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夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國(guó)研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對(duì)工件定位精度的影響通過3-2-1式銑夾具的例子進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：彈性 接觸 模型 夾具 夾緊力 優(yōu)化
前言
定位和夾緊的工件加工中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會(huì)影響它的位置精度，并反過來影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)滿足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報(bào)道[參考文獻(xiàn)1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對(duì)剛性模型[9-11]對(duì)夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問題是制定一個(gè)線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線接觸力相對(duì)較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(dǎo)計(jì)算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)受夾具點(diǎn)的局部彈性變形的強(qiáng)烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗(yàn)的接觸力變形的關(guān)系（稱為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對(duì)報(bào)告做了改善，然而，他們沒有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點(diǎn)彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對(duì)工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒有在這些文件中提到 。
本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準(zhǔn)靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個(gè)問題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對(duì)定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。
1． 夾具——工件聯(lián)系模型
1．1 模型假設(shè)
該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對(duì)液壓或氣動(dòng)夾具使用。在實(shí)際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見圖1）第i夾具接觸力局部變形如下：
(1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線和法線方向的接觸剛度
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圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個(gè)
接觸處的坐標(biāo)系
（j=x，y，z）是對(duì)應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線力接觸。
1．2 工件——夾具的接觸剛度模型
集中遵守一個(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線力呈非線性變化 [23]。由于法線力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問題。對(duì)于這個(gè)問題， 是法線的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁(yè)]中給出如下：
（2）
其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。
切向變形沿著和切線方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁(yè)]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個(gè)合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線性近似，
（4）
(5)
正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認(rèn)定是0.94。
2．夾緊力優(yōu)化
我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運(yùn)動(dòng)過程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問題的問題，如下描述。
2.1 目標(biāo)函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)輪換往往是相當(dāng)小[17]的工件定位誤差假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個(gè)正交組件（見圖2）。
圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn)
工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計(jì)算如下：
（6）
其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
但是作用在工件的夾緊力會(huì)影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式：
（7）
其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個(gè)文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線的，接觸的摩擦力相對(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計(jì)算得出（見圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫為：
最小化 （9）
要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過使用最低總能量互補(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對(duì)接觸問題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過夾緊力的隨時(shí)調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ)，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯）
2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束
在（10）式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫(kù)侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個(gè)非線性約束和線性化版本可以使用，并且[19]有：
（11）
假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）：
(12)
其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機(jī)械加工力和工件重量。
2.3界接觸力
由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線的接觸力只能被壓縮。這通過以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個(gè)法線的接觸壓力不能超過壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個(gè)工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問題可以通過求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)約束對(duì)。該補(bǔ)充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對(duì)為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個(gè)指定的加權(quán)范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設(shè)最初所有夾緊力不明確，要確定一個(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測(cè)精度和，有參考文獻(xiàn)[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用
4． 加工過程中的夾緊力的優(yōu)化及測(cè)定
上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負(fù)載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點(diǎn)的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負(fù)荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來解決下面將被討論的問題，考慮一個(gè)有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有：
雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)在工件加工的同一時(shí)刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進(jìn)給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負(fù)載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有：
(i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19)
其中是最佳夾緊力的四個(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見于式 （20）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請(qǐng)注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。
5．影響工件的定位精度
它的興趣在于最早提出了評(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個(gè)工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準(zhǔn)靜態(tài)加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運(yùn)動(dòng)的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對(duì)于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來表達(dá)在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為：
（22）
方程（21）現(xiàn)在可以改寫為： （23）
其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)外加工負(fù)荷，故在法線方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變，因此，必須對(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為：
（25）
其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)外加工力量和載體的6×1矢量。并結(jié)合方程（23）—（25）與靜態(tài)平衡方程，得到下面的方程組：
（26）
其中，其中表示相乘。由于夾緊和加工工件剛體移動(dòng)，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6），
現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來確定最佳夾緊力及其對(duì)兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點(diǎn)力。
2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列
如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標(biāo)系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對(duì)系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對(duì)加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級(jí)夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)25.4毫米銑槽使用EMSIM進(jìn)行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時(shí)（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體，
（見圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過程模擬例如2。
表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)載。
7．結(jié)果與討論
例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9，
圖9
對(duì)于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過減少工件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得。由于夾緊力和負(fù)載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點(diǎn)減少錯(cuò)誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因?yàn)閺淖畛跬ㄟ^互補(bǔ)勢(shì)能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個(gè)序列應(yīng)用于銑削負(fù)載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個(gè)序列。最佳的夾緊力，，對(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個(gè)組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個(gè)夾緊點(diǎn)最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個(gè)完整的刀具路徑改進(jìn)方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對(duì)于初始夾緊力的強(qiáng)度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。
圖10
8．結(jié)論
該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具，工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個(gè)模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動(dòng)態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。
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XX學(xué)院畢業(yè)論文
泵體殼零件的加工工藝銑底面夾具設(shè)計(jì)
專 業(yè)
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)___ __________
姓 名___ _ ________
指導(dǎo)教師
起止日期
摘 要
本設(shè)計(jì)專用夾具的設(shè)計(jì)泵體殼零件加工過程的基礎(chǔ)上。主要加工部位是平面和孔加工。在一般情況下，確保比保證精密加工孔很容易。因此，設(shè)計(jì)遵循的原則是先加工面后加工孔表面?？准庸て矫娣置黠@的階段性保證粗加工和加工精度加工孔。通過底面作一個(gè)良好的基礎(chǔ)過程的基礎(chǔ)。主要的流程安排是支持在定位孔過程第一個(gè)，然后進(jìn)行平面和孔定位技術(shù)支持上加工孔。在隨后的步驟中，除了被定位在平面和孔的加工工藝及其他孔單獨(dú)過程。整個(gè)過程是一個(gè)組合的選擇工具。專用夾具夾具的選擇，有自鎖機(jī)構(gòu)，因此，對(duì)于大批量，更高的生產(chǎn)力，滿足設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：泵體殼類零件；工藝；夾具；
II
ABSTRACT
Foundation design of body parts processing process the design of special fixture. The main processing parts processing plane and holes. In general, ensure easy to guarantee precision machining holes than. Therefore, the design principle is first machined surface after machining hole surface. Periodic hole machining plane is obvious that rough machining and machining precision machining hole. A good foundation on the bottom surface of the process. The main process is supported in the positioning hole process first, and then the processing hole plane and the hole positioning technology support. In a subsequent step, in addition to processing technology are positioned in the plane and the other hole hole and separate process. The whole process is a combination of the selection tool. Special fixture fixture selection, a self-locking mechanism, therefore, for large quantities, higher productivity, meet the design requirements.
Keywords: box type parts; technology; fixture;
31
目 錄
摘 要 II
ABSTRACT I
第1章 加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 4
1.1 零件的分析 4
1.1.1 零件的作用 4
1.1.2 零件的工藝分析 4
1.2 泵體殼加工措施 5
1.2.1 孔和平面的加工順序 5
1.2.2 孔系加工方案選擇 5
1.3 泵體殼加工定位基準(zhǔn)的選擇 6
1.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇 6
1.3.2 精基準(zhǔn)的選擇 6
1.4 泵體殼加工主要工序安排 6
1.5 機(jī)械加工余量、工序及毛坯的確定 9
1.6確定切削用量及基本工時(shí)（機(jī)動(dòng)時(shí)間） 9
1.7 時(shí)間定額計(jì)算及生產(chǎn)安排 19
第2章 泵體殼加工工藝及銑底面夾具設(shè)計(jì) 23
2.1 機(jī)床夾具概述 23
2.2研究原始質(zhì)料 24
2.3定位基準(zhǔn)的選擇 24
2.3 切削力及夾緊分析計(jì)算 25
2.4 誤差分析與計(jì)算 27
2.5 零、部件的設(shè)計(jì)與選用 28
2.6 夾具操作步驟分析和可靠性預(yù)測(cè) 28
總 結(jié) 29
參 考 文 獻(xiàn) 30
致謝 31
第1章 加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
1.1 零件的分析
1.1.1 零件的作用
題目給出的零件是泵體殼,泵體殼零件的加工質(zhì)量，泵體殼零件的加工質(zhì)量，并確保組件正確安裝。
1.1.2 零件的工藝分析
泵體殼類零件圖。泵體殼是一個(gè)殼體零件，別安裝在五個(gè)平面的外表面加工的需要。支持前和后孔。此外，表面還需加工一系列孔?？煞秩M加工表面。分析如下：
（1）以寬度為97的底平面加工面。這一組加工表面包括：底面銑削加工；2-Φ11mm孔。
（2）以Φ38H7mm的支承孔為加工面。這一組包括：Φ38H7mm、Φ42H7mm。
（3）以Φ30凸臺(tái)面為加工面。這一組加工表面包括：Φ30凸臺(tái)面銑削加工；G1/2螺紋孔
（4）以φ50大端面為加工面
主要加工表面有以下5個(gè)主要加工表面;
1.端面 通過粗銑精銑達(dá)到1.6精度要求
2.內(nèi)圓 粗鏜、半粗鏜、精鏜達(dá)到6.3的精度要求
3.內(nèi)表面 先粗銑后精銑的3.2的精度要求
4.底面 通過粗銑直接使底面精度達(dá)到12.5
5. 凸臺(tái)端面 在凸臺(tái)端面使其達(dá)到12.5的精度要求
1.2 泵體殼加工措施
由以上分析可知。泵體殼零件加工表面是平面和孔系。平面加工要比保證孔精度比較容易一些。因此，在這個(gè)過程中的主要問題是確保和孔的位置精度，應(yīng)對(duì)孔與平面間的關(guān)系。由于是大生產(chǎn)量生產(chǎn)。要考慮因素如何滿足提高加工過程中的效率問題。
1.2.1 孔和平面的加工順序
泵體殼類加工按照先面后孔，按照粗、精加工互相原則。處理應(yīng)遵循先加工面后來加工孔，第一個(gè)基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)的表面處理。然后，整個(gè)系統(tǒng)的過程。地基處理的管道應(yīng)遵循這一原則。平平面定位可保證定位牢固可靠，保證各個(gè)孔的加工粗糙度和精度。其次，首先先加工面可以去除鑄件不均勻表面，進(jìn)而孔加工提供前提，也有利于保護(hù)刀具。
1.2.2 孔系加工方案選擇
通過泵體殼的加工方案，應(yīng)選擇符合加工方法，加工精度和加工設(shè)備。主要考慮加工精度和效率，此外還有考慮經(jīng)濟(jì)因素。了滿足精度和生產(chǎn)率的要求，應(yīng)選擇在的最終價(jià)格。
根據(jù)基泵體殼部要求顯示和生產(chǎn)力的要求，目前應(yīng)用在鏜床夾具鏜床組合適于。
（1） 鏜套加工
（2） 在大批量生產(chǎn)中，加工底座通孔通常是在組合鏜床的鏜模。加工孔鏜夾具在設(shè)計(jì)和制造要求。當(dāng)鏜桿的鏜套引導(dǎo)鏜，鏜模的精度直接保證孔的精度。
鏜模提高系統(tǒng)抗振動(dòng)、剛度。同時(shí)加工幾個(gè)工件的過程。生產(chǎn)效率很高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高制造困難，鏜模制造和裝配在夾具誤差鏜桿鏜襯套磨損等原因。加工精度可通過鉆孔獲得也受到一定的限制。
（2）用坐標(biāo)鏜方法
在現(xiàn)代生產(chǎn)中，不僅要求產(chǎn)品的生產(chǎn)率高，而且可以實(shí)現(xiàn)大的品種和數(shù)量，和產(chǎn)品的升級(jí)換代，所需時(shí)間短。普通的鏜模加工，生產(chǎn)成本高，周期長(zhǎng)，難滿足要求，和坐標(biāo)鏜可以滿足這一要求。鏜加工模板還需要利用坐標(biāo)鏜床。
隨著坐標(biāo)鏜削的方法，需要泵體殼孔的和在直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成的和公差的公差，然后用在笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度鏜。
1.3 泵體殼加工定位基準(zhǔn)的選擇
1.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇
基準(zhǔn)的選擇應(yīng)滿足下列要求：
（1）保證每個(gè)重要支持均勻的加工余量；
（2）保證零件和管壁有一定的差距。
了滿足要求，主要支持應(yīng)作主要參考孔。作粗基準(zhǔn)輸入軸和輸出軸。因此，主軸承孔的精定位，孔的加工余量必須統(tǒng)一。因與孔的位置，墻是相同的核心的位置。
1.3.2 精基準(zhǔn)的選擇
從孔與孔的位置，孔與平面，平面與平面的位置。精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)能確保在整個(gè)過程的統(tǒng)一的管道基本上可以使用參考位置。從管底座零件圖的分析，支撐孔平行并覆蓋大面積的平面與主軸，適合用作精基準(zhǔn)。但與平面定位只能三自由度的限制，如果使用一二孔定位方法對(duì)典型的全過程，基本能夠滿足定位要求的參考。最后，雖然是裝配基準(zhǔn)，但因它是對(duì)垂直主軸承孔的基礎(chǔ)。
1.4 泵體殼加工主要工序安排
用于零件的批量生產(chǎn)，總是首先產(chǎn)生均勻的基準(zhǔn)?；艿奶幚淼牡谝徊绞翘幚硪粋€(gè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)。具體安排第一孔定位粗后，加工頂平面。第二步是定位兩個(gè)工藝孔。由于頂面處理后到管道基礎(chǔ)處理已經(jīng)完成，除了個(gè)人的過程，作定位基準(zhǔn)。因此，孔底面也應(yīng)在兩個(gè)工藝孔加工工藝處理。
工序安排應(yīng)該是盡可能地先加工表面然后再加工孔。首先粗加工面，然后粗加工孔。螺紋孔加工中心的鉆頭，切削力大，也應(yīng)在粗加工階段完成。對(duì)于工件，需要精加工是支持前孔與平面結(jié)束后。根據(jù)以上原則應(yīng)該先完成加工平面加工孔，但在本裝置實(shí)際生產(chǎn)不易保證孔和端面互相垂直的。因此，工藝方案實(shí)際上是用于精加工軸承孔，從而支持?jǐn)U孔芯棒定位端處理，所以容易保證的端部的圖紙上的全跳動(dòng)公差。螺紋孔攻絲時(shí)，切削力小，可以分散在后期階段。
加工完成后，還要檢驗(yàn)入庫(kù)等操作，衛(wèi)生打掃干凈。
工藝路線一：
一 毛坯 準(zhǔn)備毛坯
1 鑄造毛坯
2 時(shí)效熱處理
3 涂底漆
二 銑 銑寬度為97的底平面
三 銑 粗銑精銑φ50尾部大端面
1 粗銑φ50尾部大端面
2 精銑φ50尾部大端面
四 銑 銑φ30前部端面
五 銑 锪底部φ22的沉頭面
六 鉆 鉆、擴(kuò)、鉸Φ11mm
1 鉆Φ11mm孔
2 擴(kuò)Φ11mm孔
3 鉸Φ11mm孔及C1倒角
七 鏜 粗鏜精鏜Φ38H7、Φ42H7mm孔
1 粗鏜Φ38H7、Φ42H7mm孔
2 精鏜Φ38H7、Φ42H7H7mm孔
八 鉆孔攻絲 鉆孔攻絲邊G1/2螺紋孔
九 鉆孔攻絲 鉆孔攻絲大端面2-M10螺紋孔
十 鉗 表面去毛刺
十一 涂料
十二 檢 檢驗(yàn)入庫(kù)
工藝路線二：
一 毛坯 準(zhǔn)備毛坯
1 鑄造毛坯
2 時(shí)效熱處理
3 涂底漆
二 銑 銑寬度為97的底平面
三 銑 銑φ30前部端面
四 銑 粗銑精銑φ50尾部大端面
1 粗銑φ50尾部大端面
2 精銑φ50尾部大端面
五 銑 锪底部φ22的沉頭面
六 鉆 鉆、擴(kuò)、鉸Φ11mm
1 鉆Φ11mm孔
2 擴(kuò)Φ11mm孔
3 鉸Φ11mm孔及C1倒角
七 鏜 粗鏜精鏜Φ38H7、Φ42H7mm孔
1 粗鏜Φ38H7、Φ42H7mm孔
2 精鏜Φ38H7、Φ42H7H7mm孔
八 鉆孔攻絲 鉆孔攻絲邊G1/2螺紋孔
九 鉆孔攻絲 鉆孔攻絲大端面2-M10螺紋孔
十 鉗 表面去毛刺
十一 涂料
十二 檢 檢驗(yàn)入庫(kù)
根據(jù)加工要求和提高效率時(shí)間等因素綜合選擇方案一：
一 毛坯 準(zhǔn)備毛坯
1 鑄造毛坯
2 時(shí)效熱處理
3 涂底漆
二 銑 銑寬度為97的底平面
三 銑 粗銑精銑φ50尾部大端面
1 粗銑φ50尾部大端面
2 精銑φ50尾部大端面
四 銑 銑φ30前部端面
五 銑 锪底部φ22的沉頭面
六 鉆 鉆、擴(kuò)、鉸Φ11mm
1 鉆Φ11mm孔
2 擴(kuò)Φ11mm孔
3 鉸Φ11mm孔及C1倒角
七 鏜 粗鏜精鏜Φ38H7、Φ42H7mm孔
1 粗鏜Φ38H7、Φ42H7mm孔
2 精鏜Φ38H7、Φ42H7H7mm孔
八 鉆孔攻絲 鉆孔攻絲邊G1/2螺紋孔
九 鉆孔攻絲 鉆孔攻絲大端面2-M10螺紋孔
十 鉗 表面去毛刺
十一 涂料
十二 檢 檢驗(yàn)入庫(kù)
1.5 機(jī)械加工余量、工序及毛坯的確定
“泵體殼”零件材料采用灰鑄鐵制造。材料為HT200材料采用HT200制造。材料是HT200，硬度HB170到240，大批量生產(chǎn)，鑄造毛坯。
（1）底面的加工余量。
根據(jù)要求，面加工分粗、精銑加工余量如下：
粗銑：參照《工藝手冊(cè)第1卷》。其余量值規(guī)定，現(xiàn)取。
精銑：參照《手冊(cè)》，余量值。
（2）螺孔毛坯實(shí)心，不沖孔
（3）端面加工余量。
端面分粗銑、精銑加工。各余量如下：
粗銑：參照《工藝手冊(cè)》，其余量規(guī)定，取。
（4）螺孔加工余量
毛坯實(shí)心，不沖孔。
1.6確定切削用量及基本工時(shí)（機(jī)動(dòng)時(shí)間）
工序1：無切削加工，無需計(jì)算
工序2：無切削加工，無需計(jì)算
工序3：銑寬度為97的底平面
機(jī)床：加工中心X52K
刀具：面銑刀(硬質(zhì)合金材料)，材料：， ，齒數(shù)。
單邊余量：Z=2.2mm
所以銑削深度：
精銑面余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：?。喝°娤魉俣?
每齒進(jìn)給量：取取銑削速度
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照文獻(xiàn)，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：,取
切削工時(shí)
被切削層：由毛坯可知，
刀具切入：
刀具切出：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序4：粗銑精銑φ50尾部大端面
機(jī)床：加工中心X52K
刀具：面銑刀(硬質(zhì)合金材料)，材料：， ，齒數(shù)。
單邊余量：Z=2.2mm
所以銑削深度：
精銑面余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：?。喝°娤魉俣?
每齒進(jìn)給量：取，取銑削速度
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照文獻(xiàn)，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：取
切削工時(shí)
被切削層：由毛坯可知，
刀具切入：
刀具切出：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序5：銑φ30前部端面
機(jī)床：加工中心X52K
刀具：面銑刀(硬質(zhì)合金材料)，材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
單邊余量：Z=2.2mm
所以銑削深度：
精銑面余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：取：取銑削速度
每齒進(jìn)給量：取取銑削速度
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照，取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：取
切削工時(shí)
被切削層：由毛坯可知，
刀具切入：
刀具切出：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序6：鉆、擴(kuò)、鉸Φ11H7mm孔及C1倒角。
機(jī)床：加工中心X52K
刀具：根據(jù)參照文獻(xiàn)選高速鋼錐柄麻花鉆頭。
⑴ 鉆孔Φ11
鉸孔Φ11H7時(shí)先鉆孔
切削深度：
進(jìn)給量：取。
切削速度：取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照文獻(xiàn)[3]表3.1～31，取
所以實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層：
刀具切入：
刀具切出： 取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
⑶ 鉸孔
刀具：根據(jù)參照文獻(xiàn)選擇硬質(zhì)合金錐柄機(jī)用鉸刀。
切削深度：，且。
進(jìn)給量：根據(jù)文獻(xiàn)取。
切削速度：參照文獻(xiàn)取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照文獻(xiàn)[3]表3.1～31取
實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層：
刀具切入，
刀具切出： 取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
該工序的加工機(jī)動(dòng)時(shí)間的總和是：
工序6：锪底部φ22的沉頭面
機(jī)床：加工中心X52K
刀具：面銑刀(硬質(zhì)合金材料)，材料：， ，齒數(shù)。
單邊余量：Z=2.2mm
所以銑削深度：
精銑面余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：取：取銑削速度
每齒進(jìn)給量：取取銑削速度
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考取
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
：根據(jù)文獻(xiàn)取
切削工時(shí)
被切削層：由毛坯可知，
刀具切入：
刀具切出：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)時(shí)間
工序7、粗鏜精鏜Φ38H7、Φ42H7mm孔
機(jī)床：加工中心X52K
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
⑴ 粗鏜Φ38H7mm孔
進(jìn)給量：刀桿伸出取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量。
切削速度：取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照文獻(xiàn)[3]表3.1～41，取
實(shí)際切削速度：
工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量：
被切削層：
刀具切入：
刀具切出： 取
行程次數(shù)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
⑵ 精鏜Φ38H7mm孔
進(jìn)給量：確定進(jìn)給量
切削速度：取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照文獻(xiàn)[3]表3.14—41，取
實(shí)際切削速度：
工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量：
被切削層：
刀具切入：
刀具切出： 取
行程次數(shù)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
所以該工序總機(jī)動(dòng)工時(shí)
工序8：鉆孔攻絲邊G1/2螺紋孔
機(jī)床：加工中心X52K
刀具：根據(jù)選高速鋼錐柄麻花鉆頭。
⑴ 鉆孔Φ14
鉆孔Φ14時(shí)先鉆孔。
切削深度：
進(jìn)給量：取。
切削速度取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照文獻(xiàn)，取
所以實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層：
刀具切入：
刀具切出： 取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
⑵ 擴(kuò)孔
刀具：選擇擴(kuò)孔鉆頭（硬質(zhì)合金錐柄麻花材料）。
片型號(hào)：E403
切削深度：
進(jìn)給量：取。
切削速度：取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按照文獻(xiàn)取
所以實(shí)際切削速度：
切削工時(shí)
被切削層：
刀具切入有：
刀具切出： ，取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
工序9、孔攻絲大端面2-M10螺紋孔
機(jī)床： X52K
刀具：麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀
（1）鉆底面面2-M10螺紋孔
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)《工藝手冊(cè)》取
切削速度：參照《工藝手冊(cè)》取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際切削速度：
被切削層：
刀具切入：
刀具切出：
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
進(jìn)給量：由于其螺距,因此進(jìn)給量
切削速度：參照《工藝手冊(cè)》取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實(shí)際切削速度：
被切削層：
刀具切入：
刀具切出： （盲孔）
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
1.7 時(shí)間定額計(jì)算及生產(chǎn)安排
設(shè)年產(chǎn)量是10萬件。一年有250個(gè)工作日。一個(gè)日產(chǎn)量420。一天工作時(shí)間的計(jì)算8個(gè)小時(shí)，每部分的生產(chǎn)時(shí)間不應(yīng)超過1.14min。機(jī)械加工單（在上述生產(chǎn)類型）時(shí)間定額：大規(guī)模生產(chǎn)）
大規(guī)模生產(chǎn)：
參照《工藝手冊(cè)》（生產(chǎn)類型：中批以上）時(shí)間計(jì)算公式：
（大量生產(chǎn)時(shí)）
因此大批量單件時(shí)間計(jì)算：
其中： —單件時(shí)間定額 —基本時(shí)間（機(jī)動(dòng)時(shí)間）
—輔助時(shí)間。
—布置場(chǎng)所地、休息時(shí)間占操作時(shí)間的百分比值
工序1：粗、精銑底面
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《工藝手冊(cè)》，取工步輔助時(shí)間。在加工過程中裝卸短暫，所以取裝時(shí)間。則
：根據(jù)《工藝手冊(cè)》，
單間時(shí)間定額：
工序2：鉆底面孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《工藝手冊(cè)》，取工步輔助時(shí)間。裝卸短暫所以取裝時(shí)間。則
：根據(jù)《工藝手冊(cè)》單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序3：粗銑凸臺(tái)
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《工藝手冊(cè)》，取工步輔助時(shí)間。加工過程中裝卸短暫，所以取裝時(shí)間。則
：根據(jù)《工藝手冊(cè)》，
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序4：鉆側(cè)面孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《工藝手冊(cè)》，取工步輔助時(shí)間。由于生產(chǎn)線上裝時(shí)間很短，所以取裝時(shí)間。則
：根據(jù)《工藝手冊(cè)》，
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序5：粗銑端面
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《工藝手冊(cè)》，取工步輔助時(shí)間。則
：根據(jù)《工藝手冊(cè)》，
單間時(shí)間定額：
一臺(tái)機(jī)床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序6：銑端面
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《工藝手冊(cè)》，取工步輔助時(shí)間。所以取裝時(shí)間。則
：根據(jù)《工藝手冊(cè)》，
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序7：粗鏜48孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《工藝手冊(cè)》取工步輔助時(shí)間。所以取裝時(shí)間。則
：根據(jù)《工藝手冊(cè)》，
單間時(shí)間定額：
即能滿足生產(chǎn)要求
工序8：精鏜支承孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《工藝手冊(cè)》取工步輔助時(shí)間。裝卸短所以取裝時(shí)間。則
：根據(jù)《工藝手冊(cè)》，
單間時(shí)間定額：
即能滿足生產(chǎn)要求
工序9：端面螺紋孔攻絲
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照鉆孔時(shí)間，取裝卸時(shí)間，工步時(shí)間。則
：參照鉆孔值，取
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序10：精銑端面
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《工藝手冊(cè)》，取工步輔助時(shí)間。
取裝卸時(shí)間。則
：根據(jù)《工藝手冊(cè)》，
單間時(shí)間定額：
即能滿足生產(chǎn)要求
工序11：精銑側(cè)面
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照《工藝手冊(cè)》，取工步輔助時(shí)間。所以取裝時(shí)間。則
：根據(jù)《工藝手冊(cè)》，
單間時(shí)間定額：
即能滿足生產(chǎn)要求
工序12：底面螺紋孔攻絲
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：取裝卸輔助時(shí)間，工步輔助時(shí)間。則
：參照鉆孔值，取
單間時(shí)間定額：
因此布置一臺(tái)機(jī)床即能滿足生產(chǎn)要求。
第2章 泵體殼加工工藝及銑底面夾具設(shè)計(jì)
2.1 機(jī)床夾具概述
在對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，為了保證加工的要求，首先要使工件相對(duì)道具及機(jī)床有正確的位置，并使這個(gè)位置在加工過程中不因外力的影響而變動(dòng)。因此，在進(jìn)行機(jī)械加工前，先要將工件裝夾好。
機(jī)床夾具的組成
1、定位裝置 其作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。
2、夾緊裝置 其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力（切削力等）作用時(shí)不離開已經(jīng)占據(jù)的正確的正確位置。
3、對(duì)刀或?qū)蜓b置 其作用是確定刀具相對(duì)定位元件的正確位置。
X、連接原件 其作用是確定夾具在機(jī)床上的正確位置。
5、夾具體 夾具體是機(jī)床夾具的基礎(chǔ)件，通過它將夾具的所有元件連接成一個(gè)整體。
6、其他元件或裝置 是指家家具中因特殊需要而設(shè)置的元件或裝置。根據(jù)加工需要，有些夾具上設(shè)置分度裝置、靠模裝置；為能方便、準(zhǔn)確定位，常設(shè)置預(yù)定位裝置；對(duì)于大型夾具，常設(shè)置吊裝元件等。
以上各組成部分中，定位元件、夾緊裝置和夾具體是機(jī)床夾具的基礎(chǔ)組成部分。
機(jī)床的分類
機(jī)床夾具種類繁多，可以從不同的角度對(duì)機(jī)床夾具進(jìn)行分類。
按夾具的使用特點(diǎn)可分為：通用夾具，專用夾具，可調(diào)夾具，組合夾具，
拼裝夾具。
按使用機(jī)床可分為：車床夾具，銑床夾具，鉆床夾具，鏜床夾具，齒輪機(jī)床夾具，數(shù)控機(jī)床夾具，自動(dòng)機(jī)床夾具，自動(dòng)線隨行夾具以及其他機(jī)床夾具。
按夾緊的動(dòng)力源可分為：手動(dòng)夾具，氣動(dòng)夾具，液壓夾具，氣液增力夾具，電磁夾具以及真空夾具等。
工件的裝夾方法
工件裝夾的方法有兩種：
將工件直接裝夾在機(jī)床的工作臺(tái)或花盤上
將工件裝夾在家具上
采用第一種方法裝夾的效率低，一般要求先按圖紙要求在工件的表面上劃線，劃出加工表面的尺寸和位置，裝夾時(shí)，用劃針或面分表找正后再夾緊。一般用于單件和小批生產(chǎn)。批量較大時(shí)，都采用夾具裝夾工件。
采用夾具裝夾工件有如下優(yōu)點(diǎn)：
a、保證加工精度，穩(wěn)定加工質(zhì)量
b、縮短輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率
c、擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多能”
d、改善工人的勞動(dòng)條件，降低生產(chǎn)成本
工件在夾具中的定位
（1）工件的定位的基本原理
1. 六點(diǎn)定則
用合理分布的六個(gè)支承點(diǎn)限制工件的六個(gè)自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，稱為“六點(diǎn)定位原則”，簡(jiǎn)稱“六點(diǎn)定則”。
六點(diǎn)定則是工件定位的基本法則，用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，起支承點(diǎn)作用的是一定形狀的幾何體，這些用來限制工件自由度的幾何體就是定位元件。
2. 限制工件自由度與加工要求的關(guān)系
工件定位時(shí)，影響加工要求的自由度必須限制；不影響加工要求的自由度，有時(shí)要限制，有時(shí)可不限制，視具體情況而定。習(xí)慣上，工件的六個(gè)自由度都限制了的定位稱為完全定位，工件限制的自由度少于六個(gè)，但能保證加工要求的定位稱為不完全定位。
在工件定位時(shí)，以下情況允許不完全定位：
a． 加工通孔或通槽時(shí)，沿貫通軸的位置自由度可不限制。
b． 毛坯（本工序加工前）是軸對(duì)稱時(shí)，繞對(duì)稱軸的角度自由度可不限制。
c． 加工貫通的平面時(shí)，除可不限制沿兩個(gè)貫通軸的位置自由度外，還可不限制繞垂直加工面的軸的角度自由度。
2.2研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來粗、精銑底面，為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
2.3定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知：在對(duì)進(jìn)行加工前，底平面進(jìn)行了粗、精銑加工，進(jìn)行了粗、精加工。因此，為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi)，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單易操作。
2.3 切削力及夾緊分析計(jì)算
刀具：立銑刀（硬質(zhì)合金）
刀具有關(guān)幾何參數(shù)：
由參考文獻(xiàn)[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計(jì)算公式：
有：
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
夾緊力的確定
夾緊力方向的確定
夾緊力應(yīng)朝向主要的定位基面。
夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。
(1) 夾緊力作用點(diǎn)的選擇
a. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。
b. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位上，這樣可以防止或減少工件變形變形對(duì)加工精度的影響。
c. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面。
(3)夾緊力大小的估算
理論上確定夾緊力的大小，必須知道加工過程中，工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等，然后利用夾緊力的作用應(yīng)與上述各力的作用平衡而計(jì)算出。但實(shí)際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機(jī)構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計(jì)算是個(gè)很復(fù)雜的問題，只能進(jìn)行粗略的估算。
估算的方法：一是找出對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力；二是只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響。
估算的步驟：
a.建立理論夾緊力FJ理與主要最大切削力FP的靜平衡方程：FJ理=Ф (FP)。
b.實(shí)際需要的夾緊力FJ需，應(yīng)考慮安全系數(shù)，F(xiàn)J需=KFJ理。
c.校核夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力FJ是否滿足條件：FJ>FJ需。
夾具的夾緊裝置和定位裝置[1] [2]
夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個(gè)過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。
僅僅定好位在大多數(shù)場(chǎng)合下，還無法進(jìn)行加工。只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝置對(duì)工件進(jìn)行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù)。
夾緊裝置的基本任務(wù)是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動(dòng)和震動(dòng)，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時(shí)工件的定位是在夾緊過程中實(shí)現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。
一般夾緊裝置由動(dòng)源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機(jī)構(gòu)即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。他包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件。
考慮到機(jī)床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時(shí)的具體切削量決定采用手動(dòng)夾緊。
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機(jī)構(gòu)組成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)來夾緊工件。是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機(jī)構(gòu)。
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋，實(shí)際上相當(dāng)于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。
典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：
（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
（2）擴(kuò)力比大；
（3）自瑣性能好；
（4）行程不受限制；
（5）夾緊動(dòng)作慢。
夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動(dòng)裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動(dòng)裝置和夾緊元件合二為一。力源為機(jī)動(dòng)夾緊，通過螺栓夾緊移動(dòng)壓板。達(dá)到夾緊和定心作用。
工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn)，通過螺栓夾緊移動(dòng)壓板，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊。并且移動(dòng)壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動(dòng)壓板，通過精確的圓弧定位，實(shí)現(xiàn)定心。此套移動(dòng)壓板制作簡(jiǎn)單，便于手動(dòng)調(diào)整。通過松緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓板的前后移動(dòng)，以達(dá)到壓緊的目的。壓緊的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)工件的定心，使其定位基準(zhǔn)的對(duì)稱中心在規(guī)定位置上。
查參考文獻(xiàn)[5]1～2～26可知移動(dòng)形式壓板螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算：螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有：
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡(jiǎn)圖如3.1.
由表得：原動(dòng)力計(jì)算公式
即：
由上述計(jì)算易得：
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
2.4 誤差分析與計(jì)算
為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻(xiàn)[5]可得：
⑴定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對(duì)刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。
2.5 零、部件的設(shè)計(jì)與選用
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個(gè)。其距離盡可能布置的遠(yuǎn)些。通過定向鍵與銑床工作臺(tái)T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對(duì)于工作臺(tái)的送進(jìn)方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負(fù)荷，加強(qiáng)夾具在加工中的穩(wěn)固性。
2.6 夾具操作步驟分析和可靠性預(yù)測(cè)
如前所述，應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率，但該夾具設(shè)計(jì)采用了手動(dòng)夾緊方式，在夾緊和松開工件時(shí)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。由于該工件體積小，經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動(dòng)夾緊方式（螺旋夾緊機(jī)構(gòu)）。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。
此外，當(dāng)夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時(shí)，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時(shí)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整換取。
總 結(jié)
在設(shè)計(jì)過程中，我們讀到一些技術(shù)資料和設(shè)計(jì)手冊(cè)，在機(jī)械領(lǐng)域中的一些基本問題的探討。因此，這樣的設(shè)計(jì)不僅要加強(qiáng)自己的理解和知識(shí)，和他們的知識(shí)，拓寬。此外，該拉延工藝的設(shè)計(jì)，AutoCAD繪圖軟件的使用，并在同一時(shí)間，手繪，所有這些因素都使我們學(xué)到更多的知識(shí)，圖像識(shí)別和提高我們的繪圖能力。
但知識(shí)有限，實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)更多的問題，所以我的設(shè)計(jì)也有許多不足之處。如：每個(gè)時(shí)間分配不合理，雖然計(jì)算機(jī)圖形練習(xí)，但與手工繪圖相比，少，夾具設(shè)計(jì)的比例，步進(jìn)機(jī)構(gòu)為手動(dòng)，并降低成本，但它太簡(jiǎn)單了。需要在未來的設(shè)計(jì)改進(jìn)。
最后，在這里，感謝老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 李 洪．工藝手冊(cè)[M] ．北京出版社，2006．1．
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致謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在老師悉心指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束后我的所有幫助過我的老師和同學(xué)說，謝謝你,如果沒有他們幫助，畢業(yè)設(shè)計(jì)很難完成。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是在老師的指導(dǎo)下完成的。老師讓我受益不淺，他淵博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娘L(fēng)格，高度的責(zé)任感。在做設(shè)計(jì)的過程中也遇到了很多問題，老師給了我很多的關(guān)心和幫助，并要求任何進(jìn)展，我畢業(yè)于精心的指導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)，也經(jīng)常打電話或發(fā)送電子郵件來指導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)。
在本文中，得到的幫助和機(jī)電工程相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師的支持，非常感謝你。
最后，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我再一次感謝我的指導(dǎo)，關(guān)心和幫助的老師，領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)生。謝謝你.