【GY140】汽车变速箱上盖的加工工艺及工装设计【2】【机械工艺夹具类毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
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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。 沈阳理工大学学士 学位 论文 I 摘 要 汽车变速箱上盖是汽车变速箱的重要 组成部分。 它 与变速箱箱体 装配，为变速箱内部的齿轮、轴 等 工作元件提供一个稳定安全的工作环境 ， 防止内部零件在暴露环境下工作 。 上盖上还设计了检查 窗 ，是为了便于观查内部元件的工作情况。 本设计说明书是在毕业设计过程中撰写完成的，是对变速箱 上盖 加工 工艺 、 工装设计 的说明、分析和论证。 主要内容有：上盖的工艺规程制定、典型加工工序分析、专用夹具设计、专用刀具设计、专用量具设计。 通过这些我对变速箱上盖零件制造活动有一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械 加工的基本知识，能选择加工方法与机床，刀具，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力。 关键词： 工艺；工装；夹具；刀具 沈阳理工大学学士 学位 论文 is an of it a to of in on of in to of of is in of of of a of of I on an to be to of of to of a of to 阳理工大学学士 学位 论文 录 绪 论 . 1 1 机械加工工艺规程的制定 . 2 零件的工艺性分析 . 2 零件的功用 . 2 零件的结构特点与工艺性 . 2 主要加工表面及其技术要求 . 2 确定生产类型 . 2 零件毛坯选择 . 4 零件毛坯材料选择 . 4 变速箱上盖的毛坯 . 4 毛坯的制造方式 . 4 零件加工工艺规程的制定 . 5 选择加工方法和加工方案 . 5 定位基准的选择 . 5 热处理及检验的选择与安排 . 6 拟定工艺路线 . 6 选择各工序加工机床设备及工艺装备 . 8 确定各工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法 . 10 确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额 . 11 工艺过程的技术经济性分析 . 15 2 夹具设计 . 16 铣床夹具的设计 . 16 夹具功能简图和工作原理 . 16 铣床夹具的定位方案设计 . 17 铣床夹具的定位误差分析 . 18 切削力与夹紧力的计算 . 18 铣床夹具的夹紧装置与机构设计 . 21 沈阳理工大学学士 学位 论文 铣床夹具的动力装置设计 . 23 钻床夹具的设计 . 24 钻床夹具的定位方案设计 . 24 钻床夹具的定位误差分析 . 25 钻削力与夹紧力的计算 . 26 夹具的夹紧装置与机构设计 . 30 钻床夹具的动力装置设计 . 32 3 专用刀、量具设计 . 33 专用刀具设计 . . 33 钻铰复合刀具设计应考虑的问题 . 33 钻铰复合刀具设计步骤及方法 . 34 钻铰复合刀具结构尺寸图 . 36 专用量具设计 . 37 量规工作尺寸的确定 . 37 量规的技术要求 . 39 量规的结构尺寸 . 39 结 论 . 41 致 谢 . 42 参考文献 . 43 附录 A 英文文献 .录 B 中文翻译 .沈阳理工大学学士学位论文 1 绪 论 制造业是国家发展与社会进步的基础，而汽车制造将是未来面对普通消费者的主要的机械制造产品，而随着国家的发展人民生活水平的提高，人们对汽车的需求和要求必定变的更多，所以我们有必要对汽车及汽车零件的设计与加工投入更多的精力 。而我将在毕业后前往一家以机械生产为 主的企业工作，所以了解 机械中 零件的加工工艺特点及工艺工装设计是非常必要的。 通过对汽车变速箱上盖 工艺工装设计可以对大学四年里所学习的机械制造工艺学，机床夹具设计，金属切削原理与刀具，互换性与技术测量等许多课程进行复习与提高，并掌握综 合应用专业知识的能力。在此设计中，我将绘制一张变速箱上盖零件图；编写上盖加工的工艺规程；设计两套专用夹具；设计专用刀、量具各一套。通过这些对汽车变速器制造活动有一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，刀具，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展状况。并为将来毕业后的工作打下良好的基础。 为了更好的进行此次毕业设计我在校图书馆与辽宁 省图书馆借阅了许多资料，其中对设计帮助比较大的有侯家驹编的汽车制造工艺学，张耀宸编的机械加工工艺设计实用手册， 杨黎明主编的机床夹具设计手册， 现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编的现代机械制造工艺装备标准应用手册等许多图书。 由于本人 水平有限， 经验不足，设计中 必定有许多错误的地方，还 请各位老师批评，指正。 沈阳理工大学学士学位论文 2 1 机械加工工艺规程的制定 零件的工艺性分析 零件的功用 此次设计的课题是关于汽车变速箱上盖的工艺工装设计。变速箱的上盖 是汽车变速箱的重要组成部 分。汽车变速箱内有很多的精密的齿轮，轴等零件，结构体系也较为复杂。为了保证内部的全部零件不再暴露的环境下工作，防止灰尘油污以及其他一些物质进入到箱体内部腐蚀零件，为箱体做一个上盖是很必需的。 零件的结构特点与工艺性 变速箱上盖是典型的 铸造 箱盖 类零件。结构上的特点 就是扁平 ，长度宽度尺寸大，高度方向尺寸不大 。 考虑到上盖零件的毛坯 选择铸造加工 而成 ， 在构型方面基本符合毛坯 铸造方法的要求。 非加工的成形面都采用了利于脱模的倒圆角设计。为了能在不拆卸上盖全体的条件下观察与检修内部元件 的运作和故障情况，在零件 设计时考虑到了在上盖的顶部设计一个检查口 ，为一凸台结构。 与箱体装配的接合面尺寸很大，当用 螺栓和定位销将其与变速箱主体结合的时候，大的接合面能保证接合的密封性。 但是考虑到加工的 质量和经济性，零件设计中简化了加工平面。在能保证接合的要求的前提下，加工表面的粗糙度等精度要求尽量降低。 并且还在接合面上设计了装配定位孔和工艺定位孔，保证了装配的精度。 主要加工表面及其技术要求 变速箱上盖的加工内容主要是关于平面和孔的加工。 平面的加工主要包括 ： 1、 底部大接合面的加工， 技术要求 ：表面粗糙度 2、 凸台小平面的加工， 技术要求：表面粗糙度 大接合面距离要求90 、 上盖内侧两端面的加工 ,技术要求：表面粗糙度 端面之间距离要求 90 孔的加工包括 ： 沈阳理工大学学士学位论文 3 1、 大接合面上 14 个直径 11通孔加工， 没有特别的技术要求。 2、 2 个直径 13装配定位孔的加工， 技术要求：表面粗糙度 径精度要求 13 、 2 个直径 11工艺定位孔 的加工， 技术要求：表面粗糙度 径精度要求 11 、 内壁顶部的 4 个 深孔加工 ， 技术要求：表面粗糙度 对D 基准位置度要求 最深处至大接合面距离要求 78 m 5、 顶平面的 4 个 纹孔的加工， 技术要求：相对于 D 18 6、 凸台上 纹孔的加工， 技术要求：表面粗糙度 对于 D 基准位置度要求 孔。 7、 上盖上 纹斜孔的加工， 技术要求：孔中心轴线与 Z 轴角度 45 度，高度方向尺寸要求 55 度尺寸要求 26 8、 上盖两端 4 个直径 16深孔钻扩加工， 技术要求：表面粗糙度 孔 16 扩孔 要求 20 中心线间距 高度方向距大接合面距离 37 两个深孔的加工提出更高的形位要求：直线度 对 D 基准位置度 对 E 基准位置度 参见变速箱上盖零件图）。 9、 上盖内壁阶梯孔的加工， 技术要求： 孔直径 为 912139位要求有 2 个，相对 C 基准的位置度要求 对 F 基准的垂直度要求 确定生产类型 因变速箱上盖的生产产量很大，采用专用设备和专用工艺装备，广泛采用高效的专用机床等，且大多数设备经常重复进行某个工序的 加工。根据变速箱上盖的这些生产特点，确定生产类型为大量生产。 沈阳理工大学学士学位论文 4 零件毛坯选择 零件毛坯材料选择 考虑到变速箱上盖的生产类型是大批量生产，结构形状较为复杂，制造精度不高，几何尺寸也比较大，以及考虑到生产经济性。 所以其毛坯的材料选用容易成型，吸震性好，加工工艺性好和成本低的灰口铸铁 ， 其性能 03。 变速箱上盖的毛坯 毛坯图是毛坯制造和编制零件加工工艺的重要零件。制定工艺过程时，需要分析毛坯 图，主要是分析粗加工的定位基准，其次分析铸件毛坯的分型面，浇口，冒口的位置，拔模斜度，圆角半径的大小。 铸件毛坯如图 示： （ a） (b) (c) 图 毛坯的制造方式 毛坯制造方法的选择时应考虑下列因素，生产类型；工件结构和尺寸；工件的机械沈阳理工大学学士学位论文 5 加工性能要求；工件的工艺性能要求。 分析此减速器箱体，毛坯采用砂型浇注成 型，在砂型中保温 20到冷却消除铸件的应力，最终进行喷漆处理。分型面选用在轴承孔的轴向垂直面，取外面一侧为上盖，便于浇注，排气和出砂 3。 零件加工工艺规程的制定 选择加工方法和加工方案 上盖零件各个加工表面的加工方法和加工方案具体如下： 1、 底部大接合面：粗铣 精铣 ； 2、 凸台小平面：粗铣 精铣 ； 3、 内侧两端面：粗铣 半精铣 ； 4、 大接合面上 14 个 11通孔：钻 孔 ； 5、 2 个 13装配定位孔的 ： 钻孔 6、 2 个 11工艺定位孔：钻孔 7、 内壁顶部的 4 个 深孔：钻孔 粗铰 ； 8、 顶平面的 4 个 纹孔：钻螺纹预孔 攻丝 ； 9、 凸台上 纹孔：钻螺纹预孔 攻丝 ； 10、 上盖上 纹斜孔：钻螺纹预孔 攻丝 ； 11、 上盖两端 4 个 16深孔：钻孔 扩孔 ； 12、 上盖内壁阶梯孔：钻孔 扩孔 ； 定位基准的选择 由于各加工阶段的加工性质不同，所以对定位基准的要求也有所不同。粗加工阶段的主要任务是 切除大部分余量，切削力大，对定位基准的要求主要是稳定可靠。定位基准表面应该足够大，并便于施加较大的夹紧力而不致引起工件变形。精加工阶段的主要任务是保证 精度问题。此时大 部分余量都已经被切除，工件的刚度有所下降，而加工精度要求更高，因此要在选择定位基准是要保证因定位而引起的误差很小。 由于工序性质不同，定位基准也不同。如在第一道工序中只能用毛坯表面来定位，这是粗基准。在以后各工序的加工中，可以采用已经切削加工的表面作为定位基准，这沈阳理工大学学士学位论文 6 就是精基准。 根据以上关于定位基准选择的概述，具体到变速箱上盖的工艺加工过程，定位基准的选择大致如下：开始，先是凸台小平面和上盖底部大接合面两个加工表面互为基准进行粗精铣加工。 先是以大接合面为粗基准加工小平面，然后在以加工过的小平面为基准加工大接合 面；在 工序 钻、扩、铰接合面上一系列孔以及螺纹预孔的工序当中，考虑到工件加紧的稳定可靠，以及考虑到与设计基准的重合，宜选择大接合面为精基准加工；在铣削内壁两端面的工序时， 考虑铣削的力度加大，为保证加紧稳定可靠，依然 宜选大接合面为精基准加工 ；在内壁顶部钻、铰 4 个 孔工序中，考虑到保证工件在加工中不变形，宜选小平面为定位基准； 在钻、扩内壁阶梯孔、两端 16孔，以及攻丝螺纹预孔的工序中，考虑到加工方便、加紧可靠、且与设计基准重合等因素，还是选择大接合面为定位基准。 热处理及检验的选择 与安排 在本次设计中，因为 设计相关的 零件材料为铸件， 在其装配工作时承受的作用力很小， 且 没有较高要求的接合或者配合工作面，所以不需要安排调质，正火、退火等等的热处理工序。但需要安排一个清理砂冒口，喷砂的工序。 至于检验工序，考虑到零件本身的加工精度不是很高，且加工过程中变形破坏的可能性不大，所以不需要特别安排中间检验的工序。每道工序结束后，正常用游标卡尺、极限量规等检验。在最后的工序里，再按图样要求做全面检查即可。 拟定工艺路线 拟订工艺路线是制订工艺规程的关键。工艺路线不仅影响加工质量和效率， 而且影响工人劳动强度，设备投资，车间面积，生产成本等，必须进行多种方案的分析比较。加工方法的选择首先要保证加工质量；其次还要考虑生产率和经济性。 机加工工序安排应满足先基准后其他；先主后次，先粗后精，先面后孔等原则。 1、 工艺路线表 表 第一套工艺方案是根据机加工序安排的原则，参考类似零件的加工工艺编排的。 沈阳理工大学学士学位论文 7 表 一套工艺路线方案 (工序号 工序名称 1 铸造毛坯 2 清理烧冒口，喷砂 3 粗铣，半精铣上盖凸台小平面 4 粗铣，半精铣底部大接合面 5 钻、铰 14 个 11 孔 6 钻、铰 2 个 13 的装配定位孔。 7 钻、铰 2 个 11 工艺定位孔 8 中间检查 9 粗铣、半精铣内侧两端面 10 在内壁顶部钻铰 4 个 深孔 11 在凸台上钻 螺纹孔预孔 12 钻 螺纹斜孔的预孔 13 对 16 螺纹预孔攻丝 14 对 纹预孔攻丝 15 钻、扩上盖内壁 9、 12 的阶梯深孔 16 在上盖一端钻、扩 16 深孔 17 在上盖另一端钻、扩 16 深孔 18 钳，去毛刺，清洗上油 19 按图样要求检查入库 表 二套工艺方案是参考长春一汽变速箱加工的现场工艺编排的。 表 二套工艺路线方案 (工序号 工序名称 1 铸造毛坯 2 清理烧冒口，喷砂 沈阳理工大学学士学位论文 8 3 粗铣，半精铣上盖凸台小平面 4 粗铣，半精铣底部大接合面 5 钻、铰 2艺定位孔 ；钻、铰 2装配定位孔；钻、铰 14 6 粗铣、半精铣内侧两端面 7 在内壁顶部钻铰 4 个 深孔 8 在上盖一端钻、扩 、铰 16 通孔 9 在上盖另一端钻、扩 、铰 16 通 孔 10 钻、 铰、 扩上盖内壁 9、 12 的阶梯深孔 11 在凸台上钻 螺纹孔预孔并攻螺纹 12 钻 螺纹斜孔的预孔并攻螺纹 13 钳，去毛刺，清洗上油 14 按图样要求检查入库 2、 两套工艺路线方案比较 第一套方案 ， 虽然也能达到加工要求，但是工序明显不如第二套工序集中。 钻铰上盖表面的一系列孔可以集中到一个工序中完成，减少装夹的次数，提高效率。 钻螺纹预孔完全可以像第二套方案中集中到一个工序中完成 。 在第八个工序中，方案一安排了一次中间检查，其实也是没有必要的。因为总体上前面这些加工工序精度要求都不是很高的，而且每道工序 完成后都有专用的量具检验。 增加一道工序不妥。还有就是第二套方案中将钻扩阶梯孔的工序安排在钻扩两端 16孔之后，因为阶梯孔很深，且与16深孔相贯穿，当加工完 16时，在阶梯孔钻铰的时候自然就没有那么多的钻铰深度了，难度降低，更易保证精度。 第二套方案 联结紧凑，适当选用一些专用工装、设备，效率和加工精度都更加有保障。对于大批量生产是比较合理的方安，加工中辅助时间少，可以高质、高效达到各工序所需达到的要求。所以选用第二套工艺方案。 选择各工序加工机床设备及工艺装备 各个工序加工机 床设备及工艺装备的选用情况具体如下： 1、 粗精铣凸台小平面：立式铣床 用夹具，立 铣刀，游标卡尺。 沈阳理工大学学士学位论文 9 2、 粗精铣上盖底部大接合面：卧式（万能）铣床 用夹具，端 铣刀，游标卡尺。 3、 钻铰 14 个 11：立式钻床 用夹具，专用复合钻铰刀具，游标卡尺。 4、 钻 、铰装配定位孔 2：立式钻床 用夹具， 专用钻铰复合刀具，专用塞规 。 5、 钻、 铰工艺定位孔 2立式钻床 用夹具，专用钻铰复合刀 具，专用塞 规。 6、 铣内侧两端面：卧式（万能）铣床 用夹具，端 铣刀，游标卡尺。 7、 在内壁顶部钻、铰 4 个 深孔：立式钻床 用夹具， 直径 直径 柄长刃机用铰刀，专用塞 规，深度卡尺，孔距量规。 8、 在凸台上钻 纹孔的螺纹预孔：立式钻床 用夹具，直径分别为 短麻花钻，游标卡尺。 9、 钻 纹斜孔的预孔：立式钻床 用夹具，短麻花钻，游标卡尺。 10、 钻、扩上盖内壁阶梯孔：立式钻床 用夹具，直径 锥柄加长麻花钻，直径分别为 9 12标准扩孔钻 ，直径 用加长铰刀 ,专用塞规，深度卡尺。 11、 对 纹预孔攻丝： 立式钻床 用夹具，直径分别 细柄机用丝锥，游标卡尺。 12、 对 纹斜孔预孔攻丝：立式钻床 用夹具，直径 细柄机用丝锥，游标卡尺。 13、 在上盖一端钻、扩 16孔：立式钻床，专用夹具， 直径 锥柄加长麻花钻 ， 直径 20标准扩孔钻，直径 16专用铰刀， 专用 塞规，孔距量规，深度卡尺 。 14、 在上盖另一端钻、扩 16孔：立式钻床，专用夹具， 直径 锥柄加长麻花钻，直径 20标准扩孔钻，直径 16专用铰刀，专用塞规，孔距量规，深度卡尺。 沈阳理工大学学士学位论文 10 确定各工序 的 工序尺寸、 表面粗糙度 及检验方法 各个工序 的 工序尺寸、表面粗糙度及检验方法如表 示 3： 表 工序 的 工序尺寸、表面粗糙度及检验方法 (工序号 工序尺寸 检验方法 1 铸造毛坯 2 清理 3 粗洗上盖凸台小平面到尺寸（件高） 精铣小平面到尺寸（件高） 94，保证图 纸尺寸 80,保证 标卡尺 0125； 糙度比较样块 4 粗铣上盖底部大接合面 至尺寸（件高） 精铣底部大接合面至尺寸 90 保证 标卡尺 0125； 钻两个工艺定位孔达到 孔至尺寸 11 保证 两个装配定位孔至尺寸 孔至尺寸 13 ，保证 14 个 11 的通孔至尺寸 铰孔至尺寸 11 专用 量规 粗糙度比较样块 孔距量规 6 粗铣内壁 一 端面至尺寸（两端面间距 ） 92 半精铣内壁一端面至尺寸（两端面间距） 定位孔尺寸保证 147 粗铣内壁另一端面至尺寸（两端面间距） 精铣此端面至尺寸（两端面间距） 90 ,保证表面粗糙度 标卡尺 0150;糙度比较样块 7 在内壁顶部钻 4 个 深孔，直径至 度 59 精铰孔至图纸尺寸 保证 用塞规 孔距量规 深度卡尺 粗糙度比较样块 沈阳理工大学学士学位论文 11 8 在上盖一端钻 2 个通孔 至尺寸 两孔至 20 ,深 3，保证 两孔，至尺寸 16 ，保证 用塞规 孔距量规 深度卡尺 粗糙度比较样块 9 在上盖另一端钻 2 个通孔至尺寸 两孔至 20 ,深 3，保证 两孔，至尺寸 16 ，保证 用 塞规 孔距量规 深度卡尺 粗糙度比较样块 10 在上盖内壁钻深孔至尺寸 151 半精铰孔至尺寸 孔至尺寸 9,扩孔深 13 扩孔至尺寸 12,扩孔深 3 专用 塞规 深度卡尺 11 在凸台上钻 纹预孔至尺寸 度 20 对 纹预孔攻丝，有效螺纹长度 18 钻 纹预孔至尺寸 孔 对 孔攻丝，攻透，保证 用 塞规 深度卡尺 粗糙度比较样块 12 钻 孔的预孔至尺寸 孔 对预孔攻丝，攻透，保证 用塞规 角度仪器 粗糙度比较样块 13 清洗 14 检查 入库 确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额 选择第 7 道工序，钻铰内壁顶部 深孔。 加工条件：立式钻床 用刀具，专用夹具。 1、 钻 孔至 深 59定背吃刀量 *d= 钻头： 于工件材料是 170， 沈阳理工大学学士学位论文 12 查得 ： 进给量 f= T=2100s=35,3； 刀具材料选用高速钢，由 资料查 知 ： , ； 又查表得 ： p K7； 由于： 式中 v 钻削速度（ m/s）； f 钻削进给量（ mm/r）； 背吃刀量（ T 耐用度（ t）； 0d钻头直径 ( 、系数 ,由被加工的材料性质和钻削条件决定； 所以由以上数据可知道： 4 ； 由于： 01000d （ 式中 n 钻头转速 （ r/； v 钻头切削速度 （ r/； 0d钻头直径（ 所以： m ； 查表 1n 取标准值 500r/文献中知： 沈阳理工大学学士学位论文 13 3210（ 式中 1l 为钻孔深度（ 32 分别为刀具切入、退出长度 （ ； n 钻头转速 （ r/； f 钻头纵向进给量 (mm/r)。 而 所以： m T 2、 铰孔至 达图纸要求 铰刀选用直径 柄长刃机用铰刀， 由于工件材料是 170，所以查 资料 知：进给量 f=r。 刀具材料选用高速钢 3,7。 查 知 ： , 又查表得： p 3,7， 由于： 0160 （m/s （ 式中 v 铰削速度（ m/s）； f 铰削进给量（ mm/r）； 背吃刀量（ T 耐用度（ t）； 0d铰刀直径 ( 、 系数 ,由被加工的材料性质和铰削条件决定 。 沈阳理工大学学士学位论文 14 所以由以上数据可知 ： 5 由于： 01000d （ 式中 n 铰刀转速（ r/ v 铰刀切削速度（ r/ 0d铰刀直径（ 所以： m 0 02 查表 1n 取标准值 250r/文献中知： 3210而 所以： m T 3、 辅助时间计算 由文献查表得： 件重量为 30间， 退 阳理工大学学士学位论文 15 ,3 总的辅助时间为： m ). . .(4 98172,0 4、 加工此工序所需的总时间 加工此工序所需的总时间 T 计算如下： m )(4 ,0,00 工艺过程的技术经济性分析 制订工艺规程时，在保证质量的前提下，往往会出现几种不同的方案。其中有些方案生产率很高，但设备和工夹具的投资比较大；另一些方案可能投资比较省，但生产率较低。因此，不同的方 案就有不同的经济效果。本设计的减速器壳体属于大量生产。其长年生产所以本设计中采用大投资建立生产线将有利于提高生产率。 沈阳理工大学学士学位论文 16 2 夹具设计 广义上说，为使工艺过程的任何工序保证质量，提高生产效率，减轻工人劳动强度及工作安全等的一切附加装置称为夹具。机床夹具是将工件进行定位，夹紧，将刀具进行导向和对刀，以保证工件和刀具之间相对位置关系的附加装置，简称夹具。 夹具主要起保证加工质量，提高劳动生产效率；降低生产成本；扩大机床的工艺范围；减轻劳动强度等功用。 在本毕业设计中主要设计两道工序的专用夹具 ，一套为铣上盖凸台小平面的铣床夹具 ;一套为钻、扩上盖内壁阶梯孔的钻床夹具 。 铣床 夹具的设计 夹具功能简图和工作原理 一般夹具由以下几个部分组成： 举例用图 说明夹具的功能及其工作原理。 图 中表示铣槽夹具安装在立式铣床工作台上的情况。 工件的底面支撑在两个支承板沈阳理工大学学士学位论文 17 上，侧面支承在两齿纹顶支承钉上，端面靠在一支承钉上，这样就确定了工件在夹具中的正确位置。然后旋 紧螺母通过压板将工件夹紧，完成了工件的装夹过程。下一工件进行加工时，夹具在机床上的位置不动，只需松开螺母装卸工件即可。 夹具上支承板 2 的支承工作面与夹具底板 7 的底面保持平行，当夹具安装在铣床工作台上后，就相应保证了支承板 2 的支承工作面与铣床工作台面的平行。夹具利用定位键与 T 型槽配合，保证了与铣床纵向进给方向平行。 夹具上装有对刀块 5，利用对刀塞尺塞入对刀块工作面与立铣刀切削刃之间来确定铣刀相对对刀块的正确位置。 从以上实例中，可归纳出夹具的工作原理要点如下： 1、 是工件在 夹具中占有正确的加工位置。这是通过工件各定位 面与夹具的对 应定为元件的定位工作面接触、配合或对准来实现的。 2、 夹具对于机床应先保证有准确的相对位置。而夹具结构又保证了定位元件的定 位工作面对夹具与机床 相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。 3、 使刀 具相对有关的定位元件的定位工作面定位到准确位置，这就保证了刀具在 工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸 6,7。 铣床 夹具的定位方案设计 1、 定位方式的选择 设计夹具是从减 小加工误差考虑，应尽可能的选用工序基准为定位基准，即遵循所谓的基准重合原则。当用多个 表面定位的时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准，有利于工件装夹的平稳，保证夹具能有效夹紧以及保证工件不至于变形等。 所以在本次铣床夹具设计中，根据在制订工艺规程所选用的定位基准 上盖底部大接合面，所以选择底部大接合面为定位基准。 工件的定位基准一旦被确定则其定位方案基本上被确定。铣床夹具是为了 加工上盖凸台小平面。在此工序之中，选用的机床是立式铣床 以上盖需要被限定的自由度主要就是 y ， x ,z 但考虑到铣面时工件的的平稳以及装夹定位的方便，决定也将其他的两个 自由度 x ， y 加以限制。即采用 不 完全定位方式。 2、 定位元件的设计 定位元件的设计包括定位元件的结构，形状，尺寸及布置方式等。工件的定位设计沈阳理工大学学士学位论文 18 主要决定与工件的加工要求和工件定位基准的形状尺寸精度等因素，所以在设计时应分析定位基准的形态。 在此铣床夹具的 设计中，选的粗基准是底部大接合面。 由于是粗基准，所以不宜选择支承板定位，而宜选择固定支承钉定位。 在底面需要布置三后固定支承钉，但考虑到装夹时候工件受力的平衡，保证有效装夹和加工平稳，在底面另外布置了一个可调支承钉，起辅助支承的作用。增加刚性，但不限制自由度。 夹具体的后面和右侧也分别布置一个支承钉。底面支承钉选择 B 型粗基准用支承钉，侧面则选用 C 型侧面定位用支承钉。 各种支承钉如图 示： (a) 可调支承钉 (b) (c) 图 铣床 夹具的定位误差分析 一批工件的定位误差 D 由基准位移误差 Y 和基准不重合误差 B 组成。 Y 这种由于定位元件和工件的制造误差而引起的定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围就称为基准位移误差，用 Y 表示；因工序基准与定位基准不重合而引起的工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动的范围，称为基准不重合误差，用 B 表示。 对于此次设计的铣床夹具，工件的设计基准为上盖底部大接合面，而工序基准也为地不大接合面，所以，基准不重合误差 B =0；由于此次用到的定位元件是固定球面支承钉， 定为元件 制造上的误差可以忽略，基准位移误差 Y =0。 切削力与夹紧力的计算 1、 切削力的计算 在铣床夹具的设计中，需要铣削 的平面是上盖凸台小平面，且选用的机床是立式铣床，所以选用莫氏锥柄立铣刀铣削小平面。联系到加工表面的尺寸，选择的立铣刀直径 沈阳理工大学学士学位论文 19 d=20mm,z=47，查的高速钢立铣刀的背吃刀量 给量 z7， 查得铣削力的计算公式为： （ 式中 圆周铣削力（ N）； 铣削条件改变时铣削 力修正系数； 0d立铣刀的直径（ 背吃刀量（ 进给量（ mm/z）； 切削宽度（ z 铣刀齿数； 、 系数，由被加工的材料性质和铣削条件决定。 查得： 294,1.0,0, 将上述数据代入公式得： = 、 夹紧力的计算 在计算夹紧力时，应先确定在加工过程中施与工件上夹紧力的作用点和方向，切削力的大小和作用在被加工零件上的力矩及其方向。为简化计算工作，通常将机床、辅具、夹具和刀具的工艺系统视为绝对刚体。并假定在切削过程中的经验和实验的公式进行计算，求得近似的 切削力，然后根据工件所受的切削力、所需的夹紧力、重力和摩擦力所组成的力系均处于静平衡条件，计算出理论所需要的夹紧力；再根据具体条件和经验乘以加紧可靠性的安全系数。 工件受力 情况如图 示： Y 方向平衡： 0Y 即： 042 1 y 20 图 方向平衡 ： 0X 即 ： 042 1 又相对与原点的转距和为 0 即 ： 0 即 ： 0235984247436702 21 又由已知可知 ： (=N 211 f 1f 又由相关资料查得工件表面在夹具支承元件和夹紧接触元件间的摩擦因数为 ： 1 2 4 由以上方程及相关数据，计算可得： W =1550 N 沈阳理工大学学士学位论文 21 查资料选定安全系数： 6543210 （ 式中 0K考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数； 1K 加工性质 的系数 ； 2K 刀具钝化程度系数； 3K切削特点系数； 4K 夹紧力的稳定性系数； 5K手动夹紧时手柄的位置系数 ； 6K仅有力矩作用与工件时与支撑面接触情况系数。 由 资料 查得： 4 所以 ： K 工件夹紧需要的夹紧力大约为： （ 式中 夹紧力（ N）； W 理论夹紧力（ N）； K 安全系数。 铣床 夹具的夹紧装置与机构设计 典型的夹紧装置是由力源装置，中间传力装置、夹紧元件与夹紧机构组成。夹紧装置的结构要简单，制造要容易，尽量做到体积小，重量轻，并有足够的强度；加紧动作要迅速，操作方便，使用安全，应有足够的夹紧行程和装卸工件的空间，其自动化程度要与工件的批量相适应；夹紧力的大小要恰当，要保证工件在夹具中不产生唯一和振动，要保证夹紧后的工件变形和表面损伤不超过允许的范围。 为此，夹紧力的方向要尽量垂直于工件的主要定位 基面，尽量和切削力、重力方向一致。夹紧力作用点应该落在主要定位基准面上，要选在刚性较好的部位，尽量靠近被加工表面。 因为工件是大量生产，夹紧力又比较大，所以采用液压夹紧，22 查机床夹具设计手册，选用法兰式油缸。 本设计中铣床夹具选择由两个液压缸直接顶起压板进行压紧，压紧有效、快速。可以提高生产率。 具体的 机构设计如图 示： 图 上图的机构中，当工件在夹具上放置好后，人工将夹板旋转至夹紧得力位置，再启动液压系统，活塞杆向上伸出，顶杆自然顶起夹板尾部，夹板前部就能 有效夹紧了。考虑到保护工件不致因为夹紧力太大而变形，所以应该保证活塞杆在 接近其行程末端（留有适当余量）处顶杆开始顶起压板。余量也不能太小，否则夹紧力不够，不能有效夹紧。 夹紧装置中主要零件 夹板 ， 见图 阳理工大学学士学位论文 23 本夹紧装置中用到的法兰式液压缸的装配图如图 示 ,其中各主要零件如表 图 兰式 液压缸零件列表 (件号 1 2 3 4 5 6 7 8 C L 名称 端盖 螺钉 活塞 密封圈 密封圈 缸体 弹簧 密封圈 20 100 数量 1 6 1 1 1 1 1 1 规格 5 5 40 *25*60 24 铣床 夹具的动力装置设计 由于液压装置系统有以下特点：液压油油压高，传动力大，同比条件下液压缸比气压钢小的多；油液的不可能性使压紧刚度高，工作平稳，可靠。液压传动噪声小，劳动条件比较好，所以本设计选用液压装置。 沈阳理工大学学士学位论文 24 图 压装置的油路图设计：设计如图 液经滤油器 12 进入柱塞泵 8，通过单向阀7 与快换接头 3 进入夹具液压缸 1。电接点压力表用于显示液压系统的工作压力，溢流阀的作用是防止系统过滤，电磁卸荷阀 10 兼有卸荷，换向，保压的作用 9。 钻床 夹具的设计 钻床 夹具的定位方案设计 1、 定位方式的选择 在本次钻床夹具设计中，和前面铣床夹具定位基准选择的原则一样， 尽可能的选用工序基准为定位基准，即遵循所谓的基准重合原则。当用多个表面定位的时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准，有利于工件装夹的平稳，保证夹具能有效夹紧以及保证工件不至于变形等。 本次钻床夹具设计中，根据在制订工艺规程所选用的定位基准上 盖底部大接合面，所以选择底部大接合面为定位基准。 此次设计的钻床夹具用于钻、扩上盖内壁阶梯孔，选用的机床为立式钻床 以工件在夹具中应该是竖直放置。考虑到钻孔的精度要求较高，定位应该选择完全定位。具体的布置就是在大接合面上用两块支承板限制 x 、 z 、 y 三个自由度；在上盖的一侧用一个固定支承钉限制一个自由度 y ；在上盖竖直放置时候，为 了保证工件不在面内转动，所以在其底部用一托槽限制其两个自由度 z 、 x 。这样，支承板、支承钉、托槽三者就将工件的六个自由度都限制了，实现了完全定位。 2、 定位元件的设计 沈阳理工大学学士学位论文 25 1） 支承板 在前面的铣床夹具设计中，由于考虑到当时的底部大接合面尚未加工，作为 粗基准只能用支承钉定位。但在钻床夹具设计中，大接合面已经精加工，所以适合用两块支承板定位了。支承板较之前面的支承钉能大大的增大受力面积，更好的保证工件受力不变形。 支承板类型 选用 A 型（用于顶面和侧面定位）。由于采用了两个支承板，所以按照要求，在其装配后磨平工作面，以保证等高性。 2）支承钉 此次用到了一个侧面的固定支撑钉， 宜选用 C 型。参见 图 2.2(c)。 3）托槽 此次在工件定位中用到了托槽来限制 z 、 x 两个自由度。 具体形状参见图 示： 图 槽实际上是平面支承的一个演化。考虑到实际情况，工件的长侧边厚度较小（ 10且长度尺寸较大（ 330所以选用 标准的支承板来定位是不行的。托槽槽宽尺寸为 14于上盖侧边厚度 10要是考虑到托槽只是起到一个 “托 ”的作用，两边都留有 适当 间隙是为 防止 工件安装时 被槽的某一侧挡到，使得工件过定位。 钻床 夹具的定位误差分析 1、 钻孔 距底面高度 尺寸 37 对于此次设计的钻床夹具，工件的设计基准为上盖底部大接合面，而工序基准也为底部大接合面，所以，基准不重合误差 B =0。 因为不存在制造不准确的定位副， 所以，定位基准位移误差 Y =0所以，深度尺寸的定位误差为 D = B + Y =0 阳理工大学学士学位论文 26 2、 钻孔与工艺定位孔间距尺寸 134 阶梯孔尺寸 134 设计基准为工艺定位孔，而本工序中的工序基准为工件外侧边。所以存在基准不重合误差。由 零件图知其基准不重合误差值等于工序尺寸公差值，即 B =+因为不存在制造不准确的定位副，所以，定位基准位移误差 Y =0以该尺寸的定位
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