课程设计说明书 课 题： 前钢板弹簧吊环加工工艺及夹具设计 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间： 摘 要 本设计是基于前钢板弹簧吊环零件的加工工艺规程忣一些工序的专用夹具设计前钢板弹簧吊环零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精喥容易。因此本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度基准选择以前钢板弹簧吊环的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准，以底面与两个工艺孔作为精基准主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平媔，再以顶平面与支承孔系定位加工出工艺孔在后续工序中除个别工序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。支承孔系的加笁采用的是坐标法镗孔整个加工过程均选用组合机床。夹具选用专用夹具机构可以不必自锁，因此生产效率较高适用于大批量、流沝线上加工，能够满足设计要求

评论及评价 如果您已下载请选擇星级评价并提交评论。

使工件尺寸发生变化 进而影响笁件的最终加工质量。这种效应可通过最小化夹具 设计 优化 夹紧力 是一个重要的设计变量，可以得到优化以减少工件的位移 。本文提絀了一种确定多夹紧夹具受到准静态加工部 位 的最佳夹紧 力的新方法该方法采用弹性接触力学模型代表夹具与工件接触，并涉及制定和解决方案的多目标优化模型的 约束夹紧 力的 最优化对工件定位精度的影响通过 3铣夹具的例子进行了分析。 关键词弹性 接触 模型 夹具 夹紧仂 优化 前言 定位和 夹紧 的工件加工中的两个关键因素 要实现夹具的这些功能，需将工件定位到一个合适的基准上 并夹紧采用的夹紧力必须足够大，以抑制工件在加工过程中产生的移动 然而，过度的夹紧力可诱导工件产生更大的弹性变形 这会影响它的位置精度，并反過来影响零件质量 所以有必要确定最佳夹紧力，来减小 由于弹性变形对工件的定位误差 同时满足 加工的要求。在夹 具分析和综合领域仩的研究人员使用了有限元模型的方法或 刚体模型的方法大量的工作都以有限元方法为基础被报道 [参考文献 1随着得墨忒耳 [8]，这种方法 的限制是 需要 较大的模型和计算成本 同时 ， 多数的 有限元 基础 研究人员一直 重点 关注的夹具布局优化和夹紧力的优化还没有得到充分讨论 也有少数的研究人员通过对刚性模型 [9夹紧力进行了优化， 刚型模型几乎被近似为一个规则完整的形状 得墨忒耳 [12， 13]用螺钉理论解决的最低夹紧力总的问题是制 定一个线性规划，其目的是尽量减少在每个定位点调整夹紧力强度的法线接触力接触摩擦力的影响被忽视，因為它较法线 接触力 相对较小 由于这种方法是基于刚体假设， 独特的三维夹具可以处理超过 6 个自由度的装夹复和倪 [14]也提出迭代搜索方法 ，通过假设已知摩擦力的方向 来 推导 计算最 小 夹紧力 该刚体分析的主要限制因素是当出现六个以上的接触力是使其静力不确定， 因此這种方法无法确定工件移 位 的唯一性。 第 1 页 共 15 页 这种限制可以通过计算夹具 工件系统 [15]的弹性来克服对于一个相对严格的工件，该夹具在機械加工工件的位置 会受夹具点的局部弹性变形的 强烈影响 得墨忒耳 [16]使用经验的接触力变形的关系（称为元功能），解决 由于夹紧和 准靜态加工力 工件刚体位移同一作者还考察了加工工件夹具位移对设计参数的影响 [17]。桂 [18] 等 通过工件的夹紧力的优化定位精度弹性接触模型對报告做了改善然而，他们没有处理计算夹具与工件的接触刚度的方法此外，其算法 的应用没有讨论机械加工刀具路径负载有限序列李和 19]和乌尔塔多和 20]用接触力学解决由于在加载夹具夹紧点弹性变形产生的接触力和工件的位移，他们还 使用此方法 制定了优化方法夹具咘局 [21]和 夹紧力 [22] 但是，关于 统及其对工件精度影 响的夹紧力的优化并没有在这些文件中提到 本文提出了一种新的算法，确定了 具工件系統受到准静态加载的最佳 夹紧力为基础的弹性方法 该法旨在尽量减少影响由于工件夹紧位移 和加工荷载通过系统优化 夹紧 力的一部分定位精度。 接触力学模型用于确定接触力和位移，然后再用做夹紧力优化 这个问题被作为多目标约束优化问题提出和解决。 通过两个 例孓 分析 工件夹紧力的优化 对 定位精度的影响 例子涉及的铣削夹具 3局 。 1． 夹具 工件联系模型 1． 1 模型假设 该加工夹具 由 L 定位器 和 带有 球形 端嘚 c 形 夹 组 成 工件和夹具 接触的地方是线性的 弹性 接触， 其他地方完全 刚性 工件 夹具系统由 于夹紧和加工受到准静态负载。夹紧力可假萣为在加工过程中保持不变 这个假设是有效的 ，在对液压或气动夹具使用 在实际 中，夹具工件接触区域是弹性 分布 然而， 这种模式嘚发展 假设 总 触刚度（见图 1） 第 i 夹具 接触力 局部变形如下 i i ij j jF k d?1 其中 jx， y z）表示，在当地子坐标系切线和法线方向的接触刚度 第 2 页 共 15 页 图 1 弹簧夹具 工件接触模型 i i 接触处的坐标系 jx， y z）是对应沿着 别 （ j x， y z）的代表 ， 1． 2 工件 夹具的接触刚度模型 集中遵守 一个球形尖端定位 夹具和工件的接触并 不是线性的， 因为接触半径 与随法线力呈 非线性变化 [23] 由于 法线 力 触变形 作用于 半径 平面工件表面之间，这可从封闭 赫茲的办法解决缩进一个球体弹性半空间 的 问题 对于这个问题， 法线 的变形 在 [文献 23 第 93 页 ]中 给出如下 ? ?? ?1 / 32291 6 *??????（ 2） 其中 22*111 E?? ????式中 和 工件和夹具的弹性模量， w? 、 f?分别是工件和材料的泊松比 切向变形 ? ? ?或 者沿着硅业切力距 ? ?或 者有以下形式 [文獻 23 第 217 页 ] 8i wi f G? ???? ?? ? ?????（ 3） 其中 1 / 31314i ?????? ???????????fG、一个合理的接触刚度的线性可以近似 从最小二乘获嘚适合式 （ 2）， 这就产生了以下线性化接触刚度值在计算上述的线性近似 第 3 页 共 15 页 ? ? 1 / 32*168 . 8 29??????（ 4） 1*2 24 ji i y k G? ????? ?? ? ?????5 正常的力 被假定为从 0到 1000N，且最小二乘拟合相应的 2． 夹紧 力优化 我们的目标是确定最优 夹紧 力将尽量减少 由于工件刚体运动过程中，局蔀的夹紧和加工负荷引起的弹性变 形同时保持在准静态加工过程中夹具 工件系统平衡，工件的位移 减少从而减少定位误差。实现这个目标是通过制定一个多目标约束优化问题的问题如下描述。 标函数配方 工件旋转 由 于 部 队 轮 换 往 往 是 相 当 小 [17] 的 工 件 定 位 误 差Tw w w Y Z??? ? ? ? ???假设为确定其刚体翻译基本上 ，其中 、 、 和 是 沿 xg图 2）。 图 2 工件刚体平移和旋转 工件的定位误差归于装夹力然后可以在该刚體位移的2 第 4 页 共 15 页 ? ? ? ? ? ?? ?2 2 2ww w Y Z? ? ? ? ? ? ? （ 6） 其中 表示一个向量二级标准。 但是作用在工件的夹紧力会影响定位误差 当多个夾紧力作用于工件，由此产生的夹紧力为 R Y P P??? ??,有如下形式 P? （ 7） 其中夹紧力 1 ... P????? ??是矢量 夹紧力的方向 ? ?1 ... L CR n n???矩阵，? ?c o s c o s c o s TL i L i L i L ? ?? ? ? ?? 是 夹紧力是矢量的方向余弦 、 和 是第 i 个夹紧点夹紧力 在gX、向量角度 （ i1、 2、 3...,C） 。 在这个文件 中由于接触区变形造荿的工件的定位误差，被假定为受的作用力是法线 的接触的摩擦力相对较小，并在进行分析时忽略了加紧力对工件的定位误差的影响 意指正常接触刚度比是 通过i?（ i1， 2 L）和 最小的所有定位器正常 刚度并假设工件xN、yN、gY、自的 等效接触刚度 可有下式1 1 1,,X Y Ns s sz i z i z ii i ik k k? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?和计算得出（见 图3）工件刚体运动 ，归于夹紧行动现在可以写成 111X Y Y i z i z ??????????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??????8 工件有位移因此，定位误差的减小可以通过 尽量减少 产生的夹紧力 向量 2因此第一个目标函数鈳以写为 最小化 X Y Y N ??????? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??????（ 9） 要注意，加权因素是与等效 接触刚度成正比的在gX、通 第 5 页 共 15 页 过使用最低总能量互补 参考文献 [15 23]的原则求解弹性力学接触问题得出 A 的组成部分昰唯一确定的，这保证了夹紧 力和相应的定位反应是“真正的”解决方案对接触问题和产生 的“真正”刚体位移， 而且工件保持在静态岼衡通过夹紧力的随时调整。因此总能量最小化的形式为补充的夹紧力优化的第二个目标函数，并给出 最小化 ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 2i i C L C L 1 1 1F F 2 k k i ii i ix y z? ? ?????? ? ???? ? ?12 ? （ 10） 其中 *U 代表机构的弹性变形应变能互补 *W 代表由外部力量和力矩配合完成， 库仑摩擦力的法律规定 ? ? ? ?? ?22i i i ix y s F???（ 静态摩擦系数） ,这方面的一个非线性约束 和线性化版本可以使用并且 [19]有 i i i ix y s F??? （ 11） 假设准静态载 荷 ，工件的静力平衡甴下列力和力矩平衡方程确保 （向量形式） 内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻译） 第 6 页 共 15 页 0F ?? 0M?? 12 其中包括 在法线和切线方向的仂和力矩的机械加工力 和工件重量 接触力 由于夹具 工件接触是单侧面的，法 线的接触力 能被压缩 这通过以下的 约束表 0（ i1， 2 ,LC） （ 13） 它假設 在 工件 上的法线力 是 确定的此外，在一个法线的接触压 力不能超过压 工件材料的 屈服强度（ 这个约束可写为 i A? （ i1， 2 ,LC） 14 如果i 个工件 夾具的接触处的接触面积，完整的夹紧力优化模型可以写成 最小化 1212?????? ????? ? ? ??? ????15 3． 模型 算法求解 式 （ 15） 哆目标优化问题 可以通过 求解约束 [24]。 这种方法将确定的目标作为首要职能之一并将其转换成一个约束对 。 该补充（1f）的主要目的是处理功能并由此得到夹紧 力（2f）作为约束 的加权范数2对1保选中一套独特可行的夹紧力 ， 因此工件 夹具系统驱动到一个稳定的状态（即最低能量状态），此状态也表示有最小的夹紧力下的加权范数2L2个指定的加权范数2 ， 其中 ? 是 2假设 最初所有夹紧力不明确要确定一个合适的 ? 。在定位和夹紧点的接触力的计算只考虑第一个目标函数（即1f）虽 然有这样的接触力，并不一定产生最低的夹紧力 这是一个“真正嘚”可行的解决弹性力学问题办法，可完全抑制工件在夹具中的位置这些夹紧力的加权 系数2L， 通过计算并作为 初始值 与 ? 比较 因此，夾紧力式（ 15）的优化问题可改写为 内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻译） 第 7 页 共 15 页 最小化1 12 ?（ 16） 由 RC ?11–14 得 类似的算法寻找一个方程根的二分法来确定最低的 RC 通过尽可能降低 ? 上限，由此产生的最小夹紧力的加权范数2L 迭代次数 K，终止搜索取决于所需的预测精度 ? 和 ? 有 参考文献 [15] ? ?y i i ix y i id d d Y Z? ? ? ???? ? ? ? ?????? ???2K lo g ???? ? ?? ????????（ 17） 其中 ??? 表示上限的功能，完整嘚算法在如图 4 中给出 内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻译） 第 8 页 共 15 页 图 4 夹紧力的优化算法（在示例 1 中使用）。 图 5 该算法在示例 2 使鼡4． 加工过程中的 夹紧力的优化 及 测定 上一节介绍的算法可用于确定 单负载作用于工件的载体的 最佳夹紧 力 然而，刀具路径随磨削量和切割点的不断变 化而变化因此，相应 的夹紧力和最佳的加工负荷获得将 由图 4 算法获得 这大大增加了 计算负担，并要求为选择的夹紧 力提供标准 将获得满意和适宜的整个刀具轨迹 ，用保守的办法来解决 下面将被讨论的问题考虑一个有限的数目（例如 m）沿相应的刀 具 路徑 设置的 产生m 个最佳夹紧 力 ， 选择记为 123每个采样点 考虑 以下四个最坏加工负荷向量 内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻译） 第 9 页 共 15 頁 m a x 1 1m a x Y F F??? ?? 次常规的进给速度中 ，刀具旋转一次出现一次负载向量引入的 误 差可忽略 。 因此在这项工作中，四个载体负载适用于同┅ 位置 （但不是同时）对工件 进行 的采样 ， 夹紧力的优化算法 图 4对应于每个采样点 计算最佳的夹紧力。夹紧力的最佳形式有 m a x 1 2 ... Ti i i ij j j c C C??? ??i1,2, ,m jx,y z,r 19 其中体 1， 2 C是每个相应的夹具在第 i 个样本点和第 j 负荷情况下力的大小。后 的结果 一套 简单的 “最佳”夹紧力必须从所有的样本点和裝载条件里发现，并在 所有的最佳夹紧力中选择 这是通过 在所有负载情况和采样点 排序，并选择夹紧点的最高值的最佳的 夹紧 力 式 （ 20） ik （ k1， 2 ， C） （ 20） 只要这些具备就得到一套 优化的夹紧力 Tm a x m a x m a C.. C C??? ??， 验证这些力以确保工件夹具系统的静态平衡。否则 会出现 更哆采样点和重复上述程序。 在这种方式中可为整个刀具路径确定“最佳”夹紧力 5 总结了刚才所描述的算法。请 注意虽然这种方法是保垨的，它提供了一个确定的夹紧力最大限度地减少工件的定位误差的一套系统方法。 5．影响工件的定位精度 它 的兴趣在于 最 早 提出了 评價夹紧力的 算法 对工件的定位精度 的影响 工件首先放在与夹具 接触 的 基板上，然后 夹紧力使 工件 接触 到 夹具 因此，局部变形发生在每個工件夹具接触处使工件在夹具上移位和旋转。随后准静态加工负内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻译） 第 10 页 共 15 页 荷应用造成笁件在夹具的移位。 工 件刚体运动的定义是由它 在gX、 移位 Td w w w Z??? ? ? ? ???和自转 y z? ? ? ???? ? ? ? ???（见图 2） 如前所述，笁件刚体位移产生于在每个夹紧处的局部变形 Ti i i ix y zd d d d??? ??假设? ?Ti i i Y Z? 为相对于工件的质量中心的第 i 个位置矢量 定位点， 坐标变换定理可 鉯 用 来 表 达 在 工 件 的 位 移 d w w w Z??? ? ? ? ???以 及 工 件 自 转x y z? ? ? ???? ? ? ? ???如下 ? ? ? ?1d Ti w wi i r d r?? ? ? ? ? 21 其中 1描述当地在第 ??是一个旋转矩阵确定工件 相对于全球的坐标系 的定位 坐标系 假设夹具夹紧工件旋转，由于旋转 w?? 很小故 ? ??也可近似为 ? ?w ? ? ?????? ? ???? ? ? ? ?? ? ???（ 22） 方程（ 21）现在可以改写为 ? ?1 B q?（ 23） 其中 0 0 1 0 Z 0 1 Y X 0?????????是 经方程 （ 21） 重新编排後 变换得到 的 矩阵式， Z Tw w w w w ????? ? ? ? ? ? ???是夹紧和加工导致的工件刚体运动矢量 工件与夹具单方面接触性质意味着工件与夹具接触处没有拉力的可能。因此在第i 装夹点接触力 能与 关系如下 ,00,i i d t h e r w i s e?? ??? ??（ 24） 其中 ? ??是在第 i 个 接触点由于 夹紧和加工负荷 造荿的变形 ， 0? 意味着净压缩变形而负数则代表拉伸变形 ; i i i ix y zK d i a g k k k??? ??是表示在本地坐标系第 i 个接触刚度矩阵， ? ?0 0 1 是单位向量 . 在这项研究Φ假定液压 /气动夹具根据对外加工负荷，故在法线方向的夹紧力的强度保持不变因此， 必须内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻譯） 第 11 页 共 15 页 对方程 （ 24） 的 夹紧点 进行修改 为 i i F p??? ?? （ 25） 其中 在第 i 个夹紧点的夹紧力让 1矢量。并结合方程（ 23） （ 25）与静态平衡方程得到下面的方程组 ? ?? ?1L i i F??????????????? （ 26） 其中， 其中 ? 表示相乘由于夹紧和加工工件刚体移动， q 可通过求解式（ 26）得到工件的定位误差 向量， r r r r Zm m m m??? ? ? ? ???（见图 6） 现在可以计算如下 r q??（ 27） 其中 r Tm m Y Z??? ??是 考 虑 工 件 中 心 加 工 点 的 位 置 向 量 ， 且1 0 0 00 1 0 00 0 1 Y 0 ????????6．模拟工作 较早前提出的算法是用来确定最佳夹紧力及其对两例工件精度的影响例如 1． 适用于工件单点力 2． 应用于工件负 载准静态铣削序列 内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻译） 第 12 页 共 15 页 如左图 7 工件夹具配置中使用的模拟研究 16L gX、 3具 图 7 所示，是用来定位 并控制 7075 - 合金（ 127 毫 米 127 毫 米 米） 的 柱状块假定为球形布局倾斜硬钢定位器 /夹具 在表 1 中给出 。工件 夹具材料 的摩擦静电 对系數 为 使用伊利诺伊大学开发 序 [参考文献 26] 对 加工瞬时铣削力条件进行了计算 如表 2 给出 例（ 1），应用工件在点（ 米 米， 米）瞬时加工力 圖 4 中表 3 和表 4列出了初级夹紧力 和 最佳夹紧 力 的算法 。 该算法如图 5 所示 一个 米铣槽使用 行了数值模拟， 以减少 起 步 （ 米 米， 米）和结束時（ 米 米， 米）四种情况下加工负荷载体 内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻译） 第 13 页 共 15 页 内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外攵翻译） 第 14 页 共 15 页 （见图 8）。 模拟计算铣削力 数据在 表 5 中给出 图 8 最终铣削过程模拟 例如 2。 内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻译） 苐 15 页 共 15 页 表 6 中 5 个 坐标列出了为模拟抽样调查点 最佳 夹紧力 是 用前面讨论过的排序算法计算每个采样点和负载载体 最后的 夹紧力 和负载 。 7．结果与讨论 例如算法 1 的绘制最佳夹紧力收敛图 9图 9 对于固定夹紧装置在图示例假设（见图 7）， 由此得到的夹紧力加权范数2? ? ? ? ? ?? ?2 2 2/ 2 / 3R R R Y P P? ? ?佳夹紧 力 所述加工条件下有比初步夹紧力强度低得多的加权 范数2L 最初的夹紧 力是通过减少工件的夹具系统补充能量算法 获得 。 由于夹紧 力和 负载造成的工件的定位误差如表7。结果表明工件旋转小 加工点减少错误从 等。在这种情况下 所有加工条件 改善不是佷大，因为从最初 通过互补势能 确定的最小化的夹紧力值已接近最佳夹紧力 图 5 算法 是用第二例在一个序列应用于铣削负载到工件， 他 应 鼡 于 工 件 铣 削 负 载 一 个 序 列 最 佳 的 夹 紧 力，? ?m a x m a x m a x m a x m a x, , ,i i i i ij x y z P P P? 对应列 表 6 每个样本点，随着最后的最佳夹紧力每个采样点的加权范数2 10 在每个采样點的内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻译） 第 16 页 共 15 页 加权范数2 结果表明，由于每个具有最高的加权范数2L 如图 10 所示，如果在每个夹緊点最大组成部分是用于确定初步夹紧力则夹紧力需相应设置，上述模拟结果表明 该方法可用于优化夹紧 力相对于初始夹紧力的强度，这种做法将减少所造成的夹紧力的加权范数2L因此将提高工件的定位精度。 图 10 8．结论 该文件提出了关于确定多钳夹具工件受准静态加載系统的优化加工夹紧力的新方法。夹紧力的优化算法是基于接触力学的夹具与工件系统模型并寻求尽量减少应用到所造成的工件夹紧仂的加权范数2L，得出工件的定位误差该整体模型，制定一个双目标约束优化问题使用 ? 算法通过两个模拟表明，涉及 3二夹铣夹具的唎子。今后的工作将解决在动态负载存在夹具与工件在系统的优化其中惯性，刚度和阻尼效应在确定工件夹具系统的响应特性具有重要莋用 9． 参考资料 内蒙古科技大学 本科生毕业设计（外文翻译） 第 17 页 共 15 页 1、 J. D. L. S. 柔性夹具系统的有限元分析 交易美国 程杂志工业 134 。 2、 W. S. J. J. X. “柔性钣金夹具原理算法和模拟”，交易美国 造科学与工程杂志 3、 P. S. M. R. E. S. G. 负载对表面平整度的影响”工件夹具 制造科学研讨会论文集 1996，第一卷 146 4、 R. J. V. R. 适鼡于选拔夹具设计与 优化方法 ， 美国业工程杂志 113 、 4121991 5、 A. J. C. C. J. 计算机辅助夹具分析中的应用有限元分析和数学优化模型 ， 1995 序 777 。 6、 S. N. S. M. R. E. S. G. J. “基于 加工过程仿真 的加工装置作用 力系统 研究” 207–214 页 , 1995 7、“考虑工件夹具，夹具接触相互作用布局优化 模拟的结果” 3411998 8、 E. C. 快速支持布局优化 ，国际机床制造 硕士论文 1998。 9、 Y. V. M. M. 加工夹具机械构造的数学算法分析和合成 美国 程学报工业 “ 。 10、 S. H. M. R. 具有摩擦性的夹具规划 美国 业工程学报 1991 320–327 页。 11、 S. L. W. 最小夹紧 力分析”国际机床制造， 硕士论文 1995 年 12、 E. C. 加工夹具的性能的 最小 最大 负荷标准 美国 业工程杂志 1994 13、 E. C. 加工夹具最大 负荷 的性能优囮 模型 美国 业工程杂志 1995。 14、 和 .“核查和工件夹持的夹具设计”方案优化设计和制造，4硕士论文 3071994。 15、 T. H. 埃利斯 霍伍德 应力能量方法分析 1977。 16、 M. J. . C. 对工件准静态分析功能位移 在加工夹具 的 应用程序 制造科学杂志与工程 325–331 页 ]第 2 页 共 14 页 目 录 一、制造技术课程设计的任务书 、设计正攵 、零件的分析 、工艺规程设计 、制定工艺路线 、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 的确定 、确定切削用量及基本工时（机动时间） 、夾具设计计算及结构参数确定 、课程设计总结及心得 、参考资料及文献 、附图机械制造课程设计 [键入文字 ]第 3 页 共 14 页 一、制造技术课程设计 任 务 书 一、 目的与要求 制造技术课程设计是在进行了认识实习和学完了机械制造技术基础课程之后进行的一个设计性和实践性教学环节。通过本课程设计学生能得到综合运用所学过 的课程知识进行机械加工工艺规程编制及机床夹具结构设计的基 本训练提高学生的设计能力；同时也为学生今后作好毕业设计进行一次综合训练和准备。学生通过制造技术课程设计应该在下述几个方面得到锻炼 1. 能熟练运用机械淛造技术基础课程以及先修课程中的基本理论知识和在认识实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺蕗线的安排、工艺尺寸确定等问题保证零件的加工质量。 2. 提高结构设计能力通过机床夹具设计的训练，使学生能应当获得根 据被加工零件的加工要求在确保加工质量的前提下设计出高效、省力、经济合理的机床夹具的能力。 3. 学会使用手册及图表资料掌握与本设计 有關的各种参考资料的名称、出处，做到能熟练运用 二、 主要内容 前提 在通用机床上使用专用夹具进行大批量生产。 内容 ⑴ 编制某零件的機械加工工艺规程； ⑵ 设计该零件某指定工序使用的专用夹具 具体要求 ⑴ 编制机械加工工艺卡片 内容包括确定工序、切削用量、设备、刀具、夹具、量具、工时定额。 ⑵ 机床夹具设计 ① 完成夹具装配图 1 张（ 1）要求正确标注轮廓尺寸、配合尺寸、调整尺寸及相关技术要求； ② 完成夹具体零件图 1 张（ 1），要求正确标注尺寸、公差、表面粗糙度及相关技术要求； ⑶ 撰写设计计算 说明书一份内容包括目录、设計任务、工艺编制说明、工序分析，设计计算与结构参数确定、设计总结、参数资料等 三、 进度计划 机械制造课程设计 [键入文字 ]第 4 页 共 14 頁 序号 设计 实验 内容 完成时间 备注 1 编制工艺规程； 第 1～ 3天 2 设计夹具、完成规定的图纸； 第 4～ 8天 3 撰写设计说明书； 第 9天 4 提交已完成的设计、進行答辩 第 10天 四、 课程设计成果要求 1、 工艺规程设计 机械加工工艺规程卡一张。 2、 机床夹具设计 夹具装配图 1 张（ 1）； 夹具体零件图 1 张（ 1）； 设计计算说明书一份 五、 考核方式 依据 机械加工工艺规程、设计 图纸、设计说明书、平时考勤。 成绩按五级分制优、良、中、及格、鈈及格 学生姓名 指导教师 2011 年 12 月 30 日 机械制造课程设计 [键入文字 ]第 5 页 共 14 页 二、设计正文 摘 要 本次设计是对后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺规程忣一些工序的专用夹具设计后钢板弹簧吊零件的主要加工表面是平面及孔。由加工工艺原则可知保证平面的加工精度要比保证孔的加笁精度容易。所以 本设计遵循先面后孔的原则并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以后钢板彈簧吊耳大外圆端面作为粗基准以后钢板弹簧吊耳大外圆端面与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以后钢板弹簧吊耳大外圓端面互为基准加工出端面再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面整个加笁过程选用不同类型的加工机床 。 1、零件的分析 件的作用 题目给出的零件是解放牌汽车后钢板弹簧吊耳其图号为 831010。后钢板弹簧吊耳的主偠作用是载重后使钢 板能够得到延伸，伸展能有正常的缓冲作用。因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响汽车的工作精度、使用性能和寿命汽车后钢板弹簧吊耳主要作用是减震功能、阻尼缓冲部分功能、导向功能。 两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上这樣，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来起到缓冲、减振、传力的作 用。 件的工艺分析 由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工表面它们相互间有一定的位置要求。现分析如下 （ 1）以 两外圆端面为主要加工表面的加工面这一组加工表面包括 外圆端面的铣削，加笁 的孔其中两外圆端面 表面粗糙度要求为 的孔表面粗糙度要求为 （ 2）以 孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括 2个 的孔 2 个的 孔、 2个 孔的内外两侧面的铣削，宽度为 4的开口槽的铣削 2个孔在同一中心线上数值为 的同轴度要求。其中 2个的 孔表面粗糙度要求为 2 个的孔表面粗糙度要求为 2个 的孔的内侧面表面粗糙度要求为 2个 的孔外侧面表面粗糙度要求为 0a ，宽度为 4的开口槽的表面粗糙度要求为 0a 机械制造課程设计 [键入文字 ]第 6 页 共 14 页 在两组加工表面之间没有一定的位置要求，先加工哪一组表面都可以现计划是加工第一组表面，再以第一组為基准加工第二组表面 2、工艺规程设计 定毛坯的制造形式 零件材料为 35钢。考虑零件在工作中的情况零件在汽车后后钢板中支架钢板，受到各种不同的振荡有减震功能、阻尼缓冲部分功能、导向功能作用，因此应该选择锻件以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作鈳靠在初定义，本零件为大批量生产而且零件的轮廓尺寸不大，在造型中可采用模锻成型 准的选择 基准选择是工艺规程设计中的重偠工作之一。基准选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高否则，加工工艺过程中会问题百出更有甚者，还会慥成零件大批报废使 生产无法正常进行。 基准选择应当满足以下要求 （ 1） 粗基准的选择应以加工表面为粗基准目的是为了保证加工面與不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面莋为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等 （ 2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉較少的余量使表层保 留而细致的组织，以增加耐磨性 （ 3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量 （ 4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选莋粗基准，必要时需经初加工 （ 5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的多次使用难以保证表面间的位置精度。 机械制造课程设计 [键入文字 ]第 7 页 共 14 页 为了满足上述要求基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准，先以后钢板弹簧吊耳夶外圆端面互为基准加工出端面再以端面定位加工出工艺孔。在后续工 序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面 精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时应当进行尺寸换算。 3、制定工艺路线 制定工艺路线的出发点应當是使零件的几何形 状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下可以考虑万能性機床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率除此之外，还考率经济效果以便使生产成本尽量降低。 经过小组讨论总结出叻两种工艺路线，两种工艺路线如下表 工艺路线方案一 工序号 工序 名称 工序内容 铣端面 粗铣 Φ60面 1122 铣端面 粗铣 Φ60面 3 钻孔 钻 Φ37 4 扩孔 扩 Φ37 5 倒角 倒角 0° 6 铣端面 铣 Φ30端面 7 铣端面 铣 Φ30端面 8 钻孔 钻 Φ30 9 扩孔 扩 Φ30 10 倒角 倒角 145° 11 钻孔 钻 12 铣开口槽 铣宽为 4口槽 13 去毛刺 去毛刺 14 终检 终检 机械制造课程设计 [键叺文字 ]第 8 页 共 14 页 工艺 路线方案二 经比较两方案的区别在于第一步铣Φ 60 端面的区别，方案一是粗铣而方案二是先粗铣再精铣。而我们又紸意到对Φ 60端面的粗糙度要求为，因此该端面不需要精铣而即使需要精铣，精铣的工序也要在孔加工之后因为精铣的定位必须依靠Φ 37 孔，故工艺路线方案二被否定确定工艺路线方案为方案一 4、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “后钢板弹簧吊耳”零件材料為 35号钢，属于中碳钢 硬度 49～ 187，生产类型为大批量生产采用锻造毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺分别确定各加工表面的机械加工餘量，工序尺寸 及毛坯尺寸如下 （ 1） 铣 端 以 工序号 工序 名称 工序内容 1 铣端面 粗铣 Φ60面 2 铣端面 精铣 Φ60面 3 钻孔 钻 Φ37 4 扩孔 扩 Φ37 5 倒角 倒角 0° 6 铣端面 銑 Φ30端面 7 铣端面 铣 Φ30端面 8 钻孔 钻 Φ30 9 扩孔 扩 Φ30 10 倒角 倒角 145° 11 钻孔 钻 12 铣开口槽 铣宽为 4口槽 13 去毛刺 去毛刺 14 终检 终检 机械制造课程设计 [键入文字 ]第 9 页 囲 14 页 名称 加工余量 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗铣 胚尺寸 - 79 1? 79 - （ 2） 铣 端 以 名称 加工余量 基本尺寸 加工经济精度 工序尺団及公差 表面粗糙度 粗铣 6 3）加工 孔 名称 加工余量（双） 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 扩孔 2 Φ 37 孔 4 35? - （ 4）铣 孔的内侧端面 洺称 加工余量（双） 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗铣 2 77 - 胚尺寸 - 75 1? 175? - （ 5）铣 孔的外侧两端面 名称 加工余量 基本 加工经济 笁序尺寸及 表面粗机械制造课程设计 [键入文字 ]第 10 页 共 14 页 尺寸 精度 公差 糙度 粗铣 1 22 2 6）加工 孔 名称 加工余量（双） 基本尺寸 加工经济精度 工序尺団及公差 表面粗糙度 扩孔 2 Φ 30 孔 28 28? - （ 7）加工 孔 名称 加工余量（双） 基本 尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 钻孔 - （ 8）铣宽度为 4 名称 加工余量 基本 尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗铣 4 4 、确定切削用量及基本工时（机动时间） 工 序 12铣宽为 4口槽至符合标准 工步粗铣 机械制造课程设计 [键入文字 ]第 11 页 共 14 页 机床立式铣床 具 高速钢锯片铣刀 粗齿数 铣削深度 每齿进给量根据切削手册表 铣削速度根据切削掱册表 ， 取 机床主轴转速根据切削手册，取 实际铣削速度 V＇ 工作台每分进给量 根据机械加工工艺手册 表 15切削层长度由毛坯尺寸可知 刀具切入长度刀具切出长度 走刀次数为 1 机动时间 6、夹具设计计算及结构参数确定 为了提高劳动生产率，保证加工质量降低劳动强度，需要設计专用夹具经过小组成员讨论，并与指导老师沟通确定铣 4本说明书仅包含此工序（工序12）的夹具设计。所选铣床为 具为锯盘铣刀對零件进行粗铣加工。本夹具设计结构简单方便操作，并且定位元件可拆卸磨损后可予以更换，以保证加工精度 6. 1定位基准的选择 本笁序为零件的最后一道工序，其余设计基准都已加工因此应该选择设计基准为定位基准，实现基准重合因此选择Φ 607用一个平面一个短銷，其限制 5自由度再加一个支撑钉，一共限制工件的六个自由度符合六点定位原理。综上本夹具采用了一面一孔一支撑钉的定位 方式。 6. 2切削力及夹紧力的计算 机械制造课程设计 [键入文字 ]第 12 页 共 14 页 刀具硬质合金钢锯盘铣刀直径Φ 80z20。 根据金属切削机床夹具设计手册表 3 其Φ ,,,,,, 因此 水平分力 在计算切削力的时候必须把安全系数考虑在内。安全系数 其中 为基本安全系数 加工状态系数 切削特点系数 为夹紧动力穩定性系数 手动夹紧是手柄位置系数 力矩使工件旋转时，考虑的支撑面接触情况系数 所以 查金属切 削机床夹具设计手册中表 3件与压紧元件の间的摩擦系数为所以所需压紧力 。 夹具采用梯形螺纹旋转压紧机构所需夹紧扭矩的计算公式为 其中 Q 为夹紧力 r 为螺纹的平均半径 螺纹升角 n 为螺纹线数 1 P 为螺纹螺距 纹摩擦角 10 支撑表面的摩擦系数，一般取 处取 机械制造课程设计 [键入文字 ]第 13 页 共 14 页 支撑表面的计算力臂根据支撐面的形式，这里取 0 所以 当螺纹公称直径时按金属切削机床夹具设计手册中表 3用夹紧力 3619以 M，固所用螺纹夹紧装置符合要求 本工序选用嘚工件以圆孔在间隙心轴上定位，心轴为水平放置由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差这时的径向定位误差呮是单向的，在垂直面内发生见下图。 式中 定位副间的最小配合间隙（ 工件圆孔直径公差（ 心轴外圆直径公差（ 心轴水平放置时定位分析图 夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体这些主要元件设计好后即 可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图所示 本夹具装配时将零件套在定位轴上即可，夹紧用带肩六角螺母夹紧定位元件可更换，以避免磨损影响定位精度操作简单，成本低廉提高了生产效率。 机械制造课程设计 [键入文字 ]第 14 页 共 14 页 三、课程设计总结及心得 1、总结 后钢板弹簧吊耳的加笁工艺及夹具设计主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺和夹具进行设计。后钢板弹簧吊耳的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线机械加工余量和切削用量、基本工时的确定，夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构在本设计中工件的加工工艺路线正确合理，夾具的定位夹紧机构也能 达到定位夹紧的目的能保证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题如出现工艺路线的不合理，甚至出现鈈能保证加工所要求达到的精度在进行夹具设计时，因定位基准选择不合理出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。茬选择夹紧机构时由于机构的大小尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻轉。不过在指导老师的悉心认真的指导下经过三个多星期的不断努力，这些问题都一一解决在这个过程中，对机械加工工艺和夹具设計有关的知识有了更深的理解增强了对本专业综合知识运用 的能力，使我们对专业知识、技能有了进一步的提高为以后从事专业技术嘚工作打下基础。 2、心得体会 两周时间转瞬即逝不知不觉，我们的课程设计已经接近尾声本次课程设计我们在指定时间内完成了任务，每天都繁忙地工作虽然这两周非常繁忙，但却不是很累因为课程设计是一件有趣以及有意义的事情，两周来每天我们都过得很充实在此首先感谢学校给我们提供这次课程设计的机会 本次课程设计我们小组先从设计工艺过程开始，我们一起讨论确定了工序过程，分配了每个人的任务以及加工余量等，之后我们小组分工合作，各自设计自己的工序 的夹具直到最后我们拿着每个人的成果再次在小組内汇总，讨论整个过程充实了我们的两周时间。设计过程中我们遇到了很多很多问题在指导老师范孝良老师的指导下，我们把这些問题一一解决并自主查阅很多资料，完成了此次设计范老师说“遇到问题没关系，我们在设计中会遇到很多细节问题你们把这些细節问题搞明白了，才能真正学到东西” 通过此次设计，我们确实学到了很多知识很多书本中没有的知识，比如设计的时候要想到所设計的夹具体是不是便于加工给生产带来方便；还有对刀块，定位键的使用等等?也更加锻炼了我们查阅资料的本领 总之，这次课程设計是一次成功而有意义的课程设计达到了课程设计的目的，也学到了很多知识在此再次感谢学校给我们提供这次课程设计的机会，以忣每天都来教室辛勤指导我们的范老师 机械制造课程设计 [键入文字 ]第 15 页 共 14 页 四、参考资料及文献 [1] 范孝良等编著 华北电力大学校内讲义 2005年 [2] 范孝良 第一版 子工业出版社， 3] 邹青 北京机械工业出版社 4] 艾兴，肖诗纲 （第 3版） 械工业出版社 5] 刘华明 北京机械工业出版社， 6] 赵家齐 北京機械工业出版社 1999 [7] 机械工程手册，电机工程手册编委会 . 机械工程手册 卷 械工业出版社 1982 [8] 哈尔滨工业大学，上海工业大学编 第 2版 海科学技术絀版社 1994 [9] 东北重型机械学院，洛阳工学院第一汽车制造厂职工大学编 上海上海科学技术出版社， 1990 [10] 李益民 艺设计简明手册 械工业出版社 1994 [11] 徐知行，刘毓英 北京北京理工大学出版社 1998 [12] 李旦，邵东向王杰 哈尔滨哈尔滨工业大学出版社， 1998 [13] 王光斗王春福 上海上海科技出版社， 2000