0062-工艺夹具-基于普通机床的后托架及夹具的设计开发（钻、镗、铣共4套夹具）
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基于普通机床的后托架及夹具的设计开发
摘要：机床后托架的是机床上的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂复杂。但因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工工艺的确设计也是非常关键和重要的。
在制定工艺过程中，可将其分为两部分，即工艺设计部分和夹具设计部分。要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。对于夹具的设计，车床后托架镗、铣、钻等工序使用了专用夹具和定位方案，此类夹具的特点是针对性强、结构紧凑、操作简便、生产率高。从而保证夹具操作方便、夹紧力可靠、使用安全、并有合理的装卸空间。本设计中将书本理论和实际使用要求相结合，完成了车床后托架的加工工艺规程的设计。
关键词： 工序 工艺 工步 定位方案 夹紧力
- 内容简介：
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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 外文翻译资料 1 机电一体化技术及其应用研究 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。 数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 能化 即要求机电产品有一定的智能 ,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在 控机床上增加人机对话功能，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而 有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化 方向发展。 性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在外文翻译资料 2 色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(称 指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制 电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针， 1988 年美国加州大学 校研制出第一个微电机以来，国内外在艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种 件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程 中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 色化 技术的发展给人们的生活 带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁中应用 在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数外文翻译资料 3 据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 能化控制技术 (由于钢铁具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经等，智能控制技术广泛于钢铁的产品设计、生产、控制、设备与产品质量 诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢 连铸 轧钢综合调度系统、冷连轧等。 布式控制系统 ( 分布式控制系统采用一台中央机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。 有特 点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。 监视集中控制分散，故障面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 放式控制系统 (开放控制系统 (计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家 产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 算机集成制造系统 (钢铁企业的 将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控外文翻译资料 4 制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应钢铁生产的要求。 未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 。 场总线技术 ( 现场总线技术 ( 连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术 (如 4 20 C 直 流传输 )就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去 66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化 现场就地控制站等的发展。 流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于 交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 毕 业 设 计 任 务 书 2008 年 2 月 19 日 毕业设计题目 基于 普通 机床 的 后托架 及 夹具 的 设计 开发 指导教师 职称 专业名称 班级 学生姓名 学号 设计要求 3000 字以上） 床后托架加工工艺的设计 ； 床后托架加工专用夹具的 设计； 计 图纸。 完成毕业课题的计划安排 序号 内容 时间安排 1 熟悉课题，可行性方案分析及方案论述； 2 确定加工顺序和工序内容，安排工序的集中和分散程度，划分工序阶段并进行加工余量 工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析 ； 3 设计 床后托架专用夹具 ,同时检测夹具是否满足 工件定位，定位精度 等技术要求； 4 完成设计图纸，写毕业论文； 5 修改、完善毕业论文，并做答辩准备。 6 答辩 答辩提交资料 外文资料翻译，毕业设计调研报告，毕业设计说明书，相关图纸。 计划答辩时间 分类号 密级 毕业设计说明书 题 目 基于 普通 机床 的后托架及 夹具 设计 开发 英文并列题目 on 毕业设计 I 基于普通 机床的后托架及夹具的设计开发 摘要： 机床后托架的是机床上的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂复杂 。但 因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工 工艺的确设计也 是非常关键和重要的。 在制定工艺过程中， 可将其 分为两部分，即工艺设计部分和夹具设计部分 。 要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀 长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。 对于夹具的设计， 车床后托架镗、铣、钻等工序使用 了 专用夹具 和定位方案 ，此类夹具的特点是针对性强、结构紧凑、操作简便、生产率高。从而保证夹具操作方便、夹紧 力 可靠、使用安全、并有合理的装卸空间。 本设计中将书本理论和实际使用要求相结合，完成了 车床后托架的加工工艺规程的设计。 关键词 ： 工序 工艺 工步 定位方案 夹紧力 毕业设计 on is an of is of of of or it is of is a In be of To of of of of of of to of of is to to of of of of s 业设计 目 录 第 一 章 引言 . 1 1 1 加工工艺的现状和发展趋势 2 1 2 床后托架加工工艺设计的目的、内容 和 要求 2 1 2 1 设计的目的 2 1 2 2 设计的内容 2 1 2 3 设计的要求 3 第 二 章 床后托架的加工工艺 的 整 体设计 4 2 1 床后托架的工艺要求及 其 分析 . 4 2 2 床后托架的工艺要求及其分 . 4 2 2 1 床后托架的技术要求 . 4 2 3 床后托架的 加工工艺过程 . 5 2 4 确定 床后托架的 各表面加工方案 . 5 2 4 1 在选择各表面及孔的加工方法时， 要 综合考虑以下因素 . 5 2 4 2 平面的加工 . 6 2 4 3 孔的加工方案 . 6 2 5 确定 各加工部位的 定位基准 . 6 2 5 1 粗基准的选择 . 6 2 5 2 精基准选择的原则 . 7 2 6 制 订 工艺路线 . 7 2 6 1 工序的合理组合 . 8 2 6 2 工序的集中与分散 . 8 2 6 3 加工阶段的划分 . 9 2 6 4 加工工艺路线方案的比较 . 10 2 6 5 设计 加工工艺卡片 14 2 7 机床后托架 偏差，加工余量，工序 尺寸 及毛坯尺寸的确定 . 18 2 7 1 毛坯的结构工艺要求 . 18 2 7 2 机床后托架 的 偏差计算 . 18 2 8 确定切削用量及基本工时 . 21 2 8 1 工序 一 粗、精铣底面 . 21 毕业设计 2 8 2 工序 二 粗、半精、精镗 面三杠孔 . 22 2 8 3 工序 三 钻顶面四孔 . 28 2 8 4 工序 四 钻侧面两孔 . 31 2 9 时间定额计算及生产安排 . 32 2 9 1 粗、精铣 工件 底面 . 33 2 9 2 镗侧面三 个 杠孔 . 33 2 9 3 钻 工件 顶面四孔 . 34 第 三 章 专用夹具设计 . 36 3 1 铣平面夹具 的 设计 . 36 3 1 1 检查 原始 材 料 . 36 3 1 2 选择 定位基准 . 36 3 1 3 切削力及夹紧分析计算 . 36 3 1 4 误差分析与计算 . 37 3 1 5 夹具设计 和 操作的简要说明 . 37 3 2 镗孔夹具 的 设计 . 38 3 2 1 研究原始质料 . 38 3 2 2 定位基准的选择 . 38 3 2 3 切削力及夹紧力的计算 . 38 3 2 4 误差分析与计算 . 39 3 3 钻顶面四孔夹具 的 设计 . 40 3 3 1 研究原始质料 . 40 3 3 2 定位基准的选择 . 40 3 3 3 切削力及夹紧力的计算 . 40 3 3 4 误差分析 和 计算 . 41 3 3 5 夹具设计及 操作的简要说明 41 第四章 总 结 . 43 致谢 . 45 参考文献 . 46 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 1 第 一 章 引言 1 1 机械 加工工艺的现状和发展趋势 近年来，机械制造工艺有着飞速的发展。比如， 应用人工智能选择零件的工艺规程 。因为 特种加工的微观物理过程非常复杂，往往涉及电磁场、热力学、流体力学、电化学等诸多领域，其加工机理的理论研究极其困难 ,通常很难用简单的解析式来表达。近年来，虽然各国学者采用各种理论对不同的特种加工技术进行了深入的研究，并取得了卓越的理论成就，但离定量的实际应用尚有一定的距离。然而采用每一种特种加工方法所获得的加工精度和表面 质量与加工条件参数间都有其规律。因此，目前常采用研究传统切削 加工机理的实验统计方 法来了解特种加工的工艺规律，以便实际应用，但还缺乏系统性。 为了能具体确切的说明过程，使工件能按照零件图的技术要求加工出来，就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产的指导性技术文件，学习研究制定机械加工工艺规程的意义与作用就是本课题研究目的。 在整个设计过程中 ,我们将学习到更多的知识。 （ 1）我们必须仔细了解零件结构，认真分析零件图 ,培养我们独立识图能力 ,增强我们对零件图的认识和了解 ,通过对零件图的绘制 ,不仅能增强我们的绘图能力和运用 （ 2）制订工艺规程、确定 加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等。在整个设计中也是非常重要的 ,通过这些设计 ,不仅让我们更为全面地了解零件的加工过程、加工尺寸的确定 ,而且让我们知道工艺路线和加工余量的确定 ,必须与工厂实际的机床相适应。 这对以前学习过的知识的复习 ,也是以后工作的一个铺垫。 （ 3）在这个设计过程中 ,我们还必须考虑工件的安装和夹紧 安装是否方便和迅速 ,又会影响辅助时间的长短 ,从而影响生产率 ,夹具是加工工件时 ,为完成某道工序 ,用来正确迅速安装工件的装置 高 生产率和减轻工人劳动量有很大作用。这是整个设计的重点 ,也是一个难点。 这是整个设计的重点 ,也是一个难点。 受其限制，目前特种加工的工艺参数只能凭经验选取，还难以实现最优化和自动化，例如，电火花成形电极的沉入式 加工工艺，它在占电火花成形机床总数 95%以上的非数控电火花成形加工机床和较大尺寸的模具型腔加工中得到广泛应用。虽然已有学者对其 理开展了一些研究，并取得了一些成果，但由于工艺数据的缺乏，仍未有成熟的商品化的 统问世。通常 只能采用手工的方法或无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 2 部分借助于 型、部 分生成复杂电极的三维型面数据。随着模糊 数学、神经元网络及专家系统等多种人工智能技术的成熟发展，人们开始尝试利用这一技术 来建立加工效果和加工条件之间的定量化的精度、效率、经济性等实验模型，并得到了初步 的成果。因此，通过实验建模，将典型加工实例和加工经验作为知识存储起来，建立描述特 种加工工艺 规律的可扩展性开放系统的条件已经成熟。并为进一步开展特种加工加工工艺过程的计算机模 拟，应用人工智能选择零件的工艺规程和虚拟加工奠定基础。 1 2 机床后托架加工工艺设计的目的、内容 和 要求 1 2 1 设计的目的 床后托架的是 床上的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂复杂，但侧面三杠孔和底面的精度要求较高，此外还有对精度要求不是很高的顶面的四孔要求加工，后托架上的底面和侧面三杠孔的粗糙度要求都是 以都要求精加工。其三杠孔的中心线和底平面，有平面度的公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工是非常关键和重要的。 机床设计毕业设计，其目的在于通过 对 床 后托架加工工艺 的 设计，使我们在拟定 加工工艺 方案 的 过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。 1 2 2 设计的内容 （ 1）工序的划分 确定加工顺序和工序内容，安排工序的集中和分散程度，划分工序阶段，这项工作与生产纲领有密切关系，具体可以根据生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等。生产条件确定工艺过程的工序次数；如批量小时可采用 在通用机床上工序集中原则，批量大时即可按工序分散原则，组织流水线生产，也可利用高生产率的通用设备，按工序集中原则组织生产。 （ 2）定位基准的选择 根据粗基准，精基准的选择原则；遵循基准统一、基准重合。由零件图具体分析可得：床后托架首先以一个侧面和一个孔为粗基准，对底平面 A 进行粗加工，再以底平面 A 为基准加工孔。 （ 3）毛坯的选择： 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 3 根据生产纲领和零件结构选择毛坯，毛坯的类型一般在零件图上已有规定。对于铸件和锻件应了解其分模面、浇口、冒口位置和拔模率，以便在选择定位基准和计算加工余量时有所考虑。如 果毛坯是棒料或型材，则按其标准确定尺寸规格，并决定每批加工件数。 （ 4）工艺路线的拟订 表示零件的加工顺序及加工方法，分出工序，安装或工位及工步等。并选择各工序所使用的机床型号、刀具、夹具及量具等。拟订工艺路线从实际出发，理论联系实际和工人结合起来。常常需要提出几个方案，进行分析比较后再确定。 1 2 3 设计的目的 对机械加工工艺规程基本要求可归结为质量、生产率和经济性。虽然有时互相矛盾，但只要把它们处理好，就会成为一个统一体。在三个要求中，质量是首要的。质量表现在机械产品的各项技术性能指标，质量不能保证 ，根本谈不上数量；质量和生产率之间是密切联系的，在保证质量的前提下，应该不断地最大限度地提高生产率，满足生产量的要求。如果两者矛盾，则生产率要服从于质量，应在保证质量的前提下解决生产率问题。在保证质量的前提下，应尽可能的节约耗费，减少投资，降低制造成本，这就是经济性。 因此， 床后托架的工艺规程设计应该体现质量、生产率和经济性的统一，达到经济合理及可行的目的。 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 4 第 二 章 床后托架加工工艺的整体设计 2 1 床后托架加工工艺 分析 （ 1） 制订 床后托架加工工艺规程，关键是工序的划分和定位基准的选择。在设计开始的过程中，我们必须要认真分析零件图，了解其零件的结构特点和相关的技术要求，对零件的每一个细节，都应仔细的分析，如 零件 加工表面的平行度、粗糙度、垂直度，特别是要注意 后托架 零件各孔系自身精度（同轴度、圆度、粗糙度等）和它们的相互位置精度（轴线之间的平行度、垂直度以及轴线与平面之间的平行度、垂直度等要求）， 后托架 零件的尺寸是整个零件加工的关键，必须弄清箱体零件的每一个尺寸。绘制零件图是一个重点，同时因为零件比较复杂 ,所以也是一 个难点。我们采用 件绘制零件图，一方面增加我们对零件的了解认识，另一方面增加我们对 件的熟悉。 （ 2） 床后托架的是机床的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状不是很复杂，但侧面三杠孔和底面的精度要求较高，此外还有顶面的四孔要求加工，但是对精度要求不是很高。后托架上的底面和侧面三杠孔的粗糙度要求都是 所以都要求精加工。其三杠孔的中心线和底平面有平面度的公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状精 度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工是非常关键和重要的。 2 2 床后托架的工艺要求及 其 分析 一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。 2 2 1 床后托架的技术要求 如 （附 图 四） 所示要求加工的有三组加工 。底面、侧面三孔、顶面的四个孔、以及左视图上的两个孔。 (1) 以底面为主要加工的表面，有底面的铣加工，其底面的粗糙度要求是 a ，平面度公差要求是 (2) 另一组加工是侧面的三孔，分别为 a 要求的精度等级分别是 8 7 7 (3) 以顶面为住加工面的四个孔，分别是以 132 和 202 为一组的阶梯空，这组孔的表面粗糙度要求是 50 a ，以及以 132 和 102 的阶梯孔，其中 102 是装配铰无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 5 孔，其中 132 孔的表面粗糙度要求是 50 a ， 102 是装配铰孔的表面粗糙度的要求是 a 。 (4) 床后托架毛坯的选择金属行浇铸，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。 单边余量一般在 ，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因为床后托架的重量只有 年产量是 5000 件，由 7中表 知是中批量生产 。 2 3 床后托架的 加工工艺过程 由以上分析可知。该箱体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 床后托架来说，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。 由上面的一些技术条件分析得知 ： 床后托架的是机床的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状不是很复杂，但侧面三杠孔和底面的精度要求较高，此外还有顶面的四孔要求加工， 托架的尺寸精度，形状机关度以及位置机精度要求都很高，就给加工带来了困难，必须重视。 2 4 确定各表面加工方案 一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计 床后托架的加工工艺来说， 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，应选择价格较底的机床。 2 4 1 在选择各表面及孔的加工方法时，要综合考虑以下因素 ： (1) 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。 (2) 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在 小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而 在大批量生产时采用拉削加工。 (3) 要考虑被加工材料的性质，例如，淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 6 (4) 要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。 (5) 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。 选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为 面粗糙度为 要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车 半精车 淬火 粗磨。 2 4 2 平面的加工 由参考文献 7中表 以确定，底面的加工方案为底平面：粗铣 精铣（ 97 ），粗糙度为 般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。 2 4 3 孔的加工方案 (1) 由参考文献 7中表 定，以为孔的表面粗糙度 为 选侧孔（ ， ）的加工顺序为：粗镗 精镗。 (2) 为孔的表面粗糙度的要求都不高，是 50所以我们采用一次钻孔的加工方法，132 的孔选择的加 工方法是钻，因为 202 的孔和 132 是一组阶梯孔，所以可以在已经钻了 132 的孔基础上再锪孔钻锪到 202 ，而另一组 132 和 102 也是一组阶梯的孔，不同的是 102 的孔是锥孔，起表面粗糙度的要求是 a ，所以全加工的方法是钻 扩 铰。 2 5 确定 各加工部位的 定位基准 2 5 1 粗基准的选择 选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。 粗基准选择应当满足以下要求： (1) 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目 的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 (2) 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 (3) 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余 量。 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 7 (4) 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 (5) 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证 床后托架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从 床后托架零件图分析可知，选择侧面三孔作为 床后托架加工粗基准。 2 5 2 精基准选择的原则 (1) 基 准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 (2) 基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。 (3) 互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反 复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。 自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。 此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证 床后托架在整个加工过程中基本上都能用统一 的基准定位。从 床后托架零件图分析可知，它的底平面与侧面三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。至于两侧面，因为是非加工表面，所以也可以用与顶平面的四孔的加工基准。 选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。 2 6 制 订 工艺路线 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 8 对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。 床后托架的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。 后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。 2 6 1 工序的合理组合 确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则： (1) 工序分散原则 工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 (2) 工序集中原则 工序数目少 ，工件装 、 夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。 一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。 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 2 6 2 工序的集中与分散 制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。 (1) 工序集中的特点 工序数目少，工件装，夹 次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。 (2) 工序分散的特点 工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 工序集中与工序分 散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 9 合分析决定采用那一种原则。 一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。 由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。 2 6 3 加工阶段的划分 零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段： (1) 粗加工阶段 粗加 工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。 粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为 糙度为 00m。 (2) 半精加工阶段 半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工 余量。半精加工的公差等级为 面粗糙度为 m。 (3) 精加工阶段 精加工阶段切除剩余的少量加工余量 ,主要目的是保证零件的形状位置几精度 ,尺寸精度及表面粗糙度 ,使各主要表面达到图纸要求 可防止或减少工件精加工表面损伤。 精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为 面粗糙度为 (4) 光整加工阶段 对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度 精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为 此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。 但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 10 整个加工过程而言的，不能以某一表面 的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。 2 6 4 加工工艺路线方案的比较 在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。 见下表 2 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 11 表 2工工艺路线方案比较表 工序号 方案 方案 工序内容 定位基准 工序内容 定位基准 010 粗铣底平面 A 侧面和外圆 粗、精铣底平面A 侧面和外圆 020 精铣底平 A 粗 侧面和外圆 粗镗孔： 40 、 底面和侧面 040 钻、扩孔： 40 、 底面和侧面 半精镗孔：40 、 、 底面和侧面 050 粗铰孔： 40 、 底面和侧面 精镗孔： 40 、 底面和侧面 060 精铰孔： 40 、 侧面和两孔 粗铣油槽 底面和侧面 070 粗铣油槽 底面和侧面 钻： 10 、 13 底面和侧面 080 锪钻孔： 42 底面和侧面 扩孔 13 底面和侧面 090 钻： 10 、 13 底面和侧面 精铰锥孔： 10 底面和侧面 110 扩孔 13 底面和侧面 锪钻孔： 10 、13 底面和侧面 120 精铰锥孔： 10 底面和侧面 去毛刺 底面和侧面 130 锪钻孔： 10 、13 底面和侧面 钻： 6M 、 6 140 钻： 6M 、 6 攻螺纹 6M 150 攻螺纹 6M 锪平面 160 锪平面 倒角去毛刺 160 倒角去毛刺 检验 170 检验 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 12 加工工艺路线方案的论证： (1) 方案在 120 工序中按排倒角去毛刺，这不仅避免划伤工人的手，而且给以后的定位及装配得到可靠的保证。 (2) 方案在 010 工序中先安排铣底平面，主要是因为底平面是以后工序的主要定位面之一，为提高定位精度。 (3) 方案符合粗精加工分开原则。 由以上分析：方案为合理、经济的加工工艺 路线方案。 具体的工艺过程如下表 2 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 13 表 2工工艺过程表 工序号 工 种 工作内容 说 明 010 铸造 金属型铸造 铸件毛坯尺寸：长： 宽： ： 孔： 、 、 36 020 清砂 除去浇冒口，锋边及型砂 030 热处理 退火 石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工 040 检验 检验毛坯 050 铣 粗铣、精铣底平面 A 工件用专用夹具装夹；立式铣床 )52( 060 粗镗 粗镗镗孔： 工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（ 68T ） 070 铣 粗铣油槽 080 半精镗 半精镗镗孔： ， 工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（ 68T ） 090 精镗 精镗镗孔： 工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（ 68T ） 100 钻 将孔 132 、 102 、 202 钻到直径 0 工件用专用夹具装夹；摇臂钻床 )3025(Z 110 扩孔钻 将 132 扩孔到要求尺寸 120 锪孔钻 锪孔 13 、 202 到要求尺寸 130 铰 精铰锥孔 102 140 钳 去毛刺 150 钻 钻孔 6M 、 6 工件用专用夹具装夹；摇臂钻床 )3025(Z 160 攻丝 攻螺纹 6M 170 钳 倒角去毛刺 180 检验 190 入库 清洗，涂防锈油 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 14 2 6 5 设计 加工工艺卡片 在加工过程中，加工人员需要参照工艺卡片进行加工，所 以要求工艺卡片的内容要简明扼要，用最少的文字说明加工的主要技术要求。 （ 1） 如 下图为工艺卡片 2 工艺卡片 2- 1 加工工艺卡片 2体而清晰的将 05、 06 两道工序及其所需要的加工工具描述出来，省去了文字叙述，简洁而方便。便于加工人员在加工的过程中随时查阅。 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 15 （ 2） 如下图为工艺卡片 2 工艺卡片 2- 2 在加工工艺卡片 2，主要加工 床后托架侧面的 3 个 孔， 它们的半径 分别为： ， ， 40 ，在 080 步工序中先分别对 3 个孔进行半精镗，有利于下一步的加工；在 090 步工序中，分别对 3 个杠孔进行了精镗，进一步细化的加工使孔的尺寸更精确、表面粗糙度达到各方面的技术要求。 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 16 （ 3） 如下图为工艺卡片 2 工艺卡片 2- 3 在工艺卡片 2包含了 100 和 110 两步工序，其中第 100 步工序进行的是使用钻床加工 4 个大小及工艺要求都相同的直径为 10 的孔，因为 其他表面粗糙度等技术要求已经在上面的步骤中完成，所以可以直接进行加工。在第 110 步工序中，进行的是扩孔， 2个孔的直径都为 13 ，各方面的技术要求也相同 ，而且孔直径大小在 的范围内，因此采取“钻 加工顺序。 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 17 （ 4） 如下图为工艺卡片 2 工艺卡片 2- 4 工艺卡片 2括 120 和 130 两步工序，其中 120 步工序中又包含了 2 个工步， 首先是锪 直径为 20 的 2 个相同的孔，然后进行的是锪直径为 13 的孔；第 130 步 工序可分为 3个工步：钻直径为 6 的孔，组那直径为 6 的螺纹孔，对 螺纹孔进行攻丝。 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 18 2 7 机床后托架的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 床后托架的铸造采用的是铸铁制造，其材料是 度 150产类型为中批量生产，采用铸造毛坯。 2 7 1 毛坯的结构工艺要求 (1) 床后托架为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求： 铸件的壁厚应和合适，均匀，不得有突然变化。 铸造圆角要适当，不得有尖角。 铸件结构要尽量简化，并要有和合理 的起模斜度，以减少分型面、芯子、并便于起模。 加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。 铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。 毛坯形状、尺寸确定的要求 (2) 设计毛坯形状、尺寸还应考虑到： 各加工面的几何形状应尽量简单。 工艺基准以设计基准相一致。 便于装夹、加工和检查。 结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。 在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用 昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。 2 7 2 机床后托架的偏差计算 (1) 底平面的偏差及加工余量计算 底平面加工余粮的计算，计算底平面与孔（ 的 中心线的尺寸为 。根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下： 粗铣：由参考文献 5中表 余量值规定为 现取 表 。 精铣：由参考文献 7中表 余 量值规定为 铸造毛坯的基本尺寸为 ，又根据参考文献 7中表 件尺寸公差等级选用 查表 得铸件尺寸公差为 。毛坯的名义尺寸为： 无锡职业技术学院毕业 设计（论文） 19 毛坯最小尺寸为： 毛坯最大尺寸为： 粗铣后最大尺寸为： 粗铣后最小尺寸为： 精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即与侧面三孔（ 的中心线的尺寸为 。 (2) 正视图上的三孔的偏差及加工余量计算 参照参考文献 7中表 参考文献 15中表 1以查得： 孔 粗镗的精度等级： 12表面粗糙度 5 ，尺寸偏差是 半精镗的精度等级： 10表面粗糙度 ，尺寸偏差是 精镗的精度等级： 7表面粗糙度 ，尺寸偏差是 孔 镗的精度等级： 12表面粗糙度 5 ，尺寸偏差是 半精镗的精度等级： 10表面粗糙度 ，尺寸偏差是 精镗的精度等级： 7表面粗糙度 ，尺寸偏差是 孔 镗的精度等级： 12表面粗糙度 5 ，尺寸偏差是 半精镗的精度等级： 10表面粗糙度 ，尺寸偏 差是 精镗的精度等级： 7表面粗糙度 ，尺寸偏差是
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