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工艺 夹具 车床 刀架 机械 加工 镗孔 设计

资源描述：

摘要

车床小刀架是车床中的一个重要部件，有了它车床才能够对零件进行切削。

本次设计为车床小刀架加工工艺上的一个镗孔夹具（32H7）。在设计夹具时，主要以燕尾槽进行定位。利用螺栓与螺母进行夹紧操作。在设计该夹具时，根据零件的形状与尺寸来进行对夹具的结构设计。最后通过校核计算，来校核该夹具的强度是否满足要求。

该夹具的结构及操作简单，能大大提高劳动生产率。

关键词：车床小刀架，机械加工工艺，夹具。

内容简介：

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。 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 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。 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 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。 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 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。 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 。 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 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Li a a 4. a a 5. of . A , 8 EM 9 8of et 10 an to to of 11 a of of or of an to is of A) a in 213 A to an 14 to in A of of an of 15. 16 a A to of et 17 an by et 18 up as 19 a EA a of A. NN to 20 to A NN a 21 EM to D et 22 a GA of of as of or of be 23, so it is to to to of of to A is A EM to of is a to be at of be in a n be as 12:; :; s ; j 1; 2; :; n 12 3i 1; 2; :; p 4to at in of j is at is of at i) is i) is of is 1 to to is in is to to EA is a to to on A is to in is a a to A of on to in of A to as to of A to In A is by of Pc)of no of in a a or N, A A, In as A is to is to A to a A is if at it in ). 1 As a to it to A. 4), by or is it is to up In to to of be to is in is As 2, or is by in , Y is to in in be 8 as 65of s at of A be a to is to to EA 2 10 11 12 13 1415 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 2829 30 31 32 33 34 3536 37 38 39 40 41 4243 44 45 46 47 48 493 4 A of nd 5.4 of 00mm/of of 5.4 00 3. as is or by 37, 38,31 0, 9, 10, 11, 18, 17 6 26, 27, 34, 41,40 3. A of to of at it,at of to be to In in X, Y, Z)in X, Y). in Z) at by by , Y, Z 23is of so of it is to EA is to In to a is A as of to a of A be to a is to up A As in In in a GA if s of EA is EA be of a in 16, 18, 22 is in 5 of / / / 0 0 of 4. of is a .3 s 52.4 27 6.2 of an is 4. of is a .3 s 20 is on of . on of as on at ( ( ( is 6 专 业 机械加工工序卡片 产品型号 零 (部 )件图号 共 1 页 机械制造 产品名称 车床小刀架 零 (部 )件名称 车床小刀架 第 1 页 车 间 工 工序号 工序名称 材 料 牌 号 金工 6 钻 坯种类 毛坯外形尺寸 每 批 件 数 每 台 件 数 铸件 365 138 54 设备名称 设备型号 设 备 编 号 同时加工件数 钻床 夹具编号 夹具名称 工 位 器 具 编 号 工位器具名称 专用夹具 冷 却 液 工序工时 准 终 单 件 工 步 号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 (转 /分 ) 切削速度 (米 /分 ) 走刀量(毫米 /转 ) 吃 刀 深 度 (毫米 ) 走刀次数 工 时 定 额 描 图 机动 辅助 描 校 1 以燕尾槽定位，钻 32钻 20的孔 ) 专用夹具 195 4 1 2 扩钻 30专用夹具 89 4 1 底图号 3 扩钻 用夹具 89 4 1 4 镗 32用夹具 100 40 4 1 装订号 编制 (日期 ) 审核 (日期 ) 会签 (日期 ) 班级 姓名 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 专 业 机械加工工艺过程卡片 产品型号 零 (部 )件图号 共 1 页 机械制造 产品名称 车床小刀架 零 (部 )件名称 车床小刀架 第 1 页 材料牌号 坯 种类 铸件 毛坯外 形尺寸 365 138 54 毛坯件数 每台件数 备 注 工 工 序 车 工 工 时 序 工 序 内 容 设 备 工 艺 装 备 准 单 号 名 称 间 段 终 件 1 划线 划四周线及导轨的铣 、刨线。留加工余量 划线平台 2 铣 粗、精铣各面， 尺寸 138留余量 A 金工 用夹具 3 铣 校平直，对线铣燕尾槽各央面、倒角，刮削面均留余量 金工 用夹具 4 钳 按要求，研刮燕尾导轨各面 ；刮 5 磨 以燕尾导轨面校平垂直。磨 138两侧面，保证对称 6 镗 以燕尾导轨面定位，钻，扩，镗 32金工 用夹具 7 钻 以燕尾导轨面定位 ，钻、扩、铰各孔及台阶孔 金工 用夹具 具具用 描 图 8 划线 划螺纹等孔的中心线 9 钻 钻 、铰、锪各孔 金工 用夹具 描 校 10 钳 攻各螺纹孔，清除毛刺、锐角倒钝 11 检 成品检验，入 库 检 底图号 装订号 编制 (日期 ) 审核 (日期 ) 会签 (日期 ) 班级 姓名 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 毕业设计 (论文 ) 1 第一章 绪 论 机床夹具是在金属切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固地夹紧，以接受加工的工艺装备。它的主要作用是：可靠地保证工件的加工位置，提高加工效率，以减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性性。因此，机床夹具在机械制造中占有重要的地位。 而专用夹具是指专为某一工件的某一道工序的加工而专门设计的夹具，具有结构紧凑，操作迅速、方便等优点。专用夹具通常由使用厂根据 要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量大较的生产中。 专用夹具由定位装置、夹紧装置、对刀引导装置、其他元件及装置、夹具体。 位装 置 这种装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置，即通过 它使工件加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确的位置，如支承钉、支承板、 V 形块、定位销等。 紧装置 它的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受重力、惯性力以及切削力等外力作用而产生位移，同时防止或减小振动。它通常是一种机构，包括 夹紧元件 （ 如夹爪、压板等 ） ，增力及传动装置（如杠杆、螺纹传动副、斜楔， 凸轮等 ） 以及动力装置（如气缸、油缸）等。 刀 引导装置 它的作用是确定夹具相对于刀具的位置，或引 导刀具进行加工，如对刀块、钻套、镗套等。 他元件及装置 如定位件、操作件以及根据夹具特殊功用需要设置的一些装置，如分度装置、工件顶出装置、上下料装置等。 具体 用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，并与机床有关 部位 连接，以确定夹具相对于机床的装置。 就我而言，我希望能通过这 次 做 毕业设计对自己未来将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。由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 第二章 零件的分析 2 第二章 零件的分析 件的作用 题 目所给定 的车床小刀架 是车床的组成部件 ，它位于中拖板之上，主要作用是 安装方刀架，并带动刀架作手动进给运动， 转动 小刀架还可以用 来车削圆锥，倒角等 ，所以小刀架对于实现车床的功能，保证工件加工质量都是非常重要的 。 件的工艺分析 为引导小刀架在中刀架上移动， 此零件 有一对燕尾导轨 ,它们之间有一定的位置要 求。 燕尾导轨主要用来导向，所以其加工精度较高，由于是狭小的平面，故应采用刮削来保其精度。燕尾导轨定位属于组合表面定位，由于此零件生产批量较大，所以，设计一专用夹具来对其进行加工，以保证加工质量，提高生产率。 毕业设计 (论文 ) 3 第三章 工艺规程设计 定毛坯的制造形 式 零件材料为 虑到零件的 材料是铸铁 ， 形状比较复杂， 所以选用 砂型铸造 。 面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面的选择是正确与合理，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，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 准的选择 基准的选择 按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件 有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准）。 由于此零件的精度要求较高，每个面都需要加工， 按照粗基准选择原则：以要求加工余量均匀的重要加工表面作为粗基准， 所以选择该零件 上 的 燕尾形导轨面 为粗基准。 基准的选择 主要考虑基准重合的问题，当 定位 基准 与 工序基准不重合时，应该进行尺寸换算 。在镗 32时，用燕尾形导轨的中心线和底面作为精基准，这样，符合“基准重合”的原则，可以避免定位误差 。 订工艺路线 制订工艺路线的出发点，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，在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用通 用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，还应考 虑 选择经济效果，以便使生产成本尽量下降。 第四章 车床小刀加架工艺过程 4 第 四 章 车床小刀架工艺过程 根据以上分析，并结合零件形状结构等具体情况，制定如下工作过程： 工序 1划线 划四周及导轨面的铣、刨线 。 在划线平台上加工。留加工余量。 工序 2铣 粗 精铣上面及搭子， A 面留刮削余量 。 翻 面装夹，粗、精铣导轨顶面 粗、精铣四周各面，尺寸 138 留余量 工序 3 铣 校平直，对线 铣 燕尾导轨各面、倒角，刮削面均留余量 工序 4钳 按图纸上要求，研刮燕尾导轨各面；以燕尾导轨支承面为基面，刮 A 平面 工序 5磨 以燕尾导轨面校平垂直，磨 138 两侧面，保证对称 工序 6镗 以燕尾导轨面定位，镗 32镗孔夹具） 工序 7钻 以燕尾导轨面定位，钻、扩、铰 18，扩 26阶孔；钻、扩、铰20，扩 23 台阶孔 工序 8划线 划 212-10孔的孔位线 工序 9钻 钻、铰 2-10；对线钻 孔 1 个， 再钻 孔，锪 1713 孔； 6 底孔，锪 114。 工序 10钳 攻 21螺孔的螺纹；清除毛剌、锐角倒钝 工序 11检 成品检验 入库 毕业设计 (论文 ) 5 第 五 章 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “车床小刀架”零件材料为 产类型为大批生产，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 及毛坯尺寸如下： 考虑其加工长度为 365,宽度为 138,高度为 46,54,为简化铸造毛坯的外形，现直接取加工长度为 400,宽度为 143,高度为 50,59。除特殊几个表面外，其余的表面粗糙度值为 需要要求粗加工，但考虑到有些面要求精度较高。为留有一定的加工余量，此时表面余量 Z 4能够满足加工要求。 第六章 确定切削和用量及基本工时 6 第 六 章 确定切削和用量及基本工时 序 1. 划线 划四周及导轨面的铣、刨线。保证各个尺寸留有 4 序 2铣 粗、精铣 138 130、 200 138、 40 33 的平面，翻转装夹，粗、精铣导轨 顶面（即 78 295 平面 ） ， 粗、精铣四周各面（即铣平面 138 42,138 54,粗，精 铣 365 30 的两 平面。 铣 138 130 平面，同时检验机床功率。 加工材料 200件 工件尺寸 宽度 为 130,长度为 138 的平面 加工要求 用标准锥齿圆柱铣刀粗铣，加工余量 h=3,用乳化液冷却。机 床 试求： (1)刀具； (2)切削用量； (3)基本工时； 解： 1)铣刀直径的大小直接影响切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任意选取，切削用 量简明手册表 作为参考，根据表 削宽度 长孔 )，这时镗杆导向部分直径 d 应小于所加工孔的直径，镗杆可深入加工孔内，因而缩短悬伸量和镗杆总长，此时在镗套内开有引刀槽，使单刃镗刀可以通过镗套。（本工件虽然是加工能孔，但也可以用这种镗套，所以本工序加工就用单面后镗套）。除这两种镗套外，还有 双面单镗套、单面双镗套。由于本工序不 采用这两种镗套，所以就不再一一介绍。 镗杆的回转中心位置是由镗模支架上的镗套来保证的，因此，镗套的结构和 精确度在很大程度上影响到加工孔的精度和粗糙度。 毕业设计 (论文 ) 27 （ 1）固定式镗套 固定式镗套与钻套基本相似，它固定在镗模的导向支架上而不随镗杆一起转 动，镗杆与镗套这间的相对移动 和相对转动，使接触面 间产生摩擦和磨损。在 高速镗孔时，由于摩擦和热变形，工作表面将快速磨损， 严重时镗杆和镗套 之间可能会“咬死”。为减轻固定镗套的磨损，可以采取增强润滑和用耐磨材料 （如青铜或粉末冶金材料）作镗套。 固定式镗套的优点是形状尺寸小，结构简单，镗套中心精度高。因此，一般 扩孔，镗孔时，广泛应用固定式镗套。（本工序就采用固定式镗套）。 （ 2）回转式镗套 具设计 1定位基准的选择 由零件图可知， 32 的孔的定位基准应选取以燕尾槽定位。其设计基准为工件燕尾槽。 精镗时所受的 力： 圆周力 y=530 x=451床夹具设计手册表 1中：切削深度 t=转进给量 s=正系数 参考机床夹具设计手册表 1此 , 算切削力时，必须把安全系数考虑在内。 安全系数 其中： 为基本安全系数 为加工性质系数 为刀具钝化系数 为断续切削系数 所以， K=z =x =么所需克服的 切削力 P = 222222 第七章 夹具设计 28 由于工件以两平面定位，夹紧力与切削力方向 垂直，根据机床夹具设计手册表 1 2 11,查得夹紧力的计算公式为： N) 式中： u = 夹紧元件与工件间的摩擦系数 由机床夹具设计手册表 1 2 12，工件为加工过的表面，摩擦系数为： 所以： N 定位误差分析： 定位误差是由基准位置误差和基准不重合误差组成，公式为： 不重合位置定位 在本道工序中，定位的主要基准面为燕尾槽导轨面，定位基准与工序基准 重合 ，故不重合为 0,则 位置不重合位置定位 在图中可看出，侧面与加工孔间有一定位置精度要求，且最大的变动量为 ，即 以， )(5.0 位置定位 即最大定位误差能满足零件精度要求。 紧元件强度效核 在此夹具中， 主要的夹紧元件是螺柱与螺母，此时 夹紧零件所需力主要是螺柱的拉力。 抗拉强度是指材料所能承受的最 大拉应力，它表征了抵抗断裂的能力， 根据 机械制造实践第页，由0来计算。 式中， N)。 0F试样原始横截面积 ( 2m ) 材料的抗拉强度容易测定，数值也较准确。和是 选材的重要指标。在设计零件及构件时，若不允许产生塑 性变形，应以s来校核强度，如空气压缩机缸盖螺栓等； 若只要求使用中不断裂，则以b来校核强度，如一般机床上 的联接 螺栓等。 用b作强度指标时，应采用较大安全系数。 对脆性材料必须用b作 强度指标。 螺杆的材料为 45 钢，抗拉强度为b 600查机械工程材料表 取安全系数 n=许 用挤压应力： )( p 毕业设计 (论文 ) 29 而材料的抗拉强度为：0 b ,故螺栓安全可用 准件的选用 母 根据机械零件设计手册 第三版 上 母 表 6 44 螺母汇总表 选用钢结构用高强度大 六 角螺母 83。此螺母应用在与相应的结构用高强度螺栓、垫圈配套使用，用于钢结构件。 垫圈 根据机械 零件设计手册第三版 上 圈和挡圈 表 6 61 垫圈和挡圈汇总表，采用平垫圈 A 级。这种垫圈一般用于金属零件，以增加支承面，遮盖较大的眼孔，以及防止损伤零件表