汽车变速器操纵盖工艺及钻4-φ9孔夹具设计【含CAD图纸+PDF图纸+文档】
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编号: 采用遗传算法优化加工夹具定位和加紧位置Necmettin Kaya*Department of Mechanical Engineering, Uludag University, Gorukle, Bursa 16059, Turkey Received 8 July 2004; accepted 26 May 2005Available online 6 September 2005摘 要工件变形的问题可能导致机械加工中的空间问题。支撑和定位器是用于减少工件弹性变形引起的误差。支撑、定位器的优化和夹具定位是最大限度的减少几何在工件加工中的误差的一个关键问题。本文应用夹具布局优化遗传算法(GAs)来处理夹具布局优化问题。遗传算法的方法是基于一种通过整合有限的运行于批处理模式的每一代的目标函数值的元素代码的方法,用于来优化夹具布局。给出的个案研究说明已开发的方法的应用。采用染色体文库方法减少整体解决问题的时间。已开发的遗传算法保持跟踪先前的分析设计,因此先前的分析功能评价的数量降低大约93%。结果表明,该方法的夹具布局优化问题是多模式的问题。优化设计之间没有任何明显的相似之处,虽然它们提供非常相似的表现。关键词:夹具设计;遗传算法;优化1. 引言夹具用来定位和束缚机械操作中的工件,减少由于对确保机械操作准确性的夹紧方案和切削力造成的工件和夹具的变形。传统上,加工夹具是通过反复试验法来设计和制造的,这是一个既造价高又耗时的制造过程。为确保工件按规定尺寸和公差来制造,工件必须给予适当的定位和夹紧以确保有必要开发工具来消除高造价和耗时的反复试验设计方法。适当的工件定位和夹具设计对于产品质量的精密度、准确度和机制件的完饰是至关重要的。从理论上说,3-2-1定位原则对于定位所有的棱柱形零件是很令人满意的。该方法具有最大的刚性与最少量的夹具元件。从动力学观点来看定位零件意味着限制了自由移动物体的六自由度(三个平动自由度和三个旋转自由度)。在零件下部设置三个支撑来建立工件在垂直轴方向的定位。在两个外围边缘放置定位器旨在建立工件在水平x轴和y轴的定位。正确定位夹具的工件对于制造过程的全面准确性和重复性是至关重要的。定位器应该尽可能的远距离的分开放置并且应该放在任何可能的加工面上。放置的支撑器通常用来包围工件的重力中心并且尽可能的将其分开放置以维持其稳定性。夹具夹子的首要任务是固定夹具以抵抗定位器和支撑器。不应该要求夹子反抗加工操作中的切削力。对于给定数量的夹具元件,加工夹具合成的问题是寻找夹具优化布局或工件周围夹具元件的位置。本篇文章提出一种优化夹具布局遗传算法。优化目标是研究一个二维夹具布局使工件不同位置上最大的弹性变形最小化。ANSYS程序以用于计算工件变形情况下夹紧力和切削力。本文给出两个实例来说明给出的方法。2. 回顾相关工程结构最近几年夹具设计问题受到越来越多的重视。然而,很少有注意力集中于优化夹具布局设计。Menassa和Devries用FEA计算变形量使设计准则要求的位点的工件变形最小化。设计问题是确定支撑器位置。Meyer和Liou提出一个方法就是使用线性编程技术合成动态编程条件中的夹具。给出了使夹紧力和定位力最小化的解决方案。Li和Melkote用非线性规划方法解决布局优化问题。这个方法使工件位置误差最小化归于工件的局部弹性变形。Roy和Liao开发出一种启发式方法来计划最好的支撑和夹紧位置。Tao等人提出一个几何推理的方法来确定最优夹紧点和任意形状工件的夹紧顺序。Liao和Hu提出一种夹具结构分析系统这个系统基于动态模型分析受限于时变加工负载的夹具工件系统。本文也调查了夹紧位置的影响。Li和Melkote提出夹具布局和夹紧力最优合成方法帮我们解释加工过程中的工件动力学。本文提出一个夹具布局和夹紧力优化结合的程序。他们用接触弹性建模方法解释工件刚体动力学在加工期间的影响。Amaral等人用ANSYS验证夹具设计的完整性。他们用3-2-1方法。ANSYS提出优化分析。Tan等人通过力锁合、优化与有限建模方法描述了建模、优化夹具的分析与验证。以上大部分的研究使用线性和非线性编程方式这通常不会给出全局最优解决方案。所有的夹具布局优化程序开始于一个初始可行布局。这些方法给出的解决方案在很大程度上取决于初始夹具布局。他们没有考虑到工件夹具布局优化对整体的变形。GAs已被证明在解决工程中优化问题是有用的。夹具设计具有巨大的解决空间并需要搜索工具找到最好的设计。一些研究人员曾使用GAs解决夹具设计及夹具布局问题。Kumar等人用GAs和神经网络设计夹具。Marcelin已经将GAs用于支撑位置的优化。Vallapuzha等人提出基于优化方法的GA,它采用空间坐标来表示夹具元件的位置。夹具布局优化程序设计的实现是使用MATLAB和遗传算法工具箱。HYPERMESH和MSC / NASTRAN用于FE模型。Vallapuzha等人提出一些结果关于一个广泛调查不同优化方法的相对有效性。他们的研究表明连续遗传算法提出了最优质的解决方案。Li和Shiu使用遗传算法确定了夹具设计最优配置的金属片。MSC/NASTRAN已经用于适应度值评价。Liao提出自动选择最佳夹子和夹钳的数目以及它们在金属片整合的夹具中的最优位置。Krishnakumar和Melkote开发了一种夹具布局优化技术,它是利用遗传算法找到了夹具布局,由于整个刀具路径中的夹紧力和加工力使加工表面变形量最小化。通过节点编号使定位器和夹具位置特殊化。一个内置的有限元求解器研制成功。一些研究没考虑到整个刀具路径的优化布局以及磨屑清除。一些研究采用节点编号作为设计参数。在本研究中,开发GA工具用于寻找在二维工件中的最优定位器和夹紧位置。使用参考边缘的距离作为设计参数而不是用FEA节点编号。真正编码遗传算法的染色体的健康指数是从FEA结果中获得的。ANSSYS用于FEA计算。用染色体文库的方法是为了减少解决问题的时间。用两个问题测试已开发的遗传算法工具。给出的两个实例说明了这个开发的方法。本论文的主要贡献可以概括为以下几个方面:(1)开发了遗传算法编码结合商业有限元素求解;(2)遗传算法采用染色体文库以降低计算时间;(3)使用真正的设计参数,而不是有限元节点数字;(4)当工具在工件中移动时考虑磨屑清除工具。3. 遗传算法概念遗传算法最初由John Holland开发。Goldberg出版了一本书,解释了这个理论和遗传算法应用实例的详细说明。遗传算法是一种随机搜索方法,它模拟一些自然演化的机制。该算法用于种群设计。种群从一代到另一代演化,通过自然选择逐渐提高了适应环境的能力,更健康的个体有更好的机会,将他们的特征传给后代。该算法中,要基于为每个设计计算适合性,所以人工选择取代自然环境选择。适应度值这个词用来指明染色体生存几率,它在本质上是该优化问题的目标函数。生物定义的特征染色体用代表设计变量的字符串中的数值代替。被公认的遗传算法与传统的梯度基础优化技术的不同主要有如下四种方式:(1)遗传算法和问题中的一种编码的设计变量和参数一起工作而不是实际参数本身。(2)遗传算法使用种群类型研究。评价在每个重复中的许多不同的设计要点而不是一个点顺序移动到下一个。(3)遗传算法仅仅需要一个适当的或目标函数值。没有衍生品或梯度是必要的。(4)遗传算法以用概率转换规则来发现新设计为探索点而不是利用基于梯度信息的确定性规则来找到这些新观点。4. 方法4.1 夹具定位原则加工过程中,用夹具来保持工件处于一个稳定的操作位置。对于夹具最重要的标准是工件位置精确度和工件变形。一个良好的夹具设计使工件几何和加工精度误差最小化。另一个夹具设计的要求是夹具必须限制工件的变形。考虑切削力以及夹紧力是很重要的。没有足够的夹具支撑,加工操作就不符合设计公差。有限元分析在解决这其中的一些问题时是一种很有力的工具。棱柱形零件常见的定位方法是3-2-1方法。该方法具有最大刚体度以及最小夹具元件数。在三维中一个工件可能会通过六自由度定位方法快速定位为了限制工件的九个自由度。其他的三个自由度通过夹具元件消除了。基于3-2-1定位原理的二位工件布局的例子如图4。图4 3-2-1对二维棱柱工件定位布局定位面得数量不得超过两个避免冗余的位置。基于3-2-1的夹具设计原则有两种精确的定位平面包含于两个或一个定位器。因此,在两边有最大的夹紧力抵抗每个定位平面。夹紧力总是指向定位器为了推动工件接触到所有的定位器。定位点对面应定位夹紧点防止工件由于夹紧力而扭曲。因为加工力沿着加工面,所以有必要确保定位器的反应力在所有时间内是正的。任何负面的反应力表示工件从夹具元件中脱离。换句话说,当反应力是负的时候,工件和夹具元件之间接触或分离的损失可能发生。定位器内正的反应力确保工件从切削开始到结束都能接触到所有的定位器。夹紧力应该充分束缚和定位工件且不导致工件的变形或损坏。本文不考虑夹紧力的优化。4.2 基于夹具布局优化方法的遗传算法在实际设计问题中,设计参数的数量可能很大并且它们对目标函数的影响会是非常复杂的。目标函数曲线必须是光滑的并且需要一个程序计算梯度。遗传算法在理念上远不同于其他的探究方法,它们包括传统的优化方法和其他随机方法。通过运用遗传算法来对夹具优化布局,可以获得一个或一组最优的解决方案。本项研究中,最优定位器和夹具定位使用遗传算法确定。它们是理想的适合夹具布局优化问题的方法因为没有直接分析的关系存在于加工误差和夹具布局中。因为遗传算法仅仅为一个特别的夹具布局处理设计变量和目标函数值,所以不需要梯度或辅助信息。建议方案流程图如图5。使用开发的命名为GenFix的Delphi语言软件来实现夹具布局优化。位移量用ANSYS软件计算。通过WinExec功能在GenFix中运行ANSYS很简单。GenFix和ANSYS之间相互作用通过四部实现:(1)定位器和夹具位置从二进制代码字符串中提取作为真正的参数。(2)这些参数和ANSYS输入批处理文件(建模、解决方案和后置处理)用WinExec功能传给ANSYS。(3)解决后将位移值写成一个文本文件。(4)GenFix读这个文件并为当前定位器和夹紧位置计算适应度值。为了减少计算量,染色体与适应度值储存在一个文库里以备进一步评估。GenFix首先检查是否当前的染色体的适应度值已经在之前被计算过。如果没有,定位器位置被送到ANSYS,否则从文库中取走适应度值。在初始种群产生过程中,检查每一个染色体可行与否。如果违反了这个原则,它就会出局然后新的染色体就产生了。这个程序创造了可行的初始种群。这保证了初始种群的每个染色体在夹紧力和切削力作用下工件的稳定性。用两个测试用例来验证提到的遗传算法计划。第一个实例是使用Himmelblau功能。在第二个测试用例中,遗传算法计划用来优化均布载荷作用下梁的支撑位置。图5 设计方法的流程与ANSYS相配合流程5. 夹具布局优化的个案研究该夹具布局优化问题的定义是:找到定位器和夹子的位置以使在特定区工件变形降到最小程度。那么多的定位器和夹子并不是设计参数因为它们在3-2-1方案中是已知的和固定的。因此,设计参数的选择如同定位器和夹子的位置。本研究中不考虑摩擦力。两个实例研究来说明以提出的方法。6. 结论本文提出了一个夹具布局优化的评价优化技术。ANSYS用于FE计算适应度值。可以看到,遗传算法和FE方法的结合对当今此类问题似乎是一种强大的方法。遗传算法特别适合应用于解决那些在目标函数和设计变量之间不存在一个定义明确的数学关系的问题。结果证明遗传算法在夹具布局优化问题方面的成功应用。本项研究中,遗传算法在夹具布局优化应用中的主要困难是较高的计算成本。种群中每个染色体需要工件的重啮合。但是,染色体库的使用,FE评价的数量从6000下降到415。这就导致了巨大的增益计算效益。其他减少处理时间的方法是在局域网内使用分布式计算。该方法结果表明,夹具布局优化问题是多模态问题。优化设计之间没有任何明显的相似之处尽管他们提供非常相似的表现。结果表明夹具布局问题是多模态问题然而用于夹具设计的启发式规则应该用于遗传算法来选择最优的设计。 XX学院机械加工工序卡片产品代号零件图号共8页产品名称变速器零件名称操纵盖第1页车间工序号工序名称材料牌号20铣ADC12毛坯种类 毛坯外形尺寸每台毛坯可制件数每台件数铸件97X61X7111设备名称设备型号设备编号同时加工件数普通铣床X50321夹具名称夹具编号切削液铣面夹具柴油工步工步内容工艺装备主轴转速(rmin)切削速度(mmin)进给量(mmr)切削深度(mm)走刀次数1粗铣、精铣97,高74底部大端面游标卡尺,面铣刀5001.8201.002设计(日期)校对(日期)审核(日期)处数更改文件号签字日期张国东XX学院机械加工工序卡片产品代号零件图号共8页产品名称变速器零件名称操纵盖第2页车间工序号工序名称材料牌号30铣ADC12毛坯种类毛坯外形尺寸每台毛坯可制件数每台件数铸件97X61X7111设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X50321夹具名称夹具编号切削液铣面夹具柴油工步工步内容工艺装备主轴转速(rmin)切削速度(mmin)进给量(mmr)切削深度(mm)走刀次数1粗铣、精铣32顶部端面游标卡尺,面铣刀55062.170.31.02设计(日期)校对(日期)审核(日期)处数更改文件号签字日期张国东XX学院机械加工工序卡片产品代号零件图号共8页产品名称变速器零件名称操纵盖第3页 车间工序号工序名称材料牌号40钻、绞ADC12毛坯种类毛坯外形尺寸每台毛坯可制件数每台件数铸件97X61X7111设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z30501夹具名称夹具编号切削液专用夹具 工步工步内容工艺装备主轴转速(rmin)切削速度(mmin)进给量(mmr)切削深度(mm)走刀次数1钻底孔13,绞13孔至尺寸13钻头,14机用铰刀550257.480.331.01设计(日期)校对(日期)审核(日期) 处数更改文件号签字日期张国东XX学院机械加工工序卡片产品代号零件图号共8页产品名称变速器零件名称操纵盖第4页车间工序号工序名称材料牌号50钻直孔ADC12毛坯种类毛坯外形尺寸每台毛坯可制件数每台件数铸件97X61X7111设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z30501夹具名称夹具编号切削液钻孔夹具柴油工步工步内容工艺装备主轴转速(rmin)切削速度(mmin)进给量(mmr)切削深度(mm)走刀次数1钻8底孔8钻头30063.300.272.912绞直孔9机用铰刀40066.470.250.12设计(日期)校对(日期)审核(日期)处数更改文件号签字日期张国东XX学院机械加工工序卡片产品代号零件图号共8页产品名称变速器零件名称操纵盖第5页车间工序号工序名称材料牌号60钻、绞ADC12毛坯种类毛坯外形尺寸每台毛坯可制件数每台件数铸件97X61X7111设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z30501夹具名称夹具编号切削液钻孔夹具柴油工步工步内容工艺装备主轴转速(rmin)切削速度(mmin)进给量(mmr)切削深度(mm)走刀次数1钻25深7.5直孔5麻花钻30060.290.44.512绞直孔6机用铰刀400700.64.92设计(日期)校对(日期)审核(日期)处数更改文件号签字日期张国东XX学院机械加工工序卡片产品代号零件图号共8页产品名称变速器零件名称操纵盖第6页车间工序号工序名称材料牌号70锪20凸台至尺寸ADC12毛坯种类毛坯外形尺寸每台毛坯可制件数每台件数铸件97X61X7111设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z30501夹具名称夹具编号切削液钻孔夹具柴油工步工步内容工艺装备主轴转速(rmin)切削速度(mmin)进给量(mmr)切削深度(mm)走刀次数1锪平20凸台至尺寸20锪钻6009851设计(日期)校对(日期)审核(日期)处数更改文件号签字日期张国东XX学院机械加工工序卡片产品代号零件图号共8页产品名称变速器零件名称操纵盖第7页车间工序号工序名称材料牌号80钻、攻M8X1.25-6H螺纹孔底孔7,攻M8牙ADC12毛坯种类毛坯外形尺寸每台毛坯可制件数每台件数铸件97X61X7111设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z30501夹具名称夹具编号切削液钻孔夹具柴油工步工步内容工艺装备主轴转速(rmin)切削速度(mmin)进给量(mmr)切削深度(mm)走刀次数1钻M8X1.25-6H螺纹底孔77钻头,M8丝攻55062.170.31.012攻M8X1.25-6H M8牙600750.20.52设计(日期)校对(日期)审核(日期)处数更改文件号签字日期张国东XX学院机械加工工序卡片产品代号零件图号共8页产品名称变速器零件名称操纵盖第8页车间工序号工序名称材料牌号90粗镗、半精镗25H8深8孔至尺寸ADC12毛坯种类毛坯外形尺寸每台毛坯可制件数每台件数铸件97X61X7111设备名称设备型号设备编号同时加工件数镗床C61131夹具名称夹具编号切削液镗孔夹具柴油 工步工步内容工艺装备主轴转速(rmin)切削速度(mmin)进给量(mmr)切削深度(mm)走刀次数1粗镗25H8深8孔 镗夹具 粗镗刀 精镗刀 550257.480.331.012精镗25H8深8孔60032.660.450.252设计(日期)校对(日期)审核(日期) 处数更改文件号签字日期张国东XX学院机械加工过程卡产品名称 变速器零件名称操纵盖共 1 页第 1 页产品型号零件编号No材料名称及牌号ADC12机械性能HB190零件毛重1.56Kg每台零件数毛坯外形尺寸97X61X71毛坯类型压铸零件净重1.2Kg每批数量车 间工序号工 序 名 称设 备工 具 名 称 及 编 号工件等级单件工时(分)备 注型 号 与 名 称夹 具刀 具量 具辅 具铸造00压铸、清理热处理10退火处理机加20粗铣、精铣97,高74底部大端面X5032铣面夹具面铣刀游标卡尺、铣刀盘机加30粗铣、精铣32顶部端面X5032铣面夹具面铣刀游标卡尺、铣刀盘机加40钻底孔13,绞13孔至尺寸Z3050专用夹具13钻头,14机用铰刀游标卡尺机加50钻、绞直孔Z3050钻孔夹具8钻头,9机用铰刀游标卡尺机加60钻、绞Z3050钻孔夹具5钻头,6机用铰刀游标卡尺机加70锪平20凸台至尺寸Z3050钻孔夹具20锪钻游标卡尺80钻、攻M8X1.25-6H螺纹孔底孔7,攻M8牙Z3050钻孔夹具7钻头,M8丝攻游标卡尺机加90粗镗、半精镗25H8深8孔至尺寸T6113镗孔夹具内孔镗刀内径千分尺钳工100倒棱,去毛刺钳工台平板锉质检110检验检验台上过 更程 改卡 栏通知书写修改代号数量签 字日期通知书写修改代号数量签 字日期产 更品 改图 栏更 改 代 号制 定张国东校对审核会 签批 准学 科 类:工科 学 号:学校代码: 密 级:2015届本科生毕业论文汽车变速器操纵盖工艺及工装夹具设计说明书 院 系: 机电工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 姓 名: 指导教师: 答辩日期: 二一五年三月摘 要 本次设计的主要内容是操纵盖加工工艺规程及孔钻孔夹具的设计。操纵盖主要是用在汽车变速器上面,其主要加工表面及控制位置为长度为97的底部大端面和以及。由零件要求分析可知,保证孔的精度尺寸的同时应该尽量保证其与底部大端面的垂直度,这对于后工序装配和总成使用上来说都有重要影响。所以,工序安排时,采取以97的底部大端面粗定位夹紧加工后,对孔进行钻削加工同时成型。因其粗糙度为Ra12.5,可通过钻、绞孔来满足。对于钻孔时,主要以操纵盖的97的底部大端面定位,控制其自由度,以达到加工出来的产品满足要求并且一致性好的目的。本文的研究重点在于通过对操纵盖的工艺性和力学性能分析,对加工工艺进行合理分析,选择确定合理的毛坯、加工方式、设计高效、省力的夹具,通过实践验证,最终加工出合格的操纵盖零件。 【关键词】操纵盖 加工工艺 夹具设计 夹具AbstractThe connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally . 【Keyword】Connecting rod Deformination Processing technology Design of clamping device目录摘要3Abstract4第一章 绪 论4第二章 零件的分析5 2.1、零件的作用5 2.2、零件的工艺分析5第三章 毛坯的确定以及毛坯图和零件图的绘出8 3.1、分析毛坯的制作以及其组成8 3.2、加工余量和工序、毛坯尺寸的确定8第四章 操纵盖的工艺规程的设计10 4.1、确定定位基准10 4.2、工艺路线的确定10 4.3、选择加工设备及刀、夹、量具14 4.4 确定切削用量及基本工时16 4.4.1粗铣、精铣97,高74底部大端面17 4.4.2 粗铣、精铣32顶部端面18 4.4.3钻底孔13,绞13孔至尺寸18 4.4.4钻、绞直孔19 4.4.5钻、绞20 4.4.6锪平20凸台至尺寸23 4.4.7钻、攻M8X1.25-6H螺纹孔底孔7,攻M8牙24 4.4.8粗镗、半精镗25H8深8孔至尺寸25第五章 钻孔夹具的设计27 5.1选择定位基准28 5.2分析误差29 5.3夹具的夹紧力和切削力的计算305.4夹紧元件及动力装置确定335.5夹具设计及操作的简要说明35小结36参考文献37致 谢38第一章 绪 论本文首先对操纵盖的零件进行分析,通过对操纵盖进行的研究和分析,描述了操纵盖零件的加工工艺的制定,各工序的加工工艺的分析以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了提高劳动生产率,降低劳动强度,保证加工质量,与指导老协商后,觉得用夹具比较合适。在这次毕业设计中,根据课题所给的零件图、技术要求,通过查阅相关资料和书籍,了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤,并运用这些方法和步骤进行了操纵盖的机械加工工艺及夹具设计。整个设计的指导思想“简便、高效、经济”。力求生产处符合要求的产品。第二章 零件的分析2.1 零件的作用题目所给的零件是操纵盖,而操纵盖一般是压铸机压铸而成,上面钻或铣有直孔或者是螺纹孔,其作用是用来与其它部件进行连接的。同时操纵盖零件一般都是用在汽车变速器上面,而本课题的任务就是”汽车变速器操纵盖工艺及工装夹具设计“。2.2 零件的工艺分析(1)以零件图里正视于我们的面作为加工面。 操纵盖的加工,中间孔的加工,底部大端面的加工,其中孔的表面粗糙度要求为,孔的表面粗糙度要求同样为,底部大端面的表面粗糙度为;(2)以剖视图中心轴线为中心的主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括: 内孔的镗削加工以及孔的钻、绞削加工。(3)以左视图视图方向的主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括:内孔的钻、绞削加工,以及M8X1.25-6H螺孔的加工。以下是该操纵盖零件的零件图。图1-1 操纵盖零件图主视图图1-2 操纵盖图左视图图1-3 操纵盖图剖视图第三章 确毛坯的确定以及毛坯图和零件图的绘出3.1、分析毛坯的制作以及其组成“操纵盖”零件材料采用压铸而成。材料为ADC12,需要退火处理,生产类型为大批量生产,采用铸造毛坯。由于零件尺寸不大,结构比较复杂,因此我们采用压铸的形式,从而提高劳动生产率,降低成本。3.2、加工余量和工序、毛坯尺寸的确定3.2.1、长度97,高74底部大端面的加工余量 通过分析操纵盖的各个工序,我们可以得知,加工长度97,高74底部大端面的时是需要经过铣削加工得到,所以各个工序的加工余量具体分配如下:根据标准,当材料为压铸件,且为ADC12时,粗铣的加工余量为2.1-6.5mm,根据实际情况,在这里,我们取2.5mm.其厚度偏差我们取-0.28mm。同样地,根据标准,当材料为压铸件,且为ADC12钢时,精铣的加工余量为0.8-1.0mm,根据实际情况,在这里,我们取1mm.其厚度偏差我们取-0.28mm。所以通过计算可知:毛坯尺寸为:74+2.5+2.5=79mm。经查表实用机械制造工艺设计手册可得,由于工件为ADC12钢,根据标准,压铸件的尺寸公差为CT6级,于是就有操纵盖毛坯的尺寸公差为1.5mm。 根据以上分析可知:操纵盖毛坯件的理论尺寸经计算得:74+2.5+2.5=79mm 操纵盖毛坯件的理论最小尺寸经计算得:79-0.8=78.2mm 操纵盖毛坯件的理论最大尺寸经计算得:79+0.8=79.8mm 操纵盖毛坯件的理论经过粗铣后的最大尺寸经计算得:79.8-1-1=77.8mm 操纵盖毛坯件的理论经过粗铣后的最小尺寸经计算得:78.2-1-1=76.2mm 操纵盖经过精铣后,尺寸与图示相符。3.2.2、钻、绞直孔内孔的加工余量 通过分析操纵盖的各个工序,我们可以得知,加工的时候是需要经过钻、绞两个工序得到,所以各个工序的加工余量具体分配如下:根据标准,当材料为铸件,且为ADC12钢时,钻孔的加工余量为2.0mm。根据标准,当材料为铸件,且为ADC12钢时,绞孔的加工余量为0.3mm。根据以上分析可知:操纵盖毛坯件的理论尺寸经计算得:9-2-2=5;经查表实用机械制造工艺设计手册可得,由于工件为ADC12钢,根据标准,铸件的尺寸公差为CT6级,于是就有操纵盖毛坯的尺寸公差为1.1mm。 根据以上分析可知:操纵盖毛坯件的理论尺寸经计算得:9-2-2=5;操纵盖毛坯件的理论最大尺寸经计算得:5+0.55=5.55;操纵盖毛坯件的理论最小尺寸经计算得:5-0.55=4.45;根据以上分析确定钻孔工序尺寸为5;操纵盖经过铰孔后,尺寸与图示相符。3.2.3、25H8深8孔的加工余量 通过分析操纵盖的各个工序,我们可以得知,加工25H8孔的时候是需要经过粗镗、精镗两个工序得到的,所以各个工序的加工余量具体分配如下: 根据标准,当材料为铸件,且为ADC12钢时,粗镗的加工余量为2.0mm。 根据标准,当材料为铸件,且为ADC12钢时,精镗的加工余量为0.3mm。 根据以上分析可知:操纵盖毛坯件的理论尺寸经计算得:25-2-1-0.3=21.7; 经查表实用机械制造工艺设计手册可得,由于工件为ADC12钢,根据标准,铸件的尺寸公差为CT6级,于是就有操纵盖毛坯的尺寸公差为1.1mm。 根据以上分析可知:操纵盖毛坯件的理论尺寸经计算得:25-2-1.3-0.3=21.7mm;毛坯最大尺寸为21.7mm+0.55=22.25mm;操纵盖毛坯件的理论最大尺寸经计算得:22.25.mm-0.55=21.7mm;根据以上分析确定粗镗工序尺寸为21.7mm;操纵盖经过精镗后,尺寸与图示相符。第四章 操纵盖工艺规程的设计4.1、确定定位基准4.1.1、确定粗基准 粗基准是开始加工工件的时候要用到的基准,其选择需要满足一下几点的需要:1、一定要确保各个重要支撑孔的加工余量均匀分布。2、在选择一个面作为粗基准时,需要确保工件的内壁留有一定的余量。4.1.2、确定精基准 精基准的确定关系到整个零件的加工精度,是加工一个零件最重要的因素,所以在加工工件之前,一定要准确无误地确定工件的精基准的确定。从操纵盖零件图可知,操纵盖的两组外圆端面最先就经过了粗铣工序实现,为了车操纵盖中间的那个的内孔,必须选择操纵盖的上面和已经车削出来的内孔面作为精基准,因为这几个工序都已经加工出来了,并且有一定的精度,我们选择两面一孔,正好满足了基准的选定原则,符合操纵盖零件的加工工艺要求,只有这样,才能加工出满足图纸尺寸的零件来。4.2、工艺路线的确定 工艺路线的确定的合适与否直接关系到工件的加工的生产效率以及质量,是机械加工中的第一要素,必要重点对待,在操纵盖这个零件中,我们必须遵循零件加工工艺的基本原则,即为先面后孔,先粗镗后精镗,在这里,我们先对操纵盖的上下两个端面进行铣削加工然后就是操纵盖零件的孔的钻削、绞削加工,最后就是粗、精镗内孔。 根据操纵盖零件的特点,确定操纵盖的加工工艺路线如下:方案一: 铸造出毛坯外形 退火处理去除表面应力工序1:粗铣、精铣97,高74底部大端面,工序2:粗铣、精铣32顶部端面。工序3:钻、绞直孔。工序4:钻、绞。工序5:锪平20凸台至尺寸。工序6:钻、攻M8X1.25-6H螺纹孔底孔7,攻M8牙。工序7:粗镗、半精镗25H8深8孔至尺寸。工序8:倒棱,去毛刺。工序9:检验。方案二: 压铸出毛坯外形退火处理去除表面应力工序1:粗铣、精铣97,高74底部大端面,工序2:粗铣、精铣32顶部端面。工序3:钻、绞直孔。工序4:钻、绞。工序5:锪平20凸台至尺寸。工序6:粗镗、半精镗25H8深8孔至尺寸。工序7:钻、攻M8X1.25-6H螺纹孔底孔7,攻M8牙。工序8:倒棱,去毛刺。工序9:检验。 方案三: 铸造出毛坯外形 退火处理去除表面应力工序1:粗铣、精铣97,高74底部大端面,工序2:粗铣、精铣32顶部端面。工序3:锪平20凸台至尺寸。工序4:粗镗、半精镗25H8深8孔至尺寸。工序5:钻、攻M8X1.25-6H螺纹孔底孔7,攻M8牙。工序6:钻、绞直孔。工序7:钻、绞。工序8:倒棱,去毛刺。工序9:检验。其中,方案二的工艺路线虽能方便工人安装加工,但在装夹加工过程中会对零件已加工好表面造成破坏,造成零件损失;方案三,能加工出所要的零件,但加工时对零件的装夹和拆卸较频繁,时间耽搁较长,生产率下降;所以,综合选定,方案一可用。4.3、选择加工设备及刀、夹、量具 由图样分析,该图样需要铣削上下两端面的轮廓,在这里我们在铣轮廓时选用20mm立铣刀。而钻削加工时我们可以选择直柄麻花钻头,量具可选用0-150mm为75-100mm的测量游标卡尺,外径千分尺,游标深度卡尺等。4.4 确定切削用量及基本工时 4.4.1粗铣、精铣97,高74底部大端面本工序为粗铣、精铣97,高74底部大端面的工序,所选刀具为硬质合金端铣刀。铣刀直径d=20mm,宽度L=40mm,齿数z=10。根据切削用量简明手册表3.2选择铣刀的几何形状。由于加工材料为ADC12,=145MPa,硬度为160180HBS,铸件,有外皮。故选择=8,=+5。已知铣削宽度=61mm,铣削深度mm。机床为XA5032型立式铣床,工件装在虎口钳中。()确定每齿进给量根据切削用量简明手册表3.5,当使用YG6,铣床功率为7.5Kw(切削用量简明手册表3.30),采用对称铣,故取()选择铣刀磨钝标准以及刀具寿命根据切削用量简明手册表3.7和表3.8,铣刀后刀面最大磨损量取为1.5mm,由于铣刀的直径d=20mm,故铣刀的寿命T=180min。()确定铣削速度和每分钟进给量根据切削用量简明手册表3.27中公式计算: 公式中 =245 ,=0.2,=0.35,=0.15,=0.2,=0,=0.32,=80,=50,=2.3,=1.0。 =91.16m/min = =326.90r/min根据切削用量简明手册表3.30,XA5032立式铣床主轴转速表,选择n=300r/min,纵向进给量=235mm/min。实际切削速度和每齿进给量分别为 = =75.36m/min = =0.08mm/z()检验机床功率根据切削用量简明手册表3.24,当,z=10,,近似。根据XA5032型立式铣床说明书机床主轴允许的功率为,故,因此选择切削用量采用,即,n=300r/min,m/min,。2)基本工时计算 公式中,l=140mm,根据切削用量简明手册表3.26,对称安装铣刀入切量及超切量,则L=152mm。4.4.2 粗铣、精铣32顶部端面 本工序为粗铣、精铣操纵盖32顶部端面的工序我们选择机床:数控铣床 XK7132,功率P=13kw; 刀具:选用高速钢圆镶齿三面刃铣刀 查 机械制造工艺设计简明手册3.139,刀具数据如下:d=16 1)铣削进宽度的选择根据实际工况,我们通过机械制造工艺设计简明手册3.127可知12 这里取1.52)选择进给量 经过查表可知:0.23 3)选择铣削的速度经查表可知所以:4)计算切削时间 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知: 所以,5)计算铣削力 根据实际工况,我们通过机械制造工艺设计简明手册有 :式中: 所以, 6)校核机床功率 查切削用量简明手册表3.28有 所以,机床的功率足够;4.4.3 钻底孔13,绞13孔至尺寸 本工序为钻、绞孔,根据实际工况,我们选择机床:Z3050组合钻床,刀具我们选择麻花钻、扩孔钻、铰刀;(1)钻定位孔查机械制造工艺设计手册表,我们知道,切削深度:;进给量:根据实用机械工艺简明手册中表2.4-39,取;切削速度:参照实用机械工艺简明手册中表2.4-41,取机床主轴转速:,取实际切削速度: 被切削层长度:刀具切出长度:走刀次数为1 根据切削用量简明手册可知,有一下公式:机动时间:(2)扩26孔查机械制造工艺设计手册表,我们知道,切削深度:进给量:根据实用机械工艺简明手册中表2.4-52,扩通孔取切削速度:参照实用机械工艺简明手册中表2.4-53,取机床主轴转速:实际切削速度: 被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度:走刀次数为1根据切削用量简明手册可知,有一下公式:机动时间:查机械制造工艺设计手册表342有所以1计算切削深度4)钻削扭矩的计算查机械制造工艺设计手册表336有式中所以5)计算轴向力查机械制造工艺设计手册表336有轴向力式中所以,因零件材料为HB=150,查机械制造工艺设计手册表336有所以,实际的切削扭矩和轴向力分别为:6)计算切削功率因为查机械制造工艺设计手册表336有所以,机床功率足够;4.4.4钻、绞直孔 本工序为钻、绞孔通孔,根据实际工况,我们选择机床:Z3050组合钻床,刀具我们选择麻花钻、扩孔钻、铰刀;(1)钻定位孔查机械制造工艺设计手册表,我们知道,切削深度:;进给量:根据实用机械工艺简明手册中表2.4-39,取;切削速度:参照实用机械工艺简明手册中表2.4-41,取机床主轴转速:,取实际切削速度: 被切削层长度:刀具切出长度:走刀次数为1 根据切削用量简明手册可知,有一下公式:机动时间:(2)绞孔查机械制造工艺设计手册表,我们知道,切削深度:进给量:根据实用机械工艺简明手册中表2.4-52,扩通孔取切削速度:参照实用机械工艺简明手册中表2.4-53,取机床主轴转速:实际切削速度: 被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度:走刀次数为1根据切削用量简明手册可知,有一下公式:机动时间: 查机械制造工艺设计手册表342有所以1计算切削深度4)钻削扭矩的计算查机械制造工艺设计手册表336有式中所以5)计算轴向力查机械制造工艺设计手册表336有轴向力式中所以,因零件材料为HB=150,查机械制造工艺设计手册表336有所以,实际的切削扭矩和轴向力分别为:6)计算切削功率因为查机械制造工艺设计手册表336有所以,机床功率足够;4.4.5钻、绞 本工序为钻、绞孔通孔,根据实际工况,我们选择机床:Z3050组合钻床,刀具我们选择麻花钻、扩孔钻、铰刀;(1)钻定位孔查机械制造工艺设计手册表,我们知道,切削深度:;进给量:根据实用机械工艺简明手册中表2.4-39,取;切削速度:参照实用机械工艺简明手册中表2.4-41,取机床主轴转速:,取实际切削速度: 被切削层长度:刀具切出长度:走刀次数为1 根据切削用量简明手册可知,有一下公式:机动时间:(2)绞孔查机械制造工艺设计手册表,我们知道,切削深度:进给量:根据实用机械工艺简明手册中表2.4-52,扩通孔取切削速度:参照实用机械工艺简明手册中表2.4-53,取机床主轴转速:实际切削速度: 被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度:走刀次数为1根据切削用量简明手册可知,有一下公式:机动时间:查机械制造工艺设计手册表342有所以1计算切削深度4)钻削扭矩的计算查机械制造工艺设计手册表336有式中所以5)计算轴向力查机械制造工艺设计手册表336有轴向力式中所以,因零件材料为HB=150,查机械制造工艺设计手册表336有所以,实际的切削扭矩和轴向力分别为:6)计算切削功率因为查机械制造工艺设计手册表336有所以,机床功率足够;4.4.6 锪平20凸台至尺寸 本工序为锪平20凸台,已知工件材料ADC12,铸件在这里,机床的选用: 选用摇臂钻床Z35,功率P=1.5kw; 钻头的选择: 选用20锪钻 材料为高速钢钻头基本参数为:;1)钻削进给量的选择查机械制造工艺设计手册表342有 2)钻削速度的选择 查机械制造工艺设计手册表342有 所以3)计算切削深度 4)钻削扭矩的计算 查机械制造工艺设计手册表336有 式中: 所以, 5)计算轴向力 查机械制造工艺设计手册表336有 轴向力 式中 所以 因零件材料为HB=150,查机械制造工艺设计手册表336有 所以,实际的切削扭矩和轴向力分别为:6)计算切削功率 因为查机械制造工艺设计手册表336有 所以,机床功率足够;4.4.7 钻、攻M8X1.25-6H螺纹孔底孔7,攻M8牙 本工序为钻、攻M8X1.25-6H螺孔,已知工件材料ADC12,铸件在这里,机床的选用: 选用摇臂钻床Z35,功率P=1.5kw; 钻头的选择: 选用7麻花钻,M8丝攻 材料为高速钢 钻头基本参数为:;1)钻削进给量的选择查机械制造工艺设计手册表342有 2)钻削速度的选择 查机械制造工艺设计手册表342有 所以3)计算切削深度 4)钻削扭矩的计算 查机械制造工艺设计手册表336有 式中: 所以, 5)计算轴向力 查机械制造工艺设计手册表336有 轴向力 式中 所以 因零件材料为HB=150,查机械制造工艺设计手册表336有 所以,实际的切削扭矩和轴向力分别为:6)计算切削功率 因为查机械制造工艺设计手册表336有 所以,机床功率足够;4.4.8粗镗、半精镗25H8深8孔至尺寸 本工序为粗镗、半精镗25H8深8孔,已知工件材料ADC12,铸件在这里,机床的选用: 选用镗床T6113,功率P=1.5kw; 镗刀的选择: 选用20内孔镗刀 材料为高速钢 镗刀基本参数为:;1)镗削进给量的选择查机械制造工艺设计手册表342有 2)镗削速度的选择 查机械制造工艺设计手册表342有 所以3)计算切削深度 4)镗削扭矩的计算 查机械制造工艺设计手册表336有 式中: 所以, 5)计算轴向力 查机械制造工艺设计手册表336有 轴向力 式中 所以 因零件材料为HB=150,查机械制造工艺设计手册表336有 所以,实际的切削扭矩和轴向力分别为:6)计算切削功率 因为查机械制造工艺设计手册表336有 所以,机床功率足够;第五章 钻孔夹具的设计本夹具主要用来钻、绞的内孔。其中孔表面粗糙度要为Ra。并作为左右端面垂直度的基准,其质量直接影响左右端面的精度。所以对特定的工序做专用的夹具,在某些方面来说,能够大大提高生产率,和劳动强度,能够减少加工时间,提高生产效率。5.1选择定位基准参照操纵盖的零件图,我们可以看出内孔有一定的粗糙度要求,由于在钻孔之前上平面已经进行了铣削加工,所以选择左右两个侧面作为定位基准面,并且以尺寸为74的底部大端面同样作为定位基准来对工件进行定位,限制工件的自由度,这样工件就别限制了自由度,从而达到了定位的目的。5.2分析误差工件的工序基准为两个外圆端面的定位,通过对沿着中心轴线车削加工的内孔进行车削加工,此时可求出孔心在接触点与压板中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同,则其定位误差为:Td=Dmax-Dmin ; 本夹具采用操纵盖的高度74的上下经过铣削后的大端面作为定位基准,利用光面压板和六角头调节支撑件对称压着操纵盖零件来进行操纵盖多个自由度的限制,并且限位状态良好,能够满足工序要求,这样就很好地对工件进行了定位,从而很方便地对操纵盖零件进行车削加工。 由相关机械加工手册可知:1 、分析定位误差:在的前提下;夹具体距离定位孔距离为,高度为;有: 2 、分析夹紧误差 ,由以上公式,我们知道: 于是就是接触误差的位移值为: 、根据以上数据,可知:通常不超过、相对误差的分析:有分析误差的总数累加之和:从以上的分析可见,所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。5.3夹具的夹紧力和切削力的计算 由于孔切削力各不相同,因此选择通用孔的切削力为标准。在这里我们采用硬质合金车刀。其具体参数为: 由相关手册和规范可得:计算圆周切削分力: 式(3.1)式中 通过查找相关图表: 可得 因此有: 有:同样地,计算径向切削分力的公式位 : 其中: 有:计算轴向切削分力的公式为: 其中: 即:因此有: 通过以下公式来计算安全系数: 式中: 因此,有: 5.4夹紧元件及动力装置的确定根据设计要求保证夹具一定的先进性且夹紧力并不是很大,所以采取螺旋夹紧装置。工件在夹具体上安装后,通过推动移动压板将工件夹紧。整个压紧装置大致图如下:图4-4 操纵盖钻孔夹具夹紧装置5.5夹具设计及操作的简要说明车孔的夹具,装卸工件时,通过定位轴将工件的工艺孔放入定位销中,保证工件的定位,然后将移动压板转移到工件上方,通过压板,将工件夹紧,然后车杆引导可以对工件进行加工,加工完成后仍然通过将工件取走。 图4-5 钻孔夹具装配图小 结在最近的一段时间的毕业设计,使我们充分把握的设计方法和步骤,不仅复习所学的知识,而且还获得新的经验与启示,在各种软件的使用找到的资料或图纸设计,会遇到不清楚的作业,老师和学生都能给予及时的指导,确保设计进度,本文所设计的是汽车变速器工艺及工装夹具的设计,通过初期的定稿,查资料和开始正式做毕设,让我系统地了解到了所学知识的重要性,从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易,需要不断钻研,不断进取才可要做的好,总之,本设计完成了老师和同学的帮助下,在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学,是大家的帮助才使我的论文得以通过。参考文献1 陈宏钧,方向明,马素敏 等编典型零件机械加工生产实例 机械工业出版社 2004.82 王季琨,沈中伟,刘锡珍 主编机械制造工艺学 天津大学出版社 2004.13 哈尔滨工业大学,上海工业大学 主编机床夹具设计 上海科学技术出版社 1991.34 李 洪 主编机械加工工艺手册 北京出版社 1996.15 贵州工学院机械制造工艺教研室编机床夹具结构图册 贵州人民出版社 1983.66 龚定安,蔡建国 编著陕西科学技术出版社 1981.77 孟少农 主编机械加工工艺手册 机械工业出版社 1991.98 金属机械加工工艺人员手册 修订组金属机械加工工艺人员手册 上海科学技术出版社1979.19 孙丽嫒 主编机械制造工艺及专用夹具 冶金工业出版社 2003.910 杨叔子 主编机械加工工艺师手册 机械工业出版社 2004.911 王绍俊 主编机械制造工艺设计手册 哈尔滨工业大学 1981.512 刘文剑 曹天河 赵维缓 编夹具工程师手册 黑龙江科学技术出版社 1987.1213 上海市金属切削技术协会 编金属切削手册 上海科学技术出版社 1991.1014 邱仲潘 主编计算机英语 科学出版社 2004.915 于骏一主编典型零件制造工艺机械工业出版社 1989.1致 谢 至此在论文完成之际,向我的导师表示由衷的感谢!真心的感谢我的导师这几年来对我的谆谆教导,感谢我敬爱的老师,您不仅在学习学业上给我以精心的指导,同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解,给予我人生的启迪,使我在顺利地完成大学阶段的学业同时,也学到了很多有用的做人的道理,明确了人生目标。知道自己想要什么了,不再是从前那个爱贪玩的我了。导师严谨求实的治学态度,锐意创新的学术作风,认真加负责,公而忘私的敬业精神,豁达开朗的宽广胸怀,平易近人。经过近半年努力的设计与计算,查找了各类的键槽加工设备的设计资料,论文终于可以完成了,我的心里无比的激动和开心。虽然它不是最完美的,也不是最好的,但是在我心里,它是我最珍惜的,因为我自己已经尽力的做了,它是我用心、用汗水成就的,也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活,不仅丰富了我的知识,而且锻炼了我的个人能力,更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识,在此对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意,谢谢各位同学老师。38
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