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毕业设计任务书设计题目叶片泵转子加工叶片槽的卧轴分度铣床夹具设计学生姓名专业班级学 号指导教师李玲芳教研室(或外聘单位)机械制造教研室起止时间 2013 年 3 月 4 日 至 2013 年 5 月 17 日毕业设计 任务、目的与基本要求：任务：1. 编制叶片泵转子零件的机械加工工艺规程，完成工艺过程卡和部分工艺卡；2. 设计铣叶片泵转子加工叶片槽的卧轴分度铣床夹具设计专用夹具，绘制装配图一份；3. 进行专用夹具零件工作图设计；4. 编写设计计算说明书一份。目的：1. 培养学生严谨、实事求是的科学精神；2. 培养学生综合运用所学知识、独立完成课题的工作能力。3. 对学生的知识面进行考核。包括掌握知识的深度、运用理论解决实际问题的能力、实验能力、外语水平、计算机运用水平、书面及口头表达能力等。基本要求：1、要理论联系实际，运用科学的研究方法对选题进行综合分析，应进行技术经济分析和方案的比较与选择。 2、要综合运用本专业所学知识解决论文（设计）中的问题，论文的主要观点与前人研究成果相比，应有改进或有自己的见解；设计中涉及的工艺、技术问题要有改进和提高。 3、毕业论文（设计）中的理论依据要充分，数据资料要准确，立论要正确，论证要严密，公式推导要正确，逻辑推理性要强。 5、毕业论文（或设计说明书）原则上不少于1万字，外语专业的论文不少于5千个外文单词。6、图纸总量必须达到3张A0以上。主要参考文献与资料：1倪晓丹，杨继荣. 机械制造技术基础. 北京：清华大学出版社，20072熊良山. 机械制造技术基础. 武汉：华中科技大学出版社，20123 吴拓. 现代机床夹具设计. 北京：化学工业出版社，20114 吴拓. 现代机床夹具典型结构图册. 北京：化学工业出版社，20115 朱耀祥，浦林祥. 现代夹具设计手册. 北京：机械工业出版社，20106 李旦，邵东向，王杰. 机床专用夹具图册. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20057 吴拓. 机械制造工艺与机床夹具. 北京：机械工业出版社，2011毕业设计进度安排：毕业设计准备、资料查找阶段：第10周至13周(2012年11月5日至11月30日) 毕业调研阶段。(2013年1月5日至2013年3月5日)寒假期间要求学生进行毕业实习与毕业设计课题调研，并结合毕业设计课题写出调研报告。毕业设计开题报告阶段：2013年春季学期，第1周(2013年3月4日至3月8日), (可提前到2012年11月30前开题)毕业设计中期检查：2013年上学期，第6周 4月8日至4月12日。毕业设计主要工作阶段：2013年上学期，第1周至11周(2013年3月4日至5月17日，建议在2011年下学期，提前进入毕业设计工作阶段)指导教师应根据具体情况对本阶段的设计工作进行细化。毕业设计答辩阶段：2013年上学期，第11周至第12周(2013年5月18日至5月26日)课题申报与审查指导教师（签名）： 2012 年 10 月 日教研室主任（签名）： 2012 年 10 月 日学院教学院长（签名）： 2012年 10 月 31 日20请输入您所在的学院名XX学院学生毕业设计(论文)题目：叶片泵转子加工叶片槽的卧轴分度铣床夹具设计姓 名 ： 班级、学号 ： 系 (部) ： 专 业 ： 指导教师 ： 开题时间： 完成时间： 摘 要工艺学是以研究机械加工工艺技术和夹具设计为主技术学科，具有很强的实践性，要求学习过程中应紧密联系生产实践，同时它又具有很强的综合性， 本次毕业设计的课题是法兰盘加工工艺规程及某一工序专用夹具设计，主要内容如下：首先，对零件进行分析，主要是零件作用的分析和工艺分析，通过零件分析可以了解零件的基本情况，而工艺分析可以知道零件的加工表面和加工要求。根据零件图提出的加工要求，确定毛坯的制造形式和尺寸的确定。第二步，进行基面的选择，确定加工过程中的粗基准和精基准。根据选好的基准，制订工艺路线，通常制订两种以上的工艺路线，通过工艺方案的比较与分析，再选择可以使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证的一种工序。第三步，根据已经选定的工序路线，确定每一步的切削用量及基本工时，并选择合适的机床和刀具。对于粗加工，还要校核机床功率。最后，设计第三道工序设计夹具。先提出设计问题，再选择定位基准，然后开始切削力、夹紧力的计算和定位误差的分析。然后把设计的过程整理为图纸。通过以上的概述，整个设计基本完成。关键词 机械；加工工艺；夹具设计ABSTRACT A specialized main specialized course that mechanical manufacturing engineering is studied is machinery , rely mainly on studying machining technology and jig to design technological discipline , have very strong practicality , require that should contact production practices closely in the learning process, at the same time it has comprehensive the very strong one, The subject of this graduation project is that lathe ring flange processing technology rules and special-purpose jig of a certain process are designed, the main content is as follows: First of all, analyse , it is mainly analysis of the function of the part and craft analysis to the part , through part analyse can find out about basic situation of part, and craft analyse may know the processing surface of the part and is it require to process. The processing demand put forward according to the part picture, confirm the manufacture form of the blank and sureness of the size. The second step, carry on the choice the base , confirm thick datum and precise datum in the processing course. According to the datum chosen , make the craft route , usually make the craft route of more than two kinds, with analysing through the comparison of the craft scheme, and then choosing be able to make such specification requirements as the precision of geometry form , size of the part and precision of position ,etc. get a kind of process of the rational assurance s. The third step, according to the already selected process route, confirm for every steps of cutting consumption and basic man-hour , choose suitable lathe and cutter. To rough machining , will check the power of the lathe . Finally , design the third process - the jig getting into the hole of the ring flange. Put forward the question of designing first , and then choose to orient the datum , then the calculation that begins to cut strength , clamp strength and analysis of the localization error. Then put the design course in order as the drawing. Through the summary of the above, design and finish basically entirely. Keywords: machine; Process the craft; The tongs design目 录序 言11 零 件 的 分 析21.1零件的作用21.2 零件的工艺分析22 工 艺 规 程 设 计32.1确定毛坯的制造形式32.2基面的选择32.3制定工艺路线32.4机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定62.5确定切削用量及基本工时93 夹具设计303.1问题的提出303.2夹具设计30参考文献331 绪论毕业设计是我们在学完大学的全部课程后进行的，是我们对大学四年的学习的一次深入的综合性的总考核，也是一次理论联系实际的训练，这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。 因此，它在我们大学生活中占有重要地位。就我个人而言，我也希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性心理，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，对未来的工作发展打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。机床夹具是在切削加工中，用以准确确定工件位置，并将其牢固地夹紧的工艺装备。它的主要作用是：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，机床夹具在机械制造中占有重要的地位。机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程中，应深入生产实际，进行调查研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，一般夹具设计步骤如下：1. 深入生产实际调查研究在深入生产实际调查研究中，应掌握下面一些资料。1）工件图纸：详细阅读工件图纸，了解工件被加工表面的技术要求，该件在机器中的位置和作用，以及装配中的特殊要求。2）工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件已加工面及待加工面的状态，基准面选择的情况，可用的机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。3）生产纲领：夹具的结构形式应与工件批量大小相适应，做到经济合理。4）制造与使用夹具的情况：有无通用零部件可供选用；工厂有无压缩空气站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。2. 确定工件的定位方法和刀具的导向方式工件在夹具中的定位应符合定位原理。合理地设置定位件和导向件。设计定位件和导向件时，应尽量采用通用标准。3. 确定工件的夹紧方式和设计夹紧机构夹紧力的作用点和方向应符合夹紧原则。进行夹紧力的分析和计算，以确定夹紧元件和传动装置的主要尺寸。4. 确定夹具其他部分的结构形式如分度装置、对刀元件和夹具体等。5. 绘制夹具总装配图在绘制总装配图时，尽量采用1：1比例，主视图应选取面对操作者的工作位置。绘图时，先用红线或双点划线画出工件的轮廓和主要表面，如定位表面，夹紧表面和被加工表面等。其中，被加工表面用网纹线或粗实线画出加工余量。工件在夹具上可看成是一个假想的透明体，按定位元件、导向元件、夹紧机构、传动装置等顺序，画出具体结构，最后画夹具体。6. 标注各部分主要尺寸、公差配合和技术要求7. 标注零件编号及编制零件明细表在标注零件编号时，标准件可直接标出国家标准代号。明细表要注明夹具名称、编号、序号、零件名称及材料、数量等。8. 绘制夹具零件图拆绘夹具零件图的顺序和绘制夹具总装配图的顺序相同。在机床上加工工件时，为了要使该工序所加工的表面，能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的互相位置精度等技术要求，在加工前，必须首先将工件装好夹牢。把工件装好就是要在机床上确定工件相对刀具的正确加工位置。工件只有处在这一位置上接受加工，才能保证其被加工表面达到工序所规定的各项技术要求。在夹具设计的术语中，把工件装好称为定位。把工件夹牢，就是指在已经定好的位置上将工件可靠地夹住。以防止在加工时工件因受到切削力、离心力、冲击和振动等的影响，发生不应有的位移而破坏了定位。在夹具设计的术语中把夹牢工件称做夹紧。由此可知，工件装夹的实质，就是在机床上对工件进行定位和夹紧。装夹工件的目的，则是通过定位和夹紧而使工件在加工过程中始终保持其正确的加工位置，以保证达到该工序所规定的加工技术要求。在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检验的装置，都可以统称为夹具。例如：焊接过程中用于拚焊的焊接夹具；检验过程中用的检验夹具；装配过程中用的装配夹具；机械加工中用的机床夹具等，都属于泛指的夹具范畴。2 现代夹具的发展2.1柔性夹具的主要发展方向由于经济和技术的发展以及数控、加工中心机床的特点,对机床夹具的使用性能和结构提出了更高更新的要求,需要一种结构简单、精度高、强度高和通用性好、适应性强、柔性高的新型夹具系统。这种夹具能适应不同的机床、不同的产品或同一产品不同的规格型号,能最大限度地满足各种机床夹具的需要。以组合夹具为基础的柔性夹具就是根据以上的要求设计制造的,这种柔性夹具的特点是:元件规格统一化、元件性能多功能化、元件结构简单化、模块化、夹紧工件快速自动化、重复使用可调化、组装管理微机化。柔性夹具是现代夹具的一个主要发展方向。柔性夹具是由一套预先制造好的各种不同形状、不同尺寸规格、不同功能的系列化、标准化元件、合件组装而成的。柔性夹具元件、合件具有较好的互换性和较高的精度及耐磨性。柔性夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧,也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置。这种夹具具有较高的刚度和精度,在粗加工时能承受较大的切削用量,以充分发挥数控、加工中心机床的生产能力,在精加工时能更好地保证工件定位基准和加工表面的位置精度,还能根据数控、加工中心机床的要求保证夹具应允许刀具接近尽可能更多的被加工表面甚至全部被加工表面,可减少机床的停机时间,在夹具上还能一次装夹多个工件同时依次加工,可以减少夹具、刀具、工件系统的调整时间,还能减少刀具的更换次数和刀具的调整时间,更好地发挥数控、加工中心机床的高效性能。柔性夹具元件可以通过组装、使用、拆卸、再组装重复使用。柔性夹具元件分三个系列:槽系列夹具元件、孔系列夹具元件、光面系列夹具元件。2.2 夹具的发展趋势a夹具元件多功能模块化能单独使用也能与其他元件组合在一起使用的多功能模块化单元体的比例将进一步增加。如现在使用的各种定位夹紧座、定位压紧支承、精密虎钳等模块式单元体具有定位、夹紧以及调节的综合功能,可以一件单独使用,也可以几件组装在一起使用,T 形基础、方箱能组装成一次能装夹多件相同或不相同的工件的夹具,使用这种夹具可以减少机床的停机时间,最大限度发挥数控、加工中心机床的高效性能。b高强度、高刚性、高精度为了提高劳动生产率,缩短工件的加工工时,工件的加工已向着高速、大切削量方向发展,工序高度集中,工件定位夹紧后要依次完成铣、钻、镗等多工序的加工。切削力的大小、方向在不断地变化,这就需要柔性夹具本身要有较高的使用强度和刚度,才能满足工件的加工精度。c专用夹具、组合夹具、成组夹具一体化现代化加工设备的多功能化,使工艺过程高度集中、工件一次定位装夹后能完成多工序加工,这就需要一种通用而又能重复使用的组合可调式的夹具系统,它是由一系列统一化、标准化的元件和合件组成,利用这些元件、合件组装成各种不同形式、不同结构、可重复使用的夹具,供单件或中小批量生产使用。这种夹具系统保留了组合夹具的各种优点,组装又像专用夹具那样简单可靠,又有可调整元件,保留了成组夹具的优点。为了便于夹具与机床定位连接,夹具基体有统一标准的定位连接位置,使之专用、组合、成组夹具向着一体化、组合化方向发展,以满足现代化加工设备的需要。d工件夹紧快速化、自动化为缩短工件加工中的辅助时间,减轻工人的劳动强度,工件的装夹、拆卸也需要机械化、自动化。工件的夹紧由原来的单一功能的压紧件、紧固件发展为可以调整的模块,以便实现快速组装和快速夹紧。对于批量大的一些零件的加工,液压夹具、气动夹具可实现工件自动化快速夹紧。2.3 组合夹具的应用随着机械制造业的飞速发展，产品的更新换代越来越快，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代，机械制造系统欲适应这种变化需具备较高的柔性。国外已把柔性制造系统(FMS)作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展方向。柔性化的着眼点主要在机床和工装两个方面，组合夹具是工装柔性化的重点。随着科学技术的日新月异，先进制造技术不断得到发展。柔性制造技术、集成制造技术将是现代先进制造技术发展的主流。未来制造过程将变得更智能化，制造企业适应市场的能力更强。柔性制造技术由于其高效、灵活的特性使其成为实施敏捷制造、并行工程、精益生产和智能制造系统的基础，且应用日益广泛， 已成为整个机构制造领域的核心技术，而组合夹具由于其灵活性，已成为现代夹具的主要发展方向，在制造业中发挥着重要作用。3 设计任务待加工工件及加工要求：要求设计一卧式铣床夹具，加工凸轮轴的半圆形键槽。该零件的技术要求为：大端直径40h6mm，加工段直径28.450-0.1mm，半圆形槽深5+10，半径为14mm，槽宽mm,键槽的对程度公差为0.1。凸轮轴的轴线对于机床工作台面的水平度误差为0.02，键槽的表面粗糙度为3.2(加工件图)夹具体的基本要求：1） 能保证工件的加工要求保证加工质量，是必须首先满足的要求。保证加工质量的关键，就在于正确选定定位基准、定位方法和定位元件。必要时需进行误差的分析计算。2） 能提高生产率，降低成本应尽量采用各种快速高效的结构，缩短辅助时间，提高生产率。同时尽可能采用标准元件与标准结构，力求结构简单，制造容易，以降低夹具制造成本。3） 操作方便、省力和安全在客观条件许可且又经济的前提下，尽可能采用气动、液压和气液等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。操作位置应正确符合操作工人的操作习惯，并注意操作安全。4） 便于排屑排屑问题是夹具设计中的一个重要问题。因为切屑积聚在夹具中，会破坏工件正确可靠地定位；切屑带来的大量热量会引起热变形，影响加工质量；清扫切屑又要花费一部分辅助时间。4 定位方案的设计在工艺学中已经知道，工件在加工前，必须首先使它在机床上相对刀具占有正确的加工位置，这就是定位。夹具在工件定位过程中起着决定的作用，工件正是通过夹具相对机床、刀具占有正确的加工位置。工件在夹具中定位的目的，就是要使同一批工件在夹具中占有一致的正确加工位置。要使工件完全定位，就必须限制工件在空间的六个自由度，此即为工件的“六点定位原则”。在定位设计中，会遇到以下几种情况：（1） 完全定位限制了工件全部的六个自由度，称为工件的“完全定位”。（2） 不完全定位在对工件的加工精度没有影响的情况下，允许少于六点的定位称为“不完全定位。（3） 欠定位工件的定位支承点数少于应限制的自由度数，这种工件定位点不足的情况，称为“欠定位“，欠定位在实际生产中是不允许的。（4） 过定位工件的某一个自由度同时被两个或多个定位支承点重复限制，这种情况称为“过定位“，也叫”重复定位“。本设计因加工需要，对六个自由度均有限制的要求，所以选用完全定位。4.1定位机构 定位心轴 4.2夹具总体设计图4.3 定位误差的计算 在机械加工过程中，工件的加工允差k要大于与夹具有关的加工误差和其他一些因素有关的加工误差之和。即， 式中， ：工件的加工允差； ：与夹具有关的加工误差； ：其它因素引起的加工误差。其中， 式中， ：定位误差； ：夹紧误差； ：夹具的安装误差； ：导引误差； ：夹具磨损引起的加工误差。 在夹具设计制造中，要尽可能减少与夹具有关的加工误差，如果这部分误差所占比重很大，则留给补偿其它误差的比例就很小，结果不是降低了工件的加工精度，就是有可能造成超差而导致工件报废。 下面主要讨论工件在夹具中定位时所产生的定位误差。定位误差的计算如图所示：（误差示意图）定位误差产生的原因有两个：（1） 定位基准与设计基准不重合，必然产生基准不重合引起的定位误差jb；（2） 由于定位副制造不准确，而引起的定位误差db。所以，定位误差由图可知：基准不重合误差 其中， 为工件的公差。 所以， 由图可知： 定位副不准确误差， 所以， 因此，总的定位误差为 即， 5 工件的夹紧设计5.1 夹紧装置的组成1 动力装置 夹紧力的来源，一是人力；二是某种装置所产生的力。能产生力的装置称为夹具的动力装置。常用的动力装置有：气动装置、液压装置、电动装置、电磁装置、气液联动装置和真空装置等。由于手动夹具的夹紧力来自人力，所以它没有动力装置。2 夹紧部分 接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的部分，一般由下列机构组成：1）接受原始作用力的机构。如手柄、螺母及用来连接气缸活塞杆的机构等。2）中间递力机构。如铰链、杠杆等。3）夹紧元件。如各种螺钉压板等。 其中中间递力机构在传递原始作用力至夹紧元件的过程中可以起到诸如改变作用力的方向、改变作用力的大小以及自锁等作用。3 夹紧装置的基本要求在不破坏工件定位精度，并保证加工质量的前提下，应尽量使夹紧装置做到：1) 夹紧作用准确、安全、可靠。2) 夹紧动作迅速，操作方便省力。3) 夹紧变形小。4) 结构简单，制造容易。5.2 夹紧机构的选择本夹具采用斜楔夹紧机构，特点：1）斜楔具有良好的自锁性能； 2）斜楔可以改变夹紧作用力的方向； 3）斜楔具有增力作用； 4）斜楔的夹紧行程很小。综合以上特点，本夹具设计可以优先选用斜楔夹紧机构。夹紧力的计算5.3 夹紧力的计算为夹紧力，为使工件夹紧的推力。查手册可知：增力比 其中，：斜楔夹紧机构的斜楔角； ：平面摩擦时作用在斜楔面上的摩擦角； ：移动柱塞双头导向时导向孔对移动柱塞的摩擦角； ：移动柱塞单头导向时导向孔对移动柱塞的摩擦角； ：移动柱塞导向孔的中点至斜楔面德距离； ：移动柱塞导向孔长。所以， ，； 取 0.7 则， ；所以，外力取200N 夹紧力符合加工要求。 6 连接元件和夹具体的设计6.1 连接元件的设计铣床夹具的连接元件由两部分组成：1） 定位键铣床夹具以定位键和机床工作台T型槽配合，每个夹具一般设置两个定位键，起到夹具在机床上的定向作用，并用埋头螺钉把定位键固定在夹具体的键槽中。材料选用45钢；2） 带U型槽的耳座在铣床夹具纵向两端底边上，设计带U型槽的耳座，供T型槽用螺栓穿过，将夹具体紧固在工作台上。材料：HT30。6.2 夹具体的设计本夹具体采用铸造结构；优点：1）可以铸出复杂的结构形状； 2）铸铁件的抗压强度的、耐振性好，因此特别适用于加工时振动大， 切削负荷大的场合； 3）铸铁件易于加工，价格低廉，可降低夹具成本。铸造的生产周期长，而且因铸造时的内应力缘故，易引起变形，从而影响夹具体精度的持久性。因此铸造夹具体必须进行时效处理。与焊接结构相比，铸造可以铸出形状复杂的结构。因此，本夹具采用铸造结构比较合适。材料：选用HT20，壁厚：20mm 。7 机械加工工艺规程设计7.1确定毛坯的制造形式零件材料为40Cr，零件轮廓尺寸不大，故采用金属模铸造。因毛坯比较简单，采用铸造毛坯时一般是成队铸造，再进行机械加工。这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的。7.2基面的选择 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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚着，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。1） 粗基准的选择 选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的出发点是：一要考虑如何分配各加工表面的余量：二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。这两个要求常常是不能兼顾的，但对于一般的轴类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的面为粗基准。2）精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。7.3制定工艺路线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。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。一.工艺路线方案一工序1、验料工序2、夹持工件伸出卡盘外25mm工序3、光端面工序4、利用分度盘加工12个小孔工序5、利用分度盘加工2.25的平行槽工序6、钻通孔内径工序7、镗孔工序8、粗精车外圆工序9、掉头、装夹，光端面去总长工序10、倒C1角工序11、卸工件去毛刺二 .工艺方案二工序1、验料工序2、夹持工件伸出卡盘外23mm工序3、光端面工序4、钻通孔内径工序5、镗孔工序6、粗精车外圆工序7、掉头、装夹，光端面去总长工序8、利用分度盘加工12个小孔工序9、利用分度盘加工2.25的平行槽工序10、倒C1角工序11、卸工件去毛刺三.工艺方案的比较与分析 上述两个方案的特点在于：以上加工方案大致看来还是合理的.但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后,就会发现仍有问题,主要表现在工序4分度钻孔，孔由于在设计夹用夹具时要以18mm圆柱面上的一个平面来定位,所以应把转18mmmm圆柱面上的两个平面这一道工序放在钻4孔。因此最后确定的加工工艺路线如下： 工序1、验料工序2、夹持工件伸出卡盘外23mm工序3、光端面工序4、钻通孔内径工序5、镗孔工序6、粗精车外圆工序7、掉头、装夹，光端面去总长工序8、利用分度盘加工12个小孔工序9、利用分度盘加工2.25的平行槽工序10、倒C1角工序11、卸工件去毛刺7.4机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定零件材料为40Cr，硬度200HBS，毛坯重量约为2.8KG，生产类型为中批生产，采用铸造毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸下：1.50mm外圆表面此外圆表面为IT6级，参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精车外圆0.6500.017半精车外圆1.450.60.1粗车外圆351+0.3毛坯5530.52孔18mm参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差铰孔0.218+0.04518扩孔0.917.5+0.117.5钻孔915+0.615毛坯108 感受与总结在这次历时两周的课程设计中，发现自己在理论与实践中有很多的不足，自己知识中存在着很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论到实践的能力还急需提高。让我认识到了仔细认真的重要性。我们这次进行的小设计，是入大学以来一次较为正式，知识面涉及较广的设计，与前几次不同的是，这次设计的对象是实际生产中经常用到的机床附件：夹具。在这次小设计之前，我们大学四年所有的课程，几乎全部结束。学校安排这样一次实践项目，就是要让我们对大学四年所学的东西进行一次巩固和深化，重新把各科的知识汇总梳理了一遍。这对我们将来踏上社会工作是很有好处的。书本上的理论知识可能掌握了，但是关键是要如何吸纳为自己的东西，并投入到实践创新中去，做到能融会贯通，举一反三，能实实在在地解决实际问题。用电脑绘图也是这次小设计的重要内容，我们在大二学过AUTOCAD制图，但在自己实际操作中还是遇到了很多困难，比如，线型的选择，布图等等。经过了一段时间的熟悉，还是掌握了许多AUTOCAD制图的秘诀，感觉在这次小设计中真是学到许多在课堂上学不到的知识。当然，本次设计也遇到了很多困难，比如在参考资料的寻找、独立完成制图到打印的过程以及对说明书的严谨的排版等等。整个设计也还有诸多不足之处及遗忘之处，将来可以引以为戒，会成为以后的学习及工作中宝贵的财富。最后，我还要感谢导师在这段时间对我的指导，让我能够更快、更好地完成这次设计。同时我还要感谢我的同组同学，正是有了你们的帮助才使得我的论文在这么短的时间内得以完成。最后，我还要感谢我的母校。9 参考文献1方和平.柔性夹具的发展与应用. 现代制造工程J,2002,071064,5557.2安琦,顾大强.机械设计M.北京：科学出版社，2008.3龚定安,蔡建国.机床夹具设计原理M.陕西：陕西科学技术出版社，1981.4王光斗,王春福.机床夹具设计手册M.上海：上海科学技术出版社，1979.5朱辉.画法几何及工程制图M.第五版.上海：上海科学技术出版社，2005.6 刘友才，肖继德机床夹具设计M北京：机械工业出版社，1991.7倪晓丹，杨继荣. 机械制造技术基础. 北京：清华大学出版社，20078熊良山. 机械制造技术基础. 武汉：华中科技大学出版社，20129 吴拓. 现代机床夹具设计. 北京：化学工业出版社，201110 吴拓. 现代机床夹具典型结构图册. 北京：化学工业出版社，201111 朱耀祥，浦林祥. 现代夹具设计手册. 北京：机械工业出版社，201012 李旦，邵东向，王杰. 机床专用夹具图册. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，200513 吴拓. 机械制造工艺与机床夹具. 北京：机械工业出版社，2011夹具夹紧力的优化及对工件定位精度的影响B.Li 和 S.N.Mellkote布什伍德拉夫机械工程学院，佐治亚理工学院，格鲁吉亚，美国研究所由于夹紧和加工，在工件和夹具的接触部位会产生局部弹性变形，使工件尺寸发生变化，进而影响工件的最终加工质量。这种效应可通过最小化夹具设计优化，夹紧力是一个重要的设计变量，可以得到优化，以减少工件的位移。本文提出了一种确定多夹紧夹具受到准静态加工部位的最佳夹紧力的新方法。该方法采用弹性接触力学模型代表夹具与工件接触，并涉及制定和解决方案的多目标优化模型的约束。夹紧力的最优化对工件定位精度的影响通过3-2-1式铣夹具的例子进行了分析。关键词：弹性 接触 模型 夹具 夹紧力 优化 前言 定位和夹紧的工件加工中的两个关键因素。要实现夹具的这些功能，需将工件定位到一个合适的基准上并夹紧，采用的夹紧力必须足够大，以抑制工件在加工过程中产生的移动。然而，过度的夹紧力可诱导工件产生更大的弹性变形 ，这会影响它的位置精度，并反过来影响零件质量。所以有必要确定最佳夹紧力，来减小由于弹性变形对工件的定位误差，同时满足加工的要求。在夹具分析和综合领域上的研究人员使用了有限元模型的方法或刚体模型的方法。大量的工作都以有限元方法为基础被报道参考文献1-8。随着得墨忒耳8，这种方法的限制是需要较大的模型和计算成本。同时，多数的有限元基础研究人员一直重点关注的夹具布局优化和夹紧力的优化还没有得到充分讨论，也有少数的研究人员通过对刚性模型9-11对夹紧力进行了优化，刚型模型几乎被近似为一个规则完整的形状。得墨忒耳12，13用螺钉理论解决的最低夹紧力，总的问题是制定一个线性规划，其目的是尽量减少在每个定位点调整夹紧力强度的法线接触力。接触摩擦力的影响被忽视，因为它较法线接触力相对较小，由于这种方法是基于刚体假设，独特的三维夹具可以处理超过6个自由度的装夹，复和倪14也提出迭代搜索方法，通过假设已知摩擦力的方向来推导计算最小夹紧力，该刚体分析的主要限制因素是当出现六个以上的接触力是使其静力不确定，因此，这种方法无法确定工件移位的唯一性。 这种限制可以通过计算夹具工件系统15的弹性来克服，对于一个相对严格的工件，该夹具在机械加工工件的位置会受夹具点的局部弹性变形的强烈影响。Hockenberger和得墨忒耳16使用经验的接触力变形的关系（称为元功能），解决由于夹紧和准静态加工力工件刚体位移。同一作者还考察了加工工件夹具位移对设计参数的影响17。桂 18 等 通过工件的夹紧力的优化定位精度弹性接触模型对报告做了改善，然而，他们没有处理计算夹具与工件的接触刚度的方法，此外，其算法的应用没有讨论机械加工刀具路径负载有限序列。李和Melkote 19和乌尔塔多和Melkote 20用接触力学解决由于在加载夹具夹紧点弹性变形产生的接触力和工件的位移，他们还使用此方法制定了优化方法夹具布局21和夹紧力22。但是，关于multiclamp系统及其对工件精度影响的夹紧力的优化并没有在这些文件中提到 。本文提出了一种新的算法，确定了multiclamp夹具工件系统受到准静态加载的最佳夹紧力为基础的弹性方法。该法旨在尽量减少影响由于工件夹紧位移和加工荷载通过系统优化夹紧力的一部分定位精度。接触力学模型，用于确定接触力和位移，然后再用做夹紧力优化，这个问题被作为多目标约束优化问题提出和解决。通过两个例子分析工件夹紧力的优化对定位精度的影响，例子涉及的铣削夹具3-2-1布局。1 夹具工件联系模型 11 模型假设该加工夹具由L定位器和带有球形端的c形夹组成。工件和夹具接触的地方是线性的弹性接触，其他地方完全刚性。工件夹具系统由于夹紧和加工受到准静态负载。夹紧力可假定为在加工过程中保持不变，这个假设是有效的，在对液压或气动夹具使用。在实际中，夹具工件接触区域是弹性分布，然而，这种模式的发展，假设总触刚度（见图1）第i夹具接触力局部变形如下： (1) 其中（j=x，y，z）表示，在当地子坐标系切线和法线方向的接触刚度第 19 页 共 15 页图1 弹簧夹具工件接触模型。 表示在第i个接触处的坐标系（j=x，y，z）是对应沿着xyz方向的弹性变形，分别 （j= x，y，z）的代表和切向力接触 ，法线力接触。12 工件夹具的接触刚度模型集中遵守一个球形尖端定位，夹具和工件的接触并不是线性的，因为接触半径与随法线力呈非线性变化 23。由于法线力接触变形作用于半径和平面工件表面之间，这可从封闭赫兹的办法解决缩进一个球体弹性半空间的问题。对于这个问题， 是法线的变形，在文献23 第93页中给出如下： （2）其中式中 和是工件和夹具的弹性模量，、分别是工件和材料的泊松比。切向变形沿着和切线方向）硅业切力距有以下形式文献23第217页 （3）其中、 分别是工件和夹具剪切模量一个合理的接触刚度的线性可以近似从最小二乘获得适合式 （2），这就产生了以下线性化接触刚度值：在计算上述的线性近似， （4） (5)正常的力被假定为从0到1000N，且最小二乘拟合相应的R2值认定是0.94。2夹紧力优化 我们的目标是确定最优夹紧力，将尽量减少由于工件刚体运动过程中，局部的夹紧和加工负荷引起的弹性变形，同时保持在准静态加工过程中夹具工件系统平衡，工件的位移减少，从而减少定位误差。实现这个目标是通过制定一个多目标约束优化问题的问题，如下描述。2.1 目标函数配方工件旋转，由于部队轮换往往是相当小17的工件定位误差假设为确定其刚体翻译基本上，其中 、和 是 沿，和三个正交组件（见图2）。图2 工件刚体平移和旋转工件的定位误差归于装夹力，然后可以在该刚体位移的范数计算如下： （6）其中表示一个向量二级标准。 但是作用在工件的夹紧力会影响定位误差。当多个夹紧力作用于工件，由此产生的夹紧力为,有如下形式： （7）其中夹紧力是矢量，夹紧力的方向矩阵，是夹紧力是矢量的方向余弦，、和 是第i个夹紧点夹紧力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3.,C）。在这个文件中，由于接触区变形造成的工件的定位误差，被假定为受的作用力是法线的，接触的摩擦力相对较小，并在进行分析时忽略了加紧力对工件的定位误差的影响。意指正常接触刚度比，是通过（i=1，2L）和最小的所有定位器正常刚度相乘，并假设工件、取决于、的方向，各自的等效接触刚度可有下式计算得出（见图3），工件刚体运动，归于夹紧行动现在可以写成： (8)工件有位移，因此，定位误差的减小可以通过尽量减少产生的夹紧力向量 范数。因此，第一个目标函数可以写为：最小化 （9）要注意，加权因素是与等效接触刚度成正比的在、和 方向上。通过使用最低总能量互补参考文献15，23的原则求解弹性力学接触问题得出A的组成部分是唯一确定的，这保证了夹紧力和相应的定位反应是“真正的”解决方案，对接触问题和产生的“真正”刚体位移，而且工件保持在静态平衡，通过夹紧力的随时调整。因此，总能量最小化的形式为补充的夹紧力优化的第二个目标函数，并给出：最小化 （10）其中代表机构的弹性变形应变能互补，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守对角矩阵的， 和是所有接触力的载体。如图3 加权系数计算确定的基础内蒙古科技大学本科生毕业设计（外文翻译）2.2 摩擦和静态平衡约束在（10）式优化的目标受到一定的限制和约束，他们中最重要的是在每个接触处的静摩擦力约束。库仑摩擦力的法律规定（是静态摩擦系数）,这方面的一个非线性约束和线性化版本可以使用，并且19有： （11）假设准静态载荷，工件的静力平衡由下列力和力矩平衡方程确保（向量形式）： (12)其中包括在法线和切线方向的力和力矩的机械加工力和工件重量。2.3界接触力由于夹具工件接触是单侧面的，法线的接触力只能被压缩。这通过以下的的约束表（i=1，2,L+C） （13）它假设在工件上的法线力是确定的，此外，在一个法线的接触压力不能超过压工件材料的屈服强度（）。这个约束可写为： （i=1，2，,L+C） (14) 如果是在第i个工件夹具的接触处的接触面积，完整的夹紧力优化模型，可以写成：最小化 (15)3模型算法求解式（15）多目标优化问题可以通过求解约束24。这种方法将确定的目标作为首要职能之一，并将其转换成一个约束对。该补充（）的主要目的是处理功能，并由此得到夹紧力（）作为约束的加权范数最小化。对为主要目标的选择，确保选中一套独特可行的夹紧力，因此，工件夹具系统驱动到一个稳定的状态（即最低能量状态），此状态也表示有最小的夹紧力下的加权范数。 的约束转换涉及到一个指定的加权范数小于或等于，其中是 的约束，假设最初所有夹紧力不明确，要确定一个合适的。在定位和夹紧点的接触力的计算只考虑第一个目标函数（即）。虽然有这样的接触力，并不一定产生最低的夹紧力，这是一个“真正的”可行的解决弹性力学问题办法，可完全抑制工件在夹具中的位置。这些夹紧力的加权系数，通过计算并作为初始值与比较，因此，夹紧力式（15）的优化问题可改写为: 最小化 （16）由： (11)(14) 得。类似的算法寻找一个方程根的二分法来确定最低的上的约束, 通过尽可能降低上限，由此产生的最小夹紧力的加权范数。 迭代次数K，终止搜索取决于所需的预测精度和，有参考文献15： （17）其中表示上限的功能，完整的算法在如图4中给出。 图4 夹紧力的优化算法（在示例1中使用）。图5 该算法在示例2使用4 加工过程中的夹紧力的优化及测定上一节介绍的算法可用于确定单负载作用于工件的载体的最佳夹紧力，然而，刀具路径随磨削量和切割点的不断变化而变化。因此，相应的夹紧力和最佳的加工负荷获得将由图4算法获得，这大大增加了计算负担，并要求为选择的夹紧力提供标准， 将获得满意和适宜的整个刀具轨迹 ，用保守的办法来解决下面将被讨论的问题，考虑一个有限的数目（例如m）沿相应的刀具路径设置的产生m个最佳夹紧力，选择记为， ， ,在每个采样点，考虑以下四个最坏加工负荷向量： (18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的数字1，2，3分别代替对应的和另外两个正交切削分力，而且有：虽然4个最坏情况加工负荷向量不会在工件加工的同一时刻出现，但在每次常规的进给速度中，刀具旋转一次出现一次，负载向量引入的误差可忽略。因此，在这项工作中，四个载体负载适用于同一位置，（但不是同时）对工件进行的采样 ，夹紧力的优化算法图4，对应于每个采样点计算最佳的夹紧力。夹紧力的最佳形式有： (i=1,2,m) (j=x,y z,r) (19)其中是最佳夹紧力的四个情况下的加工负荷载体，(C=1，2，C)是每个相应的夹具在第i个样本点和第j负荷情况下力的大小。是计算每个负载点之后的结果，一套简单的“最佳”夹紧力必须从所有的样本点和装载条件里发现，并在所有的最佳夹紧力中选择。这是通过在所有负载情况和采样点排序，并选择夹紧点的最高值的最佳的夹紧力，见于式 （20）： （k=1，2，C） （20）只要这些具备，就得到一套优化的夹紧力，验证这些力，以确保工件夹具系统的静态平衡。否则，会出现更多采样点和重复上述程序。在这种方式中，可为整个刀具路径确定“最佳”夹紧力 ，图5总结了刚才所描述的算法。请注意，虽然这种方法是保守的，它提供了一个确定的夹紧力，最大限度地减少工件的定位误差的一套系统方法。5影响工件的定位精度它的兴趣在于最早提出了评价夹紧力的算法对工件的定位精度的影响。工件首先放在与夹具接触的基板上，然后夹紧力使工件接触到夹具，因此，局部变形发生在每个工件夹具接触处，使工件在夹具上移位和旋转。随后，准静态加工负荷应用造成工件在夹具的移位。工件刚体运动的定义是由它在、和方向上的移位和自转（见图2），如前所述，工件刚体位移产生于在每个夹紧处的局部变形，假设为相对于工件的质量中心的第i个位置矢量定位点，坐标变换定理可以用来表达在工件的位移，以及工件自转如下: (21)其中表示旋转矩阵,描述当地在第i帧相联系的全球坐标系和是一个旋转矩阵确定工件相对于全球的坐标系的定位坐标系。假设夹具夹紧工件旋转，由于旋转很小，故也可近似为： （22） 方程（21）现在可以改写为： （23）其中是经方程（21）重新编排后变换得到的矩阵式，是夹紧和加工导致的工件刚体运动矢量。工件与夹具单方面接触性质意味着工件与夹具接触处没有拉力的可能。因此，在第i装夹点接触力可能与的关系如下： （24）其中是在第i个接触点由于夹紧和加工负荷造成的变形，意味着净压缩变形，而负数则代表拉伸变形; 是表示在本地坐标系第i个接触刚度矩阵，是单位向量. 在这项研究中假定液压/气动夹具，根据对外加工负荷，故在法线方向的夹紧力的强度保持不变，因此，必须对方程（24）的夹紧点进行修改为： （25）其中是在第i个夹紧点的夹紧力，让表示一个对外加工力量和载体的61矢量。并结合方程（23）（25）与静态平衡方程，得到下面的方程组： （26）其中，其中表示相乘。由于夹紧和加工工件刚体移动，q可通过求解式（26）得到。工件的定位误差向量， （见图6），现在可以计算如下： （27） 其中是考虑工件中心加工点的位置向量，且 6模拟工作 较早前提出的算法是用来确定最佳夹紧力及其对两例工件精度的影响例如：1适用于工件单点力。2应用于工件负载准静态铣削序列 如左图7 工件夹具配置中使用的模拟研究 工件夹具定位联系; 、和全球坐标系。 3-2-1夹具图7所示，是用来定位并控制7075 - T6铝合金（127毫米127毫米38.1毫米）的柱状块。假定为球形布局倾斜硬钢定位器/夹具在表1中给出。工件夹具材料的摩擦静电对系数为0.25。使用伊利诺伊大学开发EMSIM程序参考文献26 对加工瞬时铣削力条件进行了计算，如表2给出例（1），应用工件在点（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬时加工力，图4中表3和表4列出了初级夹紧力和最佳夹紧力的算法 。该算法如图5所示 ，一个25.