加工柴油机喷油泵的直径9孔夹具设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】
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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。 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 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 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。 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 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 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。 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 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。 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 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 。 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 。 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 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 常州机电职业技术学院 毕业设计（论文） 作 者： 学 号： 系 部： 专 业： 题 目： 加工柴油机喷油泵的直径 9 孔夹具设计 校内指导教师： 企业指导教师 评阅者： 年 月 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 业设计（论文）中文摘要 柴油机喷油泵 的概念就是以便于应用 ,这样的好处是可以有更好的配合 ,更方便的使用 ,减少了使用厂家的成本 多种多样 ,通常是一个箱体 ,轴承可以安装在其中。 随着科学技术的不断进步，它在国民经济中占有越来越重要的地位，发展前景十分广阔，尤其是在汽车和电子电器等高速发展的领域。本次课程设计设计的课题就是 柴油机喷油泵 的设计，是在学完汽车制造工艺学后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独 立完成的一项工程基本训练。 关键词 ： 柴油机喷油泵 工艺规格设计 夹具设计 工序 工艺性 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 业设计（论文）英文摘要 of is to so of a to of As is a be on of it a in is in as of of is of is a in of of of to of in of an of 买后包含 有 纸和论文 ,咨询 买后包含 有 纸和论文 ,咨询 买后包含 有 纸和论文 ,咨询 买后包含 有 纸和论文 ,咨询 录 第 1 章 序言 . 1 械加工工艺概述 . 1 . 1 . 1 . 2 . 3 . 3 . 3 . 4 第 2 章 工艺性分析 . 6 件作用 . 6 件工艺性分析 . 6 第 3 章 工艺规程设计 . 7 件材料 . 7 坯选择 . 7 . 7 序尺寸及公差的确定 . 7 . 9 . 9 订工艺路线 . 9 械加工余量、工序尺寸及公差 . 11 第 4 章 车直径为 9 的孔专用夹具设计 . 19 题的 提出 . 19 具的设计 . 19 位基准的选择 . 19 位元件的设计 . 20 削力及夹紧力的计算 . 20 固元件的选择 . 22 具操作说明 . 22 总结 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 第 1 章 序言 械加工工艺概述 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素 质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称 工艺规程 。这个就比较有针对性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。 总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。 械加工工艺流程 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件 进行工艺分析。 3) 选择毛坯。 4) 拟订工艺路线。 5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和 辅助工具 。 7) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。 9) 填写工艺文件。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中 ，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。 具概述 随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的 2 型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推 动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。 “工欲善其事，必先利其器。” 工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。 床夹具的功能 在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。 1机床夹具的主要功能 机床夹具的主要功能是 装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。 （ 1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。 （ 2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。 2机床夹具的特殊功能 机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。 （ 1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具 中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。 （ 2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。 3 床夹具的发展趋势 随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作品种已占工件种类总数的 85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激 烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约 4年就要更新 80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 18%左右。特别是近年来，数控机床（ 加工中心（ 成组技术（ 柔性制造系统（ 新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： 1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。 2）能装夹一组具有相似性特征的工件。 3）适用于精密加工的高精度机床夹具。 4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。 5）采用液压或气压夹紧 的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。 6）提高机床夹具的标准化程度。 现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。 精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达 于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5 m；精密心轴的同轴度公差可控制在 1 m 内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，m。 高效化 高效化夹具主要 用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具 4 有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为2450r/而使切削速度大幅度提高。 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特 征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。 标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零 件及部件的国家标准： 214891 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 计任务 柴油机喷油泵 机械加工工艺规程设计 加工 9 孔 专用夹具设计 设计要求： （ 1）零件毛坯图 1 张 （ 2）机械加工工艺过程卡片 1 张 （ 3）机械加工主要工序的 工序卡片 1 张 （ 4）夹具装配图 1 张 （ 5）夹具零件图 1 张 （ 6）设计说明书 1 份 零件简图：如图 1示 名称： 柴油机喷油泵 5 生产批量：中批量 材料 :要求设计此工件 的 车轴承孔工序专用夹具 角铁式车夹具设计 ，含全套夹具技术图纸 图 16 第 2 章 工艺性分析 件作用 设计题目所给零件为 柴油机喷油泵 ，主要作用是 使液态的油能够流过该油泵 。 件工艺性分析 1、 右边外圆及端面 为中心的加工表面。 这组加工表面包括： 右边外圆及端面 外端面。 2、 13的孔 为中心的加工表面 。 3、 中心的加工表面 。 7 第 3 章 工艺规程设计 件材料 零件材料为 强度较高，塑性和韧性尚高，焊接性差。用于承受较大载荷的小截面调质件和应力较小的大型正火件，以及对心部要求不高的表面淬火件：曲轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等。水淬 时有形成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水或油水中淬火。 坯选择 由于零件的材料为 件的形状规则，同时由于零件属于中批生产，零件的轮廓尺寸不大，为了便于生产故选用模锻毛坯。 模锻加工工艺的几点优势： 由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复杂； 锻件内部的锻造流线比较完整，从而提高了零件的机械性能和使用寿命。 锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料和切削加工工时； 生产率较高； 操作简单，易于实现机械化；生产批量越大成本越低。 从零件材料及力学性能 要求，零件的结构形状与大小，生产类型，现有生产条件，充分利用新工艺、新材料等多方面综合考虑选择模锻加工工艺中的锤上模锻。 序尺寸及公差的确定 （ 1）、 确定 柴油机喷油泵 底平面的加工余量及工序尺寸 a)、 柴油机喷油泵 底平面的加工过程如图 3图 3-2 b)、 根据工序尺寸和公差等级，查附表 14平面加工方案得出粗铣、精 铣底面的工序偏差，按入体原则标注，考虑到高度方向上以下底面为尺寸基准，并要保证中心线到地面的高度为 30此以轴承孔外圆面为粗基准先加工下底面，以加工后的平面为后面加工的精基准。底面的加工余量及工序尺寸见表 1 8 b)、根据工序尺寸和公差等级，查附表 14平面加工方案得出粗铣、精 铣上底面的工序偏差。方便铣削，并要间接保证尺寸 15+0，以及平面 度，侧以下底面为精基准加工两底面。两上底面的加工余量及工序尺寸见表 3 3 3）、确定 柴油机喷油泵 左右两侧面的加工余量及工序尺寸 a)、 柴油机喷油泵 左右两侧平面的加工过程如图 3b)、根据工序尺寸和公差等级，查附表 14平面加工方案得出粗铣、精 铣两侧面的工 序偏差。为后面加工做基准，且加工后面工序装夹方便。两侧 平面的加工余量及工序尺寸见表 3 3 4）、确定 柴油机喷油泵 前后两端面的加工余量及工序尺寸 a)、 柴油机喷油泵 前后端面的加工过程如图 3b)、根据工序尺寸和公差等级，查附表 14平面加工方案得出粗铣、精 铣前后两端面的工序偏差。因前端面是宽度方向上的尺寸基准，并为加工孔30的一个精基准，因此在次道工序中以基准加工。下底面为两端面的加工 余量及工序尺寸见表 3 39 准的选择 对于加工表面较多的零件，按照粗基准的一般选取原则：（ 1）各表面有足够的加工余量；（ 2）对一些重要表面和内表面，应尽量使加工余量分布均匀；（ 3）各加工表面上的总切削量最小。（ 4）尽量以不加工表面为粗基准。结合本零件的加工情况，选取 9的外端面为粗基准。该表面位置要求较高，要求加工余量分布尽可能均匀。以此加工轴承底座底面以及其它表面，用平口钳夹持 30 根据零件图上标注的平行度，垂直度等位置要求，主要考虑互为基准和基准统一与基准重合原则，以粗加工后的底 面（ 13 孔外端面）为主要的定位精基准，即以 柴油机喷油泵 的下底面为精基准。基准不重合时应该在下文专门进行尺寸换算，此处不再重复。 订工艺路线 艺路线方案一 10 铸造毛坯 20 时效处理 30 车右边外圆及端面 40 掉头，车左边端面 50 钻直径为 13 的孔 60 钻直径为 孔 10 70 车内部各个孔及槽 80 车直径为 9的孔 90 钳工去毛刺 100 检验入库 艺路线方案二 10 铸造毛坯 20 时效处理 30 车右边外圆及端面 40 掉头，车左边端面 50 钻直径为 13 的孔 60 钻直径为 孔 70 车内部各个孔及槽 80 车直径为 9的孔 90 钳工去毛刺 100 检验入库 个个工艺方案的比较与分析 以上方案大致看上去都是合理的，但仔细考虑零件的要求及可能采取的加工手段分析可知 方案 一 :在工序 3先以 柴油机喷油泵 底面（ 13孔外端面）为定位粗基准铣 30端面 ,不符合粗基准选择的原则，即不了保证加工面与不加工面的位置要求时，应选择不加工面为粗基准。同时也不能保证端面与孔 30 轴线的位置要求。 方案二 ：在工序 7 车孔 30、 35 及端面，然后再铣其端面，这样可以保证其端面与孔 30 轴线的位置要求。 方案二 相对来说，装夹次数少，可减少机床数量、操作人员数量和生产面积还可减少生产计划和生产组织工作并能生产率高。考虑工厂设备，能否借用工、夹、量具等具体 条件，选择方案二。最后根据工序方案二 制定出详细的工序划分如下所示： 10 铸造毛坯 20 时效处理 11 30 车右边外圆及端面 40 掉头，车左边端面 50 钻直径为 13 的孔 60 钻直径为 孔 70 车内部各个孔及槽 80 车直径为 9的孔 90 钳工去毛刺 100 检验入库 械加工余量、工序尺寸及公差 柴油机 喷油泵 零件材料为 ，硬度为 30 250，生产类型为中批生产。 根据原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的工序尺寸、机械加工余量如下： 本工序为 车右边外圆及端面 。已知加工材料为 45 钢，抗拉强度b=670M 型材，有外皮，机床为 式车床， （一）确定粗车外圆切削用量，所选刀具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册第一部分 ，由于 床的中心高为 200 （表 ），故刀杆尺寸 B H=16 25。 刀片厚度为 ，根据表 ，选择车刀几何形状为卷屑，带倒棱型前刀面，前角。 =12，后角。 =6，主偏角 r =90,副偏角 r =10，刃倾角s=0，角尖圆弧半径=。 （二） （ 1）确定切削深度 由于单边余量为 ，可在一次 (2)确定进给量 f 根据表 在粗车钢料 ,刀杆尺寸为 165 ,工件直径为 2040 12 按 机床的进给量 (表 选择 确定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 床进给机构允许的进给力 (1) 纵走刀530N (2)横走刀 100N 根据表 当钢b=570670 2mm,f ,50 ,V=50m/计 )进给力 630N s f= 故实际进给力为 30 于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力 ,故所选的f =0.4 ,可用 (3)选择车刀磨钝标准及耐用度 根据 刀后刀面最大磨损量取1转位车刀的寿命一般为 T=304)确定切削速度 V 切削速度 V 可根据公式计算 ,也可直接由表中查出 ,现采用查表法确定切削速度 根据表 当用 质合金车刀加工b=630700 料 , 2f r,切削速度 V=138m/削速度的修正系数为 .8,表 故 Vc=38 m/n=D 1000=20 000r =925 r 根据 床说明书 ,选择 120 r 这时实际切削速度 13 000000112020m/0 m/5)校验机床功率 切削时的功率可由表 出 ,当b=580970 2f 70 m/ , 削功率的修正系数 实际切削功率时的功率为 据 床说明书 ,当 60r/ ,车床主轴允许功率 故所选择的切削用量可在 床上进行 . 最后决定的车削用量为 , n=1120 r , 0m/(三 )计算基本时间 tm= l =52,根据表 削时的入切量及超切量y =则 L=52+3.5 5.5 120 序 40， 掉头，车左边端面 （ 1） 选择刀具 车刀形状，刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。半精车的刀片牌号选为 刀几何形状为（表 ,45 k r =5 o =12 o =8 o =3=01=屑槽尺寸为 14 （ 2）切削用量 1）切削深度 2 =定进给量 f ，半精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制，根据表 表面粗糙度为 m, =v=50100m/计时 ) f =r 根据 床说明书，选择 f =r (3)选择车刀磨钝标准及耐用度 根据 转位车刀的寿命一般为 T=60 4）决定切削速度 据表 b=630700 料 , f r,切削速度 V=176m/削速度的修正系数 为 .8,.0, Vc=76 m/4.1 m/n=D 1000= 000r =1354 r 根据 床说明书 ,选择 400 r 这时实际切削速度 000000 1400m/m/5)校验机床功率 切削时的功率可由表 出 ,当b=580970 2f 86 m/ , 电动机功率 ,因 故所选择的切削用量可在 床上进行 . 最后决定的车削用量为 , n=1400 r , 15 6m/(三 )计算基本时间 tm= l =52,根据表 削时的入切量及超切量y =则 L=52+3.5 5.5 400 序 50、 钻直径为 13 的孔 加工材料 ，b=670床 立式钻床 1、选择钻头 选择高速钢麻花钻头，其直径 d。 =头几何形状为（表 表 标准刃磨 =30 2 =1182 =70。 =12 b=1l =2、 选择切削用量 （ 1） 决定进给量 f 1） 按加工要求决定进给量，根据表 加工要求为 度，钢的强度b 800d。 = f =r 2） 按钻头强度决定进给量，根据表 b 670d。= 钻头强度允许的进给量 f =r 按机床进给机构强度决定进给量，根据表 840 d。 床进给机构允许的轴向力为 8330N（ 床允许 16 的轴向力为 8330N）见表 给量为 f =r，根据 床说明书，选择 f =r，机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来校验，由表 查出钻孔时的轴向力，当 f =r， d。 ，轴向力 2520N，轴向力的修正系数均为 2520N 根据 床说明书，机床进给机构强度允许的最大 向力8830N，由于 故 f =r 可用 （ 2）决定钻头磨钝标准及寿命 由表 d。 =，钻头后刀面最大磨损量取为 命 T=25 3）决定切削速度 根据表 b=670 45 钢加工性属 5 类 , 由表 加 工性为 5 类， f r, 标准的钻头， d。 =12 m/削速度的修正系数为 V=2 m/n= 121000r =389.9 r 根据 床说明书 ,可考虑选择 92 r ，但因所选择转速较高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取 f =r 也可选择较低一级转速 72 r ，仍用 f =r，比较这两种选择方案 1）第一方案， f =r， 92 r nc f=392 二方案 ， f =r， 72 r 17 nc f=272 为第一方案 nc 本时间较少，故第一方案较好，这时 12 m/f =r （ 4）校验机床的扭矩及功率 根据表 f r d。 ， m，扭矩的修正系数均为 1，故 . m，根据 床说明书，当 92 r ， . m。根据表 b570 680d。 10mm f r 12 m/根据 床说明书 于故选择之切削用量可用，即 f =r， 392 r ， 12 m/ 3、计算基本时间 tm=92 35序 60 钻直径为 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 9 ， 按照参考文献 3表 31，取 6 3 0 / 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 ： 18 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 工序 70 车内部各个孔及槽 B. 确定进给量：根据工艺手册表 8定，选用 f=mm/r C. 计算切削速度：根据工艺手册表 8用 s=100 m/. 确定主轴主轴转速： v1000931r/据工艺手册表 10 931r/近的机床转速为 700r/ 1000 r/选 1000r/际 切削速度 07 m/ 计算基本时间：按工艺手册表 8l=12 1l =2 2l =0 mm tb=序 80 车直径为 9 的孔 A. 确定被吃刀量： . 确定进给量：根据工艺手册表 8定，选用 f=0.3 mm/r C. 计算切削速度：根据工艺手册表 8用 s=100 m/. 确定主轴主轴转速： v1000931r/据工 艺手册表 10 931r/近的机床转速为 700r/ 1000 r/选 1000r/际 切削速度 07 m/ 计算基本时间：按工艺手册表 8l=12 1l =2 2l =0 mm tb=19 第 4 章 车直径为 9 的孔 专用夹具设计 题的提出 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程地切削加工、 热处理、装配等工艺过程中。 机床夹具按在不同生产类型中的通用性，可以分为通用夹具 . 专用夹具 . 可调夹具 . 组合夹具等。 本课题设计的
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