K56-拨叉拨杆畸形拨叉工艺和双孔钻模夹具设计【三维SW】【全套含有CAD图纸三维建模】
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可持续夹具及固定装置的高精度安装的方法论 J. 国巴斯大学机械工程学系 摘要 在夹具安装阶段，夹具组件的精确测量能力决定其精确性，尤其是对大尺寸的产品和应用来说。大量定制一些在设计上有多样性的小批量产品和零部件是十分重要的。产品质量应该与迅速转换理念相互协调，对于敏感元器件及组件而言，以牺牲产品质量来提高速度是不明智的，例如在航空航天工业中所看到的那些零部件。提高精确性对于夹具的安装是很有必要的，为了要尽量少用，这可取决于夹具和夹具定位变化的耐受 性预算。在航空航天工业中，灵活和可重构夹具的概念的发展及固定装置是夹具的主要开销成本。吸引他们的是重构夹具的可重用性，可持续使用是由于那些零部件也能够被重新应用到许多种产品和装配中去。一直不佳的准确性和可靠性为这类夹具的缺点，这篇论文主要是研究可持续夹具主要零部件的精确定位，影响夹具性能的因素在安装阶段会得以审查。本文介绍了一种在灵活夹具中为了最大限度地减少定位和夹紧的不确定性的方法。 关键词 :可持续性夹具；夹具安装；校准不确定性；夹具的监测；计量； 可重复使用的夹具 1 引言 质量和可靠性等因素 早已经转换为新零件固有的特征。在他们的产品和服务范围内，近期市场趋势已经迫使制造业走向大规模定制。其次增加新陈品的多样化设计在部件和组件级别上遵循第二次高幅度的变化。有先进制造系统和技术的国家提供了更多的灵活性，能使设计师更加自由的发挥想象。例如在过去几十年发展起来的一种新的大体积测量方法，就能测量及公丈的距离。用来检测大尺寸零件的这些设备通常是由多个组装部件所制造出来的。在重组和装配期间，那些大尺寸产品的制造需要用到专用的夹具和固定装置，以便于他们的零部件能够被定位在设计基准上。对于大批量产品，在计算机辅 助软件上就能估算出其主要的花费需求，否则，在某些情况下或以其他方式生产的产品成本可能会是非常高的。这个问题与客户不断用钱来寻求具有更高价值的市场需求相互矛盾。用一种典型的变化产品可以创建一个更加具有持续性的商业，因为它能够满足相对比较大地市场需求。由支持产品变化的不同形状的产品而形成的灵活和可重构夹具及固定装置则是应对上述挑战关键的解决方案。灵活夹具的概念已经在研究领域存在了几年 1。然而，它们在很大程度上没有充分利用真正的生产设施，尤其是大尺寸产品的制造，如航空航天设备。这是由于关于它们的初始安装、校准 困难和可重复性等挑战往往超出公差要求。这些夹具和高品质关键部件装置的制造以及大量的集成计量系统，都可以减少上述限制。本文包括了有关安装的计量问题和灵活的夹具校准以及检测服务。 2 相关工作 型零件的制造和装配 通常把要精密制造的机械零件移动到机床工作台是必需的，先进行粗加工，然后精对准和夹紧。在这个阶段，一方面是准备用于加工高精度的关键所在，然而，这对于一些大尺寸或重的零部件并不总是可以实现的。大型产品是指那些与一些不经济的可能需要处理或在工厂周围移动的的组件一起来达到制造和装配的目的 2。制造业和 这些部件的装配工艺包括所需机器和系统的运动以及这些部件的位置和方向。这些零部件通常定位在大尺寸夹具及固定装置上该定位的位置。如果这些部件以小批量生产，在航空航天工业、高开销的情况下，每个产品将会出现。在设计和制造夹具上，已经有了许多尝试，以便于能够持有许多种组件的变种。然而，这方法是不可行的，因为敏感或关键的零部件完全是由它们的 高精度要求所决定的。与固定的夹具相比较，可调、可重构夹具会产生更低的重复性。固定夹具有固定的方式，可以通过焊接或铆接的接头固定在一起来实现。这些机械故障，例如夹具和固定装置由于疲劳和 塑料变形就是一个终止其服务的主要原因，发送它们再进行回收。小批量制造的需求是目前常见的淘汰不合格夹具，其使用寿命取决于产品的生命周期。换句话说，在制造变种零件停止不久之后，与之有关联的夹具和固定装置将会变得多余。即使夹具有工作顺序，但它们仍然有报废并送往循环再造。这种方法会带来高负担回收的能耗。在大尺寸零件下的固定夹具和夹具的漂移以及夹具都能影响大尺寸零件组装的精确性 5。对于大尺寸的夹具已经开发出了几种分析夹具刚性的方法，可用来评估振动的影响因素。在任何情况下更加可持续生产要通过选择性方案才能得以实现。 如图 图 型的大型夹具元件 用于制造所延误的时间是固定夹具的又一重大缺点，这些夹具应该在制造前就被订购，在生产计划和产品上市前还可以创建额外的复杂性。不管他们的类型，大型夹具有一些共同的元素，包括一个主框架、内在的框架，有可能有一个或数多个可移动的机制或更小的组件，如钳、套管、皮卡和可调螺丝 表 1。 性夹具 开发的柔性夹具的概念增加了其可持续性、快速转换以及降低了成本。现在可以使用现成的模块来设计和组装夹具。根据规定，只有极少数夹具的专用零件需要设计和制造。以这种概念看，大 多数散装部件、附件关节都应用的很具体。一旦产品设计变异完全制造出来，然后就可以拆卸上述组件和重组成一种新的元 件来与未来的设计变异相匹配。因为组装和组件范围上的设计都相当接近，所以这种方法是最能降低夹具成本的。 根据组件的变化水平和工作类型的需求，每一个不同比例的柔性夹具都需要被重新安排。为了增加使用这种类型夹具的效益，这个问题在设计阶段考虑是十分重要的。例如，在可能的情况下，皮卡车的位置和三维定位夹具上的组件的不同变种，甚至完全不同的部分应该是在靠近增加兼容性和夹具子系统间变性。夹具关键部件的收集在短期内能 保证所需夹具的可用性。另外，这些夹具的存储需要很少空间，因为拆除所有模块是可能的，通常以脚手架的形式并把它们彼此放在一起。目前在一些汽车公司应用到柔性夹具，因为它们的精度等级是足够满足的。大尺寸制造的夹具设施尽管没有许多柔性夹具那样操作灵活，比如航空航天设备。准确性和定位销的不确定性、夹具的可重复性以及夹具结构的漂移都出现这样一个事实，这些夹具在发电和航空航天等工业不能满足公差要求。一旦它们的精度问题得以解决，这些夹具在上述的工业中将会有很高的利用价值。 图 具与汽车行业中的可重构组件 大量的体积 计量系统和技术一直有许多新的发展。依靠计量系统和技术的现代激光技术现在就能够测量一些可接受精度的大尺寸产品甚至到几公丈的产品。在安装和初期安装调试期间，这些系统能够用来精确定位一些夹具的关键部件。 夹具的安装通常开始形成机架或主要框架，然后是那些大的部件和像皮卡和夹具那样逐渐更小的零部件。计量系统能够用于柔性夹具的主要框架和其内部框架的安装，从而来保证每个零部件彼此之间的准确定位。表 1 显示了这些大规模的测量系统数。跟踪系统能够测量基准点，它是实现这一目的的最合适的测量系统。一起跟踪球式反射镜在三维空间内都可 以认准所要记录的位置。球式反射镜可以直接练习目标对象来提供几何位置信息或可以在机械重复的球式反射镜下 应用，从这个角度用激光来跟踪目标或短期目标。像一些其他测量仪器的激光跟踪有时候不确定，在夹具的安装过程中需要做以说明。此外，激光跟踪和目标点之间的光线问题还应该考虑到。如果必要的话，多个跟踪职位都可以使用，在实际测量活动中，其结果必然是伴随着一个不确定的说明。经过测量，这些给定的分散的特征值是合理的，这个问题与一些夹具或夹具的安装及以后的审核都是一样的。这些知识阐明了一个给定的定位夹具的能力和装配任务。换句话 说，它表示在其相关流程中一套夹具是否能够满足公差要求。 具理论比较 为了用于多种生产装置和组装应用，在不同的公司也有大量不同形状和设计的夹具。这些夹具中的某一些的形式都是标准形式，然而另一些是经过专门设计和制造的特殊零部件。后者可以说是建立在产品的复杂性和大规模的基础上的，所以可能会是非常昂贵的 9。 无论成本和目的如何，制造和组装过程都可以完成，要么不使用夹具，要么用固定帧夹具或用可重构或柔性夹具。表 2 对它们的典型应用的这些方法做出了比较。 固定框夹具通常用于重型应用上，它们更适合于应用在能够减 轻花费开销的大量产品上。 对于制造业和大型组装及复杂产品来说，柔性夹具的应用有很多好处。特别是在研究和发展工作中，以及低容量产品的情况下，制造柔性夹具和夹具可能会是非常有益的。除了在时间和金钱上使利益均衡外，柔性夹具还会有一个更加灵活的设计思路。由于在夹具的制造和装配过程中，会直接和经常改变夹具的拓扑成本。与传统夹具相比较，这种类型的柔性夹具的可重用性和可重构性是一个主要的优点。这一点尤为重要，因为它在绿色制造方面符合行业的发展方向，通过回收使用系统的组成部件，为相关项目的工装费用降低了项目成本。 表 于验证夹具大量的例子、便携式测量仪器 仪器 辅助部件 测量类型 接触式 非接触式 图像 激光跟踪仪 赛立信探头 是 T 型探头 是 激光雷达 球形目标 是 摄影 目标 是 光投影 是 关节臂 三坐标测量机 基于激光扫描头 是 接触探头 是 性夹具的安装 本节中描述的夹具在安装过程中需要考虑一些问题。夹具元件安装在合适位置可以说是一种挑战，尤其是当定位公差比较小时，柔性夹具也应当被监测以便于开发和与传统夹具相比较它们的刚性。 给出了一个通用的描述阶段根据初步夹具安装在仿真软件环境和利用一些尺寸为 5m 4m 3m 的大尺寸夹具的实际实验结果来测量指令阶段。这是不论这个夹具是否是第一次安装在夹具中还是对已经存在的夹具只做外形上的更换，其都是为了定位不同的零部件。 根据其复杂性，一种典型的大尺寸夹具具有三至五个结构。通常除了有一个主框架之外，在每一个级别的基本水平， 也可以由一个或多个结构。这些结构用来作为参考以便于作为夹具基准来定位。在一个自动化固定的平台上，机器系统会进行多项任务，比如定位、加工和进行装配。因此机器人的工作基准与夹具的工作框架相联系。仔细考虑夹具的综合数据，会确保后续安装达到预期的公差要求。 试辅助柔性夹具的安装 柔性夹具的安装在第一次进行模拟仿真时有几个安装阶段。使用模拟演习，在这个工程中可以减少一些潜在的错误和返工。测量辅助安装过程是类似的跟踪对象位置的过程，是常见的大尺寸组件用到的。夹具的组件先用这种方法使其大致位置公差在 1，然后当所有的夹具组件被放到所设计的位置时，在 差内，它们可以使用适当的扭矩收紧。典型的计量协助柔性夹具安装阶段如下： 在出厂时设置初试参考结构； 测量初始参照系； 安装基地或其位置的主框架； 安装脱机内结构； 安装控股和定位； 在内框和主框架位置安装钳、套管和皮卡。 底座上安装内框； 重点定位元件的精细调整和紧固； 核查参照系和夹具； 对于夹具关键位置的服务监测。 这些阶段是从无到有夹具的完整安装。更不用说，在设计变化略有变化的情况下，一些下面的操作将被忽略。 表 同夹 具理念之间简明的比较 典型特征 固定框架 柔性夹具 夹具 应用 大批量产品 小批量产品 样机 优点 唯一性 可重复性 可重构性 成本效益 耐用性 非常高 高 低 刚度 非常高 刚性不确定 低 缺点 重量 重 中 低 可移植性 不可移植 难以在每一个安装中定位 难以进行 成本 非常高 中等 低 生产时间 长 中等 短 性夹具的安装 柔性夹具安装过程中采取了以下阶段： 安装夹具的主框架； 移动单元和子系统组装； 夹具内框架在夹具装配中的安装； 皮卡和夹具的装配。 主框 架通常是夹具的骨干。因此，它一般不会改变外形，和内框架及较小的元素如衬套、皮卡和夹具一样具有规律性。慎重考虑制造过程可以减少夹具元件 较大元素的重新排列，也会更进一步节约时间和成本。图 3 显示了三组不同活动小组对于柔性夹具的安装过程。在这个过程中，假定夹具的标准件是从可供选择的现成的部件和组件中选出来的，然后提前在大量的物理安装测试和调试时以降低测量不确定度来进行一次夹具安装。一旦达到可接受水平的不确定性的物理安装才能进行。 图 性夹具的测量辅助安装程序 在夹具安装过程中，它可能需要用到多个测量 系统或用到包括一套完整夹具安装关键点的测量系统。这应该包括在夹具维修期间放在工厂的地板和墙壁上的稳定性及漂移检查的目标参考点。 在夹具上定位的关键点、测量仪器的不确定性应该予以考虑。作为一个经验法则，每个夹具关键位置的定位的准确性应该是在 10 倍，甚至比所需的耐受性更好。换句话说，如果组件公差指定至 夹具定位精度至少应为 柔性夹具安装的最佳做法如下： 一个工厂的墙壁和地板上的初始参考点的位置是首选，以减少测量的不确定性； 应验证该仪器所在位置上经常使用初始参考点的基地； 在每个夹具的 大节上，为更好地具有跟踪和可重复性，可以附加多个球式反射跟踪系统； 夹具大型组件有关于弯曲或扭曲的测量应集中在角梁的中央部分，以减少定位误差； 内框架参考点应选择尽可能远的创建框的坐标系统。这可能会导致在内框坐标系时的较小的不确定性。 由于评估的结果旨在对于所描述物体真正价值范围内的评估定位，则不确定性被定义为胶 8。这里的不确定性来自两方面的审查，首先是与测量过程中有关的，其次是与夹具定位的不确定性有关。测量不确定性的一些因素，如灰尘、重力、温度、气压、湿度、测量仪器和相关软件中的系统误差 、操作人员的技能、接触探针或球式反射跟踪仪。基于胶 8的定义，测量结果应伴随着它的不确定性说明，这些错误详细来源的讨论超出了本文的范围。已经有多项研究来建立真正的不确定性的一些测量仪器 10、 11。 夹具关键点的测量结果应该包括相关的置信水平。除了最初的不确定性上升的测量仪器，夹具的不确定性还有其他方面的影响。夹具框架方面的应用由于产品重量以及制造工艺过程在夹具框架中能创建一些弹性变形。夹具有了集成化、自动化和移动部分，是这个问题变得更加复杂。 仔细考虑夹具设计阶段不确定性的来源可以在一个给定的情况下减 少过度使用公差预算的风险。夹具的精度和夹具的成本之间有着直接的关系。然而，整体的成本也应该被考虑在内。高数额的零部件有更长的使用寿命。换句话说，质量特征接近平均值是，在使用过程中会很少失效。朝六个方向靠近在安装时是很必要的，然后是在高精度夹具和敏感部位上的可重构、柔性夹具及夹具的监测。 柔性夹具适用于组装和在加工部分有不同的设计和几何参数。尤其是当这些部件之间的设计变化小时，这种类型的夹具被证明是具有成本效益和快速的解决方案，这是因为它可能会通过夹具重新配置到一个新的产品或组件的变种上。然而，当所 需的零件盒装配的设计完全不同时，可能需要不同尺寸夹具组件的完整地重排，因此，在设计一个新的零件和重组夹具的拓扑结构时应该考虑到要便于减少夹具的安装和重新配置的时间以及成本，并最大限度的重用现在的组件在当前的装配中。 一个柔性夹具有许多种装配方式，是由于其灵活性。在正确的安装顺序下选择合适的组件，可以最大限度的节约成本和时间。本次选择的过程中应该对未来产品的夹具的潜在的重用予以考虑。在产品不断变化的情况下，计划和设计夹具框架是很重要的。使用定制的夹具、紧固件、轴套和其他夹具元件都是降低成本的关键问题。 仿真软 件和工具的广泛使用，可以减少返工和浪费夹具材料相关的成本。例如测量仪器，其目标点之间的视线检查就会使用这些软件来辅助。图 4 显示了柔 性夹具安装在测量仿真软件中的第一个阶段。由于夹具正在兴建的模拟的效益越 来越明显，因此它可以突出仪器与目标测量点的水平视线的问题和不确定性。 由于关于夹具操作中重量和力使夹具元件的电位漂移和变形，则可以提前在仿真中分析以及在购买夹具元件方面的财政。更重要的是，这种工具允许更好的装配和制造等操作，因为它们能提前分析出夹具的长处和弱点，揭示其物理设置。 选择合适的测量仪器最重要的是要 协助夹具安装的的计量。一个连贯的计量系统，其测量结果的不确定性能够决定夹具的不确定性，也暴露了夹具和是否符合一个给定的公差范围内所需任务的能力。 图 量辅助夹具安装的模拟过程 由于关于夹具操作中重量和力使夹具元件的电位漂移和变形，则可以提前在仿真中分析以及在购买夹具元件方面的财政。更重要的是，这种工具允许更好的装配和制造等操作，因为它们能提前分析出夹具的长处和弱点，揭示其物理设置。 选择合适的测量仪器最重要的是要协助夹具安装的的计量。一个连贯的计量系统，其测量结果的不确定性能够决定夹具的不确定性 ，也暴露了夹具和是否符合一个给定的公差范围内所需任务的能力。 总 结 零件和装配体应该以尽量减少夹具成本的方式来设计，以满足使用标准组件。如果在夹具更新至下一产品时提前思考，则其速度和成本可能会增加。在夹具和固定装置的设计上有强大的总成本、碳足迹及其可持续性。它往往要求生产出只有极少数的典型设计或产品，子系统或组件，以满足产品的变化和客户的需求。对于大型产品的几何尺寸超出几米夹具的可能会造成重大的开销。此外，一旦所需的零部件倍制造出来，这些夹具则会变得多余。常规回收多余夹具是不经济的。因此，找到增加夹具的灵活 性才是所需求的方法。 柔性夹具和夹具的概念已存于二十余年。然而它们的潜能还没有真正发挥，是由于其精度可可重复性的不确定性。高精度计量系统现在能够用来对夹具进行初始安装和服务。然后使用该系统有可能重新设定夹具元素使其精确到一个新的拓扑结构，以便于定位不同几何位置的组件，允许几次使用夹具。 本文提出了一种对于大规模柔性夹具及夹具初始定位和安装的通用的算法。计量辅助夹具安装的新概念被证明对复杂的设置和夹具的安装是有益的。当完全装配好时，夹具的稳定性可以通过慎重考虑和选择夹具几何位置上的关键点来予以保证。这种方法将 应用于大尺寸元件和产品的制造以及装配件，尤其是应用于航空航天和发电工业中。 G. et (, of 149 78 011 . he to of of is in of in be in as is as in It is of to be in to of to in in to of of of as be of a or of of In of of is of a in of as to of to in in of is by a of at of to in of of to be of in to be in be by in or of be In a in a as it of a be in to of is a of in 1. to a in as is to to of as as to of as as 2 of to of it is to to At is of is or to to or in 2. of of to to in If in is to so a of of 3, 4. is or to J. 50 to or of to is a of it is to a as on of In of a s if in to be of in of a 5. 6 to of on In a be by : of ) to is be in of in to of a of or a of or a of as ). he of is as as It is to on a of be to be In of at in a is it is to in a to be a of in to as be of of of in on of in of on a of to be is to be at in to of of D of on of or be in to of of a of of of in a In to of as it is to in of to in of ) as is 51in in as of of of to of in : ) a of in of up to be to of of of or to as be of to of a of of 7. of a of be in be to or be a MR or in a of to be of be if be In be a of of to 8. is of or of a In it if a of a of in of in to be on of 9. of a or be no or or a of a of of in of of In as as be In to of a to to of of of is a . 52 of to is as it is in in of by a to of : of MR 9 9 9 9 9 9 9 3 he to be in in of in be a be in to of by on of an in of a m x 4m is in a is of is in or it is a of an a a on a to of at be or to in to In an as is of of of be in of of of is to to is In of mm at of of 1. in . of . of or in . of 5. of . of in on . of on 8. of 9. of 0. in of on to of to in of 53in of be : A ow in to he 1. of of . of . of on . of on is of is a of it in as as or of as of of of in in of of In it is of in of a of to in a of is of is : . 54 In it be to or a to of on dG. et (, of 49 78 011 . he to of of is in of in be in as is as in It is of to be in to of to in in to of of of as be of a or of of In of of is of a in of as to of to in in of is by a of at of to in of of to be of in to be in be by in or of be In a in a as it of a be in to of is a of in 1. to a in as is to to of as as to of as as 2 of to of it is to to At is of is or to to or in 2. of of to to in If in is to so a of of 3, 4. is or to 机械加工工序卡片 大学名 机械加工工序卡片 零件图号 共 14 页 零件名称 畸形拨叉 第 1 页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 机加工 30 粗铣上方端面 坯种类 毛坯外形尺寸 每件毛坯可制件数 每台件数 铸造 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 铣床 1 夹具编号 夹具名称 切削液 专用夹具 乳化液 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 准终 单件 工步号 工步内容 工艺装备 主轴转速 /（ r 切削速度 /（ m 进给量 /（ r） 背吃刀量/刀 次数 工时定额 基本 辅助 1 粗铣上方端面 硬质合金面铣刀游标卡 尺、工装 70 1 械加工工序卡片 大学名 机械加工工序卡片 零件图号 共 14 页 零件名称 畸形拨叉 第 1 页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 机加工 30 粗铣下方端面 坯种类 毛坯外形尺寸 每件毛坯可制件数 每台件数 铸造 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 铣床 1 夹具编号 夹具名称 切削液 专用夹具 乳化液 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 准终 单件 工步号 工步内容 工艺装备 主轴转速 /（ r 切削速度 /（ m 进给量 /（ r） 背吃刀量/刀 次数 工时定额 基本 辅助 1 粗铣下方端面 硬质合金面铣刀游标卡 尺、工装 70 1 机械加工工序卡片 大学名 机械加工工序卡片 零件图号 共 14 页 零件名称 畸形拨叉 第 2 页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 机加工 40 精铣上方端面 坯种类 毛坯外形尺寸 每件毛坯可制件数 每台件数 铸造 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 铣床 1 夹具编号 夹具名称 切削液 专用夹具 乳化液 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 准终 单件 工步号 工步内容 工艺装备 主轴转速 /（ r 切削速度 /（ m 进给量 /（ r） 背吃刀量/刀 次数 工时定额 基本 辅助 1 精铣上方端面 硬质合金面铣刀游标卡 尺、工装 60 1 械加工工序卡片 大学名 机 械加工工序卡片 零件图号 共 14 页 零件名称 畸形拨叉 第 2 页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 机加工 40 精铣下方端面 坯种类 毛坯外形尺寸 每件毛坯可制件数 每台件数 铸造 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 铣床 1 夹具编号 夹具名称 切削液 专用夹具 乳化液 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 准终 单件 工步号 工步内容 工艺装备 主轴转速 /（ r 切削速度 /（ m 进给量 /（ r） 背吃刀量/刀 次数 工时定额 基本 辅助 1 精铣下方端面 硬质合金面铣刀游标卡 尺、工装 60 1 械加工工序卡片 大学名 机械加工工序卡片 零件图号 共 14 页 零件名称 畸形拨叉 第 3 页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 机加工 50 钻 孔 坯种类 毛坯外形尺寸 每件毛坯可制件数 每台件数 铸造 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 钻床 夹具编号 夹具名称 切削液 专用夹具 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 准终 单件 工步号 工步内容 工艺装备 主轴转速 /（ r 切削速度 /（ m 进给量 /（ r） 背吃刀量/刀 次数 工时定额 基本 辅助 1 钻 10的孔 钻头 游标卡尺、工装 300 1 扩 10的孔 钻头 游标卡尺、工装 250 1 铰孔 10的孔 铰 刀游标卡尺、工装 300 械加工工序卡片 大学名 机械加工工序卡片 零件图号 共 14 页 零件名称 畸形拨叉 第 3 页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 机加工 50 钻 孔 坯种类 毛坯外形尺寸 每件毛坯可制件数 每台件数 铸造 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 钻床 夹具编号 夹具名称 切削液 专用夹具 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 准终 单件 工步号 工 步内容 工艺装备 主轴转速 /（ r 切削速度 /（ m 进给量 /（ r） 背吃刀量/刀 次数 工时定额 基本 辅助 1 钻 11的孔 钻头 游标卡尺、工装 300 1 扩 钻头 游标卡尺、工装 250 1 铰孔 12的孔 铰 刀游标卡尺、工装 300 械加工工序卡片 大学名 机械加工工序卡片 零 件图号 共 14 页 零件名称 畸形拨叉 第 3 页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 机加工 50 钻 孔 坯种类 毛坯外形尺寸 每件毛坯可制件数 每 台件数 铸造 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 钻床 夹具编号 夹具名称 切削液 专用夹具 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 准终 单件 工步号 工步内容 工艺装备 主轴转速 /（ r 切削速度 /（ m 进给量 /（ r） 背吃刀量/刀 次数 工时定额 基本 辅助 1 钻 20的孔 钻头 游标卡尺、工装 300 1 扩 钻头 游标卡尺、工装 250 1 铰孔 25的孔 铰 刀游标卡尺、工装 300 机械加工工艺过程卡片 产品名称 零 (部 )件名称 零件图号 材料 毛 坯 种 类 文件编号 畸形拨叉 畸形拨叉 造 造 工 序 号 工 序 内 容 设 备 夹具名称 刀具名称 量具名称 工作 等级 单件 工时 名称 型号 10 采用 铸造 的方法获得毛坯 20 时效处理， 回火， 去应力 30 打点划线 40 粗铣 上方端面 立式铣床 用 铣夹具 1 端铣刀 游标卡尺 M 50 粗铣下方端面 立式铣床 用 铣夹具 1 端铣刀 游标卡尺 M 60 精铣上方端面 立式铣床 用 铣夹具 1 端铣刀 游标卡尺 M 70 精铣下方端面 立式铣床 用 铣夹具 1 端铣刀 游标卡尺 M 80 钻扩铰 10孔 立式钻床 用 钻夹具 1 麻花钻 ，扩孔钻，铰刀 游标卡尺 M 90 钻扩铰 12孔 立式钻床 用 钻夹具 1 麻花钻 ，扩孔钻，铰刀 游标卡尺 M 100 钻扩铰 25孔 立式钻床 用 钻夹具 1 麻花钻 ，扩孔钻，铰刀 游标卡尺 M 110 去毛刺 120 检验入库 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 包含 纸 和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 1 课程设计 畸形拨叉工艺和双孔钻模夹具设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 要 畸形拨叉 是某企业产品中的关键零件之一，本课题要求根据企业生产需要和 畸形拨叉 零件的加工要求，首先完成零件的加工工艺规程设计，在此基础之上，选择其关键工序之一进行专用夹具，并完成必要的设计计算。本机床所用夹具的通用性强，工件采用定位夹紧，快速方便。夹紧采用 手动 加紧，采用这种方式完全能够满足精度要求。而且简易方便，制造成本低，通 用性好。由于 畸形拨叉 的生产量比较大，为了保证产品质量，提高加工效率，需要对其加工工艺进行优化设计，并在关键工序使用组合机床或专用机床进行加工。 通过设计，综合运用了大学期间的多数基础和专业知识，加深所学知识体系，掌握了运用各项绘图软件进行设计的方法和技巧 ,熟悉了工程应用设计。 关键词 畸形拨叉 零件分析 工艺路线 夹具设计 组合机床包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 1 he is of of an of of of of of of of is of is to so to of As of is it is to to to of of we to of on a of 目 录 摘 要 . . 1 一、 前言 . 3 2 零件工艺性分析 . 4 零件的作用 . 4 零件的工艺分析 . 5 3 畸形拨叉工艺规程设计 . 5 工艺规程的作用 . 5 毛坯的确定 . 6 位基准的选择 . 6 制定工艺路线 . 6 毛坯尺寸的确定与机械加工余量 . 8 定切削用量及基本工时 . 9 第 4 章 钻模夹具设计 . 18 计要求 . 18 具设计 . 18 定位基准的选择 . 18 切削力及夹紧力的计算 . 18 位误差的分析 . 21 套、衬套、钻模板设计与选用 . 22 定夹具体结构和总体结构 . 24 具设计及操作的简要说明 . 25 4 总结 . 25 参考文献 . 26 致 谢 . 28 3 一、 前言 机械制造 技术基础 课程设计是我们学完了大学全部基础课，技术 基础课以及大部分 4 专业课之后进行的，这是我们在进行毕业设计之前对所有各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 本次课程设计内容包括零件的分析，工艺路线的制定，工艺规划设计，某道工序的夹具设计以及该道工序的工序卡，机械加工综合卡片，夹具装配图以及夹具底座零件图的绘制等等。 就我个人而言，希望能通过这次课程设计对未来即将从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，并学会将所学到的理论知识应用到具体的实际生产问题中来，为以 后走向社会打下坚实的基础。 由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师批评指正。 机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础课程进行了生产实习之后的一个重要的实践教学环节。学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计。其目的如下： 培养学生解决机械加工工艺问题的能力。通过课程设计，熟练运用机械技术基础课程中 的基本理论及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中定位、加紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，初步具备设计一个中等复杂程度零件的能力。 培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。 进一步培养学生识图、制图、运用和编写技术文件等基本技能。 2 零件工艺性 分析 零件的作用 畸形拨叉 是一个主要零件。 通过 拨动零件 的 实现换挡调速 ，该零件的加工好坏，将 5 影响到整个配气机构的工作性能。 零件的工艺分析 由附图 1 得知，其材料为 材 料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。 该零件上主要加工面为 上 、 下 端面， 10 12 25及加工。由参考文献 1中有关孔的加工的经济精度机床能达到的位置精度可知上述要求可以达到的零件的结构的工艺性也是可行的。 以 上下端面 为主 有： 零件 上下端面 加工，其粗糙度要求是 ； 畸形拨叉 平面 的粗 、精铣加工，其粗糙度要求是 a 。 孔系加工有 ： 12、 25 钻扩铰加工 ，其表面粗糙度 为 ； 小孔 10 铰 加工 3 畸形拨叉 工艺规程设计 工艺规程的作用 工艺规程是生产准备、生产组织、计划调度的主要依据，是指导工人操作的主要技术文件，也是工厂和车间进行设计或技术 改造的重要原始资料。工艺规程的制订须严格按照规定的程序和格式进行，并随技术进步和企业发展，定期修改完善。 (1)根据机械加工工艺规程进行生产准备（包括技术准备）。在产品投入生产以前， 6 需要做大量的生产准备和技术准备工作，例如，关键技术的分析与研究；刀、夹、量具的设计、制造或采购；设备改装与新设备的购置或定做等。这些工作都必须根据机械加工工艺规程来展开。 (2)机械加工工艺规程是生产计划、调度、工人的操作、质量检查等的依据。 (3)新建或扩建车间 (或工段 ),起原始依据也是机械加工工艺规程 ， 根据机械加工工艺规程确 定机床的种类和数量 ， 确定机床的布置和动力配置 ， 确定生产面积的大小和工人的数量。 毛坯的确定 零件材料是 件年产量是大批量 ,而且零件加工的轮廓尺寸不大 ,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型，采用方法为砂模机器造型。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。 位基准的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则 ， 加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废， 使生产无法正常进行。 粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择零件的重要面和重要孔做基准。在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀 精基准的选择： 主要考虑基准重合问题， 畸形拨叉 的下端面既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵循基准重合的原则 。 20 孔及左右两端面都采用底面做基准，这使得工艺路线又遵循“基准统一”的原则，下端面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单，可靠，操作方便。 制定工艺路线 制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精 度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本 9。 工艺路线方案一 10 采用铸造的方法获得毛坯 7 20 时效处理，回火，去应力 30 打点划线 40 粗铣上方端面 50 粗铣下方端面 60 精铣上方端面 70 精铣下方端面 80 钻扩铰 10孔 90 钻扩铰 12孔 100 钻扩铰 25孔 110 去毛刺 120 检验入库 工艺路线方案二 10 采用铸造的方法获得毛坯 20 时效处理，回火，去应力 30 打点划线 40 粗铣上方端面 50 粗铣下方端面 60 钻扩铰 10孔 70 钻扩铰 12孔 80 钻扩铰 25孔 90 精铣上方端面 100 精铣下方端面 110 去毛刺 120 检验入库 工艺方案的比较与分析 因左右两端面均对 25有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原 8 则，减少装次数，提高加工精度。根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将 端面的精铣和下端面的粗铣放在前面，下端面的精铣放在后面，每一阶段要首先加工上端面后钻孔，左右端面上 25放后面加工。初步拟订加工路线方案一。方案一 遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序还有一些问题还值得进一步讨论。如车上端面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们惯性力较大，平衡困难；又由上端面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削容易引起工艺系统的震动，故改动铣削加工。 通过以上的两工艺路线的优、缺点分析，最后确定工艺路线方案一为该零件的加工路线。该工艺过程详见附表和附表 2，机械加工工艺 过程卡片和机械加工工序卡片。 10 采用铸造的方法获得毛坯 20 时效处理，回火，去应力 30 打点划线 40 粗铣上方端面 50 粗铣下方端面 60 精铣上方端面 70 精铣下方端面 80 钻扩铰 10 孔 90 钻扩铰 12 孔 100 钻扩铰 25 孔 110 去毛刺 120 检验入库 毛坯尺寸的确定与机械加工余量 上下端面 的偏差及加工余量计算 上下端面 计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下： 粗铣：由参考文献 4表 11 19。其余量值规定为 2取 3 3可知其粗铣时精度等级为 铣平面时厚度偏差取 精铣：由参考文献 3表 59，其余量值规定为 参照参考文献 3表 3 2， 3 25,13和参考文献 15表 1 8，可以查得： 钻孔 25 钻孔的精度等级： 12表面粗糙度 ，尺寸偏差是 9 扩孔的精度等级： 10表面粗糙度 ，尺寸偏差是 铰孔的精度等级： 8，表面粗糙度 ，尺寸偏差是 钻孔 12 参照参考文献 3表 47，表 48。确定工序尺寸及加工余量为： 加工该孔的工艺是：钻 扩 铰 由以上资料得出毛坯尺寸图 。 定切削用量及基本工时 在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。 (1)切削用量指：背吃刀量 切削深度 给量 f 及切削速度 (2)确定方法是：确定切削深度 确定进给量 确定切削速度 (3)具体要求是： 由工序或工步余量确定切削深度：精、半精加工全部余量在一次走刀中去除 在中等功率机床上一次走刀 达 810 按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量：对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度。 可用查表法 或计算法得出切削速度 ，用公式 换算出查或计算法所得的转速，根据 在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速 n 机作为实际的转速，再用 换算出实际的切削速度 填入工艺文件中。 对粗加工，选取实际切削速度 实际进给量 f 机和背吃刀量 后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。 工序 40： 粗铣上方端面 机床： 立式铣床 具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 3 齿数 6Z 铣削深度每齿进给量据参考文献 7机械加工工艺手册表 削速度 V ：参照参考文献 7机械加工工艺手册表 机床主轴转速 n ： 10 m i n/ 0 01 0 0 00n ， 70 式（ 实际铣 削速度 V ： 式（ 进给量式（ 工作台每分进给量m 9/66.6 a：根据参考文献 7机械加工工艺手册表 0被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 6 刀具切入长度 1l ： )31()(21 式（ 1()606363(2 取 51 刀具切出长度 2l ：取 2 走刀次数为 1 机动时间1m 922576211 mj 式（ 工序 50： 粗铣下方端面 机床： 立式铣床 具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 3 齿数 6Z 铣削深度每齿进给量据参考文献 7机械加工工艺手册表 削速度 V ：参照参考文献 7机械加工工艺手册表 机床主轴转速 n ： m i n/ 0 01 0 0 00n ， 70 式（ 11 实际铣削速度 V ： 式（ 进给量式（ 工作台每分进给量m 9/66.6 a：根据参考文献 7机械加工工艺手册表 0被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 6 刀具切入长度 1l ： )31()(21 式（ 1()606363(2 取 51 刀具切出长度 2l ：取 2 走刀次数为 1 机动时间1m 922576211 mj 式（ 工序 60： 精铣上方端面 机床： 立式铣床 具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 3 齿数 6Z 铣削深度齿进给量据参考文献 7机械加工工艺手册表 削速度 V ：参照参考文献 7机械加工工艺手册表 机床主轴转速 n ，由式（ ： m i n/ 0 01 0 0 00n ， 60 实际铣削速度 V ，由式（ ： 0 0 4 6 0 00 12 进给 量式（ ： 工作台每分进给量 m 14/9 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 6 刀具切入长度 1l ：精铣时 31 刀具切出长度 2l ：取 2 走刀次数为 1。 机动时间2式（ ： m mj 本工序机动时间 m 工序 70： 精铣下方端面 机床： 立式铣床 具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 3 齿数 6Z 铣削深度齿进给量据参考文献 7机械加工工艺手册表 削速度 V ：参照参考文献 7机械加工工艺手册表 机床主轴转速 n ，由式（ ： m i n/ 0 01 0 0 00n ， 60 实际铣削速度 V ，由式（ ： 0 0 4 6 0 00 进给量式（ ： 工作台每分进给量 m 14/9 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 6 刀具切入长度 1l ：精铣时 31 刀具切出长度 2l ：取 2 13 走刀次数为 1。 机动时间2式（ ： m mj 本工序机动时间 m 工序 8： 钻扩铰 10 孔 机床：钻床 具： 高速钢麻花钻 （ 1） 先加工到尺寸为 削深度给量 f ：根据机械加工工艺手册表 切削速度 V ：参照机械加工工艺手册表 机床主轴转速 n ： m i n/9 6 0 01 0 0 0 0 n ，取 00 实际切削速度 V ： 被切削层长度 l ： 0 刀具切入长度 1l ： 1(21 刀具切 出长度 2l ： 02 l 走刀次数为 1 机动时间m fn 0 孔到规定尺寸 取背吃刀量 削速度 1 4 / m 进给量 f 0.8 r 则 1 0 0 0 1 0 0 0 1 . 4n 4 5 . 5 / m i v r 采用 取转速 n 3 9 2 / m r故实际切削速度为 9 . 8 3 9 2v 1 2 . 1 / m i 0 0 1 0 0 0dn m 14 由 459 . 8 9 . 6 0 . 122p m m 铰 孔切入切出行程1 15l 39l 工序基本时间为212 3 9 0 . 1 1 5 0 . 1 7 m i n 1 0 . 4 8 3 9 2j l l lt 2t 1 0 . 4 0 . 1 6 1 . 6 6 4f s 22 (1 0 . 4 1 . 6 6 4 ) 0 . 0 6 0 . 7 2 2t 1 0 . 4 1 . 6 6 4 0 . 7 2 1 2 . 8jd s 工序 90： 钻扩铰 12。 机床： 立式钻床 具：根据参照参考文献 3表 9 选 高速钢 锥柄麻花钻头。 钻孔 进给量 f ：根据参考文献 3表 38，取 。 切削速度 V ：参照参考文献 3表 41，取 V m s 。 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 0 . 4 8 6 0 5 3 9 . 5 3 / m i 1 4 1 1 ， 按照参考文献 3表 31，取 630 / m 所以实际切削速度 v ： 3 . 1 4 1 7 6 3 0 0 . 5 6 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0m s 切削工时 被切削层长度 l ： 42l 刀具切 入长度 1l ： 1 17( 1 2 ) 1 2 0 1 5 . 9 622c t g k c t g m m m m 刀具切出长度 2l ： 12 取 2 走刀次数为 1 机动时间14 2 6 3 0 . 2 5 m i 3 3 6 3 0 扩孔 刀具：根据参照参考文献 3表 31 选择硬质合金锥柄麻花 扩孔钻头。 15 片 型号： 削深度给量 f ：根据参考文献 3表 52，取 f mm r 。 切削速度 V ：参照参考文献 3表 53，取 V m s 。 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 0 . 4 4 6 0 4 2 6 . 7 8 / m i 1 4 1 9 . 7 按照参考文献 3表 31，取 500 / m 所以实际切削速度 v ： 3 . 1 4 1 1 . 7 5 0 0 0 . 5 2 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0m s 切削工时 被切削层长度 l ： 42l 刀具切入长度 1l 有： 11 1 9 . 7 1 7( 1 2 ) 1 2 0 2 2 . 8 6 322c t g k c t g m m m m 刀具切出长度 2l ： 12 ， 取 2 走刀次数为 1 机动时间24 2 3 3 0 . 1 6 m i 6 5 0 0 铰孔 12 刀具：根据参照参考文献 3表 54，选择硬质合金锥柄机用铰刀。 切削深度且 12D 。 进给量 f ：根据参考文献 3表 58， 取 。 切削速度 V ：参照参考文献 3表 60，取 。 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 0 . 3 2 6 0 3 0 5 . 7 3 / m i 1 4 1 2 按照参考文献 3表 31取 315 / m 实际切削速度 v ： 3 . 1 4 1 2 6 0 0 0 . 6 3 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0m s 切削工时 被切削层长度 l ： 42l 16 刀具切入长度 1l ， 01 2 0 1 9 . 7( 1 2 ) 1 2 0 2 2 . 0 922c t g k c t g m m 刀具切出长度 2l ： 12 取 2 走刀次数为 1 机动时间34 2 2 . 0 9 3 0 . 0 7 m i 1 5 该工序的加 工机动时间的总和是0 . 2 5 0 . 1 6 0 . 0 7 0 . 4 8 m i 工序 100： 钻扩铰 25。 （ 1） 钻 25的孔 由资料 1机械加工工艺手册表 得 ： ， 0 ； 由式 m rd ，取 80 由式 5 ， 2120220)21(21 ， 2 根据 式 8 84521 (3) 扩孔 25 由资料 1机械加工工艺手册表 ， ； 由式 m rd vn c ，取 00 由式 0 ， tg 11202 2024)21(21 ， 2 17 根据 式 160/3 0 34521 (5)铰 孔 25 由资料 1机械加工工艺手册表 得 ： ， 由式 1 0 0 0 1 0 0 0 0 . 3 5 6 0 2 6 2 . 3 / m i 1 4 2 5 ，取 00 由式 3 . 1 4 2 5 3 0 0 0 . 3 9 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0c m s 0 ， tg 21202 1(21 铰圆柱孔时， 由资料 1机械加工工艺手册表 得： 82 根据 式 0 866021 18 第 4 章 钻模 夹具 设计 计要求 为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本夹具将用于 。 成批生产，任务为设计一 钻 25孔 、钻 12 孔 。 本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，精度不是主要考虑的问题。 具设计 定位基准的选择 为了提高加工效率及方便加工，决定材料使用高速钢，用于对进行加工，准备采用手动夹紧。 由零件图可知： 进行加工前， 底面 进行了粗、精铣加工， 进行了粗、精加工。 因此 ，定位、夹紧方案有： 方案：选外圆面平面、和侧面和 用性较强的螺旋压块来夹紧。 为了使定位误差达到要求的范围之内， 这种定位在结构上简单易操作。 切削力及夹紧力的计算 钻该孔时选用：钻床 具用高速钢刀具。 由参考文献 5查表 721 可得： 切削力公式： 1 f K式中 25D 0 /f m m r 查表 821 得： 0 ()736其中： 即： 9 5 5 ( )际所需夹紧力： 由 参考文献 5表 1 2 12 得： 19 12 有：120 . 7 , 0 . 1 6安全系数 ： 6543210 式中：60 全系数，见 参考文献 5表 121 可得： 1 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 3 1 . 0 1 . 0 1 . 5 6K 所以 9 5 5 . 0 8 1 . 5 6 1 4 8 9 . 9 2 ( ) F N 根据工件受力 切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工 过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： 安全系数 6543210 式中：60 种因素的 安全系数， 查参考文献 51 2 1可知其公式参数： 1 2 34 5 61 . 0
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