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50 附錄二 中文翻譯 通過夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化控制變形 摘 要 工件變形必須控制在數(shù)值控制機械加工過程之中 夾具布局和夾緊力是影響加工 變形程度和分布的兩個主要方面 在本文提出了一種多目標模型的建立 以減低變形 的程度和增加均勻變形分布 有限元方法應用于分析變形 遺傳算法發(fā)展是為了解決 優(yōu)化模型 最后舉了一個例子說明 一個令人滿意的結果被求得 這是遠優(yōu)于經(jīng)驗之 一的 多目標模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況 關鍵詞 夾具布局 夾緊力 遺傳算法 有限元方法 1 引言 夾具設計在制造工程中是一項重要的程序 這對于加工精度是至關重要 一個工 件應約束在一個帶有夾具元件 如定位元件 夾緊裝置 以及支撐元件的夾具中加工 定位的位置和夾具的支力 應該從戰(zhàn)略的設計 并且適當?shù)膴A緊力應適用 該夾具元 件可以放在工件表面的任何可選位置 夾緊力必須大到足以進行工件加工 通常情況 下 它在很大程度上取決于設計師的經(jīng)驗 選擇該夾具元件的方案 并確定夾緊力 因此 不能保證由此產(chǎn)生的解決方案是某一特定的工件的最優(yōu)或接近最優(yōu)的方案 因 此 夾具布局和夾緊力優(yōu)化成為夾具設計方案的兩個主要方面 定位和夾緊裝置和夾 緊力的值都應適當?shù)倪x擇和計算 使由于夾緊力和切削力產(chǎn)生的工件變形盡量減少和 非正式化 夾具設計的目的是要找到夾具元件關于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個最優(yōu)布局或方 案 在這篇論文里 多目標優(yōu)化方法是代表了夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化的方法 這個觀點是具有兩面性的 一 是盡量減少加工表面最大的彈性變形 另一個是盡量 均勻變形 ANSYS 軟件包是用來計算工件由于夾緊力和切削力下產(chǎn)生的變形 遺傳 算法是 MATLAB 的發(fā)達且直接的搜索工具箱 并且被應用于解決優(yōu)化問題 最后還給 出了一個案例的研究 以闡述對所提算法的應用 51 2 文獻回顧 隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運用 近幾年夾具設計優(yōu)化已獲得了更多的利益 夾具設計優(yōu)化包括夾具布局優(yōu)化和夾緊力優(yōu)化 King 和 Hutter 提出了一種使用剛體 模型的夾具 工件系統(tǒng)來優(yōu)化夾具布局設計的方法 DeMeter 也用了一個剛性體模型 為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進行分析和綜合 他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序 與計算質(zhì)量的有限元計算法 李和 melkote 用了一個非線性編程方法和一個聯(lián)絡彈性模 型解決布局優(yōu)化問題 兩年后 他們提交了一份確定關于多鉗夾具受到準靜態(tài)加工力 的夾緊力優(yōu)化的方法 他們還提出了一關于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法 認 為工件在加工過程中處于動態(tài) 相結合的夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序被提出 其他研 究人員用有限元法進行夾具設計與分析 蔡等對 menassa 和 devries 包括合成的夾具布 局的金屬板材大會的理論進行了拓展 秦等人建立了一個與夾具和工件之間彈性接觸 的模型作為參考物來優(yōu)化夾緊力與 以盡量減少工件的位置誤差 Deng 和 melkote 提 交了一份基于模型的框架以確定所需的最低限度夾緊力 保證了被夾緊工件在加工的 動態(tài)穩(wěn)定 大部分的上述研究使用的是非線性規(guī)劃方法 很少有全面的或近全面的最優(yōu)解決 辦法 所有的夾具布局優(yōu)化程序必須從一個可行布局開始 此外 還得到了對這些模 型都非常敏感的初步可行夾具布局的解決方案 夾具優(yōu)化設計的問題是非線性的 因 為目標的功能和設計變量之間沒有直接分析的關系 例如加工表面誤差和夾具的參數(shù) 之間 定位 夾具和夾緊力 以前的研究表明 遺傳算法 GA 在解決這類優(yōu)化問題中是一種有用的技術 吳和陳用遺傳算法確定最穩(wěn)定的靜態(tài)夾具布局 石川和青山應用遺傳算法確定最佳夾 緊條件彈性工件 vallapuzha 在基于優(yōu)化夾具布局的遺傳算法中使用空間坐標編碼 他 們還提出了針對主要競爭夾具優(yōu)化方法相對有效性的廣泛調(diào)查的方法和結果 這表明 連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質(zhì)的解決方案 krishnakumar 和 melkote 發(fā)展了一個夾具布局優(yōu) 化技術 用遺傳算法找到夾具布局 盡量減少由于在整個刀具路徑的夾緊和切削力造 成的加工表面的變形 定位器和夾具位置被節(jié)點號碼所指定 krishnakumar 等人還提出 了一種迭代算法 盡量減少工件在整個切削過程之中由不同的夾具布局和夾緊力造成 的彈性變形 Lai 等人建成了一個分析模型 認為定位和夾緊裝置為同一夾具布局的要 素靈活的一部分 Hamedi 討論了混合學習系統(tǒng)用來非線性有限元分析與支持相結合的 52 人工神經(jīng)網(wǎng)絡 ANN 和 GA 人工神經(jīng)網(wǎng)絡被用來計算工件的最大彈性變形 遺 傳算法被用來確定最佳鎖模力 Kumar 建議將迭代算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡結合起來發(fā)展 夾具設計系統(tǒng) Kaya 用迭代算法和有限元分析 在二維工件中找到最佳定位和夾緊位 置 并且把碎片的效果考慮進去 周等人 提出了基于遺傳算法的方法 認為優(yōu)化夾 具布局和夾緊力的同時 一些研究沒有考慮為整個刀具路徑優(yōu)化布局 一些研究使用 節(jié)點數(shù)目作為設計參數(shù) 一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法 但不能兩者都同 時進行 有幾項研究摩擦和碎片考慮進去了 碎片的移動和摩擦接觸的影響對于實現(xiàn)更為現(xiàn)實和準確的工件夾具布局校核分析 來說是不可忽視的 因此將碎片的去除效果和摩擦考慮在內(nèi)以實現(xiàn)更好的加工精度是 必須的 在這篇論文中 將摩擦和碎片移除考慮在內(nèi) 以達到加工表面在夾緊和切削力下 最低程度的變形 一多目標優(yōu)化模型被建立了 一個優(yōu)化的過程中基于 GA 和有限元 法提交找到最佳的布局和夾具夾緊力 最后 結果多目標優(yōu)化模型對低剛度工件而言 是比較單一的目標優(yōu)化方法 經(jīng)驗和方法 3 多目標優(yōu)化模型夾具設計 一個可行的夾具布局必須滿足三限制 首先 定位和夾緊裝置不能將拉伸勢力應 用到工件 第二 庫侖摩擦約束必須施加在所有夾具 工件的接觸點 夾具元件 工件 接觸點的位置必須在候選位置 為一個問題涉及夾具元件 工件接觸和加工負荷步驟 優(yōu)化問題可以在數(shù)學上仿照如下 53 這里的 表示加工區(qū)域在加工當中 j 次步驟的最高彈性變形 j 其中 是 的平均值 j 是正常力在 i 次的接觸點 niF 是靜態(tài)摩擦系數(shù) fhi 是切向力在 i 次的接觸點 pos i 是 i 次的接觸點 是可選區(qū)域的 i 次接觸點 iV 整體過程如圖 1 所示 一要設計一套可行的夾具布局和優(yōu)化的夾緊力 最大切削 力在切削模型和切削力發(fā)送到有限元分析模型中被計算出來 優(yōu)化程序造成一些夾具 布局和夾緊力 同時也是被發(fā)送到有限元模型中 在有限元分析座內(nèi) 加工變形下 切削力和夾緊力的計算方法采用有限元方法 根據(jù)某夾具布局和變形 然后發(fā)送給優(yōu) 化程序 以搜索為一優(yōu)化夾具方案 圖 1 夾具布局和夾緊力優(yōu)化過程 4 夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化 4 1 遺傳算法 遺傳算法 GA 是基于生物再生產(chǎn)過程的強勁 隨機和啟發(fā)式的優(yōu)化方法 基 本思路背后的遺傳算法是模擬 生存的優(yōu)勝劣汰 的現(xiàn)象 每一個人口中的候選個體指 派一個健身的價值 通過一個功能的調(diào)整 以適應特定的問題 遺傳算法 然后進行 54 復制 交叉和變異過程消除不適宜的個人和人口的演進給下一代 人口足夠數(shù)目的演 變基于這些經(jīng)營者引起全球健身人口的增加和優(yōu)勝個體代表全最好的方法 遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設計時需夾具布局和夾緊力作為設計變量 以生成字符 串代表不同的布置 字符串相比染色體的自然演變 以及字符串 它和遺傳算法尋找 最優(yōu) 是映射到最優(yōu)的夾具設計計劃 在這項研究里 遺傳算法和 MATLAB 的直接搜 索工具箱是被運用的 收斂性遺傳算法是被人口大小 交叉的概率和概率突變所控制的 只有當在一個 人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒有變化時 nchg 達到一個預先定義的價值 ncmax 或有多少幾代氮 到達演化的指定數(shù)量上限 nmax 沒有遺傳算法停止 有五個主要 因素 遺傳算法 編碼 健身功能 遺傳算子 控制參數(shù)和制約因素 在這篇論文中 這些因素都被選出如表 1 所列 表 1 遺傳算法參數(shù)的選擇 由于遺傳算法可能產(chǎn)生夾具設計字符串 當受到加工負荷時不完全限制夾具 這 些解決方案被認為是不可行的 且被罰的方法是用來驅(qū)動遺傳算法 以實現(xiàn)一個可行 的解決辦法 1 夾具設計的計劃被認為是不可行的或無約束 如果反應在定位是否定的 在換句話說 它不符合方程 2 和 3 的限制 罰的方法基本上包含指定計劃的高 目標函數(shù)值時不可行的 因此 驅(qū)動它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域 對于約束 4 當遺傳算子產(chǎn)生新個體或此個體已經(jīng)產(chǎn)生 檢查它們是否符合條件是必要的 真正的 候選區(qū)域是那些不包括無效的區(qū)域 在為了簡化檢查 多邊形是用來代表候選區(qū)域和 無效區(qū)域的 多邊形的頂點是用于檢查 inpolygon 在 MATLAB 的功能可被用來幫助 檢查 4 2 有限元分析 ANSYS 軟件包是用于在這方面的研究有限元分析計算 有限元模型是一個考慮摩 擦效應的半彈性接觸模型 如果材料是假定線彈性 如圖 2 所示 每個位置或支持 55 是代表三個正交彈簧提供的制約 圖 2 考慮到摩擦的半彈性接觸模型 在 x y 和 z 方向和每個夾具類似 但定位夾緊力在正常的方向 彈力在自然的 方向即所謂自然彈力 其余兩個彈力即為所謂的切向彈力 接觸彈簧剛度可以根據(jù)向 赫茲接觸理論計算如下 隨著夾緊力和夾具布局的變化 接觸剛度也不同 一個合理的線性逼近的接觸剛 度可以從適合上述方程的最小二乘法得到 連續(xù)插值 這是用來申請工件的有限元分 析模型的邊界條件 在圖3中說明了夾具元件的位置 顯示為黑色界線 每個元素的位 置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點所包圍 圖 3 連續(xù)插值 這系列節(jié)點 如黑色正方形所示 是 37 38 31和30 9 10 11 18 17號和16號 和 26 27 34 41 40和33 這一系列彈簧單元 與這些 每一個節(jié)點相關聯(lián) 對任何一套節(jié)點 彈簧常數(shù)是 這里 56 kij 是彈簧剛度在的 j 次節(jié)點周圍 i 次夾具元件 Dij 是 i 次夾具元件和的 J 次節(jié)點周圍之間的距離 ki 是彈簧剛度在一次夾具元件位置 i 是周圍的 i 次夾具元素周圍的節(jié)點數(shù)量 為每個加工負荷的一步 適當?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型 在這個工 作里 正常的彈簧約束在這三個方向 X Y Z 的和在切方向切向彈簧約束 X Y 夾緊力是適用于正常方向 Z 的夾緊點 整個刀具路徑是模擬為每個 夾具設計計劃所產(chǎn)生的遺傳算法應用的高峰期的 X Y z 切削力順序到元曲面 其 中刀具通行證 在這工作中 從刀具路徑中歐盟和去除碎片已經(jīng)被考慮進去 在機床 改變幾何數(shù)值過程中 材料被去除 工件的結構剛度也改變 因此 這是需要考慮碎片移除的影響 有限元分析模型 分析與重點的工具運動 和碎片移除使用的元素死亡技術 在為了計算健身價值 對于給定夾具設計方案 位 移存儲為每個負載的一步 那么 最大位移是選定為夾具設計計劃的健身價值 遺傳算法的程序和 ANSYS 之間的互動實施如下 定位和夾具的位置以及夾緊力這 些參數(shù)寫入到一個文本文件 那個輸入批處理文件 ANSYS 軟件可以讀取這些參數(shù)和計 算加工表面的變形 因此 健身價值觀 在遺傳算法程序 也可以寫到當前夾具設 計計劃的一個文本文件 當有大量的節(jié)點在一個有限元模型時 計算健身價值是很昂貴的 因此 有必要 加快計算遺傳算法程序 作為這一代的推移 染色體在人口中取得類似情況 在這項 工作中 計算健身價值和染色體存放在一個 SQL Server 數(shù)據(jù)庫 遺傳算法的程序 如 果目前的染色體的健身價值已計算之前 先檢查 如果不 夾具設計計劃發(fā)送到 ANSYS 否則健身價值觀是直接從數(shù)據(jù)庫中取出 嚙合的工件有限元模型 在每一個 計算時間保持不變 每計算模型間的差異是邊界條件 因此 網(wǎng)狀工件的有限元模型 可以用來反復 恢復 ANSYS 命令 5 案例研究 一個關于低剛度工件的銑削夾具設計優(yōu)化問題是被顯示在前面的論文中 并在以 下各節(jié)加以表述 57 5 1 工件的幾何形狀和性能 工件的幾何形狀和特點顯示在圖 4 中 空心工件的材料是鋁 390 與泊松比 0 3 和 71Gpa 的楊氏模量 外廓尺寸 152 4mm 127mm 76 2mm 該工件頂端內(nèi)壁的三分之一是 經(jīng)銑削及其刀具軌跡 如圖 4 所示 夾具元件中應用到的材料泊松比 0 3 和楊氏模量 的 220 的合金鋼 圖 4 空心工件 5 2 模擬和加工的運作 舉例將工件進行周邊銑削 加工參數(shù)在表 2 中給出 基于這些參數(shù) 切削力的最 高值被作為工件內(nèi)壁受到的表面載荷而被計算和應用 當工件處于 330 94 n 切 398 11 N 下徑向 和 22 84 N 下軸 的切削位置時 整個刀具路徑被 26 個工步 所分開 切削力的方向被刀具位置所確定 表 2 加工參數(shù)和條件 58 5 3 夾具設計方案 夾具在加工過程中夾緊工件的規(guī)劃如圖 5 所示 圖 5 定位和夾緊裝置的可選區(qū)域 一般來說 3 2 1 定位原則是夾具設計中常用的 夾具底板限制三個自由度 在 側邊控制兩個自由度 這里 在 Y 0mm 截面上使用了 4 個定點 L1 L2 L3 和 14 以定位工件并限制 2 自由度 并且在 Y 127mm 的相反面上 兩個壓板 C1 C2 夾緊工件 在正交面上 需要一個定位元件限制其余的一個自由度 這在優(yōu)化模型中 是被忽略的 在表 3 中給出了定位加緊點的坐標范圍 表 3 設計變量的約束 由于沒有一個簡單的一體化程序確定夾緊力 夾緊力很大部分 6673 2N 在初始 階段被假設為每一個夾板上作用的力 且從符合例 5 的最小二乘法 分別由 4 43 107 N m 和 5 47 107 N m 得到了正常切向剛度 5 4 遺傳控制參數(shù)和懲罰函數(shù) 在這個例子中 用到了下列參數(shù)值 Ps 30 Pc 0 85 Pm 0 01 Nmax 100 和 Ncmax 20 關于 f1 和 的懲罰函數(shù)是 59 這里 fv 可以被 F1 或 代表 當 nchg 達到 6 時 交叉和變異的概率將分別改變成 0 6 和 0 1 5 5 優(yōu)化結果 連續(xù)優(yōu)化的收斂過程如圖 6 所示 且收斂過程的相應功能 1 和 2 如圖 7 圖 8 所示 優(yōu)化設計方案在表 4 中給出 圖 6 夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序的收斂性遺傳算法 圖 7 第一個函數(shù)值的收斂 圖 8 第二個函數(shù)值的收斂性 表 4 多目標優(yōu)化模型的結果 表 5 各種夾具設計方案結果進行比較 60 5 6 結果的比較 從單一目標優(yōu)化和經(jīng)驗設計中得到的夾具設計的設計變量和目標函數(shù)值 如表 5 所示 單一目標優(yōu)化的結果 在論文中引做比較 在例子中 與經(jīng)驗設計相比較 單 一目標優(yōu)化方法有其優(yōu)勢 最高變形減少了 57 5 均勻變形增強了 60 4 最高 夾緊力的值也減少了 49 4 從多目標優(yōu)化方法和單目標優(yōu)化方法的比較中可以得 出什么呢 最大變形減少了 50 2 均勻變形量增加了 52 9 最高夾緊力的值減 少了 69 6 加工表面沿刀具軌跡的變形分布如圖 9 所示 很明顯 在三種方法中 多目標優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻 與結果比較 我們確信運用最佳定位點分布和最優(yōu)夾緊力來減少工件的變形 圖 10 示出了一實例夾具的裝配 圖 9 沿刀具軌跡的變形分布 61 圖 10 夾具配置實例 6 結論 本文介紹了基于 GA 和有限元的夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化程序設計 優(yōu)化程 序是多目標的 最大限度地減少加工表面的最高變形和最大限度地均勻變形 ANSYS 軟件包已經(jīng)被用于 健身價值的有限元計算 對于夾具設計優(yōu)化的問題 GA 和有限元分析的結合被證明是 一種很有用的方法 在這項研究中 摩擦的影響和碎片移動都被考慮到了 為了減少計算的時間 建 立了一個染色體的健身數(shù)值的數(shù)據(jù)庫 且網(wǎng)狀工件的有限元模型是優(yōu)化過程中多次使 用的 傳統(tǒng)的夾具設計方法是單一目標優(yōu)化方法或經(jīng)驗 此研究結果表明 多目標優(yōu)化 方法比起其他兩種方法更有效地減少變形和均勻變形 這對于在數(shù)控加工中控制加工 變形是很有意義的 參考文獻 1 King LS Hutter 1993 年 自動化裝配線上棱柱工件最佳裝夾定位生成的理論方 法 De Meter EC 1995 優(yōu)化機床夾具表現(xiàn)的 Min Max 負荷模型 2 De Meter EC 1998 快速支持布局優(yōu)化 Li B Melkote SN 1999 通過夾具布局優(yōu) 化改善工件的定位精度 3 Li B Melkote SN 2001 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對工件的定位精度的影響 4 Li B Melkote SN 1999 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度 5 Li B Melkote SN 2001 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對工件定位精度的影響 6 Li B Melkote SN 2001 最優(yōu)夾具設計計算工件動態(tài)的影響 7 Lee JD Haynes LS 1987 靈活裝夾系統(tǒng)的有限元分析 8 Menassa RJ DeVries WR 1991 運用優(yōu)化方法在夾具設計中選擇支位 9 Cai W Hu SJ Yuan JX 1996 變形金屬板材的裝夾的原則 算法和模擬 10 Qin GH Zhang WH Zhou XL 2005 夾具裝夾方案的建模和優(yōu)化設計 11 Deng HY Melkote SN 2006 動態(tài)穩(wěn)定裝夾中夾緊力最小值的確定 62 12 Wu NH Chan KC 1996 基于遺傳算法的夾具優(yōu)化配置方法 13 Ishikawa Y Aoyama T 1996 借助遺傳算法對裝夾條件的優(yōu)化 14 Vallapuzha S De Meter EC Choudhuri S et al 2002 一項關于空間坐標對基于遺傳 算法的夾具優(yōu)化問題的作用的調(diào)查 15 Vallapuzha S De Meter EC Choudhuri S et al 2002 夾具布局優(yōu)化方法成效的調(diào)查 16 Kulankara K Melkote SN 2000 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的布局 17 Kulankara K Satyanarayana S Melkote SN 2002 利用遺傳算法優(yōu)化夾緊布局和夾 緊力 18 Lai XM Luo LJ Lin ZQ 2004 基于遺傳算法的柔性裝配夾具布局的建模與優(yōu)化 19 Hamedi M 2005 通過一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡和遺傳算法混合的系統(tǒng)設計智能夾具 20 Kumar AS Subramaniam V Seow KC 2001 采用遺傳算法固定裝置的概念設計 21 Kaya N 2006 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的定位和夾緊點 22 Zhou XL Zhang WH Qin GH 2005 遺傳算法用于優(yōu)化夾具布局和夾緊力 23 Kaya N zt rk F 2003 碎片位移和摩擦接觸的運用對工件夾具布局的校核 南通職業(yè)大學 15 屆畢業(yè)設計 論文 任務書 編號 01 學生姓名 所學專業(yè) 數(shù)控技術 班 級 數(shù)控 課題名稱 工藝工裝設計 工作內(nèi)容 應完成的 設計內(nèi)容 論文內(nèi)容 1 零件圖 CAD 圖 1 張 2 零件毛坯圖 CAD 圖 1 張 3 機械加工工藝過程卡片 1 份 4 機械加工工序卡片 1 套 5 夾具裝配圖及零件圖 1 套 6 設計說明書 1 份 7 外文資料翻譯 1 份 8 崗位實習報告 1 份 工作要求 設計應達 到的性能 指標 論文 質(zhì)量要求 1 生產(chǎn)類型按中批生產(chǎn)要求 2 加工工藝規(guī)程能保證設計要求且經(jīng)濟合理 3 夾具設計應能保證零件加工質(zhì)量 經(jīng)濟合理 操作方便 4 設計圖紙工作量折合約 4 張 0 號圖 5 設計說明書全面 正確 5000 字以上 6 外文資料翻譯不少于 1500 字 7 崗位實習報告不少于 3000 字 8 所有設計文件為 A4 紙張并盡可能用電腦打印 主要參考 資料 1 金屬切削工藝人員手冊 2 金屬切削機床夾具設計手冊 3 機械制造工藝學教材 4 機床夾具圖冊 工作進度 要求 1 熟悉零件 借閱資料 一周 2 零件工藝設計 一周 3 零件工裝設計 二周 4 編制說明書 外文資料翻譯 一周 5 本學期末完成 90 工作量 15 年 4 月初返校 課題組 其他成員 指導教師 簽名 彭淑華 教研室主任 簽名 部門批準 蓋章 簽發(fā)日期 2014 11 注 本任務書一式三份 由指導教師填寫 教研室主任審核 系部批準后下發(fā) 學生 指 導教師 系部各一份 南通職業(yè)大學 15 屆畢業(yè)設計 論文 任務書 編號 02 學生姓名 所學專業(yè) 機制 數(shù)控 班 級 數(shù)控 課題名稱 工藝工裝設計及程序編制 工作內(nèi)容 應完成的 設計內(nèi)容 論文內(nèi)容 1 零件圖 CAD 圖 1 張 2 毛坯圖 1 張 3 機械加工工藝過程卡片 1 份 4 數(shù)控加工工藝卡 1 份 5 數(shù)控加工刀具卡 1 份 6 夾具裝配圖及零件圖 1 套 7 零件數(shù)控加工程序 1 套 8 設計說明書 1 份 9 外文資料翻譯 1 份 10 崗位實習報告 1 份 工作要求 設計應達 到的性能 指標 論文 質(zhì)量要求 1 生產(chǎn)類型按中批生產(chǎn)要求 2 加工工藝規(guī)程能保證設計要求且經(jīng)濟合理 3 夾具設計應能保證零件加工質(zhì)量 經(jīng)濟合理 操作方便 4 編制的加工程序需正確 并能滿足零件的精度要求 5 設計說明書全面 正確 5000 字以上 6 外文資料翻譯不少于 1500 字 7 崗位實習報告不少于 3000 字 所有設計文件為 A4 紙張并盡可能用電腦打印 主要參考 資料 1 數(shù)控技術及其應用 李業(yè)農(nóng)主編 2 數(shù)控加工程序編制 王洪主編 3 數(shù)控加工工藝 徐宏海 4 金屬切削工藝人員手冊 5 機械制造工藝學教材 工作進度 要求 1 熟悉零件 借閱資料 一周 2 零件工藝設計 一周 3 零件數(shù)控加工程序設計 二周 4 編制說明書 外文資料翻譯 一周 5 本學期末完成 90 工作量 15 年 4 月初返校 課題組 其他成員 指導教師 簽名 彭淑華 教研室主任 簽名 部門批準 蓋章 簽發(fā)日期 2014 11 注 本任務書一式三份 由指導教師填寫 教研室主任審核 系部批準后下發(fā) 學生 指 導教師 系部各一份 產(chǎn)品型號 零件圖號南通職業(yè)大學機 械工程系 機械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工序工時 分 工位器具編號 工位器具名稱 準終 單件 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 工步工時工步 號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 r min m min mm r mm 進給次數(shù) 機動 輔助 設 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標準化 日期 會 簽 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 產(chǎn)品型號 零件圖號南通職業(yè)大學 機械工程系 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 材 料 牌 號 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 備 注 工 時 工 序 號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設 備 工 藝 裝 備 準終 單件 設 計 日 期 校 對 日期 審 核 日期 標準化 日期 會 簽 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 南通職業(yè)大學 畢業(yè)設計 論文 課題 院 部 專 業(yè) 班 級 姓 名 指導教師 完成日期 數(shù)控畢業(yè)設計說明書提要 參考 內(nèi)容摘要 中 英文 一 概述 緒論 概述畢業(yè)設計所做的工作 二 零件的普通機械加工工藝分析 1 編制零件機械加工藝過程卡片 2 編制零件機械加工工序卡 三 零件的數(shù)控加工工藝分析 一 數(shù)控加工的基礎知識 1 概述零件的數(shù)控加工過程 2 切削加工必須具備的兩種運動 3 切削要素 4 金屬切削過程的控制 5 切削刀具及切削液的選擇 6 機床夾具的選擇 7 數(shù)控加工的工藝基礎 1 工序工步的概念 2 工藝規(guī)程制定的步驟及方法 a 零件的工藝性分析 b 選擇毛坯 c 確定裝夾方案 d 工藝路線設計 加工方法的選擇 加工階段的劃分 工序的劃 分 機械加工順序的安排 遵循先粗后精 先主后次 基面先 行 先面后孔 先內(nèi)后外等原則 熱處理工序的安排 e 輔助工序的安排 f 工序間的銜接 如 對毛坯熱處理的要求 作為定位基準的孔 和面的精度是否滿足要求 是否為后道工序留有加工余量 留 多大等 都應銜接好 3 加工余量的確定 4 工序尺寸及其公差的確定 5 數(shù)控加工專用技術文件的編寫 二 根據(jù)以上數(shù)控加工的基礎知識對畢業(yè)設計的零件進行加工工藝 分析 1 零件圖 2 零件圖樣工藝分析 選擇加工內(nèi)容 選擇所使用的數(shù)控機 床設備 3 根據(jù)零件圖選擇毛坯 毛坯圖 4 確定裝夾方案 裝夾圖 并設計工裝夾具一套 附裝配圖 加以說明 5 確定加工順序及進給路線 必須附圖說明 6 選擇刀具 7 選擇切削用量 8 數(shù)控加工工藝卡片的擬定 數(shù)控加工刀具卡片 數(shù)控加工 工藝卡片 數(shù)控加工工藝及裝備等 四 程序編制 程序分析 在工藝分析的基礎上 1 確定編程坐標系及編程原點 2 數(shù)值計算 3 編寫加工程序并分析 五 程序校驗 通過仿真或首件試切削進行校驗 六 程序單 七 結論 可對零件的普通加工工藝和數(shù)控加工工藝進行分析和比較 后再得出結論 八 結束語 九 參考文獻 1 摘 要 汽車變速箱上蓋是汽車變速箱的重要組成部分 它與變速箱箱體裝配 為變速箱 內(nèi)部的齒輪 軸等工作元件提供一個穩(wěn)定安全的工作環(huán)境 防止內(nèi)部零件在暴露環(huán)境 下工作 上蓋上還設計了檢查窗 是為了便于觀查內(nèi)部元件的工作情況 本設計說明書是在畢業(yè)設計過程中撰寫完成的 是對變速箱上蓋加工工藝 工裝 設計的說明 分析和論證 主要內(nèi)容有 上蓋的工藝規(guī)程制定 典型加工工序分析 專用夾具設計 專用刀具設計 專用量具設計 通過這些我對變速箱上蓋零件制造活動有一個總體的 全貌的了解與把握 能夠 掌握金屬切削過程的基本規(guī)律 掌握機械加工的基本知識 能選擇加工方法與機床 刀具 夾具及加工參數(shù) 具備制定工藝規(guī)程的能力和掌握機械加工精度和表面質(zhì)量的 基礎 初步具備分析解決現(xiàn)場工藝問題的能力 關鍵詞 工藝 工裝 夾具 刀具 2 ABSTRACT Motor vehicle gearbox shelters is an important component of the gearbox Box it and gearbox assembly the internal gear for the transmission axle components and other work It provide a stable and secure working environment to prevent exposure of internal components in the working environment Also stamped on the design of the inspection windows in order to facilitate the investigation of the internal components of the work The design specification is in the process of writing graduate design completed the gearbox cover processing technology tooling design of the note analysis and feasibility studies Elements include the superstructure of developing a point of order the typical processing of special fixture design special purpose tool designed for measuring tool design I passed these on the gearbox cover parts manufacturing activities have an overall the understanding and grasp the full picture metal cutting process to be able to master the basic law grasp the basic knowledge of mechanical processing and processing methods can choose machine tools cutting tools fixtures and processing Parameters with the development of protocols and the ability to master precision machining and surface quality of the foundation a preliminary analysis of the scene to solve problems Key words Technology Tooling Fixture Tool 3 目 錄 緒 論 1 1 機械加工工藝規(guī)程的制定 2 1 1 零件的工藝性分析 2 1 1 1 零件的功用 2 1 1 2 零件的結構特點與工藝性 2 1 1 3 主要加工表面及其技術要求 2 1 2 確定生產(chǎn)類型 2 1 3 零件毛坯選擇 4 1 3 1 零件毛坯材料選擇 4 1 3 2 變速箱上蓋的毛坯 4 1 3 3 毛坯的制造方式 4 1 4 零件加工工藝規(guī)程的制定 5 1 4 1 選擇加工方法和加工方案 5 1 4 2 定位基準的選擇 5 1 4 3 熱處理及檢驗的選擇與安排 6 1 4 4 擬定工藝路線 6 1 4 5 選擇各工序加工機床設備及工藝裝備 8 1 4 6 確定各工序的工序尺寸 表面粗糙度及檢驗方法 10 1 4 7 確定典型工序的切削用量及工序基本工時定額 11 1 4 8 工藝過程的技術經(jīng)濟性分析 15 2 夾具設計 16 2 1 銑床夾具的設計 16 2 1 1 夾具功能簡圖和工作原理 16 2 1 2 銑床夾具的定位方案設計 17 2 1 3 銑床夾具的定位誤差分析 18 2 1 4 切削力與夾緊力的計算 18 2 1 5 銑床夾具的夾緊裝置與機構設計 21 4 2 1 6 銑床夾具的動力裝置設計 23 2 2 鉆床夾具的設計 24 2 2 1 鉆床夾具的定位方案設計 24 2 2 2 鉆床夾具的定位誤差分析 25 2 2 3 鉆削力與夾緊力的計算 26 2 2 4 夾具的夾緊裝置與機構設計 30 2 2 5 鉆床夾具的動力裝置設計 32 3 專用刀 量具設計 33 3 1 專用刀具設計 33 3 1 1 鉆鉸復合刀具設計應考慮的問題 33 3 1 2 鉆鉸復合刀具設計步驟及方法 34 3 1 3 鉆鉸復合刀具結構尺寸圖 36 3 2 專用量具設計 37 3 2 1 量規(guī)工作尺寸的確定 37 3 2 2 量規(guī)的技術要求 39 3 2 3 量規(guī)的結構尺寸 39 結 論 41 致 謝 42 參考文獻 43 5 緒 論 制造業(yè)是國家發(fā)展與社會進步的基礎 而汽車制造將是未來面對普通消費者的主 要的機械制造產(chǎn)品 而隨著國家的發(fā)展人民生活水平的提高 人們對汽車的需求和要 求必定變的更多 所以我們有必要對汽車及汽車零件的設計與加工投入更多的精力 而我將在畢業(yè)后前往一家以機械生產(chǎn)為主的企業(yè)工作 所以了解機械中零件的加工工 藝特點及工藝工裝設計是非常必要的 通過對汽車變速箱上蓋工藝工裝設計可以對大學四年里所學習的 機械制造工藝 學 機床夾具設計 金屬切削原理與刀具 互換性與技術測量 等許多課程進 行復習與提高 并掌握綜合應用專業(yè)知識的能力 在此設計中 我將繪制一張變速箱 上蓋零件圖 編寫上蓋加工的工藝規(guī)程 設計兩套專用夾具 設計專用刀 量具各一 套 通過這些對汽車變速器制造活動有一個總體的 全貌的了解與把握 能夠掌握金 屬切削過程的基本規(guī)律 掌握機械加工的基本知識 能選擇加工方法與機床 刀具 夾具及加工參數(shù) 具備制定工藝規(guī)程的能力和掌握機械加工精度和表面質(zhì)量的基礎 初步具備分析解決現(xiàn)場工藝問題的能力 了解當今先進制造技術和先進制造模式的發(fā) 展狀況 并為將來畢業(yè)后的工作打下良好的基礎 為了更好的進行此次畢業(yè)設計我在校圖書館與遼寧省圖書館借閱了許多資料 其 中對設計幫助比較大的有侯家駒編的 汽車制造工藝學 張耀宸編的 機械加工工藝 設計實用手冊 楊黎明主編的 機床夾具設計手冊 現(xiàn)代機械制造工藝裝備標準應 用手冊編委會編的 現(xiàn)代機械制造工藝裝備標準應用手冊 等許多圖書 由于本人水平有限 經(jīng)驗不足 設計中必定有許多錯誤的地方 還請各位老師批 評 指正 6 1 機械加工工藝規(guī)程的制定 1 1 零件的工藝性分析 1 1 1 零件的功用 此次設計的課題是關于汽車變速箱上蓋的工藝工裝設計 變速箱的上蓋是汽車變 速箱的重要組成部分 汽車變速箱內(nèi)有很多的精密的齒輪 軸等零件 結構體系也較 為復雜 為了保證內(nèi)部的全部零件不再暴露的環(huán)境下工作 防止灰塵油污以及其他一 些物質(zhì)進入到箱體內(nèi)部腐蝕零件 為箱體做一個上蓋是很必需的 1 1 2 零件的結構特點與工藝性 變速箱上蓋是典型的鑄造箱蓋類零件 結構上的特點就是扁平 長度寬度尺寸大 高度方向尺寸不大 考慮到上蓋零件的毛坯選擇鑄造加工而成 在構型方面基本符合 毛坯鑄造方法的要求 非加工的成形面都采用了利于脫模的倒圓角設計 為了能在不 拆卸上蓋全體的條件下觀察與檢修內(nèi)部元件的運作和故障情況 在零件設計時考慮到 了在上蓋的頂部設計一個檢查口 為一凸臺結構 與箱體裝配的接合面尺寸很大 當 用螺栓和定位銷將其與變速箱主體結合的時候 大的接合面能保證接合的密封性 但 是考慮到加工的質(zhì)量和經(jīng)濟性 零件設計中簡化了加工平面 在能保證接合的要求的 前提下 加工表面的粗糙度等精度要求盡量降低 并且還在接合面上設計了裝配定位 孔和工藝定位孔 保證了裝配的精度 1 1 3 主要加工表面及其技術要求 變速箱上蓋的加工內(nèi)容主要是關于平面和孔的加工 平面的加工主要包括 1 底部大接合面的加工 技術要求 表面粗糙度 Ra6 3 m 2 凸臺小平面的加工 技術要求 表面粗糙度 Ra6 3 m 至大接合面距離要求 90 mm2 0 3 上蓋內(nèi)側兩端面的加工 技術要求 表面粗糙度 Ra12 5 m 兩端面之間距離要 求 90 mm 2 0 孔的加工包括 7 1 大接合面上 14 個直徑 11mm 的通孔加工 沒有特別的技術要求 2 2 個直徑 13mm 的裝配定位孔的加工 技術要求 表面粗糙度 Ra1 6 m 直徑 精度要求 13 mm03 3 2 個直徑 11mm 的工藝定位孔的加工 技術要求 表面粗糙度 Ra1 6 m 直徑 精度要求 11 mm027 4 內(nèi)壁頂部的 4 個 9 6mm 的深孔加工 技術要求 表面粗糙度 Ra6 3 m 相 對 D 基準位置度要求 0 2mm 孔最深處至大接合面距離要求 78 m2 0 5 頂平面的 4 個 M10 螺紋孔的加工 技術要求 相對于 D 基準位置度要求 0 4mm 深 18mm 6 凸臺上 M16 螺紋孔的加工 技術要求 表面粗糙度 Ra6 3 m 相對于 D 基準 位置度要求 0 4mm 通孔 7 上蓋上 M14 螺紋斜孔的加工 技術要求 孔中心軸線與 Z 軸角度 45 度 高 度方向尺寸要求 55 mm 深度尺寸要求 26 mm 15 0 2 0 8 上蓋兩端 4 個直徑 16mm 的深孔鉆擴加工 技術要求 表面粗糙度 Ra6 3 m 鉆孔 16 mm 外擴孔要求 20 mm 孔中心線間距07 5 05 30 1mm 高度方向距大接合面距離 37 mm 其中一端兩個深孔的加工提出1 更高的形位要求 直線度 0 03mm 相對 D 基準位置度 0 2mm 相對 E 基準位 置度 0 3mm 參見變速箱上蓋零件圖 9 上蓋內(nèi)壁階梯孔的加工 技術要求 孔直徑為 8 5 mm 9mm 12mm 2 0 深 139mm 形位要求有 2 個 相對 C 基準的位置度要求 0 3mm 相對 F 基準的 垂直度要求 0 06mm 1 2 確定生產(chǎn)類型 因變速箱上蓋的生產(chǎn)產(chǎn)量很大 采用專用設備和專用工藝裝備 廣泛采用高效的 專用機床等 且大多數(shù)設備經(jīng)常重復進行某個工序的加工 根據(jù)變速箱上蓋的這些生 產(chǎn)特點 確定生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn) 8 1 3 零件毛坯選擇 1 3 1 零件毛坯材料選擇 考慮到變速箱上蓋的生產(chǎn)類型是大批量生產(chǎn) 結構形狀較為復雜 制造精度不高 幾何尺寸也比較大 以及考慮到生產(chǎn)經(jīng)濟性 所以其毛坯的材料選用容易成型 吸震 性好 加工工藝性好和成本低的灰口鑄鐵 HT20 40 其性能 HB170 241 3 20 1 3 2 變速箱上蓋的毛坯 毛坯圖是毛坯制造和編制零件加工工藝的重要零件 制定工藝過程時 需要分析 毛坯圖 主要是分析粗加工的定位基準 其次分析鑄件毛坯的分型面 澆口 冒口的 位置 拔模斜度 圓角半徑的大小 鑄件毛坯如圖 2 1 所示 a b c 圖 1 1 9 1 3 3 毛坯的制造方式 毛坯制造方法的選擇時應考慮下列因素 生產(chǎn)類型 工件結構和尺寸 工件的機 械加工性能要求 工件的工藝性能要求 分析此減速器箱體 毛坯采用砂型澆注成型 在砂型中保溫 20 30min 直到冷卻 消除鑄件的應力 最終進行噴漆處理 分型面選用在軸承孔的軸向垂直面 取外面一 側為上蓋 便于澆注 排氣和出砂 3 1 4 零件加工工藝規(guī)程的制定 1 4 1 選擇加工方法和加工方案 上蓋零件各個加工表面的加工方法和加工方案具體如下 1 底部大接合面 粗銑 精銑 2 凸臺小平面 粗銑 精銑 3 內(nèi)側兩端面 粗銑 半精銑 4 大接合面上 14 個 11mm 的通孔 鉆孔 5 2 個 13mm 的裝配定位孔的 鉆孔 鉸孔 6 2 個 11mm 的工藝定位孔 鉆孔 鉸孔 7 內(nèi)壁頂部的 4 個 9 6mm 的深孔 鉆孔 粗鉸 8 頂平面的 4 個 M10 螺紋孔 鉆螺紋預孔 攻絲 9 凸臺上 M16 螺紋孔 鉆螺紋預孔 攻絲 10 上蓋上 M14 螺紋斜孔 鉆螺紋預孔 攻絲 11 上蓋兩端 4 個 16mm 的深孔 鉆孔 擴孔 12 上蓋內(nèi)壁階梯孔 鉆孔 擴孔 1 4 2 定位基準的選擇 由于各加工階段的加工性質(zhì)不同 所以對定位基準的要求也有所不同 粗加工階 段的主要任務是切除大部分余量 切削力大 對定位基準的要求主要是穩(wěn)定可靠 定 位基準表面應該足夠大 并便于施加較大的夾緊力而不致引起工件變形 精加工階段 的主要任務是保證精度問題 此時大部分余量都已經(jīng)被切除 工件的剛度有所下降 10 而加工精度要求更高 因此要在選擇定位基準是要保證因定位而引起的誤差很小 由于工序性質(zhì)不同 定位基準也不同 如在第一道工序中只能用毛坯表面來定位 這是粗基準 在以后各工序的加工中 可以采用已經(jīng)切削加工的表面作為定位基準 這就是精基準 根據(jù)以上關于定位基準選擇的概述 具體到變速箱上蓋的工藝加工過程 定位基 準的選擇大致如下 開始 先是凸臺小平面和上蓋底部大接合面兩個加工表面互為基 準進行粗精銑加工 先是以大接合面為粗基準加工小平面 然后在以加工過的小平面 為基準加工大接合面 在工序鉆 擴 鉸接合面上一系列孔以及螺紋預孔的工序當中 考慮到工件加緊的穩(wěn)定可靠 以及考慮到與設計基準的重合 宜選擇大接合面為精基 準加工 在銑削內(nèi)壁兩端面的工序時 考慮銑削的力度加大 為保證加緊穩(wěn)定可靠 依然宜選大接合面為精基準加工 在內(nèi)壁頂部鉆 鉸 4 個 9 6mm 深孔工序中 考慮 到保證工件在加工中不變形 宜選小平面為定位基準 在鉆 擴內(nèi)壁階梯孔 兩端 16mm 深孔 以及攻絲螺紋預孔的工序中 考慮到加工方便 加緊可靠 且與設計基 準重合等因素 還是選擇大接合面為定位基準 1 4 3 熱處理及檢驗的選擇與安排 在本次設計中 因為設計相關的零件材料為鑄件 在其裝配工作時承受的作用力 很小 且沒有較高要求的接合或者配合工作面 所以不需要安排調(diào)質(zhì) 正火 退火等 等的熱處理工序 但需要安排一個清理砂冒口 噴砂的工序 至于檢驗工序 考慮到零件本身的加工精度不是很高 且加工過程中變形破壞的 可能性不大 所以不需要特別安排中間檢驗的工序 每道工序結束后 正常用游標卡 尺 極限量規(guī)等檢驗 在最后的工序里 再按圖樣要求做全面檢查即可 1 4 4 擬定工藝路線 擬訂工藝路線是制訂工藝規(guī)程的關鍵 工藝路線不僅影響加工質(zhì)量和效率 而且 影響工人勞動強度 設備投資 車間面積 生產(chǎn)成本等 必須進行多種方案的分析比 較 加工方法的選擇首先要保證加工質(zhì)量 其次還要考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性 機加工工序安排應滿足先基準后其他 先主后次 先粗后精 先面后孔等原則 1 工藝路線表 表 1 4 1 的第一套工藝方案是根據(jù)機加工序安排的原則 參考類似零件的加工工藝 11 編排的 表 1 1 第一套工藝路線方案 mm 工序號 工序名稱 1 鑄造毛坯 2 清理燒冒口 噴砂 3 粗銑 半精銑上蓋凸臺小平面 4 粗銑 半精銑底部大接合面 5 鉆 鉸 14 個 11 孔 6 鉆 鉸 2 個 13 的裝配定位孔 7 鉆 鉸 2 個 11 工藝定位孔 8 中間檢查 9 粗銑 半精銑內(nèi)側兩端面 10 在內(nèi)壁頂部鉆鉸 4 個 9 6 的深孔 11 在凸臺上鉆 M10 M16 的螺紋孔預孔 12 鉆 M14 的螺紋斜孔的預孔 13 對 M10 M16 螺紋預孔攻絲 14 對 M14 螺紋預孔攻絲 15 鉆 擴上蓋內(nèi)壁 8 5 9 12 的階梯深孔 16 在上蓋一端鉆 擴 16 深孔 17 在上蓋另一端鉆 擴 16 深孔 18 鉗 去毛刺 清洗上油 19 按圖樣要求檢查入庫 表 1 4 2 第二套工藝方案是參考長春一汽變速箱加工的現(xiàn)場工藝編排的 表 1 2 第二套工藝路線方案 mm 12 工序號 工序名稱 1 鑄造毛坯 2 清理燒冒口 噴砂 3 粗銑 半精銑上蓋凸臺小平面 4 粗銑 半精銑底部大接合面 5 鉆 鉸 2 11 工藝定位孔 鉆 鉸 2 13 的裝配定位孔 鉆 鉸 14 11 孔 6 粗銑 半精銑內(nèi)側兩端面 7 在內(nèi)壁頂部鉆鉸 4 個 9 6 的深孔 8 在上蓋一端鉆 擴 鉸 16 通孔 9 在上蓋另一端鉆 擴 鉸 16 通孔 10 鉆 鉸 擴上蓋內(nèi)壁 8 5 9 12 的階梯深孔 11 在凸臺上鉆 M10 M16 的螺紋孔預孔并攻螺紋 12 鉆 M14 的螺紋斜孔的預孔并攻螺紋 13 鉗 去毛刺 清洗上油 14 按圖樣要求檢查入庫 2 兩套工藝路線方案比較 第一套方案 雖然也能達到加工要求 但是工序明顯不如第二套工序集中 鉆鉸 上蓋表面的一系列孔可以集中到一個工序中完成 減少裝夾的次數(shù) 提高效率 鉆螺 紋預孔完全可以像第二套方案中集中到一個工序中完成 在第八個工序中 方案一安 排了一次中間檢查 其實也是沒有必要的 因為總體上前面這些加工工序精度要求都 不是很高的 而且每道工序完成后都有專用的量具檢驗 增加一道工序不妥 還有就 是第二套方案中將鉆擴階梯孔的工序安排在鉆擴兩端 16mm 深孔之后 因為階梯孔很 深 且與 16mm 的深孔相貫穿 當加工完 16mm 孔時 在階梯孔鉆鉸的時候自然就 沒有那么多的鉆鉸深度了 難度降低 更易保證精度 第二套方案聯(lián)結緊湊 適當選用一些專用工裝 設備 效率和加工精度都更加有 保障 對于大批量生產(chǎn)是比較合理的方安 加工中輔助時間少 可以高質(zhì) 高效達到 各工序所需達到的要求 所以選用第二套工藝方案 13 1 4 5 選擇各工序加工機床設備及工藝裝備 各個工序加工機床設備及工藝裝備的選用情況具體如下 1 粗精銑凸臺小平面 立式銑床 X53 專用夾具 立銑刀 游標卡尺 2 粗精銑上蓋底部大接合面 臥式 萬能 銑床 X62W 專用夾具 端銑刀 游 標卡尺 3 鉆鉸 14 個 11mm 孔 立式鉆床 Z550 專用夾具 專用復合鉆鉸刀具 游標卡 尺 4 鉆 鉸裝配定位孔 2 13 立式鉆床 Z550 專用夾具 專用鉆鉸復合刀具 03 專用塞規(guī) 5 鉆 鉸工藝定位孔 2 11 立式鉆床 Z550 專用夾具 專用鉆鉸復合刀027 具 專用塞規(guī) 6 銑內(nèi)側兩端面 臥式 萬能 銑床 X62W 專用夾具 端銑刀 游標卡尺 7 在內(nèi)壁頂部鉆 鉸 4 個 9 6mm 的深孔 立式鉆床 Z550 專用夾具 直徑 9 4mm 的直柄麻花鉆 直徑 9 6mm 錐柄長刃機用鉸刀 專用塞規(guī) 深度卡 尺 孔距量規(guī) 8 在凸臺上鉆 M10 M16 螺紋孔的螺紋預孔 立式鉆床 Z550 專用夾具 直徑 分別為 14 5mm 和 8 5mm 的短麻花鉆 游標卡尺 9 鉆 M14 螺紋斜孔的預孔 立式鉆床 Z550 專用夾具 短麻花鉆 游標卡尺 10 鉆 擴上蓋內(nèi)壁階梯孔 立式鉆床 Z550 專用夾具 直徑 8 2mm 的錐柄 加長麻花鉆 直徑分別為 9mm 和 12mm 的標準擴孔鉆 直徑 8 5mm 專用 加長鉸刀 專用塞規(guī) 深度卡尺 11 對 M10 M16 螺紋預孔攻絲 立式鉆床 Z550 專用夾具 直徑分別 10 0mm 和 14 00mm 的細柄機用絲錐 游標卡尺 12 對 M14 螺紋斜孔預孔攻絲 立式鉆床 Z550 專用夾具 直徑 14 00mm 的 細柄機用絲錐 游標卡尺 13 在上蓋一端鉆 擴 16mm 深孔 立式鉆床 專用夾具 直徑 15 7 的錐柄 加長麻花鉆 直徑 20mm 的標準擴孔鉆 直徑 16mm 的專用鉸刀 專用塞 規(guī) 孔距量規(guī) 深度卡尺 14 在上蓋另一端鉆 擴 16mm 深孔 立式鉆床 專用夾具 直徑 15 7 的錐 14 柄加長麻花鉆 直徑 20mm 的標準擴孔鉆 直徑 16mm 的專用鉸刀 專用 塞規(guī) 孔距量規(guī) 深度卡尺 1 4 6 確定各工序的工序尺寸 表面粗糙度及檢驗方法 各個工序的工序尺寸 表面粗糙度及檢驗方法如表 1 3 所示 3 表 1 3 各工序的工序尺寸 表面粗糙度及檢驗方法 mm 工序號 工序尺寸 檢驗方法 1 鑄造毛坯 2 清理 3 粗洗上蓋凸臺小平面到尺寸 件高 95 3 95 半精銑小平面到尺寸 件高 94 保證圖紙尺寸 80 保證 Ra 為 6 3 游標卡尺 0 125 0 1 粗糙度比較樣塊 4 粗銑上蓋底部大接合面至尺寸 件高 91 3 91 半精銑底部大接合面至尺寸 90 2 0 保證 Ra 為 6 3 游標卡尺 0 125 0 05 5 鉆兩個工藝定位孔達到 10 8 10 82 鉸孔至尺寸 11 保證 Ra 為 1 6027 鉆兩個裝配定位孔至尺寸 12 7 12 8 鉸孔至尺寸 13 保證 Ra 為 1 603 鉆 14 個 11 的通孔至尺寸 10 5 10 6 粗鉸孔至尺寸 11 專用量規(guī) 粗糙度比較樣塊 孔距量規(guī) 6 粗銑內(nèi)壁一端面至尺寸 兩端面間距 92 半精銑內(nèi)壁一端面至尺寸 兩端面間距 91 5 距定位孔 尺寸保證 147 1 0 粗銑內(nèi)壁另一端面至尺寸 兩端面間距 90 5 半精銑此端面至尺寸 兩端面間距 90 保證表面粗2 0 糙度 Ra12 5 游標卡尺 0 150 0 05 粗糙度比較樣塊 15 7 在內(nèi)壁頂部鉆 4 個深孔 直徑至 9 4 9 42 深度 59 精鉸孔至圖紙尺寸 9 6 保證 Ra6 315 0 專用塞規(guī) 孔距量規(guī) 深度卡尺 粗糙度比較樣塊 8 在上蓋一端鉆 2 個通孔至尺寸 15 7 15 8 擴兩孔至 20 深 3 保證 Ra 為 6 305 鉸兩孔 至尺寸 16 保證 Ra 為 6 317 專用塞規(guī) 孔距量規(guī) 深度卡尺 粗糙度比較樣塊 9 在上蓋另一端鉆 2 個通孔至尺寸 15 7 15 8 擴兩孔至 20 深 3 保證 Ra 為 6 305 鉸兩孔 至尺寸 16 保證 Ra 為 6 317 專用塞規(guī) 孔距量規(guī) 深度卡尺 粗糙度比較樣塊 10 在上蓋內(nèi)壁鉆深孔至尺寸 8 3 8 35 深 151 半精鉸孔至尺寸 8 5 2 0 擴孔至尺寸 9 擴孔深 13 擴孔至尺寸 12 擴孔深 3 專用塞規(guī) 深度卡尺 11 在凸臺上鉆 M10 螺紋預孔至尺寸 8 5 深度 20 對 M10 螺紋預孔攻絲 有效螺紋長度 18 鉆 M16 螺紋預孔至尺寸 14 5 通孔 對 M16 預孔攻絲 攻透 保證 Ra 達 6 3 專用塞規(guī) 深度卡尺 粗糙度比較樣塊 12 鉆 M14 斜孔的預孔至尺寸 12 5 通孔 對預孔攻絲 攻透 保證 Ra 達 6 3 專用塞規(guī) 角度儀器 粗糙度比較樣塊 13 清洗 14 檢查入庫 1 4 7 確定典型工序的切削用量及工序基本工時定額 選擇第 7 道工序 鉆鉸內(nèi)壁頂部 4 9 6 mm 的深孔 15 0 16 加工條件 立式鉆床 Z550 專用刀具 專用夾具 1 鉆孔至 9 4 9 42mm 深 59mm 確定背吃刀量 a 1 2 d 4 7mm 鉆頭 9 4mmp 由于工件材料是 HT20 40 HB 170 查得 進給量 f 0 22mm T 2100s 35min 7 3 刀具材料選用高速鋼 由資料查知 7 125 0 0 25 7 14 mYXZCVVV 又查表得 8 svapvTKK 7 01tC 由于 1 1 VYpXamVfTZdv0 式中 鉆削速度 m s v 鉆削進給量 mm r f 背吃刀量 mm pa 耐用度 t T 鉆頭直徑 mm 0d 系數(shù) 由被加工的材料性質(zhì)和鉆削條件決定 mYXZCVV 所以由以上數(shù)據(jù)可知道 smv 62 10 8 750 12 074359 15 20 由于 1 2 01dvn 式中 鉆頭轉(zhuǎn)速 r min n 鉆頭切削速度 r min v 鉆頭直徑 mm 0d 所以 17 min 3 564 92101 rn 查表 取標準值 500r min1n 由文獻中知 1 3 fnllT 3210 式中 為鉆孔深度 mm 1l 分別為刀具切入 退出長度 mm 32 鉆頭轉(zhuǎn)速 r min n 鉆頭縱向進給量 mm r f 而 mDlml 91 243 01 57932 所以 in6 590 T 2 鉸孔至 9 6 達圖紙要求15 0 鉸刀選用直徑 9 6mm 錐柄長刃機用鉸刀 由于工件材料是 HT20 80 HB 170 所以查資料知 進給量 f 1 3mm r 刀具材料選用高速鋼 3 7 查知 3 0 5 0 2 6 15 mYXZCVVV 又查表得 9 8 svapvTKK 3 7 7010dtCv 由于 m s 1 4 VYXPm ZVfaT 106 式中 鉸削速度 m s v 鉸削進給量 mm r f 背吃刀量 mm pa 18 耐用度 t T 鉸刀直徑 mm 0d 系數(shù) 由被加工的材料性質(zhì)和鉸削條件決定 mYXZCVV 所以由以上數(shù)據(jù)可知 smv 59 8 018 70 13 45609 150 72 由于 1 5 0dvn 式中 鉸刀轉(zhuǎn)速 r min n 鉸刀切削速度 r min v 鉸刀直徑 mm 0d 所以 min 7 2856 9102rn 查表 取標準值 250r min1n 由文獻中知 fnllT 3210 而 mlDl5 2976 310 912查 表 可 知 為 所以 in8 3 109 0 T 3 輔助時間計算 由文獻查表得 a 裝卸工件時間 工件重量為 30 40kg 之間 t1 0 1min b 鉆換時間 t2 0 10min 19 c 鉸換時間 t3 0 10min d 排屑時間 t4 0 06min e 電機起動 t5 0 02min f 快進 快退 t6 0 05min g 工作臺移動 t7 0 1min h 液壓缸夾緊時間 t8 0 05min i 快速工作其他時間 t9 0 13min 1 3 總的輔助時間為 min3 2 1 035 1025 0 6 10 4 98172 0 tttT 4 加工此工序所需的總時間 加工此工序所需的總時間 T 計算如下 min62 53 2 0 4 0 T 1 4 8 工藝過程的技術經(jīng)濟性分析 制訂工藝規(guī)程時 在保證質(zhì)量的前提下 往往會出現(xiàn)幾種不同的方案 其中有些 方案生產(chǎn)率很高 但設備和工夾具的投資比較大 另一些方案可能投資比較省 但生 產(chǎn)率較低 因此 不同的方案就有不同的經(jīng)濟效果 本設計的減速器殼體屬于大量生 產(chǎn) 其長年生產(chǎn)所以本設計中采用大投資建立生產(chǎn)線將有利于提高生產(chǎn)率 20 2 夾具設計 廣義上說 為使工藝過程的任何工序保證質(zhì)量 提高生產(chǎn)效率 減輕工人勞動強 度及工作安全等的一切附加裝置稱為夾具 機床夾具是將工件進行定位 夾緊 將刀 具進行導向和對刀 以保證工件和刀具之間相對位置關系的附加裝置 簡稱夾具 夾具主要起保證加工質(zhì)量 提高勞動生產(chǎn)效率 降低生產(chǎn)成本 擴大機床的工藝 范圍 減輕勞動強度等功用 在本畢業(yè)設計中主要設計兩道工序的專用夾具 一套為銑上蓋凸臺小平面的銑床 夾具 一套為鉆 擴上蓋內(nèi)壁階梯孔的鉆床夾具 2 1 銑床夾具的設計 2 1 1 夾具功能簡圖和工作原理 一般夾具由以下幾個部分組成 1 定位元件 2 夾緊裝置 3 夾具體 4 連接元件 5 對刀 和導向裝置 6 其他元件與裝置 舉例用圖 2 1 來說明夾具的功能及其工作原理 21 圖 2 1 圖中表示銑槽夾具安裝在立式銑床工作臺上的情況 工件的底面支撐在兩個支承 板上 側面支承在兩齒紋頂支承釘上 端面靠在一支承釘上 這樣就確定了工件在夾 具中的正確位置 然后旋緊螺母通過壓板將工件夾緊 完成了工件的裝夾過程 下一 工件進行加工時 夾具在機床上的位置不動 只需松開螺母裝卸工件即可 夾具上支 承板 2 的支承工作面與夾具底板 7 的底面保持平行 當夾具安裝在銑床工作臺上后 就相應保證了支承板 2 的支承工作面與銑床工作臺面的平行 夾具利用定位鍵與 T 型 槽配合 保證了與銑床縱向進給方向平行 夾具上裝有對刀塊 5 利用對刀塞尺塞入對 刀塊工作面與立銑刀切削刃之間來確定銑刀相對對刀塊的正確位置 從以上實例中 可歸納出夾具的工作原理要點如下 1 是工件在夾具中占有正確的加工位置 這是通過工件各定位面與夾具的對 應定為元件的定位工作面接觸 配合或?qū)蕘韺崿F(xiàn)的 2 夾具對于機床應先保證有準確的相對位置 而夾具結構又保證了定位元件的定 位工作面對夾具與機床相連接的表面之間的相對準確位置 這就保證了夾具定位工作 面相對機床切削運動形成表面的準確幾何位置 也就達到了工件加工面對定位基準的 相互位置精度要求 3 使刀具相對有關的定位元件的定位工作面定位到準確位置 這就保證了刀具在 工件上加工出的表面對工件定位基準的位置尺寸 6 7 2 1 2 銑床夾具的定位方案設計 1 定位方式的選擇 設計夾具是從減小加工誤差考慮 應盡可能的選用工序基準為定位基準 即遵循 所謂的基準重合原則 當用多個表面定位的時 應選擇其中一個較大的表面為主要定 位基準 有利于工件裝夾的平穩(wěn) 保證夾具能有效夾緊以及保證工件不至于變形等 所以在本次銑床夾具設計中 根據(jù)在制訂工藝規(guī)程所選用的定位基準 上蓋底部大 接合面 所以選擇底部大接合面為定位基準 工件的定位基準一旦被確定則其定位方案基本上被確定 銑床夾具是為了加工上 蓋凸臺小平面 在此工序之中 選用的機床是立式銑床 X63W 所以上蓋需要被限定 22 的自由度主要就是 但考慮到銑面時工件的的平穩(wěn)以及裝夾定位的方便 決定yx z 也將其他的兩個自由度 加以限制 即采用不完全定位方式 2 定位元件的設計 定位元件的設計包括定位元件的結構 形狀 尺寸及布置方式等 工件的定位設 計主要決定與工件的加工要求和工件定位基準的形狀尺寸精度等因素 所以在設計時 應分析定位基準的形態(tài) 在此銑床夾具的設計中 選的粗基準是底部大接合面 由于是粗基準 所以不宜 選擇支承板定位 而宜選擇固定支承釘定位 在底面需要布置三后固定支承釘 但考 慮到裝夾時候工件受力的平衡 保證有效裝夾和加工平穩(wěn) 在底面另外布置了一個可 調(diào)支承釘 起輔助支承的作用 增加剛性 但不限制自由度 夾具體的后面和右側也 分別布置一個支承釘 底面支承釘選擇 B 型粗基準用支承釘 側面則選用 C 型側面定 位用支承釘 各種支承釘如圖 2 2 所示 a 可調(diào)支承釘 b B 型固定支承釘 c C 型固定支承釘 圖 2 2 2 1 3 銑床夾具的定位誤差分析 一批工件的定位誤差 由基準位移誤差 和基準不重合誤差 組成 這種由DYBY 于定位元件和工件的制造誤差而引起的定位基準在加工尺寸方向上的最大位置變動范 圍就稱為基準位移誤差 用 表示 因工序基準與定位基準不重合而引起的工序基準Y 相對于定位基準在加工尺寸方向上的最大位置變動的范圍 稱為基準不重合誤差 用 表示 B 對于此次設計的銑床夾具 工件的設計基準為上蓋底部大接合面 而工序基準也 為地不大接合面 所以 基準不重合誤差 0 由于此次用到的定位元件是固定球面B 支承釘 定為元件制造上的誤差可以忽略 基準位移誤差 0 Y 23 2 1 4 切削力與夾緊力的計算 1 切削力的計算 在銑床夾具的設計中 需要銑削的平面是上蓋凸臺小平面 且選用的機床是立式 銑床 所以選用莫氏錐柄立銑刀銑削小平面 聯(lián)系到加工表面的尺寸 選擇的立銑刀 直徑 d 20mm z 4 7 查的高速鋼立銑刀的背吃刀量 a 3mm 進給量 a 0 08mm z 7 查得pf 銑削力的計算公式為 2 1 式中 圓周銑削力 N ZF 銑削條件改變時銑削力修正系數(shù) zK 立銑刀的直徑 mm 0d 背吃刀量 mm pa 進給量 mm z f 切削寬度 mm w 銑刀齒數(shù) z 系數(shù) 由被加工的材料性質(zhì)和銑削條件決定 FFFwuyxC 查得 C 294 x 1 0 y 0 65 u 0 83 w 0 q 0 83 7 FFF 將上述數(shù)據(jù)代入公式得 2612 15N 2 夾緊力的計算 在計算夾緊力時 應先確定在加工過程中施與工件上夾緊力的作用點和方向 切 削力的大小和作用在被加工零件上的力矩及其方向 為簡化計算工作 通常將機床 輔具 夾具和刀具的工藝系統(tǒng)視為絕對剛體 并假定在切削過程中的經(jīng)驗和實驗的公 式進行計算 求得近似的切削力 然后根據(jù)工件所受的切削力 所需的夾緊力 重力 和摩擦力所組成的力系均處于靜平衡條件 計算出理論所需要的夾緊力 再根據(jù)具體 zFf FwquyxpFZKndC 012048 394 383 065 1 Z 24 條件和經(jīng)驗乘以加緊可靠性的安全系數(shù) 工件受力情況如圖 2 3 所示 Y 方向平衡 0 Y 即 421 NpWy 圖 2 3 X 方向平衡 0 X 即 421 xffpNW 又相對與原點的轉(zhuǎn)距和為 0 即 0 EM 即 02359842743670221 yxf pNW 又由已知可知 NZyxFpp 5 0 21ffWf 25 又由相關資料查得工件表面在夾具支承元件和夾緊接觸元件間的摩擦因數(shù)為 5 0 3011 ff取 4 28 2取 由以上方程及相關數(shù)據(jù) 計算可得 W 1550 N 查資料選定安全系數(shù) 2 2 6543210KK 式中 考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù) 0K 加工性質(zhì)的系數(shù) 1 刀具鈍化程度系數(shù) 2 切削特點系數(shù) 3 夾緊力的穩(wěn)定性系數(shù) 4K 手動夾緊時手柄的位置系數(shù) 5 僅有力矩作用與工件時與支撐面接觸情況系數(shù) 6 由資料查得 4 所以 43 201 2 13 1 K 工件夾緊需要的夾緊力大約為 2 3 NW7 5 式中 夾緊力 N KW 理論夾緊力 N 安全系數(shù) 2 1 5 銑床夾具的夾緊裝置與機構設計 典型的夾緊裝置是由力源裝置 中間傳力裝置 夾緊元件與夾緊機構組成 夾緊 裝置的結構要簡單 制造要容易 盡量做到體積小 重量輕 并有足夠的強度 加緊 動作要迅速 操作方便 使用安全 應有足夠的夾緊行程和裝卸工件的空間 其自動 化程度要與工件的批量相適應 夾緊力的大小要恰當 要保證工件在夾具中不產(chǎn)生唯 0 2 1 3213654 K 26 一和振動 要保證夾緊后的工件變形和表面損傷不超過允許的范圍 為此 夾緊力的方向要盡量垂直于工件的主要定位基面 盡量和切削力 重力方 向一致 夾緊力作用點應該落在主要定位基準面上 要選在剛性較好的部位 盡量靠 近被加工表面 因為工件是大量生產(chǎn) 夾緊力又比較大 所以采用液壓夾緊 液壓缸選用通用系 列查 機床夾具設計手冊 選用法蘭式油缸 本設計中銑床夾具選擇由兩個液壓缸直接頂起壓板進行壓緊 壓緊有效 快速 可以提高生產(chǎn)率 具體的機構設計如圖 2 4 所示 圖 2 4 在上圖的機構中 當工件在夾具上放置好后 人工將夾板旋轉(zhuǎn)至夾緊得力位置 再啟動液壓系統(tǒng) 活塞桿向上伸出 頂桿自然頂起夾板尾部 夾板前部就能有效夾緊 了 考慮到保護工件不致因為夾緊力太大而變形 所以應該保證活塞桿在接近其行程 末端 留有適當余量 處頂桿開始頂起壓板 余量也不能太小 否則夾緊力不夠 不 能有效夾緊 夾緊裝置中主要零件 夾板 見圖 2 5 27 圖 2 5 本夾緊裝置中用到的法蘭式液壓缸的裝配圖如圖 2 6 所示 其中各主要零件如表 2 1 所示 圖 2 6 表 2 1 法蘭式液壓缸零件列表 mm 件號 1 2 3 4 5 6 7 8 C L 名稱 端蓋 螺釘 活塞 密封圈 密封圈 缸體 彈簧 密封圈 數(shù)量 1 6 1 1 1 1 1 1 規(guī)格 M8 25 No 1 55 40 No 1 3 25 60 24 20 100 28 2 1 6 銑床夾具的動力裝置設計 由于液壓裝置系統(tǒng)有以下特點 液壓油油壓高 傳動力大 同比條件下液壓缸比 氣壓鋼小的多 油液的不可能性使壓緊剛度高 工作平穩(wěn) 可靠 液壓傳動噪聲小 勞動條件比較好 所以本設計選用液壓裝置 圖 2 7 液壓裝置的油路圖設計 設計如圖 2 7 油液經(jīng)濾油器 12 進入柱塞泵 8 通過單向 閥 7 與快換接頭 3 進入夾具液壓缸 1 電接點壓力表用于顯示液壓系統(tǒng)的工作壓力 溢 流閥的作用是防止系統(tǒng)過濾 電磁卸荷閥 10 兼有卸荷 換向 保壓的作用 9 2 2 鉆床夾具的設計 2 2 1 鉆床夾具的定位方案設計 1 定位方式的選擇 在本次鉆床夾具設計中 和前面銑床夾具定位基準選擇的原則一樣 盡可能的選 用工序基準為定位基準 即遵循所謂的基準重合原則 當用多個表面定位的時 應選 擇其中一個較大的表面為主要定位基準 有利于工件裝夾的平穩(wěn) 保證夾具能有效夾 緊以及保證工件不至于變形等 本次鉆床夾具設計中 根據(jù)在制訂工藝規(guī)程所選用的 定位基準 上蓋底部大接合面 所以選擇底部大接合面為定位基準 此次設計的鉆床夾具用于鉆 擴上蓋內(nèi)壁階梯孔 選用的機床為立式鉆床 Z550 所以工件在夾具中應該是豎直放置 考慮到鉆孔的精度要求較高 定位應該選擇完全 定位 具體的布置就是在大接合面上用兩塊支承板限制 三個自由度 在上蓋 x zy 29 的一側用一個固定支承釘限制一個自由度 在上蓋豎直放置時候 為了保證工件不 y 在 YOZ 平面內(nèi)轉(zhuǎn)動 所以在其底部用一托槽限制其兩個自由度 這樣 支承板 z x 支承釘 托槽三者就將工件的六個自由度都限制了 實現(xiàn)了完全定位 2 定位元件的設計 1 支承板 在前面的銑床夾具設計中 由于考慮到當時的底部大接合面尚未加工 作為粗基 準只能用支承釘定位 但在鉆床夾具設計中 大接合面已經(jīng)精加工 所以適合用兩塊 支承板定位了 支承板較之前面的支承釘能大大的增大受力面積 更好的保證工件受 力不變形 支承板類型選用 A 型 用于頂面和側面定位 由于采用了兩個支承板 所 以按照要求 在其裝配后磨平工作面 以保證等高性 2 支承釘 此次用到了一個側面的固定支撐釘 宜選用 C 型 參見圖 2 2 c 3 托槽 此次在工件定位中用到了托槽來限制 兩個自由度 具體形狀參見圖 2 8 所示 z x 圖 2 8 托槽實際上是平面支承的一個演化 考慮到實際情況 工件的長側邊厚度較小 10mm 且長度尺寸較大 330mm 所以選用標準的支承板來定位是不行的 托槽 槽寬尺寸為 14mm 大于上蓋側邊厚度 10mm 主要是考慮到托槽只是起到一個 托 的 作用 兩邊都留有適當間隙是為防止工件安裝時被槽的某一側擋到 使得工件過定位 30 2 2 2 鉆床夾具的定位誤差分析 1 鉆孔距底面高度尺寸 37 mm 的定位誤差分析1 0 對于此次設計的鉆床夾具 工件的設計基準為上蓋底部大接合面 而工序基準也 為底部大接合面 所以 基準不重合誤差 0 因為不存在制造不準確的定位副 所B 以 定位基準位移誤差 0mm 所以 深度尺寸的定位誤差為 0 mmY DBY 2 鉆孔與工藝定位孔間距尺寸 134 mm 的定位誤差分析1 0 階梯孔尺寸 134 mm 的設計基準為工藝定位孔 而本工序中的工序基準為工1 0 件外側邊 所以存在基準不重合誤差 由零件圖知其基準不重合誤差值等于工序尺寸 公差值 即 0 05 0 05 0 1mm 因為不存在制造不準確的定位副 所以 定位基B 準位移誤差 0mm 所以該尺寸的定位誤差 0 1mmY DBY 2 2 3 鉆削力與夾緊力的計算 1 鉆削力的計算 采用的是高速鋼鉆頭 故而進給力計算公式 查表得 2 4 FfYZff kdCFfFf 式中 鉆削進給力 N fF 安全系數(shù) yk 鉆頭直徑 mm 0d 系數(shù) 由被加工的材料性質(zhì)和鉆削條件決定 yFfYZC 此工序鉆 8 5mm 孔 由文獻查表得安全系數(shù)為 0 1 0 1 5 264 30 kk 2 5 6 9 HBp 所以 35 0 17 6 min pk92 ax 取 31 1 pk 所以鉆削力為 FfYZffdGFfFf 中其他參數(shù)查表得 3 0 5 8842 fCFf 所以 NFf 24861 0 1 2 13 05 84281 2 夾緊力的計算 由于工件受的鉆削力在豎直平面上的分力 P 是方向大小恒定不變的力 但在水平y(tǒng) 面內(nèi) 是一圓周力 大小不變 方向時刻變化 在估算夾緊力的時候 應該考慮到鉆 削力分力 P 在垂直定位平面方向和垂直定位平面方向上的兩種情況 并分別計算取大x 值 1 分力 P 在定位平面法線方向時x 此時工件受力情況如下圖 2 9 所示 圖 2 9 根據(jù)受力情況對工件進行靜平衡計算 32 Y 方向受力平衡 0 Y 即 2 NGPy X 方向平衡 0 X 即 21 WPx 又相對與原點的轉(zhuǎn)距和為 0 即 0 OM 即 02375143251472 xyPGNW 又相對于鉆削點處的轉(zhuǎn)矩為零 即 21 NW 又已知 FPfyx486 21 G 500N 估算 將數(shù)據(jù)帶入上述方程解得理論夾緊力 W 1153 N 2 分力 P 在定位平面切向時x 此時工件受力情況如圖 2 10 所示 33 圖 2 10 根據(jù)受力情況對工件進行靜平衡計算 Y 方向受力平衡 0 Y 即 2 NGPy X 方向平衡 0 X 即 21 ffxWP 又相對與原點的轉(zhuǎn)距和為 0 即 0 OM 即 02143 21 xyff PN 又有 NFPfyx486 2 1Wf 21fNf G 500N 估算 且由資料查得夾緊塊對工件的摩擦系數(shù) 4 0 5 3011 ff取 支承板對工件的摩擦系數(shù) 2 2ff取 將數(shù)據(jù)帶入上述方程解得理論夾緊力 W 1520 N 所以 夾緊裝置的夾緊力應該取較大值 W 1520 N 查資料選定安全系數(shù) 6543210KK 由資料查得 0 1 654 3210 34 所以 69 10 10 3 1 K 工件夾緊需要的夾緊力大約為 NW25869 5 2 2 4 夾具的夾緊裝置與機構設計 因為工件是大量生產(chǎn) 夾緊力又比較大 所以采用液壓夾緊 液壓缸選用通用系 列查設計手冊 選用凸緣式油缸 7 本設計中選擇由兩個液壓缸直接頂起夾緊塊進行壓緊 壓緊有效 快速 可以提 高生產(chǎn)率 具體的機構設計如圖 2 11 所示 圖 2 11 在上圖的機構中 工件豎直由右向左從托槽中插入 直至工件頂?shù)阶髠鹊闹С嗅?然后在啟動液壓缸 活塞推動夾緊塊夾緊工件 同樣 考慮到保護工件不致因為夾緊 力太大而變形 所以應該保證活塞桿在接近其行程末端 留有適當余量 處頂桿開始 頂起夾緊塊 余量也不能太小 否則夾緊力不夠 不能有效夾緊 35 考慮到工件具體安裝的情況 由于夾緊塊夾緊作用的面不是工件的最高面 相對 底部大接合面而言 選擇液壓缸型號的時候應該考慮到其活塞行程問題 當安裝工件 的時候 兩個液壓缸此時都以回油卸載 活塞退回至行程起點 如果選用的液壓缸的 活塞行程太短 活塞上的夾緊塊退回行程不夠 工件插入的時候就會被夾緊塊擋到 根本不能通過 這樣的錯誤是不允許的 此次選用的液壓缸活塞行程 25mm 經(jīng)尺寸驗 算 滿足要求 本夾緊裝置中用到的凸緣式液壓缸的裝配圖如圖 2 12 所示 其中各主要零件如表 2 2 1 所示 圖 2 12 表 2 2 1 凸緣式液壓缸零件列表 mm 件號 1 2 3 4 5 6 7 8 C L 名稱 端蓋 螺釘 密封圈 缸體 密封圈 彈簧 活塞 密封圈 數(shù)量 1 6 1 1 1 1 1 1 規(guī)格 M8 20 46 No 2 40 3 5 260 No 2 24 25 95 36 本夾緊機構中用到的夾緊塊是非標準件 作用部分為鑄件材料為灰鑄鐵 HT200 與后面的直桿焊接而成 2 2 5 鉆床夾具的動力裝置設計 此次鉆床夾具的動力裝置和前面的銑床一樣 選用液壓動力 具體設計思路如前 所述 在此不再贅述 37 3 專用刀 量具設計 3 1 專用刀具設計 變速箱上蓋的加工中有很多工序都是關于孔的加工 基本都是采用專用刀具或復 合刀具進行加工的 復合刀具就是把兩把或兩把以上單個孔加工刀具組合起來的刀具 由于它具有生產(chǎn)率高 加工精度高 加工成本低 加工范圍廣等優(yōu)點 因此廣泛應用 于大批量生產(chǎn)中 本次刀具設計的有關工序就是鉆 鉸裝配定位孔 2 13 此工序用到的刀具就03 1 是鉆鉸復合刀具 3 1 1 鉆鉸復合刀具設計應考慮的問題 設計鉆 鉸復合刀具時 對各把刀具的直徑及公差 齒數(shù)及齒形 幾何參數(shù)以及 有關機構尺寸等的設計均可參照各種孔加工刀具原有設計方法進行 但是還應考慮一 些其他的問題 1 切削圖形 因為要加工的裝配定位孔是一個通孔 這就決定切削圖形采用的方案是個各階刀 具 順序加工 但要注意的是切削時應該盡量使各把刀具的切削負荷均衡 2 刀具的結構形式 復合刀具的結構形式分為整體式和裝配式 因為裝配式復合刀具適用于粗加工刀 具和前 后刀具直徑相差較大的復合孔加工刀具以及需要韌磨端齒的復合孔加工刀具 而整體是刀具適用于精加工的復合孔加工刀具和前 后刀具直徑相差不太大的刀具 所以選擇的刀具形式是整體式 3 刀具材料 刀具材料選擇的是否恰當對刀具的生產(chǎn)率有重要的影響 在設計刀具時一開始就 應考慮正確選擇刀具材料 刀具材料目前主要還是高速鋼和硬質(zhì)合金 因為硬質(zhì)合金比高速鋼及其他工具鋼 生產(chǎn)率高的多 因此 在能采用硬質(zhì)合金的情況下應竟可能的采用 這是一個提高刀 具生產(chǎn)率的十分重要的方向 但是由于目前硬質(zhì)合金鋼的性能還有許多缺憾 如脆性 大 極難加工等 使它在許多刀具上應用困難 因而目前許多復雜刀具及切削條件差 38 的刀具主要還是應用高速鋼 選擇型號為 W18Cr4V 63HRC 4 刀體材料 刀體的材料要求強度要足夠的高 本次設計的復合刀具選用比較常用的 9SiCr 做 刀 體的材料 5 妥善解決刀具的排屑 容屑問題 任何刀具在切削過程中都將切下很多切屑 必須妥善的處理切屑 使它能順利的 不段排出 或自由容納在容屑槽內(nèi) 才能保證刀具的正常工作 否則 將發(fā)生卻屑堵 塞現(xiàn)象 甚至損壞刀具 在本次設計中 由于考慮到要加工的孔是只有 10mm 深的通 孔 而且工件材料為鑄鐵 所以從加工的條件來看 對刀具的排屑要求并不是很高 6 刀齒安排 復合刀具前后刀具刀齒有錯開和對齊兩種形式 錯開前后刀齒的情形適用于前后 刀具位置很近的場合 這樣銑削前面刀齒的齒槽和齒背的時候就不會碰傷后面的刀齒 了 對齊前后刀齒適用于一般情形 最大的優(yōu)點就是制造方便 成本較低 考慮到本 次設計的刀具前后刀齒不是很近 所以選擇對齊的形式比較好 7 導向裝置 導向裝置主要適用于刀具細長 加工精度要求很高 以及加工孔距較大的同軸孔 時 可以使刀具在加工時保持正確位置 減少刀具懸伸量 提高工藝系統(tǒng)剛性 當?shù)?具較短 且加工精度要求不是相當高的時候 可以不用導向裝置 考慮到具體的情況 本次刀具設計就不需設計導向裝置 7 10 12 3 1 2 鉆鉸復合刀具設計步驟及方法 鉆鉸復合刀具的設計主要分為鉆刀設計和鉸刀設計 具體設計步驟及方法見下表 表 3 1 鉆鉸復合刀具設計步驟及方法 mm 序 號 名稱 符號 參考公式或表格 計算實例 麻 花 鉆 部 分 1 麻花鉆直徑 d 鉆 機械加工工藝設計實用手冊 取 d 12 7鉆 39 表 12 26 2 鉆心直徑 d 0d 0 12 0 15 d 鉆 取 d 1 700 3 麻花鉆材料 選高速鋼 W18Cr4V 63HRC 4 幾何參數(shù) 2 r B K q f 實用手冊 表 12 25 取 2 118 30 45 r B 7 50 K 2 00 q 11 80 f 0 95 12 55 5 工作部分長度 l 1 取 l 45mm1 6 直徑公差 工藝裝備應用手冊 表 1 3 10 取麻花鉆直徑公差 12 70027 7