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C620主轴箱体工艺工装镗孔钻孔夹具设计（含CAD图纸及三维模型）,c620,主轴,箱体,工艺,工装,镗孔,钻孔,夹具,设计,cad,图纸,三维,模型

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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。 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 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 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。 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 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 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。 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 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。 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 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 。 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 。 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。 i & 2 007 /4 007# 007be in of In a to of to of to A to a is to is an in It is to be in a as of be be be on be it on s to to is no or a in of be to is of is to an or of In is is is to of is to of is to of A is to is to of of in a . . *)o. 29, 10016, a of 1. a of 2. a 3. 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 项目号 零件号 说明 数量1 钻床夹具体 12 3 垫板 24 钩型压板 45 调节螺杆 46 起吊螺丝 47 定位销 18 菱形销 19 螺杆 410 10211 12 弹簧 413 ab 214 15 钻模板 116 钻套 817 钻套螺丝 418 19 钻模板2 1购买后包含有 咨询 I 毕 业 设 计 题 目 ： 轴箱体工艺工装设计 院： 专业 ： 班级 ： 学号 ： 学生姓名 ： 导师姓名 ： 完成日期 ： 购买后包含有 咨询 I 目 录 摘要 . I . 1 章 绪 论 . 1 本课题的研究内容和意义 . 1 国内外的发展概况 . 2 本课题应达到的要求 . 3 第 2 章 轴箱体的图样分析 . 4 轴箱体的作用 . 4 轴箱体的图样分析 . 5 工艺分析 . 5 第 3 章 工艺规程设计 . 7 确定毛坯的制造形式 . 7 定位基准的选择 . 8 基准的选择 . 8 基准的选择 . 9 拟定工艺路线 . 10 分加工阶段 . 10 排加工顺序 . 10 定加工工艺路线 . 11 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 13 切削用量及工时定额的确定 . 13 第 4 章 轴箱体铣侧面夹具设计 . 25 指出存在的问题 . 25 夹具设计 . 25 具体设计 . 25 购买后包含有 咨询 定位基准的选择 . 25 位方案和元件设计 . 25 位误差的计算 . 26 紧力计算 . 27 紧机构的设计 . 28 向键 与对刀装置设计 . 28 定夹具体结构尺寸和总体结构 . 30 具设计及操作的简要说明 . 31 第 5 章 轴箱体镗孔夹具设计 . 32 研究原始质料 . 32 定位、夹紧方案的选择 . 32 切削力及夹紧力的计 算 . 32 误差分析与计算 . 34 夹具设计及操作的简要说明 . 35 第 6 章 轴箱体钻孔夹具设计 . 36 研究原始质料 . 36 定位、夹紧方案的选择 . 36 切削力及夹紧力的计算 . 36 误差分析与计算 . 38 定位销选用 . 39 夹具设计及操作的简要说明 . 39 结 论 . 40 参考文献 . 41 致 谢 . 42 购买后包含有 咨询 买后包含有 咨询 买后包含有 咨询 V 购买后包含有 咨询 买后包含有 咨询 买后包含有 咨询 I 轴箱体工艺工装设计 摘要 本文是在 轴箱体 的图样分析后进行 轴箱体 的机械加工工艺路线的设计，同时按照其中的加工工序的要求设计夹具。 轴箱体 的主要加工内容是表面和孔。其加工路线长，加工时间多，加工成本高，零件的加工精度要求也高。按照机械加工工艺要求，遵循先面后孔的原则，并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以底面作为粗基准，以底面与两个工艺孔作为精基准，确定了其加工的工艺路线和加工中所需要的各种工艺参数。 在零件的夹具设计中，主要是根据零件加工工序要求，分析应限的自由度数 ，进而根据零件的表面特征选定定位元件，再分析所选定位元件能否限定应限自由度。确定了定位元件后还需要选择夹紧元件，最后就是确定专用夹具的结构形式 。 关键词： 轴箱体 ；加工工艺；工序；专用夹具 购买后包含有 咨询 620 is of 620 in 620 in of 620 is is is In of of of to to as a as a to of In of to of of of to of be be of to is to of 1 第 1 章 绪 论 本课题的 研究内容和意义 工装工艺及夹具毕业设计是对所学专业课知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。 机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。根据它来组织原材料和毛坯的供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。 机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。有了它就可以制定生产产品的进度计划和相应的调度计 划，并能做到各工序科学地衔接，使生产均衡、顺利，实现优质、高产和低消耗。 机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件。机械加工工艺过程卡片，是说明零件加工工艺过程的工艺文件。在单件、小批量生产中，以机械加工工艺过程卡片指导生产，过程卡的各个项目编制较为详细。机械加工工序卡片是为每个工序详细制定的，用于直接指导工人进行生产，多用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。 在机械行业中，如何去保证工件的高精度、加工的成本等实质性问题，一直是从事于机械行业人员研究的问题，其中在设计夹具的时候就要 考虑以上问题，高效的夹具是工件高精度的保证，如何让夹具更高效、更经济，这是行业人急需要解决的。 随着社会的发展，科技的不断提高，各种高科技技术逐渐渗透到各个行业，如何利用这些高科技为人类服务，如何充分利用这些高科技在机械行业中，这还需要机械行业人员不断的努力，开拓创新。 随着科学技术的发展，和社会市场需要，夹具的设计在逐步的超向柔性制造系统方向发展。迄今为止 ,夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具之一 ,刀具本身已高度标准化 ,用户只需要按品种、规格选用采购。而模具和夹具则和产品息息相关 ,产品一有变化就需重新 制作 ,通常是属于专用性质的工具 ,模具已发展成为独立的行业 ;夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。 组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想 ,又符合节约资源的原则 ,更适合绿色制造的环境保护原理。所以是今后夹具技术的一个重要发展方向单位 。 2 机床夹具通常是指装夹工件用的装置 :至于装夹各种刀具用的装置 ,则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围 ,一般可分为通用夹具 ,专用夹具和可调整式夹具等。 通过这次毕业设计，对自己所学的理论知识 进行一次综合运用，也是对四年的学习深度的一个检验。在这次设计过程中，充分挖掘自己分析问题，解决问题的潜力。并希望通过毕业设计能养成一种严谨，认真的态度，为以后参加工作打下一个良好的基础。 国内外的发展概况 工装的全称是工艺装备，工装是指加工机床外而需保证零件加工质量的工艺装备，是制造过程中所用的各种工具的总称。它是各企业内除生产设备和工具外的为配合生产设备和人完成工艺制作要求的部分，大多工装都是针对各自产品特点的。机械加工过程中用来固定和定位要加工的零件或毛坯件的装置，即工装的主要作用有：固定，定 位，防止变形。 夹具属于工装，工装包含夹具，属于从属关系。不仅仅是焊装用，在机加工方面也有用，许多时候，需要装配几个部件并保证其定位准确的时候就需要。设计工装夹具要紧扣产品，因为工装夹具是专门为某些产品特定的，要保证生产时无干涉现象、定位准确、操作工操作便捷等。简单的说，就是用于工件装夹的工具。 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件 的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。 由于现代加工的高速发展，对传统的夹具提出了较高要求，如快速、高效、安全等。要想达到这样的生产要求，就必须计算加工工序零件在加工过程中由于切削力、重力、惯性力等所产生的切削力及切削力矩，按照夹具设计中所确定的夹紧方式进行夹紧力的计算，为了减小夹具的具体尺寸，就需要增大夹具的定位区间，增大由夹紧力而产生的摩擦力矩、正 压力及由此而产生的摩擦力，以达到夹具小巧而精用的目的。同时为了减少工人的劳动强度，提高工件装夹效率，还需要对夹具的夹紧机构的行程进行设计，以期以最短的夹紧行程，达到最佳的夹紧效果。 3 本课题应 达到的要求 通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，对 轴箱体 的基本结构及作用有个大致的了解，在此基础上，经过对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论等相关知识充分掌握后，分析 轴箱体 的加工工艺，确定 加工表面的加工方法，进而形成 轴箱体 的机械加工 工艺路线。并能根据 轴箱体 的加工工序要求，分析 轴箱体 的定位方式、金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合机械机构设计的相关理论知识，完成工件的有效定位及夹紧，从而使整个 轴箱体 的加工工艺路线经济，工件定位方案合理，来达到产品的最优化设计。 针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识，设计出一套适合于实际的 轴箱体 加工工艺路线，从而实现适合于现代 加工制造业、夹紧装置的优化设计。 为提高 钻 床夹具在机床上安装的稳固性，减轻其断续切削可能引起的振动，夹具体不仅要有足够的刚度和强度，其高度和宽度比也应恰当，一般有H/B1 降低夹具重心，使工件加工表面尽量靠近工作台面。 4 第 2 章 轴箱体 的图样分析 轴箱体 的作用 轴箱体 ,如图 图 示，其主要作用是： 轴箱体 类零件是机器或部件的基础零件， 轴箱体 是 将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种 方向的移动 ，同时 轴箱体 分出部分动力将运动传给 丝杠 。 同时它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。 因而 轴箱体 是 主传动系 中 的 关键零件。 因此， 轴箱体 的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。 5 图 轴箱体 轴箱体 的图样分析 在编制 轴箱体 机械加工工艺规程之前，首先应研究 轴箱体 的工作图样和产品装备图样，熟悉该产品的用途、性能 及工作条件，明确该 轴箱体 在产品中的位置和作用；了解并研究各项技术条件制定的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的措施加以保证。 轴箱体 的材料为 铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。 传动 要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下： 1） 该零件为机床 轴箱体 ，主要加工部位为平面和孔系，其结构复杂，精度要求又高，加工时应注意选择定位基准及夹紧力。 2） 材料 3） 铸件人工时效处理。 工艺分析 工艺分析的目的 主要有两个： 一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工与装配； 6 二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制定出合理的工艺规程。 铸件必须进行时效处理，以消除应力。有条件时应在露天存放一年以上再加工。 为了保证加工精度应使定位基准统一，该零件主要定位基准，集中在 面上。 镗孔时，在可能的条件下尽量采用“支承镗削”方法，以增加镗杆的刚性，提高加工精度。对直径较小的孔、应采用钻、扩、铰加工方法。 为保证在同一轴上各 孔的同轴度，可采用在已加工孔上，安装导向套再加工其他孔的方法。 为提高孔的加工精度，应将粗镗、半精镗和精镗分开进行。 铸造时一般 50下孔不铸出。 孔的尺寸精度检验，使用内径千分尺或内径百分表进行测量。轴内孔之间距离的测量可以通过孔与孔之间壁厚进行间接测量。 同一轴线上各孔的同轴度，可采用检验心轴进行检验。 各轴孔的轴线之间的平行度，以及轴孔的轴线与基准面的平行度，均应通过检验心轴进行测量。 为主传动系的支承零件，各传动轴间要求一定的位置精度，因此，加工此 主要任务是保证各孔系间的相互位置精度。在此 68坐标镗床手动控制坐标来完成的，为更好地保证加工质量，单件小批量生产也可采用组合夹具、专用镗模进行加工，批量较大时，应采用专用镗模进行加工。 根据 轴箱体 零件图可知，其主要加工面是进行导轨面的加工、表面加工、孔加工、钻孔、攻丝，孔的精度要求高。该零件年生产属小批量生产，设计加工零件所需要的专用夹具是为了提高劳动效率、降低成本。 7 第 3 章 工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 毛坯的选择不仅影响毛坯的制 造工艺及费用、零件生产率和经济性，而且也与零件的机械加工工艺和质量密切相关。故正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。 毛坯选择时，应全面考虑以下因素： 1）零件的材料及机械性能要求； 2）零件的结构形状与外形尺寸； 3）生产类型，它在很大程度上决定采用毛坯制造方法的经济性； 4）现有生产条件； 5）充分考虑利用新工艺、新材料、新技术的可能性。 长期使用经验证明，由于灰口铸铁有一系列的技术上（如耐磨性好，有一定程度的吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点，通常 轴箱体 材料采用灰口铸铁。最常用的是 00，当载荷较大时，采用 40 高强铸铁。 轴箱体 的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。焊接结构有铸 焊、铸 煅 焊、煅 焊等。采用焊接结构可以用小的铸造设备制造出大型毛坯，解决铸造生产能力不足的问题。焊前对各种组合件进行粗加工，可以部分地减轻大型机床的负荷。 毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处理，对某些大型的毛 坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。 毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是主要加工面要求更高。重要的 轴箱体 毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要求。 该零件为 轴箱体 类，且外型尺寸较大，材料为 件的形状较复杂，因此不能用锻造，只能用铸件，采用砂型铸造毛坯，如图 轴箱体 毛坯图所示。采用小批量造型生产。根据零件主要的加工表面的粗糙度查参考文献机械制造工艺简明手册确定各表面加工余量。 毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。为了减少 毛坯制造时产生残余应力，应使轴箱体 壁厚尽量均匀， 轴箱体 浇铸后应安排时效或退火工序。 该 轴箱体 的材料是 件小批生产，由于结构复杂，所以毛坯采用铸件。为了提高 轴箱体 加工精度的稳定性，采用时效处理以消除内应力。 8 定位基准的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准选择正确、合理，可以保证零件的加工质量，提高生产率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，使生产无法进行。 位基准的选择，直接关系到 各个平面 与平面之间、孔与平面之间、孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。在选择基准时，首先要遵守“基准统一”和“基准重合”的原则，同时必须考虑生产批量的大小、生产设备、特别是夹具的选用等因素。 该 轴箱体 的结构复杂，壁厚不均，刚性不好，而加工精度要求又高，故 要加工表面都要划分粗、精加工两个阶段，这样可以避免粗加工造成的内应力、切削力、夹紧力和切削热对加工精度的影响，有利于保证 轴箱体 的加工精度。 基准的选择 选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量， 使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则： 重要表面 原则 为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀，则应选择该表面为粗基准。 不加工表面 原则 为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。 余量最小 原则 如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。 使用一次 原则 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。 平整光洁 原则 以便工件定位可靠、夹紧方便。 根据生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件安装方式也不一样。大批大量生产时，由于毛坯精度高，可以直接用 轴箱体 上的重要孔在专用夹具上定位，工件安装迅速，生产率高。在单件、小批及中批生产时，一般毛坯精度较低，按上述办法 9 选择粗基准，往往会造成 轴箱体 外形偏斜，甚至局部加工余量不够 ，因此通常采用划线找正的办法进行第一道的工序加工，即以主轴孔及中心线为粗基准对毛坯进行划线和检查，必要时予以纠正，纠正后孔的余量应足够，但不应定均匀。 该 轴箱体 为单件小批量生产，在单件小批量生产时，由于毛坯精度低，所以以划线找正法安装。划线时先找正主轴孔中心，然后以主轴孔为基准找出其他需加工平面的位置。加工该 轴箱体 时，按所划的线找正安装工件，则体现的是以主轴孔作为粗基准。 基准的选择 选择精基准时，主要考虑保证加工精度和工件装夹方便可靠。一般应考虑以下原则： 1) 基准重合 原则 即选用设计基准作为定位基准，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 应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则 。 3) 自为基准原则 某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。 4) 互为基准原则 5) 便于装夹原则 所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。 为了保证 轴箱体 零件孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的相互位置和距离尺寸精度， 轴箱体 类零件精基准选择常用 两种原则：基准统一原则、基准重合原则。小批生产时一般采用基准重合原则，即以装配基准作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高 轴箱体 上各表面间的相互位置精度。大批生产时常采用基准统一原则，即一面两孔定位，可避免由于基准变换而带来的累积误差。 该零件以三面定位， 轴箱体 上的装配基准为平面，而它们又是 轴箱体 上其他要素的设计基准，因此以这些装配基准平面作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高 轴箱体 各主要表面的相互位置精度。有零件图可知： D 面、W 面为精基准。 10 拟定工艺路线 分加工阶段 零件的技术要求较高时，零件在进行加工时都应划分加工阶段，按工序性质不同，可划分如下几个阶段： 粗加工阶段 此阶段的主要任务是提高生产率，切除零件被加工面上的大部分余量，使毛坯形状和尺寸接近与成品，所能达到的加工精度和表面质量都比较低。 半精加工阶段 此阶段要减少主要表面粗加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度并留有一定的加工余量，并完成次要表面的加工（钻、攻丝、铣键槽等），为精加工做好准备。 精加工阶段 切除少量加工余量，保证各主要表面达到图纸要求，所得精度与表面质量都比较高。所以此阶段主要目的是全面保证加工质量。 光整加工阶段 此阶段主要针对要进一步提高尺寸精度、降低粗糙度（ 以上）的表面。一般不用于提高形状、位置精度。 根据加工阶段划分的要求及零件的批量，该 轴箱体 的加工划分为 3 个阶段：粗加工阶段（粗铣各个平面、孔端面及各主轴孔粗镗）、半精加工阶段（半精镗各主轴孔，完成各次要孔等）和精加工阶段（磨各平面、精镗各主轴孔 ）。 排加工顺序 复杂工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序，如何将这些工序安排在一个合理的加工顺序中，生产中已总结出一些指导性的原则，先述如下。 切屑加工工序顺序的安排原则 1） 先粗后精 各表面加工顺序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的顺序进行，目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面质量。 2）先主后次 零件的主要加工表面（一般是指设计基准面、主要工作面、装配基面等）应先加工，而次要表面（键槽、螺孔等）可在主要表面加工到一定精度之后、最终精度加工之前进 11 行加工。 3） 先 面后孔原则 对于 轴箱体 类、支架类、机体类等零件，平面轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定可靠，故应先加工平面，后加工孔。这样，不仅使后续的加工有一个稳定可靠的平面作为定位基准面，而且在平整的表面上加工孔，加工变得容易一些，也有利于提高孔的加工精度。 4）先基准后其他 作为精基准的表面要首先加工出来。 该 轴箱体 的加工和装配大多以平面为基准，按照加工顺序安排的原则，采用先面后孔的加工顺序。先加工平面，可以为加工精度较高的支承孔提供稳定可靠的精基准，有利于提高加工精度。另外，先加工平面可以将铸件 不平表面切除，可减少钻孔时钻头引偏和刀具崩刃等现象的发生，对刀和调整也较为方便。加工孔系时应遵循先主后次的原则，即先加工主要平面或孔系，这也符合切削加工顺序的安排原则。 根据各面各孔的精度要求，加工顺序如下： 平面的加工：查零件制造工艺与装备表 3面加工方法可知，通过粗铣 精铣的加工顺序可以满足要求平面通过粗刨 精刨 粗磨 精磨的加工顺序可以满足要求； E 平面通过粗刨 精刨的加工顺序可以满足要求。 主轴孔的加工：查机械制造工艺与装备表 3知，通过粗镗 半精镗 精镗的加工顺序可以满足要求；其余各 孔：通过钻 扩 铰的加工顺序可以满足要求。 定加工工艺路线 拟定工艺路线的出发点：应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。还要考虑经济效果，以便降低生产成本。 综合以上加工阶段和加工顺序的分析，可以初步得出 轴箱体 的加工艺路线。 初拟 轴箱体 加工工艺路线方案一如表 示。 表 工艺路线方案一 工序号 工序内容 10 铸造 ,清理 20 时效处理 30 对零件的轴线及基准参考线划线，了解各道工序加工要求及加工余量 40 粗铣 底平面 50 铣削 证尺寸及粗糙度要求 12 60 精铣 证尺寸及粗糙度要求 70 铣底部凸台 3280 铣底部凸台 390 钻底面 27, 钻底面 24(先不攻丝 ,作为夹具安装定位孔 ), 锪平 32 100 以底平面和底面任意 2孔为基准，粗铣前后侧面 110 以底平面和底面任意 2孔为基准，粗铣左右侧面 120 粗、精铣 88130 铣 10度的斜面 140 以底平面和底面任意 2孔为基准，粗镗 140, 130, 72, 62 孔 150 以底平面和底面任意 2孔为基准，半精镗 140, 130, 72, 62孔 160 以底平面和底面任意 2孔为基准，精镗 140, 130, 72, 62 孔 170 粗、精镗 72, 47, 42 孔 180 粗、精镗 92, 90, 85 孔 19