车床支架机械加工工艺及夹具设计（全套含CAD图纸）-压缩包
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1 (2005) 368378a of 989. It is to be by as et 3 N r 2005 +15088316092; +H. 1. of of of of by 985, y 1 of as a of et 2 is a in to a in a in to of a In 3is a 1. a at of by is of of to a In a to on is An if it be to to 005 100 d, 1609, 4 004; in 004; 0 004Y. of a at 4a be as 5 s on to ys is q*, at a is to be is gi(as 1)as : To be be a ; i 1;2; .; n, (1)n is of q z0;y0;f0;of of q y N Y. 1 (2005) 368378 369(2)of as by q. (3). be if q. (2) to :9=; 6. (3). If is is at of is by If is at be of a be to 6a be to Z O X Y Z O (x0,y0,1. to N of is no on to a to is by it is as to is to If is is of a to or A to of a is of is to of L:As 3, n; i 1;2; .; n; n be as : : : :2637et 7 to a to It et 8 an to of L( of to of It X of r of as (4) (5) (6)l is an of 6 6 6 46 Y. 1 (2005) 368378370WL: : : :7) n 6; is is n be of n n of to N Y. 1 (2005) 368378 371n n of n to of is to be to on of in n a s 2. Y (a1,b1,2,b2,(x1,y1,(x2,y2,(ai,bi,(xi,yi,(3. A N V X 0. (9) q. 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Y. 1 (2005) 368378 375:0551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 o ve to ,1:876860766521:37160:499526666666643777777775551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 0266666666437777777750; 13; 432; 706; 0: ; 13; 432; 706; 0:04a by of a 0, a To to of 1in . of if a 1in . is an To an an N Y. 1 (2005) 36837837614wof It an locat 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化专业 班 级： 姓 名： 学 号： 外文出处： 机器人和计算机集成制造 21（ 2005） 368 附 件： 1. 原文 ； 2. 译文 2013 年 3 月 夹具定位规划 中 完整性评估和修订 验室，机械工程学系，伍斯特理工学院研究院， 100 路，伍斯特，硕士 01609，美国 2004 年 9 月 14 日收稿 ;2004 年 11 月 9 日修订 ;2004 年 11 月 10 日 发表 摘 要 几何约束是夹具设计中最重要的考虑因素之一。确定位置的解析拟订已发达。然而，如何分析和修改 在 实际夹具设计实践过程中的一个非确定性的定位计划尚未深入研究。在本文中，提出了一种方法来描述 在限制 约束下的重点夹具系统的几何约束状态。 一种限制 约束 下 状态，如果它存在，可以识别给定定位计划。可 以自动识别工件的 所有限制 约束下约束状态的提案。这有助于改善逆差定位计划，并为修订提供指引，以最终实现确定性的定位。 关键词：夹具设计 ;几何约束 ;确定性定位 ;限制 约束 ;过约束 夹具是用 于 制造 工业进 行工件牢固 定 位的一种机制。在零件加工过程中规划一个关键的第一步，夹具设计需要，以确保定位精度和三维工件的精度。 3一般情况下，是最广泛使用的指导原则发展的位置计划。 一个加工夹具定位方案必须满足一些要求。最基本的要求是，必须提供工件确定的位置。 这种观点 指出 ，定位计划生产 的 确定位置，工件不能移动，而至少有一个定位不会失去联系。这一直是夹具设计的最根本的准则之一，许多研究人员关于几何约束状态的研究 表明 ，工件在任何定位计划分为以下三个类别： 1、 良好的约束（确定性）：工件在一个独特的位置 进行配合 ，工件表面 与 6个定位器取得联系。 2、 限制 约束 ：不完全约束工件的自由度。 3、 过约束：工件自由度超过 6 定位的制约。 在 1985年 ,浅田 1提出了满秩为准则雅可比矩阵的约束方程 ,基于分析形成了调研后 ,确定定位。周等 2在 1989年制定了在确定性 定位问题上使用螺旋理论。结果表明 ,定位矩阵的定位需要压力满秩达到确定的位置。该方法的确定通过无数的研究。王等 3考虑定位工件的接触的影响，而采用点接触面积。他们介绍了接触矩阵，并指出，两个接触的机构不应该有平等的，但在接触点曲率相反。卡尔森 4认为，可能没有足够的应用，如一些不是非棱柱的表面或相对误差近似 的 非小线性。他提出一个二阶泰勒展开，其中也考虑到定位误差相互作用。马林和费雷拉 5应用周 对 3定若干按照规则的规划。尽管众多的位置上的确定分析研究 很 少注意非确定性分析的位置。 在浅 田的拟定方案中 ,他们假设工件夹具元件和点之间的联络无阻力。理想的位置 q*,而应放置工件表面和分片，可微函数是 图 1)。 表面函数定义为 :gi(q*)=0是确定的 ,应该有一个独一无二的解决方案为下列所有定位方程组。 gi(q)=0,i=1,2,.,n (1) 其中 向 ,代表了工件的定位和方向。 只有考虑到目标位置 q*附近在 处 : 浅田表明 (2) 阵式所示 （ 3）。确定定位 如果雅可比矩阵满秩，可满足要求。 (2)只有 q=q*一个解决办法 (3) 在 1个 3 ，一个约束方程的雅可比矩阵的 满 秩 的 约束状态如表1所示。如果 定位 是小于 6，工件是 限制约束 的，即存在至少有一个工件 自由 定位议案不 受 限制的。如果矩阵满秩，但定位 大于 6定位，工件 是 过约束，这表明存在至少一个定位等 ;而几何约束工件被删除不影响的状态。 找出一个模型除了3以 建立基准框架提取等效的定位点。胡等 6已经发展出一种系统的方法 ,对这个用途。因此 ,这则能适用于所有的定位方案。 图 1 表 1 等级 数量的定位 地位 6 过分约束 康等 7遵循这些方法和他们实施制定的几何约束分析模块其自动化的计算机辅助夹具设计的核查制度。他们 的 统可以计算出雅可比矩阵和它的排名来确定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和灵敏度定位错误。 熊等人 8提出的等级检查方法的定位矩阵 附件 )。他们还介绍了左 /右边的定位矩阵广义逆理论 ,分析了工件的几何误差。结果表明 ,定位及发展方向误差 X 和位置误差 r 的工件定位相关如下 : 在受限 : X=r, (4) 约束 : X=(1r, (5) 过 分 约 束 : X=1 r+(1 , (6) 是 任意一个向量。 他们还介绍了从这些矩阵的几个指标，评价定位配置，其次是通过约束非线性规划的优化。然而，他们的研究分析，不涉及非确定性定位的修订。目前，还没有就如何处理与提供确定的位置 的 夹具设计系统的研究。 如果不确定性的位置达到夹具系统设计的 要求 ，设计师知道约束状态是什么，以如何改善设计是 非常 重要的 条件 。如果夹具系统是过度约束， 是理想定位需要的 不必要的 信息 。而下约束时，所有有关知识约束工件的议案，可以引导设计师选择额外的定位或 使得 修改定位计划更有效。的总体战略定位计划表征几何约束的状态描述图 2。 在本文中 ,定位矩阵秩的几何约束的施加评价状态 (见附件为获得的定位矩阵 )。确定需要六个定位器定位提供矩阵的满秩定位 如图 3 所示 ,在给定的定位器数量 n,定位法向量 ai,bi,定位的位置 xi,yi,每一个定位器 ,i=1,2,.,n,n*6 定位矩阵可以确定如下 : （ 7） 当等级（ =6， n=6 时，是工件良好约束。 当等 级（ =6， n6 时 ;是工件过约束。 这意味着（ 不必要的定位在定位方案上。工件将不存在限制（ 位器。这种状态的数学表示方法 ,那就是（ 定位向量矩阵 ,可表示为线性组合的其他六行向量。 图 2 几何约束状态描述 图 3 一个简化的定位方案。 定位方案，提供了确定性的位置。发达国家的算法使用下列方法确定不必要的定位： 1、找到所有的（ 合定位的。 2、为每个组合 ,从（ 位器确定定位方案。 3、重新计算矩阵秩的定位为左六个定位器。 4、如果等级不变 ,被删除的 (位器是负责过约束状态。 这种方法可能会产生多种解决方案，并要求设计师来决定哪一套不必要的定位应该被删除 以 最佳定位性能。 当等级（ 6,工件的 限制 约束。 3。算法的开发和实施 在这里待开发的算法，将致力于提供信息的不受限运动工件在不足的约束状态。假设有 n 个定位器之间的关系的工件的位置 /定向误差和定位误差可以表示为如下 其中， X， Y， Z 轴和 X， Y， Z 轴的旋转，分别是位移。直 接还原铁 第 i 个定位器的几何误差。 定义是正确的广义逆的定位矩阵 了找出所有未受限运动的工件， V = 绍了 V 0. 由于 X） 6 必须存在有非零 V 满足式 ， 每个非零的解决方案的 V 代表一个无约束 运动。每学期的 V 代表该运动的一个组成部分。例如， 0; 0; 0; 3; 0; 0 说 绕 置 ， 0; 1; 1; 0; 0; 0 工件可以沿着由下式给出的方向向量 0; 1; 1 有可能是无限的解决方案。解空间， 然而， 可以构造 6- 基本的解决方案 ， 致力于以下分析，找出基本的解决方案。 示出， 行向量之间的依赖关系：在特殊情况下，例如，所有 于零， V 具有一个明显的解决方案， 1， 0， 0， 0， 0， 0，表示沿 x 轴的位移还没有限制。这是很容易 理解，因为 =0 在此情况下，这意味着相应的工件的位置误差是不依赖任何定位错误。因此，相关的动议未约束的定位器。此外，结合 动议不约束，如果是 X 的元素之一，可以作为其他元素的线性组合表示。然而，它 可以移动向量 定义的 为了找到解决办法一般情况下，以下策略： 1. 在定位矩阵消除依赖的行（ S）。 2。计算 6 不正确的修改后的定位矩阵的广义逆 3 4 规范的自由运动空间。 5 计算未定的 V 6. 基于该算法，一个 C +程序的目的是为了查明受限的状态下，不受约束的 运动。 实施例 1。在一个表面的磨削操作中，位于一个工件的夹具系统上，如示于图。 正常矢量和每个定位器的位置如下： 因此，定位矩阵被确定。 在有限的定位方案 这种定位系统提供了根据有限的定位因为 =5 6， 该程序，然后计算 正确的定位矩阵的广义逆 第一行是公认的依赖行，因为这一行的去除不影响矩阵的秩。“其他五排是独立的行。发现根据独立的行的线性组合规定下约束状态的程序的步骤 5。这种特殊情况下的解决方案是显而易见的，所有系数均为零。因此，所述 =100000这表明，工件可沿 x 方向移动。基于这个结果，一个额外的定位器应该是采用约束沿 x 轴的工件位移。 实施例 2。 图 5 示出了铰接 3位系统。的法线矢量和每个定位器的位置，在这最初的设计如下： 这种配 置的定位矩阵是 610 真正的设计修改 修改定位矩阵变为 修改后的定位矩阵是正确的广义逆 检查的程序依赖行，每一行是依赖其它五个行。不失概括性的，第一行被视为依赖行。 5 5 改进的逆矩阵 根据第 5 步中，计算五个未确定的 V 条件 该矢量表示的位移的组合定义的自由运动，沿 1， 0， 向结合旋转要修改这个定位的配置，另一种定位器被添加到限制这种自由运动的工件，假设定位 除在步骤 1 中。该程序可以也算自由运动的工件，如果一个定位器以外 除在步骤 1 中。这提供了多的设计师的修订选项。 确定性的位置是一个重要的要求夹具定位方案设计。分析标准决定性的地位已经确立。为了进一步研究非确定性状态，提出了一种用于检查几何约束的状态已经研制成功。该算法可以识别欠约束状态，并指示不受限运动的工件。它也承认过约束的状态和不必要的定位器。输出信息，可以帮助设计师来分析和改进现有的定位方案。 参考文献 1 , B.。自动重构夹具的柔性装配夹具的运动学分析。 机器人 6 2 C， ， M。加工装置的自动配置的数学方法分析和综合。反 英工业 1989;111:299 3 Y, , M.。 夹具运动学分析的基础上充分接触刚体模型。 J 制造业 科学与工程 2003;125： 316 4 S。刚性零件的装夹和定位计划的二次灵敏度分析 “。 制造业 2001 年科学与工程 ;123（ 3）： 462 5 , 位计划的运动学分析和综合加工装置 。 制造业 科学与工程 2001 年 ;123:708 6 士论文中，伍斯特理工学院 ;2001 年。 7 , , , 会2:350 8 Y, H, 士顿：爱思唯尔 ;2005 年。 1、 车床支架的加工方法： 铸造件，夹具加工 2、 加工工艺流程： 工序一：半精铣平面 工序二：半精铣平面 铣平面 工序三：钻 孔 序四：钻，扩，铰 工序五：钻，扩，铰 工序六：清除毛刺 3、 立式铣床的主要参数： 型号： 率： 轴转速： 30分 立式钻床的主要参数如下： 型号： 率： 轴转速： 1001360转 /分 4、 夹具定位基准选择： 本夹具设计时以前道铸造工序成型后的表面作为粗基准，再以加工好的面作为基准加工另外一个面。定位元件用于确定工件在夹具中的位置，使工件相对于刀具及运动轨迹有一个正确的位置。 5、 加紧自由度是如何限制的？ 由于车床支架零件在本道工序之间没有已经加工过的表面，因此使用支承钉作为定位元件较为合适，因此，在本设计中，分别以三个支承钉作为工件 制工件 另外，由于车床支架零件的结构特点具有外圆表面，以外圆定位时，通常采用 据工件的特点，需要采用一个可调支承以使工件 能完全定位。 网络教育学院 本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目 ： 车床支架机械加工工艺及夹具设计 学习中心： 层 次： 专科起点本科 专 业： 年 级： 年 春 /秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日 车床支架机械加工工艺及夹具设计 I 摘要 本设计上车床支架零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计，车床支架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，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加工出底平面，再以底平面定位加工出各个孔系。整个加工过程选用组合机床，夹具选用专用夹具，夹紧可靠，机构可以不必自锁。因此生产效率较高。适用于中批量，流水线上加工，能够满足设计要求。 设计的重点是夹具的设计，由于工件上的孔系都要以底面作为基准加工，故首先得加工出底面，为保证孔的位置和加工准确性我们一定要在加工底面的时间通过画线找出底面 的加工余量。这样就可以更好的保证孔系的位置和加工精度。因此工序一中的专用夹具的制造显得尤为重，本次夹具设计中对工序一中铣削夹具进行了设计，提供了一套可使用于中批量生产的，经济性和实用性均良好的夹具设计方案。 关键词： 车床，支架，工艺规程，夹具车床支架机械加工工艺及夹具设计 I 目 录 内容摘要 1 引 言 1 1 绪论 1 2 工艺设计 2 械加工工艺过程基本知识 2 械加工工艺规程的内容 3 目来源 6 件的分析 6 2. 5 工艺过程设计 8 3 夹具设 计 13 具的基本知识 13 位原理及方案分析 16 具总体设计 18 具体的设计 20 4 总结 22 5 致谢 23 参考文献 24 车床支架机械加工工艺及夹具设计 1 引 言 车床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好的解决了现代机械制造中的结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题。且能稳定加工质量，大幅度提高生产效率。 在我们学全部基础课、技术基础课之后进行的毕业设计，是我们在对所学各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占据着重要的地位。另外，这次毕业设 计，是我毕业工作前的综合性训练，并能在以下三个方面得到锻炼： （ 1）运动机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中穴道的时间知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹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。 （ 2）提高结构设计能力，通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。 （ 3）学会使用手册以及图表资料，掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。 通过这次毕业设计，对自己未来将从事的工作进行了一次适应 性的训练，从中锻炼了自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加工作打下了一个良好的基础。车床支架机械加工工艺及夹具设计 1 1 绪论 本次设计的题目是 “车床支架机械加工工艺及钻孔夹具设计 ”。这个题目是传统的机械设计课题，在做这个设计题目过程中，涉及了很多工艺规程设计方面的知识。 车床是机械加工方法中应用最为广泛的机床之一，是加工轴类、盘套类零件的主要方法。车床支架是组成车床的重要零件，并承受切削力，因此它必须有足够的刚度和稳定性，有较大的安装基面和必要的加强筋，以防止加工中受力时产生振动和变形。 本次课题针对车床支架零件的加工进 行了相关探索，设计出一种切实可行的工艺流程及工艺装备。在产品的加工过程中，工件在夹具内的定位和夹紧显得尤为重要，夹具是涵盖了从加工到组装的几乎所有操作过程的一种装夹设备。由于大量的加工操作需要装夹，夹具设计在制造系统中就变得非常重要，它直接影响加工质量，生产率和制造成本。本文通过分析支架零件的结构特点和加工要求，指定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度提供了一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。 本次的设计任务是：制定车床支架的机械加工工艺及该零件的某一道工序（钻孔）的夹具设计。 设计内 容包括： 毛坯零件综合图 1 张； 夹具装配图 1 张； 夹具体图 1 张； 工序卡的编订、 绘制； 论文 1 份； 车床支架机械加工工艺及夹具设计 2 2 工艺设计 械加工工艺过程基本知识 1）工艺过程 在产品的生产过程中，与原材料变为成品有直接关系的过程称为工艺工程。例如：铸造、锻造、焊接和零件的机械加工等。 2）机械加工工艺过程 在工艺过程中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状，尺寸和性能使之变为成品的工艺过程，称为机械加工工艺过程。 3）机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程是由若干个顺次工序组成的，通过这 些不同的工序把毛坯加工成合格的零件。 4）工序 一个（或一组）工人，在一台机床上（或一个工作地点），对一个（或同时几个）工件连续加工所完成的那一部分机械加工工艺过程。这里必须注意，构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者，而且工序内的工作是连续完成的。 5）机械加工工艺规程 机械加工工艺规程（简称工艺规程）是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。工艺规程的内容包括： A、 工艺路线： 工艺路线是指产品或零部件在生产过程中由毛坯准备到成品包装入库经过企业有关部门或工序的先后顺序。 B、 各工序加工的 内容、要求，所采用的机床、工艺装备； 工艺装备（简称工装）是产品制造过程中所用的各种工具的总称。它包括刀具、夹具、模具、量具、检验工具及辅助工具等。 C、工件的检验项目、检验方法和切削用量、工时定额等。 6）工艺规程的格式 机械加工工艺规程主要有机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片两种基本形式。机械加工工艺过程卡是以工序为单位简要说明零件加工过程的一种工艺文件。一般适用于单件小批生产 （零件加工的流向） 。 车床支架机械加工工艺及夹具设计 3 械加工工艺设计的内容 制定合理的零件加工工艺过程首先要掌握目前有可供选用的加工方法，并能够针对 零件的具体要求较合理的选用。其次，还必须解决各表面的加工顺序和热处理如何安排的问题。 1） 首先，要分析产品的零件图与装配图，分析零件图的加工要求，结构工艺性，检验图样的完整性； 2） 根据零件的生产纲领确定生产类型；在制定机械加工工艺规程时，一般按照零件的生产纲领，把零件划分为大批量生产、中批量生产和小批量生产三中类型。 3） 选择毛坯；毛坯的选用主要包括毛坯的材料、类型和生产方法的选用。常用的毛坯类主要有各种轧制型材、铸件、锻件、焊接件、冲压件、粉末冶金件以及注塑成形件等。（联合加工），根据零件结构的不同，毛坯的选用可分 为轴类、盘套类和机架箱体类三大类。 4） 确定单个表面的加工方法； 零件的加工过程，就是零件表面经加工获得符合要求的零件表面的过程。零件表面的类型和要求不同，采用的加工方法也不一样。主要有车削、钻削、铣削、刨削、磨削等五大类加工方法。此外还有镗削、拉削、光整、特种加工等。 5）选择定位基准，确定零件的工艺路线；根据零件表面质量的要求不同，通常将表面加工划分为粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段三个加工阶段。 零件加工需要遵循的原则是粗、精加工分开，零件的加工一般不是在一台机床上用一种工艺方法就可完成，往往需要几种 加工方法互相配合，经过一定的工艺过程才能逐步地完成零件表面的加工。若一种表面可采用不同的加工方法进行加工的话，那么就生产的具体条件而言，其中必有一种加工方法是最合适的。 6） 确定各工序所用的设备及工艺装备 7） 计算加工余量、工序尺寸及公差 8） 确定切削用量，估算工时定额 9） 填写工艺文件 机械加工工艺中加工顺序的安排原则有： 1） 先加工精基准面后加工其他表面 主要定位精基准面应在一开始就进行加工，以便用它定位加工后工序的其他表面。 车床支架机械加工工艺及夹具设计 4 2） 先粗加工后精加工 先安排粗加工、半精加工，再安排精加工。某些要求特别高的表面还要在最后安排精密加 工。 3） 划线工序的安排 在单件小批生产中，形状复杂的铸、锻件或焊接件在机加工前要安排钳工划线工序，为加工提供找正的依据。在大批大量生产中，或零件形状较为规则，则不必安排划线工序。 4）热处理工序的安排 毛坯退火、正火：安排在粗加工之前。调质：通常安排在粗加工之后；若加工路线较简单，也可在粗加工之前。淬火及低温回火：一般安排在磨之前。氮化：可安排在粗磨后、精磨前。时效：一次时效安排在粗加工之后；二次时效分别安排 在粗加工和半精加工之后；三次时效分别安排在粗加工、半精加工和精加工之后。 5） 表面处理工序 的安排 表面镀层、发蓝、阳极氧化、喷涂或油漆等处理，通常安排在全部机加工之后；大型铸件的不加工面，常在机加工前先涂防锈漆。 6）辅助工序的安排 去毛刺、倒棱、除锈、去磁、清洗或浸油等辅助工序，应视具体情况适当予以安排。 7）检验工序的安排 重要而复杂零件的粗加工之后关键工序前后；特种检验 (如 x 射线探伤或超声波探伤等较昂贵的检验 )之前；从一车间转到另一车间之前；全部加工结束之后。 加工余量的确定原则： 毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差称为加工总余量。加工总余量主要根据毛坯类型确定。在单件小批生产中，中小型零件 加工总余量参考值 (半径余量或单面余量 )如下：砂型铸件约为 3 8由锻件和焊接件约为 4 10轧圆钢约为 邻两工序的尺寸之差称为工序余量。工序余量主要根据加工性质和加工方法确定。 目来源 车床支架机械加工工艺及夹具设计 5 零件如图： 件的分析 1）零件图的分析 图纸中的零件是一个车床上的支架零件，安装在车床上，主要作用是支撑和导向作用，在车床在机械加工过程中，承受一定的载荷。 车床支架是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状比较复杂，其加工内孔 18 和 25 两个孔 的加工精度 要求比较高，此外还有垂直度和平行度要求。 另外车床支架底部的平面也有较高的精度要求，因此，加工时应先加工一组表面，在以这组加工后表面为基准加工另外一组。 因为尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。 由零件图可知： 生产纲领 2000 件 /年，车床支架备品率为 2%，废品率为 2%，因此年产量： Q生产纲领 每台件数 (1+备品率 )(1+废品率 ) Q 2080 件 月产量 Q12=174(件 ) 车床支架机械加工工艺及夹具设计 6 36512= 日产量 (一天 3 班 )月产量 件 /天 查工艺人员手册，轻型（ 100 公斤以内）零件的生产性质： 中批 500 5000 大批 5000 50000 考虑到保证产品按时定量完成，生产该产品的每一道工序的单件核算时间必须小于生产节拍（工艺卡填写过程考虑到客观随机因素的影响，将节拍乘 80%后与单件核算时间比较），若大于生产节拍，就会造成完不成年产量，因此应改用多台机床加工。 中批量生产采用流水线，其工艺特点 a）毛坯特点：采用金属模造型，毛坯精度及余量中等。 b）机床 设备及机床布置：通用机床，机床按零件类别分工段排列。 c） 夹具及尺寸保证：专用夹具，调整法和自动获得法 (如对刀块 )保证尺寸。 d）刀具、量具：专用或标准刀具、量具 e）零件的互换性：多数互换，部分试配或修配。 f）工艺文件的要求：编制详细的工艺规程及关键工序的工序卡片。 g）生产出率：中等 h）成本：中等 i）发展趋势：采用成组工艺。 由以上可知， 该零件为中批生产，所以工艺安排应考虑工序适当集中，考虑零件成批生产，产量比较大，综合经济与生产效率等因素，确定加工设备为通用机床，采用专用夹具。 2）设计的任务 该零件加工至成品，需完成从毛坯选择开始，编排工艺，工装夹具设计以及对该产品的说明书如下： 1毛坯 零件综合图 1 张 2工艺过程卡片 1 套 3夹具装配图 1 张 4夹具体零件图 1 张 5说明书 1 份 零件材料为 牌号材料与 同， 新牌号， 铸造性好，熔炼设备简单，价格便宜，所以它们是机械制造车床支架机械加工工艺及夹具设计 7 中 应用最多的材料。 承受较大弯曲应力，用于强度、耐磨 性要求较高的较重要的零件和要求保持气密性的铸件。有较好的耐热性和良好的减振性，铸造性较好。该车床支架零件的结构较复杂，也适于用铸造的方法制造。 零件的切削加工性良好，无特殊的加工问题，故加工中不需要采用特殊工艺措施。刀具材料选择范围很大，高速钢或 硬质合金均能胜任。刀具几何参数可根据不同刀具类型通过相关表格查取。 零件组成表面：底面，两端面，外圆及其台阶面，两端沉头螺钉孔，外圆内 20 18、键。 主要技术条件分析如下： 零件的材料为 度适中，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良， 拨动叉中间圆柱体连有两翼板， 以下是车床支架需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求： F 面：表面粗糙度要求为 ：表面粗糙度要求为 E 面：精度要求为 孔：尺寸精度为 面粗糙度要求为 对于 A 面有平行度要求精度为 对于 C 面有垂直度精度要求为 床支架机械加工工艺及夹具设计 8 L 孔：尺寸精度为 面粗糙度要求为 米，相对于 B 面有垂直度精度要求为 1、 ， ：有位置度要求为 件总体特点是一个典型的铸造类零件。 4）确定毛坯、画毛坯 在仔细分析了零件的基础上，选择零件的加工方法，首先从毛坯开始，在毛坯的选择上，既要考虑工艺性，又要考虑到经济性，综合两项因素进行毛坯的选择。 毛坯的选择对零件工业过程的经济性有很大影响，工序数量，材料消耗加工工时等都取决于所选择的毛坯，但要提高毛坯的质量往往会使毛坯制造困难，需要复杂的工艺和昂贵的设备，增加了毛坯的成本，这两者是矛盾的。因此毛坯的种类和制造方法的选择要根据毛坯的类 型和具体的生产条件决定。同时应该主要到，充分使用新工艺、新技术、新材料的可能性，以便降低零件生产总成本提高质量。 毛坯的类型有：铸件、锻件、型材、焊接件、压制件、冲压件等，由于本零件是中批生产，则优先考虑锻件和铸件，虽然成本高，但提高了生产率，零件材料为 件在机床运行过程中所受冲击不大，结构又比较简单，在考虑零件的力学性能，形状大小等因素后，选择铸件。 铸件采用机器造型，木模，精度等级选 8 级，查金属机械加工工艺人员手册表 12 12，浇注顶面、侧面的余量为 6面余量为 4 艺过程设计 1） 定位基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的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，加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。基准选择的原则有： 粗基准的选择原则： a)尽可能用精度要求高的主要表面作粗基准； b）不加工面作粗基准，且该面与要加工面有一定的位置精度要求； c）余量均匀原则； d）粗基准的表面要尽量光整、光洁、有一定的面积以便于装夹； e)不能重复使用原则。 精 基准的选择原则： a）基准重合原则 尽可能使设计基准和原始基准重合； 车床支架机械加工工艺及夹具设计 9 b）互为基准原则 两个位置精度要求较高的表面互为基准； c）基准不变原则 统一基准。 车床支架是一个典型的铸造类零件，它仍具有一般铸造类零件的加工规律， 根据以上原则及对零件的分析，拟订出如下的定位基准： a)加工 D 面和 E 面时，可先将 D 面作粗加工，再以加工好的 D 面作为基准加工E 面。 b)加工 F 面及 、 时，可以加工好的 D 面或者 E 面作为基准进行加工。 c)加工孔 ，可以以加工好的 F 面作为定位基准进行加工。 d)加工孔 B、孔 L 时，仍可以以加工 好的 F 面作为定位基准进行加工。 2） 制定加工工序和选择加工设备及刀、夹、量具 加工工序设计 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除 此之外，还应当考虑经济 效果，以便使生产成本尽量下降。因此确定工艺路线方案如下： 方案一： 工序一：半精铣平面 D 面、 E 面 工序二：半精铣平面 F 面，精铣平面 和 工序三：钻 ，惚孔 序四：钻，扩，铰 B 孔 工序五：钻，扩，铰 L 孔 工序六：清除毛刺 方案二： 工序一： ，惚孔 序二：半精铣平面 D 面、 E 面钻 工序三：半精铣平面 F 面，精铣平面 和 工序四：钻，扩，铰 B 孔 工序五：钻，扩，铰 L 孔 工序六：清除毛刺 根据 经验，大多数情况下都应该先铣平面再加 工孔，会更能容易满足零件的车床支架机械加工工艺及夹具设计 10 加工要求，因此，工艺路线方案一较为合理，工序集中，工序排列最优，效率也比较高，因此选择工艺路线方案一作为本车床支架的工艺生产路线。 主要表面可能采用的终加工方法，按照精度要求， 为精铣或磨 削。 按照零件材料，批量大小，现场条件等因素，并对照各加工方法特点及适应范围确定采用铣削加工底面及两端面。 结合主要表面加工及表面形状特点， B 孔和 L 孔采用钻、扩、铰的加工方式。底面上的键宜采用铣削加工方法。 铣削采用立式铣床， B 孔和 L 孔的加工采用立式钻床。 零件在铣床上或者钻床上的加工都应采用专用夹具进行装夹。 立式铣床的主要参数如下： 型号： 率： 轴转速： 30 /分 立式钻床的主要参数如下： 型号： 率： 轴转速： 1001360 转 /分 3) 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 车床支架零件材料为 坯为铸件，毛重 20量为 2000 件 /年，属于中批量生产。 根据以上原始资料及加工路线，分别确定加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： A、 外圆表面（ 42） 考虑零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。 B、 底 D 面及 E 面的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册，取粗铣加工余量为 3精铣平面加工余量为 1 C、 底部键 F 面及 和 的加工余量 查机械制造工艺设计简明 手册，取粗铣 F 面 加工余量为 3精铣 铣 、 加工余量为 3精铣 、 11 面加工余量为 1铣 、 加工余量为 、 钻 ，惚孔 加工余量 查机械制造工艺设计简明手册，并根据加工精度要求，取钻孔 加工余量为 11孔 加工余量为 6 E、 外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差（ 20） 查机械制造工艺设计简明手册，取 钻孔余量为 18孔余量为 孔余量为 F、 外圆表沿轴线宽度方向的加工余量及公差（ 18） 查机械制造工艺设计简明手册，取钻孔余量为 17孔余量为 孔余量为 1 3 夹具设计 具的基本知识 夹具最早出现在 1787 年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期，机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全 。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件 的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。 现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，尽管国际生产研究协会的统计表明中不批，多品种生产的工价已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯于采用传统的专用夹具 ，在一个具有只能同等生产能力工厂中约拥有 13000专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔 4 年就要更新 80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有 15%左右，特别最近年来柔性制造系统（ 数控机床（ 、加工中心（ 成组加工（ 新技术被广泛应用和推广，使中小批量生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。 综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求： A、能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期； B、能装夹一组相似性特征的工件； C、适用于精密加工的高精度的机床； D、适用于各种现代化制造技术的新技术； E、采用液压泵站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率。 现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面： A、精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿量，其分度可达正负 于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5m，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度可达 、高效化 车床支架机械加工工艺及夹具设计 2 高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时间和辅助时间，以提高劳动 生产率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳提高 5 倍左右；而高速卡盘则可保证卡爪在转速 9000r/条件下能正常夹紧工件，使切削速度大幅度提高。 C、柔性化 夹具的柔性化和机床的柔性化相似，它是通过调节组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：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、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内 ，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。 D、标准化 夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和不见的部件的形成；舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包括：夹具、部件、元件、毛坯和材料的通用化，夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件的国家标准： 及通用夹具标准，组合夹具标准等。夹具的 标准化也是夹具柔性化高效化的基础，作为发展趋势，这类夹具的标准化有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 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的切削加工，热处理装配，焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床工件中使用的夹具称为机床夹具，在现代生产过程中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度，劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具的设计在企业产品设计和制造以及生产技术装备中占有极其主要的地位，机床夹具设计是一项重要的技术工作。 在机械加工中，机床 夹具在机械加工中的功用主要有以下六个方面，然而在不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。夹具设计时应综合考虑加工的技术要求，生产成本和工人操作方面的要求以达到预期的效果。 A、保证加工精度 用夹具装夹工件时，能稳定的保证加工精度，并减少对其他工作条件的依赖车床支架机械加工工艺及夹具设计 3 性，故在精密加工中广泛的使用该夹具，并且它还是全面质量管理的一个重要环节。 B、提高劳动生产率 使用夹具是否能使工件迅速的定位和夹紧并能够显著的缩短辅助加工的时间和基本时间，提高劳动生产率。 C、改善工人的劳动条件 用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气压 、液压等装夹工件时，可减少工人的劳动强度保证生产安全。 D、保证工艺纪律 在生产过程中使用夹具可确保生产周期，生产强度等工艺秩序，例如：夹具设计也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要手段之一。 E、降低生产成本 在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显降低生产成本。 F、扩大机床工艺范围 这是生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施，如车床上的拉削，钻孔加工等，也可用夹具装夹的加工较复杂的成型面。 设计夹具时，应满足下列四项基本要求： A、保证工件的加工精度 ； 即在机械加工工艺系统中，夹具在满足以下三项要求，工件在夹具中的定位、夹具在机床上的位置、刀具的正确位置 B、保证工人的操作安全 C、 达到加工精度的劳动生产率要求 D、 满足夹具一定的使用寿命和经济效应 虽然各类机床夹具的结构有所不同但按照主要功能加以分析，机床夹具的基本组成部分是定位元件，夹紧装置和夹具体三个部分，这也好似夹具体的主要内容。 （ 1）系统定位元件 定位元件是夹具的主要功能元件之一，通常当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就确定了。 （ 2）夹紧元件 车床支架机械加工工艺及夹具设计 4 夹紧装置也 是夹具的主要元件之一，一般铰链压板、螺钉、夹紧装置等。 （ 3） 夹具体 通常夹具作为铸件的机构、锻件结构、焊接结构、形状有回转体形和底座等多种定位元件，夹紧装置等分布在夹具体不同的位置上。 （ 4） 连接元件 根据机床的工作特点，夹具在机床上的安装连接常有的两种方式：一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上，连接元件用于确定夹具本身在机床上的位置。 （ 5） 对刀和导向装置 对刀装置常见在铣床夹具中，用以对刀块调节铣刀对刀前的位置，对刀时，铣刀不能与对刀块直接相连，以免碰伤铣 刀的切削刃和对刀块工作表面。 导向装置钻模板、钻套、镗模的镗模支架。镗套，它们能确定刃具的位置，并引导刀 具进行切削。 （ 6）其他元件或装置 根据加工的需要，有些夹具分别采用分度装夹，靠模装置上下料加工工艺机器人等。 位原理及方案分析 为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本文将就工序一 半精铣平面 专用夹具进行设计。本夹具用于夹持工件方便对其进行加工，所使用的刀具为细齿硬质合金面铣刀。 首先考虑夹具结构的总体方案，夹具结构方案经常是参考生产中已有结构加以改 造，以适合本工序的加工要求。也往往需要把几个夹具中采用的结构或机构综合成自己需要的夹具。夹具总体结构也会有几个方案，同样需要从保证工序加工精度、结构简单、操作方便、满足该零件批量生产的生产效率等四个方面，从中选用较优的结构。 由于各类机床自身的工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按照所使用的机床不同，夹具可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 本次设计的车床支架零件工序一的加工在铣床上完成，因此，本次夹具设计的任务是一个铣床 夹具的设计。 铣床夹具的组成主要包括：定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件和对刀车床支架机械加工工艺及夹具设计 5 元件。而铣床夹具的类型可分为： 1） 直线进给式铣床夹具 2） 圆周进给式铣床夹具 3） 仿形进给式铣床夹具 对于铣床夹具的设计，由于铣削加工的切削力较大，又是断续切削，加工中易引起振动，因此： 夹具的受力元件要有足够的强度和 刚 度； 夹紧机构所提供的夹紧力应足够大； 要求有较好的自锁性能。 为了提高夹具 的 工作效率，应尽可能采用机动夹紧机构和联动夹紧机构。并在可能的情况下，采用多件夹紧和多件加工。 铣床夹具的对刀装置，用以确定夹具相对于是刀具的位置 。铣床夹具的对刀装置主要由对刀块和塞尺构成。常用的对刀块有： 高度对刀块：用于加工平面时对刀 直角对刀块：用于加工键槽或台阶面时对刀； 成形对刀块：用于加工成形表面时对刀。 本次设计零件车床支架为中批量生产，要求成本低，且在加工过程夹紧力要求不高。 本道工序一 半精铣平面 D 面、 E 面 ，在进行本道工序时，其他都是未加工表面。为了保证技术要求，最关键的是要找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 定位分析比较： 方案 1：采用压板用螺栓联接，利用汽缸夹紧，这种夹紧方式夹紧力可靠，辅助时间短，工人劳 动强度小，但是成本高。 方案 2：采用压板，用螺栓、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧力小，但成本低。 本次设计零件为大批量生产，要求成本低，且在加工过程中夹紧力要求不高，因此夹具夹紧方案选用方案二，利用螺栓、螺母手动夹紧。压板选择为直压板，加工两个零件时，为了防止两工件在长度尺寸上的误差，而导致直压板不能完全压住两工件，因此，在压板两端设计了两个浮动压头，且压板也螺栓、螺母的连接采用球面垫圈，这样就能消除两工件的尺寸误差 ，因此方案 2 更合理。 车床支架机械加工工艺及夹具设计 6 具总体设计 夹具是装夹工件的母体，所以，夹具制造要有 相对较高的精度，夹具设计中，应首先选用典型的夹紧机构。在满足要求的前提下，选用的标准件越多越好，夹具越简单越好。 首先，基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理可以使加工质量得到保障，生产得到保证，生产率得到提高。 （ 1）夹具设计说明 本夹具设计时以前道铸造工序成型后的表面作为粗基准，再以加工好的面作为基准加工另外一个面。 定位元件用于确定工件在夹具中的位置，使工件相对于刀具及运动轨迹有一个正确的位置。定位元件是夹具的主要功能元件之一，其定位精度将直接影响攻坚饿加工精度。 定位元件主要有支 承钉、支撑板、可调支承和辅助支承四种。 由于车床支架零件在本道工序之间没有已经加工过的表面，因此使用支承钉作为定位元件较为合适，因此，在本设计中，分别以三个支承钉作为工件 制工件 另外，由于车床支架零件的结构特点具有外圆表面，以外圆定位时，通常采用 据工件的特点，需要采用一个可调支承以使工件能完全定位。 安装时，先将工件放在 三个 支 承 钉（消除 之上，并靠在右边的支承钉之上 （消除 动 一个自由度） ， 并由 一个 向（消除 由度） ，然后调节可调支承（消除 转动手柄通过锁紧 螺母 动作，把 工件 夹紧，此时六个自由度全部消除。 由于工件的后道工序加工孔时的精度要求不 高，因此本夹具 使用了工件毛坯底面作为定位基准，并且使用定位钉作为支承。 本夹具夹紧方案为利用螺栓、螺母手动夹紧。压板选择为直压板，加工两个零件时，为了防止两工件在长度尺寸上的误差，而导致直压板不能完全压住两工件，因此，在压板两端设计了两个浮动压头，且压板也螺栓、螺母的连接采用球面垫圈，这样就能消除两工件的尺寸误差。 （ 2）切削 力的计算 在 铣削时夹紧力产生的力矩，必须满足机床夹具设计手册中所规定的要求，刀具材料： 刀具有关几何参数： 000 1510 000 128 00 85n 车床支架机械加工工艺及夹具设计 7 00 2515 3 8Z f / p 由机床夹具设计手册表 1得铣削切削力的计算公式： 查参考文献 13表 1021 得： 510 对于灰铸铁： 90( p 取 195 ， 即 96.0所以 1 . 1 0 . 7 2 1 . 1 0 . 95 1 0 2 . 0 0 . 2 5 6 3 6 0 8 0 . 9 6 6 4 0 . 6 9 ( ) 由参考文献 3表 1得： 垂直切削力 ： 0 . 8 5 5 4 4 . 5 9 ( )C N N（对称铣削） 背向力： 0 . 5 5 2 9 7 . 3 2 ( ) N（ 3）夹紧力的计算 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 K 可按下式计算： 6543210 式中： 60 各种因素的安全系数，见参考文献 13表 121 可得： K 所以 )( 4 0 K )( 9 )(K 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。 单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： )( 210 z 式中参数由机床夹具设计手册可查得 ： 0 912 0592 其中： 120( )L )(25 螺旋夹紧力： )(W 易得： 0 经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可车床支架机械加工工艺及夹具设计 8 靠的，可以满足切削力的要求 。 （ 4）夹具的误差分析 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工序公差。 与机床夹具有关的加工误差 j ，一般可用下式表示： 由 参考文献 13可得： 平面定位心轴定心 的定位误差 ： 0 夹紧误差 ： co s)( m a x 其中接触变形位移值： a ( 1 0 3 s 磨损造成的加工误差： 通常不超过 夹具相对刀具位置误差： 取 误差总和： 0 . 0 5 2 2 0 . 1 1jw m m m m 从以上的分析可见，所设计的夹 具能满足零件的加工精度要求。 本课题所设计方案如下图所示： 该夹具对工件的定位考虑合理，且夹具结构简单，可适合于中批量生产。 具体的设计 夹具体是夹具的基础件，夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成为一个整体。在机械零件的结构设计中
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