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夾具定位規(guī)劃中完整性評(píng)估和修訂
CAM實(shí)驗(yàn)室,機(jī)械工程學(xué)系,伍斯特理工學(xué)院研究院,100路,伍斯特,碩士01609,美國(guó)
2004年9月14日收稿;2004年11月9日修訂;2004年11月10日發(fā)表
摘 要
幾何約束是夾具設(shè)計(jì)中最重要的考慮因素之一。確定位置的解析擬訂已發(fā)達(dá)。然而,如何分析和修改在實(shí)際夾具設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中的一個(gè)非確定性的定位計(jì)劃尚未深入研究。在本文中,提出了一種方法來(lái)描述在限制約束下的重點(diǎn)夾具系統(tǒng)的幾何約束狀態(tài)。一種限制約束下狀態(tài),如果它存在,可以識(shí)別給定定位計(jì)劃??梢宰詣?dòng)識(shí)別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案。這有助于改善逆差定位計(jì)劃,并為修訂提供指引,以最終實(shí)現(xiàn)確定性的定位。
關(guān)鍵詞:夾具設(shè)計(jì);幾何約束;確定性定位;限制約束;過約束
1.介紹
夾具是用于制造工業(yè)進(jìn)行工件牢固定位的一種機(jī)制。在零件加工過程中規(guī)劃一個(gè)關(guān)鍵的第一步,夾具設(shè)計(jì)需要,以確保定位精度和三維工件的精度。 3-2-1原則,在一般情況下,是最廣泛使用的指導(dǎo)原則發(fā)展的位置計(jì)劃。 V型塊和銷孔定位原則也常用。
一個(gè)加工夾具定位方案必須滿足一些要求。最基本的要求是,必須提供工件確定的位置。這種觀點(diǎn)指出,定位計(jì)劃生產(chǎn)的確定位置,工件不能移動(dòng),而至少有一個(gè)定位不會(huì)失去聯(lián)系。這一直是夾具設(shè)計(jì)的最根本的準(zhǔn)則之一,許多研究人員關(guān)于幾何約束狀態(tài)的研究表明,工件在任何定位計(jì)劃分為以下三個(gè)類別:
1、良好的約束(確定性):工件在一個(gè)獨(dú)特的位置進(jìn)行配合,工件表面與6個(gè)定位器取得聯(lián)系。
2、限制約束:不完全約束工件的自由度。
3、過約束:工件自由度超過6定位的制約。
在1985年,淺田[1]提出了滿秩為準(zhǔn)則雅可比矩陣的約束方程,基于分析形成了調(diào)研后,確定定位。周等[2]在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理論。結(jié)果表明,定位矩陣的定位需要壓力滿秩達(dá)到確定的位置。該方法的確定通過無(wú)數(shù)的研究。王等[3]考慮定位工件的接觸的影響,而采用點(diǎn)接觸面積。他們介紹了接觸矩陣,并指出,兩個(gè)接觸的機(jī)構(gòu)不應(yīng)該有平等的,但在接觸點(diǎn)曲率相反??柹璠4]認(rèn)為,可能沒有足夠的應(yīng)用,如一些不是非棱柱的表面或相對(duì)誤差近似的非小線性。他提出一個(gè)二階泰勒展開,其中也考慮到定位誤差相互作用。馬林和費(fèi)雷拉[5]應(yīng)用周對(duì)3-2-1的位置擬訂,制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃。盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置。
在淺田的擬定方案中,他們假設(shè)工件夾具元件和點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)無(wú)阻力。理想的位置q*,而應(yīng)放置工件表面和分片,可微函數(shù)是gi(見圖1)。
表面函數(shù)定義為:gi(q*)=0是確定的,應(yīng)該有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的解決方案為下列所有定位方程組。
gi(q)=0,i=1,2,...,n (1)
其中n是定位器的位置與方向,代表了工件的定位和方向。
只有考慮到目標(biāo)位置q*附近在處:
淺田表明
(2)
hi是幾何函數(shù)的雅可比矩陣,矩陣式所示(3)。確定定位
如果雅可比矩陣滿秩,可滿足要求。 (2)只有q=q*一個(gè)解決辦法
(3)
在1個(gè)3-2-1定位計(jì)劃中,一個(gè)約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如表1所示。如果定位是小于6,工件是限制約束的,即存在至少有一個(gè)工件自由定位議案不受限制的。如果矩陣滿秩,但定位大于6定位,工件是過約束,這表明存在至少一個(gè)定位等;而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài)。找出一個(gè)模型除了3-2-1,可以建立基準(zhǔn)框架提取等效的定位點(diǎn)。胡等[6]已經(jīng)發(fā)展出一種系統(tǒng)的方法,對(duì)這個(gè)用途。因此,這則能適用于所有的定位方案。
圖1 .夾具系統(tǒng)模型。
表1
等級(jí) 數(shù)量的定位 地位
<6 - Under-constrained
=6 =6 Well-constrained
=6 >6 Over-constrained
康等[7]遵循這些方法和他們實(shí)施制定的幾何約束分析模塊其自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)的核查制度。他們的CAFDV系統(tǒng)可以計(jì)算出雅可比矩陣和它的排名來(lái)確定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯(cuò)誤。熊等人[8]提出的等級(jí)檢查方法的定位矩陣WL(見附件)。他們還介紹了左/右邊的定位矩陣廣義逆理論,分析了工件的幾何誤差。結(jié)果表明,定位及發(fā)展方向誤差ΔX和位置誤差Δr的工件定位相關(guān)如下:
Under-constrained:ΔX=WLΔr, (4)
Well-constrained :ΔX=(WTLWL)-1WLTΔr, (5)
Over-constrained:ΔX=WLT(WTLWL)-1Δr+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL)λ, (6)
λ是任意一個(gè)向量。
他們還介紹了從這些矩陣的幾個(gè)指標(biāo),評(píng)價(jià)定位配置,其次是通過約束非線性規(guī)劃的優(yōu)化。然而,他們的研究分析,不涉及非確定性定位的修訂。目前,還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究。
2.定位完整性評(píng)價(jià)
如果不確定性的位置達(dá)到夾具系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求,設(shè)計(jì)師知道約束狀態(tài)是什么,以如何改善設(shè)計(jì)是非常重要的條件。如果夾具系統(tǒng)是過度約束,是理想定位需要的不必要的信息。而下約束時(shí),所有有關(guān)知識(shí)約束工件的議案,可以引導(dǎo)設(shè)計(jì)師選擇額外的定位或使得修改定位計(jì)劃更有效。的總體戰(zhàn)略定位計(jì)劃表征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2。
在本文中,定位矩陣秩的幾何約束的施加評(píng)價(jià)狀態(tài)(見附件為獲得的定位矩陣)。確定需要六個(gè)定位器定位提供矩陣的滿秩定位WL:
如圖3所示,在給定的定位器數(shù)量n,定位法向量[ai,bi,ci]和定位的位置[xi,yi,zi]
每一個(gè)定位器,i=1,2,.....,n,n*6定位矩陣可以確定如下:
(7)
當(dāng)?shù)燃?jí)(WL)=6,n=6時(shí),是工件良好約束。
當(dāng)?shù)燃?jí)(WL)=6,n>6時(shí);是工件過約束。
這意味著(n-6)有不必要的定位在定位方案上。工件將不存在限制(n-6)定位器。這種狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示方法,那就是(n-6)在定位向量矩陣,可表示為線性組合的其他六行向量。
圖2 幾何約束狀態(tài)描述
圖3一個(gè)簡(jiǎn)化的定位方案。
定位方案,提供了確定性的位置。發(fā)達(dá)國(guó)家的算法使用下列方法確定不必要的定位:
1、找到所有的(n-6)組合定位的。
2、為每個(gè)組合,從(n-6)定位器確定定位方案。
3、重新計(jì)算矩陣秩的定位為左六個(gè)定位器。
4、如果等級(jí)不變,被刪除的(n-6)定位器是負(fù)責(zé)過約束狀態(tài)。
這種方法可能會(huì)產(chǎn)生多種解決方案,并要求設(shè)計(jì)師來(lái)決定哪一套不必要的定位應(yīng)該被刪除以最佳定位性能。
當(dāng)?shù)燃?jí)(WL)<6,工件的限制約束。
參考文獻(xiàn)
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學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
內(nèi)齒圈
零件名稱
內(nèi)齒圈
共
1
頁(yè)
第
1
頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
80、90
鉆孔攻絲
45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
型材
45×Φ185
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
鉆床
Z525
Z525
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
JIAJU001
專用夾具
乳化液
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
QIJU001
專用器具
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
80
鉆6-M10螺紋孔底孔Ф8.5
鉆床
800
500
2
200
16
0.5
12
1
90
攻絲6-M10螺紋孔
鉆床
200
100
0.5
200
16
0.5
12
1
1
17.7
1
17.7
機(jī)械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
內(nèi)齒圈
零件名稱
內(nèi)齒圈
共
1
頁(yè)
第
1
頁(yè)
材 料 牌 號(hào)
45
毛 坯 種 類
型材
毛坯外形尺寸
45×Φ185
每毛坯件數(shù)
1
每 臺(tái) 件 數(shù)
1
備 注
工
序
號(hào)
工序
名稱
工 序 內(nèi) 容
車間
工段
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工時(shí)/min
準(zhǔn)終
單件
10
開料
型材開料
物料倉(cāng)
一
20
車端面
夾毛坯外圓,車Ф180端面
金工
二
臥式車床CA6140
硬質(zhì)合金車刀,游標(biāo)卡尺
30
粗車
夾毛坯外圓,粗車Ф180外圓,留1mm加工余量
金工
二
臥式車床CA6140
硬質(zhì)合金車刀,游標(biāo)卡尺
40
精車
精車Ф180外圓及倒角,達(dá)到圖紙尺寸公差要求
金工
二
臥式車床CA6140
硬質(zhì)合金車刀,外徑千分尺
50
車端面
掉頭,夾Ф180外圓,車另一端面及倒角
金工
二
臥式車床CA6140
車刀,外徑千分尺
60
鉆孔
鉆中心孔
金工
二
臥式車床CA6140
硬質(zhì)合金內(nèi)孔車刀,內(nèi)徑千分尺
70
車內(nèi)孔
車內(nèi)孔Ф129
金工
二
臥式車床CA6140
麻花鉆,游標(biāo)卡尺
80
鉆底孔
鉆6-M10螺紋孔底孔Ф8.5
金工
二
立式鉆床Z525
麻花鉆,擴(kuò)孔刀,游標(biāo)卡尺
90
攻絲
攻絲6-M10螺紋孔
金工
二
立式鉆床Z525
擴(kuò)絲錐,游標(biāo)卡尺
100
插內(nèi)齒輪
插內(nèi)齒輪
金工
二
插床
游標(biāo)卡尺
110
熱處理
熱處理RCRC
金工
二
淬火爐
12
鉗
去毛刺,清洗
金工
鉗工臺(tái)
絲錐,銼刀,游標(biāo)卡尺
13
終檢
入庫(kù)
設(shè) 計(jì)(日 期)
校 對(duì)(日期)
審 核(日期)
標(biāo)準(zhǔn)化(日期)
會(huì) 簽(日期)
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽 字
日 期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽 字
日 期
XX大學(xué)
課程設(shè)計(jì)論文
內(nèi)齒圈工藝加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
內(nèi)齒圈零件加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是包括零件加工的工藝設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)以及專用夾具的設(shè)計(jì)三部分。在工藝設(shè)計(jì)中要首先對(duì)零件進(jìn)行分析,了解零件的工藝再設(shè)計(jì)出毛坯的結(jié)構(gòu),并選擇好零件的加工基準(zhǔn),設(shè)計(jì)出零件的工藝路線;接著對(duì)零件各個(gè)工步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算,關(guān)鍵是決定出各個(gè)工序的工藝裝備及切削用量;然后進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì),選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個(gè)組成部件,如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件;計(jì)算出夾具定位時(shí)產(chǎn)生的定位誤差,分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處,并在以后設(shè)計(jì)中注意改進(jìn)。
關(guān)鍵詞:工藝,工序,切削用量,夾緊,定位,誤差
目 錄
摘 要 II
目 錄 III
第1章 序 言 1
第2章 零件的分析 2
2.1零件的形狀 2
2.2零件的工藝分析 2
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3
3.1 確定毛坯的制造形式 3
3.2 基面的選擇 3
3.3 制定工藝路線 3
3.3.1 工藝路線方案一 4
3.3.2 工藝路線方案二 4
3.3.3 工藝方案的比較與分析 5
3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 5
3.4.1 機(jī)床選用 5
3.4.2 選擇刀具 6
3.4.3 選擇量具 6
3.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6
3.6確定切削用量及基本工時(shí) 7
第4章 夾具設(shè)計(jì) 15
4.1設(shè)計(jì)要求 15
4.2夾具設(shè)計(jì) 15
4.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 15
4.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算 15
4.3 定位誤差的分析 16
4.4夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 16
設(shè)計(jì)心得體會(huì) 18
參考文獻(xiàn) 19
19
第1章 序 言
內(nèi)齒圈零件加工工藝及鉆床夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械工程材料等的基礎(chǔ)下,進(jìn)行的一個(gè)全面的考核。正確地解決一個(gè)零件在加工中的定位,夾緊以及工藝路線安排,工藝尺寸確定等問題,并設(shè)計(jì)出專用夾具,保證尺寸證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意基本概念、基本理論,又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要,只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合,才能很好的完成本次設(shè)計(jì)。
機(jī)械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品,并把它們裝備成機(jī)械裝備的行業(yè)。機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用,也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備,社會(huì)上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè),因此制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè),是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講,機(jī)械制造水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。
本次設(shè)計(jì)水平有限,其中難免有缺點(diǎn)錯(cuò)誤,敬請(qǐng)老師們批評(píng)指正。
第2章 零件的分析
2.1零件的形狀
題目給的零件是內(nèi)齒圈零件,主要作用是起連接作用。
零件的實(shí)際形狀如上圖所示,?從零件圖上看,該零件是典型的零件,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。具體尺寸,公差如下圖所示。
2.2零件的工藝分析
由零件圖可知內(nèi)齒圈零件主要加工表面為:1.車外圓及端面,表面粗糙度值為3.2。2.車外圓及端面,表面粗糙度值3.2。3.鉆中心孔,表面粗糙度值3.2。4.半精車側(cè)面,及表面粗糙度值3.2。5.兩側(cè)面粗糙度值6.3、12.5,法蘭面粗糙度值6.3。
內(nèi)齒圈共有兩組加工表面,他們之間有一定的位置要求?,F(xiàn)分述如下:
(1).左端的加工表面:
? ? 這一組加工表面包括:左端面,Φ180外圓,倒角鉆孔并攻絲。這一部份只有端面有6.3的粗糙度要求,。其要求并不高,粗車后半精車就可以達(dá)到精度要求。
(2).右端面的加工表面:
這一組加工表面包括:右端面;并帶有倒角;其要求也不高,粗車后半精車就可以達(dá)到精度要求。
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
假設(shè)年產(chǎn)量為10萬(wàn)臺(tái),每臺(tái)車床需要該零件1個(gè),備品率為19%,廢品率為0.25%,每日工作班次為2班。
該零件材料為45,考慮到零件在工作時(shí)要有高的耐磨性,所以選擇鑄鐵鑄造。依據(jù)設(shè)計(jì)要求Q=100000件/年,n=1件/臺(tái);結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,備品率α和 廢品率β分別取19%和0.25%代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)
N=2XQn(1+α)(1+β)=238595件/年
3.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為45,考慮到零件在使用過程中起連接作用,分析其在工作過程中所受載荷,最后選用45,以便使金屬纖維盡量不被切斷,保證零件工作可靠。年產(chǎn)量已達(dá)成批生產(chǎn)水平,而且零件輪廓尺寸不大,這從提高生產(chǎn)效率,保證加工精度,減少生產(chǎn)成本上考慮,也是應(yīng)該的。
3.2 基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一,基面選擇的正確與合理,可以使加工質(zhì)量得到保證,生產(chǎn)效率得以提高。否則,不但使加工工藝過程中的問題百出,更有甚者,還會(huì)造成零件大批報(bào)廢,使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。
粗基準(zhǔn)的選擇,對(duì)像內(nèi)齒圈這樣的零件來(lái)說(shuō),選好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要的。對(duì)本零件來(lái)說(shuō),如果外圓的端面做基準(zhǔn),則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對(duì)稱,按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則(即當(dāng)零件有不加工表面時(shí),應(yīng)以這些不加工表面做粗基準(zhǔn),若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí),則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)應(yīng)位置精度較高的不加工表面做為粗基準(zhǔn))。
對(duì)于精基準(zhǔn)而言,主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題,當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí),應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算,這在以后還要專門計(jì)算,此處不在重復(fù)。
3.3 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下,可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配以專用夾具,并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此以外,還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果,以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
3.3.1 工藝路線方案一
工序號(hào)
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
10
開料
型材開料
20
車端面
夾毛坯外圓,車Ф180端面
30
粗車
夾毛坯外圓,粗車Ф180外圓,留1mm加工余量
40
精車
精車Ф180外圓,達(dá)到圖紙尺寸公差要求
50
車端面
掉頭,夾Ф180外圓,車另一端面
60
鉆孔
鉆中心孔
70
車內(nèi)孔
車內(nèi)孔Ф129
80
鉆底孔
鉆6-M10螺紋孔底孔Ф8.5
90
攻絲
攻絲6-M10螺紋孔
100
插內(nèi)齒輪
插內(nèi)齒輪
110
熱處理
熱處理RCRC
120
鉗
去毛刺,清洗
130
終檢
入庫(kù)
3.3.2 工藝路線方案二
工序號(hào)
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
10
開料
型材開料
20
車端面
夾毛坯外圓,車Ф180端面
30
粗車
夾毛坯外圓,粗車Ф180外圓,留1mm加工余量
40
精車
精車Ф180外圓,達(dá)到圖紙尺寸公差要求
50
車端面
掉頭,夾Ф180外圓,車另一端面
60
鉆孔
鉆中心孔
70
車內(nèi)孔
車內(nèi)孔Ф129
80
鉆底孔
鉆6-M10螺紋孔底孔Ф8.5
90
攻絲
攻絲6-M10螺紋孔
100
插內(nèi)齒輪
插內(nèi)齒輪
110
熱處理
熱處理RCRC
120
鉗
去毛刺,清洗
130
終檢
入庫(kù)
3.3.3 工藝方案的比較與分析
上述兩個(gè)方案的特點(diǎn)在于:方案一的定位和裝夾等都比較方便,但是要更換多臺(tái)設(shè)備,加工過程比較繁瑣,而且在加工過程中位置精度不易保證。方案二減少了裝夾次數(shù),但是要及時(shí)更換刀具,因?yàn)橛行┕ば蛟谲嚧采弦部梢约庸ぃM、鉆孔等等,需要換上相應(yīng)的刀具。而且在過程有一定難度,要設(shè)計(jì)專用夾具。因此綜合兩個(gè)工藝方案,取優(yōu)棄劣,具體工藝過程如下:
工序號(hào)
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
10
開料
型材開料
20
車端面
夾毛坯外圓,車Ф180端面
30
粗車
夾毛坯外圓,粗車Ф180外圓,留1mm加工余量
40
精車
精車Ф180外圓,達(dá)到圖紙尺寸公差要求
50
車端面
掉頭,夾Ф180外圓,車另一端面
60
鉆孔
鉆中心孔
70
車內(nèi)孔
車內(nèi)孔Ф129
80
鉆底孔
鉆6-M10螺紋孔底孔Ф8.5
90
攻絲
攻絲6-M10螺紋孔
100
插內(nèi)齒輪
插內(nèi)齒輪
110
熱處理
熱處理RCRC
120
鉗
去毛刺,清洗
130
終檢
入庫(kù)
3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備
3.4.1 機(jī)床選用
①.工序Ⅳ和工序Ⅵ是粗車、粗鏜和半精車、半精鏜。各工序的工步數(shù)不多,成批量生產(chǎn),故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大,精度要求屬于中等要求,選用最常用的CA6140臥式車床。參考根據(jù)《機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-7。
②.工序Ⅸ是鉆孔,選用Z525搖臂鉆床。
3.4.2 選擇刀具
①.在車床上加工的工序,一般選用硬質(zhì)合金車刀和鏜刀。加工刀具選用YG6類硬質(zhì)合金車刀,它的主要應(yīng)用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)性,可選用可轉(zhuǎn)位車刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。
②.鉆孔時(shí)選用高速鋼麻花鉆,參考《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》(主編 孟少農(nóng)),第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數(shù)。
③.磨具的選用:磨具通常又稱為砂輪。是磨削加工所使用的“刀具”。磨具的性能主要取決于磨具的磨料、結(jié)合劑、粒度、硬度、組織以及砂輪的形狀和尺寸。參考《簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)》(主編 徐圣群) 表12-47,選擇雙斜邊二號(hào)砂輪。
3.4.3 選擇量具
本零件屬于成批量生產(chǎn),一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種:一是按計(jì)量器具的不確定度選擇;二是按計(jì)量器的測(cè)量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。
3.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“內(nèi)齒圈” 零件材料為45,查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》(以后簡(jiǎn)稱《工藝手冊(cè)》),表2.2-17 各種45的性能比較,45的硬度HB為143~269,表2.2-2345的物理性能,45密度ρ=7.2~7.3(),計(jì)算零件毛坯的重量約為2。
表3-1 機(jī)械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì)
生產(chǎn)類別
同類零件的年產(chǎn)量[件]
重型
(零件重>2000kg)
中型
(零件重100~2000kg)
輕型
(零件重<100kg)
單件生產(chǎn)
5以下
10以下
100以下
小批生產(chǎn)
5~100
10~200
100~500
中批生產(chǎn)
100~300
200~500
500~5000
大批生產(chǎn)
300~1000
500~5000
5000~50000
大量生產(chǎn)
1000以上
5000以上
50000以上
根據(jù)所發(fā)的任務(wù)書上的數(shù)據(jù),該零件的月工序數(shù)不低于30~50,毛坯重量2<100為輕型,確定為大批生產(chǎn)。
3.6確定切削用量及基本工時(shí)
切削用量一般包括切削深度、進(jìn)給量及切削速度三項(xiàng)。確定方法是先是確定切削深度、進(jìn)給量,再確定切削速度?,F(xiàn)根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》(第三版,艾興、肖詩(shī)綱編,1993年機(jī)械工業(yè)出版社出版)確定本零件各工序的切削用量所選用的表格均加以*號(hào),與《機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)》的表區(qū)別。
3.6.1 工序Ⅳ
夾毛坯外圓,車Ф180端面及端面
3.6.1.1確定粗車右端面的切削用量
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.1,由于CA6140機(jī)床的中心高為200(表1.30),故選刀桿尺寸=,刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃傾角=,刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為,可在一次走刀內(nèi)完成,故
== (3-1)
②.確定進(jìn)給量
根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》可知:表1.4
刀桿尺寸為,,工件直徑~400之間時(shí),
進(jìn)給量=0.5~1.0
按CA6140機(jī)床進(jìn)給量(表4.2—9)在《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知:
=0.7
確定的進(jìn)給量尚需滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求,故需進(jìn)行校驗(yàn)根據(jù)表1—30,CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。
根據(jù)表1.21,當(dāng)強(qiáng)度在174~207時(shí),,,=時(shí),徑向進(jìn)給力:=950。
切削時(shí)的修正系數(shù)為=1.0,=1.0,=1.17(表1.29—2),故實(shí)際進(jìn)給力為:
=950=1111.5 (3-2)
由于切削時(shí)進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力,故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.9,車刀后刀面最大磨損量取為,車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計(jì)算,也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.11,當(dāng)硬質(zhì)合金刀加工硬度200~219的鑄件,,,切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(見表1.28),故:
==63 (3-3)
===120 (3-4)
根據(jù)CA6140車床說(shuō)明書選擇
=180
這時(shí)實(shí)際切削速度為:
== (3-5)
⑤.校驗(yàn)機(jī)床功率
切削時(shí)的功率可由表查出,也可按公式進(jìn)行計(jì)算。
由《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.25,=~,,,切削速度時(shí),
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73,=0.9,故實(shí)際切削時(shí)間的功率為:
=1.7=1.2 (3-6)
根據(jù)表1.30,當(dāng)=時(shí),機(jī)床主軸允許功率為=,,故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行,最后決定的切削用量為:
=3.75,=,==,=
⑥.倒角
為了縮短輔助時(shí)間,取倒角時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速與鉆孔相同
換車刀手動(dòng)進(jìn)給。
⑦. 計(jì)算基本工時(shí)
(3-7)
式中=++,=
由《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.26,車削時(shí)的入切量及超切量+=,則=+=
== (3-8)
3.6.1.3 確定粗鏜的切削用量及基本工時(shí)
①.確定切削深度
==
②.確定進(jìn)給量
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.5可知,當(dāng)粗鏜鑄件時(shí),鏜刀直徑,,鏜刀伸出長(zhǎng)度為時(shí):
=0.15~0.40
按CA6140機(jī)床的進(jìn)給量(表4.2—9),選擇,
=0.25
③.確定切削速度
= (3-9)
式中=,=0.2,=0.20,=,=0.15
(3-10)
=37
== (3-11)
按CA6140機(jī)床的轉(zhuǎn)速,選擇
=160=2.6
④.計(jì)算基本工時(shí)
選鏜刀的主偏角=,則=,,,,,,,則:
==117
3.6.2 工序Ⅴ
夾毛坯外圓,粗車Ф180外圓,留1mm加工余量車端面及倒角,可采用工序Ⅳ相同的可轉(zhuǎn)位車刀。
采用工序Ⅰ確定切削用量的方法,得本工序的切削用量及基本時(shí)間如下:
a=2.5 f=0.65 n=3.8 v=50.4 T=56
3.6.3 工序Ⅵ
半精車右端面,半精車外圓Φ100,半精車外圓Φ85,半精車外圓Φ58,半精車各外圓臺(tái)階及圓弧圓角
3.6.3.1確定半精車左端面的切削用量
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.1,由于C602—1機(jī)床的中心高為200(表1.30),故選刀桿尺寸=,刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃傾角=,刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為,可在一次走刀內(nèi)完成,故
==
②.確定進(jìn)給量
根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》可知:表1.4
刀桿尺寸為,,工件直徑~400之間時(shí),
進(jìn)給量=0.5~1.0
按CA6140機(jī)床進(jìn)給量(表4.2—9)在《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知:
=0.7
確定的進(jìn)給量尚需滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求,故需進(jìn)行校驗(yàn)根據(jù)表1—30,CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。
根據(jù)表1.21,當(dāng)強(qiáng)度在174~207時(shí),,,=時(shí),徑向進(jìn)給力:=950。
切削時(shí)的修正系數(shù)為=1.0,=1.0,=1.17(表1.29—2),故實(shí)際進(jìn)給力為:
=950=1111.5 由于切削時(shí)進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力,故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.9,車刀后刀面最大磨損量取為,車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計(jì)算,也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.11,當(dāng)硬質(zhì)合金刀加工硬度200~219的鑄件,,,切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(見表1.28),故:
==63 (3-12)
===120 (3-13)
根據(jù)CA6140車床說(shuō)明書選擇
=180
這時(shí)實(shí)際切削速度為:
== (3-14)
⑤.校驗(yàn)機(jī)床功率
切削時(shí)的功率可由表查出,也可按公式進(jìn)行計(jì)算。
由《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.25,=~,,,切削速度時(shí),
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73,=0.9,故實(shí)際切削時(shí)間的功率為:
=1.7=1.2
根據(jù)表1.30,當(dāng)=時(shí),機(jī)床主軸允許功率為=,,故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行,最后決定的切削用量為:
=1.25,=,==,=
⑥.計(jì)算基本工時(shí)
(3-15)
式中=++,=
由《切削用量簡(jiǎn)明使用手冊(cè)》表1.26,車削時(shí)的入切量及超切量+=,則=126+=
==
3.6.5 工序Ⅸ
鉆中心孔通孔
3.6.5.1 確定鉆孔切削用量
鉆孔,本工序采用計(jì)算法。
表3-5高速鋼麻花鉆的類型和用途
標(biāo)準(zhǔn)號(hào)
類型
直徑范圍(mm)
用途
GB1436-85
直柄麻花鉆
2.0~20.0
在各種機(jī)床上,用鉆?;虿挥勉@模鉆孔
GB1437-85
直柄長(zhǎng)麻花鉆
1.0~31.5
在各種機(jī)床上,用鉆?;虿挥勉@模鉆孔
GB1438-85
錐柄麻花鉆
3.0~100.0
在各種機(jī)床上,用鉆模或不用鉆模鉆孔
GB1439-85
錐柄長(zhǎng)麻花鉆
5.0~50.0
在各種機(jī)床上,用鉆模或不用鉆模鉆孔
選用Z525搖臂鉆床,查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 孟少農(nóng) 主編,查《機(jī)》表2.4-37鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度可得,耐用度為15000,表10.2-5標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆的直徑系列選擇錐柄長(zhǎng),麻花鉆,則螺旋角=30,鋒交2=118,后角a=10,橫刃斜角=50,L=197mm,l=116mm。
表3-6 標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆的全長(zhǎng)和溝槽長(zhǎng)度(摘自GB6137-85) mm
直徑范圍
直柄麻花鉆
l
l1
>11.180~13.20
151
101
表3-7 通用型麻花鉆的主要幾何參數(shù)的推存值(根據(jù)GB6137-85) (o)
d (mm)
β
2ф
αf
ψ
8.6~18.00
30
118
12
40~60
表3-8 鉆頭、擴(kuò)孔鉆和鉸刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
(1)后刀面最大磨損限度mm
刀具材料
加工材料
鉆頭
直徑d0(mm)
≤20
高速鋼
鑄鐵
0.5~0.8
(2)單刃加工刀具耐用度T min
刀具類型
加工材料
刀具材料
刀具直徑d0(mm)
11~20
鉆頭(鉆孔及擴(kuò)孔)
鑄鐵、銅合金及合金
高速鋼
60
鉆頭后刀面最大磨損限度為0.5~0.8mm刀具耐用度T = 60 min
①.確定進(jìn)給量
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 孟少農(nóng) 主編,第二卷表10.4高速鋼鉆頭鉆孔的進(jìn)給量為f=0.25~0.65,根據(jù)表4.13中可知,進(jìn)給量取f=0.60。
②.確定切削速度
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 孟少農(nóng) 主編,表10.4-17高速鋼鉆頭在球墨鑄鐵(190HBS)上鉆孔的切削速度軸向力,扭矩及功率得,V=12,參考《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 孟少農(nóng) 主編,表10.4-10鉆擴(kuò)鉸孔條件改變時(shí)切削速度修正系數(shù)K=1.0,R=0.85。
V=12=10.32 (3-17)
則 = =131 (3-18)
查表4.2-12可知, 取 n = 150
則實(shí)際切削速度 = = =11.8
③.確定切削時(shí)間
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 孟少農(nóng) 主編,表10.4-43,鉆孔時(shí)加工機(jī)動(dòng)時(shí)間計(jì)算公式: T= (3-19)
其中 l= l=5 l=2~3
則: t= =9.13
3.6.5.2 確定鉆孔的切削用量
鉆孔選用機(jī)床為Z525搖臂機(jī)床,刀具選用GB1436-85直柄短麻花鉆,《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》第2卷。
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》第2卷表10.4-2查得鉆頭直徑小于10的鉆孔進(jìn)給量為0.20~0.35。
則取
確定切削速度,根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》第2卷表10.4-9
切削速度計(jì)算公式為 (3-20)
查得參數(shù)為,刀具耐用度T=35
則 ==1.6
所以 ==72
選取
所以實(shí)際切削速度為=2.64
確定切削時(shí)間(一個(gè)孔) =
6)滾齒
由艾興,肖詩(shī)綱主編.《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》.北京.機(jī)械工業(yè)出版社表10-174
V=312/T0.33S0.5
N=0.124s0.9m1.7/D
又由文獻(xiàn)2表10-175,10-177
S=2.5,T=240min,m=4
代入上式得
V=32.4m/min,N=0.27kw
第4章 夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn),保證加工質(zhì)量,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,需要設(shè)計(jì)專用夾具。下面即為鉆6-M10孔的專用夾具,本夾具將用于Z525搖臂鉆床。
4.1設(shè)計(jì)要求
本夾具無(wú)嚴(yán)格的技術(shù)要求,因此,應(yīng)主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,面精度不是主要考慮的問題。
4.2夾具設(shè)計(jì)
4.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知,6孔中,6—M10在圓周上均勻分布尺寸精度為自由尺寸精度要求。其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為兩對(duì)稱孔中心距,由于難以使工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)統(tǒng)一,只能以129內(nèi)孔面作為定位基準(zhǔn)。
為了提高加工效率及方便加工,決定鉆頭材料使用高速鋼,用于對(duì)6孔進(jìn)行加工,準(zhǔn)備采用手動(dòng)夾緊。
4.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具:高速鋼麻花鉆頭,尺寸為8.5。
則軸向力:見《工藝師手冊(cè)》表28.4
F=Cdfk……………………………………1
式中: C=420, Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù),1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù),1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時(shí) T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,鉆削時(shí)工件不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故本夾具可安全工作。
4.3 定位誤差的分析
定位元件尺寸及公差的確定。本夾具的主要定位元件為孔銷配合,而該定位元件的尺寸公差為,而孔徑尺寸為自由尺寸精度要求,可滿足加工要求。
定位誤差分析129H7/f8:
根據(jù)配合公差129H7 /f8
由以上可知 △1max=0.074,△2max=0.071
分析定位誤差:
基準(zhǔn)不重合誤差: 因鉆孔時(shí),定位基準(zhǔn)為心軸的中心線,工序基準(zhǔn)也為心軸的中心線。
故:△jb=0
4.4夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
由于是大批大量生產(chǎn),主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此設(shè)計(jì)時(shí),需要更換零件加工時(shí)速度要求快。本夾具設(shè)計(jì),用平面定位三個(gè)自由度,短心軸定位兩個(gè)自由度,用鍵槽定位最后一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。手動(dòng)螺旋夾緊
設(shè)計(jì)心得體會(huì)
緊張而辛苦的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。當(dāng)我快要完成老師下給我的任務(wù)的時(shí)候,我仿佛經(jīng)過一次翻山越嶺,登上了高山之巔,頓感心曠神怡,眼前豁然開朗。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練,這是我們邁向社會(huì)、從事職業(yè)工作前一個(gè)必不可少的過程?!扒Ю镏惺加谧阆隆保ㄟ^這次課程設(shè)計(jì),我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真地進(jìn)行課程設(shè)計(jì),學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地地邁開這一步,就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
說(shuō)實(shí)話,畢業(yè)設(shè)計(jì)真是很累人。然而,當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)成果,仔細(xì)回味這一周的心路歷程,一種少有的成功喜悅即刻使我倦意頓消。雖然這是我剛學(xué)會(huì)走完的第一步,是我人生中的一點(diǎn)小小的勝利,然而它令我感到自己成熟了許多,令我有了一種“春眠方覺曉”的感悟。
通過課程設(shè)計(jì),使我深深體會(huì)到,干任何事都必須有耐心、細(xì)致。課程設(shè)計(jì)過程中,許多計(jì)算優(yōu)勢(shì)不免令我感到心煩意亂;有兩次因?yàn)椴恍⌒奈矣?jì)算出錯(cuò),只能毫不情愿地重來(lái)。但一想起老師平時(shí)對(duì)我們耐心教導(dǎo),想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任,想到世界上應(yīng)為某些細(xì)小失誤而出現(xiàn)的令人無(wú)比震驚的事故,我不禁時(shí)刻提醒自己,一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)、一絲不茍的良好習(xí)慣。這次課程設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練。
做完畢業(yè)設(shè)計(jì),使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正如此的貧乏,自己綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的能力是如此不足,幾年來(lái)學(xué)習(xí)了這么多的課程,今天才知道自己并不會(huì)用。想到這里,我真的有點(diǎn)心急了。老師卻對(duì)我說(shuō),這說(shuō)明課程設(shè)計(jì)確實(shí)使你有收獲了。老師的親切勉勵(lì)像春雨注入我的心田,使我更加自信了。
最后,我要衷心地感謝老師。是您的嚴(yán)厲批評(píng)喚醒了我,是您的敬業(yè)精神感動(dòng)了我,是您的諄諄教誨啟發(fā)了我,是您的殷切期望鼓舞了我。我感謝老師您今天又為我增添了一副堅(jiān)硬的翅膀。
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