踏脚座加工工艺及钻20孔夹具设计（全套含CAD图纸）
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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 产品型号 零件图号 产品名称 叉架 零件名称 共 页 第 页 车 间 工 序 号 工序名称 材料牌号 金工 5 铣 凸台上 16 坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 铸件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 铣 床 01 1 夹具编号 夹具名称 切削液 用夹具 有 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 专用 器具 准终 单件 工步号 工 步 名 称 工 艺 装 备 主轴 转速 / 1r 切削 速度 / 1m 进给 量 吃 刀量 / 给 次数 工 时 机动 单件 1 铣凸台上 16 专用夹具 400 1 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 机械加工工序卡 产品型号 零件图号 产品名称 叉架 零件名称 共 页 第 页 车 间 工 序 号 工序名称 材料牌号 金工 5 钻 20 的孔 坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 铸件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 钻床 1 夹具编号 夹具名称 切削液 有 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 名 称 工 艺 装 备 主轴 转速 / 1r 切削 速度 / 1m 进给 量 吃 刀量 / 给 次数 工 时 机动 单件 1 钻 20 的孔 专用夹具 320 1 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 机械加工工序卡 产品型号 零件图号 产品名称 叉架 零件名称 共 页 第 页 车 间 工 序 号 工序名称 材料牌号 金工 5 钻凸台上 8 的孔 坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 铸件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 钻床 1 夹具编号 夹具名称 切削液 有 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 名 称 工 艺 装 备 主轴 转速 / 1r 切削 速度 / 1m 进给 量 吃 刀量 / 给 次数 工 时 机动 单件 1 钻 8 的孔 专用夹具 320 1 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 机械工艺过程卡片 产品型号 叉架 零件图号 叉架 产品名称 叉架 零件名称 叉架 共 1 页 第 1 页 材料牌号 坯种类 铸件 毛坯外形尺寸 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 / 终 单件 1 铣 铣 底部 大平面 金工 柱形铣 刀 2 铣 铣 38的两端面 金工 柱形铣 刀 3 钻 钻 扩铰 20的孔 金工 刀 4 铣 铣 16的凸台 金工 柱形铣 刀 5 钻 钻 8的孔 金工 刀 6 钻，铣 先钻后铣相距 60金工 铣刀 7 去毛刺 金工 8 终检 金工 描图 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 签字 日期 I 西安航空职业技术学院 毕 业 设 计（论 文） 毕业设计 课 题： 踏脚座 加工工艺及夹具设计 专 题： 专 业： 机 械 制 造 及 自 动 化 学 生 姓 名： 班 级 ： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间： 要 踏脚座 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。 本设计是 基于 踏脚座 零件的加工工艺规程及一 些工序的专用夹具设计。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。基准选择以 踏脚座 的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准，以 底面 与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平面，再以顶平面与支承孔系定位加工出工艺孔。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。支承孔系的加工采用的是坐标法镗孔。整个加工过程均选用组合机床。夹具选用专用夹具，机构可以不必自锁 ， 因此生产效率较高 ， 适用于大批量、流水线上加工 ， 能够满足设计要 求。 关键词： 踏脚座 类零件； 工艺 ； 夹具 ； he is a of In of to of is to to of as a as a of is to of In to of is 录 摘 要 一 章 加工工艺规程设计 1 件的分析 1 件的作用 1 脚座 加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 2 和平面的加工顺序 2 系加工方案选择 2 脚座 加工定 位基准的选择 3 基准的选择 3 基准的选择 3 脚座 加工主要工序安排 4 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 5 定切削用量及基本工时（机动时间） 6 间定额计算及生产安排 12 第二章 钻 20 孔夹具设计 16 究原始质料 16 位、夹紧方案的选择 16 削力及夹紧力的计算 17 差分析与计算 18 套、衬套、钻模板设计与选用 19 具体的设计 20 具设计及操作的简要说明 20 总结 22 参 考 文 献 23 1 第 一 章 加工工艺规程设计 件的分析 件的作用 题目给出的零件是 踏脚座 。 它在车辆上面应用范围很广。该类零件的结构和尺寸有着很大的差异，但结构上仍有共同特点：零件的主要表面为精度要求较高的孔、零件由内孔、外圆、端面等表面构成。 因此 踏脚座 零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精 度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。 踏脚座 零件的 底面 用以安装盖，实现功能。 2 件的工艺分析 由 踏脚座 零件图可知。分析如下： 0 90 的平面 C 为设计基准的加工表面 这组加工表面包括 ： 38 的两个端面粗糙度 及直径为 20 孔粗糙度要求为 及相距 60两槽粗糙度要求为 . 20 孔为基准加工表面 这组加工表面包括直径为 16 的凸台端面粗糙度要求为 B 基准的平行度公差为 及 8 的孔粗糙度要求为 脚座 加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 由以上分析可知 。该 踏脚座 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 踏脚座 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。 由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。 和平面的加工顺序 踏脚座 类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工 踏脚座 上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。 踏脚座 的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易 保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。 踏脚座 零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，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。 系加工方案选择 踏脚座 孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。 根据 踏脚座 零件图所示的 踏脚座 的精度要求和生产率要求，当前 应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。 （ 1） 用镗模法镗孔 在大批量生产中， 踏脚座 孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度。 3 采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。因此，可以用几把刀同时加工。所以生产效率很高。但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高，且由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。 （ 2） 用 坐标法镗孔 在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镗孔却能适应这种要求。此外，在采用镗模法镗孔时，镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。 用坐标法镗孔，需要将 踏脚座 孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺寸及公差，然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镗孔。 脚座 加工定位基准的选择 基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （ 1） 保证各重要支承孔的加工 余量均匀； （ 2） 保证装入 踏脚座 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 踏脚座 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。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。 基准的选择 从保证 踏脚座 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 踏脚座 在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从 踏脚座 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 踏脚座 的装配基准，但因为它与 踏脚座 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。 4 脚座 加工主 要工序安排 对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。 踏脚座 加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。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 踏脚座 加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此， 底面 上的螺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面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于 踏脚座 ，需要精加工的是支承孔前后端平面。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。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。 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 根据以上分析过程，现将 踏脚座 加工工艺路线确定如下： 工艺路线一： 工序 工序 工序 30 铣 80 90 的平面，以其背面为加工基准。 工序 40 铣 38 的两个端面，以平面的端面为加工基准 工序 50 钻扩铰 20 的通孔，以大平面的端面为加工基准。 工序 60 铣 16 的凸台平面，以中心轴线为加工基准。 工序 70 凸台上 8 的孔，以平面的端面为工序基准。 工序 80 先钻后铣大平面上的两槽 ，以平面的端面为工序基准。 工序 90 去毛刺 工序 100 终检 5 工艺路线二： 工序 工序 工序 30 铣 80 90 的平面，以其背面为加工基准。 工序 40 铣 38 的两个端面，以平面的端面为加工基准 工序 70 铣 16 的凸台平面，以中心轴线为加工基准。 工序 60 钻扩铰 20 的通孔，以大平面的端面为加工基准。 工序 70 凸台上 8 的孔，以平面的端面为工序基准。 工序 80 先钻后铣大平面上的两槽，以平面的 端面为工序基准。 工序 90 去毛刺 工序 100 终检 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， 方案 二 把底面的钻孔工序调整到后面了，这样导致铣削加工 定位基准不足，特别镗孔工序。 以上工艺过程详见机械加工工艺过程综合卡片。 综合选择方案一： 工序 工序 工序 30 铣 80 90 的平面，以其背面为加工基准。 工序 40 铣 38 的两个端面，以平面的端面为加工基准 工序 50 钻扩铰 20 的通孔，以 大平面的端面为加工基准。 工序 60 铣 16 的凸台平面，以中心轴线为加工基准。 工序 70 凸台上 8 的孔，以平面的端面为工序基准。 工序 80 先钻后铣大平面上的两槽，以平面的端面为工序基准。 工序 90 去毛刺 工序 100 终检 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “ 踏脚座 ”零件材料采用灰铸铁制造。材料为 度 170 241，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。 （ 1） 底面 的加工余量。 根据工序要求， 底面 加工分粗、精铣加工。各工步余量 如下： 粗铣：参照机械加工工艺手册第 1 卷表 余量值规定为 现取 表 铣平面时厚度偏差取 。 6 精铣：参照机械加工工艺手册表 余量值规定为 （ 2） 两侧面孔加工余量 毛坯为实心，不冲孔。 定切削用量及基本工时（机动时间） 工序： 铣 80 90 的平面 C，以其背面为加工基准。 1） 加工条件 加工材料： 火，硬度为 207241铸造 。 加工要求：粗铣 80 90 的平面 C，粗糙度 机床： 式铣床。 刀具：圆柱铣刀齿数 z=8. 2） 计算加工工时 由机械制造工艺设计手册表 切削用量为 由表 得铣刀进给量据切削用量手册表 切削用量 取00m/公式： 1000s p= 得： 削工时计算： + D= L=90择机床90r/ t= 序 ：铣 38 的两个端面，以平面的端面为工序基准，以平面 C 的中心平面为设计基准。 1） 加工条件 加工材料： 火，硬度为 207241铸造 。 加工要求：铣 38 的两个端面，粗糙度 机床： 式铣床。 刀具：圆柱铣刀。 2） 计算加工工时 由机械制造 工艺设计手册表 切削用量为 由表 得铣刀进给量据切削用量手册表 切削用量 5选用铣刀直径为 80表 大磨损限度为 据表 刀寿命 T=120 由切削用量手册表 D +y=17据铣削速度公式 0dp a f a z= 查表80，0d=80, 5,m=取00m/ 8 由公式： 1000s p= 得： 切削工时计算： + D=L=60择机床75r/ t= 于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算，加工完毕需要保证两端面度平面的中心平面的距离为 30寸 30终结环，给定尺寸 40及 30于基准不重合加工时应保证尺寸 A A=400定尺寸：因终结环公差等于个组成环公差之和，采 用等公差分配尺寸 303， 10=序 ：钻、扩、铰 20 9H 孔。 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 20 9H 钻孔 20 9H 时先采取的是钻 17 孔，再扩到 ，所以 17D 。 切削深度给量 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 7 ， 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 ： 9 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 20 9H 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。 片型号： 钻孔 20 9H 时先采取的是先钻到 17 孔再扩到 ，所以 ，1 17d 切削深度m m进给量 f ：根据参考文献 3表 52，取 f m m 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 9 . 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 20 9H 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m m，且 20D 。 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 。 10 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 2 0 按照参考文献 3表 31 取 315 / m 实际切削速度 v ： 3 . 1 4 2 0 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 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 ：铣 16 的凸台平面，以中心轴线为工序基准。 1） 加工条件 加工材料： 火，硬度为 207241铸造 。 加工要求：铣 f 16 的凸台平面， 粗糙度 机床： 式铣床。 刀具：圆柱铣刀。 2） 计算加工工时 由机械制造工艺设计手册表 切削用量为 由表 得铣刀进给量据切削用量手册表 切削用量 5选用铣刀直径为 40表 大磨损限度为 据表 刀寿命 T=120 由切削用量手册表 D +y=12m 根据铣削速度公式 0dp a f a z= 查表80，0d=80, 5,m=取00m/公式： 11 1000得： 切削工时计算： + D=L=16择机床00r/ t= 序 ：钻凸台上 8 的孔，以平面的端面为工序基准，以平面的中心平面为设计基准。 根据切削用量手册表 =r。 V 钻 = 5m/ 选用 床。 根据主轴转速的计算公式 1000s p= 得 床选取 320r/际切削速度 1000 p= 得 v=削工时（选用切入切出量 y+ D = + D= 得 t=于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算，加工完毕需要保证两端面度平面的中心平面的距离为 0寸 0终结环，给定尺寸 45及 45于基准不重合加工时应保证尺寸 A A=45定尺寸：因终结环公差等于个组成环公差之和，采用等公差分配尺寸 0 12 按自由尺寸 3， 0/2=序 ：先钻后铣大平面 C 上的两槽，以平面的端面为工序基准，以平面的中心平面为设计基准。 铣刀类型：直柄立铣刀（硬质合金） 槽的半圆形槽的直径为 10度为 15机械制造工艺设计简明手册表 柄立铣刀（ 平型直立铣刀（ ，知 16 凸台 =10择标准型 准型72，粗糙度精度低，选择粗齿， z=3. 由金属切削速查手册表 5质合金立铣刀铣削平面和凸台的进给量带整体刀头的立铣刀，铣刀直径0d=10mm，3z. 选用 铣床 主轴转速 V=进给量 f=l=20用 v=375r/T=l/f=t=2T=于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算，加工完毕需要保证两端面度平面的中心平面的距离为 30寸 30终结环，给定尺寸 15及 45于基准不重合加工时应保证尺寸 A A=450定尺寸：因终结环公差等于个组成环公差之和，采用等公差分配尺寸 303， 30/2=后，将以上各工序切削用量，工时定额的计算结果，连同其他数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片，见表一。 间定额计算及生产 安排 假设该零件 年产量为 10 万件。一年以 240 个工作日计算，每天的产量应不低于 417 件。设每天的产量为 420 件。再以每天 8 小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于 参照机械加工工艺手册表 械加工单件（生产类型：中批以上） 13 时间定额的计算公式为： %)1)( （大量生产时 0/ 因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： %)1)( 其中： 单件时间定额 基本时间（机动时间） 辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 k 布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值 工序 1：粗、精铣 底面 机动时间照机械加工工艺手册表 工步辅助时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为 则m k ：根据机械加工工艺手册表 13k 单间时间定额 m i i 131)()1)( 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时，m dd 即能满足生产要求 工序 2：钻 底面 孔 机动时间照机械加工工艺手册表 工步辅助时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为 则m k ：根据机械加工工艺手册表 k 单间时间定额 m i i )1)( 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序 3：粗铣两侧面及凸台 14 机动时间照机械加工工艺手册表 工步辅助时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为 则m k ：根据机械加工工艺手册表 13k 单间时间定额 m i i 131)()1)( 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序 4：钻 侧面孔 机动时间照机械加工工艺手册表 工步辅助时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为 则m k ：根据机械加工工艺手册表 k 单间时间定额 m i i )1)( 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序 5：粗铣前后端面 机动时间照机械加工工艺手册表 工步辅助时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为 则m k ：根据机械加工工艺手册表 13k 单间时间定额 m i i 131)()1)( 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序 6：铣前后端面 机动时间照机械加工工艺手册表 工步辅助时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为 则 15 m k ：根据机械加工工艺手册表 13k 单间时间定额 m i i 131)()1)( 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序 15：精铣两侧面 机动时间照机械加工工艺手册表 工步辅助时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为 则m k ：根据机械加工工艺手册表 13k 单间时间定额 m i i 131)()1)( 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时，m dd 即能满足生产要求 工序 17： 底面 螺纹孔攻丝 机动时间照钻孔辅助时间，取装卸工件辅助时间为 工步辅助时间为 则 m 参照钻孔 k 值，取 k 单间时间定额 m i i )1)( 因此布置一台机床即 能满
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