轴的加工工艺及夹具设计【轴长143】钻Φ10和Φ3.5孔工序（含全套CAD图纸）
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沈阳理工大学学士学位论文 50 附录 二 ：中文翻译 通过夹具布局设计和夹紧力的优化控制变形 摘 要 工件变形必须控制在数值控制机械加工过程 之中 。夹具布局和夹紧力是 影 响加工变形程度和分布的 两个主要方面 。在 本文提出了一种多目标模型的建立，以减低 变形的 程度 和增加 均匀变形 分布 。有限元方法 应用 于分析变形。遗传算法发展是为了解决优化模型。最后举了一个例子说明，一个令人满意的结果被求得 ， 这是远优于经验之一的。多目标模型可以减少加工变形有效地改善分布状况。 关键词 ：夹具布局；夹紧力； 遗传算法；有限元方法 1 引言 夹具设计在制造工程中是一项重要 的程序。这对于加工精度是至关重要。一个工件应约束在一个带有夹具元件，如定位元件，夹紧装置，以及支撑元件的夹具中加工。定位的位置和夹具的支力，应该从战略的设计，并且适当的夹紧力应适用。该夹具元件可以放在工件表面的任何可选位置。夹紧力必须大到足以进行工件加工。通常情况下，它在很大程度上取决于设计师的经验，选择 该夹具元件的方案 ，并确定夹紧力。因此，不能保证由此产生的解决方案是 某一特定的工件的 最优或接近最优 的方案。 因此，夹具布局和夹紧力优化成为 夹具设计方案的两个主要方面 。 定位和夹紧装置和 夹紧力 的值都应 适当的选择和 计算 ， 使由于夹紧 力 和切削力 产生的工件变形尽量减少和非正式化 。 夹具设计 的目的 是要找到 夹具元件关于工件和最优的夹紧力的 一个最优 布局或方案 。在这篇论文里 ， 多目标优化方法是代表了 夹具布局设计和夹紧力的优化 的方法 。 这个观点是具有两面性的。 一，是尽量减少 加工表面最大的弹性变形 ； 另一个是尽量均匀变形。 件包 是用来计算 工件 由于夹紧力和切削力 下产生的变形。遗传算法是 发达且 直接 的搜索工具箱，并且被应用于 解决优化问题。最后还给出了一个 案例 的 研究 ，以阐述对所提算法 的应用。 沈阳理工大学学士学位论文 51 2 文献回顾 随着优化方法在工业中的广泛运用，近几年 夹具设计优化已获得了更多的利益。夹具设计优化包括夹具布局优化和夹紧力优化。 出了一种 使用刚体模型的夹具 用了一个刚性体模型，为最优夹具布局和最低的夹紧力进行分析和综合。 他提出了基于支持布局优化的程序与计算质量的有限元计算法 。李和 了一个非线性编程方法和一个联络弹性模型解决布局优化问题。两年后， 他们提交了一份 确定关于多钳夹具受到准静态加工力的夹紧力优化的方法。他们还提出了一关于夹 具布置和夹紧力的最优的合成方法，认为工件在加工过程中处于动态。相结合的夹具布局和夹紧力优化程序被提出，其他研究人员用有限元法进行夹具设计与分析。蔡等对 括合成的夹具布局的金属板材大会的理论进行了拓展。 秦等人建立了一个与夹具和工件之间弹性接触的模型作为参考物来优化夹紧力与，以尽量减少工件的位置误差。 交了一份 基于模型的 框架 以 确定所需的最低限度夹紧力，保证了 被夹紧 工件在加工 的动态稳定 。 大部分的上述研究使用的是非线性规划方法，很少有全面的或近全面的最优解决 办法。 所有的夹具布局优化程序必须从一个可行布局开始。 此外，还得到了对这些模型都非常敏感的初步可行夹具布局的解决方案。 夹具优化设计的问题是非线性的，因为目标的功能和设计变量之间没有直接分析的关系。例如加工表面误差和夹具的参数之间（定位、夹具和夹紧力）。 以前的研究表明，遗传算法（ 在解决这类优化问题中是一种有用的技术。吴和陈用遗传算法确定最稳定的静态夹具布局。石川和青山应用遗传算法确定最佳夹紧条件弹性工件。 基于优化夹具布局的遗传算法中使用空间坐标编码。他们还提出了针对主要竞争夹具 优化方法相对有效性的广泛调查的方法和结果。这表明连续遗传算法取得最优质的解决方案。 展了一个夹具布局优化技术，用遗传算法找到夹具布局，尽量减少由于在整个刀具路径的夹紧和切削力造成的加工表面的变形。 定位器和夹具位置被节点号码所指定。 人还提出了一种迭代算法，尽量减少工件在整个切削过程之中由不同的夹具布局和夹紧力造成的弹性变形。 人建成了一个分析模型，认为定位和夹紧装置为同一夹具布局的要素灵活的一部分。 论了混合学习系统用来非 线性有限元分析与支持相结合的人工神经网络（ 和 人工神经网络被用来计算工件的最大弹性变形，遗传算法被用沈阳理工大学学士学位论文 52 来确定最佳锁模力。 议将 迭代算法和人工神经网络结合起来发展夹具设计系统。 迭代算法和有限元分析，在二维工件中找到最佳定位和夹紧位置，并且把碎片 的效果考虑进去。 周等人。提出了基于遗传算法的方法，认为优化夹具布局和夹紧力的同时，一些研究没有考虑为整个刀具路径优化布局。一些研究使用节点数目作为设计参数。 一些研究解决夹具布局或夹紧力优化方法，但不能两者都同时进行。 有几项研究摩擦和 碎 片 考虑进去了。 碎片 的移动和摩擦接触的影响对于实现更为现实和准确的工件夹具布局校核分析来说是不可忽视的。 因此将 碎片 的去除效果和摩擦考虑在内以实现更好的加工精度是必须的。 在这篇论文中，将摩擦和 碎片 移除考虑在内，以达到加工表面在夹紧和切削力下最低程度的变形。 一多目标优化模型被建立了。一个优化的过程中基于 有限元法提交找到最佳的布局和夹具夹紧力。 最后，结果多目标优化模型对低刚度工件而言是比较单一的目标优化方法、经验和方法。 3 多目标优化模型夹具设计 一个可行的夹具布局 必须 满足三限制。 首先，定位和夹紧装置 不能 将 拉伸势力 应用到 工件 ； 第二，库仑摩擦约束必须 施加 在所有夹具 夹具元件 位置必须在候选位置。 为一个问题涉及夹具元件 化问题可以在数学上仿照如下 ： 这里的 工区域在加工当中 其中 沈阳理工大学学士学位论文 53 是 j 的平均值； i 次的接触点； 是静态摩擦系数； 切向力在 i 次的接触 点 ； i)是 i 次的接触点； i 次接触点； 整体过程如图 1 所示， 一要设计一套可行的夹具布局和优化的夹紧力。最大切削力在切削模型和切削力发送到有限元分析模型中被计算出来。优化程序造成一些夹具布局和夹紧力，同时也是被发送到有限元模型中。在有限元分析座内，加工变形下，切削力和夹紧力的计算方法采用有限元方法 。 根据某夹具布局和变形 ， 然后发送给优化程序，以搜索为一优化夹具 方案。 图 1 夹具布局和夹紧力 优化过程 4 夹具布局设计和夹紧力的优化 遗传 算法 遗传算法（ 是基于生物再生产过程的强劲，随机和启发式的优化方法。 基本思路背后的遗传算法是模拟 “生存的优胜劣汰 “的现象。 每一个人口中的候选个体指派一个健身的价值，通过一个功能的调整，以适应特定的问题。 遗传算法，然后进行复制，交叉和变异过程消除不适宜的个人和人口的演进给下一代。 人口足够数目的演变基于这些经营者引起全球健身人口的增加 和优胜个体代表全最好的方法。 遗传算法程序在优化夹具设计时需夹具布局和夹紧力作为设计变量，以生成字符串代表不同的 布置。 字符串相比染色体的自然演变，以及字符串，它和遗传算法寻找最优，是映射到最优的夹具设计计划。在这项研究里，遗传算法和 直接搜索工具箱是被运用的。 沈阳理工大学学士学位论文 54 收敛性遗传算法是被 人口大小 、交叉的概率和概率突变所控制的 。只有当在一个人口中功能最薄弱功能的最优值没有变化时， 到一个预先定义的价值 或有多少几代氮，到达演化的指定数量上限 没有遗传算法停止。 有五个主要因素，遗传算法，编码，健身功能，遗传算子，控制参数和制约因素。 在这篇论文中，这些因素都被选出如 表 1 所列。 表 1 遗传算法参数的选择 由于遗传算法可能产生夹具设计字符串，当受到加工负荷时不完全限制夹具。 这些解决方案被认为是不可行的，且被罚的方法是 用来驱动遗传算法，以实现一个可行的解决办法。 1 夹具设计的计划被认为是不可行的或无约束，如果反应在定位是否定的。在换句话说，它不符合方程（ 2）和（ 3）的限制。 罚的方法基本上包含指定计划的高目标函数值时不可行的 。因此，驱动它在连续迭代算法中的可行区域。 对于约束（ 4） ，当遗传算子产生新个体或此个体已经产生，检查它 们是否符合条件是必要的。 真正的候选区域是那些不包括无效 的区域。在为了简化检查，多边形是用来代表候选区域和无效区域的。 多边形的顶点是用于检查。 “在 功能可被用来帮助检查。 有限元分析 件包是用于 在这方面的研究 有限元分析计算 。 有限元模型是一个考虑摩擦效应的半弹性接触模型，如果材料是假定线弹性。 如图 2 所示，每个位置或支持，是代表三个正交弹簧提供的制约。 图 2 考虑到摩擦的半弹性接触模型 沈阳理工大学学士学位论文 55 在 x ， y 和 z 方向和每个夹具类似，但定位夹紧力在正常的方向。 弹力在自然的方向即所谓自然弹力，其余两个弹力即为 所谓的切向弹力。 接触弹簧刚度可以 根据向赫兹接触理论 计算 如下 ： 随着夹紧力和夹具布局的变化，接触刚度也不同，一个合理的线性逼近的接触刚度可以从适合上述方程的最小二乘法得到。 连续插值，这是用来申请 工件的有限元分析模型的 边界条件 。在图 3中说明了夹具元件的位置，显示为黑色界线。 每个元素的位置被其它四或六最接近的邻近节点 所包围。 图 3 连续插值 这系列节点，如黑色正方形所示，是（ 37， 38， 31和 30 ），（ 9， 10 ， 11 ， 18，17号和 16号）和（ 26， 27 ， 34 ， 41， 40和 33 ）。 这一系列弹簧单元，与这些每一个节点相关联。对任何一套节点，弹簧常数 是： 这里， 弹簧刚度在的 j i 次夹具元件， i 次夹具元件和的 J 弹簧刚度在一次夹具元件位置 , i 是周围的 i 次夹具元素周围的节点数量 为每个加工负荷的一步，适当的边界条件将适用于工件的有限元模型。 在这个 工作里 ，正常的弹簧 约束在这三个方向（ X ， Y ， Z ）的和 在切方向 切向弹簧约束， （ X ， Y ） 。 夹紧力是适用于正常方向（ Z）的夹紧点。整个刀具路径是模拟为每 个夹具设计计划所产生的遗传算法应用的高峰期的 X ， Y ， z 切削力顺序到元曲面，其中刀具通沈阳理工大学学士学位论文 56 行 证。 在这工作中，从刀具路径中欧盟和去除 碎片 已经被考虑进去。在机床改变几何数值过程中，材料被去除，工件的结构刚度也改变。 因此，这是需要考虑 碎片 移除的影响。有限元分析模型，分析与重点的工具运动和碎片 移除使用的元素死亡技术。 在为了计算健身价值，对于给定夹具设计方案，位移存储为每个负载的一步。 那么，最大位移是选定为夹具设计计划的健身价值。 遗传算法的程序和 间的互动实施如下。 定位和夹具的位置以及夹紧力 这些参 数写入到一个文本文件。那个输入批处理文件 件可以读取这些参数和计算加工表面的变形。 因此， 健身价值观，在遗传算法程序，也可以写到当前夹具设计计划的一个文本文件。 当有大量的节点在一个有限元模型时，计算健身价值是很昂贵的。 因此，有必要加快计算遗传算法程序。作为这一代的推移，染色体在人口中取得类似情况。在这项工作中，计算健身价值和 染色体存放在一个 据库。 遗传算法的程序，如果目前的染色体的健身价值已计算之前，先检查；如果不，夹具设计计划发送到 则健身价值观是直接从数据库 中取出。 啮合的工件有限元模型 ，在每一个计算时间保持不变。每计算模型间的差异是边界条件，因此，网状工件的有限元模型可以用来反复 “恢复 ”令 。 5 案例研究 一个关于低刚度工件的铣削夹具设计优化问题 是被显示在前面的论文中，并在以下各节加以表述。 工件的几何形状和性能 工件的几何形状和特点显示在图 4 中，空心工件的材料 是铝 390 与泊松比 71杨氏模量。 外廓尺寸 27件 顶端内壁的三分之一 是经铣削及其刀具轨迹，如 图 4 所示 。 夹具元件中应用到的 材料 泊松比 杨氏模量的220 的合金钢。 沈阳理工大学学士学位论文 57 图 4 空心工件 模拟和加工的运作 举例将工件进行周边铣削，加工参数在表 2 中给出。 基于这些参数，切削力的最高值被作为工件内壁受到的表面载荷而被计算和应用 ，当工件处于 n（切）、 （下径向）和 （下轴） 的切削位置时。 整个刀具路径被 26 个工步所分开，切削力的方向被刀具位置所确定 表 2 加工参数和条件 。 夹具设计方案 夹具在加工过程中夹紧工件的规划如图 5 所示。 图 5 定位和夹紧装置 的可选区域 沈阳理工大学学士学位论文 58 一般来说， 3位原则是夹具设计中常用的。夹具底板限制三个自由度，在侧边控制两个自由度。这里， 在 Y=0面上 使用了 4 个定点（ 14 ），以定位工件并限制 2 自由度；并且在 Y=127相反面上，两个压板（ 2）夹紧工件。 在正交面上，需要一个定位元件限制其余的一个自由度，这在优化模型中是被忽略的。在表 3 中给出了定位加紧点的坐标范围。 表 3 设计变量的约束 由于没有一个简单的一体化程序确定夹紧力，夹紧力很大部分 （ 初始阶段被假设为每一个夹板上作用的力。且从符合例 5的最小二乘法，分别由 07 N/m 和 07 N/m 得到了正常切向刚度。 遗传控制参数和 惩 罚函数 在这个例子中， 用到了 下列参数值： 0, 00和 的惩罚函数是 这里 以被 代表。当 到 6 时， 优化结果 连续优化的收敛过程如图 6所示。且收敛过程的相应功能 （ 1） 和 （ 2） 如图 7、图8 所示。 优化设计方案在表 4 中给出。 沈阳理工大学学士学位论文 59 图 6 夹具布局和夹紧力优化程序 的 收敛性遗传算法 图 7 第一 个 函数值 的收敛 图 8 第二个函数值 的收敛性 表 4 多目标优化模型的结果 表 5 各种夹具设计方案结果进行比较， 结果 的 比较 从单一目标优化和经验设计中得到的夹具设计的设计变量和目标函数值，如表 5所示。 单一目标优化的结果，在论文中引做比较。 在例子中，与经验设计相比较，单一目标优化方法有其优势。 最高 变形减少了 ，均匀变形增强了 。最高夹紧力的值也减少了 。从多目标优化方法和单目标优化方法的比较中可以得出什么呢？最大变形减少了 ，均匀变形量增加了 ，最高夹紧力的值 减少了沈阳理工大学学士学位论文 60 。加工表面沿刀具轨迹 的变形分布如图 9所示。很明显，在三种方法中，多目标优化方法产生的变形分布最均匀。 与结果比较，我们确信 运用最佳定位点分布和最优夹紧力来减少工件的变形。图 10示出了一实例夹具的装配。 图 9 沿刀具轨迹 的变形分布 图 10 夹具配置 实例 6 结论 本文介绍了 基于 有限元 的 夹具布局设计和夹紧力的优化程序 设计。 优化程序是多目标 的： 最大限度地减少加工表面 的 最高变形和最大限度地 均匀 变形 。 健身价值的有限元计算。 对于 夹具设计优化的问题 ， 有限元分析 的结合被证明是一种很有用的方法 。 沈阳理工大学学士学位论文 61 在这项研究中，摩擦的影响和 碎片 移动都被考虑到了。为了减少计算的时间，建立了一个染色体的健身数值的数据库， 且网状工件的有限元模型是优化过程中多次使用的。 传统的夹具设计方法是单一目标优化方法或经验 。此研究结果表 明， 多目标优化方法 比起其他两种方法 更有效地减少变形和均匀变形 。这对于在数控加工中控制加工变形是很有意义的 。 参考文献 1、 S， 1993 年） 自动化装配线上棱柱工件最佳装夹定位生成的理论方法 。 C (1995) 优化机床夹具表现的 荷模型 。 2、 C (1998) 快速支持布局优化 。 , N (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度 。 3、 , N (2001) 夹具夹紧力的优化和其对 工件的定位精度 的影响。 4、 , N (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度 。 5、 , N (2001) 夹具夹紧力的优化 和其对工件定位精度的影响。 6、 , N (2001) 最优夹具设计计算工件动态的影响。 7、 D, S (1987) 灵活装夹系统的有限元分析。 8、 J, R (1991) 运用优化方法在夹具设计中选择支位。 9、 , J, X (1996) 变形金属板材的装夹的原则、算法和模拟。 10、 H, H, L (2005) 夹具装夹方案 的建模和优化设计。 11、 Y, N (2006) 动态稳定装夹中夹紧力最小值的确定。 12、 H, C (1996) 基于遗传算法 的夹具优化配置方法。 13、 , (1996) 借助遗传算法对装夹条件的优化。 14、 , C, , et 2002) 一项关于 空间坐标对 基于遗传算法的夹具优化问题的作用的调查。 15、 , C, , et 2002) 夹具布局优化方法 成效的调查。 16、 , N (2000) 利用遗传算法 优化加工夹具的布局。 17、 , , N (2002) 利用遗传算法 优化夹紧布局和夹紧力。 18、 M, J, Q (2004) 基于遗传算法的柔性装配夹具布局 的 建模与优化 。 沈阳理工大学学士学位论文 62 19、 (2005) 通过一种人工神经网络和遗传算法 混合的系统设计智能夹具。 20、 S, , C (2001) 采用遗传算法 固定装置的概念设计。 21、 (2006) 利用遗传算法 优化加工夹具的定位和夹紧点。 22、 L, H, H (2005) 遗传算法用于优化夹具布局和夹紧力。 23、 , (2003) 碎片 位移和摩擦接触的运用对工件夹具布局的校核。 i & 2 007 /4 007# 007be in of In a to of to of to A to a is to is an in It is to be in a as of be be be on be it on s to to is no or a in of be to is of is to an or of In is is is to of is to of is to of A is to is to of of in a . . *)o. 29, 10016, a of 1. a of 2. a 3. Li a a 4. a a 5. of . A , 8 EM 9 8of et 10 an to to of 11 a of of or of an to is of A) a in 213 A to an 14 to in A of of an of 15. 16 a A to of et 17 an by et 18 up as 19 a EA a of A. NN to 20 to A NN a 21 EM to D et 22 a GA of of as of or of be 23, so it is to to to of of to A is A EM to of is a to be at of be in a n be as 12:; :; s ; j 1; 2; :; n 12 3i 1; 2; :; p 4to at in of j is at is of at i) is i) is of is 1 to to is in is to to EA is a to to on A is to in is a a to A of on to in of A to as to of A to In A is by of Pc)of no of in a a or N, A A, In as A is to is to A to a A is if at it in ). 1 As a to it to A. 4), by or is it is to up In to to of be to is in is As 2, or is by in , Y is to in in be 8 as 65of s at of A be a to is to to EA 2 10 11 12 13 1415 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 2829 30 31 32 33 34 3536 37 38 39 40 41 4243 44 45 46 47 48 493 4 A of nd 5.4 of 00mm/of of 5.4 00 3. as is or by 37, 38,31 0, 9, 10, 11, 18, 17 6 26, 27, 34, 41,40 3. A of to of at it,at of to be to In in X, Y, Z)in X, Y). in Z) at by by , Y, Z 23is of so of it is to EA is to In to a is A as of to a of A be to a is to up A As in In in a GA if s of EA is EA be of a in 16, 18, 22 is in 5 of / / / 0 0 of 4. of is a .3 s 52.4 27 6.2 of an is 4. of is a .3 s 20 is on of . on of as on at ( ( ( is 6 机械加工工序卡片 机械加工工序卡片 产品型号 零 (部 )件图号 产品名称 零 (部 )件名称 轴 共 1 页 第 1 页 3 6 0 . 1车 间 工 序 号 工 序 名 称 材 料 牌 号 机加工 30 车 45 毛 坯 种 类 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 圆钢 1 设 备 名 称 设 备 型 号 设 备 编 号 同时加工件数 卧式车床 1 夹 具 编 号 夹 具 名 称 冷 却 液 三爪卡盘 乳化液 工位器具编号 工位器具名称 工 序 时 间 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 /(mm/r) 切削 深度 /(进给次数 工 序 工时 机动 辅助 描 图 1 半精 车 20 外圆 、 16 圆车刀，游标卡尺，三爪卡盘 320 2 5 1 描 校 装订号 设计 (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 机械加工工艺过程卡片 产品型号 零（部）件图号 产品名称 零（部）件名称 轴 共 1 页 第 1 页 材料牌号 45 毛坯种类 圆钢 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件数 1 每台件数 1 备注 工序号 工序名 称 工 序 内 容 车间 工段 设备 工 艺 装 备 工 时 准终 单件 10 粗车 20 外圆 、 16 外圆及右端面 粗车 20 外圆 、 16 外圆 卧式车床 圆车刀，游标卡尺，三爪卡盘 82s 82s 20 粗车 24外圆 以及 左端面 粗车 24 外圆 以及 左端面 卧式车床 圆车刀，游标卡尺，三爪卡盘 82s 82s 30 半精 车 20 外圆 、 16 外圆 半精 车 20 外圆 、 16 外圆 卧式车床 圆车刀，游标卡尺，三爪卡盘 72s 72s 40 半精 车 24外圆 以及 左端面 半精 车 24 外圆 以及 左端面 卧式车床 圆车刀，游标卡尺，三爪卡盘 32s 32s 50 精 车 20 外圆 、 16 外圆 精 车 20 外圆 、 16 外圆 卧式车床 圆车刀，游标卡尺，三爪卡盘 32s 32s 60 精 车 24外圆 以及 左端面 精 车 24 外圆 以及 左端面 卧式车床 圆车刀，游标卡尺，三爪卡盘 50s 50s 描 校 70 车 刀槽 车 刀槽 卧式车床 槽车刀，游标卡尺，三爪卡盘 82s 82s 80 铣宽度为 22 的两侧平面 铣宽度为 22 的两侧平面 铣床 刀，游标卡尺，专用夹具 62s 62s 底图号 90 钻 10 孔和 钻 10 孔和 ， 立式钻床 头，游标卡尺，专用夹具 42s 42s 装订号 设计（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 机械加工工艺过程卡片 产品型号 零（部）件图号 产品名称 零（部）件名称 轴 共 1 页 第 1 页 材料牌号 45 毛坯种类 圆钢 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件数 1 每台件数 1 备注 工序号 工序名 称 工 序 内 容 车间 工段 设备 工 艺 装 备 工 时 准终 单件 100 钻孔攻丝 口倒角60 度 钻孔攻丝 口倒角 60 度 立式钻床 头，游标卡尺，专用夹具 42s 42s 110 磨 20 外圆 、 16 外圆 磨 20 外圆 、 16 外圆 外圆磨床 标卡尺，专用夹具 30S 30S 120 钳工去毛刺 钳工去毛刺 130 检验入库 检验入库 描 校 底图号 装订号 设计（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 成绩 _ 机械制造技术课程设计 题 目 轴 零件的机械加工 工艺规程和夹具设计 院 （系） 机械与汽车工程学院 班 级 机制 学生姓名 学 号 指导教师 二一五 年 六 月 2 轴 零件的机械加工工艺规程和夹具设计 摘要 :本设计是基于 轴 零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。 轴零件的 主要加工表面是外圆及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。主要加工工序安排是先以孔系定位加工出平面，在后续工序中除个别工序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。夹具选用专用夹具，夹紧方式多选用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。 关键词 :轴 类零件， 加工工艺，专用夹具，设计 目 录 第 一章 零件的分析 2 件的作用 2 件的工艺分析 2 件生产类型的选择 3 第二章 确定毛坯类型绘制毛坯简图 5 选择毛坯 5 确定毛坯的尺寸公差和加工余量 5 绘制毛坯 5 第三章 工艺过程设计 7 位基准的选择 7 件各表面加工方法的选择 7 工阶段的划分 8 序顺序安排 9 处理工序及辅助工序的安排 10 定总的工艺路线 10 艺装备的选择 12 第四章 半精车 20 和 16 外圆机械加工工序设计 14 序简图的绘制 14 序余量的确定 15 序尺寸的确定 15 削用量计算 15 间定额估算 18 第五章 钻 10 孔和 专用夹具设计 18 夹具设计任务 18 拟订夹具结构方案与绘制夹具草图 18 绘制夹具装配总图 22 夹具装配图上标注尺寸、配合和技术要求 22 具专用零件图设计绘制 23 结 论 24 参考文献 25 致 谢 27 2 第一章 零件的分析 件的作用 题目给出的零件是 轴 。 轴 的作用（ 1） 轴 广泛应用于轻负荷便于拆装的地方。有许多轴承在装配和拆卸中会遇到困难，所以 轴 得到广泛应用，但也存在一些不足， 轴 的精度直接影响轴的径向跳动。 图 1 轴 件的工艺分析 由 轴 零件图可知。 轴 是一个轴类零件，它的外表面上有 2 个平面需要进行加工。此外各表面上还需加工一系列孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下： （ 1）以外圆面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括： 20外圆面、 16外圆面的加工；其中表面粗糙度要求为 m 。 （ 2）以 10 孔 为主要加工表面的 孔 。这一组加工表面包括： 10 孔为主要加工表面的 孔， 粗糙度为 m 端面 。 （ 3）其他各个小孔， 3 件生产类型的选择 由以上分析可知。该 轴 零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于 轴 来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。 零件毛坯的生产加工主要有三种方式：铸造、锻压、焊接。 一 常见零件毛坯类型 机械零件的常用毛坯包括铸件、锻件、轧制型材、挤压件、冲压件、焊接件、粉末冶金件和注射成型件。 1铸件是形状较复杂的零件毛坯，宜采用铸造方法制造。目前生产中的铸件大多数是砂型铸造，少数尺寸较 小的优质铸件可采用特种铸造，如金属性铸造、熔模铸造和压力铸造等。 2锻件适用于强度要求较高，形状比较简单的零件毛坯，锻造方法有自由锻和模锻。自由锻的加工余量大，锻件精度低，生产率不高，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯制造。模锻加工余量小，锻件精度高，生产率高，适用于中小型零件毛坯的大批量生产。 3型材有热轧和冷拉两种。热轧型材的精度较低，适用于一般零件的毛坯。冷拉型材的精度较高，适用于对毛坯精度要求较高的中小型零件的毛坯制造，可用于自动机床加工。 4焊接件是根据需要用焊接的方法将同类材 料或不同的材料焊接在一起而成的毛坯件。焊接件制造简单，生产周期短，但变形较大，需经时效处理后才能进行机械加工。焊接方法适用于大型毛坯、结构复杂的毛坯制造。 5冷冲压件适用于形状复杂的板料零件。 二 毛坯选择的原则 选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其制造精度。毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺和费用，而且对零件的加工质量、加工方法、生产率及生产成本都有很大的影响。因此，选择毛坯要从毛坯的制造和机械加工两方面综合考虑，以求得最佳的技术经济效果。 在选择毛坯时应考虑下列因素： 1零件材料 及力学性能要求 例如材料为铸铁的零件，应选择铸造毛坯。对于重要的钢制零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件毛坯；形状较简单及力学性能不太高时，可用型材毛坯；有色金属零件常用型材或铸造毛坯。 2零件的结构形状与大小 轴类零件毛坯，如直径和台阶相差不大，可用棒料；如各台阶尺寸相差较大，则宜选用锻件。 大型零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；中小型零件可用模锻件或特种铸造件。 3生产类型 4 大批大量生产时，应选用毛坯精度和生产率均较高的毛坯制造方法，和精密如模锻、金属型机器造型铸造和精 密铸造。 单件小批生产时，可采用木模手工造型铸造或自由锻造。 4现有生产条件 选择毛坯时，必须考虑现有生产条件，如现有毛坯制造的水平和设备情况，外协的可能性及经济性等。 5充分利用新工艺、新材料 为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑应用新工艺、新技术和新材料。如精铸、精锻、冷轧、冷挤压和粉末冶金等在机械中的应用日益广泛，这些方法可以大大减少机械加工量，节约材料，大大提高了经济效益。 三 典型零件毛坯的选择 根据毛坯的选择原则，下面分别介绍轴杆类、盘套类和机架箱 体类等典型零件的毛坯的选择方法。 1轴杆类零件的毛坯选择 作用：轴杆类零件指各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、摇臂、螺栓、销子等。这类零件一般轴向（纵向）尺寸远大于径向 (横向 )尺寸，是机械产品中支撑传动件、承受载荷、传递扭矩和动力的常见典型零件。 毛坯选择：轴类零件最常用毛坯是型材和锻件。 对于光滑的或有阶梯但直径相差不大的一般轴，常用型材（即热轧或冷拉圆钢）作为毛坯。 对于直径相差较大的阶梯轴或要承受冲击载荷和脚边应力的重要轴，均采用锻件作为毛坯。 生产批量 较小时，采用自由锻件。 生产批量较大时，采用模锻件。 对于结构形状复杂的大型轴类零件，其毛坯采用砂型铸造件、焊接结构件或铸 2 盘套类零件的毛坯选择 结构特征： 盘套类零件时指直径尺寸较大而长度尺寸相对较长的回转体零件（一般长度与直径之比小于 1）。 盘套类零件指各种齿轮、带轮、飞轮、联轴节、套环、轴承环、端盖及螺母、垫圈等。 （ 1） 圆柱齿轮的毛坯选择 钢制齿轮的毛坯选择取决于齿轮的选材、结构形状、尺寸大小、使用条件及生产批量等因素。 毛坯选择： 尺寸较小且性能要求不高，可直接采用热轧棒料。 直 径较大且性能要求高，一般都采用锻造毛坯。 生产批量较小或尺寸较大的齿轮，采用自由锻造。 生产批量较大的中小尺寸的齿轮，采用模锻造。 对于直径比较大，结构比较复杂的不便于锻造的齿轮，采用铸钢或焊接组合毛坯。 根据图纸参数要求，选择 生产批量较大的 轴 ，采用 圆钢型材开料 。 5 第二章 确定毛坯类型绘制毛坯简图 选择毛坯 零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯的选择有关，因此，正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义。根据该零件的材料为 45#、生产类型为批量生产、结构形状很复杂、 尺寸大小中等大小、技术要求不高等因素，在此毛坯选择 型材开料 。 确定毛坯的尺寸公差和加工余量 （ 1）确定毛坯的加工余量 根据毛坯制造方法采用的造型，查取机械制造工艺设计简明手册 轴 ”零件材料采用灰锻铁制造。材料为 45#，硬度 170 241，生产类型为大批量生产，采用 铸造 毛坯。 （ 2）确定外圆的加工余量 由于零件的外形尺寸变化不大 ,轴的直径比较小 ,才为 30,外圆的加工余量比较小 ,具体参考图 . （ 2）面的加工余量。 根据工序要求，结合面加工分粗、精铣加工。 绘制毛坯 毛坯 图如图 26 图 2坯图 7 第三章 工艺过程设计 位基准的选择 1、粗基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （ 1）保证各重要支承的加工余量均匀； （ 2）保证装入 轴 的零件与箱壁有一定的间隙。 为了满足上述要求，应选择的主要支承孔作为主要基准。即以 轴 的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基 准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。 2、 精基准的选择 从保证 轴 孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证 轴 在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从 轴 零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是 轴 的装配基准，但因为它与轴 的主要支承孔系垂直。如果用来作精基 准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。 件各表面加工方法的选择 10 粗车 20 外圆、 16 外圆及右端面 粗车 20 外 圆 、 16 卧式车床 0 粗车 24 外圆以及左端面 粗车 24 外圆以及左端面 卧式车床 0 半精车 20 外圆、 16 外圆 半精车 20 外圆、 16 外圆 0 半精车 24 外圆以及左端面 半精车 24 外圆以及左端面 0 精车 20 外圆、 16 外圆 精车 20 外圆、 16 外圆 卧式车床 0 精车 24 外圆以及左端面 精车 24 外圆以及左端面 卧式车床 0 车 刀槽 车 刀槽 卧式车床 8 80 铣宽度为 22 的两侧平面 铣宽度为 22 的两侧平面 铣床 0 钻 10 孔和 钻 10 孔和 ， 立式钻床 00 钻孔攻丝 口倒角 60 度 钻孔攻丝 口倒角 60 度 式钻床 10 磨 20 外圆、 16 外圆 磨 20 外圆、 16 外圆 外圆磨床 20 钳工去毛刺 钳工去毛刺 130 检验入库 检验入库 工阶段的划分 20 外圆、 16 外圆 采用 粗车 精车 铣宽度为 22 的两侧平面 采用直接铣削的方式加工 (1)划分方法 零件的加工质量要求较高时，都应划分加工阶段。一般划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。如果零件要求的精度特别高， 表面粗糙度很细时，还应増加光整加工和超精密加工阶段。各加工阶段的主要任务是： 1) 粗加工阶段 主要任务是切除毛坯上各加工表面的大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。 因此，应采取措施尽可能提高生产率。同时要为半精加工阶段提供精基准，并留有充分均匀 的加工余量，为后续工序创造有利条件。 2) 半精加工阶段 达到一定的精度要求，并保证留有一定的加工余量，为主要表面的精加工作准备。同时完成一些次要表面的加工（如紧固孔的钻削，攻螺纹，铣键槽等）。 3) 精加工阶段 主要任务是保证零件 各主要表面达到图纸规定的技术要求。 4) 光整加工阶段 对精度要求很高（ 上），表面粗糙度很小（小于 R a 0.2 m ）的零件，需安排光整加工阶段。其主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高尺寸精度和形状精度。 (2)划分加工阶段的原因 9 1) 保证加工质量的需要 零件在粗加工时，由于要切除掉大量 金属，因而会产生较大的切削力和切削热，同时也需要较大的夹紧力，在这些力和热的作用下，零件会产生较大的变形。而且经过粗加工后零件的内应力要重新分布，也会使零件发生变形。如果不划分加工阶段而连续加工，就无法避免和修正上述原因所引起的加工误差。加工阶段划分后，粗加工造成的误差，通过半精加工和精加工可以得到修正，并逐步提高零件的加工精度和表面质量，保证了零件的加工要求。 2) 合理使用机床设备的需要 粗加工一般要求功率大，刚性好，生产率高而精度不高的机床设备。而精加工需采用精度高的机床设备，划分加工阶段后就可 以充分发挥粗、精加工设备各自性能的特点，避免以粗干精，做到合理使用设备。这样不但提高了粗加工的生产效率，而且也有利于保持精加工设备的精度和使用寿命。 3) 及时发现毛坯缺陷 毛坯上的各种缺陷（如气孔、砂眼、夹渣或加工余量不足等），在粗加工后即可被发现，便于及时修补或决定报废，以免继续加工后造成工时和加工费用的浪费。 4) 便于安排热处理 热处理工序使加工过程划分成几个阶段，如精密主轴在粗加工后进行去除应力的人工时效处理，半精加工后进行淬火，精加工后进行低温回火和冰冷处理，最后再进行光整加工。这几 次热处理就把整个加工过程划分为粗加工 半精加工 精加工 光整加工阶段。 序顺序安排 对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。 轴 加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到 轴 加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，结合面上的孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。 后续工序安排应当遵循粗精分开和先 外圆 后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。对于 轴 ，需要精加工的是孔前后端平面。按上述原则亦应先精加 工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。 10 加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在 c9080 的含 打及 硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于 处理工序及辅助工序的安排 轴需要进行调质处理，辅助工序需要去毛刺 定总的工艺路线 根据以上分析过程，现将 轴 加工工艺路线确定如下： 工艺路线一： 10 粗车 20 外圆、 16 外圆及右端面 粗车 20 外圆、 16 0 粗车 24 外圆以及左端面 粗车 24 外圆以及左端面 0 半精车 20 外圆、 16 外圆 半精车 20 外圆、 16 0 半精车 24 外圆以及左端面 半精车 24 0 精车 20 外圆、 16 外圆 精车 20 外圆、 16 外圆 0 精车 24 外圆以及左端面 精车 24 外圆以及左端面 0 车 刀槽 车 刀槽 80 铣宽度为 22 的两侧平面 铣宽度为 22 的两侧平面 90 钻 10 孔和 钻 10 孔和 ， 100 钻孔攻丝 口倒角 60 度 钻孔攻丝 口倒角 60度 10 磨 20 外圆、 16 外圆 磨 20 外圆、 16 外圆 20 钳 工去毛刺 钳工去毛刺 130 检验入库 检验入库 工艺路线二： 11 10 粗车 20 外圆、 16 外圆及右端面 粗车 20 外圆、 16 0 粗车 24 外圆以及左端面 粗车 24 外圆以及左端面 0 半精车 20 外圆、 16 外圆 半精车 20 外圆、 16 0 半精车 24 外圆以及左端面 半精车 24 0 精车 20 外圆、 16 外圆 精车 20 外圆、 16 外圆 0 精车 24 外圆以及左端面 精车 24 外圆以及左端 面 0 车 刀槽 车 刀槽 80 铣宽度为 22 的两侧平面 铣宽度为 22 的两侧平面 90 钻 10 孔和 钻 10 孔和 ， 100 钻孔攻丝 口倒角 60 度 钻孔攻丝 口倒角 60度 10 磨 20 外圆、 16 外圆 磨 20 外圆、 16 外圆 20 钳工去毛刺 钳工去毛刺 130 检验入库 检验入库 以上加工方案 大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段 之后，就会发现仍有问题， 从提高效率和保证精度这两个前提下，发现该方案一比较合理。 综合选择方案一： 10 粗车 20 外圆、 16 外圆及右端面 粗车 20 外圆、 16 0 粗车 24 外圆以及左端面 粗车 24 外圆以及左端面 0 半精车 20 外圆、 16 外圆 半精车 20 外圆、 16 0 半精车 24 外圆以及左端面 半精车 24 0 精车 20 外圆、 16 外圆 精车 20 外圆、 16 外圆 0 精车 24 外圆以 及左端面 精车 24 外圆以及左端面 12 70 车 刀槽 车 刀槽 80 铣宽度为 22 的两侧平面 铣宽度为 22 的两侧平面 90 钻 10 孔和 钻 10 孔和 ， 100 钻孔攻丝 口倒角 60 度 钻孔攻丝 口倒角 60度 10 磨 20 外圆、 16 外圆 磨 20 外圆、 16 外圆 20 钳工去毛刺 钳工去毛刺 130 检验入库 检验入库 艺装备的选择 机床及工艺装备的选择是制定 工艺规程的一项重要工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。 机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应； 机床的精度应与工序要求的精度相适应； 机床的功率应与工序要求的功率相适应； 机床的生产率应与工件的生产类型相适应； 还应与现有的设备条件相适应。 本零件的生产类型为大批量生产，为提高生产效率，所用的夹具应为专用夹具。 刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材 料、所要求的精度以及表面粗糙度、生产率及经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用符合刀具和其他专用刀具。 量具主要根据生产类型和所检验的精度来选择。在单件小批量生产中应采用通用量具，在大批量生产中则采用各种量规和一些高生产率的专用量具。 13 查 机械制造工艺设计简明手册 13所选择的加工工艺装备如下表所示： 表 工工艺装备选用 工序号 机床设备 刀具 量具 工序 10 车 卧式车床 圆车刀 游标卡尺 工序 20 卧式车床 圆车刀 游标卡尺 工序 30 卧式车床 圆车刀 卡尺、塞规 工序 405060 卧式车床 圆车刀 游标卡尺 工序 80 铣床 刀 游标卡尺 工序 90100 钻 立式钻床 花钻、扩钻、机用铰刀 内径千分尺，塞规 工序 钳 （免填） 游标卡尺 工序 检 内径千分尺、游标卡尺、塞规 由于生产类型为大批量生产，所以所选设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机车。起生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床加工生产。工件在各 机床上的装卸及各机床间的传递，由于工件质量较大，故需要辅助工具来完成。 平端面确定工件的总长度。可选用量具为多用游标卡尺（ ,测量范围 0 1000考文献 2表 6 7）。采用车床加工，床选用卧式车床考文献 2表 4 3），专用夹具。钻孔、扩孔、攻丝所选刀具见（参考文献 2第五篇金属切削刀具，第 2、 3节），采用相匹配的钻头，专用夹具及检具。 钻中心孔。选用 60中心钻（参考文献 4第 6章）。 14 第四章 半精车 20 和 16 外圆 机械加工工序设计 序简图的绘制 15 序余量的确定 表 坯尺寸及机械加工总余量表 加工 表面 基本 尺寸 机械加工总余量 毛坯 尺寸 20 外圆 20 10 30 16 外圆 16 14 30 序尺寸的确定 削用量计算 工序 30半精车 20外圆、 16外圆 已知加工材料为 45，有外皮，机床 通车床，工件用卡盘固定。 所选刀具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册于 床的中心 高为 200表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 16 可在一次走刀内完成，故 （ 3 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30， 床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 50 = （ 3 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 车刀寿命 T = 可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 6质合金刀加工硬度200 219 锻造件，pa f ，切削速度V = 切削速度的修正系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 3 17 m n =1000 =127481000 =120 （ 3 根据 床说明书选择 0n=125 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 3 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间的功率为： =W （ 3 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所选切削用量可在 床上进行，最后决定的切削用量为： f = n = r = V = m 为了缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与钻孔相同 换车刀手动进给。 . 计算基本工时 3 式中 L =l +y + ， l = 由切削用量简明使用手册表 削时的入切量及超切量y + = 则 L =127 +1 = 18 间定额估算 计算基本工时 切削用量简明使用手册表 削时的入切量及超切量y + = 则 L =32+1 33125 第五章 钻 10 孔和 专用夹具设计 夹具设计任务 利用本夹具主要用来钻 圆周面上 钻 10 孔和 孔 ，加工时要满足粗糙度要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时 ，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 拟订夹具结构方案与绘制夹具草图 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， 外圆 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 V 型块定位夹紧方式用操作简单，通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。 19 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 9D 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： 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 , 1 . 0 , , 1 . 0 ,1 . 3 , 1 . 0 , 1 . 0 K 由此可得： 1 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 3 1 . 0 1 . 0 1 . 5 6K 所以 8 3 6 . 2 4 1 . 5 6 1 3 0 4 . 5 3 ( ) F N 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。 夹紧力的确定 夹紧力方向的确定 夹 紧力应朝向主要的定位基面 。 夹紧力的方向尽可能与切 削力和工件重力同向。 20 (1) 夹紧力作用点的选择 a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。 c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 (3)夹紧力大小的估算 理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的 传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。 估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。 估算的步骤： 主要最大切削力 ( 应考虑安全系数， 夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一 起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。 仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。 夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。 一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力， 并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。 考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动 21 夹紧。 螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。 螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。 典型的螺旋夹紧机构 的特点： （ 1）结构简单； （ 2）扩力比大； （ 3）自琐性能好； （ 4）行程不受限制； （ 5）夹紧动作慢 。 夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置 ， 在此套夹具中 ， 中间传动装置和夹紧元件合二为一 。 力源为机动夹紧 ， 通过螺栓夹紧移动压板 。 达到夹紧和定心作用 。 工件通过定位销的定位限制了绕 通过螺栓夹紧移动压板 ， 实现对工件的夹紧 。 并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板 ， 通过精确的圆弧定位 ， 实现定心 。 此套移动压板制作简单 ， 便于手动调整 。 通过松紧螺栓实现压板的前后移动 ， 以达到压紧的目的 。 压紧的同时 ， 实现工件的定心 ， 使 其定位基准的对称中心在规定位置上 。 查参考文献 51 2 26 可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： 螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有 ： )( 210 考文献 5可查得： 901 0592 2 29 螺旋夹紧力：0 4 7 4 8 )夹具采用 夹紧机构， 由上述计算易得： W 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构 。 为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差 。 22 与机床夹具有关的加工误差j，一般可用下式表示： 定位误差 ： 11 1 m i D d 1 1 2 21 m i n 2 m i n. 2D d D a r c t g L 其中： 1 0 2D ，2 0D 1 0 1d ，2 0 3d 1，2 m i n 0 4 夹紧误差 ： co s)(m a x 其中接触变形位移值：
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