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大连交通大学2017届本科毕业生毕业设计毕业（论文）翻译微电子工程 由于清洗，聚合物UV-纳米压印模具的高纵横比图案崩溃。摘要： 从主结构复制的聚合物模具可以提供固有的抗粘着性能和UV透明度。它们可以从各种底料中复制出来，并且只能从一个主体提供成本有效的复制多张工作模印。它们还允许使用各种压印方法，包括UV或热辅助方法。通常，聚合物材料表现出与诸如硅，二氧化硅或金属的硬质模具材料不同的机械和表面化学性质。因此，在压印或清洁过程中，模具可能会变形甚至被破坏。如果使用印记作为直接图案方法，则会发生高纵横比图案的发生。在本文中研究了聚合物模具在清洁过程中对图案损伤的亲和力。考虑不同的可能的聚合物模具材料。实验数据与仿真结果进行比较，并表现出良好的一致性。研究不同的示例性图案并找到最合适的材料。对于在所考虑的尺寸范围内的半间距光栅，特征长宽比高达10是稳定的。介绍 纳米压印光刻（NIL）是一种强大的图案化技术，提供了纳米分辨率，大面积结构能力2以及复制三维特征的内在能力。在过去几年中，已经提出了许多不同的NIL过程。紫外线辅助NIL（UV-NIL）4消除了压印期间对系统的热负荷，并且能够有效地合成功能印记抗蚀剂5。 UV-NIL需要基材或模具是紫外线透明的。由于基板的透明度大部分是通过应用而渗透的，因此优选UV透明模具。不幸的是，最常用的刚性模具材料是需要精细加工的熔融石英。熔融二氧化硅的干法蚀刻过程只能同时提供有限的蚀刻深度和分辨率。这限制了可寻址的UV-NIL应用程序。使用从主机铸造的聚合物模具，有时被称为软光刻，因为所使用的聚合物可以是紫外线透明的，本质上是防粘的和柔性的，因此提供了许多优点。因此，例如，通过粒子打印或具有切口的特征的复制成为可能。软聚合物模具的相当的低杨氏模量在压印期间产生不想要的特征变形。这限制了UV-NIL作为直接图案化方法的应用。其中复制结构本身用作功能元件，而不是用作后续工艺步骤的掩模。对于双向图案化，所需模具的尺寸由应用而不是通过该方法完全流动。即使发现合适的工艺条件能够复制模具中的结构，如图1所示，在模具清洁期间可能发生图案变形。特别是高纵横比的模具容易出现所谓的特征崩溃。模具铸造是一个精心设计和昂贵的过程。通常，聚合物模具需要特殊的模板和加工，以便在分辨率，平整度，残余层厚度等方面与刚性印章竞争。聚合物中主结构的简单复制不足以获得高质量的印记。因此，模具的使用寿命应尽可能长。清洁是清除未固化的抗蚀剂残留物或颗粒的简单方法，否则可能会在压印过程中损坏模具。与抗蚀剂发展过程中导致图案崩溃的条件相当的条件可以在清洁后引起持续的特征变形。此外，这种效果用于生成特殊图案，这是一个不必要的效果，必须避免。在本文中，研究了不同的聚合物模具材料，并且在模具清洁期间具有图案塌陷的亲和性。 这还包括能够复制具有比先前出版物中考虑的更高的纵横比的结构的材料。 聚合物模具从硅主结构铸造，随后使用清洁剂清洗。 观察模式崩溃已被用于验证有限元塌陷过程的方法（FEM）模拟。 通过开发的模型，可以获得关键结构高度的预测。2.样品制备2.1 大师制作 通过使用Vistec SB3050DW的ASML PAS 5500-250C和电子束光刻（EBL）通过晶片步进曝光制造硅主结构。 定制布局基本上包含500纳米到2000纳米各种间距的线空间光栅，以及具有各种占空比（特征尺寸到间距）的二次晶格和直径从500 nm到2000 nm的点阵列。 图案化的抗蚀剂层用作反应离子蚀刻工艺的蚀刻掩模，以在硅中获得范围从500nm到3200nm的不同蚀刻深度。 抗剥离后，通过分子气相沉积将全氟三氯硅烷防粘层（ASL）应用于硅模具。 这降低了表面能，并确保随后浇铸的聚合物模具容易脱模。 原则上，对于以下考虑的所有材料来说，这不是必需的，因为一些显示本来低的表面能。2.2聚合物模具铸造 使用具有2重量2-羟基-2-甲基苯丙酮（Sigma-Aldrich）的Fluoro-link MD 700（MD 700）和Fomblin MD 40（MD 40）（Solvay Solexis）的硅母料将聚合物模具作为光引发剂以及OrmoStamp（Microresist Technology（mrt）。玻璃片用作底物。使用APS1（mrt）作为MD40和MD 700的粘合促进剂和OrmoStamp的OrmoPrime08（mrt）。所有材料都被手工分配在硅胶板上，随后使用定制的压印机与基板接触。在氮气中，使用UV-LED（Nichia NC4U133）固化该材料。在每个聚合物模具铸件中存在约10lm量级的厚的残留层。2.3模具清洗 清洁剂必须能够解决未固化的抗蚀剂残留物并冲洗掉颗粒。此外，它们不应该膨胀或解散模具材料或其部件。因此，该工作中的所有模具在从硅母料脱模后直接用异丙醇冲洗，随后使用氮气流干燥。在实验中，还有其他清洁剂（丙酮，乙醇和去离子水）。 它们对所使用的模具材料具有不同的接触角。 因此，清洗后受特征崩溃影响的结构各不相同。 在下文中，为了清楚起见，所有结果都显示用于异丙醇清洗。 模具清洁和干燥后，在扫描电子显微镜检查之前，将5nm金层喷射在聚合物模具（Edwards S150B）上。3. 建模结构的建模已经使用两种不同的方法完成。 在柱结构上进行基于能量的计算。 此外，使用由液 - 空界面处的结构之间的弯液面产生的力和由弹性光栅的变形给出的恢复力进行变形分析。 一般来说，可能会出现两种不同的失败机制。 如果结构之间的间距大于其高度，则清洁后可能会粘在地上。 这被称为地面崩溃。 如果特征足够密集，则特征之间的间距小于其高度，横向塌陷可能发生。 因此，结构彼此粘合。3.1 支柱阵列 圆柱形结构如图3所示，示出柱之间的间距大于其高度。 因此，只能发生底面崩溃。关键方面由结构高度h与横向尺寸d的比值给出的比例可以图由表示。其中E是杨氏模量，m是泊松比，cs是模具材料的表面能。 可以进行类似的分析来描述由于密集特征彼此粘附而引起的侧向塌陷。 这导致了的关键长宽比。 3.2光栅 为了预测格子状图案的稳定性，可以模拟毛细管力和所产生的变形结构已经执行。模具清洗后，清洁剂必须从模具表面移除。如果没有额外的效果，例如超临界干燥，液体蒸发。在蒸发过程中，在某些时候，密闭的液体膜会破坏特征顶部，只有空腔保持填充。如果液体进一步蒸发，则可能一个空腔仍然是湿的，而相邻的空腔是空的。在这种情况下，强拉普拉斯压力会导致图案崩溃。相比之下，相邻填充腔的薄弱的弯液面力也引起模式缩影。在腔中出现弯月力是形成毛细管桥。弯液面曲率是液体和腔体材料的组合特有的。作用在结构上的压差Dp由21 cl表示冲洗液的表面张力。如果光栅中的所有结构和形成的毛细管半月板相等，则gs和gl相等，压差消失，光栅处于平衡状态。由制造或处理差异引起的光栅中相邻腔的毛细管桥的差异导致初始偏转，并因此导致作用在结构上的压力差Dp。必须发现这些与由变形特征产生的恢复力之间的平衡。以前的工作主要集中在衬底上抗蚀剂特征的描述。通常，所使用的抗蚀剂材料的杨氏模量比使用的基底硅（150GPa）或熔融二氧化硅（70GPa）的杨氏模量小一个数量级。在这种情况下，可以忽略基板的变形，并且仅图案化的抗蚀剂结构的变形有助于位移。对于聚合物软模，基材以及结构由相同的材料制成。在由于弯液面力引起的结构偏转期间。图案本身以及基板变形。 已经使用有限元模拟来确定所有聚合物结构相对于其表面上施加的弯液面压力差（参见方程式（3）的挠度。 给定几何体对施加压力的响应曲线必须与由公式 （3）类似。 在这种情况下，结构在崩溃前达到平衡位置。 如果没有交叉点，结构将接近直到彼此接触，即崩溃。 为了确定结构偏转，已经使用了ANSYS Workbench。4. 柱阵列 在使用有一个接触角的模具未成形表面测量时，测量体积，表面能量可以通过使用Owens-wendt-rabel-kaeble算法测得。机械材料的稳定性可以再参考文献里找到，同时还包括关于聚二甲硅氧烷材料的资料，这个泊松比的理想值估计在0.3左右。这个测量台柱的直径与少数给出的值不同，在侧向崩溃模拟中，一半的结构可以测量。通常，制品的误差取决于标准规格的公差，扫出侧向崩溃所占的比例大部分的误差是在理想范围内的。这里在侧面部分崩溃与全部崩溃之间，只有侧向崩溃会呈现出来。在这里公差趋向于崩溃公差，这一区域的误差比较稳定。如果比例升高，变得不稳定。机械制造误差在较高时，将台柱排列可以被观察法到。基于理论的仿真结果比较在第三节中显示，实验可以从图里看见，理想间距约750纳米，较大的偏距也是存在的的。掌握制作硅晶圆的抵御功能，同一讯号可能显示的不同结构周期。对于高度，所有的仿真结果显示，采取真实的尺寸。通过扫描电子显微镜交流计数测量，从仿真以及实验成果可见，纵横比取决于该球场紧密结构。这是假设完美半间距结构，图五中的剩余偏差可以实验得出，侧壁角度不为90，铸件表面母材的能量能影响铸型的表面能。图六显示的临界纵横比取决于不同模具的结构尺寸。子图展示模具结构从统一铸型铸造不同材料。在这里，只有Ormostamp能承受清洗，异丙醇无特征崩溃程序。因此，适合作为软模具材料所需的高方面比。表面能未经处理的oemostamp高于MD40和MD700，导致小CON机制的角度变化，因此形成较高的压力差。相邻的毛细血管之间产生熵，杨氏模量能够完全补偿这种上升。临界宽高比对杨氏模量的依赖性模具材料。图8，他们表现出300纳米半间距结构在左上角，500nm的半间距结构在较低的能量与腐蚀深度2100纳米。引用国际修复系数，表面能从41米/米下降到11MN/米（参见表1）的应用ASL。未经处理的模具模式清楚地显示横向崩溃为300纳米半节距结构，而功能与ASL任然是稳定的。溶剂如异丙醇或丙酮确实表现出湿润行为（接触角）（4560）即使表面能非常低，像那些本文应用ASL。因此，很难消除增加接触角到90的毛细血管弯月面力，或通过改变溶剂。即使奥尔莫日印加工包括ASL的沉积，将相同的降解为印记中的性能优于其他考虑物质。 纳米压印软膜的清洗可引起特征崩溃，可能发生不同的倒塌机制，在有限元分析可能下落折叠或向对方侧倒塌。通过依赖性的崩溃结构的杨氏模量和表面能的模具材料模拟实验表明，高分子软模具的崩溃是由底层基板的变形影响。硅基映衬底上的抗腐剂结构，可以描述结构的变形行为。用有限元模拟，两杆结构和光栅图案的边缘特征崩溃，总之材料表现出较低的表面能。进一步的工作将进行新材料的调查，聚珪氮烷（pvsz），WH。这项工作是由DFG研究训练组”nano和生物技术包装电子系统”负责。摘 要机床夹具已成为机械加工中的重要装备，是机械加工不可缺少的部分。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。随着机床的不断发展更新，机床夹具的改进和创造已成为技术革新中的一项重要任务。本次毕业设计是关于杠杆加工工艺及台阶面铣削夹具的设计。其主要加工表面是顶平面，外圆表面，螺纹孔以及台阶面。由于该零件结构较简单，主要由平面和内孔组成，因此采用先面后孔的加工原则。并通过粗加工和精加工两个阶段来保证零件的加工精度。工序过程主要是先加工出精基准即顶平面，再由顶平面和外圆面为定位基准加工其他表面。各工序夹具均采用专用夹具，夹紧方式采用手动夹紧。其中夹具的设计主要涉及夹具的定位方案，加紧方案，夹紧力的计算，夹具体的方案设计，以及误差分析等。通过pro/E软件对此夹具进行三维建模和装配，使其更立体直观。本夹具能在保证加工质量的同时，降低劳动强度，提高生产率，适合批量生产，满足设计要求。关键词：杠杆 工艺 夹具 ABSTRACTThe tool fixture has become an important equipment in machining, which is an essential part in machining. The design and use of tool fixtures are one of the important craft measures to promote development and creating of tool fixtures have become an important mission in reform of technology. This graduation project includes processing craft of lever and the design of milling fixture of step surface. The main processing surfaces are the top flat, outside surface of circle, threaded hole and step surface. The structure of part is simple, which mainly consists of flats and holes, so the design adopt the machining principle that is machining surfaces firstly and machining hole later. And two phases of rough machining and finish machining can ensure the machining precise of part. The process mainly is that machining precise standard namely the top flat firstly, and machining other surfaces based on the top flat and outside surface of circle. Every process adopts special fixtures. The means of clamping adopts manual operation. The design of fixture mainly includes the orientation project of fixture, the clamping project, the calculation of the clamping force, the designing scheme of fixture, the analysis of error and so on. Modeling and assembly for fixture by the software of Pro/Engineer can make it more stereoscopic and visual. The fixture can ensure the quality of machining, meantime, it can reduce labor strength, increase productivity, and be fit for mass production. It meets design requirement.Key word: lever craft fixture 目 录第一章 工艺规程设计1.1零件的分析1.2确定毛坯的制造方式1.3基准的选择1.4制定工艺路线1.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定1.6选择机床及刀、量具1.7确定切削用量及基本工时（机动时间）第二章 专用夹具设计2.1设计主旨2.2定位基准的确定2.3切削力和夹紧力的计算2.4定位误差分析2.5夹具设计及操作的简要说明谢辞参考文献附录第一章 工艺规程设计1.1零件的分析1.1.1零件的作用杠杆是一种简单机械。在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆。在生活中根据需要，杠杆可以是任意形状。本课题的杠杆主要起到传动连接的作用，保证各部分机构可靠的连接，并提供必要的传动。由于杠杆的重要作用，所以杠杆的设计和制造直接影响着机构的装配，传动，工作，维护等一系列问题。1.1.2零件的工艺分析杠杆共有三组加工表面： (1)以顶平面为中心的加工表面。这一组加工表面包括：顶平面，其表面粗糙度为Ra6.3m。（2）以三角凸台为中心的加工表面。这一组加工表面包括：三角凸台，其表面粗糙度为Ra6.3m。(3)以32f6外圆表面为中心的加工表面。这一组加工表面包括：32f6外圆表面及其端面，其表面粗糙度为Ra3.2m，M6的螺纹孔。（4）以台阶面为中心的加工表面。这一组加工表面包括：台阶面，其表面粗糙度为Ra3.2m。1.2确定毛坯的制造方式毛坯的选择影响着零件在加工过程中的工序过程，切削用量、机床以及刀具的选择和基本工时等众多要素，所以合理的选择毛坯具有重要的技术和经济意义。课题所给的杠杆工件材料为45钢，考虑到杠杆在工作过程中可能会承受冲击载荷，因此应该选用铸件，保证其工作可靠。由于工件批量生产，轮廓尺寸不大，结构形状较复杂，技术要求不是很高，故可采用铸造成型。这有利于于提高生产率，降低生产成本。1.3基准的选择基准选择的合理与否直接影响着工艺规程设计。如果选择合理，可以提高工件精度和生产率。如果选择不合理，可能会影响工件质量，甚至无法生产。1.3.1粗基准的选择选择粗基准时，主要考虑各加工表面能有均匀的加工余量，并尽可能快的找到精基准。根据粗基准的选择原则，选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。所以选择杠杆的主要支撑轴32f6作为粗基准。以支撑轴作为粗基准加工精基准面，然后再以精基准加工支撑轴。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留致密的组织，以增加耐磨性。1.3.2精基准的选择为了保证杠杆各加工表面之间的相互位置和加工精度以及装夹可靠方便。根据精基准的选择原则，在工件加工过程中尽可能地采用统一的定位基准，即基准统一原则。由零件图可知，杠杆的顶平面面积较大，平整光滑，且与其他加工面联系密切，可以作为统一基准加工其他加工表面，因此选择顶平面做为精基准。如果按照基准重合原则选择杠杆的装配基准即前后端面作为精基准，当加工支撑轴和螺纹孔时，在定位、夹紧以及夹具设计等方面都有一定的困难，所以不采用此种原则。1.4制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的尺寸精度、位置精度、几何形状以及各项技术要求得到合理保证。生产纲领已经确定为批量生产，所以关键之处在于集中工序以提高生产率，降低劳动成本。首先需要加工出精基准顶平面，之后一系列工序都要以顶平面为基准进行加工，直到杠杆加工结束。其中后续工序需要遵循先面后孔，先粗后精的加工原则。根据分析，现拟定两个方案如下：工艺路线一：工序1：铸造 铸造工序2：时效 时效处理工序3：铣 铣顶平面工序4：铣 铣左边三角凸台工序5：铣 铣杠杆一侧台阶面至图纸尺寸工序6：铣 铣杠杆另一侧台阶面至图纸尺寸工序7：粗车 粗车32f6的外圆表面及端面，留有精车余量工序8：精车 精车32f6的外圆表面及端面至图纸尺寸工序9：钻孔攻丝 钻M16螺纹孔及攻丝工序10：检验 按图纸要求检验各部分尺寸及形位公差工序11：入库 清洗，入库工艺路线二：工序1：铸造 铸造工序2：时效 时效处理工序3：铣 铣顶平面工序4：粗车 粗车32f6的外圆表面及端面，留有精车余量工序5：精车 精车32f6的外圆表面及端面至图纸尺寸工序6：钻孔攻丝 钻M16螺纹孔及攻丝工序7：铣 铣左边三角凸台工序8：铣 铣杠杆一侧台阶面至图纸尺寸工序9：铣 铣杠杆另一侧台阶面至图纸尺寸工序10：检验 按图纸要求检验各部分尺寸及形位公差工序11：入库 清洗，入库两个工艺路线方案对比：方案一是先加工各平面再以此为基准加工外圆表面及螺纹孔。方案二是先加工外圆表面及螺纹孔，再以其为基准加工各平面。经过比较，先加工平面再加工外圆表面及螺纹孔，遵循了先面后孔的加工原则，从而较易保证定位精度。并且可以减少机床的更换次数，节省时间，定位及装夹都较方便。因此最后确定的加工路线：工序1：铸造 铸造工序2：时效 时效处理工序3：铣 铣顶平面工序4：铣 铣左边三角凸台工序5：铣 铣杠杆一侧台阶面至图纸尺寸工序6：铣 铣杠杆另一侧台阶面至图纸尺寸工序7：粗车 粗车32f6的外圆表面及端面，留有精车余量工序8：精车 精车32f6的外圆表面及端面至图纸尺寸工序9：钻孔攻丝 钻M16螺纹孔及攻丝工序10：检验 按图纸要求检验各部分尺寸及形位公差工序11：入库 清洗，入库1.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定零件材料为45钢，根据金属机械加工工艺人员手册查得，其硬度为197241HB，力学性能=600MPa生产类型为批量生产，采用铸造成型。根据材料及工艺，查找机械制造技术基础课程设计可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：1.顶平面(1)粗铣加工余量=1.0(2)粗铣后厚度=20毛坯厚度=（20+1.0）=21(3)查表可知粗铣精度等级为IT1113级，取IT12级，查表得T1=0.25毛坯公差查阅铸件尺寸公差与机械加工余量（GB/T64141999）,取T0=1.42.三角凸台（1）粗铣加工余量最大处=9.0（2）铣削后三角凸台底边长=20，三角凸台宽度=22毛坯底边长=60,毛坯宽度=32（3）查表可知粗铣精度等级为IT1113级，取IT12级，查表得T1=0.21毛坯公差查阅铸件尺寸公差与机械加工余量（GB/T64141999）,取T0=1.23.台阶面（1）粗铣加工余量（双边余量）=3.4 精铣加工余量（双边余量）=2.6（2）精铣后厚度=64 粗铣后厚度=(64+3.4) =67.4 毛坯厚度=(67.4+2.6) =70（3）查表可知粗铣精度等级为IT1113级，取IT12级，查表得T2=0.46查表可知精铣精度等级为IT68级，取IT7级，查表得T1=0.046毛坯公差查阅铸件尺寸公差与机械加工余量（GB/T64141999）,取T0=2.04.外圆表面（1）粗车加工余量（双边余量）=2.0 精车加工余量（双边余量）=0.2（2）精车后直径D=32 粗车后直径D=(32+2.0) =34毛坯直径D=(34+0.2) =34.2（3）查表可知粗车精度等级为IT1213级，取IT12级，查表得T2=0.25查表可知精车精度等级为IT78级，取IT7级，查表得T1=0.025毛坯公差查阅铸件尺寸公差与机械加工余量（GB/T64141999）,取T0=1.35.轴端面（1）粗车加工余量=2.0（2）粗车后长度=23 毛坯长度=（23+2.0）=25(3)查表可知粗车精度等级为IT1213级，取IT12级，查表得T=0.256.螺纹孔（1）攻丝加工余量=2.0（2）攻丝后直径D=16 钻孔后直径D=（16-2.0）=14（3）查表可知钻精度等级为IT1013级，取IT12级，查表得T=0.181.6选择机床及刀、量具考虑到生产类型为批量生产，从经济实用的角度出发，选用的机床以通用机床为主。夹具一般采用专用夹具。工件在各机床上的装卸及各机床间的传递，由工件形状决定其需要辅助工具来保证其固定可靠。故其生产方式以通用机床加专用夹具为主。量具可以采用游标卡尺，测量范围01000，用以测量工件各部分尺寸长度。具体的选择详见每步工序。1.7确定切削用量及基本工时(机动时间)工序1：无切削加工，无需计算工序2：无切削加工，无需计算工序3：铣顶平面机床：X62刀具：,莫氏锥柄立铣刀材料：高速钢，d=32,齿数z=3。参照切削用量手册加工余量为1，所以取铣削深度=1,走刀次数为一次。取每齿进给量=0.1/z,取切削速度V=38m/min。机床主轴转速n=377.99r/min取n=375r/min则实际切削速度v=37.7m/min进给量f=0.13375=112.5/min铣刀切削的长度l=81.68。所以机动时间t=0.73min工序4：铣左边三角凸台机床：X62刀具：可转位立铣刀,材料：高速钢，d=32,齿数z=3。参照切削用量手册加工余量最大处为9，所以取铣削深度=9，走刀次数为一次。取每齿进给量=0.1/z,取切削速度V=23m/min。机床主轴转速n=228.79r/min取n=235r/min则实际切削速度v=23.6m/min进给量f=0.13235=70.5/min被切削层长度l=22.36刀具切入长度 =3.87刀具切出长度2所以机动时间=0.4min因为凸台为对称结构，所以t=20.4=0.8min工序5：铣杠杆一侧台阶面至图纸尺寸工步1：粗铣铣杠杆一侧台阶面机床：X62刀具：莫氏锥柄立铣刀,材料：高速钢，d=16,齿数z=3。参照切削用量手册加工余量为1.7，所以取铣削深度=1.7，走刀次数为一次。取每齿进给量=0.04/z,取切削速度V=47m/min。机床主轴转速n=935r/min取n=950r/min则实际切削速度v=47.75m/min进给量f=0.043950=114/min第一个台阶面：被切削层长度l=205刀具切入长度 =3.07刀具切出长度=8所以机动时间=1.9min第二个台阶面：被切削层长度l=205刀具切入长度 =2.4刀具切出长度=8所以机动时间=1.89min所以粗铣一侧台阶面的机动时间=+=1.9+1.89=3.79min工步2：精铣杠杆一侧台阶面机床：X62刀具：莫氏锥柄立铣刀,材料：高速钢，d=16,齿数z=6。参照切削用量手册加工余量为1.3，所以取铣削深度=1.3，走刀次数为一次。取每齿进给量=0.06/z,取切削速度V=36m/min。机床主轴转速n=716r/min取n=750r/min则实际切削速度v=37.7m/min进给量f=0.066750=270/min第一个台阶面：被切削层长度l=205刀具切入长度 =3.07刀具切出长度=8所以机动时间=0.8min第二个台阶面：被切削层长度l=205刀具切入长度 =2.4刀具切出长度=8所以机动时间=0.8min所以精铣一侧台阶面的机动时间=+=0.8+0.8=1.6min所以铣一侧台阶面所需的总时间t=+=3.79+1.6=5.39min工序6：铣杠杆另一侧台阶面至图纸尺寸由于两侧台阶面完全对称，所以同工序5即机动时间t=5.39min工序7：粗车32f6的外圆表面及端面，留有精车余量机床：CA6140，机床功率为7.5Kw。工步1：粗车32f6的端面刀具：偏头端面车刀，材料：硬质合金YT5参照切削用量手册加工余量为1，所以取切削深度=1,走刀次数为一次。进给量f=0.71/r,取f=0.8/r。车刀后刀面最大磨损量为1.01.4，取值为1.0，车刀寿命T=60min.切削速度V=6075m/min，取V=60 m/min。由于实际情况，在车削过程使用条件的改变，查得切削速度的修正系数为：钢的强度和硬度改变时切削速度的修正系数=1.06刀具材料改变时切削速度的修正系数=0.65车削方式改变时切削速度的修正系数=1.0所以切削速度的修正系数=1.060.651.0=0.689切削速度=V=600.689=41.34 m/min机床主轴转速n=384.76r/min取n=400r/min则实际切削速度v=42.9m/min车刀切削的长度l=17.1。所以机动时间t=0.05min工步2：粗车32f6的外圆表面刀具：焊接式直头外圆车刀, 材料：硬质合金YT5参照切削用量手册单边加工余量为1，所以取切削深度=1，走刀次数为一次。进给量f=0.71/r,取f=0.8/r。车刀后刀面最大磨损量为1.01.4，取值为1.0，车刀寿命T=60min.切削速度V=6075m/min，取V=60 m/min。由于实际情况，在车削过程使用条件的改变，查得切削速度的修正系数为：钢的强度和硬度改变时切削速度的修正系数=1.06刀具材料改变时切削速度的修正系数=0.65车削方式改变时切削速度的修正系数=1.0所以切削速度的修正系数=1.060.651.0=0.689切削速度=V=600.689=41.34 m/min机床主轴转速n=384.76r/min取n=400r/min则实际切削速度v=42.9m/min因为主偏角，所以=23，取2。=35，取3。因为是批量生产，所以=0所以车刀车削的总长度L=l+=23+2+3+0=28所以机动时间t=0.09min工序8：精车32f6的外圆表面及端面至图纸尺寸机床：CA6140，机床功率为7.5Kw。刀具：焊接式直头外圆车刀, 材料：硬质合金YT15参照切削用量手册单边加工余量为0.1，所以取切削深度=0.1，走刀次数为一次。进给量f=0.10.3/r,取f=0.2/r。车刀后刀面最大磨损量为0.40.6，取值为0.5，车刀寿命T=60min.切削速度V=110130m/min，取V=110 m/min。由于实际情况，在车削过程使用条件的改变，查得切削速度的修正系数为：钢的强度和硬度改变时切削速度的修正系数=1.06刀具材料改变时切削速度的修正系数=1.0车削方式改变时切削速度的修正系数=1.0所以切削速度的修正系数=1.061.01.0=1.06切削速度=V=1101.06=116.6 m/min机床主轴转速n=1159.84r/min取n=1120r/min则实际切削速度v=112.59m/min因为主偏角，所以=23，取2。=35，取3。因为是批量生产，所以=0所以车刀车削的总长度L=l+=23+2+3+0=28所以机动时间t=0.125min工序9：钻M16螺纹孔及攻丝工步1：钻M16螺纹孔机床：Z525刀具：高速钢钻头参照切削用量手册钻削深度=23,走刀次数为一次。进给量f=0.20.3/z ,取0.25/z。取切削速度V=1825m/min，取20 m/min。机床主轴转速n=454.73r/min取n=545r/min则实际切削速度v=23.97m/min因为，所以=6.04因为钻盲孔，所以=0钻头所钻削的总长度L=l+=23+6.04+0=28.04。所以机动时间t=0.21min工步2：攻丝机床：Z525刀具：高速钢螺母丝锥参照切削用量手册攻丝深度=23。由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，因此f=2/r,走刀次数为一次。取切削速度V=25.4m/min。机床主轴转速n=505.32r/min取n=545r/min则实际切削速度v=27.39m/min=（13）P=（13）2=4因为钻盲孔，所以=0钻头所钻削的总长度L=l+=23+4+0=27。所以机动时间t=0.05min第二章 专用夹具设计2.1设计主旨在保证加工质量的前提下，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。设计铣杠杆台阶面的铣床夹具。本夹具将用于X62万能铣床，刀具为高速钢立铣刀。方案设计是夹具设计的第一步，也是夹具设计关键的一步，方案设计的好坏直接影响工件的加工效率和加工精度。如果不注意可能会导致不能满足工件加工要求，或加工精度不能达到设计要求，因此必须慎重考虑。设计方案的拟定必须遵循下列原则:(1)定位装置要符合六点定位原理，并确保工件定位准确和可靠。（2）夹具的定位精度能满足工件加工精度的要求。（3）夹具结构尽量简单，操纵力校而夹紧可靠，力求造价低。2.2定位基准的确定由零件图可知，台阶面的设计基准是零件的顶平面，为了减少定位误差，遵循“基准统一”原则，因此选台阶面定位基准为零件顶平面。通过对工件的加工工序要求分析可知，该工件需要限制六个自由度：（1）顶平面限制X向转动，Y向转动，Z向移动（2）套筒限制X向移动，Y向移动（3）固定螺栓限制Z向转动2.3切削力和夹紧力的计算2.3.1切削力的计算切削刀具：高速钢立铣刀，16，Z=3。查金属切削机床夹具设计手册可知，其中，考虑工件材料及铣刀类型的系数,铣削深度t=1.7，每齿进给量/r，铣刀直径D=16,铣削宽度B=5,铣刀齿数z=3，用高速钢铣削时，考虑工件材料机械性能不同的修正系数。对于结构钢、铸钢，所以切削力2.3.2夹紧力的计算夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的，定位问题已经在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定位好位置在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的既定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力的作用下，不发生移动和振动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。它包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削用量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜楔夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成符合夹紧机构来夹紧工件，是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把楔绕在圆柱上，因此它的作用原理与斜楔是一样的。也是利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里是通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化来夹紧的。 典型的螺旋夹紧机构的特点：（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自锁性能好；（4）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。根据工件受到切削力和夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即:Q=KF根据金属切削机床夹具设计手册可知:其中取基本安全系数=1.5加工状态系数=1.2刀具钝化系数=1.2切削特点系数=1.0夹紧动力稳定性系数=1.3手动夹紧时手柄位置的系数=1.0支撑面接触情况的系数=1.5由此可得K=1.51.21.21.01.31.01.5=4.212所以夹紧力Q=KF=77.384.212=325.92N由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单，操作方便，所以夹紧方式选择手动螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构所需夹紧扭矩其中夹紧力Q=325.92N螺纹的平均半径r=5螺纹升角螺纹摩擦角支撑表面的摩擦系数支撑表面摩擦力矩的计算力臂所以夹紧扭矩 大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告实习（调研）报告1课题的来源与意义目前我国模具产业进入了高速的发展期，急缺模具设计人才。计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）的生产形式正在被我国各企业应用。CERO优秀的三维CAD/CAM软件，在模具设计领域被广泛应用。学生在前期的学习过程中具备“冷冲压工艺与模具设计”“模具制造工艺”等有关理论基础知识及专业性设计练习。其目的主要是：1树立正确的设计思想，联系实际，从实际中解决设计问题，力求设计合理、实用、经济；2培养学生分析问题、解决问题的能力:；3训练学生学会查阅相关手册、图册、技术文献和技术资料；4培养学生认真负责、踏实细致的工作风和严谨的科学态度；初步养成良好的职业习惯。 2国内外模具行业发展现状与发展趋势国外，特别是欧美和日韩等发达地区的模具工业起步较早，拥有比较先进的生产管理技术及经验，值得我们国内模具行业学习和借鉴。在欧美，许多模具企业将高新技术应用于模具的设计和制造，主要体现在6点 ：（1）充分发挥了信息技术带动和提升模具工业的优越性；（2）高速切削、五轴高速加工技术基本普及，大大缩减制模周期，提高企业的市场竞争力；（3）快速成形技术和快速制模技术得到普遍应用； （4）从事模具行业的人员精简，一专多能，一人多职，精益生产； （5）模具产品专业化，市场定位准确；（6）采用先进的管理信息系统，实现集成化管理；（7）工艺管理先进、标准化程度高。日本模具加工的未来发展方向主要表现为无人手修模、无放电加工、加工时间缩短、 五轴加工等方面。国内，中国虽然在很早以前就制造模具和使用模具，但一直未形成产业。由于长期以来模具制造一直作为保证企业产品生产的手段被视为生产后方。因此一直发展缓慢7 。1984年成立了中国模具工业协会，1987年模具首次被列入机电产品目录，当时全国共有生产模具的厂点约6 000家。总产值约30亿元。随着中国改革开放的日益深入，市场经济进程的加快，模具及其标准件、配套件作为产品，制造生产的企业大量出现，模具产业得到快速发展。在市场竞争中，企业的模具生产技术提高很快，规模不断发展，提高很快。20世纪90年代以来，中国在汽车行业的模具设计制造中开始采用CADCAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范点，由华中理工大学作为技术依托单位，开发了汽车车身与覆盖件模具CADCAM软件系统，在模具和设计制造中得到了实际应用，取得显著效益。现在，吉林大学和湖南大学也成功地开发出了汽车覆盖件模具的CADCAE系统，并达到了较高水平，在生产中得到应用，收到了良好的效果。3本课题研究目标与研究内容研究方法研究目标：通过模具设计实验，提高学生的综合能力，熟悉与模具设计及制造相关的工艺规程，熟练掌握与模具设计制造有关的计算机辅助软件。实验要求学生能独立完成冲压制件的工艺设计与制造，提高学生的自主工作能力。具体研究内容：实习报告一份，相关的外文翻译一份，设计计算说明书，基于PROE或(CERO)进行模具装配总图、部件装配图、设计配套非标零件图，并生成模具零件工程图及模具总装图对非标件进行加工工艺路线设计及数控加工编程；数控加工过程的运动仿真及干涉检验。