總泵缸體零件機械加工工藝規(guī)程及鉆φ10.5孔夾具設計【鉆φ10.5孔】

總泵缸體零件機械加工工藝規(guī)程及鉆φ10.5孔夾具設計【鉆φ10.5孔】,鉆φ10.5孔,缸體,零件,機械,加工,工藝,規(guī)程,10.5,夾具,設計 機械加工工序卡片 產品型號 零件圖號 001 產品名稱 零件名稱 缸體 共 7 頁 第 1 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工 4 粗車ф21+0.023孔 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鑄 件 50×85×136.5 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) CA6140 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用夾具 工位器具編號 工位器具名稱 工序時間 準終 單件 0 42.205 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 (r/min) 切削速度 (m/min) 進給量 (mm/r) 背吃刀量 /mm 走刀 次數(shù) 工時定額 基本 輔助 1 粗車ф21+0.023孔 內孔車刀，端面車刀 750 2.0 0.1 1.0 1 12.5 3.6 2 精車ф21+0.023孔 內孔車刀，端面車刀 1345 15 0.05 1 1 7.8 2.5 3 車端面 內孔車刀，端面車刀 1345 2.0 0.1 1.0 1 5.5 2.1 設 計 （日 期） 校對 （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 件號 簽 字 日 期 機械加工工序卡片 產品型號 零件圖號 001 產品名稱 零件名稱 缸體 共 7 頁 第 2 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工 4 精車ф21+0.023孔 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鑄 件 50×85×136.5 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 立式銑床 X53K 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用夾具 工位器具編號 工位器具名稱 工序時間 準終 單件 0 42.205 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 (r/min) 切削速度 (m/min) 進給量 (mm/r) 背吃刀量 /mm 走刀 次數(shù) 工時定額 基本 輔助 1 粗銑端面ф 高速鋼鋃齒端面銑刀、游標卡尺 550 4.5 0.1 1.0 1 6.3 3.3 2 精銑端面ф 高速鋼鋃齒端面銑刀、游標卡尺 1250 3.2 0.1 1.0 1 3.2 0.8 設 計 （日 期） 校對 （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 件號 簽 字 日 期 機械加工工序卡片 產品型號 零件圖號 001 產品名稱 零件名稱 缸體 共 7 頁 第 3 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工 4 鉆M22×1.5-5H達圖 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鑄 件 50×85×136.5 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 立式鉆床 Z525 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用夾具 工位器具編號 工位器具名稱 工序時間 準終 單件 0 42.205 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 (r/min) 切削速度 (m/min) 進給量 (mm/r) 背吃刀量 /mm 走刀 次數(shù) 工時定額 基本 輔助 1 鉆M22×1.5-5H達圖 麻花鉆、游標卡尺 350 1 0.1 1.0 1 2.5 12 設 計 （日 期） 校對 （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 件號 簽 字 日 期 機械加工工序卡片 產品型號 零件圖號 001 產品名稱 零件名稱 缸體 共 7 頁 第 4 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工 4 粗銑端面ф HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鑄 件 50×85×136.5 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 立式鉆床 Z525 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用夾具 工位器具編號 工位器具名稱 工序時間 準終 單件 0 42.205 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 (r/min) 切削速度 (m/min) 進給量 (mm/r) 背吃刀量 /mm 走刀 次數(shù) 工時定額 基本 輔助 1 鉆 ф0.7/ф3.5及ф3.5孔達圖 麻花鉆、游標卡尺 350 1 0.1 1.0 1 7.5 12.5 設 計 （日 期） 校對 （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 件號 簽 字 日 期 機械加工工序卡片 產品型號 零件圖號 001 產品名稱 零件名稱 缸體 共 7 頁 第 5 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工 4 鉆M22×1.5孔 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鑄 件 50×85×136.5 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 立式銑床 X53K 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用夾具 工位器具編號 工位器具名稱 工序時間 準終 單件 0 42.205 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 (r/min) 切削速度 (m/min) 進給量 (mm/r) 背吃刀量 /mm 走刀 次數(shù) 工時定額 基本 輔助 1 銑16平臺 高速鋼鋃齒端面銑刀、游標卡尺 780 2 0.1 1.0 1 4.4 9.7 設 計 （日 期） 校對 （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 件號 簽 字 日 期 機械加工工序卡片 產品型號 零件圖號 001 產品名稱 零件名稱 缸體 共 7 頁 第 6 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工 4 鉆螺紋孔ф12.5 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鑄 件 50×85×136.5 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 立式鉆床 Z525 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用夾具 工位器具編號 工位器具名稱 工序時間 準終 單件 0 42.205 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 (r/min) 切削速度 (m/min) 進給量 (mm/r) 背吃刀量 /mm 走刀 次數(shù) 工時定額 基本 輔助 1 鉆4-ф10.5孔達圖 麻花鉆、游標卡尺 1000 1 0.1 1.0 1 7.5 12.5 設 計 （日 期） 校對 （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 件號 簽 字 日 期 機械加工工序卡片 產品型號 零件圖號 001 產品名稱 零件名稱 缸體 共 7 頁 第 7 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工 4 鉆M12×12.5-5H孔 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鑄 件 50×85×136.5 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 立式鉆床 Z525 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用夾具 工位器具編號 工位器具名稱 工序時間 準終 單件 0 42.205 工步號 工 步 內 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 (r/min) 切削速度 (m/min) 進給量 (mm/r) 背吃刀量 /mm 走刀 次數(shù) 工時定額 基本 輔助 1 鉆M12螺紋底孔 麻花鉆、游標卡尺 780 9.99 0.1 0.7 1 3.675s 1.830s 2 功牙至M12×1.25 機用絲錐、內徑千分尺 330 3 0.1 0.7 1 5.5 1.1 設 計 （日 期） 校對 （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 件號 簽 字 日 期 一、設計題目 　　總泵缸體零件的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備設計 二、原始資料 (1) 被加工零件的零件圖（草圖） 1張 (2) 生產類型:中批或大批大量生產 三、上交材料 (1) 被加工工件的零件圖 1張 (2) 毛坯圖 1張 (3) 機械加工工藝過程綜合卡片 1張 (4) 與所設計夾具對應那道工序的工序卡片 1張 (4) 夾具裝配圖 1張 (5) 夾具體零件圖 1張 (6) 課程設計說明書(5000字左右) 1份 四、進度安排(參考) (1) 熟悉零件,畫零件圖 2天 (2) 選擇工藝方案,確定工藝路線,填寫工藝過程綜合卡片 5天 (3) 工藝裝備設計(畫夾具裝配圖及夾具體圖) 9天 (4) 編寫說明書 3天 (5) 準備及答辯 2天 五、指導教師評語 成 績： 指導教師　　　　　　　 日　　期　　　　　　　 摘　要 這次設計的是總泵缸體。包括零件圖、毛坯圖、裝配圖各一張，機械加工工藝過程卡片和與工序卡片各一張。根據(jù)零件的性質和零件圖上各端面的粗糙度確定毛坯的尺寸和機械加工余量。最后制定該工件的夾緊方案，畫出夾具裝配圖。 機械制造工藝學課程設計是我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的.這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。 就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次實際的訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力。由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。 Abstract The master cylinder is designed. Including spare parts map, blank map, an assembly of all, machining processes and process the card and a card each. According to the nature of parts and components map to determine the roughness of the rough end of the size and allowances. Finalization of the cap and push-rod technology road map, the development of the clamping of the workpiece program, draw fixture assembly. Machinery Manufacturing Technology curriculum design is that we learn all over the University of basic courses, technical courses in basic subjects, as well as after the majority. This is our graduation project in the school prior to the course of an in-depth and comprehensive review of the total, is also a theory with practice and training, therefore, its four years of university life, we occupy an important position. For me personally, I hope that through the curriculum design of their future work to conduct a practical training, to exercise their own analysis, problem-solving abilities. As a result of capacity constraints, the design there are many deficiencies, I urge you to give guidance to teachers. 機械加工工藝卡片 產品型號 零件圖號 001 產品名稱 零件名稱 總泵缸體 共1頁 第1頁 材 料 牌 號 HT200 毛 坯 種 類 鑄件 毛坯外形尺寸 50×85×136.5 每坯件數(shù) 1 每 臺 件 數(shù) 1 備 注 工序號 工序 名稱 工 序 內 容 車間 工段 設 備 工 藝 裝 備 工序時間 準終 單件 1 車 粗車ф21+0.023孔, 精車ф21+0.023孔,車端面 金工 普通車床 內孔車刀，端面車刀 2 銑 銑端面ф 金工 立式銑床 高速鋼鋃齒端面銑刀、游標卡尺 3 鉆 鉆M22×1.5-5H達圖 金工 立式鉆床 麻花鉆頭、游標卡尺 4 鉆 鉆 ф0.7/ф3.5及ф3.5孔達圖 金工 立式鉆床 麻花鉆頭、游標卡尺 5 銑 銑16平臺 金工 立式銑床 高速鋼鋃齒端面銑刀、游標卡尺 6 鉆 鉆4-ф10.5孔達圖 金工 立式鉆床 麻花鉆頭、游標卡尺 7 鉆 鉆M12螺紋底孔, 功牙至M12×1.25 金工 立式鉆床 麻花鉆頭、游標卡尺、絲錐、塞規(guī) 8 去毛刺 金工 鉗工臺 平銼 9 檢驗 塞規(guī)、百分尺、卡尺等 10 清洗 清洗機 11 終檢 塞規(guī)、百分表、卡尺等 設 計 （日 期） 校 對 （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 件號 簽 字 日 期 2013年6月 目錄 1、零件分析 2 1.1零件工作原理 2 1.2 零件工藝分析 2 2、工藝規(guī)程設計 3 2.1 確定毛坯制造形式 3 2.2基面選擇 3 2.3工藝路線 3 2.4計算兩次工序尺寸的基本尺寸 4 2.5兩次工步計算 4 3、時間定額的計算 4 3.1兩工步時間定額的計算 5 3.2 輔助時間的計算 5 4、機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5 5、確定切削用量及工時 7 4.1車 7 4.2銑端面 7 4.3鉆 7 4.4鉆螺紋孔 8 6、夾具設計 8 5.1定位基準選擇 8 5.2定位誤差分析 8 7、設計心得 9 8、參考文獻 10 遼寧工程技術大學課程設計　 目錄 1、零件分析 2 1.1零件工作原理 2 1.2 零件工藝分析 2 2、工藝規(guī)程設計 3 2.1 確定毛坯制造形式 3 2.2基面選擇 3 2.3工藝路線 3 2.4計算兩次工序尺寸的基本尺寸 4 2.5兩次工步計算 4 3、時間定額的計算 4 3.1兩工步時間定額的計算 5 3.2 輔助時間的計算 5 4、機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5 5、確定切削用量及工時 7 4.1車 7 4.2銑端面 7 4.3鉆 7 4.4鉆螺紋孔 8 6、夾具設計 8 5.1定位基準選擇 8 5.2定位誤差分析 8 7、設計心得 9 8、參考文獻 10 一、零件的分析 1.1 零件工作原理 題目所給定的零件是總泵缸體。是整個液壓系統(tǒng)的核心，作用是通過活塞的來回往復運動產生推動工作缸動作所需的油壓。該零件ф3.5為進油孔，活塞運動過該位置時，完成充油過程，活塞繼續(xù)運動將油推向前方，擠壓出缸體，由于截面積差產生工作壓力。當活塞回程時超過3.5孔位時開始進油，旁邊小孔為空氣孔，方便進空氣。 1.2 零件工藝分析 由零件圖可知，該零件僅有一組尺寸要求較高，即ф22+0.023。（主行磨至⊿0.8）尺寸要求較高，其余尺寸均為8公差尺寸，我們加工時可先以外圓為粗加工基準，確定內孔，由內孔確定所有尺寸。 二、工藝規(guī)程設計 2.1 確定毛坯制造形式 零件毛坯為鑄件，考慮到整體式加工，較廢材料，不經(jīng)濟，而零件為普通零件不受沖擊，故不宜選用鍛件，最終確定使用鑄件，年產量10萬件，為大量生產，且輪廓尺寸規(guī)則，可采用砂型鑄造，且可用大型鑄造如一出十等方法鑄造，這樣更能提高生產率。 2.2基面選擇 如前所述，該零件總的來說尺寸要求不高，位置度、形狀公差控制較嚴格，主要集中在缸體內部工作尺寸精度，其余各尺寸均圍繞該尺寸，所以粗加工基準應選擇外圓，半精加工完ф22+0.023孔后再以此為精加工基準完成全部尺寸，完成孔的珩磨，即可達到圖紙要求精度。 2.3工藝路線 據(jù)以上分析，依據(jù)先粗后精，先面后孔，基準先行，先主后次的原則，確定工藝如下： 準備工序： 1.零件砂型鑄造，去應力，正火處理。 2.檢 加工工序： 1、車 車內孔達ф22+0.023，⊿1.6， 車端面，保證12 2 銑 以內孔ф22+0.023，尺寸為基準，芯軸定芯，銑端面達 ⊿6.3 3. 鉆 以內孔ф22+0.023。尺寸為基準，芯軸定芯，鉆M22×1.5-5H達圖。 4. 鉆 ф0.7/ф3.5及ф3.5孔達圖。 5. 銑 以芯軸ф22+0.023。孔為基準，銑16平臺。 6. 鉆 以芯軸ф22+0.023。孔為基準，鉆4-ф10.5孔達圖 7. 鉆 以芯軸ф22+0.023?？诪榛鶞省榛鶞识ㄎ?。 8. 珩磨 磨內孔達⊿0.8長度不小于100 9. 檢 2.4計算兩次工序尺寸的基本尺寸 攻螺紋后孔的最大公稱直徑尺寸為12mm，查表2-39知普通粗牙螺紋內孔的直徑為10.5mm，則鉆孔工序的加工尺寸為： 10.5-0.10=10.4mm。 2.5兩次工步計算 鉆孔工步 1、背吃刀量的確定 取ap=1mm 2、進給量的確定 查表5-22選取該工步的每鉆進給量f=0.10mm/r 3、切削速度的計算 查表5-22得 v=15m/min 由公式（5-1）得： n=1000×v/3.14d=1000×15/(3.14×104)=454.96r/min 參照表4-8 四面組合鉆床，主軸鉆速可取n=1360r/min，將此帶入公式（5-1）實際鉆削速度v=nπd/1000=15.0m/min 攻絲孔工步 1、背吃刀量的確定 取ap=0.07mm 2、進給量的確定 查表5-22選取該工步的每鉆進給量f=0.10mm/r 3、切削速度的計算 查表5-22得 v=10m/min 由公式（5-1）得： n=1000×v/3.14d=1000×10/(3.14×12)=265.39r/min 參照表4-8 四面組合鉆床，主軸鉆速可取n=265.39r/min，將此帶入公式（5-1）實際鉆削速度v=nπd/1000=9.99m/min 三、時間定額的計算 3.1兩工步時間定額的計算 鉆孔工步 根據(jù)表5-41（鉆削基本時間的計算），鉆孔的基本時間可由下面公式計算 Tj=L/fn=(l1+2)/fn 式中：l1=3mm L1 =2mm,代入可得tj=24.5s 絲攻工步 根據(jù)表5-46（用絲攻螺紋基本時間的計算），攻孔的基本時間可由下面公式計算 Tj=［(l1+l2+l)/fn+(l1+l2+l)/fn0］i 式中：l1=（1~3）P L2=（2~3）P 代入可得tj=12.2s 3.2 輔助時間的計算 由公式tf=0.15tj 計算鉆孔工步的輔助時間tf=3.675s 計算攻孔工步的輔助時間tf=1.830s 四、機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定。 材料為鑄件，硬度為HB170-241，成品重0.62kg，生產批量為大批生產，采用鑄造成型，二級精度組（成批生產） 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別對各加工表面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯確定如下： 1、外圓表面（ф32×133；ф32×123；85；ф50） 考慮其加工長度為133，ф32，ф20等外表面均為8加工面，粗糙度Ra=200。不需要加工，長度為向尺寸為133（端面）。 查表1-28，長度余量及公差取136.5±0.5（見機械制造工藝設計手冊），拔磨斜度，取2-3。 2、ф220.023。ф18孔，查表1-21得 鉆ф22精孔 1）粗車到ф21.8±0.10 2Z=10.8 2）精車到ф22+0.023。2Z=0.1 3、平面（查表1-48） 尺寸取32公差取+0.15 4、M18×1.25-5H螺紋孔 鉆孔ф16.5擴、攻、鉸于M18×1.25 5、其余各孔均在毛坯面上加工，余量為Z孔位D/2 最后將上面各數(shù)據(jù)整理填入下表 加工余量計算表 加工工序及工步 尺寸 公差 余量 計算尺寸 計算公差 備注 ф32孔長度尺寸 133 / 1.6×2 136.5 ±0.5 ф22孔 ф22 +0.023 / 0 / 無孔 30 2min 32 +0.15 拔模斜度取2~3o 詳細尺寸見毛坯圖 五、確定切削用量及工時 5.1車 車內孔達ф21+0.023。⊿1.6；車端面保證12，⊿12.5 ①工件材料為鑄造，HT20~40，機床C620-1，普通車床 刀具：內孔車刀，端面車刀，YT15尾座裝麻花鉆ф21 ②計算切削用量 考慮到出模斜度軸方向余量Zmx=1.6mm，Zmin=1.2mm可一次加工，即可達到⊿12.5光潔度，走刀量F=0.4mm/r 切削速度：（表3-18）耐用度F=45in =163mm/min(2.72m/s) 確定機床轉速： （1485v/min） 按機床選取nw=20.83v/s(1250轉/分？ 實際切削速度：v=2.29mm/s（137.4m/min） 切削工時，t=35 t1=2m t2=0 t3=5mm（試切長度） Tm= 5.2銑端面達 ⊿6.3 af=0.15mm/z（表3-28） V=0.45/s 127m/min 采用高速鋼鋃齒端面銑刀，dw=175mm齒數(shù)10 按機床選取=0.79r/s (47.5r/min) ∴實際切削速度 切削工時 5.3鉆M22×1.8孔達圖，鉆小孔達圖 3.1 鉆孔 ф18.5底孔 F=0.43mm/r×0.75=0.322mm/r 取f=0.32mm/r ④ V=0.25m/s (15m/min) ∴=3.18r/s（191r/min） 按機床選取=3.25r/s（195r/min） ∴實際切削速度V=a255m/s（15.3m/min） 切削工時（一個孔） t=12mm t1=9mm t2=2mm 倒角2×45°雙面 為縮短輔助時間，取倒角時的主軸轉速與鉆孔相同。 =3.18r/s（191r/min）手動進給 鉆孔ф3.5mm f=0.2mm/r·0.50=0.1mm/r（表3-38）v=0.25m/r（15m/min） 按機床選取nw=800r/min(13.33r/s) ∴切削速度U=0.28mm/s (16.84m/min) 加工一孔工時 t=19mm t1=3mm t2=1mm 銑16平臺 加工轉速，進給量與平臺一致 5.4、鉆螺紋孔ф12.5，功牙至M12×1.25 F=0.2mm/r·0.50=0.1mm/r U=0.25m/r(15m/min) 機床選取nw=800r/min(13.33r/s) 實際U=0.28mm/s 六、夾具設計 經(jīng)過和指導老師的協(xié)商，我決定做ф10.5孔鉆用夾具，本夾具使用Z525鉆床，刀具為莫氏錐柄麻花鉆。 6.1定位基準選擇 由零件圖可知ф10.5孔主要是以底面定位，芯軸定芯。 為提高效率，決定以底面定位ф22+0.023。內孔定位，同時加工25件，這樣便于裝夾，提高效率。 6.2定位誤差分析： 刀具：ф10.0麻花鉆→下鉆出，且受力向下，夾具的主要定位元件為中間中心軸，輔助定位尺寸為16mm凸臺，圖紙要求不高，故用此方法即可達到精度要求，夾具設計主要是提高生產率，為防止該螺紋時反轉，引起零件上浮，故用螺釘壓住。 七、設計心得 通過這次課程設計我學會了更多專業(yè)知識，培養(yǎng)了實際操作和創(chuàng)新的能力。在過去的課程中，我們只是學習了一些重要的理論知識，而沒有切合實際的練習與測試。在這次課程設計中我遇到了許多難題和問題，通過指導老師的耐心講解和指導，我又重新學習了以往遺漏和沒有完全掌握的知識。六點定位原理，看似很簡單的幾行字，但是如果結合實際的工件就要認真的分析，如何完全限制它的六個自由度不要產生過定位和欠定位的情況。而夾緊裝置的選擇就要我們平時多留心和積累，掌握更多的典型夾緊裝置，以便于在設計中靈活的運用。 這次課程設計也是在為我們將來的課程設計打基礎，為我們以后的工作積累更多的經(jīng)驗。對我今后的學習和工作會有很大的幫助。 八、參考文獻 [1] 陳宏鈞,方向明,馬素敏.典型零件機械加工生產實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.8 [2] 王季琨,沈中偉,劉錫珍.機械制造工藝學[M].天津:天津大學出版社, 2004.1 [3] 哈爾濱工業(yè)大學,上海工業(yè)大學.機床夾具設計[J].上海:上?？茖W技術出版社,1991.3 [4] 李洪.機械加工工藝手冊[M].北京:北京出版社,1996.1 [5] 貴州工學院機械制造工藝教研室.機床夾具結構圖冊[J].貴州:貴州人民出版社,1983.6 [6] 龔定安,蔡建國.陜西科學技術出版社,1981.7 [7] 孟少農.機械加工工藝手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1991.9 [8] 《金屬機械加工工藝人員手冊》.金屬機械加工工藝人員手冊[M].s上海:上?？茖W技術出版社,1979.1 [9] 孫麗嬡.機械制造工藝及專用夾具[J].北京:冶金工業(yè)出版社, 2003.9 [10] 楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2004.9 [11] 王紹俊.機械制造工藝設計手冊[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學, 1981.5 [12] 劉文劍,曹天河,趙維緩.夾具工程師手冊[M].哈爾濱:黑龍江科學技術出版社,1987.12 [13] 上海市金屬切削技術協(xié)會.金屬切削手冊[M].上海:上?？茖W技術出版社,1991.10 [14] 邱仲潘.計算機英語[M].北京:科學出版社,2004.9 11 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生的移動。然而，過度的夾緊力可誘導工件產生更大的彈性變形 ，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 18 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，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 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。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（見圖2）， 如前所述，工件剛體位移產生于在每個夾緊處的局部變形，假設為相對于工件的質量中心的第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，以及工件自轉如下: (21) 其中表示旋轉矩陣,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，由于旋轉很小，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。結果表明工件旋轉小，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。 9．參考資料： 1、J. 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