回转盘的机械加工工艺规程及其镗工序的专用夹具设计【镗φ72φ60φ55阶梯孔】【说明书+CAD】
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-湖南工学院西校区毕业设计课题 回转盘的机械加工工艺规程及其镗工序的专用夹具专业 机械设计制造及其自动化班级 学生姓名 指导老师(签名) 200 年 月 日目 录一、 毕业设计任务书二、 回转盘的结构三、 回转盘的生产纲领和生产类型四、 工艺规程设计五、 机床夹具设计六、 毕业总结七、 文献检索一 设计任务书1、 设计课题设计回转盘的机械加工工艺规程及其工艺装备2、 原始资料1 生产纲领 10万件/年2 生产类型 中批生产3 车间工作制 两班制3、 设计内容1零件毛坯图 1张2机械加工工艺规程卡 1套3机械加工工序卡 1套4夹具装配图 1张5夹具零件图 1套6设计说明书 1份机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号产品名称零(部)件名称共( )页第( )页材料牌号毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数备注工序号工序名称工 序 内 容车间工段设备工艺装备工时准终单件描图描校底图号装订号设计(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机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号产品名称零(部)件名称共( )页第( )页车间工序号工序名称材料牌号毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转数r/min切削速度m/min进给量mm./r切削速度mm进给次数工步工时机动辅助描图描校底图号装订号设计(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机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号产品名称零(部)件名称共( )页第( )页车间工序号工序名称材料牌号毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转数r/min切削速度m/min进给量mm./r切削速度mm进给次数工步工时机动辅助描图描校底图号装订号设计(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机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号产品名称零(部)件名称共( )页第( )页车间工序号工序名称材料牌号毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转数r/min切削速度m/min进给量mm./r切削速度mm进给次数工步工时机动辅助描图描校底图号装订号设计(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机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号产品名称零(部)件名称共( )页第( )页车间工序号工序名称材料牌号毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转数r/min切削速度m/min进给量mm./r切削速度mm进给次数工步工时机动辅助描图描校底图号装订号设计(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机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号产品名称零(部)件名称共( )页第( )页车间工序号工序名称材料牌号毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转数r/min切削速度m/min进给量mm./r切削速度mm进给次数工步工时机动辅助描图描校底图号装订号设计(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机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号产品名称零(部)件名称共( )页第( )页车间工序号工序名称材料牌号毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转数r/min切削速度m/min进给量mm./r切削速度mm进给次数工步工时机动辅助描图描校底图号装订号设计(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南昌航空大学科技学院航空工程系机 械 加 工 工 艺 过 程 卡产品型号零件图号A0产品名称迴转盘零件名称迴转盘共2 页第 1页材料牌号ZG35毛坯种类铸件毛坯外形尺寸每毛坯可制件数1每台件数1备注工序号工序名称工 序 内 容车间工段设备工 艺 装 备工 时准终单件010铸造机器砂型铸造铸砂020时效人工时效处理030表面处理涂漆喷枪040铣工铣在A基准上的两个端面,粗糙度是铣床专用夹具050铣工铣在B基准上的两个端面,粗糙度是铣床专用夹具060铣工铣欲铣出两半圆上的正上方粗造度是的四周平面和这两半圆内外突出的端面,与长粗造度是的侧面铣床专用夹具070铣工铣欲钻2个40的孔的,粗造度是内外共4个端面铣床专用夹具080铣工铣斜度是6:100,粗造度是的两斜面铣床专用夹具090钳工钻,攻丝,2-M16-7H,锪平30钻床专用夹具100钳工钻,攻丝,12M307H的螺纹孔,倒角45钻床专用夹具110钳工钻,扩,铰,侧面粗造度是的孔,倒角45钻床专用夹具120钳工钻,扩,铰2个40,侧面粗造度是的孔,倒角45钻床专用夹具130钳工钻,攻丝,5M247H,深30的螺纹孔,倒角45钻床专用夹具140钳工钻,粗铰,精铰,3-锥销孔16与减速机体配作粗造度是的孔钻床专用夹具150钳工钻,攻丝,2-M10-8H,深20的螺纹孔钻床专用夹具160钳工钻,攻丝,M24x1.5-7H,贯通的螺纹孔钻床专用夹具170钳工钻,攻丝,4-M14-7H,深25的螺纹孔钻床专用夹具180钳工钻,攻丝,2-M12-7H,深25的螺纹孔钻床专用夹具190钳工钻,粗铰,20,深20的通孔钻床专用夹具200铣工铣出粗造度是的两个半圆铣床专用夹具210铣工铣出90两个孔粗造度是的侧面和粗造度是的底面,倒角45铣床专用夹具220钳工钻,铰,,深16的孔钻床专用夹具230镗孔粗镗,半精镗,粗造度是的两个孔镗床专用夹具240终检按零件图样要求全面检查250入库入库设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)校对(日期)标记处数更改文件号签字日期标记更改文件号签字日期2011年5月二回转盘的结构功用分析(一)零件的作用:回转盘是钻床主轴上的一个重要零件,钻床主轴通过回转盘与钻关相连,回转盘与主轴用四个螺钉联接,实现钻床的正确联接。 回转盘的轴套孔中安装齿轮齿条,轴套中安装弹簧,钻床工作时,主轴带动回转盘中的齿轮运动,通过齿轮齿条实现钻头的纵向进给,利用弹簧的回弹作用实现钻头的自动复位。 (二)零件的工艺分析该零件的材料为HT180,该材料具有较高的耐磨性,强度,耐热性及减振性.该零件的材料主要加工面为R.N面及370+0.027 , 62,72等。孔55,72的中心线对端面尺在500mm上的平行度直接影响到主轴的配合精度和运转精度,因此对孔55,72的孔应同时镗出,保证其同轴度,使平行度公差降到最小。62对90的同心性允差为0.02,将直接影响孔与轴的配合,因此在加工时,最好在一次装夹内完成。车削50mm的端面保持其尺寸108,将直接影响方孔内各孔的正确定位以及齿轮运动时的空间。90轴线与R面垂直度允差为0.03,72对55的圆心允差为0.05,37对55的圆心允差为0.05,影响回转盘生与主轴联接的正确定位,从而影响主轴传动齿轮与变速箱的锥齿轮的啮合精度。由参考文献机械制造工艺设计简明手册中的有关和孔加工的径向精度及机床达到的位置精度可知,上述要求可以达到,零件的结构工艺性是可行的。(三)回转盘的生产纲领,生产类型和其它给定条件根据零件的材料确定毛坯为铸件,其生产类型为中批生产,由机械制造工艺设计简明手册可知,毛坯的铸造方法采用砂型机械造型,又由于零件的内腔及50,55,37等孔均须铸出,故应安放型芯,此外,为消除残余应力,铸出后还应安排人工时效处理。参考文献机械制造工艺设计简明手册表2.2-5,该种铸件的公差等级为CT8-10级,加工余量等级MA为G级,故取CT为9级,MA为G级。铸件的分型面选择:通过R基准的孔轴线且与90轴线垂直的面,并在230mm处安装一个离心棒,使230mm以下部分与左边部分合为一体。加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值R面382G4.5N面230G4.53737H3.05050H3.0105方孔105H4.062孔62H3.072孔72H3.060孔60H3.055孔55H3.080孔80H3.075孔75H3.0浇冒口位置:位于70mm的轴心线上,各表面总余量。说明:底面双侧加工孔降一级,双侧加工.加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值90孔90H3.0230230H5.0续表:由参考文献机械制造工艺设计简明手册表2.2-1,可得铸件主要尺寸公差如下表所示:主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差等级R面的轮廓尺寸382939132N面的轮廓尺寸15451951690顶面至底面1513154252302301024028909069622505065620808068622其零件毛坯合图(附A,图纸一张) 四 工艺规程设计(一)定位基准的选择 回转盘R面和55mm孔的轴心线既是装配基准又是设计基准,用它们作精基准能使加工遵循“基准重合”原则,实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式。其余各面和孔也能用它作定位,这样使加工又遵循了“基准统一”原则,另外R面的面积较大,定位比较稳定可靠,夹紧方案也比较简单,可靠,操作方便。 粗基准的选择可以考虑以下几点要求:1) 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求,应以不加工表面作为粗基准;如果在工件上有很多不须加工的表面,则应以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。2) 如果必须首先保证某很重要表面与不加工面之间的位置要求,应以首先保证某重要表面的加工余量,均应选择表面作为粗基准。3) 如果需保证各加工面都有足够的加工余量应选加式余量较小的表面作为粗基准。4) 选择粗基准的表面应平整,没有浇冒口,习砂等缺陷,以便定位可靠。5) 粗基准一般只能使用一次,特别是主要定位基准面,以免产生较大的位置公差。综上所述,分析零件,选择100和70端面作为粗基准。最先进行机械加工表面上R面和55,72的孔,可利用压极装夹的和专用夹具装夹。(二)零件表面加工方法的选择:零件表面加工方法选择应考虑以下问题:1)零件表面的加工方法,主要取决于加工表面的技术要求 。这些技术要求 还包括由于基准不重合而提高了作为精基准的技术要求。2)选择加工方法应考虑每种加工方法的加工经济精度范围,材料的性质及可加工性,工件的结构,形状及尺寸大小,生产纲领及批量生产现有设备条件等。 3)应考虑各种加工方法的经济精度 各表面加工方法的经济精度 各表面加工方法 的选择如下: R面:粗刨两次 方孔:粗刨,精刨 105孔:粗刨,精刨, 锪平50:粗车62:粗车,半精车,精车72:粗镗,半精镗,精镗60:粗镗55:粗镗,精镗,研磨80:粗镗37:粗镗,半精镗,精镗75:粗车,半精车,精车90:粗车,半精车,精车4-13:钻 锪平 4-32各螺纹孔及其它小孔均用钻床钻孔。(三)加工顺序的安排 因孔55及72的中心线对端面尺在500mm上的平行必误差0.05,故它们 的加工宜采用工序集中的原则 ,即分别在一次装夹下将R面的两孔同时加工出来,以保证其位置精度。根据“先面后孔”“先主后次”“先粗后精”的加工原则,将R面50,105,80等孔的粗加工放在前面,精加工放在后面,各面上和螺纹孔等次要表面,放在最后加工工艺路线如下:一、 铸,铸造,翻砂,注意检查缺陷二、 油漆,清砂,刷底面,自然时效三、 划下列各尺位的刨位加工线1以72,55外圆毛坯定两孔中心线;2以230背面向上,将工件顶起,校平各面加工线;3工件转90以72,55,中心线找正划各加工线;4划230 外圆线;5各孔的中心线对毛面的偏移允差不大于1.5。四 刨 压板 装夹 校正1刨方孔及105端面保持61.1表面粗糙度6.32. 刨100端面, 表面粗糙度12.5;3. 刨70端面,保持尺寸;4精刨方孔,及105端面主尺寸要求;五粗车,四爪及胎具夹压1切平230 端面保持尺寸为122;2切平90端面保持尺寸29,151为152;3车230 为2314车90为90.1550至尺寸;6车62至60,保持长38为37;7.车平50端面,保证尺寸108。六 精车1光车62端面;2车62至要求保持尺寸38;3倒角145在54处倒角245切槽20.5;4车90及端面,保持长30为28,及151至尺寸要求,精车230及端面,保持证长30尺寸;5切槽40.5,90倒角145七 铣 铁槽125 刻线360八 钳 钻4-13刮32九 1.粗镗37孔 2.精镗37孔至尺寸线 3.镗 80孔至尺寸,保持尺寸26; 4倒内角145; 5粗镗55和72的孔; 6精镗55 72的孔,保持72至60的尺寸为62; 7调头镗60至尺寸线 8倒内角145十 1.钻模 钻孔 攻丝 2.打字码 3.研磨55孔至尺寸线十一 油漆,补灰十三 钳,装配,按工艺部装及总装四)选择加工设备及刀具,夹具,量具 由于是中批生产,因大部分选择通用机床,辅以专用机床,其生产方式以通用机床加专用夹具为主,辅以少量专用机床的流水生产线,工件各机床上的装卸及各个机床间的传递由人工完成; 粗刨R面方孔,105mm的端面以及精刨方孔105端面选择龙门刨床,其型号:BQ208A,刀具为机床强力刨刀,材料为YG168,粗镗37, 80, 60, 55, 72孔采用坐标,镗床型号T4163选择镗通孔的镗力,专用夹具,游标卡尺,内径一平分尺;铣槽125,考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题,采用立铣52K,选择卡盘铣刀,专用夹具和内径平分尺。 切平230端面及90端面选CA6140通用车床,选择硬质合金车刀,其材料为YG6通用四爪卡盘;夹具的游标卡尺。230,90等孔,选择CA6140车床,刀具选择回转位车刀;50,62等孔,选择CA6140车床,刀具选择圆形镗刀,通用夹具,游标卡尺和外径平分尺;刮成432的孔,选择通用直径为32mm带可换导柱锥柄平底锪钻,导柱直径为 13,钻413孔选择摇臂钻床,Z3025选择锥柄麻花钻,选用锥柄机用铰刀,专用夹具,快换夹头及塞规,各螺纹孔和螺栓都选用Z3025钻床。M螺纹孔用塞规检验。五)加工工序设计1工序:粗刨方孔及端面,精刨方孔及105端面,刨削用量的计算。 a刨100mmr 端面,取粗加工余量为4.5mm,一次刨削成功,取a=45mm,f=1.5mm/2st刀杆截面1625,刀片厚度是4mm,查文献27-2-14得刨削速度V= 切削力: N切削功率;kw,由于刨刀(机夹强力刨刀),材料为YG硬质合金,取主偏角=45取k=10,刀具耐度T=60mm,切削速度确定:查文献2表7.2-14,7-2-5取,m=0.2,则:=34.96切削力的计算: N查文献2表7.2-14,7-2-5取则Fz=9004.51.51=5489.38N切削功率的计算:kw通过上述计算查表7-2-18刨削速度V=3.5刨削力 Fz=8140N刨削功率 Pm=4.72kwb.粗刨105端面,取粗加工余量为2mm,查文献2表 7.2-12取=2mm,f=2 则: 刨削速度 V= 刨削功率 Pm=1.5kw 查文献2表7-2-18刨削速度V=31 刨削力 Fz=5640N 刨削功率Pm=2.88kw 精刨105端面取精加工余里为0.5mm,查文献2表 7-2-14,7-2-15取 f=10 则 刨削速度V=7.3刨削力 Fz=900N刨削功率 Pm=0.31kw查文献,2表7-2-19取 V=15,Fz=8535N,Pm=2.0kw由以上机床功率计算表明该机床功率足够2.工序五,粗车的工序设计 1)粗车230端面 已知加工材料HT180工件尺寸毛坯件.D=240mm,车削后d=230mm,加工长度L=15 加工要求:车削后表面粗糙度为Rc=1.6mm 车床:CA6140,加工两端支承在顶尖上,由于工件及铸造毛坯加工余量达6mm而加工要求又较高Rc=1.6mm,故分两次走刀,粗车加工量取4mm,精车加工余量为1mma. 选择刀具1. 选择机夹转位车刀2. 根据机械制造工艺设计指导书表1.1 CA6140车床的中心高为400mm故选刀杆尺 2030,厚度为83. 根据表1.2粗车(精度)带外皮的铸件毛坯,可选择YG6牌号硬质合金.4. 车刀几何尺寸表(1.3)选择平面带倒棱型车刀kr=45,kr=10,x=60,y=8=-10y=1.0mm y=-10,by 0.5fb. 选择切削用量1. 确定切削深度由于粗加工余量仅为4mm,因在一次走刀内完成故2. 确定进给量f,根据表1-4,在粗车时,刀杆尺 2030 , =35mm,以及工件直径为 100600mm,取f=1.2确定的进给量须满足车床进给要求,故须进行校验根据1.21当铸铁的强度S212,f4, f1.2 kr=45,进给力Ff=1930N,由于Ff修正系数为ky,k 故实际进给力Ff=1.2,可用选择车刀磨钝标准及寿命 最大磨损量取为:1表1.9车刀寿命T=30min,确定切削速度Vc根据表1-104,f1.34切削速度Vc(根据表1-10, 4)切削速度的修正系数为,故.Vc=500.651.00.81.151.0=29.9,车床主轴CA6140车床说明书,当n.车床主轴允许功率Pz=5.9kw,因PcPz,故所选择的切削用量均可,最后决定的车削用量为,f)计算基本工时,L+L+y+ L=15 根据机械制造工艺学课程设计表1.26车削时入切量及超切量:y+s=6mm,则=21mm故=2)粗车90端面,保持尺寸30为29,151为152,已知:工件尺寸坯件D=96车削后d=90,加工长度34.5.加工要求:车削后表面粗糙度Ra=32车床:CA6140,工件两端面支承在顶尖上由于工件余量达3mm.而加工要求又较高故分两次走刀,粗车加工余量为2.5mm精车余量为0.5mma).选择刀具1.选择机夹可转位车刀2.选择刀杆尺寸为2030.刀片厚度为8.3.根据表1.2粗车带外皮的铸件毛坯,可选择YG6牌号硬质合金.4.车刀几何尺寸,选择平面带倒棱型车刀kr=45,kr=10,x=60,y=8=-10y=1.0mm y=-10,by 0.5fb)选择切削用量.1.由于粗加工余量为2.5,在一次走刀内完成,故=2.5mm2.确定进给量,根据表1-4,在粗车铸铁时,刀杆尺寸2030, 3mm,以及工件直径小于100mm时,f=0.91.3按CA6140车床说明书,选择f=0.96确定的进给量尚须满足车床进给机构强度要求,故须进行校验 根据表1.22当铸铁的强度, =208248MPa 3.2,f0.96 ,kr=45,F=1140N切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力,故所选f=0.96,可用选择车刀磨钝标准及寿命磨损量取1mm车刀寿命T=30min 确定切削速度Vc,根据机械设计制造工艺学指导书表1.27 V 式中:kv其中0.630.8=48.9按CA6140车床说明书选择Nc=160这时校验机床功率,当=2081420, 2.8Vc49Pc=1.7kw 切削功率的修正系数故实际切削功率为Pc=1.7根据CA6140车床说明书,当车床主轴允许功率P大于1.7故可行最后决定的车削用量 =2.5mm,f=0.96,n=160,Vc=48.2计算本工时: L=30车削时,入切量及超切量Y+=5.0mm,L=30+5.0=35mm故3).车62至60+0.5,保持尺寸长38为37已知工件尺寸坯件D=66mm车削后:d=60mm,工件长度L=38mm加工要求:车削后表面粗糙度为Ra=1.6加工余量为3mm而加工要求又较高,故分两次走刀,粗车加工余量为2mm精车加工余量为1mma) 选择刀具查机械制造工艺学课程设计指导书可选取圆形镗刀,刀杆直径为20mm,刀片厚度为8mm,材料为YG6牌号硬质合金。b) 选择切削用量1.确定切削深度,由于粗加工余量,仅为2mm,可在一次完成走刀,故=2.确定进给量f 由表1.5当圆形镗刀直径为20mm切削深度为2mm f=0.300.40mm,查机械制造工艺简明手册取f=0.03mm选择切削速度Vc,根据表1-11,当 b=24.2265mm. 4mm.f0.42时,切削速度的修正系数均为1,故 Vc=63 ,选择CA6140车床说明书,当主轴允许功率kw 故可行计算基本工时 取Y+=3.5,L=38+3.5=41.5, 工序六 精车工序设计1) 精车230端面a. 选择刀具,选择材料YG6牌号的机夹可转位车刀b. 选择切削深度=2) 决定进给量f 查表1-6当表面粗糙度为1.0时,R=1.0时,f=0.150.2根据CA6140车床说明书选择f=0.2 选择车刀磨钝标及寿命,根据表1-9 选择车刀后面最大磨损量为0.6mm刀具寿命T=30min决定切削速度Vc由表1-10当b=242265, 1.8,f0.23时Vt=800,= 根据CA6140车床说明书选择n 故实际切削速度Vc=校验机床功率 根据表1-24, b=24.2265mm, 2.8, f0.25,84时Pc=1.0kw根据车床说明书当n时,车床允许功率kw,故可用 即切削用量:=1, f=0.2, n,Vc=72.8计算基本工时: 查表1.26 Y+=2.0mm 故3) 精车90H7端面a) 选择刀具:材料为YG6,机夹可转位车刀b) 选择切削用量1. 决定切削深度=2. 决定进给量Rc=3.2mm r,f=0.250.4选择f=0.36 选择刀具磨损标准及寿命,根据表1.9,选择车刀后刀面最大磨损为6.0,刀具寿命T=30min决定切削速度Vc,根据表1-11,当b=24.2265mm, 0.8mm,f0.42时,切削速度的修正系数为1故=800根据CA6140车床说明书选择这时,实际切削速度e)校验机床功率,根据表1-25当2.5,f0.37min/rrPc故可行,计算基本工时, , Y+=2.0mm,L= Y+L=32, = 3)精车62至60保持长38为37a) 选择刀杆材料直径为20mm圆形镗刀b)选择切削用量1)决定切削深度 =2)决定进给量f半精加工进给量主要受加工表面粗糙度限制,根据表1-5当Ra=1.6m时,f=0.30.4min/r选f=0.4mm/r3)选择车刀 据表1-9选择刀面磨损量为0.6mm,刀具寿命为60min4)决定切削速度Vc 由表1-11当b=24.2265时, Pc,故可行.故=1mm,f=0.4mm/r,n=400r/min,Vc=82.9m/min计算基本工时:tm=L/nf=41.5/400*0.4=0.259工序七,铣削的工序设计:1.刀具选择;铣刀直径的大小直接影响切削力,扭矩,切削速度,刀具材料的消耗等,所以不能任意选取,参考文献表3-1,铣削宽度ae6mm ,选do=100mm.采用标准镶齿三面盘铣刀,齿数为8.选择铣刀的几何形状 ,rn=10 0=16.2.选择切削用量1决定铣削宽度e ,一次走刀完成e=h=3mm2决定每齿进给量fz据文献(3)表5-3-3,fz=0.2-0.3 mm/z取fz=0.2mm/z3选择铣刀,磨钝标准及刀具寿命铣刀最大磨损量为0.6mm,镶齿铣刀do=100mm 刀具寿命T=120 min4决定切削速度Vc由表3-27可知,V=Cr=31 qr=0.25 Xr=0.4 mr=0.3 Pr=0.1 m=0.2 Z=8 T=120min kr=100所以r=273 mm/min选nc=600 r/min Vfc=1000 mm/min因此,实际切削速度,每齿进给量为:Vc=188.4 mm/min fz=(v+c)/ncz=0.21mm/z5检验机床功率根据文献(3)表3.20当fz=0.2-0.3,ap=5min a3=3.5mmVf1000mm/min时 Pct=7.0 kw故Pcc=7.0kw 又Pcm=10*0.75=7.5kwPccPcm 即ae=3mm Vf=1000 mm/minN=600 r/min Vc=188.4 m/min fz=0.21 mm/z工序八,钻4-13 再4-32孔。1选择钻头。高速钢麻花钻头,直径do=13mm,双锥修磨横刃,=25 Z=100,Zy1=70,Pc=2.5 Zo=10.=45 ,D=1.5mm ,L=3mm2.选择切削用量1)确定进给量f按加工要求确定进给量f=0.52-0.64mm/r按钻头强度确定进给量b=190mPa do=13mm则f=1.22mm/r按机床进给机构强度决定进给量f=0.69mm/r2)确定钻模磨钝标准及寿命当do=13mm时,钻头后刀面磨损量可取为0.5mm寿命T=60min3)确定切削速度b=190mPa f=0.6mm 取Vf=14mm/min 故V=Vtkv=14*1.0*1.0*1.0*1.0=14 mm/minN=1000*14/20=223-93r/min参考文献(5)表4-2-11 Z3025型钻床,可考虑选择nc=250r/min但转速过高,会使刀具寿命下降,故可将进给量降低一级取f=0.5mm/r ,也可选择较低一级转速nc=200r/min ,仍用f=0.6mm/r 比较两种方案,第一种方案较好,rc=14 f=0.5mm/r4)检验机床扭矩及功率当f=0.51mm/min do13.3mm时,mf=21.58 NM扭矩修正系数1.0故Mc=21.58NM根据Z3025钻床,nc=250r/min Mm=196.2 NM当b=180-230mpa do=13mm f0.53mm/minVc=23m/min Pc=1.0 kw由参考文献(1)表4-2-11 PE=2.2*0.81=1.78KW因为 McMm PcPe 故切削用量可用即F=0.5mm/r Vc=14 m/min n=nc=230 r/min工序九,基本工时的确定。T粗=0.5又因为Z精=0.25 T精=1.06T=0.5*1.06=1.56 min2粗精镗55,60,72. 为了保证三孔的同轴度,采用阶梯镗,查文献(2)表3-2-10,精镗后直径54.5+0.07 59.5+0.12, 71.5+0.12孔的精镗余量Z=0.25,又已知孔的总余量为5,Z粗=5-0.025=4.75.三孔的粗精的工序余量,工序尺寸及公差列表如下:加工表面加工方法余量精度等级工序尺寸及公差55粗镗4.75H1054.555精镗0.25H75560粗镗4.75H1259.560精镗0.25H96072粗镗4.75H1071.572精镗0.25H754.5三孔的粗精镗均以230的表面及一孔一销定位,均系基准重合,所以不须尺寸链计算,三孔的同轴度,由机床保证.三孔粗镗余量均为4.75,故ap=4.75 取=0.6 m/s =24 m/min ,f=0.4 mm/r查文献(1),Fz =81*60nFzCFzapxFZfyFZFZKFZFz=4218.7NPm=4218.7*0.6*103=2.531kw由于三孔同时加工时P总=3Pm=7.59 kw用T612型镗床,取b=0.85 P1=10*0.85 = 8.5KW P总 n粗=210 r/min精镗三孔时,因余量为0.25 所以ap=0.25取=12 m/s =72 m/min f=0.12N=417 r/min计算基本工时因55孔长195,72长62,60孔长15故镗削和时间即为加工55的时间T粗=l/nf=(l+L1+L2)/nf L1=4 L2=6 =205查表得,镗削时间每次进给2-3mm,Z粗=4.75mm故分两次加工 即=2则T粗=4.98 min又因为 :精镗余量为0.25 查表每次进给0.19 则=2故T精=1199/(0.12*4.7)*2=8.35 minT总=4.98+8.35=13.3 min研磨55的孔,留研磨量0.05,选用M2120型磨床。六、时间定额的计算(详见以下手写计算内容)夹具设计本次夹具设计是设计镗72,60,55的阶梯孔的专用夹具1) 总体设计方案的拟定如零件图所示以底面230的圆盘为主要定位基准面,以90的图柱面为导向基准面,以37的圆孔为止推基准面,用一固定的削边销与孔37的一小段配合来实现。该定位方案的主要特点:1、 符合一般零件加工精基准的选择原则,以底面为订基准面,定位稳定可靠,并且定位基准与装配基准一致。2、 可简化镗模结构,缩短设计制造成周期。2) 夹紧力计算(略)3) 夹紧机构为了保证夹紧可靠,还应选择合适的夹紧作用点,从零件图上看,当以230的底面作为基准面时,从圆盘顶面压紧较合理,由于夹紧部位要求不高,又因镗削力不是很大,拟采用偏心轮夹紧方式,其扩张力较大,操作方便。4) 精度的分析 72,60,55的三孔是在一次装夹下完成加工的,它们之间的同轴度由机床的保证与底面的位置精度由镗模来保证。参考文献(6)表取,衬套与镗套配合为H7/h6衬套与镗套座的配合为H7/h6刀具与镗刀孔的配合为F8/h6此外,夹具上还应标注:镗套轴线与定位面的垂直度0.1mm定位面的平面度0.03两镗套轴线与定位面的同轴度0.015)镗模零件的选择由于镗孔时,镗套随镗杆一起回转且线速度超过200m/min,根据文献(6)镗套必须选回转或滑动镗套,又由于LD,所以采用前后以向导套。6) 镗模支架的结构与设计镗模支架与夹具体分别用螺栓联接,这有利于铸造时效处现的机械加工,装配方便。镗模支架的典型结构和尺寸由文献(6)查出,7)夹具体设计 夹具体主要承受连同工件在内的全部重量和加工进程的切削力,要求夹具体的刚性较好,变形小,底座臂厚H=50mm,合理布置加强筋,便于铸造,底面上应设置找正基准面以使底面的垂直度控制在0.01mm内,取0.05mm,底座材料一般选用灰铸铁HT200毛坯铸造经时效处理,因镗模要求精度较高,在粗加工后要进行第二次人工时效处理,根据文献(6)得,LB=950*520MM2.支承板的材料为45#钢,经淬火处理,要求有足够的刚性和强度。8)镗杆结构及其设计参数 镗杆导向部分的结构对保证镗孔精度,提高镗削速度有重要意义,由于三孔为阶梯孔,分别取d1=45 d2=55 d3=65 镗杆要求表面硬度高,而内部有较大的韧性,依镗模中镗杆用40#钢,淬火硬度为HRC55-60。实习总结经过一个月的毕业实习,我有以下几点心得:1 能够运用机械制造工艺学及有关课程的知识,结合生产实习中学到的实践知识,独立地分析和解决工艺有关问题,初步具备设计中等复杂零件的能力。2 能根据被加工零件的技术要求,运用夹具设计的基本原理和方法,学会拟定夹具设计方案。3 熟悉并运用有关手册规范图表等技术能力。4 有一定的识图,制图和运算能力。通过毕业设计,我综合运用理论知识和专业知识的能力得到一步提高,对一般机械零件的加工工艺过程有更深的了解,设计夹具的能力得到提高。机械产品的开发与设计具有广阔的前景,需要我们努力学习新知识,发展新技术,在以后的工作中,我会以认真负责的工作态度去迎接新的挑战,解决新的问题。参考文献1)机械制造工艺设计简明手册李益民主编 哈尔滨工业大学出版2)切削用量简明手册艾兴 肖诗纲主编3)机械加工技术手册北京出版社4)金属切削机床夹具设计手册浦林祥主编 机械工业出版社5)机床夹具设计手册王兴丰主编 上海科技出版社6)机床夹具设计手册宋殷主编 华中理工大学出版共 26 页 第 28 页编号: 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。
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