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机械毕业设计全套
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GY01-096@叉形件工艺及铣床夹具设计,机械毕业设计全套
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nts 本科毕业设计 英文翻译 题目 智能移动机器人平台 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 程 龙飞 指导教师 邓 修瑾 毕业时间 2014-06 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 智能移动机器人平台 作者 JC wolf 一个 完成 机器人和自动化 系统学位 的 报告提交给普利茅斯 大学 2003 - 2004 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 序言 这篇报告介绍了智能移动机器人的理论和关注的焦点是相关问题的解决并对不同方法做了具体补充。在为了完成自主移动机器人设计、建造和测试这个项目。设计的机器人和轮椅大小差不多 ,使它能绕着建筑物行走。它为未来导航系统的发展提供了一个平台。它有能力成为一个完善的服务机器人。它在未来领域的发展已经被确定。一个避障系统已成功应用是为了证明这些。它的最大速度为 1.5 米 /秒。 在不同领域的一个研究领域 ,例如快速传感技术超音波测距 ,轨迹生成的快速运动和避障 ,被 执行了。 测试完成之后 ,为了确认轨迹生成的理论。 该报告深入了解电路设计的细节。并且完成了现代微控制器模块设计。由于灵活的设计、模块提供了另一个学生项目基地 ,包括这一个 。电力电子设计提供的直流电机的电流上升到 30安培 每频道 。这个线路的最大电力不需要昂贵专门的组件。 该项目顺利完成。 这是部分的最后一年 ,在本科学位课程和换向机器人自动化系统 。 致谢 作者特别感谢为这项工作默默付出的他的许多同学。 同时感谢我的主管的圭多 Bugmann 博士，保罗罗宾逊博士。潘根华博士和讲师艾伦辛普森，的曼塞尔戴维斯博士，菲尔博士 Culverhouse，近 3 年来支持我。此外，我从大卫和罗杰鲍尔斯，鲍勃布雷，工学硕士， ING，彼得路德，菲尔霍尔和菲尔布朗得到了良好的 技术支持。 最后笔者希望向他的家人致敬。我的父母（本和玛丽亚狼 ),在经济上支持我并且用很多方法鼓励我。特别要感谢我美丽的妻子 Soo-mi 杨 , 她在许多方面支持和宽恕。 没有她的道义支持这个项目可能不会完成。 J.C.亚狼 普利茅斯大学 2004 年 4 月 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 目录 序言 2 致谢 3 目录 4 第 1章 概述 7 第 2章 智能移动机器人原理 8 第 1节 数字控制器 8 2.1.1 取样和量化 8 2.1.2 AD 转换 9 2.1.3 DA 转换 9 2.1.4 采样频率 9 2.1.5 延迟 10 第 2节 轨迹生成 10 2.2.1 弧 11 2.2.2 贝塞尔曲线 13 2.2.3 直线指引 14 2.2.4 视线指引线 14 2.2.5 向量场 15 势场 15 基于矢量场极限环 16 矢量场融合 17 启动款匹配的动力动机器 20 第 3节 造型移动机器人 20 第 3章 设计与实现 22 第 1节 规格 22 第 2节 机械设计 22 3.2.1 框架 22 3.2.2 转向 23 3.2.3 变速箱 24 3.2.4 精度 25 第 4章 电子硬件设 25 4.1.1 供电电路 25 4.1.2 单片机模块 26 4.1.3 超音波传感器 28 4.1.4 轴编码器 31 4.1.5 初步设计 31 4.1.6 最后轴角编码器及其特点设计 31 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 4.1.7 伺服控制器 32 4.1.8 电力电子 35 4.1.9 电路输入 37 4.1.10 电路功能 37 4.1.11 故障电流限制器设计 38 第 2节 沟通机载 40 4.2.1 串行通信 40 4.2.2 I2C 通讯 42 第 5章 智能控制 44 第 1节 运动学模型 44 5.1.1 矢量逆解系统 44 5.1.2 逆运动学算法 45 第 6章 用于指导的传感器 46 第 1节 位置 46 第 2节 遥感调查的速度和反应时间 46 第 3节 导航和制导系统造型 49 6.3.1 演示制导系统 49 第 7章 三维监测界面 51 第 1节 VRML 51 第 2节 信息交换的远程监控 51 第 8章 项目管理 52 第 9章 结论 53 关键词 54 参考文献 55 附件 56 附录 1:ATMega UoP 手册 (征求意见稿 ) 56 附录 2 :系统综述框图 63 附录 3:源代码 69 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 6 页 共 17 页 第 1 章 概述 服务机器人还没有现成的产品。为什么 ?因为需要研究有改善的课程 ,直到第一个真正的服务型机器人可以去投入生产。 一个服务机器人的需求是将融入到人类的环境中并与人类相同的速度来移动和运行。当前智能移动机器人通常缓慢移动甚至停止来测量。这将是其他人传递的障碍。缓慢的机器人是低效甚至没用的 ,因为用户可能宁愿自己作 ,都比它快。这个项目是关于给机器人提供快速运行的平台 ,这样使移动机器人对现实生活中更有用。 作者在许多不同的项目中获得移动机器人的经验和知识 ,包括 :机器人足球 ,Melexis奖杯和其它。更多的相关项目的信息可以在 JC亚狼网页上找到 (2004):www.swrtec.de。在适当的时候 ,这些项目的知识有助于这份报告。尤其是机器人足球 ,在快速移动是必不可少的 ,理可开发和测试并转移到自然环境问题。 第 2 章 智能移动机器人原理 在本章将移动机器人的基本理论和原则进行解释。当该理论应用于快速的机器人时，一定要特别注意其优点和缺点。 2.1 数字控制器 大多数机器人应用使 用数字控制器 ,因此基本的数字控制应给予及其优势的影响进行讨论。 一些数字控制的最重要的优点：括公元前（ 1992） 数字元件不易老化和随环境变化。 他们对噪声和干扰不敏感。 数字处理器是更紧凑，重量轻。（适用于内移动机器人） 他们更加灵活和强大。 微处理器和数字信号处理器成本持续下降。 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 7 页 共 17 页 然而它也有缺点： 由于有限的运算速度和信号的分辨率的限制字长的数字处理器。 （相比之下，当 模拟控制器在实时操作时，而该解决方案在理论上是无限的。） 有限字长往往转换成系统不稳定。 对运算速度的限制，导致控制回路中 的时间延迟这可能会导致闭环系统不稳定。 2.1.1 取样和量化 大多数控制系统包含数字以及模拟信号。因此模拟到数字转换（ AD），反之亦然（ DA），发挥了重要作用。机器人可能有 A 至 D 转换器或车轮的轴角编码器的伺服系统。在这种情况下的采样和量化是必需的。 2.1.2 AD 转换 一个模拟值发生在瞬间。由于数字号码的长度是有限的，模拟值四舍五入。这个过程被称为量化。最低的值或最接近的值，它可以圆整（ 1位），被称为量化水平。一个输出 A至 D转换器的停留时间 T 不变，直到一个新的元素已被转换和控制器。时间 T 被称为采样周期。处 理器通常计算内通过控制算法输出采样周期。这意味着输出至少比输入迟 T。 2.1.3 DA 转换 数字字转换成相应比例的模拟水平。“最小的一步，同一个量化级别限制的准确性。幸运数字模拟转换可以几乎同时发生。然而，直到一个新的值被转换 DA转换器的输出才会改变。这是分析零阶保持和框图建模过程的步骤。 图 1 .在瞬间采样数据的 kT 2.1.4 采样频率 采样频率 s 必须选择一种方式，该控制器能应对改变输入值 v，干扰 w 和控制器植物功能带宽 b。奈奎斯特 香农采样定理指出，采样频率必须至少两次信号的频 率。事实上，这不会得到平稳的控制器响应。因此，一般情况下， s应当选择满足下列公式： nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 8 页 共 17 页 （ 1） （ 2） 当停留时间 TSE设定时，该系统的采样周期为 s和固有频率为 n。 通常控制器是用来控制移动机器人的发动机。机械运动时间常数与 n和几百毫秒有关。因此实际的采样频率不是很高。 （比如 50HZ - 1000Hz）。如果机器人通过视觉控制，这将成为一个问题，因为电脑（目前）没有强大到足以提供一个 视觉系统与 50-1000Hz 的频率相比。其他传感器，如轴角编码器，但不采取太大的 CPU功率和采样频率可以很容易地实现。 2.1.5 延迟 在信号传输和传感器处理信息期间发生延迟，在数字控制系统中。延迟可能导致不稳定，必须保持在最低限度。如果延迟无法通过提高 CPU 的功率或其他硬件来减少的话，预测控制方法可以在一定程度弥补延迟。预测控制方法往往需要一个控制过程的模型。这使控制器更复杂，正因为如此 ,它并非常见的。在快速机器人的情况下，延误是至关重要的。减少的延迟增加了控制器的收益，因此可以改善瞬态响应。 2.2 轨 迹生成 有许多方法来生成一个机器人的运动轨迹（路径）。通常轨迹发生器的输入数据是一个初始值，目标位置，可能是中间的航点或障碍。轨迹发生器是一个指导系统。导引系统通常是导航系统的一个子系统指导机器人向目标点而言，给它的导航系统。 快速的移动机器人必须以尽可能快的速度移动。因此，车辆速度和控制器收益达到了极限。如果所要求的轨迹超出系统能力可能出现下列问题： 在这个巨大的需求中输入非线性关系，如滑移和饱和度，可以使系统不稳定和机器人旋转失控。 机器人不能按照所需的路径，可能会碰到一个障碍。 因此，有必要生成相匹配 的车辆动态轨迹。 这里有一个已被调查过他们的基本轨迹功能概述的简介并讨论其优点和缺点。 2.2.1 弧 弧是圆的一部分。通过计算一个圆圈，可以产生一个路径，起点和终点是圆的切点。计算半径与车轮速度 和机器人的转向有直接的关系。由此产生的每个车轮的速度有固定的比例，这是一个优 势，因为它简化计算。 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 9 页 共 17 页 切向加速度 at可以很容易地被轨迹生成算法限制，否则就会发生在之后的机器人控制器里。这增加路径下面的准确性。 (3) (4) 结合 : 半径 R 是已知的轨迹发生器。加速度 | at| K 仅限于 K 和机器人 v 的前进速度，通常是一个机器人控制器输入，可以根据需要设置。如果机器人需要在一条直线上移动半径是无限的。在这种情况下，算法必须算作一个例外。 图 2 这里是一个例子，作者采用了一圈接近目标点从 0度水平的轨迹后才能继续。这个例子取自机器人足球。机器人旨在视线指导的的 i1。合格后， I1的机器人是计算圆相切，并可以进入在 I2圈。它将退出圆与球碰撞时，并继续直 线运动和轻微的加速对运球向目标。 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 10 页 共 17 页 图 3：圆直线移动的轨迹应用于机器人足球 这一战略已实施于一体的世界上最成功的机器人足球战略：韩国大学和 KAIST，看到北京李等人（ 1999）。它有笔者也进行了测试。图 3显示了从 MAPLE包含文件的数据数据从一个真正的游戏情况。这种方法的主要缺点是：避障和在动态环境变化的其他因素难以和直圆直刚性结构相结合。优势是简单，匹配容易和预测的轨迹机器人动力学动作准确。 2.2.2 贝塞尔曲线 贝塞尔曲线可以被定义为与两条直线相切的一条曲线。选择第一条直线时要通过机器人的 初始位置并且第二条直线要通过终点。第一直线确定机器人的方向 。第二条线的方向决定机器人从哪一方接近目标（最后的姿势）。这是形成这种轨迹的非常好的一个性质。主要缺点是贝塞尔曲线数学的复杂性曲线 ,使得它难以创造的轨迹一个机器人能跟随在高速状态下。当要求机器人沿目标曲线运动时作者进行了贝塞尔曲线实验。一旦机器人靠近目标点 ,下一个目标点将被确定路。 当机器人开始运动时，需要转 90度。它从（ X，Y） =（ 57,15）点开始运动。线上的点确定了产生的轨迹。当改变机器人方向和速度这两者之间的关系不平衡时，会使机器人离目 标很远。 实际上机器人的路径是小三角形。 图四 :贝塞尔曲线轨迹 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 11 页 共 17 页 与第一个实验相比这个实验起点和终点的 方向比较小，起点 (x,y)=(77,12) 并且速度减小了。 机器人沿被要求和相当精确的轨迹运动是没问题的。 图 5:贝塞尔曲线轨迹 2.2.3.直线导引 通过旋转机器人可以沿直线移动到目标点。对轮式机器人而言，没有切向速度只有 微分 转动的可能。该系统的主要优点是，它是简单，准确。主要缺点是速度，因为机器人必须停止转动。 2.2.4 视线指导线 也被称为导弹制导与直线的指导有关 ，但这个时候机器人移动比目标方向 稍高。如果向量从机器人指向目标点，那么它的角度 = 表明机器人应该沿仰角方向运动。 2.2.5向量场 一个向量场实质是由一个 2-维向量组成的区域。一个向量由大小和方向组成，向量对于速度和航向角而言相当重要。 大小被认为是向量场中很重要的问题，大小对于通过每个向量组合成为向量场是很有用的。越重要的向量越长，航向角贴近的是更加重要的向量。 一些向量场产生器，像是基础的势场产生法，是不考虑大小的。这种情况下大小经常被忽略。 势场 势场的一些理论像是轨迹的概念 是从物理领域中的电学部分中分化而出的。 引力场公式如下 ： nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 12 页 共 17 页 这里 是一个冲起始到目标位置的向量 是一个从起始指向机器人的向量 是一个表征机器人当前位置的单位化的长度和预计的角度。 结果是指向目标的。引力场是关联其中的可视的指引。 斥力场产生背向目标的向量。等式是 表格 6： 引力场 表格 6 展示了一个引力场指向目标点（ 0.0）。在当前应用的机器人仅有当前位置的向量才加入计算 ，对于多为图表像表格 6这样，机器人可以在场中任何可能的地方，同时也可以在任何 点长生向量。 基于极限环的向量场 极限环是非线性控制理论的一部分。但是一个表格能够表现极限环的属性，像是表格 7，nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 13 页 共 17 页 那么这个表格便可以适应路径生成。此问题更深入的解读请阅读 D-H Kim（ 2000）。极限环的非线性功能的第二位表现为一个向量场包含一个单位环。单位环外的向量将产生于单位环相切的方向。这可以看成是一个圆弧 /圆轨迹生成率可以引导机器人自动从任何方向进入该圆。最终生成的向量场可以用来产生圆弧轨迹或者是用于避障。 图表 7：极限环 极限环的缺点在于一旦机器恩跨过了单位元，向量场将指向中心。 所以，具体实现极限环控制并不容易，因为机器人在接近单位圆时可能会稍稍的越过边界。 对这种场在单位环内进行修改时一个解决此种问题的可行的措施。 矢量场的融合 所有的可提供向量场都可以在同一时间进行讨论。作者开发了一种可供合并向量场合并的方法，该方法在 Robinson P(2004)中论述。 约束和要求： -两个或者更多的向量场。 -这些向量场包含标准化的向量。 这种方法最好用一个例子来描述。一个典型的需要向量场合并的地方在于当一个机器人R 需要避免和机器人 O在路上相遇去目标 T时。看下面图表 8。 在 融合向量场过程中，需要一个加权函数。经验已经证明，高斯正态分布函数在合并两个场域是很合适的方式。（一个圆柱体或是一个椎体都可能产生一个突然的冲击以使航向角发生变化并产生激发不稳定现象。） nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 14 页 共 17 页 图表 8：回避方案 角和当前的机器人航向角 是不同的， ro向量是指向机器人回避方向。 角是表征机器人和障碍物碰撞程度的量。这个角度越小，碰撞事件发生的情况就越小，同时避开障碍物的可能性越高。 这个机器人的任务是走到 点。为了将拦在它和目标点之间的障碍物也纳入考虑，那个机器人就必须计算障碍物和自己的距离。这 个距离在式子中是以矢量 ro定义的。和障碍物的距离越短就意味着避开障碍物的重要性越大。 一个回避向量场 应该被定义的和任务向量场 rt场一样。标准化后的目标向量是 。 提供的两个向量 和 是用高斯加权方程 加在一起的 -融合。 这里： 是结果典型的目标向量 M 是一个固定的加权因素 G()是高斯方程。 是对高斯方程的安全系数 是高斯方程的分布 我们可以知道要回避一个障碍，本质上有两个因素 。 和 ro。 作者按对于在场域内特定点完成这个任务的重要程度关联每个向量的长度来作为向量融合的基础原则。 和 ro可以作为限制蓝本来影响 的长度。 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 15 页 共 17 页 表示 所能带来的最大的安全度。 将会到这更高的角度。这已经是被认为很重要的。机器人距离障碍 ro的路程在高斯方程中被认为是位置参数的蓝本。 最终，结果向量场 为机器人表征了新的瞬时航向角。 在不同速度的足球机器人上实验，最大速度为 3米每秒。坐标系统已英寸为单位。 表格 ：在 0.36米每秒速度下的避障路径 表格 10:0.51米每秒速度下的避障路径 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 16 页 共 17 页 表格 11:0.84米每秒速度下的避障路线。 2.2.6设置轨迹舍弃匹 配移动机器人的动态模型。 作者当前的尝试是将势力场的路径和机器人的动态模型进行对比以决定是否机器人会按路径移动。这可以在频域进行，通过在需要按路径行动时对机器人频宽加上模型频宽和输入信号作比较来进行研究。这种方法可以进一步研究。这可以为根据机器人频宽定制向量场提供基础。 2.3 模型化移动机器人 这一章研究的是开发和理解分析运动机器人的运动学模型和致力于控制运动模型上运动链的每个马达。此理论更深入的阅读请参阅 McKerrow P J (1991)章节 8.1 此书参考 Muir P F和 Neuman C P (1986)。 Muir 和 Neuman介绍了一个模型化轮动移动机器人的方法。这和机器人手臂的模型化很有用（机械手运动学）。 差动驱动机器人 差动驱动是模型化一个移动机器人的一种简单方法。这也是为什么这种方法如此的普遍。这种机器人是由 2 个对角线发转车轮组成，具体见表格 12.如果两个轮子都有同样的向量，机器人将会走直线。如果一个轮子比另一个轮子比另一个快，机器人将会转圈。如果一个轮子开向反方向同速度，机器人将会在原地打转，“在一点上”。 雅克比轮的矩阵如下： 这里 V是指向机器人中心的向量。 是绕机器人中心的角度向量 ，具体看图表 12.p通过nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 17 页 共 17 页 雅克比轮和 P 进行联系。 P 表示机器人姿态。机器人姿态可以表征机器人运动相对地板的运动程度。 指示机器人的瞬时航向角。 假设没有摩擦，轮子的方向会指向正前，瞬时和速度方向一直。这种现象的优点是计算简单。缺点是不能向侧移动。 图表 12:差动驱动机器人 ntsnts apple a p p l e 穑 ?蘔 $7 揥 鄕薟 ? 坹薟 ? (z 薟 ? 纙薟z nts 叉形件加工工艺规程 学 生： 程龙飞 指导老师： 邓修瑾 二零一四年四月 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 设备 定位 夹紧 共 页 第 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 nts 序 目 录 产品型号 ZL 10 共 2 页 零件组号 ZA10 10 13 第 1 页 工序号 工 序 名 称 设 备 工序卡片数 附注 5 毛坯（棒料） 锯床 1 10 切断 C620 1 15 车端面 ，打 中心孔 C620 1 20 粗车外圆 ， 车锥度 C620 1 25 铣平面 ，铣槽 X60 1 30 打毛刺 钳工台 11 35 钻中心孔 C620 1 40 打毛刺 钳工台 45 细车外圆 C620 1 50 钻孔 Z518 1 55 打毛刺 钳工台 60 铣外圆 X52k 1 65 打毛刺 钳工台 70 铣平面 X52k 1 75 打毛刺 钳工台 80 打标记 钳工台 1 85 中检 检验台 1 90 热处理 电炉 nts工 序 目 录 产品型号 ZL 10 共 2 页 零件组号 ZA10 10 13 第 2 页 工序号 工 序 名 称 设 备 工序卡片数 附注 95 修复基准 C620 1 100 精车外圆 C620 1 105 磨外圆 M114 1 110 磨平面及槽 MT120A 1 115 镗孔 C620 1 120 磁粉探伤 探伤机 125 车螺纹 C620 1 130 钻小孔 Z518 1 135 磨 小 台 MT475A 1 140 表面处理 槽 1 145 终检 检验台 1 150 防锈，油封 槽 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 毛坯 （棒料 ） 5 设备 铝床 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 注：每个毛坯可生产 20 个。 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 毛坯由热轧圆钢经退火处理 米尺 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 切断 10 设备 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 按上述要求下料，切断刀宽不 三爪卡盘 切断刀 游标卡尺 得大于 5，切断面与轴线垂直 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 车端面 打 中心孔 15 设备 锯床 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 车端面 三爪卡盘 游标卡尺 2 打中心孔，孔深不得大于 2.5 三爪卡盘 1 中心孔 塞规 3 调头，重复上述步骤 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 粗车外圆 车锥度 20 设备 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 加工外圆表面 顶尖 Y714车刀 卡尺 2 粗车细外圆 顶尖 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 铣平面 铣槽 25 设备 X60 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 铣槽 专用夹具 （三面刃铣刀）组合刀具 卡尺 尺规 下接 NO.30,打毛刺 什锦锉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 钻中心孔 35 设备 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 钻中心孔，孔深不大于 2.5 三抓卡盘 中心钻 1 塞规 下接 NO.40,打毛刺 什锦锉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 细车外圆 45 设备 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 细车外圆 专用顶尖 车刀 千分尺 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 钻孔 50 设备 Z518 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 钻孔 钻孔 专用夹具 麻花转 塞规 2 要求孔轴线对外圆轴线的垂 直度为 0.1 标准芯棒 3 钻孔后打孔 下接 NO.55,打毛刺 什锦锉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 铣外形 60 设备 X52K 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 铣外形 铣床夹具 20 指状铣刀 卡尺 尺规 下接 NO.65,去除毛刺 什锦锉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 铣平面 70 设备 X52K 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 铣外形 铣床夹具 指状铣刀 深度尺 尺规 下接 NO.75,打毛刺 什锦锉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 打标记 80 设备 钳工台 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 按图示要求打标记 虎锉 振动笔 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 中检 85 设备 检验台 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 检验尺寸 16.5-0.2 100% 千分尺 检验尺寸 8.5 0.1 100% 下接 NO.90，热处理后硬度为 硬度仪 HRC36_41，进行调质处理 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工 序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 修复基准 95 设备 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 研磨中心孔，以去除热处理 三爪卡盘 1 中心孔 塞规 后的氧化皮等 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 精车外圆 100 备设 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 精车外圆 9.5-0.1 扁顶尖 顶尖 Y714车刀 千分尺 2 倒角 0.330o 卡板 3 精车外圆 6.5-0.1 4 精车外圆 5-0.012 测量外圆时应卡在圆孔最低点 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 磨外圆 105 备设 M114 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 磨外圆 9.03h6 扁顶尖 顶尖 砂轮 千分卡尺 2 磨外圆 6h6 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 磨平面 及槽 110 备设 MT120A 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 磨床夹具 砂轮 千分尺 测量心轴 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 镗孔 115 备设 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 粗镗孔 9.3+0.09 车床夹具 9.3 镗刀 塞规 2 精镗孔 9.8+0.036 9.8 镗刀 3 铰孔 10+0.015 10 铰刀 4 倒角 0.345o 锪钻 下接 NO.30,打毛刺 注：磁粉探伤前后均须清洗磁粉探伤要求表面 无明显裂纹，允许表面留有磁粉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 车螺纹 125 备设 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 车螺纹 软三爪 螺纹车刀 螺纹量规 2 车端面 卡规 3 倒角 0.545o nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 钻小孔 130 备设 Z518 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 钻床夹具 1.5 钻头 nts工序 卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 磨凸台 135 备设 M7475A 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 磨凸台 磨凸台 夹具 砂轮 游标卡尺 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA HRC3641 表面热处理 140 备设 槽 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 注： L 段和表面 C 发兰，其余表面镀镉 812u，钝化。 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA HRC3641 终检 145 备设 检验台 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 按图示尺寸 检验 卡尺 2 检验粗糙度 千分尺 尺规 终检前后须清洗，最后须接 螺纹量规 NO.150，防锈油封，按冶金 垂度直测具 说明书进行 比较样板 nts nts I 摘 要 本次毕业设计的题目是叉形件加工工艺及夹具设计。 叉形件是飞机液压助力器执行机构中的主要部件之一，在产品的某组件中内孔 10 和外圆 9 与叉形件组件中的外圆和内孔配合，起到一个连接的作用。 主要 的 设计思路是： 分析零件特点 及 拟订合理的工艺规程，依据工艺规程设计，选择机床和设计合理的夹具。 在机械加工中如果能广泛地使用夹具，就能极大的节省加工时的辅助时间，以减轻工人的劳动量，提高产品的质量和劳动生产率。 设计夹具一般先对原始材料进行分析，明确设计要求和意图，然后提出具体的定位、夹紧、对刀方案和夹具体的一 般结构。本文采用六点定位的定位方法，夹紧螺钉与双向压板组合的夹紧方法，为保证设计的可靠性，还对夹具的精度进行了分 析 。 本 次毕业设计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教学环节，通过本次设计对所学专业课程的理论加以综合并增加生产实践知识，经过实际训练，从而培养和提高个人独立工作的能力。巩固与扩充了相关课程内容，掌握其设计的方法和步骤。在设计中查阅了大量的机械书籍，在此过程中锻炼并提高了机械设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册；熟悉机械设计标准及其它有关的标准和规范，并在设计 中加以贯彻，对今后的工作与学习打下了坚实的基础。 关键词 ：叉形件，工艺规程 ，机床 夹具 nts II ABSTRACT This graduation design topic is Y-piece processing and milling fixture design. Y-piece is one of the main components of aircraft hydraulic actuators in the booster, a component within the product and cylindrical hole 10 9 and Y-piece assembly with the outer and inner hole, played the role of a connection . The main design way of thinking BE: the feature of the parts is analyzed so as to plan the reasonable process and select the corresponding machine and jig. Machined parts if they can widely used fixture, you can greatly save the auxiliary time when the processing in order to reduce the amount of labor of workers, improve product quality and labor productivity. Design fixture first general analysis of the raw materials, design requirements and intentions clear, and then propose specific positioning, clamping programs and folders specific general structure of the knife. In this paper, six oclock positioning, clamping the clamping bolts and two-way plate combination in order to ensure the reliability of the design, but also on the accuracy of the fixture. This graduation design is profession course of theories study and after practice of the last teaching link, pass this design to learn profession course of the theories take in to synthesize and increase produce to practice knowledge, pass by training of machine design, develop and raise thus personal independence work of ability. Make stronger and enlarged the related course contents. Control the method and step of its design. Checked a great deal of machine book in the design, toughen in this process and raised the basic technical ability of machine design, such as calculation, paint, check design data and manual; Acquaint with standard and other of the machine design relevant of standard and norm, and take in to carry through in the design, to aftertimes work and study beat under solid foundation. KEY WORDS: Y-piece , Process planning, Machine tool fixtures nts III 目录 前 言 . - 1 - 第一章 零件的分析 . - 2 - 1.1 零件的作用 . - 2 - 1.2 零件的结构与工艺分析 . - 2 - 第二章 工艺规程设计 . - 4 - 2.1 确定毛坯的制造形式 . - 4 - 2.2 基准的选择 . - 4 - 2.2.1 粗基准的选 择 . - 4 - 2.2.2 精基准的选择 . - 4 - 2.3 加工阶段的划分 . - 5 - 2.3.1 零件加工阶段的划分 . - 5 - 2.3.2.工序的集中与分散 . - 5 - 2.4.制定工艺路线及方案 . - 5 - 2.5 机械加工余量、工序尺寸的确定 . - 7 - 2.6 尺寸链的计算 . - 7 - 第三章 铣床夹具设计 . - 9 - 3.1 装夹方案的确定 . - 10 - 3.1.1 定位基准的选择 . - 10 - 3.1.2 装夹方案 . - 10 - 3.2 夹具设计及解析 . - 11 - 3.2.1.夹具精度分析 . - 12 - 3.2.2夹具设计及操作的简要说明 . - 14 - 参考文献 . - 15 - 致 谢 . - 16 - 毕业设计小结 . - 17 - 附 录 . - 18 - nts - 1 - 前 言 机械制造加工工艺与机床夹具设计主要是对零件的加工工艺设计和针对某个工序进行专用夹具的设计 ，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好地保证精度，提高劳动生产效率。就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高生产效率，精度，降低成本等，还可以扩大机床的适用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率，降低成本。在本次设计中，就针对叉形件的工艺进行分析，制定和比较加工工艺路线，选择一种较好的加工工艺路线进行加工，并对叉形件的槽 8.4mm 进行专用夹具的设计，在这过程，对夹具的定位误差和精度进行分析计算。通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具设计 能力，这也是在进行毕业之前对所学课程进行最后一次深入的综合性复习，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有十分重要的地位。 机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，生产安全，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证，然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品加工精度，降低生产成本等。 毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及专业课之后进行的。这是我们在毕业之前对所学各课程的 基础知识、研究能力、自学能力以及综合运用能力的培养和检验， 也是一次理论联系实际的训练，就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己将来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自 己 分析问题、解决问题的能力。 由于能力所限，设计中尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指正，谢谢。 nts - 2 - 第一章 零件的分析 1.1零件的作用 叉形件零件是飞机液压助力器执行机构中的主要部件之一。从整体上来看，飞机液 压助力器是安装在飞机副翼操纵机构中或方向舵操纵系统中，用于不可逆的液压助力器操纵。当飞机液压系统损坏或压力下降时，液压助力器外筒左右两腔沟通，即助力器当一拉杆使用，以实现人力应急操纵。每架飞机上装有两台液压助力器。分别操纵左右副翼或方向舵。 叉形件零件在产品中内孔 10H7 和外圆 9h6 与叉形件组件中的外圆和内孔配合，起到一个连接的作用。 1.2 零件的结构与工艺分析 图 1-1 叉形件零件图 从叉形件的结构特征来看 （见上图 1-1）， 它是长度大于直径的回转体零件，nts - 3 - 其被加工表面有外圆柱面、外圆锥 面、螺纹、沟槽、孔等。根据它的结构特点和精度要求，应选择合理的定位基准和加工方法。 叉形件的技术要求是根据零件的主要功用以及使用条件确定的，通常有以下几个方面： （ 1）加工精度。叉形件的加工精度主要包括结构要素的尺寸精度、形状精度和位置精度。 1）尺寸精度。主要指结构要素的直径和长度的精度。 2）形状精度。主要指轴颈的圆度、圆柱度等，因轴的形状误差直接影响与之配合的零件接触质量和回转精度，因此限制在直径公差范围内 。 3）位置精度。包括两叉内、外端对表面 C 的垂直度，孔对表面 A 的垂直度及位置 度要求，具体参阅零件图。 （ 2）表面粗糙度。轴类零件的主要工作表面粗糙度根据其运转速度和尺寸精度等级决定。本零件中主要表面的表面粗糙度 Ra 为 1.60.4，次要表面的表面粗糙度 Ra 为 12.53.2。 （ 3）其他要求。为改善轴类零件的切削加工性能或提高综合力学性能及其使用寿命等，还必须根据轴的材料和使用条件，规定相应的热处理要求。 设计基准是 9 的中心线；配合表面是外圆 9，内孔 10，叉形件在装配过程中，内孔 10H7 和外圆 9h6 在叉形组件中是配合表面，因此配合部分的尺寸公差、形位公差要求比较高，表面 粗糙度要求较高，外圆 10H7 是设计基准表面； M5-6h 螺纹上有一个 1.5 的小孔起漏气漏油作用，因此这部分的精度要求不高； 主要技术要求： 1.表面 A的中心线对内孔 10H7轴线的垂直度公差为 0.05，位置度公差不大于0.1； 2.槽与外形的轴线对内孔 10H7的内壁的垂直度公差都为 0.05； 3.表面 A与铰链衬套 ZL-19461R的配套间隙为 0.006-0.01； 4.允许表面 B上有孔深 2.5, 1的中心孔； 5.磁力探伤； 6.L段和表面 C发兰，其余表面镀镉 8-12 ,钝化； 7，叉形件从构形来看 ，基本属于轴类件，各个表面并不复杂。叉形件从精度上看，主要工作表面的精度是 IT6级，孔 10H7 工作表面的粗糙度为 0.8，非配合表面的粗糙度为 1.6-3.2，位置精度： 10H7 的孔中心线对 A的位置度为 0.1，垂直度公差为 0.05； nts - 4 - 第二章 工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 30CrMnSiA，属中碳，强度高，焊接性能较差。调质后有很高的强度和足够的韧性，淬透性也好。具有良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。毛坯要求进行淬火后回火，保持硬度为 HRC=36-41, 考虑到零件受力情况，批量的大小等因素，因此应该选用棒料。以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。 由于零件属于大批量生产，应保证尺寸的精确。 这对提高生产率、保证加工质量也是有利的。 2.2 基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确合理，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，还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。 2.2.1 粗基准的选择 在选择粗基面时，考虑的重点是如何保证各加工面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符 合图纸要求。因此选择粗基面的原则有以下几个方面： （ 1）如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，就应该选择该表面作为粗基准。 （ 2）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应该以不加工表面为粗基准。 （ 3）应该用毛坯制造中尺寸和位置比较可靠，平整光洁的表面作为粗基准。 根据以上原则，粗基准选择毛坯的外圆表面径向基准，以端面作为轴向基准下料，这样选择可以保证在粗加工时零件精度。 2.2.2 精基准的选择 对于精基面主要考虑基准重合的问题。考虑设计基准与工序基准是否重合，测量基准和加工是否 重合，所产生的基准误差是否需要专门计算和换算，因此精基准的选择原则有以下几个方面： （ 1）应尽可能选用设计基准作为定位基准，这称为基准重合原则。 （ 2）所选的定位基准，应能使工件定位基准精准，稳定，刚性好。变形小和夹具结构简单。 （ 3）应尽可能选择统一的定位基准加工表面，以保证各表面的位置精度，这称为统一基准原则。 （ 4）有时还要遵循互为基准，反复加工原则。 （ 5）有些精加工工序要求加工余量小而均匀，以保证加工质量和提高生产率，这时就以加工面本身作为精基面。 nts - 5 - 结合上述原则与零件图纸的要求，又因为该零件工艺 基准与设计基准重合，故而我们以设计基准 9的中心线为零件的径向精基准，这样定位不仅满足上述原则，同时也是多次装夹和定位中精度最高的 。 2.3 加工阶段的划分 2.3.1 零件加工阶段的划分 零件的加工质量要求较高时，必须把整个加工过程划分为以下几个阶段： （ 1）粗加工阶段：在这一阶段中要切除较大量的加工余量，因此主要问题是如何获得较高的生产效率。用切断刀下料长度为 72，车端面打中心孔做好轴向基准的精度要求，粗车外圆半锥度，铣平面铣槽等等为后边的精加工做好工作。 （ 2）半精加工阶段：在这一阶段中应为主要表 面的精加工做好准备（达到一定的加工精度，保证一定的加工余量），并完成一些次要表面的加工，一般在热处理之前进行。细车外圆，钻孔，铣外形，铣平面打标记进一步提高精度要求。 （ 3）精加工阶段：保证各主要表面达到图纸规定的质量要求，中检，修复基准精车外圆，磨外圆，磨平面及槽，镗孔车螺纹，钻小孔，磨小台，表面处理最后终检，以满足零件的最终设计要求。 由于零件加工质量要求较高，将其工艺路线划分为 4 个阶段：毛坯 -粗加工（车外圆、铣槽、钻孔、铣圆弧） -半精加工 -精加工 -光整打磨。 2.3.2.工序的集中与分 散 一个工件的加工是由许多工步组成的，如何把这些工步组织成工序，是拟定工艺过程时要考虑的一个问题。在一般情况下，根据工步本身的性质，粗精阶段的划分、定位基面的选择和转换等，就把这些工步集中成若干个工序，在若干台机床上进行。 本零件是大批量生产，而且零件比较小装夹比较方便，因此采用工序分散，采用比较简单的机床和工艺设备，调整容易，而且工序分散对于员工的技术要求也比较低从而降低了成本和生产效率。 2.4.制定工艺路线及方案 在分析研究叉形件零件图的基础上，对各加工表面选择相应的加工方法。 外圆表面的加工方案：粗车 半精车 精车磨。 内孔表面加工方案：钻镗铰 平面加工方案：粗铣精铣磨。 工艺方案如下： 5 工序： 备料，选择长 1600mm, 30mm 的棒料 ， 零件材料为 30CrMnSiA。供应状态为热轧，热轧能显著降低能耗，降低成本， 热轧时金属塑性高，变形抗力低，大大减少了金属变形的能量消耗。 毛料加工零件总数为 20 件。 10工序： 切断， 在锯床上用弹簧夹头加紧， 切断成长 72mm 的棒料。 15工序： 钻中心孔。用弹簧夹头加紧外圆，在两端面中心 1mm 的中心 孔，深度为 2.5mm， 此孔用于以后加工定位。 20工序：粗车外圆，车锥度 .设备： C620. 粗车外圆 11和 28， 11作为后面 25工序加工的粗基准。 加工 2.036 ，粗糙度为 3.2。这道工序中的精度要求较高，原因是在以下的工序中要求采用这段圆柱面作为定位基准。这样以这段外圆作为基准定位，可提高定位的稳定，可靠性。 nts - 6 - 在本工序后，由于出现最终表面，要求以后工序间要进行防锈，油封。 25工序：粗铣平 面、铣槽，设备： X60 此工序中三把铣刀同时加工，加工中以 11 的端面和外圆柱面为定位基准。此工序中零件的定位基准是底端面及外圆表面作为定位基准。选用 v型块做为零件的主要定位元件。夹紧方式采用螺母夹紧，用连杆及弹簧。设计基准为表面如箭头所指（见图 3-1， 25工序图） 30工序：去毛刺，设备：钳工台： 去铣加工后槽和平面的毛刺 35工序：打中心孔，设备： C620 在 B端面打中心孔，工序的要求与工序 10要求相同 45工序：细车外圆，设备： C620 此工序的 以 B端面和 11的端面的中心孔定位 50工序：钻孔，设备： Z518。 此工序中先进行钻孔然后进行扩孔，考虑到扩孔的加工质量比钻孔高，一般精度可达到 IT10-IT9，表面粗糙度值 Ra值为 3.2-6.3 微米，而且实践表明这样分两次钻孔 ，生产效率比用钻头一次钻出的高。 60工序：铣外形，设备： X52k 用 20的指状铣刀 70工序：铣平面，设备 : X52k 85工序：中检，设备 :检验台 检验 1.05.8 的尺寸 ,检验 5.16 2.0 的尺寸 90工序：热处理：调质：淬火 +高温回火。 目的是为了获得零件规定的硬度，提高材料的机械性能。 从此工序后，零件进入精加工阶段。 95工序：修复基准，设备： C620。 用纱布或研磨膏在车床上清理内孔里热处理吹沙而不能清理的赃物和氧化皮等。 100工序：精车外圆，设备： C620。 精车外圆 9.5 6.5 5.05 105工序：磨外圆，设 备： M114, 在外圆磨床上加工 9h6， 6h6，以达到最终要求尺寸。为工艺精基准，以及磨平面及槽加工定位做准备，达到表面处理镀前的尺寸。 110工序：磨平面及槽，设备 MT120A 在磨床上用砂轮加工槽和平面，以达到零件的最终粗糙度要求和垂直度要求。 115工序：镗孔，设备： C620。 粗镗孔 9.3 半精镗孔 9.8 铰孔 10加工倒角 0.3*45，用单刃镗刀镗孔，适应性较广，灵活性较大，可以校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差，而这一点扩孔和铰孔是不易达到的。缺点是生产效率比较低。 120工序：磁粉探伤，设备：探伤机 本工序是检验零件的表面在热处理及磨削加工后，有无裂纹，有裂纹时，就不能正常工作，或者造成严重的事故，磁粉探伤前后均须清洗干净。 nts - 7 - 125工序：车螺纹，设备： C620 该工序前，基准外圆 10H7都已精加工，保证了该工序的加工 要求。 130工序：钻小孔，设备： Z512 用 1.5 钻头在钻床上直接加工，没有较高的粗糙度要求，但是有较 高的位置精度要求。 135工序：磨小台：设备： MT475A 本工序并非重要加工尺寸，安排在该工序进行加工， 140工序：表面处理，设备 :槽 按零件图的要求，给表面 C和 L 段镀镉，发兰。其余表面镀镉 8-12 145工序：终验，设备 :检验台 是零件的汇总检验，进行叉形件部件装配要求的检 验。 2.5 机械加工余量、工序尺寸的确定 叉形件零件材料为 30CrMnSiA，硬度为 HRC:36-41，生产类型为批量生产。根据原始资料及加工工艺，可以确定各加工面的机械余量、工序尺寸。 1. 10 孔 毛坯为实心，不冲出孔。根据工序要求，其加工分为钻、铰、镗、精镗和磨。参照手册，确定工序尺寸及余量为： 钻孔： 8.1mm 粗镗： 9.3+0.09mm 2Z=0.8mm 精镗孔： 9.8+0.036mm 2Z=0.6mm 铰孔 ： 10+0.015mm 2Z=0.2mm 2 槽 9mm 铣槽 8.4+0.05mm 磨槽 9.0+0.15 +0.10 mm 2Z= 0.6mm 3. 外圆 1630.012.0mm 根据工序要求，其加工分为粗车、半精车、磨削加工。各工序余量如下。 粗车：参照手册，取余量为 3.5mm，偏差为 -0.3mm。 半精车：参照手册 ，取余量为 2mm，偏差为 -0.12mm。 磨削：参照手册，取余量为 0.5mm，偏差为 错误 !未指定书签。 -0.12 -0.10 2.6 尺寸链的计算 1. 尺寸链的计算 nts - 8 - N 是在 115 工序中要计算的尺寸 19.987-0.025 是 105 工序磨外圆孔壁的距离 4.1 0.075 是孔的半径 N 为封闭环 25-0.05 增环 4.1 0.075 减环 19.987-0.025 是减环 N=25 4.1 19.987 X=0.163 ES(X)=0-(-0.075)-(-0.025) ES(X)=0.1 EI(X)=-0.05-0.075 EI(X)=-0.125 所以 N 错误 !未指定书签。 =0.163125.0 1.0nts - 9 - 第三章 铣床夹具设计 在机床上加工工件时，为了保证加工精度，加工前首先要使工件在机床上有一个正确的位置，即定位。然后将其夹紧。工件定位与夹紧的过程又称为工件的装夹，在机床上用于装夹工件的工艺装备就称为机床夹具，机床夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质 量、生产率、生产成本以及工人的劳动强度等，因此机床夹具设计是机械加工工艺准备中的一项重要工作。 机床夹具的种类很多，按使用机床的类型不同可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他机床夹具等；按驱动夹具工作的动力和自夹紧夹具等。按其专门化程度不同，机床夹具一般可以分为以下五种类型： （ 1） 通用夹具 （ 2） 专用夹具 （ 3） 可调夹具 （ 4） 组合夹具 （ 5） 随行夹具 本论文中所涉及的夹具是诸多夹具类型当中的专用夹具，是用于加工叉形件8.4mm槽的铣床夹具。 专用夹具是针对某个具体工件的某一工序专门设计的，在实际生产中应用的专用夹具很多，分类方法也有多种，通常可以根据不同的工序特征进行分类，以便于研究和考虑夹具的构造形式。专用夹具可分为以下几类： （ 1） 车床类夹具 （ 2） 铣床类夹具 （ 3） 钻镗床类夹具 （ 4） 其他机床夹具 专用夹具的主要功用有以下几个方面： （ 1）保证被加工表面的位置精度 （ 2）提高劳动生产率、降低成本、缩短工序时间 （ 3）扩大机床工艺范围 （ 4）改善工人劳动条件 铣床夹具所具有如下设计特点： （ 1）铣床加工中切削力较大，振动也较大，故需要较大的夹紧力，夹具刚性也要好。 （ 2）借助对刀装置确定刀具相对夹具定位元件的位置，此装置 一般固定在夹具体上。 （ 3）借助定位键确定夹具在工作台上的位置。 （ 4）由于铣削加工中切削时间一般较短，因而单件加工时辅助时间相对长，故在铣床夹具设计中，需特别注意降低辅助时间。 专用夹具通常由定位件、夹紧件、导向对刀元件、连接元件、夹具体、其他装置和元件，几部分组成。在上述组成部分中，定位件、夹紧件和夹具体是必需的，其他不是所有夹具都需要的。 nts - 10 - 3.1 装夹方案的确定 本夹具主要是用来在 11.0mm 圆柱上端来粗铣宽为 8.5mm 的槽和宽为 16.5的平面，并且对孔 10.0mm 也有一定的技术要求（垂直度的偏移不 能大于0.05mm）由于小圆柱还没有加工且槽在后续的工序中还要进行磨削 所以在本道工序加工时，主要应考虑如何保证加工质量提高劳动生产率和降低劳动强度。 图 3-1:工序 25铣槽与平面 3.1.1 定位基准的选择 铣床主要加工的是间距 8.5mm和 16.5mm 的四平面的加工，保证其中心距与 11mm 轴的同轴度在 0.2mm 以内，所以定位基准的选择以 11mm 轴的轴线为主基准 ,以外圆和端面定位，共限制五个自由度，绕 Z 轴转动的自由度不耍限制，因为上下都是圆 柱体，不影响零件的加工。一边用 V形块定位，小端外圆，一边用 V形块夹紧，一次左右装两个另件同时加工，在臥铣上装三个三面刃盘铣刀保证壁厚。 3.1.2 装夹方案 如上图 3-1所示，在 25工序中，要求限制 X方向的移动和转动， Z 方向的移动，以及 Y方向的转动，根据零件的定位基准和工艺要求， 一边用 V形块定位，小端外圆，一边用 V形块夹紧。 轴向定位是端面选用支撑钉，由于 V型块的自动定心，保证了槽的对称度，并且安装方便，如果采用半圆孔和外圆定位，则定位误差较大，定位基准外圆和半圆孔之间的间隙无法排除。故外圆表面采用 V型块定位。通过螺钉压板将零件压紧， 一次左右装两个另件同时加工，在卧铣上装三个三面刃盘铣刀保证壁厚。 nts - 11 - 主要定位元件 V 型块限制四个自由度： X 和 Y 方向的移动和转动，底端支撑钉限制 Z轴的移动保证槽的深度，实际定位键限制了五个自由度。 X、 Y、 Z、 X Y 夹具的装夹可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具。我所设计的夹具上用手动夹具。 3.2 夹具设计及解析 参考了一些铣床类专用夹具的设计，最终确定下图所示的铣床夹具： 图 3-2：铣床夹 具设计图 夹具在机床上安装完毕，在进行加工之前，尚需进行夹具的对刀，使刀具相对夹具定位元件处于正确位置。对刀的方法通常有三种：试切法对刀，调整法对刀，用样件或对刀装置对刀。不管采用哪种对刀方法，都涉及到对刀基准和对刀尺寸。通常是以与工 件 定位基准重合的定位元件上的定位面作为对刀基准，以减少基准变换带来的误差。铣床夹具的对刀尺寸是从对刀基准到刀具切削表面之间的位置尺寸，和对刀块位置尺寸差一个塞尺厚度。其公差一般取相应工序尺寸公差的 1/3-1/5，其偏差对称 ，本次设计的对刀块如下图 3-3所示。 对刀块工作表面的位 置尺寸 9.425 0.005 值等于 25工序中（如图 3-3）的工件被加工表面距定位基准面的距离尺寸要求 8.4005.0mm的平均值，即 8.4250.025，再加上塞尺的厚度 1mm，其尺寸偏差取 0.025的 1/5，即为 0.005，nts - 12 - 所以该对刀块的位置尺寸为 9.425 0.005。 图 3-3:对刀块 3.2.1.夹具精度分析 在夹具结构方案确定及总图设计完成之后，还应该对夹具精度进行分析和计算，以确保设计的夹具能满足工件的加工要求 。 在夹具结构方案确定及总图设计完成之后，还应该对夹具精度进行分析和计算，以确保设计的夹具能满足工件的加工要求。 1.影响精度的因素（造成误差的原因） 在加工工序所规定的精度要求中，与夹具密切相关的是被加工表面的位置精度 位置尺寸和相互位置关系的要求。影响该位置精度的因素可分为 错误 !未指定书签。 定基 安装 ， 加工 三部分，夹具设计者应充分考虑估算各部分的误差，使其综合影响不致超过工序所允许的限度。 定基 错误 !未指定书签。 是指由于定位基准与原始基准（亦称工序基准）不重合而 引起的原始尺寸（工序尺寸）的误差，它的大小已由工艺规程所确定，夹具设计者对它无法直接控制，如果要减少或消除 定基 ，则可建议修改工艺规程，另选定基准，最好采用基准重合的原则。在 25 工序里基准重合，所以定基误差为零 安装 是指与工件在夹具上以及夹具在机床上安装的有关误差，它包括以下因素： （ 1）工件在夹具上定位所产生的定位误差 定位 ，夹具设计者可以通过合理选择定位方法和定位件，将其限制在规定的范围内。 （ 2）工件因夹紧而产生的误差 错误 !未指定书签。 ，是指在夹紧力作用下，因夹具和工件的变形而引起的原始 基准或加工表面在原始尺寸方向上的位移。在nts - 13 - 成批生产中，如果这一变形量比较稳定，则可通过调整刀具与工件之间的位置等措施，将它基本消除。 （ 3） 夹具在机床上的安装误差 夹安 ，是指由于夹具在机床上的位置不正确而引起的原始基准的原始尺寸方向上的最大位移。造成 夹安 错误 !未指定书签。的主要因素有二：其一是夹具安装面与定位件之间的位置误差，这可在夹具总图上作出规定；其二是夹具安装面与机床配合间隙所引起的误差或安装找正时的误差。 夹安 的数值一般都很小。在安装夹具中可以采用仔细校正或精修定位面等办法来减小 夹安 。 错误 !未指定书签。 加工 是指在加工中由于工艺系统变形、磨损以及调整不准确等而造成的原始尺寸的误差，它包括下列因素： （ 1）与机床有关的误差 机床 错误 !未指定书签。 。如车床主轴的跳动、主轴轴线对溜板导轨的平行度或垂直度误差等。 （ 2）与刀具有关的误差 刀具 错误 !未指定书签。 。如刀具的形状误差、刀柄与切削部分的不同轴线以及刀具的磨损等。 （ 3）与调整有关的误差 调整 错误 !未指定书签。 。如定距装刀的误差、钻套轴线对定位件的位置误差等（这项可在夹具总图中予以限定）。 （ 4）与变形 有关的误差 变形 错误 !未指定书签。 。这取决于工件、刀具和机床受力变形和热变形。 以上诸因素都是造成被加工表面位置误差的原因，它们在原始尺寸方向上的总和应小于该尺寸的公差 错误 !未指定书签。 ，即应满足不等式 定基 + 定位 + 夹安 +错误 !未指定书签。 加工 + 夹紧 此式称为计算不等式，各符号分别代表各误差在原始尺寸方向上的最大值。当原始尺寸不只一个时，应分别计算。当然，这些误差也不会都按最大值出现，在校核计算中，应该按上述因素分析后，对总误差的合成宜按概率法计算，使其小 于工件的允差。 2 精度的分析
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