卡板加工工艺和夹具设计
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学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称卡板零件名称卡板共1页第1页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工80钻6061毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数型材11设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z52511夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1钻另外一处4-3.5mm的孔钻夹具,量具,钻头5001.270.831 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期学院机械加工工序卡片产品型号杠杆零件图号产品名称杠杆零件名称杠杆共6页第2页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工40铣45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X52K11夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件22工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1粗、精铣22的两端面铣夹具,量具,铣刀5001.270.8311510 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期学院机械加工工序卡片产品型号杠杆零件图号产品名称杠杆零件名称杠杆共6页第3页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工50钻45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数摇臂钻床Z3511夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件22工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1钻铰10H7,达到图纸尺寸公差钻夹具,量具,麻花钻80012.70.5211510 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期学院机械加工工序卡片产品型号杠杆零件图号产品名称杠杆零件名称杠杆共6页第4页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工60镗45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数镗床T61211夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件22工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1镗孔22,达到图纸尺寸公差镗夹具,量具,镗刀56025.70.8211510 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期学院机械加工工序卡片产品型号杠杆零件图号产品名称杠杆零件名称杠杆共6页第5页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工70铣45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X52K11夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件22工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1铣13孔端面铣夹具,量具,铣刀5001.270.8311510 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期学院机械加工工序卡片产品型号杠杆零件图号产品名称杠杆零件名称杠杆共6页第6页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工80铰45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数摇臂钻床Z3511夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件22工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1铰13的孔,垂直于22H7的通孔钻夹具,量具,麻花钻80012.70.5211510 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期 毕业设计论文卡板加工工艺和夹具设计 所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要在工艺设计中要首先对零件进行分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个组成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件;计算出夹具定位时产生的定位误差,分析夹具结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。关键词:工艺,工序,切削用量,夹紧,定位,误差22AbstractIn the process of design should first of all parts to analyze, understand parts of the process and then design a blank structure, and choose the good parts of the machining datum, designs the process routes of the parts; then the parts each step process dimension calculation, the key is to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then a special fixture, fixture for the various components of a design, such as the connecting part positioning device, clamping element, a guide element, clamp and the machine tool and other components; the positioning error caused calculate fixture when positioning, analysis of the rationality and deficiency of fixture structure, pay attention to improving and will design in.Keywords: process, process, cutting, clamping, positioning目 录摘 要IIAbstractIII第1章 绪论1第2章 加工工艺规程设计22.1 零件的分析22.1.1 零件的作用22.1.2 零件的工艺分析32.2 卡板零件加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施32.2.1 孔和平面的加工顺序32.2.2 孔系加工方案选择32.3 卡板零件加工定位基准的选择32.3.1 粗基准的选择32.3.2 精基准的选择42.4 卡板零件加工主要工序安排42.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定62.6确定切削用量及基本工时(机动时间)6第3章 钻孔专用夹具设计143.1问题的指出143.2 夹具设计143.2.1概述143.2.2方案设计143.2.3定位基准的选择143.2.4切削力和夹紧力的计算153.3切削力和夹紧力计算153.4夹紧力的计算163.5定位误差分析173.6零、部件的设计与选用173.7确定夹具体结构尺寸和总体结构20总 结22参 考 文 献23致 谢24第1章 绪论学生可以通过设计综合应用了过去的教训基础能力的设计和施工机械制造和毕业设计工作,对综合训练和要求学生用的集成方案和前提理论和实践知识的制造过程设计的零件。其目标如下:解决问题的能力的加工工艺文化(1)毕业设计、应用技术基础课程的理论基础和实践机在生产实践中,二次妥善解决工件在加工过程中,和定位的方法行程大小的测定方法等,以保证零件的加工质量,设计能力的介质复杂零件的程度。(2)学生熟悉和练习手册、规范和技术能力的图形和其他信息。(3)培养学生绘画、制图、基本技能的应用和编制技术文件等。水平有限,设计有缺点的批评中的错误,请教师。第2章 加工工艺规程设计2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用题目给出的零件是卡板零件。卡板零件的主要作用之间的中心距及平行度,并保证正确安装。因此卡板零件的加工质量,不但直接影响的装配精度和运动精度,而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。 图2-1 卡板工件图2.1.2 零件的工艺分析由卡板零件图可知。卡板零件是一个卡板零件,它的外表面上有4个平面需要进行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上还需加工一系列孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下:(1)以底面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括:底面的铣削加工;其中表面粗糙度要求为,(2)以4-3.5mm的孔孔为主要加工表面的加工面。(3)以M4螺纹的孔为主要加工面。2.2 卡板零件加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施从以上分析明白。该卡板的主要零部件加工方面和洞平面系。一般来说,保证平面的加工精度保证更容易洞系的加工精度。因此,卡板零部件来说,加工中的主要问题是保证孔尺寸精度及位置精度处理好,孔和平面之间的相互关系。为生产量很大。如何满足生产性的要求加工中的主要考虑因素。2.2.1 孔和平面的加工顺序卡板卡板零件类应遵循首先零部件的加工方面后孔的原则:即板上基准先加工零件平面,基准平面定位加工其他的平面。并且洞系加工。卡板零部件的加工自然应服从这个原则。那是平面的面积大,用平面位置确保定位信赖夹紧坚固,所以容易孔的加工精度保证。其次,先加工平面前方切掉铸件表面的凹凸。孔的加工精度,为了提高创造条件,容易刀和调整对有利刀具保护。卡板零部件的加工流程应遵循粗加工的原则,离开,孔的加工和平面明确区分粗加工完成的阶段穴系加工精度保证。2.2.2 孔系加工方案选择卡板的零部件的加工程序孔系,应该选择孔加工精度要求,可以满足系的加工方法及设备。外加工精度加工效率两方面考虑以外也适当考虑经济因素。满足的精度要求和生产性的条件下,应该选择价格最底的机床。2.3 卡板零件加工定位基准的选择2.3.1 粗基准的选择粗基准以下要求满足:(1)保证各重要孔的加工余量均一,(2)保证卡板零部件的零件和箱子的墙壁上有一定的间隙。上述的要求,满足应该选择主要支撑孔作为主要标准。即,卡板零部件输入轴和输出轴的支持孔粗作为标准。也就是前后端面的距离顶平面最近的孔,作为主要标准工件的4个限制的自由度,还有别的主要支撑孔定位限制第五自由度。作为基准孔因为粗加工精基准面。因此,后再精加工基准定位主要支撑孔孔加工的时候,一定是均匀的余量。箱子孔的位置和墙壁的位置是同型芯铸造。所以,孔的剩余量均匀也间接保证的孔和箱子墙的相对位置。2.3.2 精基准的选择保证卡板零件和孔,平面,平面图像和平面之间的位置。精基准的选择是保证卡板零件加工过程中基本上整体统一基准定位。从卡板零件图分析,那顶平面和各主要支撑孔平行而且占有的面积大,精标准使用适合。但是在平面位置限制尽量工作的三个自由度,只要使用典型的一面的2孔的位置,可以满足的方法是,全体的加工中基本上采用统一基准定位的要求。前后的端方面,那是卡板的零部件组装的标准,它和卡板零部件的主要支撑孔系垂直。如果能用精加工基准孔系,定位、夹紧或线夹结构设计方面都有一定的困难,所以不采用。2.4 卡板零件加工主要工序安排关于大量生产的零件,一般是先加工统一基准。基板零件加工的第一个工程加工的统一标准。具体的计划首先是孔位置很粗,精密加工的山顶平面。第2的工序加工定位用的两个工艺孔。顶从平面加工完成后一直基板零件加工完成为止,个别的工程外,定位基准使用。所以,顶方面的螺丝孔加工两工艺孔的加工工序中同时出现。后工序的安排必须遵守精分和首先面后孔的原则。首先粗加工平面,粗加工孔系。螺丝下孔是多头钻床搭配出来,切削力较大,粗加工阶段完成。基板零部件、精密加工是支撑孔前后端面。根据上述原则也先加工平面再加工孔系,实际生产这样安排不容易保证孔和互相垂直剖面。因此,实际上采用的工程程序先完成孔系,还有支持孔用膨胀轴定位加工元件端面,这样容易保证图纸规定的端面全跳动公差要求。各螺丝孔的攻丝,切削力小,可以安排粗,完成的阶段分散。根据以上分析过程,现将卡板零件加工工艺路线确定如下:工艺路线一:10开料型材开料20去毛刺去毛刺30铣铣上端面及台阶面40铣铣下端面50铣铣四周轮廓60铣铣4-R3.5槽70钻钻4-3.5mm的孔80钻钻另外一处4-3.5mm的孔90钻钻孔攻丝M4螺纹的孔100去毛刺四周轮廓倒角去除毛刺110验收验收120入库入库工艺路线二:10开料型材开料20去毛刺去毛刺30铣铣上端面及台阶面40铣铣下端面50铣铣四周轮廓60钻钻4-3.5mm的孔70钻钻另外一处4-3.5mm的孔80铣铣4-R3.5槽90钻钻孔攻丝M4螺纹的孔100去毛刺四周轮廓倒角去除毛刺110验收验收120入库入库以上加工方案大致看来合理,但通过仔细考虑,零件的技术要求及可能采取的加工手段之后,就会发现仍有问题,以上工艺过程详见机械加工工艺过程综合卡片。综合选择方案一:工艺路线一:10开料型材开料20去毛刺去毛刺30铣铣上端面及台阶面40铣铣下端面50铣铣四周轮廓60铣铣4-R3.5槽70钻钻4-3.5mm的孔80钻钻另外一处4-3.5mm的孔90钻钻孔攻丝M4螺纹的孔100去毛刺四周轮廓倒角去除毛刺110验收验收120入库入库2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“卡板零件”零件材料采用HT200制造。材料为HT200,硬度HB为170241,生产类型为大批量生产,采用铸造毛坯。(1)底面的加工余量。根据工序要求,顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下:粗铣:参照机械加工工艺手册第1卷表3.2.23。其余量值规定为,现取。表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取。精铣:参照机械加工工艺手册表2.3.59,其余量值规定为。(3)孔毛坯为实心,不冲孔。(4)端面加工余量。根据工艺要求,前后端面分为粗铣、半精铣、半精铣、精铣加工。各工序余量如下:粗铣:参照机械加工工艺手册第1卷表3.2.23,其加工余量规定为,现取。半精铣:参照机械加工工艺手册第1卷,其加工余量值取为。精铣:参照机械加工工艺手册,其加工余量取为。 2.6确定切削用量及基本工时(机动时间)工序30:铣上端面及台阶面机床:铣床X52K刀具:硬质合金端铣刀(面铣刀) 齿数10(1)粗铣卡板零件上端面 铣削深度:每齿进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.73,取铣削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.81,取机床主轴转速:,取实际铣削速度:进给量:工作台每分进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.81,被切削层长度:由毛坯尺寸可知刀具切入长度:刀具切出长度:取走刀次数为1机动时间:(2)精铣卡板铣上端面铣削深度:每齿进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.73,取铣削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.81,取机床主轴转速:,取实际铣削速度:进给量:工作台每分进给量: 被切削层长度:由毛坯尺寸可知刀具切入长度:精铣时刀具切出长度:取走刀次数为1机动时间: 本工序机动时间工序40:铣下端面机床:铣床X52K刀具:硬质合金可转位端铣刀(面铣刀),材料:, ,齿数,此为粗齿铣刀。因其单边余量:Z=3mm所以铣削深度:=3mm精铣该平面的单边余量:Z=1.0mm铣削深度:每齿进给量:根据参考文献3表2.473,取:根据参考文献3表2.481,取铣削速度每齿进给量:根据参考文献3表2.473,取根据参考文献3表2.481,取铣削速度机床主轴转速:按照参考文献3表3.174,取 实际铣削速度: 进给量: 工作台每分进给量: :根据参考文献3表2.481,取切削工时被切削层长度:由毛坯尺寸可知, 刀具切入长度: 刀具切出长度:取走刀次数为1机动时间: 机动时间:所以该工序总机动时间工序50:铣四周轮廓机床:铣床X52K刀具:硬质合金端铣刀(面铣刀) 齿数10(1)粗铣 铣削深度:每齿进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.73,取铣削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.81,取机床主轴转速:,取实际铣削速度:进给量:工作台每分进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.81,被切削层长度:由毛坯尺寸可知刀具切入长度:刀具切出长度:取走刀次数为1机动时间:(2)精铣铣削深度:每齿进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.73,取铣削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.81,取机床主轴转速:,取实际铣削速度:进给量:工作台每分进给量: 被切削层长度:由毛坯尺寸可知刀具切入长度:精铣时刀具切出长度:取走刀次数为1机动时间: 本工序机动时间工序40:铣4-R3.5槽机床:铣床X52K刀具:硬质合金可转位端铣刀(面铣刀),材料:, ,齿数,此为粗齿铣刀。因其单边余量:Z=3mm所以铣削深度:=3mm精铣该平面的单边余量:Z=1.0mm铣削深度:每齿进给量:根据参考文献3表2.473,取:根据参考文献3表2.481,取铣削速度每齿进给量:根据参考文献3表2.473,取根据参考文献3表2.481,取铣削速度机床主轴转速:按照参考文献3表3.174,取 实际铣削速度: 进给量: 工作台每分进给量: :根据参考文献3表2.481,取切削工时被切削层长度:由毛坯尺寸可知, 刀具切入长度: 刀具切出长度:取走刀次数为1机动时间: 机动时间:所以该工序总机动时间工序70:钻4-3.5mm的孔钻孔选用机床为Z525摇臂机床,刀具选用GB1436-85直柄短麻花钻,机械加工工艺手册第2卷。根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-2查得钻孔进给量为0.200.35。 则取确定切削速度,根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-9切削速度计算公式为 (3-20)查得参数为,刀具耐用度T=35则 =1.6所以 =72选取 所以实际切削速度为=2.64确定切削时间(一个孔) =工序80:钻另外一处4-3.5mm的孔钻孔选用机床为Z525摇臂机床,刀具选用GB1436-85直柄短麻花钻,机械加工工艺手册第2卷。根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-2查得钻孔进给量为0.200.35。 则取确定切削速度,根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-9切削速度计算公式为 (3-20)查得参数为,刀具耐用度T=35则 =1.6所以 =72选取 所以实际切削速度为=2.64确定切削时间(一个孔) =工序90:钻孔攻丝M4螺纹的孔机床:立式钻床Z525刀具:根据参照参考文献3表4.39选高速钢锥柄麻花钻头。切削深度:进给量:根据参考文献3表2.438,取。切削速度:参照参考文献3表2.441,取。机床主轴转速:,按照参考文献3表3.131,取所以实际切削速度:切削工时 被切削层长度:刀具切入长度: 刀具切出长度: 取走刀次数为1机动时间: 第3章 钻孔专用夹具设计3.1问题的指出由于生产类型为成批,大批生产,要考虑生产效率,降低劳动强度,保证加工质量,故需设计专用夹具。由于对加工精度要求不是很高,所以在本道工序加工时,主要考虑如何降低降低生产成本和降低劳动强度。本次设计选择设计是针对、钻孔,它将用于Z525钻床。3.2 夹具设计3.2.1概述在机床对零件进行机械加工时,为保证工件加工精度,首先要保证工件在机床上占有正确的位置,然后通过夹紧机构使工件正确位置固定不动,这一任务就是由夹具来完成。对于单件、小批生产,应尽量使用通用夹具,这样可以降低工件的生产成本。但由于通用夹具适用各种工件的装夹,所以夹紧时往比较费时间,并且操作复杂,生产效率低。 本零件属于大量生产,零件外形也不适于使用通用夹具,为了保证工件精度, 提高生产效率,设计专用夹具就显得非常必要。3.2.2方案设计方案设计是夹具设计的第一步,也是夹具设计关键的一步,方案设计的好、坏将直接影响工件的加工精度、加工效率,稍不注意就会造成不能满足工件加工要求,或加工精度不能达到设计要求,因此必须慎重考虑。设计方案的拟定必须遵循下列原则:1、 定位装置要确保工件定位准确和可靠,符合六位定位原理。2、 夹具的定位精度能满足工件精度的要求。3、 夹具结构尽量简单,操纵力小而夹紧可靠,力争造价低3.2.3定位基准的选择我们采用已经加工好的孔及其端面作为定位基准,孔和端面共限制5个自由度,这样还有一个旋转的自由度没有限制,为了保证空间工件定位准确,我们需要限制6个自由度,因此我们采用一支撑杆来限制旋转方向的自由度。这样空间6个自由度就限制完了。3.2.4切削力和夹紧力的计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工,钻削力。由切削手册得:钻削力 式(5-2)钻削力矩 式(5-3)式中 代入公式(5-2)和(5-3)得本道工序加工工艺孔时,夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧力计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。这样能较容易、较稳定地保证加工精度。用夹具装夹工件时,工件相对与刀具的位置由夹具保证,基本不受工人技术水平的影响,因而能较容易、教稳定地保证工件的加工精度。能提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度。采用夹具后,工件不需划线找正,装夹方便迅速,显著地减少了辅助时间,提高了劳动生产率。 夹紧力的计算:因采用的是手动夹具故夹紧力无须计算。3.3切削力和夹紧力计算(1)刀具:刀具用高速钢刀具钻头机床: Z525机床切削力公式: 式中 查表得: 其中:,即:实际所需夹紧力:由参考文献5表得: 有:安全系数K可按下式计算有:式中:为各种因素的安全系数,见参考文献5表 可得: 所以 3.4夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数,取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉: 公称直径d=20mm,材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限: 极限应力幅:许用应力幅:螺钉的强度校核:螺钉的许用切应力为 s=2.54 取s=4 得 满足要求 经校核: 满足强度要求,夹具安全可靠, 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧,调节夹紧力调节装置,即可指定可靠的夹紧力3.5定位误差分析(1) 定位元件尺寸及公差确定。由资料10机床夹具设计手册可得: 定位误差:定位尺寸公差,在加工尺寸方向上的投影,这里的方向与加工方向一致。即:故 夹紧安装误差,对工序尺寸的影响均小。即: 夹紧误差 : 其中接触变形位移值: 查5表1215有。 磨损造成的加工误差:通常不超过 夹具相对刀具位置误差:取误差总和: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。3.6零、部件的设计与选用钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套(其结构如下图所示)以减少更换钻套的辅助时间。.尺寸表dDD1Ht基本尺寸极限偏差F7基本尺寸极限偏差D601+0.016+0.0063+0.010+0.004669-0.00811.84+0.016+0.00871.82.6582.63698121633.3+0.022+0.0103.347+0.019+0.010104581156101310162068+0.028+0.01312+0.023+0.0121581015181220251012+0.034+0.0161822121522+0.028+0.01526162836151826300.0121822+0.041+0.0203034203645222635+0.033+0.01739263042462545563035+0.050+0.0254852354255+0.039+0.0205930566742486266485070740.040钻模板选用翻转钻模板,用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。3.7确定夹具体结构尺寸和总体结构夹具体:夹具的定位、引导、夹紧装置装在夹具体上,使其成为一体,并能正确的安装在机床上。夹具体是将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的最大最复杂的基础件。夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置以及夹具与机床的连接,而且在零件的加工过程中,夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动,因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削加工过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上,切屑积聚过多将影响工件的可靠的定位和夹紧,因此设计夹具体时,必须考虑结构应便于排屑。此外,夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性等,在设计时也应加以考虑。夹具体设计的基本要求(1)应有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面,如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面,应有适当的尺寸精度和形状精度,它们之间应有适当的位置精度。 为使夹具体的尺寸保持稳定,铸造夹具体要进行时效处理,焊接和锻造夹具体要进行退火处理。(2)应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动,夹具体应有足够的壁厚,刚性不足处可适当增设加强筋。(3)应有良好的结构工艺性和使用性夹具体一般外形尺寸较大,结构比较复杂,而且各表面间的相互位置精度要求高,因此应特别注意其结构工艺性,应做到装卸工件方便,夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下,应尽量能减轻重量,缩小体积,力求简单。(4)应便于排除切屑在机械加工过程中,切屑会不断地积聚在夹具体周围,如不及时排除,切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度,切屑的抛甩可能缠绕定位元件,也会破坏定位精度,甚至发生安全事故。因此,对于加工过程中切屑产生不多的情况,可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间:对于加工过程中切削产生较多的情况,一般应在夹具体上设置排屑槽。(5)在机床上的安装应稳定可靠 夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时,夹具的重心应尽量低,支承面积应足够大,安装基面应有较高的配合精度,保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空,大型夹具还应设置吊环或起重孔。工件装夹方案确定以后,根据定位元件及夹紧机构所需要的空间范围及机床工作台的尺寸,确定夹具体的结构尺寸,然后绘制夹具总图。详见绘制的夹具装配图。总 结毕业设计,是一个系统性、知识点广泛的学习过程。通过这样一个系统性的学习和结合,使自己把学过的知识联系起来,运用到各个方面上去。同时,广泛地运用设计手册及各种参考资料,学会了在实际中运用工具书,和独立完成每一步查找工作;整个零件的加工过程是和其他同学分工完成的,集中体现了团队精神,合作分工能很好的提高办事效率!在这次设计中培养了我独立分工合作的能力!为以后出身社会的工作打下基础!通过不懈努力和指导老师的精心指导下,针对这些问题查阅了大量的相关资料。最后,将这些问题一一解决,并夹紧都采用了手动夹紧,由于工件的尺寸不大,所需的夹紧力不大。完成了本次设计,通过做这次的设计,使对专业知识和技能有了进一步的提高,为以后从事本专业技术的工作打下了坚实的基础。参考文献参 考 文 献1 东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学,机床夹具设计手册M,上海:上海科学技术出版社,1980。2 张进生。机械制造工艺与夹具设计指导。机械工业出版社,1995。3 李庆寿。机床夹具设计。机械工业出版社,1991。4 李洪。机械加工工艺手册。北京出版社,1996。5 上海市金属切削技术协会。金属切削手册。上海科学技术出版社,2544。6 黄如林,刘新佳,汪群。切削加工简明实用手册。化学工业出版社,2544。7 余光国,马俊,张兴发,机床夹具设计M,重庆:重庆大学出版社,1995。8 周永强,高等学校毕业设计指导M,北京:中国建材工业出版社,2542。9刘文剑,曹天河,赵维,夹具工程师手册M,哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1987。10 王光斗,王春福。机床夹具设计手册。上海科学技术出版社,2542。11 东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学。机床夹具设计手册.上海科学技术出版社,1984。 12 李庆寿,机械制造工艺装备设计适用手册M,银州:宁夏人民出版社,1991。13 廖念钊,莫雨松,李硕根,互换性与技术测量M,中国计量出版社,2540:9-19。14 王光斗,王春福,机床夹具设计手册M,上海科学技术出版社,2540。15 乐兑谦,金属切削刀具,机械工业出版社,25Q235:4-17。16 Machine Tools N.chernor 1984.17 Machine Tool Metalworking John L.Feirer 1973.致 谢经过了的很长时间,终于比较圆满完成了设计任务。回顾这日日夜夜,感觉经过了一场磨练,通过图书、网络、老师、同学等各种可以利用的方法,巩固了自己的专业知识。对所学知识的了解和使用都有了更加深刻的理解。此时此刻,我要特别感谢我的导师的精心指导,不仅指导我们解决了关键性技术难题,更重要的是为我们指引了设计的思路并给我们讲解了设计中用到的实际工程设计经验,从而使我们设计中始终保持着清晰的思维也少走了很多弯路,也使我学会综合应用所学知识,提高分析和解决实际问题的能力。不仅如此,老师的敬业精神更是深深的感染了我,鞭策着我在以后的工作中爱岗敬业,导师是真真正正作到了传道、授业、解惑。同时也要感谢其他同学、老师和同事的热心帮助,感谢院系领导对我们毕业设计的重视和关心,为我们提供了作图工具和场所,使我们能够全身心的投入到设计中去,为更好、更快的完成毕业设计提供了重要保障。43工 艺 过 程 卡产品型号零(部)件图号共1 页产品名称卡板零(部)件名称卡板第1 页材料牌号6061毛坯种类型材毛坯外形尺寸每毛坯件数1每台件数1备注工序号工序名称工 序 内 容车间设 备工 艺 装 备工 时名称、型号编号夹 具辅具刀、量具准终单件10开料型材开料铸20去毛刺去毛刺30铣铣上端面及台阶面金立式铣床X52K专用夹具游标卡尺面铣刀5min5min40铣铣下端面金立式铣床X52K专用夹具游标卡尺面铣刀3min3min50铣铣四周轮廓金立式铣床X52K专用夹具游标卡尺面铣刀5min5min60铣铣4-R3.5槽金立式铣床X52K专用夹具游标卡尺面铣刀5min5min70钻钻4-3.5mm的孔金摇臂钻床Z525专用夹具游标卡尺钻头,铰刀14min14min80钻钻另外一处4-3.5mm的孔金摇臂钻床Z525专用夹具游标卡尺钻头14min14min90钻钻孔攻丝M4螺纹的孔金摇臂钻床Z525专用夹具游标卡尺钻头14min14min100去毛刺四周轮廓倒角去除毛刺110验收验收120入库入库编 制审 核会 签标记处数更改文件号签 字日 期标 记处数更改文件号签 字日 期高卉林 机械原理基于局部平均分解的阶次跟踪分析及其在齿轮故障诊断中的应用Junsheng Cheng, Kang Zhang, Yu Yang关键词: 阶次跟踪分析 局部平均分解 解调 齿轮 故障诊断摘要:局部平均分解(LMD)是一种新的自适应时频分析方法,这种方法特别适合处理多分量的调幅信号和调频(AM-FM)信号。通过使用LMD方法,可以将任何复杂的信号分解为一系列的产品功能PF分量(PFs),每个PF分量都是纯调频信号和包络信号的乘积,且通过纯调频信号可以获得具有物理意义的瞬时频率。从理论上讲,每个PF分量都是一个单分量的AM-FM信号。 因此,可以将LMD的过程看作是信号解调的过程。齿轮发生故障时,振动信号呈现明显的AM-FM特征。因此,针对齿轮升降速过程中故障振动信号为多分量的调制信号,以及故障特征频率随转速变化的特点,提出了一种基于LMD和阶次跟踪分析的齿轮故障诊断方法。齿轮箱的故障诊断实验表明本文提出的方法能有效地提出齿轮故障诊断特征。1 引言齿轮传动是机械设备中常见的传动方式, 故对齿轮进行故障诊断具有重要意义。齿轮故障诊断的关键一步是故障特征的提取。一方面,传统的齿轮故障诊断方法的重点在一个固定的旋转速度检测振动信号的频谱分析。 而齿轮作为一种旋转部件, 其升降速过程的振动信号往往包含了丰富的状态信息, 一些在平稳运行时不易反映的故障特征在升降速过程中可能会充分地表现出来1,此外,来自齿轮振动信号的暂态过程中,速度依赖性总是显示非平稳特征。如果频谱分析直接应用于非平稳振动信号,混频将不可避免的发生,这将对故障特征提取带来不良影响。在以往的研究中,为了跟踪技术,通常利用振动信号中添加旋转机械轴转速信息,已经成为一个在旋转机械故障诊断2,3的重要途径。从本质上讲,阶次跟踪分析技术可以在时域非平稳信号转换成角域静止,可以突出的旋转速度相关的振动信息和抑制无关的信息。因此,阶次跟踪分析是在助跑过程中齿轮的故障特征提取和运行了一个可取的方法 另一方面,当发生故障的齿轮振动信号,拿起在运行和运行过程中始终存在的振幅特性调制和频率调制(AMFM)。为了提取齿轮故障振动信号的调制特征,解调分析是最流行的方法之一 4,5 。然而,传统的解调方法,如希尔伯特变换解调和传统包络分析有其自身的局限性 6 。这些缺点包括两个方面:(1)在实践中大多数的齿轮故障振动信号都是多组分是调频信号。这些信号,在传统的解调方法,他们通常是通过带通滤波器分解成单组分是调频信号的解调,然后提取的频率和振幅信息。然而,这两个数载波频率的载波频率成分和幅值都难以在实践中被确定,所以带通滤波器的中心频率的选择具有主体性,将解调误差和使它提取机械故障振动信号的特征是无效的;(2)由于希尔伯特不可避免的窗口效应变换,当使用希尔伯特变换提取调制信息,目前的非瞬时响应特性,即,在调制信号被解调以及打破中间部分的两端会再次产生调制,使振幅指数衰减的方式得到的波动,然后解调误差将增加 7 。为了克服第一个缺点,一个合适的分解方法应寻找独立的多分量信号为多个单组分是调频信号的包络分析之前。由于EMD(经验模态分解)自适应复杂多分量信号分解为一系列固有模态函数(IMF)的瞬时频率的物理意义 8,9 ,基于EMD的阶比跟踪方法已广泛应用于齿轮故障诊断 13 。然而,仍然存在许多不足之处 14 ,如在EMD的端点效应和模态混 15 ,仍在进行。此外,对原信号通过EMD分解,产生了由希尔伯特变换(上面提到的)缺点是不可避免的在IMF进行希尔伯特变换的包络分析。此外,有时无法解释的负瞬态频率时会出现瞬时频率计算每个IMF进行希尔伯特变换 16 局部均值分解(LMD)是一种新型的解调分析方法,特别适合于处理多组分的幅度调制和频率调制(AM调频)信号 16 。用LMD,任何复杂的信号可以分解成许多产品功能(PFS),每一种产品的包络线信号(获得直接由分解)的PF瞬时振幅可以得到一个纯粹的频率调制信号从一个良好定义的瞬时频率可以计算。在本质上,每个PF正是一种单组分我调频信号。因此,LMD的程序可以,事实上,作为解调过程。调制信息可以通过频谱分析的瞬时振幅(包络信号,直接获得通过分解)每个PF分量进行希尔伯特变换,而不是由PF分量。因此,当LMD和EMD方法分别应用到解调分析,与EMD,LMD的突出优点是避免希尔伯特变换。此外,LMD迭代过程中所采用的手段和当地的幅度不平滑的地方用EMD的三次样条的方法,这可能带来的包络的误差和影响的精度瞬时频率和振幅。此外,与EMD端点效应相比并不明显,因为在LMD方法更快的速度和算法的迭代次数更少 17 。 基于以上分析,阶次跟踪和解调技术,LMD最近的发展,科学相结合,并应用于齿轮故障诊断过程中各轴速度。首先,订单跟踪技术被用于将从时间域的齿轮振动信号角域。其次,分解角域重采样信号的PF系列LMD,因此组件和相应的瞬时振幅和瞬时频率可以得到的。最后,进行频谱分析的故障信息含有显性PF分量的瞬时幅值。从实验的振动信号,表明该方法能有效地提取故障特征和分类准确齿轮工作状态的分析结果。 本文的组织如下。第2节是一个给定的LMD方法理论。在第3节中的齿轮故障诊断方法中,以技术和LMD跟踪相结合的提出和实践应用表明,提出的方法。此外,LMD和基于EMD的比较也在第3节提到了基础的方法。最后,我们得出了第4部分的结论。2 LMD 方法 LMD方法的本质是通过迭代从原始信号中分离出纯调频信号和包络信号,然后将纯调频信号和包络信号相乘便可以得到一个瞬时频率具有物理意义的PF分量,循环处理直至所有的PF分量分离出来对任意信号x(t),其分解过程如16: ( 1) 确定原始信号第i个局部极值及其对应的时刻,计算相邻两个局部极值和的平均值 (1) 将所有平均值点mi在其对应的时间段,内伸一线段,然后用滑动平均法进行0平滑处理,得到局均值m11(t) 。 ( 2) 采用局部极值点计算局部幅值 : =| -|/2 (2)将所有局部幅值点ai在其对应的时间段,内伸成一条线段,然后采用滑动平均法进行平滑处理,得到包估计函数a11(t) 。 ( 3) 将局部均值函数m11(t)从原始信号x(t)中分离来, 即去掉一个低频成分,得到 h11(t)=x(t)-m11(t) (3) ( 4)用h11(t)除以包络估计函数A11( t)以对h11(t)进行解调,得到 s11(t)=h11(t)/A11(t) (4) 对s11( t)重复上述步骤便能得到s11(t)的包络估计函数A12(t),若A12(t)不等于1,则s11( t)不是一个纯调频信号需要重复上述迭代过程n次,直至s1n(t)为一个纯调频信号,即 s1n(t)的包络估计函数 A1(n+1)(t)=1,所以,有 (5) (6)为理论上, 迭代终止的条件 (7) 在实践中,一种变体会提前确定。如果1a1(n + 1)(t)1 +and1s1n(t)1,然后迭代过程将停止( 5) 把迭代过程中产生的所有包络估计函数相乘便可以得到包络信号( 瞬时幅值函数) : (8)( 6) 将包络信号A1(t)和纯调频信号s1n(t)相乘便可以得到原始信号的第一个PF分量: PF1(t)=a1(t)s1n(t) ( 9)PF1(t)包含了原始信号中频率值最高的成分,是一个单分量的调幅-调频信号,PF1(t)的瞬时幅值就是包络信号A1(t),PF1(t)的瞬时频率f1(t)则可由纯调频信号s1n(t)求出,即: (10) ( 7)将第一个PF分量PF1(t)从原始信号x(t)中分离出来, 得到一个新的信号u1(t),将u1( t)作为原始数据重复以上步骤,循环k次,直到 uk为一个单调函数为止,即: (11) 原始信号x(t)能够被所有的PF分量和uk重构,即: (12) 产品功能p的数量在哪里.此外,相应的完整的时频分布可以通过组装瞬时幅度和瞬时频率的PF组件。3 基于阶次跟踪分析与 L M D 的齿轮故障诊断3.1 阶次跟踪分析 阶次跟踪分析首先根据参考轴的转速信息对时域信号进行等角度重采样, 将时域非平稳信号转换为角域平稳信号, 再对角域平稳信号进行谱分析得到阶次谱。阶次跟踪分析能够提取信号中与参考轴转速有关的信息, 同时抑制与转速无关的信号, 因此非常适合分析旋转机械在变转速过程下的振动信号。实现阶次跟踪分析技术的关键在于, 如何实现被分析信号相对于参考轴的等角度重采样, 即阶次重采样。常用的阶次重采样方法有硬件阶次跟踪法 6、计算阶次跟踪法 7和基于瞬时频率估计的阶次跟踪法 8等。硬件阶次跟踪法直接通过专用的模拟设备实现信号的等角度重采样,实时性好,但只适用于轴转速较稳定的情况,且成本很高;基于瞬时频率估计的阶次跟踪法不需要专门的硬件设备,无需考虑硬件安装问题,且成本较低, 但是不适用于分析多分量信号,而实际工程信号大多为多分量信号, 因此其实际应用意义不大;COT法通过软件的形式实现等角度重采样,分析精度高, 对被分析的信号没有特别的要求,并且无需特定的硬件, 因此是一种应用广泛的阶次跟踪分析方法。根据试验条件采用COT法实现信号的阶次重采样,其具体步骤如下:1. 对振动信号和转速信号分两路同时进行等时间间隔(间隔为$t)采样,得到异步采样信号;2. 通过转速信号计算等角度增量 $H 所对应的时间序列ti ;3. 根据时间序列ti的值,对振动信号进行插值,求出其对应的幅值,得到振动信号的同步采样信号,即角域平稳信号;4.使用LMD分解平衡角重采样信号,因此sPF系列组件和相应的瞬间振幅和瞬时频率可以获得5.光谱分析应用于每个PF的瞬时振幅组件,然后我们有订单谱3.2 齿轮故障诊断实例升降速过程中的齿轮故障振动信号通常是多分量的调幅-调频信号,并且故障特征频率会随着转速的变化而改变。针对升降速过程齿轮故障振动信号的这些特点, 提出了基于阶次跟踪分析和 LM D 的齿轮故障诊断方法。首先采用阶次跟踪分析将齿轮升降速过程的时域振动信号转换成角域平稳信号;然后对角域信号进行LMD分解,得到一系列PF分量,以及各个PF分量的瞬时幅值和瞬时频率; 最后对各个PF分量的瞬时幅值进行频谱分析,便可以有效地提取出齿轮故障特征。为了验证方法的正确性,在旋转机械试验台上进行了齿轮正常和齿根裂纹两种工况的试验。该系统中, 电机输入轴齿轮齿数z1=55, 输出轴齿轮齿数z2 = 75。在输入轴齿轮齿根上加工出小槽,以模拟齿根纹故 障, 因此齿轮啮合阶次xm=55,故障特征阶次xc=1。图1和图2所示分别为由转速传感器测得的输入轴瞬时转速n(t),以及由振动传感器测得的齿轮故障 振动加速度a(t),其中采样频率为8192H z,采样时间为20s从图1可以看出,输入轴转速首先从150r/min逐渐加速至1410r/min, 然后再减速到820r/min,而加速度信号的幅值也随着作出了相应的变化。不失一般性,截取图2中5 7s升速过程的信号 a1(t)进行分析。 图 1 输 入轴的瞬时转速 n ( t )图 2 齿轮故障振动加速度信号 a( t )值在秩序O=55和O=110相应的齿轮啮合秩序和双。因此这意味着频率混淆现象已经在很大程度上消除。然而,为j1()仍然是一个多个组件MA-MF信号。因此,一边频带反映故障特征频率模糊。有效地提取故障特征,应用LMD j - 1(),因此七PF组件和残渣可以得到图6所示,这意味着LMD解调的进展。因此,它是可以提取齿轮故障特性,利用频谱分析的瞬时振幅PF组件包含主要故障信息。通过分析,我们知道失败的主要信息包括在第一个PF组件。因此,无花果。7和8给瞬时振幅a1()的第一个PF组件PF 1()和相应的秩序光谱的a1(),很明显,有不同的光谱峰值在第一顺序(O = 1)对应齿轮阶次跟踪功能,符合齿轮的实际工况。图9和图10显示转速信号的n(t)和振动加速度信号的时域波形s(t)齿轮分别与破碎的牙齿,采样率为8192 Hz和总样品时间是20年代。断齿故障引入输入轴上的齿轮与激光切割槽的牙根。首先,一段信号s1(t)5 s-7年代为进一步分析的进步是拦截;其次,假设样本点每旋转400;第三,角域信号为j1()图11所示可以通过执行命令重采样s1(t);第四,LMD适用于j-1();最后,相应的秩序频谱图12所示的瞬时振幅首先PF组件PF 1()可以了,很明显,有不同的光谱峰值(比在图8)在第一顺序(O = 1)阶次跟踪分析对应于齿轮故障功能,符合齿轮的实际工况。同样的,我们同样可以做正常的齿轮。转速信号n(t)和振动的时域波形加速度信号s(t)的正常齿轮分别列在无花果。13和14,采样率为8192 Hz和总样品时间是20多岁。在上述相同的方法应用于原始信号图14所示,结果无花果所示。15和16。图15显示了角域j - 1()执行顺序重采样后的信号部分(5s-7年代在筹备进展)的原始信号。图16显示了相应的瞬时振幅谱第一个PF组件,很难找到齿轮故障特征,也符合实际的工作状态的装备。目前,多组分的另一个竞争解调方法AM-FM信号,即经验模式分解(EMD)存在,已经被广泛应用于信号解调分析(7、22)。为了比较两个EMD方法,取代LMD,我们能做的同样使用EMD进行重采样信号无花果所示。图4、11和15 图 3 齿轮故障振动加速度信号的频谱图 4 阶次重采样后的齿轮故障振动 加速度信号图5 j1()的阶次谱分别,因此可以获得一系列国际货币基金组织(IMF)组件。此外,相应的瞬时振幅和国际货币基金组织每个组件的瞬时频率可以通过希尔伯特变换计算。通过分析,我们知道,IMF主要特征信息包含在第一个组件。因此,只有应用于瞬时频谱分析第一个国际货币基金组织(IMF)组件的振幅。无花果。17日至19日给订单频谱对应三种振动信号的破解断层、断齿故障和正常的齿轮,分别,很明显,订单跟踪分析基于EMD也可以提取齿轮故障特性,确定齿轮的工作状态。尽管EMD和LMD都可以分解原始信号实际上,两种方法之间的差异仍然存在。EMD方法比较,如第一节中所述,LMD有更多迭代次数少等优点,不明显的效果和更少的瞬时频率的虚假成分,可以使用更多的应用在实践中。 图 6 角域信号j1( )的LMD分解结果图 7 PF1()的瞬时幅值A1()图 8 第1个PF分量的幅值谱图 9 输入轴的瞬时转速 n(t)图 1 0 正常齿轮的振动加速度信号 a(t)图11 阶次重采样后的正常齿轮振动加速度信号j1()图 12 第一个PF分量的幅值谱图13 输入轴转速r(t)正常齿轮前和过程中图图14 齿轮的振动加速度信号(t)在正常状态图15 相应的振动加速度信号为j1()角域通过应用顺序重采样tos(t)图14所示。图17 第一个IMF分量的幅值谱 图 18 第一个IMF分量的幅值谱3 结论 在齿轮故障诊断技术、阶次跟踪是一个著名的技术,可用于故障检测的旋转机器采用振动信号。针对齿轮故障振动信号的调制特点在助跑和破败的和缺点在齿轮经常可以发相关轴转速在瞬态过程中,阶次跟踪和技术LMD相结合用于齿轮故障诊断。从理论分析和实验结果以下几点得出结论: ( 1) 在分析齿轮变转速状态下的振动信号时,转速波动会引起频谱图出现频率混叠, 而阶次跟踪分析通过对信号进行阶次重采样能够在很大程度上消除频率混叠, 使频谱图的谱线清晰可读。 ( 2) 齿轮故障时的振动信号为一多分量的调幅- 调频信号, 采用LMD方法能将其分解为若干个PF分量之和,同得到各个PF分量的瞬时幅值和瞬时频率, 实现了原信号的解调。对含有齿轮故障特征的PF分量的瞬时幅值进行频谱分析, 能够准确地提取出齿轮故障特征信息。 图19 阶次的第一个国际货币基金组织(IMF)组件的正常使用EMD齿轮 ( 3) 对齿轮正常和齿根裂纹两种工况的振动信号进行了分析,分析结果表明, 本文方法能够准确地反映出齿轮的实际工况。References1 S.K. 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