可持續(xù)夾具及固定裝置的高精度安裝的方法論J. Jamshidi，P.G. maropoulos英國巴斯大學機械工程學系摘要在夾具安裝階段，夾具組件的精確測量能力決定其精確性，尤其是對大尺寸的產(chǎn)品和應用來說。大量定制一些在設計上有多樣性的小批量產(chǎn)品和零部件是十分重要的。產(chǎn)品質(zhì)量應該與迅速轉(zhuǎn)換理念相互協(xié)調(diào)，對于敏感元器件及組件而言，以犧牲產(chǎn)品質(zhì)量來提高速度是不明智的，例如在航空航天工業(yè)中所看到的那些零部件。提高精確性對于夾具的安裝是很有必要的，為了要盡量少用，這可取決于夾具和夾具定位變化的耐受性預算。在航空航天工業(yè)中，靈活和可重構夾具的概念的發(fā)展及固定裝置是夾具的主要開銷成本。吸引他們的是重構夾具的可重用性，可持續(xù)使用是由于那些零部件也能夠被重新應用到許多種產(chǎn)品和裝配中去。一直不佳的準確性和可靠性為這類夾具的缺點，這篇論文主要是研究可持續(xù)夾具主要零部件的精確定位，影響夾具性能的因素在安裝階段會得以審查。本文介紹了一種在靈活夾具中為了最大限度地減少定位和夾緊的不確定性的方法。關鍵詞:可持續(xù)性夾具；夾具安裝；校準不確定性；夾具的監(jiān)測；計量；可重復使用的夾具1引言質(zhì)量和可靠性等因素早已經(jīng)轉(zhuǎn)換為新零件固有的特征。在他們的產(chǎn)品和服務范圍內(nèi)，近期市場趨勢已經(jīng)迫使制造業(yè)走向大規(guī)模定制。其次增加新陳品的多樣化設計在部件和組件級別上遵循第二次高幅度的變化。有先進制造系統(tǒng)和技術的國家提供了更多的靈活性，能使設計師更加自由的發(fā)揮想象。例如在過去幾十年發(fā)展起來的一種新的大體積測量方法，就能測量及公丈的距離。用來檢測大尺寸零件的這些設備通常是由多個組裝部件所制造出來的。在重組和裝配期間，那些大尺寸產(chǎn)品的制造需要用到專用的夾具和固定裝置，以便于他們的零部件能夠被定位在設計基準上。對于大批量產(chǎn)品，在計算機輔助軟件上就能估算出其主要的花費需求，否則，在某些情況下或以其他方式生產(chǎn)的產(chǎn)品成本可能會是非常高的。這個問題與客戶不斷用錢來尋求具有更高價值的市場需求相互矛盾。用一種典型的變化產(chǎn)品可以創(chuàng)建一個更加具有持續(xù)性的商業(yè)，因為它能夠滿足相對比較大地市場需求。由支持產(chǎn)品變化的不同形狀的產(chǎn)品而形成的靈活和可重構夾具及固定裝置則是應對上述挑戰(zhàn)關鍵的解決方案。靈活夾具的概念已經(jīng)在研究領域存在了幾年 [1]。然而，它們在很大程度上沒有充分利用真正的生產(chǎn)設施，尤其是大尺寸產(chǎn)品的制造，如航空航天設備。這是由于關于它們的初始安裝、校準困難和可重復性等挑戰(zhàn)往往超出公差要求。這些夾具和高品質(zhì)關鍵部件裝置的制造以及大量的集成計量系統(tǒng)，都可以減少上述限制。本文包括了有關安裝的計量問題和靈活的夾具校準以及檢測服務。2相關工作2.1大型零件的制造和裝配通常把要精密制造的機械零件移動到機床工作臺是必需的，先進行粗加工，然后精對準和夾緊。在這個階段，一方面是準備用于加工高精度的關鍵所在，然而，這對于一些大尺寸或重的零部件并不總是可以實現(xiàn)的。大型產(chǎn)品是指那些與一些不經(jīng)濟的可能需要處理或在工廠周圍移動的的組件一起來達到制造和裝配的目的 [2]。制造業(yè)和這些部件的裝配工藝包括所需機器和系統(tǒng)的運動以及這些部件的位置和方向。這些零部件通常定位在大尺寸夾具及固定裝置上該定位的位置。如果這些部件以小批量生產(chǎn)，在航空航天工業(yè)、高開銷的情況下，每個產(chǎn)品將會出現(xiàn)。在設計和制造夾具上，已經(jīng)有了許多嘗試，以便于能夠持有許多種組件的變種。然而，這方法是不可行的，因為敏感或關鍵的零部件完全是由它們的高精度要求所決定的。與固定的夾具相比較，可調(diào)、可重構夾具會產(chǎn)生更低的重復性。固定夾具有固定的方式，可以通過焊接或鉚接的接頭固定在一起來實現(xiàn)。這些機械故障，例如夾具和固定裝置由于疲勞和塑料變形就是一個終止其服務的主要原因，發(fā)送它們再進行回收。小批量制造的需求是目前常見的淘汰不合格夾具，其使用壽命取決于產(chǎn)品的生命周期。換句話說，在制造變種零件停止不久之后，與之有關聯(lián)的夾具和固定裝置將會變得多余。即使夾具有工作順序，但它們?nèi)匀挥袌髲U并送往循環(huán)再造。這種方法會帶來高負擔回收的能耗。在大尺寸零件下的固定夾具和夾具的漂移以及夾具都能影響大尺寸零件組裝的精確性 [5]。對于大尺寸的夾具已經(jīng)開發(fā)出了幾種分析夾具剛性的方法，可用來評估振動的影響因素。在任何情況下更加可持續(xù)生產(chǎn)要通過選擇性方案才能得以實現(xiàn)。如圖 2.1所示。圖 2.1 典型的大型夾具元件用于制造所延誤的時間是固定夾具的又一重大缺點，這些夾具應該在制造前就被訂購，在生產(chǎn)計劃和產(chǎn)品上市前還可以創(chuàng)建額外的復雜性。不管他們的類型，大型夾具有一些共同的元素，包括一個主框架、內(nèi)在的框架，有可能有一個或數(shù)多個可移動的機制或更小的組件，如鉗、套管、皮卡和可調(diào)螺絲 [表 1]。2.2柔性夾具開發(fā)的柔性夾具的概念增加了其可持續(xù)性、快速轉(zhuǎn)換以及降低了成本?，F(xiàn)在可以使用現(xiàn)成的模塊來設計和組裝夾具。根據(jù)規(guī)定，只有極少數(shù)夾具的專用零件需要設計和制造。以這種概念看，大多數(shù)散裝部件、附件關節(jié)都應用的很具體。一旦產(chǎn)品設計變異完全制造出來，然后就可以拆卸上述組件和重組成一種新的元件來與未來的設計變異相匹配。因為組裝和組件范圍上的設計都相當接近，所以這種方法是最能降低夾具成本的。根據(jù)組件的變化水平和工作類型的需求，每一個不同比例的柔性夾具都需要被重新安排。為了增加使用這種類型夾具的效益，這個問題在設計階段考慮是十分重要的。例如，在可能的情況下，皮卡車的位置和三維定位夾具上的組件的不同變種，甚至完全不同的部分應該是在靠近增加兼容性和夾具子系統(tǒng)間變性。夾具關鍵部件的收集在短期內(nèi)能保證所需夾具的可用性。另外，這些夾具的存儲需要很少空間，因為拆除所有模塊是可能的，通常以腳手架的形式并把它們彼此放在一起。目前在一些汽車公司應用到柔性夾具，因為它們的精度等級是足夠滿足的。大尺寸制造的夾具設施盡管沒有許多柔性夾具那樣操作靈活，比如航空航天設備。準確性和定位銷的不確定性、夾具的可重復性以及夾具結構的漂移都出現(xiàn)這樣一個事實，這些夾具在發(fā)電和航空航天等工業(yè)不能滿足公差要求。一旦它們的精度問題得以解決，這些夾具在上述的工業(yè)中將會有很高的利用價值。圖 2.2 夾具與汽車行業(yè)中的可重構組件大量的體積計量系統(tǒng)和技術一直有許多新的發(fā)展。依靠計量系統(tǒng)和技術的現(xiàn)代激光技術現(xiàn)在就能夠測量一些可接受精度的大尺寸產(chǎn)品甚至到幾公丈的產(chǎn)品。在安裝和初期安裝調(diào)試期間，這些系統(tǒng)能夠用來精確定位一些夾具的關鍵部件。夾具的安裝通常開始形成機架或主要框架，然后是那些大的部件和像皮卡和夾具那樣逐漸更小的零部件。計量系統(tǒng)能夠用于柔性夾具的主要框架和其內(nèi)部框架的安裝，從而來保證每個零部件彼此之間的準確定位。表 1顯示了這些大規(guī)模的測量系統(tǒng)數(shù)。跟蹤系統(tǒng)能夠測量基準點，它是實現(xiàn)這一目的的最合適的測量系統(tǒng)。一起跟蹤球式反射鏡在三維空間內(nèi)都可以認準所要記錄的位置。球式反射鏡可以直接練習目標對象來提供幾何位置信息或可以在機械重復的球式反射鏡下應用，從這個角度用激光來跟蹤目標或短期目標。像一些其他測量儀器的激光跟蹤有時候不確定，在夾具的安裝過程中需要做以說明。此外，激光跟蹤和目標點之間的光線問題還應該考慮到。如果必要的話，多個跟蹤職位都可以使用，在實際測量活動中，其結果必然是伴隨著一個不確定的說明。經(jīng)過測量，這些給定的分散的特征值是合理的，這個問題與一些夾具或夾具的安裝及以后的審核都是一樣的。這些知識闡明了一個給定的定位夾具的能力和裝配任務。換句話說，它表示在其相關流程中一套夾具是否能夠滿足公差要求。2.3夾具理論比較為了用于多種生產(chǎn)裝置和組裝應用，在不同的公司也有大量不同形狀和設計的夾具。這些夾具中的某一些的形式都是標準形式，然而另一些是經(jīng)過專門設計和制造的特殊零部件。后者可以說是建立在產(chǎn)品的復雜性和大規(guī)模的基礎上的，所以可能會是非常昂貴的 [9]。無論成本和目的如何，制造和組裝過程都可以完成，要么不使用夾具，要么用固定幀夾具或用可重構或柔性夾具。表 2對它們的典型應用的這些方法做出了比較。固定框夾具通常用于重型應用上，它們更適合于應用在能夠減輕花費開銷的大量產(chǎn)品上。對于制造業(yè)和大型組裝及復雜產(chǎn)品來說，柔性夾具的應用有很多好處。特別是在研究和發(fā)展工作中，以及低容量產(chǎn)品的情況下，制造柔性夾具和夾具可能會是非常有益的。除了在時間和金錢上使利益均衡外，柔性夾具還會有一個更加靈活的設計思路。由于在夾具的制造和裝配過程中，會直接和經(jīng)常改變夾具的拓撲成本。與傳統(tǒng)夾具相比較，這種類型的柔性夾具的可重用性和可重構性是一個主要的優(yōu)點。這一點尤為重要，因為它在綠色制造方面符合行業(yè)的發(fā)展方向，通過回收使用系統(tǒng)的組成部件，為相關項目的工裝費用降低了項目成本。表 2.1 用于驗證夾具大量的例子、便攜式測量儀器儀器 輔助部件測量類型接觸式 非接觸式圖像賽立信探頭 是激光跟蹤儀T型探頭 是激光雷達 球形目標 是目標 是攝影光投影 是基于激光掃描頭 是關節(jié)臂三坐標測量機接觸探頭 是2.4 柔性夾具的安裝本節(jié)中描述的夾具在安裝過程中需要考慮一些問題。夾具元件安裝在合適位置可以說是一種挑戰(zhàn)，尤其是當定位公差比較小時，柔性夾具也應當被監(jiān)測以便于開發(fā)和與傳統(tǒng)夾具相比較它們的剛性。給出了一個通用的描述階段根據(jù)初步夾具安裝在仿真軟件環(huán)境和利用一些尺寸為 5m×4m×3m的大尺寸夾具的實際實驗結果來測量指令階段。這是不論這個夾具是否是第一次安裝在夾具中還是對已經(jīng)存在的夾具只做外形上的更換，其都是為了定位不同的零部件。根據(jù)其復雜性，一種典型的大尺寸夾具具有三至五個結構。通常除了有一個主框架之外，在每一個級別的基本水平，也可以由一個或多個結構。這些結構用來作為參考以便于作為夾具基準來定位。在一個自動化固定的平臺上，機器系統(tǒng)會進行多項任務，比如定位、加工和進行裝配。因此機器人的工作基準與夾具的工作框架相聯(lián)系。仔細考慮夾具的綜合數(shù)據(jù)，會確保后續(xù)安裝達到預期的公差要求。2.4.1 測試輔助柔性夾具的安裝柔性夾具的安裝在第一次進行模擬仿真時有幾個安裝階段。使用模擬演習，在這個工程中可以減少一些潛在的錯誤和返工。測量輔助安裝過程是類似的跟蹤對象位置的過程，是常見的大尺寸組件用到的。夾具的組件先用這種方法使其大致位置公差在 1mm以內(nèi)，然后當所有的夾具組件被放到所設計的位置時，在 0.1mm至 0.15mm公差內(nèi)，它們可以使用適當?shù)呐ぞ厥站o。典型的計量協(xié)助柔性夾具安裝階段如下：在出廠時設置初試參考結構；測量初始參照系；安裝基地或其位置的主框架；安裝脫機內(nèi)結構；安裝控股和定位；在內(nèi)框和主框架位置安裝鉗、套管和皮卡。底座上安裝內(nèi)框；重點定位元件的精細調(diào)整和緊固；核查參照系和夾具；對于夾具關鍵位置的服務監(jiān)測。這些階段是從無到有夾具的完整安裝。更不用說，在設計變化略有變化的情況下，一些下面的操作將被忽略。表 2.2 不同夾具理念之間簡明的比較典型特征 固定框架 柔性夾具 夾具應用 大批量產(chǎn)品 小批量產(chǎn)品 樣機唯一性 可重復性 可重構性 成本效益耐用性 非常高 高 低優(yōu)點剛度 非常高 剛性不確定 低重量 重 中 低可移植性 不可移植 難以在每一個安裝中定位難以進行成本 非常高 中等 低缺點生產(chǎn)時間 長 中等 短2.4.2 柔性夾具的安裝柔性夾具安裝過程中采取了以下階段：安裝夾具的主框架；移動單元和子系統(tǒng)組裝；夾具內(nèi)框架在夾具裝配中的安裝；皮卡和夾具的裝配。主框架通常是夾具的骨干。因此，它一般不會改變外形，和內(nèi)框架及較小的元素如襯套、皮卡和夾具一樣具有規(guī)律性。慎重考慮制造過程可以減少夾具元件較大元素的重新排列，也會更進一步節(jié)約時間和成本。圖 3顯示了三組不同活動小組對于柔性夾具的安裝過程。在這個過程中，假定夾具的標準件是從可供選擇的現(xiàn)成的部件和組件中選出來的，然后提前在大量的物理安裝測試和調(diào)試時以降低測量不確定度來進行一次夾具安裝。一旦達到可接受水平的不確定性的物理安裝才能進行。圖 2.3 柔性夾具的測量輔助安裝程序在夾具安裝過程中，它可能需要用到多個測量系統(tǒng)或用到包括一套完整夾具安裝關鍵點的測量系統(tǒng)。這應該包括在夾具維修期間放在工廠的地板和墻壁上的穩(wěn)定性及漂移檢查的目標參考點。在夾具上定位的關鍵點、測量儀器的不確定性應該予以考慮。作為一個經(jīng)驗法則，每個夾具關鍵位置的定位的準確性應該是在 10倍，甚至比所需的耐受性更好。換句話說，如果組件公差指定至 0.1mm，則夾具定位精度至少應為0.01mm。柔性夾具安裝的最佳做法如下：一個工廠的墻壁和地板上的初始參考點的位置是首選，以減少測量的不確定性；應驗證該儀器所在位置上經(jīng)常使用初始參考點的基地；在每個夾具的大節(jié)上，為更好地具有跟蹤和可重復性，可以附加多個球式反射跟蹤系統(tǒng)；夾具大型組件有關于彎曲或扭曲的測量應集中在角梁的中央部分，以減少定位誤差；內(nèi)框架參考點應選擇盡可能遠的創(chuàng)建框的坐標系統(tǒng)。這可能會導致在內(nèi)框坐標系時的較小的不確定性。3.不確定性由于評估的結果旨在對于所描述物體真正價值范圍內(nèi)的評估定位，則不確定性被定義為膠 [8]。這里的不確定性來自兩方面的審查，首先是與測量過程中有關的，其次是與夾具定位的不確定性有關。測量不確定性的一些因素，如灰塵、重力、溫度、氣壓、濕度、測量儀器和相關軟件中的系統(tǒng)誤差、操作人員的技能、接觸探針或球式反射跟蹤儀?；谀z [8]的定義，測量結果應伴隨著它的不確定性說明，這些錯誤詳細來源的討論超出了本文的范圍。已經(jīng)有多項研究來建立真正的不確定性的一些測量儀器 [10、11] 。夾具關鍵點的測量結果應該包括相關的置信水平。除了最初的不確定性上升的測量儀器，夾具的不確定性還有其他方面的影響。夾具框架方面的應用由于產(chǎn)品重量以及制造工藝過程在夾具框架中能創(chuàng)建一些彈性變形。夾具有了集成化、自動化和移動部分，是這個問題變得更加復雜。仔細考慮夾具設計階段不確定性的來源可以在一個給定的情況下減少過度使用公差預算的風險。夾具的精度和夾具的成本之間有著直接的關系。然而，整體的成本也應該被考慮在內(nèi)。高數(shù)額的零部件有更長的使用壽命。換句話說，質(zhì)量特征接近平均值是，在使用過程中會很少失效。朝六個方向靠近在安裝時是很必要的，然后是在高精度夾具和敏感部位上的可重構、柔性夾具及夾具的監(jiān)測。4.討論柔性夾具適用于組裝和在加工部分有不同的設計和幾何參數(shù)。尤其是當這些部件之間的設計變化小時，這種類型的夾具被證明是具有成本效益和快速的解決方案，這是因為它可能會通過夾具重新配置到一個新的產(chǎn)品或組件的變種上。然而，當所需的零件盒裝配的設計完全不同時，可能需要不同尺寸夾具組件的完整地重排，因此，在設計一個新的零件和重組夾具的拓撲結構時應該考慮到要便于減少夾具的安裝和重新配置的時間以及成本，并最大限度的重用現(xiàn)在的組件在當前的裝配中。一個柔性夾具有許多種裝配方式，是由于其靈活性。在正確的安裝順序下選擇合適的組件，可以最大限度的節(jié)約成本和時間。本次選擇的過程中應該對未來產(chǎn)品的夾具的潛在的重用予以考慮。在產(chǎn)品不斷變化的情況下，計劃和設計夾具框架是很重要的。使用定制的夾具、緊固件、軸套和其他夾具元件都是降低成本的關鍵問題。仿真軟件和工具的廣泛使用，可以減少返工和浪費夾具材料相關的成本。例如測量儀器，其目標點之間的視線檢查就會使用這些軟件來輔助。圖 4顯示了柔性夾具安裝在測量仿真軟件中的第一個階段。由于夾具正在興建的模擬的效益越來越明顯，因此它可以突出儀器與目標測量點的水平視線的問題和不確定性。由于關于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形，則可以提前在仿真中分析以及在購買夾具元件方面的財政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因為它們能提前分析出夾具的長處和弱點，揭示其物理設置。選擇合適的測量儀器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計量。一個連貫的計量系統(tǒng)，其測量結果的不確定性能夠決定夾具的不確定性，也暴露了夾具和是否符合一個給定的公差范圍內(nèi)所需任務的能力。圖 4.1 測量輔助夾具安裝的模擬過程由于關于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形，則可以提前在仿真中分析以及在購買夾具元件方面的財政。更重要的是，這種工具允許更好的裝配和制造等操作，因為它們能提前分析出夾具的長處和弱點，揭示其物理設置。選擇合適的測量儀器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計量。一個連貫的計量系統(tǒng)，其測量結果的不確定性能夠決定夾具的不確定性，也暴露了夾具和是否符合一個給定的公差范圍內(nèi)所需任務的能力?？偨Y零件和裝配體應該以盡量減少夾具成本的方式來設計，以滿足使用標準組件。如果在夾具更新至下一產(chǎn)品時提前思考，則其速度和成本可能會增加。在夾具和固定裝置的設計上有強大的總成本、碳足跡及其可持續(xù)性。它往往要求生產(chǎn)出只有極少數(shù)的典型設計或產(chǎn)品，子系統(tǒng)或組件，以滿足產(chǎn)品的變化和客戶的需求。對于大型產(chǎn)品的幾何尺寸超出幾米夾具的可能會造成重大的開銷。此外，一旦所需的零部件倍制造出來，這些夾具則會變得多余。常規(guī)回收多余夾具是不經(jīng)濟的。因此，找到增加夾具的靈活性才是所需求的方法。柔性夾具和夾具的概念已存于二十余年。然而它們的潛能還沒有真正發(fā)揮，是由于其精度可可重復性的不確定性。高精度計量系統(tǒng)現(xiàn)在能夠用來對夾具進行初始安裝和服務。然后使用該系統(tǒng)有可能重新設定夾具元素使其精確到一個新的拓撲結構，以便于定位不同幾何位置的組件，允許幾次使用夾具。本文提出了一種對于大規(guī)模柔性夾具及夾具初始定位和安裝的通用的算法。計量輔助夾具安裝的新概念被證明對復雜的設置和夾具的安裝是有益的。當完全裝配好時，夾具的穩(wěn)定性可以通過慎重考慮和選擇夾具幾何位置上的關鍵點來予以保證。這種方法將應用于大尺寸元件和產(chǎn)品的制造以及裝配件，尤其是應用于航空航天和發(fā)電工業(yè)中。G. Seliger et al. (eds.), Advances in Sustainable Manufacturing: Proceedings of the 8th Global Conference 149on Sustainable Manufacturing, DOI 10.1007/978-3-642-20183-7_22, ? Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011Methodology for High Accuracy Installation of Sustainable Jigs and FixturesJ. Jamshidi, P.G. MaropoulosDepartment of Mechanical Engineering, University of Bath, UKAbstractThe ability to accurately measure the components of jigs and fixtures during their installation determines thestate of their precision, especially for large size products and applications. This matter is crucial in masscustomisation where small batches of products and components with high variety in design are manufactured.Product quality should be in harmony with rapid changeover philosophy as compromising quality for speed isnot forgivable for sensitive components and assemblies such as those seen in the aerospace industry. It isnecessary for the installation of the jigs and fixtures to be highly accurate in order to minimise the use oftolerance budget due to variations in jigs and fixture positioning. Major overhead costs for jigs and fixturesparticularly in the aerospace industry led to the development of the concept of flexible and reconfigurable jigsand fixtures. Reusability of reconfigurable jigs and fixtures makes them attractive for sustainable solutions astheir components can be reused for several variant of a product or assembly. The main drawbacks of this typeof jigs and fixtures have been their poor accuracy and reliability. In this paper accurate positioning of the keycomponents of sustainable jigs and fixtures is investigated. The factors affecting the performance of the jigsand fixtures are reviewed from the installation stage. The paper introduces a methodology for minimisinguncertainties in positioning of the holds and clamps for flexible jigs and fixtures.Keywords:Sustainable Jig, Jig installation, Calibration Uncertainty, Jig Monitoring, Metrology, Reusable Jig1 INTRODUCTIONFactors such as quality and reliability have long converted toimplicit characteristics of the new products. Recent markettrends have forced manufacturing industries to move towardsmass customisation in their products and service range.Increased variation in the design of new products is followedby a second wave of variation with higher amplitude atsubassemblies and component level.State of the art manufacturing systems and technologieshave provided more flexibility, enabling designers to thinkmore freely. For instance new large volume measurementsystems, developed in the past few years, are capable ofmeasuring several decametre distances. Such technologiesfacilitate the verification of large size components that used tobe manufactured from several assembled components.The manufacturing of large size products requires specialistjigs and fixtures in order for their components to be held in thedesired orientation during build and assembly. This requiresmajor overhead cost that can only be justified by massproduction in some cases or otherwise the cost of finishedproducts can be very high. This issue contradicts with themarket trends where customers are constantly looking forhigher value for their money. In a typical product the variationin the product creates a more sustainable business as it canfulfil the needs of a relatively larger market.Flexible and reconfigurable jigs and fixture that can be formedin different shapes to support different variation of products isa key solution for the above challenges. The concept offlexible jig existed for several years in the research domain[1]. However, they are not fully utilised to a great extent inreal production facilities especially for large size productmanufacturers, such as aerospace. This is due to thechallenges related to their initial installation, poor calibration,and repeatability that often exceed the tolerance requirement.The manufacturing of these jigs and fixtures from high qualitykey components as well as their integration with large volumemetrology systems can reduce the above limitations.This paper covers metrology issues related to the installationand calibration of flexible jigs and fixtures as well as theirmonitoring during service.2 RELATED WORK2.1 Manufacturing and assembly of large scale partsTypically prior to precision manufacturing of mechanical partsit is essential to move the raw material to the machine bench,proceed with rough cutting then fine alignment and clamping.At this stage the part is ready for machining of its highprecision key features. However, this is not always possiblefor large size and/or heavy components. Large scale productsrefer to those with components that are not economicallypossible to handle or move around in the factory forfabrication and assembly purposes [2]. The manufacturingand assembly processes of these parts encompassmovement of the machines and systems to the desiredlocation and orientation with respect to these parts. Suchparts are normally held in their positions using large size jigsand fixtures. If these parts are produced in small batch sizesthat is the case for aerospace industries, high overhead costper product will occur. There have been many attempts todesign and manufacture jigs and fixtures so that they canhold a number of variants of components [3, 4]. However, thisapproach is not feasible for parts with sensitive or keyfeatures due to their high accuracy requirements.下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709851目 錄目 錄 ...................................................................................................................................................................1緒 論 .................................................................................................................................................................31 連桿加工工藝 ...............................................................................................................................................41.1 連桿的結構特點 ................................................................................................................................41.2 連桿的主要技術要求 ..............................................................................................................................41.2.1 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度 ...............................................................................................51.2.2 大、小頭孔軸心線在兩個互相垂直方向的平行度 .......................................................................51.2.3 大、小頭孔中心距 ...........................................................................................................................51.2.4 連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度 ...............................................................................51.2.5 大、小頭孔兩端面的技術要求 .......................................................................................................61.2.6 2-Φ15 螺栓孔的技術要求 ............................................................................................................61.2.7 有關 2-Φ15 螺栓孔兩端面的技術要求 .........................................................................................61.3 連桿的材料和毛坯 ................................................................................................................................61.4 連桿的機械加工工藝過程 ................................................................................................................81.5 連桿的機械加工工藝過程分析 ..............................................................................................................91.5.1 工藝過程的安排 ...............................................................................................................................91.5.2 定位基準的選擇 .............................................................................................................................101.5.3 確定合理的夾緊方法 .....................................................................................................................101.5.4 連桿兩端面的加工 .........................................................................................................................111.5.5 連桿大、小頭孔的加工 .................................................................................................................111.5.6 連桿 2-Φ15 螺栓孔的加工 ...........................................................................................................111.6 確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差 ................................................................................111.7 工時定額的計算 ....................................................................................................................................131.7.1粗銑連桿大小頭上端面 ..................................................................................................................131.7.2粗銑連桿大小頭下端面 ................................................................................................................141.7.3粗鏜、半精鏜 Φ70H7 孔、Φ46H7 孔 .........................................................................................141.7.4 精銑連桿大頭 Φ70H7 孔兩端面 ....................................................................................................151.7.5、粗銑、精銑 2-Φ15 螺栓孔兩端面 .............................................................................................161.7.6 銑寬 60兩側(cè)面 ................................................................................................................................171.7.7 銑寬 64兩側(cè)面 ................................................................................................................................171.7.8 鉆、擴、鉸 2-Φ15H8 螺栓孔并倒角 C1、C1.5 ...........................................................................181.7.9 鉆 2-Φ7 孔 ......................................................................................................................................191.7.10 鉆 2-Φ5 孔（頭部 Φ10，角度 90°） ......................................................................................191.7.11精鏜 Φ70H7 孔、Φ46H7 孔 .......................................................................................................201.7.12半精鏜、精鏜 Φ40H7 銅套孔 ....................................................................................................201.8 連桿的檢驗 ............................................................................................................................................211.8.1 觀察外表缺陷及目測表面粗糙度 .................................................................................................211.8.2 連桿大頭孔圓柱度的檢驗 .............................................................................................................211.8.3 連桿體、連桿上蓋對大頭孔中心線的對稱度的檢驗 .................................................................211.8.4 連桿大小頭孔平行度的檢驗 .........................................................................................................22下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098522 夾具設計 .......................................................................................................................................................232.1 問題的指出 .........................................................................................................................................232.2 夾具設計 ............................................................................................................................................231) 定位基準的選擇 .................................................................................................................................232) 夾緊方案 .............................................................................................................................................233) 夾具體設計 .........................................................................................................................................234) 切削力及夾緊力的計算 .....................................................................................................................235) 定位誤差分析 .....................................................................................................................................24結 論 .........................................................................................................................................................25致 謝 .........................................................................................................................................................26參考文獻 ...................................................................................................................................................27下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709853緒 論制造業(yè)是國家或者地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國家或地區(qū)經(jīng)濟勢力、科技水平、 生活水平和國防勢力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力的競爭。機械制造業(yè)是制造業(yè)的核心，是制造機械產(chǎn)品的工業(yè)部門，也是為國民經(jīng)濟各部門提供裝備的部門。機械制造也的生產(chǎn)能力和發(fā)展水平標志著一個國家或地區(qū)國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的程度。而機械制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于機械制造裝備的先進程度。裝備制造業(yè)是國家國家綜合制造能力的集中體現(xiàn)。重大裝備研制能力是衡量一個國家工業(yè)化水平和綜合國力的重要標準。作為新世紀的大學生，有義務為自己國家社會建設盡一份力，為制造業(yè)的發(fā)展貢獻一份力量，我們要以高度的責任感和使命感，克服發(fā)展中存在的問題，推動東北老工業(yè)基地的振興畢業(yè)設計是對我們四年學習和知識的融匯、運用和貫通，是迅速提高我們實踐經(jīng)驗的一條重要途徑。在實踐中教導我們發(fā)現(xiàn)問題，以及怎樣分析問題并最終解決問題。讓我們的綜合能力有所提高，扎實鞏固專業(yè)基礎知識。畢業(yè)設計是對學生進行工程師基本訓練的重要環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設計我們能鞏固，熟悉并綜合運用所學知識；培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的學風；掌握零件機械加工工藝規(guī)程編制，專用工藝裝備及組合機床的基本技能；學會查閱，運用各種技術資料，手冊。初步掌握對專業(yè)范圍的生產(chǎn)技術問題進行分析綜合研究的能力；使學生受到比較全面的訓練就個人而言，我希望通過這次畢業(yè)設計一方面能進一步培養(yǎng)我獨立思考的能力，另一方面能提高我與同學們互助協(xié)作的能力，為以后工作打下良好基礎，為偉大祖國建設貢獻我的力量。由于本人能力有限，經(jīng)驗不足，設計過程中有不足之處，希望各位老師給予指教。下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709854下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098551 連桿加工工藝1.1 連桿的結構特點連桿是汽車發(fā)動機中的主要傳動部件之一，它在柴油機中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動載荷。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質(zhì)的底，底的內(nèi)表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時便于在磨損后進行修理和更換。在柴油機工作過程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應具有足夠的強度和剛度外，還應盡量減小連桿自身的質(zhì)量，以減小慣性力的作用。連桿桿身一般都采用從大頭到小頭逐步變小的工字型截面形狀。為了保證柴油機運轉(zhuǎn)均衡，同一柴油機中各連桿的質(zhì)量不能相差太大，因此，在連桿部件的大、下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709856小頭兩端設置了去不平衡質(zhì)量的凸塊，以便在稱量后切除不平衡質(zhì)量。連桿大、小頭兩端對稱分布在連桿中截面的兩側(cè)。考慮到裝夾、安放、搬運等要求，連桿大、小頭的厚度相等(基本尺寸相同)。在連桿小頭的頂端設有油孔(或油槽)，柴油機工作時，依靠曲軸的高速轉(zhuǎn)動，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動運動副。連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來，使活塞的往復直線運動變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運動，以輸出動力。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。反映連桿精度的參數(shù)主要有 5 個：（1）連桿大端中心面和小端中心面相對連桿桿身中心面的對稱度；（2）連桿大、小頭孔中心距尺寸精度；（3）連桿大、小頭孔平行度；（4）連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度；（5）連桿大頭 2-Φ15 孔與 2-Φ15 孔端面的垂直度。1.2 連桿的主要技術要求連桿上需進行機械加工的主要表面為：大、小頭孔及其兩端面，連桿大頭 2-Φ15 孔和 2-Φ 15 孔端面等。連桿零件圖的主要技術要求（圖 1.2-1）如下。圖 1.2-1 連桿零件圖1.2.1 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少沖擊的不良影下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709857響和便于傳熱。大頭孔公差等級為 IT7，表面粗糙度 Ra=1.6μm；小頭孔公差等級為 IT7，表面粗糙度 Ra=3.2μm。1.2.2 大、小頭孔軸心線在兩個互相垂直方向的平行度兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會使活塞在汽缸中傾斜，從而造成汽缸壁磨損不均勻，同時使曲軸的連桿軸頸產(chǎn)生邊緣磨損，所以兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度公差較?。欢鴥煽纵S心線在垂直于連桿軸線方向的平行度誤差對不均勻磨損影響較小，因而其公差值較大。兩孔軸心線在連桿的軸線方向的平行度在100 mm 長度上公差為 0.015 mm；在垂直與連桿軸心線方向的平行度在 100 mm 長度上公差為 0.06 mm。1.2.3 大、小頭孔中心距大小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，即影響到發(fā)動機的效率，所以規(guī)定了比較高的要求：275±1 mm。1.2.4 連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度，影響到軸瓦的安裝和磨損，甚至引起燒傷；所以對它也提出了一定的要求：規(guī)定其垂直度公差等級應不低于IT9（大頭孔兩端面對大頭孔的軸心線的垂直度在 100 mm 長度上公差為 0.06 mm） 。1.2.5 大、小頭孔兩端面的技術要求連桿大、小頭孔兩端面間距離的基本尺寸相同，但從技術要求是不同的，大頭兩端面的尺寸公差等級為 IT9，表面粗糙度 Ra=3.2μm, 小頭兩端面的尺寸公差等級為 IT10，表面粗糙度 Ra=12.5μm。這是因為連桿大頭兩端面與曲軸連桿軸頸兩軸肩端面間有配合要求，而連桿小頭兩端面與活塞銷孔座內(nèi)檔之間沒有配合要求。連桿大頭端面間距離尺寸的公差帶正好落在連桿小頭端面間距離尺寸的公差帶中，這給連桿的加工帶來許多方便。1.2.6 2-Φ15 螺栓孔的技術要求在前面已經(jīng)說過，連桿在工作過程中受到急劇的動載荷的作用。這一動載荷又傳遞到連桿的兩個螺栓及螺母上。因此除了對螺栓及螺母要提出高的技術要求外，對于安裝這兩個動力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。規(guī)定：螺栓孔按 IT8 級公差等級和表面粗糙度 Ra=3.2μm 加工。1.2.7 有關 2-Φ15 螺栓孔兩端面的技術要求在連桿受動載荷時，2-Φ15 螺栓孔兩端面的歪斜使連桿沿著端面產(chǎn)生相對錯位，下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709858影響到曲軸的連桿軸頸和軸瓦結合不良，從而產(chǎn)生不均勻磨損。結合面的平行度將影響到連桿貼合的緊密程度，因而也影響到螺栓的受力情況和曲軸、軸瓦的磨損。對于本連桿，要求 2-Φ15 螺栓孔兩端面的垂直度的公差為 0.015 mm。1.3 連桿的材料和毛坯連桿在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強度。因此，連桿材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼；如 Cr12、45 鋼、55 鋼、40CrMnB 等。近年來也有采用球墨鑄鐵的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料損耗少，成本低。隨著粉末冶金鍛造工藝的出現(xiàn)和應用，使粉末冶金件的密度和強度大為提高。因此，采用粉末冶金的辦法制造連桿是一個很有發(fā)展前途的制造方法。連桿毛坯制造方法的選擇，主要根據(jù)生產(chǎn)類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性）及零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)條件及采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。根據(jù)生產(chǎn)綱領為大量生產(chǎn)，連桿多用模鍛制造毛坯，由于鍛造的連桿毛坯具有材料損耗少、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點，故用得越來越多，成為連桿毛坯的一種主要形式。總之，毛坯的種類和制造方法的選擇應使零件總的生產(chǎn)成本降低，性能提高。目前我國有些生產(chǎn)連桿的工廠，采用了連桿輥鍛工藝。圖（1.3-1）為連桿輥鍛示意圖．毛坯加熱后，通過上鍛輥模具 2 和下鍛輥模具 4 的型槽，毛壞產(chǎn)生塑性變形，從而得到所需要的形狀。用輥鍛法生產(chǎn)的連桿鍛件，在表面質(zhì)量、內(nèi)部金屬組織、金屬纖維方向以及機械強度等方面都可達到模鍛水平，并且設備簡單，勞動條件好，生產(chǎn)率較高，便于實現(xiàn)機械化、自動化，適于在大批大量生產(chǎn)中應用。輥鍛需經(jīng)多次逐漸成形。下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709859圖(1-3)、圖(1-4)給出了連桿的鍛造工藝過程，將棒料在爐中加熱至 1140～1200C 0，先在輥鍛機上通過四個型槽進行輥鍛制坯見圖(1-3)，然后在鍛壓機上進行預鍛和終鍛，再在壓床上沖連桿大頭孔并切除飛邊見圖(1-4)。鍛好后的連桿毛坯需經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，使之得到細致均勻的回火索氏體組織，以改善性能，減少毛坯內(nèi)應力。為了提高毛坯精度，連桿的毛坯尚需進行熱校正。連桿必須經(jīng)過外觀缺陷、內(nèi)部探傷、毛坯尺寸及質(zhì)量等的全面檢查，方能進入機械加工生產(chǎn)線。圖 1.3-1 連桿輥鍛示意圖下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985101.4 連桿的機械加工工藝過程由上述技術條件的分析可知，連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，但是連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，這就給連桿的機械加工帶來了很多困難，必須充分的重視。連桿機械加工工藝過程如下表(1—1)所示：表 1.1 連桿機械加工工藝過程工序 工序名稱 工序內(nèi)容 工藝裝備01 備料 鍛造02 熱處理 調(diào)質(zhì) RC22～2803 銑 粗銑連桿大小頭上端面 立式銑床04 銑 粗銑連桿大小頭下端面 立式銑床05 鏜 粗鏜、半精鏜 Φ70H7 孔、Φ46H7 孔 坐標鏜床06 銑 精銑連桿大頭 Φ70H7 孔兩端面 臥式銑床07 銑 粗銑、精銑 Φ15 螺栓孔兩端面 臥式銑床08 銑 銑寬 60 兩側(cè)面 臥式銑床09 銑 銑寬 64 兩側(cè)面 臥式銑床10 鉆 鉆、擴、鉸 2-Φ15H8 螺栓孔并倒角 C1、C1.5 立式鉆床11 鉆 鉆 2-Φ7 孔 搖臂鉆床12 鉆 鉆 2-Φ5 孔（頭部 Φ10，角度 90°） 搖臂鉆床13 鏜 精鏜大小頭孔至尺寸并倒角 坐標鏜床14 稱重 稱量不平衡質(zhì)量 彈簧稱15 鉗工 按規(guī)定值去重量16 壓銅套 小頭壓入銅套并擠壓銅套孔17 鏜 半精鏜、精鏜小頭軸套孔 坐標鏜床18 質(zhì)檢 檢驗至圖紙要求19 探傷 無損探傷及檢驗硬度20 入庫 入庫連桿的主要加工表面為大、小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為大頭孔定位面，次要加工表面為小頭孔、2-Φ15 螺栓孔及其兩端面及大頭兩側(cè)面等。連桿的機下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098511械加工路線是圍繞著主要表面的加工來安排的。連桿的加工路線可分為三個階段：第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準備精基準（端面、小頭孔和大頭外側(cè)面） ；第二階段主要是加工除精基準以外的其它表面，包括大頭孔的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項技術要求的加工，包括連桿端面的精加工及大、小頭孔的精加工。1.5 連桿的機械加工工藝過程分析1.5.1 工藝過程的安排在連桿加工中有兩個主要因素影響加工精度：（1）連桿本身的剛度比較低，在外力（切削力、夾緊力）的作用下容易變形。（2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應力，并引起內(nèi)應力重新分布。因此，在安排工藝進程時，就要把各主要表面的粗、精加工工序分開，即把粗加工安排在前，精加工安排在后面。這是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夾緊力必然大，加工后容易產(chǎn)生變形。粗、精加工分開后，粗加工產(chǎn)生的變形可以在精加工中修正。這樣逐步減少加工余量，切削力及內(nèi)應力的作用，逐步修正加工后的變形，就能最后達到零件的技術條件。各主要表面的工序安排如下：（1）兩端面：粗銑、精銑（2）小頭孔：粗鏜、半精鏜、精鏜（3）大頭孔：粗鏜、半精鏜、精鏜一些次要表面的加工，則視需要和可能安排在工藝過程的中間或后面。1.5.2 定位基準的選擇在連桿機械加工工藝過程中，大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基面，并用大頭處指定一側(cè)的外表面作為另一基面。這是由于：端面的面積大，定位比較穩(wěn)定，用小頭孔定位可直接控制大、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準統(tǒng)一起來，減少了定位誤差。具體的辦法是，在安裝工件時，注意將成套編號標記的一面不與夾具的定位元件接觸（在設計夾具時亦作相應的考慮） 。在精鏜小頭孔時，也用小頭孔作為基面，這時將定位銷做成活動的稱“假銷” 。當連桿用小頭孔定位夾緊后，再從小頭孔中抽出假銷進行加工。為了不斷改善基面的精度，基面的加工與主要表面的加工要適當配合：即在粗下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098512加工大、小頭孔前，先加工端面，在精鏜大、小頭孔前，先加工端面。由于用小頭孔和大頭孔外側(cè)面作基面，所以這些表面的加工安排得比較早。在小頭孔作為定位基面前的加工工序是粗鏜、半精鏜和精鏜，這些工序?qū)τ诰M后的孔與端面的垂直度不易保證，有時會影響到后續(xù)工序的加工精度。在第一道工序中，工件的各個表面都是毛坯表面，定位和夾緊的條件都較差，而加工余量和切削力都較大，如果再遇上工件本身的剛性差，則對加工精度會有很大影響。因此，第一道工序的定位和夾緊方法的選擇，對于整個工藝過程的加工精度常有深遠的影響。連桿的加工就是如此，在連桿加工工藝路線中，在精加工主要表面開始前，先銑兩個端面。因此，粗銑就是關鍵工序。在粗銑中工件如何定位呢？一個方法是以毛坯端面定位，在側(cè)面和端部夾緊，銑一個端面后，翻身以銑好的面定位，銑另一個毛坯面。但是由于毛坯面不平整，連桿的剛性差，定位夾緊時工件可能變形，銑后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢復變形，影響后續(xù)工序的定位精度。另一方面是以連桿的大頭外形及連桿身的對稱面定位。這種定位方法使工件在夾緊時的變形較小，同時可以銑工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度較好的平面。同時，由于是以對稱面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比較小。1.5.3 確定合理的夾緊方法既然連桿是一個剛性比較差的工件，就應該十分注意夾緊力的大小，作用力的方向及著力點的選擇，避免因受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形，以影響加工精度。在加工連桿的夾具中，可以看出設計人員注意了夾緊力的作用方向和著力點的選擇。在銑兩端面的夾具中，夾緊力的方向與端面平行，在夾緊力的作用方向上，大頭端部與小頭端部的剛性高，變形小，既使有一些變形，亦產(chǎn)生在平行于端面的方向上，很少或不會影響端面的平面度。夾緊力通過工件直接作用在定位元件上，可避免工件產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。1.5.4 連桿兩端面的加工采用粗銑、半精銑、精銑三道工序，并將工序安排在加工大、小頭孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。1.5.5 連桿大、小頭孔的加工連桿大、小頭孔的加工是連桿機械加工的重要工序，它的加工精度對連桿質(zhì)量有較大的影響。下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098513小頭孔是定位基面，在用作定位基面之前，它經(jīng)過了粗鏜、半精鏜、精鏜三道工序。鏜時以小頭孔外形定位，這樣可以保證加工后的孔與外圓的同軸度誤差較小。小頭孔在粗鏜、半精鏜、精鏜后，達到 IT7 級公差等級，然后壓入襯套，再以襯套內(nèi)孔定位粗鏜、半精鏜、精鏜大頭孔。由于襯套的內(nèi)孔與外圓存在同軸度誤差，這種定位方法有可能使精鏜后的襯套孔與大頭孔的中心距超差。大頭孔經(jīng)過粗鏜、半精鏜、精鏜達到 IT7 級公差等級。表面粗糙度 Ra =為 1.6μm。1.5.6 連桿 2-Φ15 螺栓孔的加工連桿的螺栓孔經(jīng)過鉆、擴、鉸工序。加工時以大頭端面、小頭孔及大頭一側(cè)面定位。為了使兩螺栓孔在兩個互相垂直方向平行度保持在公差范圍內(nèi)，在擴和鉸兩個工步中用上下雙導向套導向。從而達到所需要的技術要求。粗銑螺栓孔端面采用工件翻身的方法，這樣銑夾具沒有活動部分，能保證承受較大的銑削力。精銑時，為了保證螺栓孔的兩個端面與連桿大頭端面垂直，使用兩工位夾具。連桿在夾具的工位上銑完一個螺栓孔的兩端面后，夾具上的定位板帶著工件旋轉(zhuǎn) 1800 ，銑另一個螺栓孔的兩端面。這樣，螺栓孔兩端面與大頭孔端面的垂直度就由夾具保證。1.6 確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差用查表法確定機械加工余量：根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表 2.2—25（已知工件重 2.85+0.085 范圍內(nèi)）1、連桿大頭兩端面的加工余量查《機械制造工藝設計簡明手冊》表 2.2-25 得鍛件的單邊加工余量 Z=2.2mm,鍛件尺寸公差為 CT7 級，表面粗糙度 Ra 為 3.2，加工余量為 MA-E 級。根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8，兩步銑削即粗銑——精銑方可滿足其精度要求。粗銑 單邊余量 Z=2.0mm精銑 單邊余量 Z=0.2mm2.連桿小頭兩端面的加工余量查《機械制造工藝設計簡明手冊》表 2.2-25 得鍛件的單邊加工余量 Z=2.0mm,下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098514鍛件尺寸公差為 CT9 級，表面粗糙度 Ra 為 12.5，加工余量為 MA-E 級。根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8，一步銑削即可滿足其精度要求。3.連桿大頭 Φ70H7 孔的加工余量查《機械制造工藝設計簡明手冊》表 2.2-25 得鍛件的單邊加工余量 Z=2.0mm,鍛件尺寸公差為 CT7 級，表面粗糙度 Ra 為 1.6，加工余量為 MA-E 級。根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8，三步鏜削即粗鏜——半精鏜——精鏜方可滿足其精度要求。4.連桿小頭 Φ46H7 孔的加工余量查《機械制造工藝設計簡明手冊》表 2.2-25 得鍛件的單邊加工余量 Z=2.0mm,鍛件尺寸公差為 CT7 級，表面粗糙度 Ra 為 1.6，加工余量為 MA-E 級。根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-7，三步鏜削即粗鏜——半精鏜——精鏜方可滿足其精度要求。粗鏜 單邊余量 Z=1.5mm半精鏜 單邊余量 Z=0.4mm精鏜 單邊余量 Z=0.1mm5. 2-Φ 15 螺栓孔兩端面的加工余量查《機械制造工藝設計簡明手冊》表 2.2-25 得鍛件的單邊加工余量 Z=2.2mm,鍛件尺寸公差為 CT7 級，表面粗糙度 Ra 為 3.2，加工余量為 MA-E 級。根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8，二步銑削即粗銑——精銑方可滿足其精度要求。粗銑 單邊余量 Z=2.0mm精銑 單邊余量 Z=0.2mm6. 2-Φ 15 螺栓孔兩端面的加工余量因孔的尺寸比較小，故采用實心鍛造，孔的表面粗糙度分別為 Ra6.3、Ra3.2 ，根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-7，三步加工即鉆——擴——鉸方可滿足其精度要求。鉆孔 Φ14擴孔 Φ14.8鉸孔 Φ15H87.寬 60 兩側(cè)面的加工余量下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098515查《機械制造工藝設計簡明手冊》表 2.2-25 得鍛件的單邊加工余量 Z=2.0mm,鍛件尺寸公差為 CT9 級，表面粗糙度 Ra 為 12.5，加工余量為 MA-E 級。根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8，一步銑削即可滿足其精度要求。8.寬 64 兩側(cè)面的加工余量查《機械制造工藝設計簡明手冊》表 2.2-25 得鍛件的單邊加工余量 Z=2.0mm,鍛件尺寸公差為 CT9 級，表面粗糙度 Ra 為 12.5，加工余量為 MA-E 級。根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8，一步銑削即可滿足其精度要求。9. 2-Φ7 孔的加工余量因孔的尺寸比較小，故采用實心鍛造，孔的表面粗糙度沒有特別要求，一步鉆削即可滿足其精度要求。10. 2-Φ5 孔（頭部 Φ10，角度 90 ）的加工余量0因孔的尺寸比較小，故采用實心鍛造，孔的表面粗糙度沒有特別要求，一步鉆削即可滿足其精度要求。11.其他不加工表面，鍛造即可滿足其精度要求。1.7 工時定額的計算1.7.1粗銑連桿大小頭上端面選用 X52K 立式銑床根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表 2.4—81 選取數(shù)據(jù)銑刀直徑 D = 100 mm 切削速度 Vf = 200 m/min切削寬度 a e= 85 mm 銑刀齒數(shù) Z = 6 切削深度 ap = 2.0 mm則主軸轉(zhuǎn)速 n = 1000v/ D = 637 r/min?根據(jù)表 3.1—31 按機床選取 n = 600 /min則實際切削速度 V = Dn/1000=188.4 m/min 銑削工時為：按表 2.5—10 L= 1.0 mm L1 = +1.5 =37.2mm L2 = 3 mm)(eead?基本時間 tj = L/fm z = (1.0+37.2+3) 2/(600×0.18×6) = 0.064min=7.68s?按表 2.5—46 輔助時間 ta = 0.4×7.68 = 3.1s 1.7.2粗銑連桿大小頭下端面選用 X52K 立式銑床根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表 2.4—81 選取數(shù)據(jù)下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098516銑刀直徑 D = 100 mm 切削速度 Vf = 200 m/min切削寬度 a e=85mm 銑刀齒數(shù) Z = 6 切削深度 ap = 2.0 mm則主軸轉(zhuǎn)速 n = 1000v/ D=637 r/min?根據(jù)表 3.1—31 按機床選取 n = 600 /min則實際切削速度 V = Dn/1000=188.4 m/min 銑削工時為：按表 2.5—10 L= 1.0 mm L1 = +1.5 =37.2mm L2 = 3 mm)(eead?基本時間 tj = L/fm z = (1.0+37.2+3) 2/(600×0.18×6) = 0.064min=7.68s?按表 2.5—46 輔助時間 ta = 0.4×7.68 = 3.10s 1.7.3粗鏜、半精鏜 Φ70H7 孔、Φ46H7 孔1.粗鏜 Φ66 孔至 Φ69選用坐標鏜床根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表 2.4—66 選取數(shù)據(jù)鏜刀直徑 D = 69mm 切削速度 V = 12 m/min進給量 f = 0.2 mm/r 切削深度 ap = 1.5 mm 根據(jù)表 3.1—39 按機床選取 n = 1000 r/min鏜削工時為： 按表 2.5—3L = 40 mm L1 = 1.5 mm L2 = 5 mm基本時間 tj= Li/fn = (40+1.5+5)/(0.2×1000) = 0.233 min=13.95s按表 2.5—46 輔助時間 ta = 0.4×13.95s= 5.58s2.半精鏜 Φ69 孔至 Φ69.8選用坐標鏜床根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表 2.4—66 選取數(shù)據(jù)鏜刀直徑 D = 69.8mm 切削速度 V = 12 m/min進給量 f = 0.2 mm/r 切削深度 ap = 0.4 mm 根據(jù)表 3.1—39 按機床選取 n = 1000 r/min鏜削工時為： 按表 2.5—3L = 40 mm L1 = 0.4 mm L2 = 5 mm基本時間 tj= Li/fn = (40+0.4+5)/(0.20×1000) = 0.227 min=13.62s按表 2.5—46 輔助時間 ta = 0.4×13.62s=5.45s下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985173.粗鏜 Φ42 孔至 Φ45選用坐標鏜床根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表 2.4—66 選取數(shù)據(jù)鏜刀直徑 D = 45mm 切削速度 V = 12 m/min進給量 f = 0.2 mm/r 切削深度 ap = 1.5 mm 根據(jù)表 3.1—39 按機床選取 n = 1000 r/min鏜削工時為： 按表 2.5—3L = 40 mm L1 = 1.5 mm L2 = 5 mm基本時間 tj= Li/fn = (40+1.5+5)/(0.2×1000) = 0.233 min=13.95s按表 2.5—46 輔助時間 ta = 0.4×13.95s= 5.58s4.半精鏜 Φ45 孔至 Φ45.8選用坐標鏜床根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表 2.4—66 選取數(shù)據(jù)鏜刀直徑 D = 45.8mm 切削速度 V = 12 m/min進給量 f = 0.2 mm/r 切削深度 ap = 0.4 mm 根據(jù)表 3.1—39 按機床選取 n = 1000 r/min鏜削工時為： 按表 2.5—3L = 40 mm L1 = 0.4 mm L2 = 5 mm基本時間 tj= Li/fn = (40+0.4+5)/(0.20×1000) = 0.227 min=13.62s按表 2.5—46 輔助時間 ta = 0.4×13.62s=5.45s1.7.4 精銑連桿大頭 Φ70H7 孔兩端面選用 X52K 立式銑床根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表 2.4—81 選取數(shù)據(jù)銑刀直徑 D = 100 mm 切削速度 Vf = 200 m/min切削寬度 ae= 85 mm 銑刀齒數(shù) Z = 6 切削深度 ap = 0.4 mm則主軸轉(zhuǎn)速 n = 1000v/ D = 637 r/min?根據(jù)表 3.1—31 按機床選取 n = 600 /min則實際切削速度 V = Dn/1000 = 188.4 m/min銑削工時為：按表 2.5—10 L= 0.2 mm L1 = +1.5 =37.2mm L2 = 0 mm)(eead?下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098518基本時間 tj = L/fm z = (0.2+37.2+0)/(600×0.18×6) = 0.058 min=3.46s按表 2.5—46 輔助時間 ta = 0.4×3.46s =1.39s 1.7.5、粗銑、精銑 2-Φ15 螺栓孔兩端面1. 粗銑 2-Φ15 螺栓孔兩端面選用銑床 X62W根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表 2.4—77(88)選取數(shù)據(jù)銑刀直徑 D = 200 mm 切削速度 V = 500m/min銑刀齒數(shù) Z = 24 切削深度 ap = 2.0 mm af = 0.35mm/r則主軸轉(zhuǎn)速 n = 1000v/ D = 796 r/min?根據(jù)表 3.1—74 按機床選取 n=800 r/min則實際切削速度 V = Dn/1000 =502.4m/min 銑削工時為：按表 2.5—10 L=40 mm L1= +1.5=81.5mm L2=2.0 mm)(eead?基本時間 tj = L/fmz = (40+81.5+2.0) 2/(800×0.35)=0.882 min=52.93s?按表 2.5—46 輔助時間 ta = 0.4×52.93s= 21.17s2. 精銑 2-Φ15 螺栓孔兩端面選用銑床 X62W根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表 2.4—77(88)選取數(shù)據(jù)銑刀直徑 D = 200 mm 切削速度 V = 500m/min銑刀齒數(shù) Z = 24 切削深度 ap = 0.2 mm af = 0.35mm/r則主軸轉(zhuǎn)速 n = 1000v/ D = 796 r/min?根據(jù)表 3.1—74 按機床選取 n=800 r/min則實際切削速度 V = Dn/1000 =502.4m/min 銑削工時為：按表 2.5—10 L=40 mm L1= +1.5=81.5mm L2=0.2mm)(eead?基本時間 tj = L/fmz = (40+81.5+0.2) 2/(800×0.35)=0.869 min=52.16s?按表 2.5—46 輔助時間 ta = 0.4×52.16s= 20.86s1.7.6 銑寬 60兩側(cè)面 選用銑床 X62W根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表 2.4—77(88)選取數(shù)據(jù)下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098519銑刀直徑 D = 100 mm 切削速度 V = 200m/min銑刀齒數(shù) Z = 24 切削深度 ap = 2.0 mm af = 0.35mm/r則主軸轉(zhuǎn)速 n = 1000v/ D =637 r/min?根據(jù)表 3.1—74 按機床選取 n=600 r/min則實際切削速度 V = Dn/1000 =18.8m/min 銑削工時為：按表 2.5—10 L=40 mm L1= +1.5=50.5mm L2=2.0 mm)(eead?基本時間 tj = L/fmz = (40+50.5+2.0) /(600×0.35)=0.44