机床夹具设计及机床床身经济性分析毕业设计说明书

沈阳理工大学学士学位论文V绪论本次毕业设计是在学习了机械相关课程之后结合我们综合所学专业知识，在老师的指导下进行系统、全面的一次综合性生产实践的检验。设计说明书概括性的介绍了设计过程,对设计中各部分内容作了重点的说明、分析、论证和必要的计算、系统性整理、表达了在机械加工工艺设计过程中涉及到的专业知识和基本要求，有条理的表达了自己对工艺规程作用的独到见解。这次设计的是机床床身，首先要熟悉零件，了解了该零件的作用。接下来根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量，我们再根据定位基准先确定精基准，后确定粗基准。然后确定工艺流程，一个较为合理的工艺流程，可以以最少的消耗、最低的成本和最高的生产效率加工工件。最后，设计某一道工序的工装夹具。机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面以及加工表面相互之间的位置精度，提高生产率，降低成本。我国斜床身数控车床从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。根据不同的市场定位和需求，数控车床可分为经济型数控车床和全功能型数控车床。

2机床床身加工工艺规程2.1零件图工艺分析该毕业设计主要设计的是机床斜床身，其3维模型如下：图SEQ图\*ARABIC1.1斜床身3维模型图2.1斜床身示3维示意图2.1.1零件的作用机床设计的目标是满足加工性能要求，高速数控机床要实现高速度高精度加工的性能就必须使机床的整机特性满足其加工的要求。机床的整机特性包括静动态特性和热特性。其中床身由于结构较大并起到支撑其他部件的作用，其结构性能对整机特性影响很大；床身的结构特性好坏关系到整机的加工精度和零件的加工质量，以及整机的运行稳定性和工作寿命，必须对其结构性能进行研究。斜床身数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。图2.2斜床身示意图2.1.2零件的技术条件分析由机床斜床身的3维模型和2维零件图可知该零件有多个表面及孔需要加工，分析如下：1.零件的表面粗糙度由零件各个试图可得，该零件所有锥销孔表面粗糙度要求Ra=1.6。零件最左侧端面表面粗糙度要求Ra=6.3，A表面粗糙度要求Ra=1.6，F表面粗糙度Ra=1.6，B表面粗糙度为3.2，C表面粗糙度为3.2，D表面粗糙度为3.2，E表面粗糙度为6.3，G表面粗糙度为3.2，H表面粗糙度为1.6，K表面粗糙度为1.6，L表面粗糙度为1.6，M表面粗糙度为1.6，N表面粗糙度为1.6，V表面粗糙度为1.6。图2.3零件部分剖视图2.表面间位置精度A表面与基准A的平行度：//0.01AN表面直线度和X表面与基准A的垂直度：—0.01⊥0.01AV表面直线度和Z表面与B基准的平行度和Z表面与A基准的垂直度：—0.01⊥0.01A//0.01B//0.01AF表面与A基准的平行度：L表面的直线度：—0.01H表面与A基准的平行度和H表面与B基准的垂直度：//0.01A⊥0.01BK表面与A基准的垂直度和K表面与B基准的平行度：⊥0.01A//0.01B2.1.3机床斜床身材料及切削加工性机床床身材料选用HT300标准：GB9439—88HT300为珠光体类型的灰铸铁。其强度高，耐磨性好，但白口倾向大，铸造性能差，需进行人工时效处理。用于机械制造中重要铸件，如床身导轨、车床、冲床及受力较大的床身、主轴箱齿轮等；还可用作高压油缸、泵体、阀体等以及镦模、冷冲模和需经表面淬火的零件。由于灰口铸铁含碳量高，接近于共晶成分，故熔点比较低，流动性良好，收缩率小，因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件。另外，由于石墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢[1]。2.1.4热处理过程床身类铸件产品作为一种大型铸件必须要经过热处理才能提高本身的使用性能，改善铸铁铸件的内在质量。热处理的目的：提高工件的机械性能，改善材料的可加工性，消除前一工序的残余内应力。该零件采用退火处理来降低铸件硬度，改善切削加工性，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，使其能够被更便利的加工。2.1.5零件的工艺分析根据零件图分析可知，该床身有多个个面需要加工，还有数个大小不一的光孔和螺纹孔需要加工。可分5组来加工：第1组：加工导轨安装表面，包括平面、倒角。第2组：加工H表面，包括平面、螺纹孔、倒角。第3组：加工F，K表面，包括平面、螺纹孔、锥销孔、倒角。第4组：加工W表面，包括平面、螺纹孔、光孔、倒角。第5组：加工与W表面垂直的左侧端面。为保证加工精度，对所有加工的部位均应采用粗、半精、精加工分开的原则。2.2毛坯的设计由于该机床床身零件较大且零件较为复杂，所以采用铸件。2.2.1毛坯种类确定毛坯采用铸件，铸件是采用铸造方法获得的有一定形状、组织和性能的金属件。铸件有优良的机械、物理性能，它可以有各种不同的强度、硬度、韧性配合的综合性能，还可兼具一种或多种特殊性能，如耐磨、耐高温和低温、耐腐蚀等[4]采用灰铸铁作为材料，按照要求选用HT300。优先采用树脂砂型机器造型铸造，主要原因是砂型铸造较之其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短且树脂砂型刚度好，浇注初期砂型强度高这就有条件利用铸铁凝固过程的石墨化膨胀，有效地消除缩孔、缩松缺陷，实现灰铸铁件的少冒口、无冒口铸造。按照CT8级的铸件尺寸公差和机械加工余量为G级计算。2.2.2毛坯的工艺要求1、分模面的确定分模面是指分开模具取出产品和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能一个或两个以上的分模面，分模面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。该机床床身采用三箱铸造，分模面垂直与水平面，由于零件内部有空腔，且结构较为复杂，所以零件内部使用砂芯，便于清理及降低成本。2、圆角半径因为零件的毛坯为铸件，根据铸造工艺的要求，铸件各表面相交的转角处都应做成圆角。铸造圆角可防止铸件浇铸时转角处的落砂现象及避免金属冷却时产生缩孔和裂纹。适合的圆角半径，对铸件质量，铸件出模，提高铸模寿命等方面都是有利的。国家对圆角半径大小有明确规定（Q/ZB157-73）。圆角分为外圆角和内圆角。外圆角的大小与表面最小边尺寸，外圆角度有关，通过这两项，可以根据Q/ZB157-73可以查出外圆角大小。本设计铸造圆角R5～R10。3、铸造斜度铸造斜度指的是拔模斜度，在造型时，为方便取模而又不会损害砂型，又保证铸件尺寸而加的斜度。由于铸件需要拔模部分尺寸较大，所以斜度应小，根据Q/ZB158-73可知，一般情况下，斜度为1：20，角度为不大于2°[1]。4、技术要求及说明据上述三个条件及零件的要求，安排了毛胚的技术要求如下：（1）铸造斜度为不大于2度。（2）未注圆角R5～R10。（3）铸件不许有裂纹、气孔、砂眼、缩松、夹渣等铸造缺陷，浇口、冒口、结疤、粘砂应清除干净。（4）铸件应在机械加工前应经时效处理。2.2.3毛坯余量和公差1.余量的确定零件的加工表面在设计铸件时应留有机械加工余量。加工余量根据铸件材料，铸件最大轮廓尺寸来选取。在某些情况下，可以根据机械加工工艺条件，可以增大或减小标准内的加工余量的数值。由于铸件的材料为球灰铸铁，生产类型是大批量生产，工艺方法为砂型。按照GB/T6414-1999的规定，查表1.1知，金属型球灰铸铁的机械加工余量等级为CT8～CT10，选用CT8，因此按照CT8级的铸件尺寸公差和机械加工余量为G级计算。表2.1成批和大量生产铸件的尺寸公差等级（GB/T6414-1999）生产类型工艺方法铸件材料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铜合金锌合金轻金属合金成批和大量生产砂型机器造型根据上面确定的铸件尺寸公差和机械加工余量等级，查表1.2，其相应的机械加工余量数值按表选取。表2.2铸件的机械加工余量（GB/T64141999）（单位：mm）尺寸公差等级CT加工余量等级RMA基本尺寸大于010016025040063010001600至1001602504006301000160025008G加工余量数值单侧2.52.03.02.54.03.55.06.56.07.5双侧公差的确定可知机床床身铸造需要较高的精度所以选用8级公差等级，尺寸公差带数值按下表选取：表2.3铸件尺寸公差数值（GB/T64141999）（单位：mm）基本尺寸大于101625406310016025040063010001600至16254063100160250400630100016002500公差等级CT2.03.23.83.毛胚尺寸的确定毛胚的尺寸当中，非加工面由零件图决定，加工面则需要在零件的尺寸上再加上铸造尺寸公差和机械加工余量。2.3工艺规程的设定2.3.1工艺路线的制定拟订机械加工工艺路线的主要工作包括选择定位基准、确定加工方法、划分加工阶段、决定工序的集中与分散程度、加工顺序的安排以及安排热处理、检验及其他辅助工序（去毛刺、倒角等）。它不但影响加工的质量和效率，而且影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。对多种工艺方案进行比较、优化、确定出最优的工艺方案[3]。考虑到零件的不对称性，不使用车床加工。主要使用铣床、刨床和钻床机床加工。一般来说，铣削属于粗加工和半精加工范畴。通常铣削加工的公差等级一般为IT9～IT8，表面粗糙度Ra值为6.3～1.6。精铣时表面粗糙度Ra值可达3.2～1.6，两平行平面之间的尺寸精度可达IT9～IT7，直线度可达0.08mm/m～0.12mm/m。钻孔的加工精度一般在IT10以下，表面粗糙度Ra值为12.5左右。扩孔的加工尺寸公差一般为IT10～IT9，表面粗糙度Ra值为6.3～3.2。扩孔可以校正孔的轴线偏差，并使其获得正确的几何形状。扩孔的加工余量为0.5mm～4mm。铰孔是对经过钻削后的孔经行精加工的一种常用方法。铰削加工余量小，铰后孔的精度可达IT6～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6～0.4[2]。在制定工艺路线时，还应该考虑以下几点：1、加工方法的选择加工方法的选择原则一般为：（1）根据表面的尺寸精度和表面粗糙度进行选择；（2）根据表面所在零件的结构形状和尺寸大小选择；（3）根据零件热处理情况选择；（4）根据零件材料的性能选择；（5）根据零件的批量选择。选择合理的加工方法，可以获得最高的生产率和最好的经济效益。2、阶段的划分工艺规程编制时，由于零件结构复杂，加工精度高，通常划分加工阶段，划分加工阶段有利于保证零件的加工质量,，有利于合理使用设备，便于及时发现毛坯的缺陷，便于热处理工序的安排，有利于保护加工表面。本课题分为三个加工阶段，粗加工阶段，半精加工阶段、精加工阶段。3、各加工阶段的加工性质和作用（1）粗加工阶段：此阶段的主要任务是切除大部分余量以去除毛刺外皮，校正毛坯制造中的误差，为半精加工作好准备。同时粗加工切削用量大，切削力，切削热，加紧力都比较大，虽然精度不高，但可以提高生产率。如：所有的加工表面都先粗加工一遍。（2）半精加工阶段：此阶段主要任务是达到零件大部分的技术要求，非重要表面的最终加工阶段。如：表面V,N,B,M都在次完成最终加工。（3）精加工阶段：此阶段主要任是达到零件的全部技术要求。主要表面达到最终技术要求。由于在此阶段加工余量小，加工精度高，所以这个阶段的主要问题是保证质量。如：孔的加工表面。4、基准的选择机械零件表面之间的相对位置包括两方面的要求一方面是表面间的位置尺寸精度；另一方面是相对位置精度。而表面间的尺寸精度和位置精度要求是离不开参考依据的基准。根据基准的功用不同，可分为设计基准和工艺基准。工艺基准又可分为定位基准、测量基准、装配基准、调刀基准。在加工中，我们需要考虑定位基准。定位基准是在加工中使工件在夹具上占有正确位置所采用的基准。定位基准又可分为粗基准和精基准。选择合理的定位基准可以提高加工效率，改善加工质量，取得更好的经济效益。在次零件加工过程中首先选择机床床身底面，作为粗基准，把其作为重要表面加工其他表面，符合粗基准选择原则。其次选择机床床身侧面作为精基准来进行钻孔、铣削、刨削平面符合设计基准和定位基准重合的原则。5、热处理工序的安排因为工件材料为灰铸铁，HT300，工件为机床床身，是要求综合机械性能较高的零件。所以采用退火处理。机械加工过程中需要时效、退火处理。6、辅助工序安排辅助工序指不直接加工，也不改变工件的尺寸和性能的工序，它对保证加工质量起着相当重要的作用，在工艺路线中也占有相当的比例。每一道工序都应按规定提出工序图或技术要求说明。（1）检验工序特种检验：用于检验工件内部质量，表面缺陷的无损探伤工序，本工艺规程即将其安排在精加工之前，如发现零件损坏即可不用后续加工，避免造成资源浪费。最终检验：工件全部完成后，进行的尺寸，位置精度检验。检验合格后，即可包装入库。（2）去毛刺、清洗、涂漆在铸造之后，清洗黏在工件上的砂土。在不加工表面涂漆，防止生锈、被腐蚀，在工件加工完成后，当产品的数量较大时，工件的毛刺较多时，应专门安排去毛刺工序；当去毛刺很困难时，也应单独安排去毛刺加工工序。去毛刺是一项必须进行的工作，是否专门列为工序，应根据具体情况，制定工艺路线时应予考虑。清洗工序，主要是在检验之前应给予安排，清洗掉工件表面残留的金属削和油渍，避免由于这些导致检验不合格，在清洗之前应将毛刺去掉。综合以上的技术条件，安排工艺线路如下：方案一：表2.4工艺路线工序工序名称内容说明0铸造砂型铸造5清理清理冒口等10检验检验铸造缺陷15热处理退火处理20清洁喷砂处理（清洁度Sa2.5级）25喷漆喷防锈底漆30粗刨底面粗刨床身105x1644,200x1644,105x1644底面35粗刨平面刨削C、D、L平面40粗铣平面粗铣A、H平面45粗铣平面粗铣E、G平面50粗铣平面粗铣F、K平面55粗铣平面粗铣V、N平面60粗铣平面粗铣B、M平面65退火消除内应力70半精刨底面半精刨床身105x1644,200x1644,105x1644底面75半精刨平面刨削C、D、L平面80半精铣平面半精铣A、H平面85半精铣平面半精铣E、G平面90半精铣平面半精铣F、K平面95半精铣平面半精铣V、N平面100半精铣平面半精铣B、M平面105精刨底面精刨床身105x1644,200x1644,105x1644底面110精刨底面刨削L平面115精铣平面精铣A、H平面120精铣平面精铣F、K平面125钻L面孔攻螺纹先钻直径6.8的孔然后用M8丝锥攻螺纹130钻A面孔攻螺纹钻直径24.5的孔然后用直径25的铰刀铰孔，钻直径17.5的孔然后用M20丝锥攻螺纹135钻H面孔攻螺纹钻直径15.5的孔然后用直径16的铰刀铰孔，钻直径14的孔然后用M16丝锥攻螺纹140钻F面孔攻螺纹钻直径7.5的孔然后用直径8的铰刀铰孔，钻直径6.8的孔然后用M8丝锥攻螺纹，钻直径1.2的孔然后用M12丝锥攻螺纹145钻E面和E傍边面孔攻螺纹钻直径9.7的孔然后用直径10的铰刀铰孔，钻直径6.8的孔然后用M8丝锥攻螺纹150检验检验主要尺寸和位置方案二：表2.5工艺路线工序工序名称内容说明0铸造砂型铸造5清理清理冒口等10检验检验铸造缺陷15热处理退火处理20清洁喷砂处理（清洁度Sa2.5级）25喷漆喷防锈底漆30粗刨底面粗刨床身105x1644,200x1644,105x1644底面35粗刨平面刨削C、D、L平面40粗铣平面粗铣A、H平面45粗铣平面粗铣E、G平面50粗铣平面粗铣F、K平面55粗铣平面粗铣V、N平面60粗铣平面粗铣B、M平面65退火消除内应力70半精刨底面半精刨床身105x1644,200x1644,105x1644底面75半精刨平面刨削C、D、L平面80半精铣平面半精铣A、H平面85半精铣平面半精铣E、G平面90半精铣平面半精铣F、K平面95半精铣平面半精铣V、N平面100半精铣平面半精铣B、M平面105钻L面孔攻螺纹先钻直径6.8的孔然后用M8丝锥攻螺纹110钻A面孔攻螺纹钻直径24.5的孔然后用直径25的铰刀铰孔，钻直径17.5的孔然后用M20丝锥攻螺纹115钻H面孔攻螺纹钻直径15.5的孔然后用直径16的铰刀铰孔，钻直径14的孔然后用M16丝锥攻螺纹120钻F面孔攻螺纹钻直径7.5的孔然后用直径8的铰刀铰孔，钻直径6.8的孔然后用M8丝锥攻螺纹，钻直径1.2的孔然后用M12丝锥攻螺纹125钻E面和E傍边面孔攻螺纹钻直径9.7的孔然后用直径10的铰刀铰孔，钻直径6.8的孔然后用M8丝锥攻螺纹130精刨底面精刨床身105x1644,200x1644,105x1644底面135精刨底面刨削L平面140精铣平面精铣A、H平面145精铣平面精铣F、K平面150检验检验主要尺寸和位置由于半精加工后，钻、扩、铰孔，然后在精加工可能会影响刀具加工表面的精度，所以把孔加工放到了精铣平面之后，即方案一符合要求，选择方案一。2.3.2工艺路线的分析毛坯采用砂型铸件，各工序分析：工序0：铸造出毛坯件。工序5：本工序主要为了清理铸造的冒口等。工序10：检验铸造缺陷，避免加工废品。工序15：退火处理。消除残余应力。工序20：本工序为喷砂处理，这样可以使毛胚的表面清洁。工序25：在非加工表面涂防锈漆，避免加工过程中非加工表面生锈。工序30：以非加工表面为基准，粗刨底面，把机床床身底面加工成为下道工序的基准。工序35：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。粗刨C，L平面，达到其尺寸要求。工序40：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。粗铣A，H平面，达到其尺寸要求。工序45：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。粗铣E，G平面，达到其尺寸要求。工序50：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。粗铣F，K平面，达到其尺寸要求。工序55：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。粗铣V，N平面，达到其尺寸要求。工序60：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。粗铣B，D,M平面，达到其尺寸要求。工序65：退火处理，来消除粗加工大切削用量所带来的内应力。工序70：以加工面为基准，半精刨机床床身底面，达到其尺寸要求。工序75：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。半精刨C，L平面，达到其尺寸要求。工序80：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。半精铣A，H平面，达到其尺寸要求。工序85：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。半精铣E，G平面，达到其尺寸要求。工序90：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。半精铣F，K平面，达到其尺寸要求。工序95：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。半精铣V，N平面，达到其尺寸要求。工序100：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。半精铣B，D,M平面，达到其尺寸要求。工序105：以加工面为基准，精刨机床床身底面，达到其尺寸要求。工序110：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。精刨L平面，达到其尺寸要求。工序115：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。精铣F平面，达到其尺寸要求。工序120：以机床床身底面为基准加工其余表面，达到其尺寸要求。精铣A,H平面，达到其尺寸要求。工序125：以机床床身底面为基准钻孔，达到其尺寸要求。钻L面直径6.8的孔然后用M8丝锥攻螺纹。工序130：以机床床身底面为基准钻孔，达到其尺寸要求。钻A面直径24.5的孔然后用直径25的铰刀铰孔，钻直径17.5的孔然后用M20丝锥攻螺纹。工序135：以机床床身底面为基准钻孔，达到其尺寸要求。钻H面直径15.5的孔然后用直径16的铰刀铰孔，钻直径14的孔然后用M16丝锥攻螺纹。工序140：以机床床身底面为基准钻孔，达到其尺寸要求。钻F面直径9.7的孔然后用直径10的铰刀铰孔，钻直径6.8的孔然后用M8丝锥攻螺纹，钻直径1.2的孔然后用M12丝锥攻螺纹工序145：以机床床身底面为基准钻孔，达到其尺寸要求。钻E旁边面直径7.5的孔然后用直径8的铰刀铰孔，钻E面和E傍边面直径6.8的孔然后用M8丝锥攻螺纹工序150：检验，最后的成品检验，主要是对腰座零件的主要表面的尺寸进行检验，避免假废品的出现造成浪费，避免废品入库。工序155：入库，对合格的零件进行防锈油封处理，最后封装在用油布包装的木箱里并入库。2.3.3工序尺寸的确定如加工平面A，需要粗铣、半精铣、精铣加工，各尺寸如下：表2.6铣平面A的工序尺寸工序名称工序余量工序经济加工精度工序基本尺寸工序尺寸及偏差精铣0.6IT81010+0.0220半精铣1.4IT910.410.4+0.0430粗铣7IT1111.511.5+0.110毛坯3.8CT818.518.5±机床、夹具、刀具、量具的选用机床的选择合理的选择机床设备是一件很重要的工作，他不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。选择机床应考虑以下因素[3-4]：（1）机床切削工作精度与工序精度相适应。（2）机床工作区的尺寸应与工作的轮廓尺寸相适应。（3）机床功率与刚度应与工作性质和合理的切削用量相适应。（4）机床的生产效率应与工作的生产计划相适应龙门刨床B2020A：最大刨削宽度×长度=2000×6000。龙门铣床XQ2010：主轴转速范围75-480r/min,主电机功率7.5kw。摇臂钻床Z3040：最大钻孔直径40mm，主轴行程315mm，主轴转速范围50-2500r/min，主电机功率3kw。夹具选择铣削平面专用夹具，刨削平面专用夹具，钻削平面专用夹具。刀具选择刨刀—硬质合金宽刃刨刀。铣刀—d=100圆柱铣刀，d=2、18、25直柄立铣刀。钻头—Φ5.5、Φ7.5、Φ9、Φ9.7、Φ13、Φ15.5、Φ16、Φ24.5麻花钻,Φ6、Φ11.75、Φ13.75、Φ16.75扩孔钻。铰刀—Φ6.6、Φ8、Φ10、Φ14、Φ16、Φ17.4、Φ25铰刀。丝锥—M8、M12、M16、M20。量具选择游标卡尺，塞规。2.3.5确定切削用量1、工序30粗刨平面1）切削深度：=7mm2)进给量f：f=2.5mm3)切削速度v：v=34m/min每分钟双行程次数：n=（2.1）式中：K=0.4—0.5取0.5L=l+l4+l5=1844带入公式（2.1）得n===12.3工序60粗铣平面B、M1）切削深度：=7mm2)进给量f：=0.2,f=Z=10×0.2=2mm3)切削速度v：v=129m/min机床主轴转速n==410.8r/min（2.2）查参考文献[3]，取实际转速为480r/min则实际切削速度为：v=150.7m/min工序120钻E,L面孔，攻螺纹机床：摇臂钻床Z3040刀具：高速钢麻花钻，d=5.5mm、扩孔钻d=6mm，铰刀d=6.6mm(1)钻孔1)进给量f：f=0.20mm2)切削速度v：v=15m/min机床主轴转速n==868.6r/min查参考文献[6]，取实际转速为800r/min则实际切削速度为：v=13.8m/min(2)扩孔1)进给量f：f=0.20mm2)切削速度v：v=20m/min机床主轴转速n==1061.6r/min查参考文献[6]，取实际转速为1250r/min则实际切削速度为：v=23.6m/min(3)铰孔1)进给量f：f=0.6mm2)切削速度v：v=25m/min机床主轴转速n==1206.3r/min查参考文献[6]，取实际转速为1250r/min则实际切削速度为：v=25.9m/min攻螺纹根据公式：v=（2.3）式中=6.2，x=1.2，y=0.9，m=0.6，t=30。计算得v=9.77m/min机床主轴转速n==471.4r/min查参考文献[6]，取实际转速为500r/min则实际切削速度为：v=10.4m/min2.3.6时间定额计算工序30粗刨平面（1）基本时间由式子：=（2.4）式中B=410mm求的=42min（2）辅助时间=0.15=0.15×42=6.3min（3）其他时间=6%(+)=2.9min单件时间=++=42+5.3+2.9=51.2min工序60粗铣平面B、M（1）基本时间由式子：=（2.5）式中=zn=960mm/min=×4=6min=×4=6.9min=+=6+6.9=12.9min（2）辅助时间=0.15=0.15×12.9=1.94min（3）其他时间=6%(+)=0.89min单件时间=++=12.9+0.89+1.94=15.73min工序120钻E,L面孔，攻螺纹(1)单孔基本时间1）钻Φ5.5mm孔=2.75mm,钻盲孔时=0，=16mm,则=min=0.11min（2.6）51=51×0.11=5.61min钻扩Φ6mm孔=（）mm=2.25=2mm，=16mm,则==0.08min51=51×0.08=4.08min铰Φ6.6mm孔==2.6mm==0.03min51=51×0.03=1.53min4）攻M8螺纹==0.33min51=51×0.33=16.83min(2)辅助时间钻Φ5.5mm孔=0.15=0.15×5.61=0.84min扩Φ6mm孔=0.15=0.15×4.08=0.62min铰Φ6.6mm孔=0.15=0.15×1.53=0.23min攻M8螺纹孔=0.15=2.52min(3)其他时间=6%（）=0.06×（5.61+4.08+1.53+0.84+0.62+0.23+2.52+16.83）=1.94min单件时间=++++++++=34.2min3机床夹具设计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段[6]。3.1夹具的设计方案该夹具设计为钻床夹具，该钻床夹具主要针对工艺路线中，工序120的钻孔设计专用夹具。夹具使用支撑板，支撑钉作为定位元件。采用螺旋压板机构作为的夹紧装置。3.2夹具总体设计说明由于被加工零件表面是斜床身表面，是与底面夹角为45°。为了是零件被加工表面垂直与立式机床主轴，所以采用V型块加支撑钉定位，为了减少V型块磨损在内表面加两块支撑板。示意图如下：图3.1夹具装配3维示意图3.3夹具构造特点及原理夹具是由不同的元件构成的，根据元件的作用，可以分为：定位元件：用来确定工件在夹具中的位置。夹紧元件：用来夹紧元件，使定位好的元件在加工过程中不致松动。对刀元件：用来调整铣刀相对夹具的位置。引导元件：引导钻头加工，用来确定刀具相对夹具的位置。夹具体：用来连接夹具上的各个零件使之成为一个整体。其他元件：如连接元件，分度机构，传动装置等等。该夹具为钻孔专用夹具，需要支撑板，支撑钉定位，螺旋压板机构夹紧，钻模板，钻模[6]。3.3.1定位装置设计该夹具为钻孔专用夹具，为保证钻孔的位置精度，需要限制x、y、z方向的移动自由度，x、z方向的转动自由度即可。选用支撑板和支撑钉为定位元件，如图所示：图3.2零件定位夹紧示意图底部两侧各采用支撑板定位，共同限制了x，z方向移动自由度和y，z方向转动自由度。侧面采用支撑钉限制了工件y方向移动自由度。3.3.2夹紧装置设计该夹具采用螺旋压板机构夹紧，该夹紧结构简单，夹紧可靠。需要螺母，转动螺杆，压块。图3.3夹紧机构示意图3.3.3定位零件的设计和选择1固定支承板A200×220（JB/T8029.1-1999）JB/T8029.1-1999材料：T8。热处理：HRC55-60。其他技术条件按JB/T8044-1999的规定。2支撑钉A100×75（JB/T8029.2-1999）材料：T8。热处理：HRC55-60。其他技术条件按JB/T8044-1999的规定。3.4夹具体外轮廓尺寸的设计将各个部件装配起来，结构如下图：图3.4夹具体零件示意图3.5操作说明本加工工序属于钻孔攻螺纹。加工时，操作过程如下：1.用吊车把零件吊起，然后让其里面一侧贴到V型块支撑板上，让其滑到底端。2.夹紧工件3.用吊车将钻模板放到夹具体上按上诉操作夹紧定位后就开始钻孔、扩孔、攻丝等操作。3.6夹具的定位误差3.6.1产生误差原因1）该夹具设计为钻孔专用夹具，设计时该夹具的定位基准与工件的设计基准不重合所产生的基准不重合误差。2）由于工件以平面定位即夹具的调刀基准与定位基准重合，所以该误差不存在。3.6.2定位误差计算由公式已知：=式中：—定位误差；—基准不重合误差；—基准位移误差；由于工件都是靠平面定位所以基准位移误差不存在=0，所以=。如果将定位基准到设计基准间的尺寸称为联系尺寸，则基准不重合误差就等于联系尺寸的公差。因为丝杠中心为此工序的设计基准，所以首先求出丝杠中心到底面和侧面的尺寸e,b。a=257，c=21±0.04。有：b=257-21±0.04=236±0.04。同理求出丝杠中心到底面的距离e=914.6±0.04。==0.04cos45°+0.04sin45°=0.057有0.057＜×0.2，满足要求，所以合格。3.7工件夹紧力由于在该工序加工过程中，钻削时切削用量最大，所以工件夹紧力大于钻孔时的钻削力即可。3.7.1钻削力的计算高速钢钻头钻削不同材料的切削用量，知材料为灰铸铁，钻头直径为Φ5.5的切削速度为v=15m/min，进给量f=0.2mm/r。已知计算公式轴向力F，转矩M，功率P。，，（3.1）N（3.2）=1.72N/m（3.3）=0.16kw根据力矩平衡条件,,由已知条件分析得，。带入得：式中为静摩擦系数取0.18。解得：N。由此可知由于工件重力很大，只靠重力和摩擦力就能满足工件被加工时所需要的夹紧力，所以零件不需要提供夹紧力。3.7.2夹紧力的计算本夹具采用螺旋压板夹紧机构，夹紧装置产生的夹紧力计算公式如下：（3.4）式中—螺纹升角；—螺纹摩擦角；—螺杆（螺母）端面与工件间的摩擦因数；—螺杆中经由公式解得2.2°，==8.5°，式中=0.15，p=4,=33.402mm。最后解得=3612.7N。4机床床身的经济性分析工艺过程的技术经济分析方法有两种：一是对不同的工艺过程进行工艺成本的分析和评比；二是按某种相对技术经济指标进行宏观比较。机床床身的经济分析主要是其工艺方案的经济分析。工艺方案的经济分析方法包括技术经济指标分析与评价法和工艺成本分析与评价法。所谓经济分析就是指用最小的耗资取得最大的经济效益。本设计最初拟定多种工艺方案，经过多方面考虑后，暂定两个方案。由于两加工方案中，多数工序相同，少数工序不同，所以用单件工艺成本来比较，假设在工艺成本都相同的情况下，由于方案一在加工表面精度方面优于方案二，只是工序间顺序有所不同，所以最终选择方案二。本设计采用大规模生产，工序分散，且对每一道工序加工过程简化，分几个工步进行，分工明确，对工人要求降低，可以降低生产周期，提高生产效率，进而降低生产成本。在设计过从中，分别列出了多到工艺路线，考虑加工精度，经济等因素，最后选择最优的一个工艺路线。机床均采用一般传统机床，对设备要求不高，一般机械均可制造。在专用夹具的设计中，夹具零件基本采用标准件，互换性强，夹具损坏后可马上进行更换零件，即节约了时间又降低了成本。总结机床斜床身拥有加工精度高、机床刚性好，切削时不易引起振动，铁屑由于重力的关系不易产生緾绕刀具，利于排屑等众多优点。这次毕业设计的主要完成了机床床身零件的工艺分析，毛坯设计，工艺规程设计，夹具设计及零件的经济分析。在设计过程中，首先了解零件，分析零件图，进行零件的三维建模。由零件的一些表面粗糙度和未加工表面来查找资料确定毛坯的余量。然后，在根据各个表面的表面粗糙度，表面尺寸及毛坯形状来确定加工的工艺规程。在此过程中包括机床、刀具、量具的选择，确定最优工艺方案以及夹紧定位方式。一个较为合理的工艺流程，可以以最少的消耗、最低的成本和最高的生产效率加工工件。最后是本设计中最为重要也是最为锻炼的地方就是夹具设计。根据加工表面的要求，选择定位夹紧方式，确定夹具体总体尺寸，绘制草图。在有了大致方向后，建立3维模型并且进行装配，然后在导出2维图形。在设计完夹具后，进行定位误差和夹紧力的计算，进一步确定夹具的合理性。致谢大学四年的时光匆匆而过，而我也将踏上新的旅途。心里是如此的不舍，不舍我亲爱的同学和敬爱的老师们。大学的四年，是我技能得到提升的四年，她不仅丰富了我的知识，拓宽了我的眼界，培养了我坚韧的性格和独立思考问题的能力,还让我明白了许多道理。这一切都使我受益匪浅。在这4个多月的毕业设计过程中，由衷的感谢我们的指导老师田老师。在设计过程中从最初的定题，到资料收集，到选件，到制图,导图，到写作、修改，到论文定稿，他都耐心的指导和无私的帮助着我们。为了我们的毕业设计，老师倾注了大量的心血，他无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和部分同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，如何运用知识。在这里结识了许多优秀的同学和朋友，有幸与他们共度求学生活。他们对知识的追求、对朋友的真挚、对生活的热爱，给了我人生中最宝贵的财富，我也要感谢他们。由于这是第一次这么完整的做一个设计，再加上本人专业知识有限，所以在设计中难免会有许多的不足与错误，希望辩组老师们予以指正。

参考文献[1]耿浩然等.实用铸件重力成形技术[M].北京：化学工业出版社，2003[2]赵如福.金属机械加工工艺人员手册[M].上海：上海科学技术出版社,2006[3]尹成湖等.机械制造技术基础课程设计[M]北京：高等教育出版社，2009[4]卢秉恒.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社.2007[5]任晓红.数控编程技术及应用[M].北京：国防工业出版社，2010[6]薛源顺.机床夹具设计[M].北京：机械工业出版社,2000[7]杨裕根.现在工程图学[M].北京：北京邮电大学出版社，2008[8]濮良贵.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006[9]李育锡.机械设计课程设计[M].北京：高等教育出版社，2008[10]张玉.几何量公差与测量技术[M].沈阳：东北大学出版社，2006[11]关慧贞，冯辛安.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社，2009[12]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2009[13]王隆太.先进制造技术[M].北京：高等教育出版社，2003附录A：TemperatureVariableOptimizationforPrecisionMachineToolThermalErrorCompensationonOptimalThresholdAbstract:Machinetoolthermalerrorisanimportantreasonforpoormachiningaccuracy.Thermalerrorcompensationisaprimarytechnologyinaccuracycontrol.Tobuildthermalerrormodel,temperaturevariablesareneededtobedividedintoseveralgroupsonanappropriatethreshold.Currently,groupthresholdvalueismainlydeterminedbyresearchersexperience.Fewstudiesfocusongroupthresholdintemperaturevariablegrouping.Sincethethresholdisimportantinerrorcompensation,thispaperarmstofindoutanoptimalthresholdtorealizetemperaturevariableoptimizationinthermalerrormodeling.Firstly,correlationcoefficientisusedtoexpressmembershipgradeoftemperaturevariables,andthetheoryoffuzzytransitiveclosureisappliedtoobtainrelationalmatrixoftemperaturevariables.Conceptsascompactdegreeandseparabledegreeareintroduced.Thenevaluationmodeloftemperaturevariableclusteringisbuilt.Theoptimalthresholdandthebesttemperaturevariableclusteringcanbeobtainedbysettingthemaximumvalueofevaluationmodelastheobjective.Finally,correlationcoefficientsbetweentemperaturevariablesandthermalerrorarecalculatedinordertofindoutoptimumtemperaturevariablesforthermalerrormodeling.Anexperimentisconductedonaprecisehorizontalmachiningcenter.Inexperiment,threedisplacementsensorsareusedtomeasurespindlethermalerrorandtwenty-ninetemperaturesensorsareutilizedtodetectthemachiningcentertemperature.Experimentalresultshowsthatthenewmethodoftemperaturevariableoptimizationonoptimalthresholdsuccessfullyworkedoutabestthresholdvalueintervalandchoseseventemperaturevariablesfromtwenty-ninetemperaturemeasuringpoints.Themodelresidualofzdirectioniswithin3µm.Obviously,theproposednewvariableoptimizationmethodhassimplecomputingprocessandgoodmodelingaccuracy,whichisquitefitforthermalerrorcompensation.Keywords:precisionmachinetool,thermalerror,clusteranalysis1IntroductionHeatsourcesinmachinetool,suchasmotor,coolingsystem,frictionheat,ambienttemperature,maketemperaturefieldchangeirregularly,causethermaldeformationinmachinestructures,andfinallyleadtomachinetoolthermalerror.Studiesshowthatthermalerroraccountsfor45%–60%ofthetotalerrorsources.Soitisthekeyfactortoaffectmachiningaccuracy.Presently,model-basedmethodinthermalerrorcompensationisbecomingamajorresearchdirectioninaccuracycontrol.Inthermalerrormodeling,temperaturesareoftenusedasinputsandthermalerrorisdescribedasoutput.Thus,validityofcompensationmodellargelyreliesontemperatureinputs.Differencebetweentemperatureandthermalerrorindynamiccharactersisamajorreasonforpooraccuracyandlowrobustnessofcompensationmodel.Appropriatesensordistributioncaneffectivelyrevealdynamicbehaviorofthermalerror.Toachievehigh-performancecompensationmodel,optimizationtheoryisneededtoobtainoptimumtemperaturemeasuringpointsonmachinetool.Consideringsystemcontrollabilityandobservability,researchersoftenplacetemperaturesensorsnearbymainheatsourcesofmachinetool.Ifmachinetemperaturefieldisapproximatelyuniform,sensorsareusuallyplacedonfixedends.Generally,experiencesandjudgmentsareusedinsensorpreliminarylayout.Then,certaintheoryisappliedtooptimizetemperaturemeasuringpointssoastoreducethenumberoftemperaturesensorsandbanishcouplingoftemperaturevariables.Now,researchershaveputforwardmanymethodsintemperaturemeasuringpointsoptimization.Themostcommonmethodsaremultiplestepwiseregression,neuralnetworkandfiniteelement.Thefirstmethodcananalyzerelativitybetweenthermalerrorandtemperaturevariables,butcannotavoidcouplingoftemperaturevariables.Neuralnetworkhasalongtrainingtime.Besides,nervecellinhiddenlayerishardtobedetermined.Infiniteelementanalysis,boundaryconditionsandthermalforcesofjointingsurfacesinmachinetoolaredifficulttobedetermined.Inrecentyears,newmethodshaveappeared.YANG,etal,advancedgroupingoptimizationmodelingbyselectionoftemperaturevariable.First,correlationisusedinvariablegrouping.Next,optimalcombinationofthetemperaturevariableswasfoundbytheratioofregressionsumofsquarestototalsumofsquares.ZHANG,etal,madeuseofcorrelationtorealizefuzzyclusteringoftemperaturemeasuringpoints.Besides,Ref.andRef.adoptgreyrelationshipdegreeinoptimizingtemperaturesensorsrespectively.Thesenewmethodsavoidthedefectsofthefamiliarthreemethods.Butgroupthresholdusedintemperaturevariablegroupingisdeterminednotbyaccuratetheorybutbysubjectivejudgment.So,modeleffectivenesswiththegroupedtemperaturevariablesislackofscientificproof.Tosolvetheproblemofthresholduncertaintyingroupingoftemperaturevariableandtoprovideoptimumtemperaturevariablesforthermalerrormodeling,anoptimalthreshold-basedmethodfortemperaturevariableoptimizationisputforward.Firstly,correlationanalysisismadebetweentemperaturevariablesaccordingtothemultivariatestatisticaltheory.Secondly,thetheoryoffuzzytransitiveclosureisusedtoobtainfuzzyequivalencematrix.Thirdly,evaluationmodeloftemperaturevariableclusteringissetuptohelpfindoutoptimalthreshold.Then,anoptimumclusteringoftemperaturevariablesisachievedunderoptimalthreshold.Lastly,basedonthecorrelationbetweentemperaturevariablesandthermalerror,representativetemperaturevariablesaregainedfromeachgroupinoptimumclustering.Theserepresentativetemperaturevariablesareregardedasthebesttemperaturevariablecombinationformodeling.2CalculationonRelationalMatrixofTemperatureVariable2.1DatanormalizationSincethereisdifferentdimensionandboundaryinthermalerrorvariableandtemperaturevariable,thetwotypesofdatashouldbenormalized.Thus,allvariablesbecomedimensionlessandhavethesameorderofmagnitude.Innature,twotypesofnormalizeddatahavecomparability.Wedefinesingledatasequenceas{}wherenisthetotalnumberofcollecteddata.Sequenceviseithertemperaturesequenceorthermalerrorsequence.Afterdatanormalizationbyinterval-valuedoperator,newsequenceisobtainedasfollows:{}Theithelementofwis,whichisexpressedas,i=1,2,3n,whereminvdenotesthesmallestelementofv,whilemaxvisthebiggestelementofv.2.2CalculationoffuzzysimilaritymatrixThekeystepintemperaturevariableoptimizationistomakeaclusteranalysisontemperaturevariables.Beforegrouping,oneparametersuchasnearnessorsimilarityisneededtodescriberelativityoftemperaturevariable.Inrelativitycalculation,fourmethodsascorrelationcoefficientmethod,distancemethod,nearnessdegreemethodandsubjectiveassessmentmethodareoftenused.Relativityoftemperaturevariableisafuzzyparameterwhichhasnostrictboundaryvalue.Inthispaper,wechoosecorrelationcoefficientmethodtoexpresssimilaritymembershipgradeoftemperaturevariable.Afterdatanormalization,alltemperaturesequencesmakeuptemperaturematrixasT={},wherepisthenumberoftemperaturevariables.Theithtemperaturesequenceisdefinedas={},1≤i≤pwherenisthetotalnumberofdataineachsequence.DefinecorrelationcoefficientofandasHere,1≤i,j≤pMeanwhile,∈[1,1].isexpressedasbelow：Actually,denotessimilarmembershipgradeoftiandtj.Themoresimilarthetwosequencesare,thebiggertheabsolutevalueofis.Whentakingcorrelationcoefficientsasmatrixelements,weobtainsimilarmatrixoftemperaturevariable.Thematrixisexpressedasfollows:InmatrixR0,elementsareeithernegativeorpositive.Bignegativeelementisconsideredasdissimilarity,whilebigpositiveelementshowsgoodsimilaritybetweentwotemperaturevariables.AseachelementinR0onlyexpressesfuzzysimilarityofeverytwotemperaturevariables,thesimilarmatrixR0alsohasfuzziness.Generally,theabsolutevalueofcorrelationcoefficientreflectsthe“distance”oftwovariables.WedefineRasfuzzysimilaritymatrix.Here,Risdescribedasbelow:R=2.3DerivationoffuzzyequivalencematrixThematrixRhascharacteristicsofreflexivityandsymmetry.ThetwofeaturesareexpressedasAsRhasnotransitivity,itcannotreflectfuzzyequivalencerelation,butreflectfuzzysimilarityrelation.Invariableclustering,fuzzyequivalencerelationisneeded.Therefore,weusethetheoryoffuzzytransitiveclosuretochangefuzzysimilarityrelationintofuzzyequivalenceRelation.SincefuzzymatrixmultiplicationbuildsontheMaximum-MinimumPrinciple,thecompositionaloperationofRandRisdefinedasbellow:where“。”ismultiplicationoperator.“V”meanstakingthemaximumvalue,while“”meanstakingtheminimumvalue.Basedupontheaboveformula,aseriesofcompositionaloperationismadeasthefollowingequations:Thecompositionaloperationiscontinuedunlessksatisfies.Thededucedmatrixhastransitivity,soitreflectsfuzzyequivalencerelation.Wedefineasfuzzyequivalencematrix,where=.3TemperatureVariableOptimizationforThermalErrorModeling3.1BesttemperaturevariableclusteringonoptimalthresholdSupposethresholddividesalltemperaturevariablesintogroupswhichareEachgrouphassometemperaturevariables.Wedefinetheithgrouphastemperaturevariables.Ingroupsingletemperaturevariablesequenceisdefinedas，k=1,2,3...,i=1,2,...,wherenreferstothenumberofcollecteddatainsequence.Here,eachtemperaturevariablesequencehasthesamenumberofcollecteddata.Next,twocentersareexpressedasEq.(13)andEq.(14):==Wherep—Numberoftemperaturevariables,—Centerofgroupui,—Centeroftotaltemperaturevariables.Compactdegreeandseparabledegreeoftheithgrouparedefinedinthenexttwoexpressions:Fromtheabove,weknowcompactdegreeappearsintheformofsamplevariance.Thesmalle