析 .52.1.1 零件的作用 52.1.2 零件的工藝分析 52.2 確定生產(chǎn)類型 .52.3 確定毛坯 .52.3.1 確定毛坯種類 52.3.2 確定鑄件加工余量及形狀 52.3.3 繪制鑄件零件圖 62.4 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) .62.4.1 選擇定位基準(zhǔn) 62.4.2 制定工藝路線 62.4.3 選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備 82.4.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定 82.5 確定切削用量及基本工時 .102.5.1 工序 1：粗銑 Φ25H7 的兩側(cè)面 102.5.3 工序 3：鉆 Φ25H7 的通孔 112.5.4 工序 4：擴(kuò) Φ25H7 的通孔 132.5.5 工序 5：鉸 Φ25H7 的通孔 142.5.6 工序 6：粗銑 a、b 面 142.5.7 工序 7：粗銑 Φ60H12 孔的兩面 162.5.8 工序 8：精銑 Φ60H12 孔的兩面 162.5.9 工序 9：粗鏜下端 Φ60H12 的孔 172.5.10 工序 10：半精鏜下端孔到 Φ60H12 .182.5.11 工序 11：粗銑 16H11 的槽 182.5.12 工序 12：半精銑 16H11 的槽 192.5.13 工序 13：鉆 Φ20.50 的孔 202.5.14 工序 14：攻 M22×1.5 的螺紋 212.5.15 工序 15：銑開 Φ60H12 的孔 222.6 本章小結(jié) .233 專用夾具 設(shè)計(jì) .243.1 鉆孔 夾具設(shè)計(jì) .243.1.1 問題的提出 243.1.2 夾具的設(shè)計(jì) 243.2 本章小結(jié) .29結(jié)論 .30參 考 文 獻(xiàn) .3101 緒論1.1 課題背景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新材料、新工藝和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，機(jī)械制造工藝正向著高質(zhì)量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。各種新工藝的出現(xiàn)，已突破傳統(tǒng)的依靠機(jī)械能、切削力進(jìn)行切削加工的范疇，可以加工各種難加工材料、復(fù)雜的型面和某些具有特殊要求的零件。數(shù)控機(jī)床的問世，提高了更新頻率的小批量零件和形狀復(fù)雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度。特別是計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，極大地推動了機(jī)械加工工藝的進(jìn)步，使工藝過程的自動化達(dá)到了一個新的階段。“工欲善其事，必先利其器。 ”工具是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志。自 20 世紀(jì)末期以來，現(xiàn)代制造技術(shù)與機(jī)械制造工藝自動化都有了長足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機(jī)床夾具對零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此，無論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備。1.2 夾具的發(fā)展史夾具在其發(fā)展的 200 多年歷史中，大致經(jīng)歷了三個階段：第一階段，夾具在工件加工、制造的各工序中作為基本的夾持裝置，發(fā)揮著夾固工件的最基本功用。隨著軍工生產(chǎn)及內(nèi)燃機(jī)，汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，夾具逐漸在規(guī)模生產(chǎn)中發(fā)揮出其高效率及穩(wěn)定加工質(zhì)量的優(yōu)越性，各類定位、夾緊裝置的結(jié)構(gòu)也日趨完善，夾具逐步發(fā)展成為機(jī)床—工件—工藝裝備工藝系統(tǒng)中相當(dāng)重要的組成部分。這是夾具發(fā)展的第二階段。這一階段，夾具發(fā)展的主要特點(diǎn)是高效率。在現(xiàn)代化生產(chǎn)的今天，各類高效率，自動化夾具在高效，高精度及適應(yīng)性方面，已有了相當(dāng)大的提高。隨著電子技術(shù)，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代夾具的自動化和高適應(yīng)性，已經(jīng)使夾具與機(jī)床逐漸融為一體，使得中，小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)效率逐步趨近于專業(yè)化的大批量生產(chǎn)的水平。這是夾具發(fā)展的第三個階段，這一階段，夾具的主要特點(diǎn)是高精度，高適應(yīng)性。可以預(yù)見，夾具在不一個階段的主要發(fā)展趨勢將是逐步提高智能化水平。11.3 小結(jié)一項(xiàng)優(yōu)秀的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，往往可以使得生產(chǎn)效率大幅度提高，并使產(chǎn)品的加工質(zhì)量得到極大地穩(wěn)定。尤其是那些外形輪廓結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的，不規(guī)則的拔叉類，桿類工件，幾乎各道工序都離不開專門設(shè)計(jì)的高效率夾具。目前，中等生產(chǎn)規(guī)模的機(jī)械加工生產(chǎn)企業(yè)，其夾具的設(shè)計(jì)，制造工作量，占新產(chǎn)品工藝準(zhǔn)備工作量的50%—80%。生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，對夾具的選擇和設(shè)計(jì)工作的重視程度，絲毫也不壓于對機(jī)床設(shè)備及各類工藝參數(shù)的慎重選擇。夾具的設(shè)計(jì)，制造和生產(chǎn)過程中對夾具的正確使用，維護(hù)和調(diào)整，對產(chǎn)品生產(chǎn)的優(yōu)劣起著舉足輕重的作用。22 撥叉的加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用本課題所給的零件是 CA6140 車床的撥叉。它位于車床變速機(jī)構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。2.1.2 零件的工藝分析零件的材料為 HT200，灰鑄鐵屬于脆性材料，故不能鍛造和沖壓。但灰鑄鐵的鑄造性能和切削加工性能優(yōu)良。以下是撥叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：(1) 中心圓孔 Ф 。0.215?(2) 的螺紋孔垂直于中心孔，其中心與右面的距離為 。2.M? 0.34?(3) 鍵槽 與中心孔有 0.08 的垂直度，深為 。016 0.158?(4) 半孔 與中心孔有 的位置關(guān)系，其寬為 與中心孔有 0.1 的.3??0.127?? 0.5162垂直度。由上面分析可知，可以先加工撥叉中心孔，然后以此作為基準(zhǔn)采用專用夾具進(jìn)行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，并且此撥叉零件沒有復(fù)雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。2.2 確定生產(chǎn)類型已知此撥叉零件的生產(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(yīng)當(dāng)集中；加工設(shè)備以通用設(shè)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?？紤]零件在機(jī)床運(yùn)行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)不是太復(fù)雜，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故選擇金屬型鑄造毛坯。2.3.2 確定鑄件加工余量及形狀查《機(jī)械零件切削加工工藝與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊》125 頁表 1-4-7，選用各個加工面的鑄件機(jī)械加工余量均為 3mm。32.3.3 繪制鑄件零件圖圖 2.1 零件毛坯圖2.4 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)2.4.1 選擇定位基準(zhǔn)①粗基準(zhǔn)的選擇以零件的下端孔為主要的定位粗基準(zhǔn)，以較大面 a 面為輔助粗基準(zhǔn)。②精基準(zhǔn)的選擇考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以加工后的通孔為主要的定位精基準(zhǔn)，以下端孔為輔助的定位精基準(zhǔn)。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(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用各種機(jī)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(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便4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：表 2.1 工藝路線方案一工序號 工序內(nèi)容工序一 鉆、擴(kuò)、鉸 Φ25H7 的通孔工序二 粗銑 a、b 面，使粗糙度達(dá)到 6.3，a 面到 Φ25H7 的孔中心距為 ，b0.34?面到 Φ25H7 的中心距為 36工序三 粗銑、半精銑 16H11 的槽工序四 粗銑下端圓孔的兩側(cè)面，使兩面之間的距離為 12d11工序五 ①粗鏜下端圓孔的內(nèi)孔到 Φ59②半精鏜此孔到 Φ60H12工序六 銑開下端圓孔工序七 鉆 Φ20.50 的孔，垂直于 Φ25H7 的通孔工序八 攻 M22×1.5 的螺紋工序九 鉗工打毛刺工序十 檢驗(yàn)表 2.2 工藝路線方案二工序號 工序內(nèi)容工序一 粗銑 Φ25H7 的兩側(cè)面，使兩面間距為 80 工序二 粗銑平下端孔側(cè)面的工藝凸臺工序三 鉆 Φ25H7 的通孔工序四 擴(kuò) Φ25H7 的通孔工序五 鉸 Φ25H7 的通孔工序六 粗銑 a、b 面，使粗糙度達(dá)到 6.3，a 面到 Φ25H7 的孔中心距為 ，b0.34?面到 Φ25H7 的中心距為 36工序七 粗銑 Φ60H12 孔的兩面，使兩面的間距為 14工序八 精銑 Φ60H12 孔的兩面，使兩面的間距為 12d11，粗糙度 3.2工序九 粗鏜下端孔工序十 半精鏜下端孔到 Φ60H12，粗糙度達(dá)到 3.2工序十一 粗銑 16H11 的槽5續(xù)表 2.2工序十二 半精銑 16H11 的槽工序十三 鉆 Φ20.50 的孔，垂直于 Φ25H7 的通孔工序十四 攻 的螺紋21.5M?工序十五 銑開 Φ60H12 的孔工序十六 鉗工打毛刺工序十七 檢驗(yàn)工藝立方案的比較與分析：上述兩個工藝方案的特點(diǎn)在于：方案二是加工工序分散，適合流水線生產(chǎn)，縮短裝換刀具的時間。加工完前次的又可成為下次加工的基準(zhǔn)，這樣使工序非常清晰易提高加工精度，是對大批量生產(chǎn)是很合適的。方案一把工件加工工序分得很紊亂并且很集中，基準(zhǔn)得不到保證，加工出來的精度低，不符合現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求。兩種方案的裝夾比較多，但是考慮到加工零件的方便性，及加工精度，且還是大批生產(chǎn)，所以采用方案二比較合適。2.4.3 選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備①機(jī)床的選擇工序 1、7、8、11、12、15 采用 X6022 型臥式銑床工序 2、6 采用 X5028 立式銑床工序 3、4、5、13、14 采用 Z535 立式鉆床工序 9、10 采用 T618 臥式鏜床②選擇夾具該撥叉的生產(chǎn)綱領(lǐng)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。在鉸孔，由于精度不高，可采用硬質(zhì)合金鉸刀。257H?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(jìn)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。2.4.4 機(jī)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：6表 2.3 各加工工序的加工余量及達(dá)到的尺寸、經(jīng)濟(jì)度、粗糙度工序余量工序號工序內(nèi)容加工余量經(jīng)濟(jì)精度工序尺寸表面粗糙度 最小 最大1粗銑 Φ25H7 的兩側(cè)面3 IT11 80 6.3 -0.1 0.12粗銑平下端孔側(cè)面的工藝凸臺3 IT11 0 6.3 -0.1 0.13 鉆 Φ25H7 通孔 IT12 2?6.3 -1 14 擴(kuò) Φ25H7 通孔 2.0 IT12 0.547?3.2 -0.05 0.055 鉸 Φ25H7 通孔 0.2 IT8 0.21?1.6 -0.006 0.006粗銑 a面(距中0.34?心孔)6粗銑a、b面 粗銑 b面3 IT1236(距中心孔)6.3 -0.1 0.17粗銑 Φ60H12 孔的兩面2 IT11 130.5?6.3 -0.1 0.18精銑 Φ60H12 孔的兩面1 IT9 0.5162?3.2 -0.05 0.059 粗鏜下端孔 2.5 IT13 0.3597??6.3 -0.2 0.210 半精鏜下端孔 0.5 IT11 0.36?3.2 -0.02 0.027續(xù)表 2.311 粗銑 16H11 的槽 IT11 140.5?6.3 -0.1 0.112 半精銑 16H11 的槽 1 IT10 0.16?3.2 -0.02 0.0213 鉆 Φ20.50 的孔 IT13 2.5??6.3 -1 114 攻 的21.5M?螺紋15 銑開 Φ60H12 的孔 4 IT13 6.3 -0.05 0.052.5 確定切削用量及基本工時2.5.1 工序 1：粗銑 Φ25H7 的兩側(cè)面機(jī)床：X6022 型臥式銑床刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為 80)，材料： ， ，齒數(shù)15YT20Dm?，為粗齒銑刀。20Z?因其單邊余量：Z=3mm所以銑削深度 ：pa3m?每齒進(jìn)給量 ：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3] 表 2.4-73，取 銑削速度 ：f 0.15/faZ?V參照參考文獻(xiàn)[3] 表 2.4-81，取 2.54/Vs機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ：n，10.60.8/in314Vnrd????按照參考文獻(xiàn)[3]表 3.1-74 245mn?實(shí)際銑削速度 ： v3.12.56/00ds???進(jìn)給量 ： fV.524/1./ffaZn?工作臺每分進(jìn)給量 ： m.73infVs?：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表 2.4-81,?a ma60?切削工時被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知 ， l 42l8刀具切入長度 ：1l210.5()(1~3lDa????20.5(06)(1~37.6m????刀具切出長度 ：取lm走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：jt247.62.in35jf?查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-45 工步輔助時間為：1.23min2.5.2 工序 2：粗銑平下端孔側(cè)面的工藝凸臺機(jī)床：X5028刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)mdw40?14?Z①粗銑 a 面銑削深度 :3pm?每齒進(jìn)給量 ：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表 2.4-73，取f 0.5/fam銑削速度 ：參照《機(jī)械加工工藝手冊》表 2.4-81，取V 6/Vs?機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ： ，取n0160287/in3.4Vrd???3inr實(shí)際銑削速度 ：? ./160nms?進(jìn)給量 ：fV0.543/1.5/ffaZ??工作臺每分進(jìn)給量 ：m.3infVs?：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表 2.4-81,?a a240?被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知l 6lm刀具切入長度 ：1D)~1((5.02????刀具切出長度 ：取2l走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：jt12640.95in3jmlf??查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-45 工步輔助時間為：1.52min2.5.3 工序 3：鉆 Φ25H7 的通孔工件材料為 HT200 鐵，硬度 200HBS?？椎闹睆綖?25mm，公差為 H7，表面粗糙度 。加工機(jī)床為 Z535 立式鉆床。鉆頭為 ?22mm 標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆，1.6aR?磨出雙錐和修磨橫刃。確定鉆削用量9①確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，表 28-10 可查出 ，f 0.47~.5/fmr?表查 Z535 立式鉆床說明書，取 。0.43/fmr?根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表 28-8，鉆頭強(qiáng)度所允許是進(jìn)給量 。由于機(jī)床'1./fr?進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的軸向力 （由機(jī)床說明書查出） ，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，max1569FN表 28-9，允許的進(jìn)給量 ?！?8/fr?由于所選進(jìn)給量 遠(yuǎn)小于 及 ，故所選 可用。'“ff②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(xiàn)[2]，v mP表 28-15，由插入法得，17/inm?表 4732N?表，5.69TNM?表 1.5mPkW表由于實(shí)際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應(yīng)對所的結(jié)論進(jìn)行修正。根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，由表 28-3， ， ，故0.8v.75lv?'17/in0.871.2(/in)v???表 ''0 6n rdm?表查 Z535 機(jī)床說明書，取 。實(shí)際切削速度為95/i021n4/mi10nv???由參考文獻(xiàn)[2]，表 28-5， ，故.06MFTk473.65()FN?5.94.8Tm???③校驗(yàn)機(jī)床功率 切削功率 為mP'/)MPnk表（1.2(5/26)1.05WkW??機(jī)床有效功率 ' 4.0.83E mkkP???故選擇的鉆削用量可用。即， ， ，02dm?./fr195/inr?14/inv?相應(yīng)地， ，516FN54.8T?.0mPkW切削工時 被切削層長度 ：l7?刀具切入長度 ：11012(1~)107.42rDlctgkctgm??????刀具切出長度 ： 取l42l32走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：2jt78.1.08in0395jLnf????查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-41 工步輔助時間為：1.76min2.5.4 工序 4：擴(kuò) Φ25H7 的通孔加工機(jī)床為 Z535 立式鉆床。擴(kuò)孔鉆為 ?24.7mm 標(biāo)準(zhǔn)高速鋼擴(kuò)孔鉆；確定擴(kuò)孔切削用量①確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，表 28-31，有f。根據(jù) Z535 機(jī)床說明書，取f??::表 （ 0.78） m/r0.7=49.56m/r=0.57mm/r。②確定切削速度 及 根據(jù)表 28-33，取 。修正系數(shù)：vn2/inv?表，0.8mvk .71.02(1.509)ppRavak??根 據(jù)故 '25/in/min??表' '01)nd?表 （ (24.7)86/minr???查機(jī)床說明書，取 。實(shí)際切削速度為275/ir?30v? 34.75/i10./ir?切削工時被切削層長度 ：l8m刀具切入長度 ，有：11 24.7(~)120.8632rDdlctgkctgm?????????刀具切出長度 ： 取2lm1l32走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：2jt7830.54in.jLfn????查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-41 工步輔助時間為：1.16min112.5.5 工序 5：鉸 Φ25H7 的通孔加工機(jī)床為 Z535 立式鉆床。鉸刀為 ?25mm 標(biāo)準(zhǔn)高速鉸刀。確定鉸孔切削用量①確定進(jìn)給量 根據(jù)表 28-36， ，按該表注 4，進(jìn)給量f 1.3~26fm?表取小植。查 Z535 說明書，取 。1.6/fmr?②確定切削速度 及 由表 28-39，取 。由表 28-3，得修vn8./inv表正系數(shù)， 0.8Mvk0.9pavk254.7(/0125.)pRa???根 據(jù)故 '8.2/min.7.14/minv???表 ' '01()d?表 ()(25)9./minr??查 Z535 說明書，取 ，實(shí)際鉸孔速度/ir30v? 3250/i17.8/ir???切削工時被切削層長度 ：l78m?刀具切入長度 ，101 254.(~)120.92rDdlctgkctgm???????刀具切出長度 ： 取2l?l32?走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：3jt78.093.5in61jLnf???查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-41 工步輔助時間為：1.51min該工序的加工機(jī)動時間的總和是 ： jt.084.52.14minj???2.5.6 工序 6：粗銑 a、b 面機(jī)床：X5028刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)dwZ①粗銑 a 面銑削深度 :3pm?每齒進(jìn)給量 ：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表 2.4-73，取f 0.15/fam?銑削速度 ：參照《機(jī)械加工工藝手冊》表 2.4-81，取V 6/Vs機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ： ，取n0160287/in3.4Vrd???3inr12實(shí)際銑削速度 ：V?03.1406.28/dnms????進(jìn)給量 ：f .5/.5/ffaZ工作臺每分進(jìn)給量 ：m.3infs?：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表 2.4-81,?a a240?被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知l 9lm刀具切入長度 ：1D)~1((5.02????刀具切出長度 ：取2l走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：jt12940.21in63jmlf??查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-45 工步輔助時間為：2.03min②粗銑 b 面同樣的銑削深度 ap3?每齒進(jìn)給量 ：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表 2.4-73，取f 0.15/famZ?銑削速度 ：參照《機(jī)械加工工藝手冊》表 2.4-81，取V 6/Vs機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ： ，n0160287/in3.4Vrd???取 30/mir?實(shí)際銑削速度 ：?0.106.28/nms??進(jìn)給量 ：fV.543/.5/ffaZ?工作臺每分進(jìn)給量 ：m10.630infVs??：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表 2.4-81,?a ma24?被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知ll刀具切入長度 ：1D)3~1((5.02???刀具切出長度 ：取2l?走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：jt12340.12min6jmlf??查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-45 工步輔助時間為：1.52min132.5.7 工序 7：粗銑 Φ60H12 孔的兩面機(jī)床：X6022 型臥式銑床刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為 14)，材料： ， ，齒數(shù)15YT20Dm?，為粗齒銑刀。20Z?因其單邊余量：Z=2mm所以銑削深度 ：pa2m?每齒進(jìn)給量 ：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3] 表 2.4-73，取 銑削速度 ：f 0.15/faZ?V參照參考文獻(xiàn)[3] 表 2.4-81，取 .54/Vs機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ：n，102.602.8/in314Vnrd????按照參考文獻(xiàn)[3]表 3.1-74 45mn?實(shí)際銑削速度 ： v3.12.56/00ds???進(jìn)給量 ： fV.524/1./ffaZn?工作臺每分進(jìn)給量 ： m.73infVs?：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表 2.4-81,?a ma60?切削工時被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知 ， l 82l刀具切入長度 ：1210.5()(1~3lDa????20.5(06)(1~37.6m????刀具切出長度 ：取lm走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：jt287.62.in35jf?查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-45 工步輔助時間為：1.57min2.5.8 工序 8：精銑 Φ60H12 孔的兩面機(jī)床：X6022 型臥式銑床刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為 )，材料： ， ，齒0.5162?15YT20Dm?數(shù) Z=25，為細(xì)齒銑刀。精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm銑削深度 ：pa1.0m?每齒進(jìn)給量 ：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3] 表 2.4-73，取 銑削速度 ：f 0.12/faZ?V參照參考文獻(xiàn)[3] 表 2.4-81，取 3.2/Vs14機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ：n，103.2605.7/min14Vrd????按照參考文獻(xiàn)[3]表 3.1-31 1n?實(shí)際銑削速度 ：v.30.24/06ds??進(jìn)給量 ：fV.125/15./ffaZnm?工作臺每分進(jìn)給量 ： m.9infVs被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知 l 8l?刀具切入長度 ：精銑時110lD刀具切出長度 ：取2l走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：2jt12820.31min9jmlf????查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-45 工步輔助時間為：1.94min2.5.9 工序 9：粗鏜下端 Φ60H12 的孔機(jī)床：臥式鏜床 618T刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料： 5YT切削深度 ： ，毛坯孔徑 。pa2.5m?04dm?進(jìn)給量 ：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表 2.4-66，刀桿伸出長度取 ，切削深度為f 20=2.5mm。因此確定進(jìn)給量 。Fa./fr切削速度 ：參照參考文獻(xiàn)[3] 表 2.4-9 取V./14/inVs機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ：n，101489.26/min3.5rd????按照參考文獻(xiàn)[3]表 3.1-41 取 10?實(shí)際切削速度 ：v.2.83/106ns??工作臺每分鐘進(jìn)給量 ： mf0.10/infm被切削層長度 ：l2?刀具切入長度 ： 1 2.5(~3)6.3pratgktg?????刀具切出長度 ： 取2l5l4215行程次數(shù) ：i1?機(jī)動時間 ：jt216.340.1minjmlf???查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-37 工步輔助時間為：2.61min2.5.10 工序 10：半精鏜下端孔到 Φ60H12機(jī)床：臥式鏜床 618T刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料： 5YT切削深度 ：pa0.5m?進(jìn)給量 ：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表 2.4-66，刀桿伸出長度取 ，切削深度為f m20= 。因此確定進(jìn)給量Fa0.5m.1/fr切削速度 ：參照參考文獻(xiàn)[3] 表 2.4-9，取V3.18/9./inVs?機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ：n，取0190.812./min3.45rd????0/ir實(shí)際切削速度 ，： v.93.9/06dns????工作臺每分鐘進(jìn)給量 ：mf.150/inf?被切削層長度 ：l12刀具切入長度 ： .(~3)2.87pramtgktg?????刀具切出長度 ： 取2l5l42?行程次數(shù) ：i1機(jī)動時間 ：jt21.870.16injmlf????所以該工序總機(jī)動工時 023mijt?查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-37 工步輔助時間為：1.86min2.5.11 工序 11：粗銑 16H11 的槽機(jī)床：X6022 型臥式銑床 刀具：錯齒三面刃銑刀切削深度 ：pa7m?根據(jù)參考文獻(xiàn)查[1]表 4.4-8 有：刀具的直徑 D=80mm，刀具的齒數(shù) Z=14，刀具的寬度 L=14mm。16查[2]表 2.4-76 得：進(jìn)給量 ,根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表 查得切削速度0.6/famz?302?，24/inV機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ：，12495./min3.80Vrd???按照參考文獻(xiàn)[2]表 3.1-74 取 ?實(shí)際切削速度 ：v.10.4/6Dns???進(jìn)給量 ：fV0.495/.3/ffaZm機(jī)床工作臺每分進(jìn)給量 ：m1.3/7.8/inmfs??被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知 l 0l刀具切入長度 ：110.5(~2)lD?=42mm刀具切出長度 ：取2lm?走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ： jt129041.68min7.jmlf???查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-45 工步輔助時間為：1.92min 2.5.12 工序 12：半精銑 16H11 的槽機(jī)床：X6022 型臥式銑床 刀具：錯齒三面刃銑刀刀具直徑 D=80，齒數(shù) Z=14，寬度 L=16。切削深度 ：pa1m?根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表 查得：進(jìn)給量 ,根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]2.476?0.12/famz?表 查得切削速度 ，302?3/inV機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ：n，1091.5/i.480rd????按照參考文獻(xiàn)[3]表 3.1-74 取 n?17實(shí)際切削速度 ：v3.148095.4/06Dnms????進(jìn)給量 ：fV.2/2./ffaZ?工作臺每分進(jìn)給量 ： m.1.6infVs被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知 ， l 90l刀具切入長度 ：110.5(~2)lD??=42mm刀具切出長度 ：取2lm?走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ： jt12904.8min5.6jmlf???查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-45 工步輔助時間為：1.41min 本工序機(jī)動時間 12.8042.ijjtt??2.5.13 工序 13：鉆 Φ20.50 的孔機(jī)床：Z535 立式鉆床刀具： 20.50 直柄短麻花鉆?確定鉆削用量確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2] ，表 28-10 可查出 ，f 0.47~.5/fmr?表查 Z535 立式鉆床說明書，取 。.43/fmr?根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表 28-8，鉆頭強(qiáng)度所允許是進(jìn)給量 。由于機(jī)床'1./f?進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的軸向力 （由機(jī)床說明書查出） ，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，max15690FN表 28-9，允許的進(jìn)給量 ?！?8/fr?由于所選進(jìn)給量 遠(yuǎn)小于 及 ，故所選 可用。'“ff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(xiàn)[2]，表v mP28-15，由插入法得，17/inm?表 4732N?表，5.69TNM?表 1.5mPkW表由于實(shí)際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應(yīng)對所的結(jié)論進(jìn)行修正。根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，由表 28-3， ， ，故0.8v.75lv?'17/in0.871.2(/in)v???表 ''0 74.3/i.5n rdm?表18查 Z535 機(jī)床說明書，取 。實(shí)際切削速度為175/minr?02.1.26/in10dnv????由參考文獻(xiàn)[2]，表 28-5， ，故0MFTk473.651()FN?5.94.8T???校驗(yàn)機(jī)床功率 切削功率 為mP'/)mMPnk表（1.2(5/26)1.05WkW??機(jī)床有效功率 ' 4.0.83E mkkP???故選擇的鉆削用量可用。即， ， ，02.5dm?./fr?175/inr?1.2/minv?相應(yīng)地， ，16FN4.8T?.0mPkW切削工時 被切削層長度 ：l32?刀具切入長度 ：11 0.5(~)126.92rDlctgkctg????刀具切出長度 ： 取lm42?ml32走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：2jt36.90.5in17jLnf???查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-41 工步輔助時間為：1.58min2.5.14 工序 14：攻 M22×1.5 的螺紋機(jī)床：Z535 立式鉆床刀具：細(xì)柄機(jī)用絲錐（ ）21.5M?進(jìn)給量 ：由于其螺距 ,因此進(jìn)給量f mp?rmf/5.1?切削速度 ：參照《機(jī)械加工工藝手冊》表 2.4-105，取Vin/8./14.0sm?機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ： ，取018.12.5/in34Vrd???130/inr?19絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 ：取0n130/minnr?實(shí)際切削速度 ： V?.42130.5/6dms???被切削層長度 ：l32刀具切入長度 ：1.5?刀具切出長度 ：2l0走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ：jt 12034.52.037min1j lfnf????查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-41 工步輔助時間為：1.33min2.5.15 工序 15：銑開 Φ60H12 的孔機(jī)床：X6022 型臥式銑床刀具：中齒鋸片銑刀刀具直徑 D=80mm，齒數(shù) Z=32，寬度 L=4mm。切削深度 ：pa12m?根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表 查得：進(jìn)給量 ,根據(jù)參考文獻(xiàn)[3].476?0.6/famz?表 查得切削速度 ，302?0/inV機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 ：n，129./i3.48rd????按照參考文獻(xiàn)[3]表 3.1-74 取 80n?實(shí)際切削速度 ：v.1.3/06Dnms??進(jìn)給量 ：fV.3280/.5/ffaZ?工作臺每分進(jìn)給量 ： m.1.6infVs?被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知 ， ll刀具切入長度 ：110.5(~2)lD??=41mm刀具切出長度 ：取2lm?走刀次數(shù)為 1機(jī)動時間 ： jt128410.8min53.6jmlf???查參考文獻(xiàn)[1]，表 2.5-45 工步輔助時間為：1.59min 202.6 本章小結(jié)本章節(jié)主要從零件的結(jié)構(gòu)和外型入手分析，從而得出設(shè)計(jì)毛坯的依據(jù)。再查閱有關(guān)資料，設(shè)計(jì)出零件加工的毛坯。在工藝規(guī)程的制定上，將兩種方案進(jìn)行比較，選取一個最佳方案來。在計(jì)算每一步的切削用量時，先選用刀具和機(jī)床，再查閱資料找出進(jìn)給量，由它算出機(jī)床所需的轉(zhuǎn)速，翻閱機(jī)床手冊選一個最接近它的一值。算切削速度、機(jī)動時間等。213 專用夾具設(shè)計(jì)為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度。在加工此拔叉零件時，需要設(shè)計(jì)專用夾具。3.1 鉆孔夾具設(shè)計(jì)3.1.1 問題的提出本夾具主要用來鉆拔叉頂部 螺紋孔的底孔。這個孔距右平面有尺寸21.5M?精度要求為 ，與 中心孔垂直。因?yàn)槲恢镁纫蟛桓?，也無需表0.34m?57H?面粗糙度要求，故再本道工序加工時主要應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強(qiáng)度。3.1.2 夾具的設(shè)計(jì)①定位基準(zhǔn)的選擇此零件放在 Z535 立式鉆床上加工，刀具為 20.50 直柄短麻花鉆。由零件分?析，選擇用中心孔的長銷加上這個孔的一面定位，就可以限制 5 個自由度，在由下面的 大孔加個削邊銷就可以實(shí)現(xiàn)完全定位。6012H?②定位元件與夾緊元件的選擇查參考文獻(xiàn)[1]，表 5.2-6，選用固定式定位銷圖 3.11 固定式定位銷（GB2203-80）22圖 3.12 削邊銷（GB2203-80 B 型）壓板還是選用操作方便的轉(zhuǎn)動壓板圖 3.13 轉(zhuǎn)動壓板（GB2176-80）③切削力與夾緊力的計(jì)算由于本道工序完成螺紋底孔的鉆削，因此切削力為鉆削力。由參考文獻(xiàn)[1]，表 2.4-69 得：軸向力 F： 1.20759.84Fdfk???扭矩 M： .8M式中： 20.5dm? .3/fr1.6MPmk?∴ 1.20.75169.27N89.84345????如圖：23圖 3.14 扭矩圖夾緊力的方向在軸線上，與 M 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩同軸，所以夾緊力 F 不需要太大，只要工件相對與夾具體沒有移動就可以了。④鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計(jì)螺紋底孔的加工只需鉆削加工就能滿足加工要求。考慮到鉆套可能出現(xiàn)的磨損，故查參考文獻(xiàn)[1]，表 5.2-13 選用可換鉆套（GB2264-80 其結(jié)構(gòu)如下圖所示） ，當(dāng)磨損就可更換。與其裝配的是鉆套用襯套（GB2263-80 查表 5.2-14） ，起固定的是鉆套螺釘（GB2268-80 查表 5.2-16） 。圖 3.15 可換鉆套24表 3.1 可換鉆套d D基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差12H h 1mC 12r20.5+0.041+0.02030+0.021+0.00846 42 25 12 5.5 18 1 3 2.5 29.5圖 3.16 鉆套用襯套表 3.2 鉆套用襯套d D基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差H C 130+0.041+0.02042+0.033+0.01725 1 325圖 3.17 鉆套螺釘表 3.3 鉆套螺釘L1 d1d基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差D d2 L L0 n tM8 5.5+0.20+0.0512-0.05-0.1620 6 22 11.5 2 2.5鉆模板選用伸出式鉆模板，用螺釘將其連接在夾具體上。安裝前先調(diào)整好位置然后用銷定位，后用螺釘將其擰緊在夾具體上。鉆模板參見鉆孔裝配圖。⑤夾具精度分析利用夾具在機(jī)床上加工時，機(jī)床、夾具、工件、刀具等形成一個封閉的加工系統(tǒng)。它們之間相互聯(lián)系，最后形成工件和刀具之間的正確位置關(guān)系。因此在夾具設(shè)計(jì)中，當(dāng)結(jié)構(gòu)方案確定后，應(yīng)對所設(shè)計(jì)的夾具進(jìn)行精度分析和誤差計(jì)算。由工序可知，本道工序只需鉆螺紋底孔，所以孔的精度無需考慮，只保證它垂直與中心孔就可以了。由于是立鉆，又是一面兩銷定位，在垂直方向可能存在偏轉(zhuǎn)（參見鉆孔裝配圖） 。其計(jì)算同前面的計(jì)算相同。轉(zhuǎn)角定位誤差為既是（由下的圖可知）：261maxin2maxin' 25.014.9860.35971( )( )20.83465dwDddrctgarctgL???????????△圖 3.18 轉(zhuǎn)角誤差分析圖除了上面的誤差外，影響孔位置度的因素還有：1） 、鉆模板上裝襯套孔的尺寸公差： 142.03.170.6m????2） 、襯套與鉆套配合的最大間隙： 833） 、鉆套與鉆頭配合的最大間隙： 3.5.44） 、鉆套的同軸度公差： 40.m∴綜合誤差為： 222222134.164106m??????能滿足零件要求。⑥夾具體設(shè)計(jì)夾具體的設(shè)計(jì)參考鉆孔夾具體零件圖。3.1 本章小結(jié)在本章是對夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析其精確度的階段。重點(diǎn)在于選擇基準(zhǔn)面將零件如何定位、夾緊在夾具體上。在選擇基準(zhǔn)面時，主要參考已加工面，在此主要用到的是一面兩銷定位，一個圓柱銷和一個削邊銷，他們分別穿過已加工過的長中心孔和大端面的孔，再由中心孔的一面定位，就使零件在夾具體上完全定位了。選用壓緊件時，分別用了移動和轉(zhuǎn)動壓板。最后設(shè)計(jì)出夾具體，參考有關(guān)資料計(jì)算夾具的定位誤差。27結(jié)論本次設(shè)計(jì)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?yàn)槭谴笈可a(chǎn)，工序比較分散，可省去換刀具和調(diào)試的時間。在每道工序中都有計(jì)算切削用量和工時。在夾具設(shè)計(jì)中，先確定工件的基準(zhǔn)，然后通過一面兩銷定位，將工件固定夾緊在夾具上。在此計(jì)算了了夾緊力和夾具體的誤差等。本次設(shè)計(jì)已無大的問題，基本達(dá)到了要求。只是在夾具的設(shè)計(jì)中沒有能提出多中方案進(jìn)行分析比較，有所不足。