0078-工艺夹具-铣床升降台机械加工工艺规程设计
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工艺
夹具
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设计
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1.1零件的作用
题目所给的零件是卧（立）式铣床中的升降台，它可沿着床身的垂直导轨上下移动，以适应不同高度工件的加工。升降台上装有床鞍，它可沿着升降台的水平导轨作横向移动。升降台内装有进给电动机和进给变速、传动机构和操纵机构，使工作台、床鞍和升降台分别作纵向、横向、升降的进给以及快速移动。
1.2零件的工艺分析
从所给升降台这个零件图可知，它一共有四组加工表面，而这四组加工表面之间有一定的位置要求，现将这四组加工表面分述如下：
（1）以导轨平面为中心的加工表面
这一组表面包括：与导轨平面平行的尺寸为 mm的压板面，尺寸为 mm的与导轨平面平行的中间盖板面以及 80J7mm的孔，左面限位开头，右面窗口面和导轨平面。
（2）以80J7mm孔的中心的加工表面
这一组加工表面包括：二个 80J7mm的孔及一个 72H7mm的孔，还有在平面上的三个M10的螺孔。其中，主要加工表面为 80J7mm的两个孔。
（3）以后导轨面为中心的加工表面
这一组加工表面包括：后导轨面，后面，前面， 空刀面， 后斜面，燕尾槽，水平导轨平面。
（4）以 mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括： mm孔及 端面。
这四组加工表面之间有着一定的位置精度要求，主要是：
（1） 80J7mm孔与导轨平面的平行度公差为0.04mm；
（2）两 80J7mm孔的同轴度公差为0.04mm；
（3）导轨平面与压板面的平行度公差为0.2mm；
（4）导轨平面与 空刀面的垂直度公差为0.04/300；
（5）导轨平面与燕尾槽面的垂直度公差为300:0.02；
（6）后导轨平面与水平导轨立面垂直度公差为0.02/300；
（7） mm孔与燕尾槽面的平行度公差为0.04mm。
由以上分析，对于这四组加工表面而言，我们可以先加工其中一组表面，然后借助专用夹具对其它组表面加工，并且保证它们之间的位置精度要求。
- 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 专 业 机械加工工序卡片 产品型号 零 (部 )件图号 共 1 页 机制 产品名称 卧（立）式铣床 零 (部 )件名称 升降台 第 1 页 车 间 工 工序号 工序名称 材 料 牌 号 机加 40 镗孔 坯种类 毛坯外形尺寸 每 批 件 数 每 台 件 数 铸件 838 436 655 1 1 设备名称 设备型号 设 备 编 号 同时加工件数 卧式镗床 1 夹具编号 夹具名称 工 位 器 具 编 号 工位器具名称 镗模 冷 却 液 工序工时 准 终 单 件 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 粗镗孔到 77 45 通孔 镗刀 315 76 底图号 2 半精镗孔至 79 45 通孔 镗刀 500 124 3 精 镗刀 630 158 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 3 页 机制 产品名称 卧（立）式铣床 零 (部 )件名称 升降台 第 1 页 材料牌号 坯 种类 铸件 毛坯外 形尺寸 838 436 655 毛坯件数 1 每台件数 1 备 注 工 序 号 工 序 名 称 工 序 内 容 车 间 工段 设 备 工 艺 装 备 工 时 准 终 单 件 5 划 1以导轨中槽尺寸 136及丝杠 200分中，保证导轨各面 机加 划线台 加工余量均匀， 划左右各面加工线 2以中槽尺寸 118为基准，保证导轨各面加工余量均匀 划上下各面加工线 3以尺寸 138为基准，保证导轨各面加工余量均匀，划 前后各面加工线 10 铣 按线找正，铣底面 机加 铣刀 图 15 铣 粗铣导轨平面，中 间盖板面；粗铣左面限位开关 机加 铣刀 0 铣 按线找正，粗、精铣右面窗口面 机加 铣刀 校 25 刨 粗刨、半精刨导轨两外侧立面、导轨立面；半精刨导轨 机加 刀，样板，角尺 面、中间盖板面；粗刨、半精刨两压板面；刨导轨空 底图号 刀槽 45662 ；刨压板面 142 空刀槽 30 刨 粗刨、半精刨后面 ；粗刨、半精刨前面；粗刨、半精刨 机加 刀，样板，测槽量规，检具，角度块 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 3 页 机制 产品名称 卧（立）式铣床 零 (部 )件名称 升降台 第 2 页 材料牌号 坯 种类 铸件 毛坯外 形尺寸 838 436 655 毛坯件数 1 每台件数 1 备 注 工 序 号 工 序 名 称 工 序 内 容 车 间 工段 设 备 工 艺 装 备 工 时 准 终 单 件 后导轨平面， 55 后斜面；刨后导轨中间 150 2空刀面 和 5 2空刀槽；粗刨、半精刨 165槽；粗刨、精 刨左面和右面；粗刨、精刨后面 90 斜面和 45 斜面；刨 66 0327 空刀槽 35 铣 粗、精铣上端面；精铣左面限位开关接合面；铣左窗口 机加 铣刀，杆铣刀 内边面，下内边面，后内边面，前内边面 40 镗 粗、半精 、精镗 80 80 72加 模，镗刀，镗杆 图 、半精、精镗 80 120孔及 12045 镗 粗镗右面 80 校 50 钻 钻左面 440， 95， 25， 机加 5钻头， 14 右面 44上面 底图号 105， 0，锪 4至 45深 6；钻 40钻头 30孔，扩 35；钻前面 8 钻模，锪刀 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 3 页 机制 产品名称 卧（立）式铣床 零 (部 )件名称 升降台 第 3 页 材料牌号 坯 种类 铸件 毛坯外 形尺寸 838 436 655 毛坯件数 1 每台 件数 1 备 注 工 序 号 工 序 名 称 工 序 内 容 车 间 工段 设 备 工 艺 装 备 工 时 准 终 单 件 深 15， 23420深 18；钻后面 5 20孔相通 55 攻 攻左面 440， 95， 25， 机加 5丝锥， 锥， 14 右面 44上面 105， 锥， 0；攻前面 85， 234 攻后面 5 60 钳 去色，去刺，倒角，整形，涂油或 脂 机加 钳工台 描 图 65 涂 涂漆 涂装 油工 检验入库 描 校 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 摘 要 机械制造业在国民经济中占有重要的地位，是一个国家或地区发展的重要支柱。其中的工艺学包括对一个零件在加工中的定位、夹紧及工艺路线制定、工序尺寸确定等问题。工序设计的合理性往往是提高劳动生产率及降低零件报废率的主要因素。专用夹具设计的简单化、高效化和经济合理化是保证加工质量的前提条件。当前，制造工艺技术正向高精度、高效率、低成本、高智能化和洁净化等方面趋势发展。 本篇论文共包括：铣床升降台零件的分析、工艺规程设计及镗孔夹具的设计三大部分。 关键词： 工艺路线 ,镗孔夹具 he in is a or to a in is is is to is so on of or 业设计 （论文） 3 目 录 中文摘要 . . 英文摘要 . 前言 1章 零件的分析 . . .件的作用 . . .件的工艺分析 . . 2章 工艺规程设计 . .定毛坯制造形式 . . .面的选择 . . .件表面加工方法的选择 . . . 定工艺路线 . . . . .械加工余量及毛坯尺寸的确定 . . 5 定切削用量及基本工时 . . . 3章 夹具设计 . . . . 题的提出 . . . 具设计 . . . . 定位基准的选择 . 31 . . . . .定位误差的分析 . . . 夹具设计及操作的简要说明 . . . . .论 .考文献 . 谢 .业设计 （论文） 1 前 言 毕业设计是我们学习了大学的全部基础课程课、技术基础课以及专业课之后进行的。这是我们对所学课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，通过这次毕业设计，希望在设计中能锻练自己分析问题、解决问题的能力，这样不仅会增强自己的专业基础知识 ，而且对自己即将踏入的工作岗位的适应期 将 会大大的缩短，能更好的融入到工作中去。 由于能力所限，设计 尚有很多不足之处，恳请老师给予指教 。毕业设计 （论文） 1 第一章 零件的分析 件的作用 题目所给的零件是卧（立）式铣 床中的升降台，它可沿着床身的垂直导轨上下移动，以适应不同高度工件 的加工。升降台上装有床鞍， 它 可沿着升降台的水平导轨作横向移动。升降台内装有进给电动机和进给变速、传动 机构 和操纵机构，使工作台、床鞍和升降台分别作纵向、横向、升降的进给以及快速移动。 件的工艺分析 从所给升降台这个零件图可知，它一共有四组加 工表面，而这四组加工表面之间有一定的位置要求，现将这四 组加工表面分述如下： （ 1） 以导轨平面为中心的加工表面 这一组表面包括：与导轨平面平行的尺寸为 压板面，尺寸为 与导轨平面平行的中间盖板面以及 80孔 ，左面限位开头，右面窗口面和导轨平面 。 （ 2）以 80这一组加工表面包括：二个 80 72有在平面上的三个 中，主要加工表面为 80两个孔。 （ 3）以后导轨面为中心的加工表面 这一组加工表面包括：后导轨面，后面，前面， 2150 空刀面， 55 后斜面，燕尾槽，水平导轨平面。 （ 4）以 780H 为中心的加工表面 这一组加工表面包 括： 780H 20 端面。 这四 组加工表面之间有着一定的位置精度要求，主要是： （ 1） 80与导轨平面的平行度公差为 （ 2） 两 80的同轴度公差为 （ 3） 导轨平面与压板面的平行度公差为 （ 4）导轨平面与 2150 空刀面的 垂直度公差为 00； （ 5）导轨平面与燕尾槽面的垂直度公差为 300: 第一章 零件的分析 2 （ 6）后导轨平面与水平导轨立面垂直度公差为 00； （ 7） 780H 与燕尾槽面的平行度公差为 由以上分析，对于这四组 加工表面而言，我们可以先加工其中一组表面，然后借助专用 夹具对其它组表面 加工，并且保证它们之间的位置精度要求。毕业设计 （论文） 3 第二章 工艺规程设计 定毛坯制造形式 零件材料为 只能铸造，其轮廓尺寸较大，结构比较复杂， 根据选择毛坯 应考虑的因素：采用砂型铸造 。 由于零件年产量为 500件，已达成批生产的水平， 因此可以采用机器造型 。 面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 本零件是一箱体零件， 结构比较复杂，加工表面较多，根据粗基准的选择原则，可选择精度要求较高的导轨面作为粗基准，以此划线来加工各加工表面。精基准根据加工表面的具体情况，另行选择，选择时应 遵遁“基准重合” 和“ 基准统一”的 原则 ， 以保证其精度要求。 件表面加工方法的选择 本零件的加工面有零件各表面、内孔、槽及小孔等，材料为 照机械制造工艺设计简明手册，其加工方法选择如下： （ 1）底面：为未注公差尺寸，公差等级按 面粗糙度为 需进行粗铣（表 （ 2）导轨平面：为未注公差尺寸，公差等级按 面粗糙度为 进行粗铣、半精铣 (半精刨 )（表 （ 3）中间盖板面：公差等级按 面粗糙度为 进 行粗铣、半精铣（半精刨）（表 （ 4）压板面：公差等级按 面粗糙度为 进行粗刨、半精刨（ （ 5）右面窗口面：为未注公差尺寸，公差等级按 面粗糙度为 第二章 工艺规程设计 4 进行粗铣、半精铣（表 （ 6）左面限位开关：公差等级按 面粗糙度为 进行粗铣、半精铣（表 （ 7）导轨外侧立面：公差等级按 面粗糙度为 进行粗刨、半精刨（表 （ 8） 导轨立面：公差等级按 面粗糙度为 进行粗刨、半精刨（ （ 9）后面，前面：为未注公差尺寸，公差等级按 面粗糙度为 进行粗刨、半精刨（表 （ 10）左面，右面：为未注公差尺寸，公差等级按 面粗糙度为 需进行粗刨（表 （ 11） 150 2空刀面：为未注公差尺寸，公差等级按 面粗糙度为 需进行粗刨（表 （ 12） 165 槽：公差等级 按 面粗糙度为 进行粗刨、半精刨（表 （ 13）上面：为未注公差尺寸，公差等级按 面粗糙度为 进行粗铣、半精铣（表 （ 14）后导轨平面：公差等级按 面粗糙度为 进行粗刨、半精刨（表 （ 15） 80：公差等级按 面粗糙度为 进行粗镗、半精镗、精镗（表 （ 16） 80：公差等级按 面粗糙度为 进行粗镗、半精镗、精镗（表 （ 17） 120面：公差等级按 面粗糙度为 进行粗镗、半精镗、精镗（表 （ 18）右面 80：，公差等级按 面粗糙度为 进行粗镗（ （ 19）其它的 连接孔可采用钻孔，螺纹孔可 先钻 孔 ，后攻丝 。 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毕业设计 （论文） 5 求能得到合理 的保证。在生产纲领确定为成批生产的条件下，可以考虑采用通用 机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。按照先加工基准面及先粗后精的原则，升降台加工可按如下工艺路线进行： 工序：划 1，以导轨中槽尺寸 136及丝杠 200分中，保证导轨各面加工余量均匀，划左右各面加工线； 2，以中槽尺寸 118 为基准，保 证导轨各面加工余量均匀，划上下各面加工线； 3，以尺寸 138 为基准，保证导轨各面加工余量均匀，划前后各面加工线。所使用设备为划线台。 工序：铣 粗铣底面，选用 工序：铣 以底面为基 准 定位，粗铣导轨平面，中间盖板面；粗铣左面限位开关。选用 工序：铣 以底面为基 准 定位，粗铣、精铣右面窗口面。选用 工序：刨 以底面为基 准 ，拉直导轨立面粗刨、半精刨导轨两外侧立面、导轨立面；半精刨导轨平面、中间盖板面；粗刨、半 精刨两压板面；刨导轨空刀槽 45662 ；刨压板面 142 空刀槽。选用 工序：刨 以水平导轨平面及立面定位，粗刨、半精刨后面；粗刨、半精刨前面；粗刨、半精刨后导轨平面， 55 后斜面；刨后导轨中间 2150 空刀面和 25 空刀槽；粗刨、半精刨 5916 H 槽； 粗刨、精刨左面和右面；粗刨、精刨后面 90 斜面和 45 斜面；刨 032766 空刀槽。选用 工序：铣 以下面为基定位，粗铣、精铣上端面；粗铣左面限位开关，先铣左窗口上内边面，后铣左窗口下内边面，再铣左窗口后内边面，后铣前内边面。选用 工序：镗 以水平导轨平面及立面为基定位，粗镗、半精镗、精镗 80 80 72；粗铣、半精铣、精铣 80 120面。选用 工序：镗 以下面为基定位，粗镗 80 用 工序：钻 钻左面 440， 95， 25， 21 ， 右面 44上面 105， 0G 21 ，锪 4- 9至 4- 15深 6；钻 3- 80 孔，扩 3 25；钻前面 8 15， 232- 40 深 18；钻后面 5 2- 2- 80 孔相通 ，选用 臂钻床。 工序： 攻 攻左面 440， 95， 25， 21 ； 第二章 工艺规程设计 6 攻右面 44上面 105， 0G 21 ；攻前面 85， 23后面 5用 工序：钳 去色，去刺，倒角，整形，涂油或 脂 。在钳工台上进行。 工序 ： 涂漆 ， 检验入库。 械加工余量及毛坯尺寸的确定 “铣床升降台”零件材料为 坯重量约 300产类型为成批生产，采用砂型机 器 造型，这样可提高其生产率，查机械加工工艺手册表 工余量等级为 寸公差等 级为 根据砂型铸造的铸件，顶面的加工余量等级比底面、侧面的加工余量等级需降一级选用。砂型铸造孔的加工余量等级可选用与顶面相同的等级。于是可根据机械加工工艺手册表 高度方向基本尺寸（ 加工余量等级 加工余量数值（ 下面 825 G 面 640 H 轨平面 H 间盖板面 H 板面 H 80H 120 端面 H 度方向基本尺寸（ 加工余量等级 加工余量数值（ 后导轨 423 G 外侧立面 G 轨立面 G 面限位开关 G 面窗口面 G 80孔 H 度方向基本尺寸（ 加工余量等级 加工余量数值（ 前面 G 导轨面 G 80H 业设计 （论文） 7 后导轨空刀面 G 定切削用 量及基本工时 工序 铣底面 所选刀具为硬质合金 端铣刀（根据 铣刀直径 d=400齿数 Z=14。已知铣削宽度40铣削宽度机床选用 1） 计算切削用量 （ 1） 决定每齿进给量 f 查机械加工 工艺手册表 到 f =现取 f = （ 2） 决定切削速度 v 和工作台每分钟进给量 查机械加工工艺手册表 公式计算 v （ 2 式中： 00 T=10 s=420 40 f =mm/z， v = 49 于是转速d 1000=400491000 =39 （ 2 根据 机械加工工艺手册 表 择 n=35 则实际切削速度： v =1000000 35400 4 （ 2 工作台每分钟进 给量： 14 35 98 （ 2 根据 择 110 则实际的每 齿进给量： f =3514110 （ 2 2） 检验机床效率 铣削时功率（单位 ：0002 主切削力 （ 2 式中： f =0.2 40 z =14，0d=400 第二章 工艺规程设计 8 = 8836N v =44 1000 =0故所选的切削用量可以采用。 3） 切削工时 根据机械加工工艺手册表 端 铣刀铣平面的基本时间为： if （ 2 式中： l =788 12331)( 16) 532 l 取 42 l m 123788 铣导轨平面，中间盖板面，左面限位开关面 （一） 粗铣导轨平面 所选刀具为硬质合金镶齿套式面铣刀，查 机械加工工艺手册 表 径D=160 z=16。已知铣削宽度削深度据 机械加工工艺手册 表 得 T=240 1） 计算切削用量 （ 1）确定切削深度械加工工艺实用手册表 面第一次粗加工余量可达 46取Z=7两次走刀，于是 （ 2）确定进给量 f 根据 机械加工工艺手册 表 得 f =取 f =0.2 （ 3）确定切削速度 v 同上 = =65 于是转速d 1000=160651000 =129 毕业设计 （论文） 9 根据 机械加工工艺手册 表 n =140 实际速度1000=1000 140160 =70 m 工作台每分钟进给量： 16 140 448 根据 择 =450 则实际的每齿进给量： f = 14016450mm/z =2） 切削工时 同上 式中： l =655 5031)( 32 ， 取 2 m 50655 T（二） 粗铣中间盖板面 所选刀具同上， D=250z=20，根据 机械加工工艺手册 表 得 T=240 已知铣削宽度83削深度两次走刀。 1）确定切削用量 （ 1） f =0.2 （ 2） 02 4 5v 65.7 于是转速d 1000=250 =84 根据 1表 n =90 实际速度1000=1000 90250 =71 m 工作台每分钟进给量： 20 90 360 根据 择 315 则实际的每齿进给量： f = 9020315mm/z =2）切削工时 if = 2315 428655 =（三）粗铣左面限位开关接合面 第二章 工艺规程设计 10 所用刀具 D=100z=10，已知铣削宽度0削深度T=180）确定切削用量 （ 1） f =0.2 （ 2） v = m =70 m 于是转速d 1000=100701000 =223 根据 机械加工工艺手册 表 n =224 工作台每分钟进给量： 10 224 448 根据 择 450 2） 切削工时 if =450 21660 =机床选用 用硬质合金端铣刀，0d=320z=12， T=300已知铣削宽度90削深度序 粗，精铣右面窗口面 （一） 粗铣右面窗口面 1） 确定切削 用量 （ 1） f =0.2 （ 2）查 机械加工工艺手册 表 v = v =87 m 于是转速d 1000=320871000 =87 根据 机械加工工艺手册 表 n =90 实际速度1000=1000 90320 =90 m 工作台每分钟进给量： 12 90 216 根据 择 220 则实际的每齿进给量： f = 9012220mm/z =2） 切削工时 if =220 238265 =毕业设计 （论文） 11 式中： )31()(2001 38 2l =2（二） 精铣右面窗口面 所选刀具同上步，0d=320z=12， T=300知铣削宽度90削深度） 确定切削用量 （ 1）查 机械加工工艺手册 表 铣达到 ，则 f =.0 取 f =0.8 每齿进给量 f =128.0 （ 2） v = m =112 m 于是转速d 1000=3201121000=111 根据 机械加工工艺手册 表 n =112 工作台每分钟进给量： 12 112 90 根据 择 80 2） 切削工时 if =80 234265 =工序 粗刨、半精刨导轨两外侧立面、导轨立面；半精刨导轨平面、 中间盖板面；粗刨、半精刨两压板面；刨导轨空刀槽 45662 ；刨压板面 142 空刀槽 该工序均选择龙门刨床 刨削最大长度 3000大宽度 1000大 高度 800此道工序所查数据如不特别说明，均查自 机械加工工艺手册 机械工业出版社，孟少农编。用 2表示。 （一） 粗刨导轨两外侧立面 选刀杆截面 4530 据 2表 用两个刀架同时加工两侧面。 2） 确定切削用量 （ 1） 切削深度2表 )，粗刨时余量 Z=5 （ 2） 进给量 f 由 2表 )， f =.4 取 f =2.7 （ 3） 切削速度 v 查表 v =27 m 。 2） 切削工时 第二章 工艺规程设计 12 查 2表 T= （ 2 式中：)1(1000= m 71000 d =21 （ 2 )25.0(c o t3 4l =13 4l =2中： 6.0kp 21 50=据 2表 工件长度 l 2000， 21 200取 21 =150 不说明 ， 后面计算中的 21 均取 150 T=638 （二） 半精刨导轨两外侧立面 1） 确定切削用量 （ 1） 切削深度 （ 2） 进给量 f 由 2表 )， f =1020 取 f =15 （ 3） 切削速度 v 查表 v =1418 m ，取 v =16 m 。 2） 切削工时 B=38l=34l =212 f =15 T=1215 2338 （三） 粗刨导轨两立面 1） 确定切削用量 （ 1） 切削深度2表 )，粗刨时 （ 2）进给量 f 由 2表 )， f =2.7 （ 3） 切削速度 v 查 2表 v =27 m 。 2） 切削工时 B=28l=64l =221 f =2.7 T=217,2 2628 （四） 半精刨中间盖板面及导轨两立面 根据 2表 以采用一个垂直刀架及两个水平刀架同时加工平面与侧面。 1） 确定切削用量 （ 1） 切削深度 毕业设计 （论文） 13 （ 2） 进给量 f 由 2表 )， f =1020 取 f =15 （ 3） 切削速度 v 查表 v =1418 m ，取 v =16 m 。 2） 切削工时 刨中间盖板面： B=170l=24l =212 f =15 T=1215 22170 刨导轨两立面： B=28l=24l =212 f =15 T=1215 2228 （五） 半精刨导轨两平面 切削用量同 ，f =15 v =16 m B=115l=24l =0， 12 f =15 T=1215 2115 两平面，则 T=（六） 粗刨导轨两压板面 1） 确定切削用量 （ 1） 切削深度2表 )，粗刨时8 （ 2） 进给量 f 由 2表 )，取 f =1.4 （ 3） 切削速度 v 查 2表 v =30 m 。 2） 切削工时 B=25l=24l =0， 23 f =1.4 T=25 两平面，则 T=（七） 半精刨导轨两压板面 切削用量同 ，f =15 v =16 m B=25l=24l =0， 12 f =15 T=1215 225 两平面，则 T=（八） 粗刨导轨空刀槽 1） 确定切削用量 （ 1） 切削深度=6 （ 2） 进给量 f 由 2表 )， f =取 f = （ 3） 切削速度 v 查 2表 v =19 m 。 2） 切削工时 T= 2 第二章 工艺规程设计 14 式中： H=615 f =3.0 T=（九） 粗刨压板面 142 空刀槽 1） 确定 切削用量 （ 1） 切削深度=1 （ 2） 进给量 f 由 2表 )， f =取 f = （ 3） 切削速度 v 查 2表 v =19 m 。 2） 切削工时 H=115 f =0.3 T=工序 粗刨、半精刨后面；粗刨、半精刨前面；粗刨、半精刨后导 轨平面， 55 后斜面；刨后导轨中间 150 2 空刀面和 5 2 空刀槽；粗刨、半精刨 165 槽；粗刨、精刨左面和右面；粗刨、精刨后面 90 斜面和 45 斜面；刨 66 0327 空刀槽 该工序均选择龙门刨床 （一） 粗刨后面 1） 确定切削用量 （ 1） 切削深度2表 )，粗刨时 （ 2） 进给量 f 由 2表 )，取 f =2.7 （ 3） 切削速度 v 查 2表 v =25 m 。 2） 切削工时 B=60l=64l =220 f =2.7 T=660 （二） 精刨后面 1） 确定切削用量 （ 1） 切削深度 （ 2） 进给量 f 由 2表 )， f =1020 取 f =15 （ 3） 切削速度 v 查 2表 v =1418 m ，取 v =16 m 。 2） 切削工时 B=60l=34l =213 f =15 毕业设计 （论文） 15 T=1315 2360 （三） 粗刨导轨两平面 切削用量同 ，f =2.7 v =25
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