1緒論隨著我國機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，對(duì)金屬制造業(yè)的產(chǎn)能要求逐步提高，為了滿足行業(yè)所需，金屬制造業(yè)加工效率急需提高，用于支撐軸類零件和齒輪零件的金屬零件也需要進(jìn)一步提高加工質(zhì)量以提高效率。金屬件的生產(chǎn)想要提高效率的的根本就是要擺脫純?nèi)斯谧?，而改用機(jī)械化、智能化與少量人工相結(jié)合的方式。通過機(jī)械化可以提高產(chǎn)能，從而產(chǎn)生更大的效益，提高我國經(jīng)濟(jì)水平。與此同時(shí)機(jī)械配合人工的辦法促使大批工人勞動(dòng)力投入到產(chǎn)業(yè)，使工人在增收的同時(shí)，又增加了額外的收入，提高生活水準(zhǔn)。因此本次操縱桿支架加工工藝設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)出一種：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于操作、方便維護(hù)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的操縱桿支架加工及夾具設(shè)計(jì)。1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在十九世紀(jì)七十年代，美國發(fā)明家迪得里(DederiC)就成功研制了世界上第一臺(tái)機(jī)械加工機(jī)器[1]。當(dāng)時(shí)的美國十分重視這種機(jī)械加工機(jī)器，在二十世紀(jì)三十年代初經(jīng)過完善后開始大批量推廣，以至于整個(gè)美國自身就擁有這種金屬零件制造加工器械高于七十萬臺(tái)。在這種機(jī)器出現(xiàn)后，該機(jī)器的投入使用量占據(jù)了該行業(yè)制造的90%以上，立即解決了美國的加工制造問題。金屬零件制造加工的出現(xiàn)象征著金屬零件制造加工機(jī)械的又一次進(jìn)步，于二十世紀(jì)六十年代初歐洲就進(jìn)行了大力度的投入與研究，并且大批的人才開始投入到機(jī)械加工行業(yè)，推動(dòng)機(jī)械行業(yè)不斷發(fā)展壯大，最終取得了優(yōu)異的成果，并于1963年成功的研制了金屬零件制造加工機(jī)器，該機(jī)器相較于傳統(tǒng)加工明顯工作效率更高。在面對(duì)歐美等發(fā)達(dá)國家的機(jī)械制造行業(yè)時(shí)，我們的起步不可謂不晚。但是，歐美在研發(fā)新型機(jī)器時(shí)一定不是一帆風(fēng)順的，在研發(fā)過程中也會(huì)出現(xiàn)很多失敗，我們需要做的就是吸取他們失敗的的經(jīng)驗(yàn)，盡量避免產(chǎn)生不必要的錯(cuò)誤。站在巨人肩膀上的我們肯定可以飛速進(jìn)步并總結(jié)出自己的經(jīng)驗(yàn)，最終走出一條屬于我們的機(jī)械發(fā)展道路。1.2研究目的透過操縱桿支架加工工藝設(shè)計(jì)，解決操縱桿支架零件在加工中的定位問題、夾緊問題，通過合理制訂工藝規(guī)程，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。同時(shí)操縱桿支架加工工藝設(shè)計(jì)過程也是理論聯(lián)系實(shí)際的過程，可以增強(qiáng)我們解決實(shí)際工程問題的獨(dú)立工作能力[2]。根據(jù)加工要求，分析零件特性，了解工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝，以本次操縱桿支架研究為跳板理解一般機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工方法和步驟。通過對(duì)機(jī)床操縱桿支架零件加工工藝的分析，在提高零件的加工效率的同時(shí)，還能有效的降低加工成本和時(shí)間，對(duì)于大規(guī)模加工機(jī)床操縱桿支架工件來說具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2操縱桿支架加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)2.1選擇毛坯毛坯是零部件工業(yè)生產(chǎn)的重要部分。根據(jù)各個(gè)零件的加工技術(shù)應(yīng)用需要、結(jié)構(gòu)特征、材質(zhì)品種及其加工生產(chǎn)效率等多個(gè)技術(shù)方面的實(shí)際應(yīng)用情況[3]。合理選擇毛坯的材質(zhì)品種，確定毛坯材料制造制作工藝及其操作方法，知曉毛坯的變形大小尺寸及其使用尺寸。操縱桿支架加工往往是批量加工，因此在外形尺寸不大的情況下選擇鑄造毛坯，材料為表面電鍍處理后的法蘭克材料HT200（GB/T9439-2010），如下圖2-1。圖2-1HT200毛坯圖2.2毛坯加工要求主要有孔系和底面兩組加工表面，有一定的技術(shù)要求。如表1-1：表2—2操縱桿支架技術(shù)要求表加工表面尺寸偏差（mm）精度等級(jí)粗糙度（Ra）Φ20mm的孔+0.21-0.02IT96.336+0.250IT912.5底面IT10253-Φ11mm的孔+0.430IT96.32.3確定毛坯尺寸公差和機(jī)械加工余量（1）公差等級(jí)：根據(jù)操縱桿支架的作用和技術(shù)要求，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)確定操縱桿支架零件的公差等級(jí)為七級(jí)公差。（2）毛坯質(zhì)量：鑄造毛坯質(zhì)量選用2.5kg的毛坯。（3）毛坯加工要求系數(shù)：操縱桿支架采用45鋼,含碳量小于0.65%，因此操縱桿支架鑄件材質(zhì)系數(shù)為M1級(jí)。（4）毛坯的分模線形狀：選用平直分模線。（5）零件的表面粗糙度：由零件圖可知，該件的表面粗糙度為25和12.5.于是我們根據(jù)需求得到毛坯尺寸和機(jī)械加工總余量，如下表2-2所示：表2-3毛坯尺寸和機(jī)械加工總余量毛坯尺寸（mm）機(jī)械加工總余量尺寸公差Φ20mm的孔不鑄造出+0.21-0.02363.0單邊+0.250底面3.0單邊+1.2-0.63-Φ11mm的孔不鑄造出+1.3-0.72.4分析零件圖操縱桿支架零件的主要有平面加工和孔加工。在孔加工和平面加工之間，我們優(yōu)先加工相對(duì)簡單的平面進(jìn)行零件圖繪制，再加工精度要求更高的孔系零件圖繪制。2.4.1分析底座由于底座相對(duì)簡單，在繪制零件圖時(shí)優(yōu)先繪制底座零件圖2-4作為基礎(chǔ)。圖2-4操縱桿支架底面零件圖2.4.2分析孔系主要孔系是Ф20內(nèi)孔和底座上的三個(gè)Ф11孔，以此為基礎(chǔ)繪制精度要求更高的孔系零件圖2-5。圖2-5操縱桿支架孔系零件圖2.4.3三視圖完成平面及孔系后，即可繪制復(fù)雜加工曲面。以主視圖為基礎(chǔ)完成操縱桿支架零件圖繪制。如圖2-6：圖2-6操縱桿支架零件圖3制定工藝路線3.1選擇定位基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)包括粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)，在本次操縱桿支架設(shè)計(jì)中，我們優(yōu)先確定精基準(zhǔn)，其次確定粗基準(zhǔn)[4]。3.1.1精基準(zhǔn)的選擇分析操縱桿支架毛坯圖2-1，選擇Φ11孔和毛坯加工端面作為精基準(zhǔn)。在選擇精基準(zhǔn)時(shí)優(yōu)先考慮加工表面，位置精度和尺寸精度也能得到保證，同時(shí)選擇Φ11孔和加工端面作為精基準(zhǔn)可以解決定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)之間的差異，進(jìn)而避免基準(zhǔn)不重合的問題。因此，優(yōu)先選擇端面和Φ11孔作為精基準(zhǔn)。3.1.2粗基準(zhǔn)的選擇選擇R20外圓作為粗基準(zhǔn)。在本次操縱桿支架加工過程中，R20外圓面與Φ11孔內(nèi)圓面精度要求相差最大，以R20外圓面作為粗基準(zhǔn)可以避免基準(zhǔn)不重合問題，同時(shí)選取為R20外圓面作為粗基準(zhǔn)可以確保尺寸足夠精確、位置精度足夠準(zhǔn)確。因此優(yōu)先選取R20外圓作為粗基準(zhǔn)。3.2工藝裝備及機(jī)床的選擇操縱桿支架屬于大批量生產(chǎn)類型，在加工時(shí)主要通過通用機(jī)床加工，再使用少量專用機(jī)床進(jìn)行加工。1.選擇加工設(shè)備與工藝設(shè)備本次操縱桿支架加工過程中需要進(jìn)行：銑削，選X52K機(jī)床；鏜刀，選T616機(jī)床；鉆孔，選Z535機(jī)床。夾具使用通用夾具和部分專用夾具。2.選擇量具操縱桿支架零件屬于大批量生產(chǎn)，在絕大多情況下盡量使用通用量具。對(duì)于有精度要求的的加工部分，需要使用專用量具：（1）選擇加工面的量具測量加工表面的量具選用游標(biāo)卡尺和測量范圍100毫米～125毫米的外徑千分尺。（2）選擇加工孔量具測量加工孔的量具選用測量范圍50毫米～125毫米的內(nèi)徑千分尺。3.3制定加工工藝路線根據(jù)上面選擇的操縱桿支架零件加工時(shí)使用的工藝設(shè)備和機(jī)床，再結(jié)合選取的量具和夾具。接下來按照機(jī)械設(shè)計(jì)的思路：首先對(duì)操縱桿支架零件進(jìn)行粗加工然后再進(jìn)行精加工，先加工零件的主要的表面再加工零件的次要的表面，先加工平面再加工孔，先加工基準(zhǔn)面再加工其他表面[5]。根據(jù)這些需求，我們最后得到了下面工藝路線表2-3:表2-3操縱桿支架加工工藝路線工序號(hào)工序名稱機(jī)床設(shè)備選用刀具選用量具1粗銑操縱桿支架底面，留1mm加工余量X52K銑刀游標(biāo)卡尺2半精銑操縱桿支架底面，滿足尺寸公差要求X52K銑刀游標(biāo)卡尺3鉆3-Ф11孔的底孔Ф10Z535麻花鉆游標(biāo)卡尺，千分尺4鉸3-Ф11孔Z535鉸刀千分尺5粗銑操縱桿支架36槽，留1mmX52K銑刀游標(biāo)卡尺6半精銑操縱桿支架36槽，滿足尺寸公差要求X52K銑刀游標(biāo)卡尺7鏜兩耳中心孔Ф20孔的底孔Ф15T616鏜刀/8鏜兩耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19T616鏜刀/9鏜兩耳中心孔Ф20孔，滿足尺寸公差要求T616鏜刀/10檢查///3.4確定加工余量和工序尺寸1）粗銑操縱桿支架底面，留1mm加工余量。加工余量為3mm，由參考文獻(xiàn)[6]表4.3-38得出：毛坯尺寸：57粗銑：55Z（單邊余量）=2mm2）半精銑操縱桿支架底面，滿足尺寸公差要求。加工余量為1mm，由參考文獻(xiàn)[6]表4.3-38得出：粗尺寸：55半精銑：54Z=1mm3）鉆3-Ф11孔的底孔Ф10?？拙纫笫瞧呒?jí)到九級(jí)之間，由參考文獻(xiàn)[6]表4.3-24、4.3-36得出：加工余量為2mm鉆孔：Ф10.8mm2Z（雙邊余量）=5.4mm4）鉸3-Ф11孔。鉸刀：Ф11mm2Z=0.2mm5）粗銑操縱桿支架36槽，留1mm。毛坯尺寸：28粗銑：352Z=3.5mm6）半精銑操縱桿支架36槽，滿足尺寸公差要求。端面的加工余量為1mm，由參考文獻(xiàn)[6]表4.3-38得出：粗尺寸：35半精銑：36Z=1mm7）鏜兩耳中心孔Ф20孔的底孔Ф15。鏜Ф158）鏜兩耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19。鏜Ф192Z=2mm9）鏜兩耳中心孔Ф20孔，滿足尺寸公差要求。鏜Ф202Z=1mm4夾具設(shè)計(jì)4.1定位基準(zhǔn)的選擇選擇定位基準(zhǔn)是我們擬定加工路線的第一步，基準(zhǔn)選擇不正確時(shí)會(huì)影響工藝路線，有時(shí)還會(huì)增加不必要的工序。這些情況導(dǎo)致在設(shè)計(jì)操縱桿支架夾具時(shí)變得更加困難，甚至還會(huì)影響零件加工時(shí)的精度要求。為了解決這些麻煩，在對(duì)零件圖進(jìn)行分析的時(shí)候從技術(shù)要求下手，選擇合適的定位基準(zhǔn)，滿足我們加工過程中所需的精度要求[7]。至此，一件合格夾具的輪廓已經(jīng)顯現(xiàn)，在滿足上述條件的情況下，為了滿足中小企業(yè)的需求，夾具設(shè)計(jì)時(shí)從綜合性方向考慮，以犧牲少量加工效率為代價(jià)，選擇更經(jīng)濟(jì)的機(jī)器配合人工的組裝方式。雖然犧牲了效率產(chǎn)量，但是綜合收益卻更高。在進(jìn)行人工安裝時(shí)，合適的定位基準(zhǔn)可以使安裝更加便捷，于是本次操縱桿支架夾具設(shè)計(jì)選用已加工好的φ11孔作為定位精基準(zhǔn)。4.2夾具體設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)夾具時(shí)需要優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)夾具體，因?yàn)樗械膴A具配件都需要安裝在夾具體上，最終通過夾具體的鏈接使整個(gè)夾具成為一個(gè)整體[8]。夾具體在夾具設(shè)計(jì)中占有非常重要的地位，為了使整個(gè)夾具能夠完成加工要求，選取的材料需要?jiǎng)偠扰c強(qiáng)度并存，同時(shí)所選材料的結(jié)構(gòu)工藝性也要滿足加工要求。結(jié)合以上需要，優(yōu)先選取法蘭克材料HT200（GB/T9439-2010），HT200材料的鑄造性能和減震性能優(yōu)越，加工后再經(jīng)過時(shí)效處理消除內(nèi)應(yīng)力后滿足加工要求。圖4-1夾具體設(shè)計(jì)圖4.3計(jì)算切削力和夾緊力刀具：錯(cuò)齒三面刃銑刀刀具有關(guān)幾何參數(shù)：計(jì)算切削力：由參考文獻(xiàn)[9]表2～1～5可得切削力的計(jì)算公式為：(4-1)有：。實(shí)際所需的夾緊力，等于加工過程中零件受到的切削力與安全系數(shù)的乘積，即：(4-2)；。安全系數(shù)可按如下公式計(jì)算：(4-3)；；；；。查參考文獻(xiàn)[9]2～1～1可知其公式參數(shù)：于是：。結(jié)合式(4-3)、(4-2)、(4-1)可得：.由于實(shí)際夾緊力只有約1341N,可以考慮使用更加簡單便捷的手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。查參考文獻(xiàn)[9]2～1～19可知螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有：(4-4)；；；；；。式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[9]2～1～19可查得：代入式(4-7)得：螺旋夾緊力：。操縱桿支架夾具在使用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)的受力情況如下圖4-1。圖4-2受力簡圖原動(dòng)力計(jì)算公式：(4-5)。其中。代入螺旋夾緊力得：即手動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)所需夾緊力：(4-6)由(4-6)、(4-2)可得：因此選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。4.4定位誤差分析操縱桿支架夾具的主要定位元件為φ11孔加工平面和兩個(gè)定位銷。φ11孔的中心點(diǎn)是操縱桿支架設(shè)計(jì)工序中的基準(zhǔn)，設(shè)工件的孔徑為D1，且D1取最大值D1max，設(shè)定位銷的孔徑為D2，且D2取最小值D2min時(shí)：φ11孔的中心點(diǎn)與定位銷的隙量達(dá)到最大。這個(gè)最大距離就是φ11孔在任意方向上的最大變動(dòng)量[10]。由于φ11孔與定位銷在加工過程中時(shí)刻保持固定接觸，所以工序尺寸方向與φ11孔和定位銷的固定相交點(diǎn)的連線方向相同，則其定位誤差為：(4-7)。操縱桿支架夾具以一面兩銷定位。工序過程中需要滿足誤差總和小于等于尺寸公差得：(4-8)；；。與機(jī)床夾具的加工誤差：(4-9)；；；。由參考文獻(xiàn)[10]1～2～15可得：(1)刀具位置誤差：(2)兩定位銷的定位誤差：(4-10)(4-11)其中：；；；；；。且：L=96mm，得:(4-12)(3)夾緊誤差為：(4-13)其中接觸變形位移值為：(4-14)查[10]表1～2～15有:；；。將式(4-14)帶入式(4-13)得：(4)磨損造成的加工誤差：誤差總和：故：夾具可以滿足零件的加工精度要求。4.5夾具說明如前所述，在經(jīng)過夾緊力和切削力的計(jì)算后，優(yōu)先使用手動(dòng)螺旋夾緊方式。雖然手動(dòng)螺旋夾緊方式在加工時(shí)夾緊動(dòng)作比較慢，但是可以通過快速夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行彌補(bǔ)[11]。此外，操縱桿支架加工工件體積小，采用手動(dòng)螺旋夾緊方式可以更加可靠的夾緊工件。在加工過程中如果發(fā)現(xiàn)加工零件尺寸誤差過大，很有可能是夾具出現(xiàn)磨損情況，此時(shí)更換全新的定位銷就能有效解決[12]。完成夾具設(shè)計(jì)后，根據(jù)零件圖2-6和夾具體設(shè)計(jì)圖4-1可以得到夾具與操縱桿支架的總裝配圖，如下圖4-3所示：圖4-3操縱桿支架及夾具裝配圖4.6三維模型完成總裝配圖后，使用SLDWORK軟件完成三維建模。如下圖4-4：圖4-3三維建模圖形結(jié)論在設(shè)計(jì)操縱桿支架及夾具的過程中，牽扯到機(jī)械專業(yè)的每一項(xiàng)專業(yè)課程，這次設(shè)計(jì)是對(duì)機(jī)械學(xué)子所學(xué)專業(yè)知識(shí)的檢驗(yàn)。在設(shè)計(jì)初期，通過國內(nèi)外機(jī)械行業(yè)的對(duì)比，讓我清楚地認(rèn)識(shí)到機(jī)械行業(yè)的發(fā)展是多么艱辛，也更加確定了自己未來的努力方向。隨著時(shí)間的推移，正式開始操縱桿支架及夾具設(shè)計(jì)：從選擇毛坯到選擇定位基準(zhǔn)；從輕松確定精基準(zhǔn)到艱難選擇粗基準(zhǔn)；從選擇機(jī)床刀具到制定最后的工藝路線。在這些過程中通過解決一個(gè)個(gè)難題，穩(wěn)步提升自己的能力。同時(shí)操縱桿支架加工工藝設(shè)計(jì)過程也是理論聯(lián)系實(shí)際的過程，可以增強(qiáng)我們解決實(shí)際工程問題的工作能力。在設(shè)計(jì)后期，通過計(jì)算加工余量、切削力、夾緊力以及定位誤差等，了解一個(gè)合格的操縱桿支架在設(shè)計(jì)時(shí)需要面對(duì)的諸多問題，再進(jìn)一步以操縱桿支架加工工藝及夾具設(shè)計(jì)為跳板，發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的共同點(diǎn)，從而提升多方面的工作能力，使自己更具競爭力。本次操縱桿支架及夾具設(shè)計(jì)，不同于以往重視效率的設(shè)計(jì)方式，而是以中小型批量加工為切入點(diǎn)，通過機(jī)床與人工配合在小批量生產(chǎn)制作時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)效益最大化。參考文獻(xiàn)[1]胡全.現(xiàn)代機(jī)械的先進(jìn)加工工藝與制造技術(shù)的應(yīng)用[J].河北：中小企業(yè)管理與科技,2016，02：32-47.[2]陳動(dòng)杰.機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差及改善對(duì)策[J].北京:科技風(fēng),2019,04:41-65.[3]左巍.