极限开关座-铣削119.5底面夹具设计【CAD图纸+工艺工序卡+说明书】
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附件一极限开关座加工工艺过程卡片产品型号零件图号01产品名称铣床零件名称极限开关座共1页第1页材 料 牌 号HT200毛 坯 种 类铸件毛坯外形尺寸每毛坯件数1每 台 件 数1备 注 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 车 间 工 段设 备工 艺 装 备 工 时 准终 单件铸造铸时效热涂底漆表01粗铣粗铣127*55表面(后表面)铣床专用卡具、30端铣刀、游标卡尺02精铣精铣127*55表面(后表面)铣床专用卡具、30端铣刀、游标卡尺03粗铣粗铣127*70表面(下表面)铣床专用卡具、30麻花钻、游标卡尺04粗铣粗铣89*70表面(上表面)铣床专用卡具、30端铣刀、游标卡尺05精铣精铣127*70表面(下表面)铣床专用卡具、30端铣刀、游标卡尺06精铣精铣89*70表面(上表面)铣床专用卡具、30盘铣刀、游标卡尺07锪锪平13*2铣床专用卡具、30盘铣刀、游标卡尺08铣槽铣宽为7的槽*2铣床专用卡具、30盘铣刀、游标卡尺09钻钻销孔5*2钻床专用卡具、5麻花钻、游标卡尺010钻钻36的孔铣床专用卡具、30麻花钻、游标卡尺011扩孔扩36的孔钻床专用卡具、30麻花钻、游标卡尺012钻钻5的孔铣床专用卡具、5麻花钻、游标卡尺013攻攻M6的螺纹钻床专用卡具、M6机用丝锥、游标卡尺014锪锪平25铣床专用卡具、30端铣刀、游标卡尺015钻钻12的孔钻床专用卡具、10麻花钻、游标卡尺016扩扩13的孔钻床专用卡具、10麻花钻、游标卡尺检验检验 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 期机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类03粗铣B面极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号极限开关座铣床夹具材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计0.560.150.71冷却润滑液高速钢铣刀(无冷却液)上道工序下道工序粗铣A面工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度03粗铣B面(W18Cr14V端面铣刀)游标卡尺9510.2mm4mm拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类04粗铣A面极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序粗铣B面下道工序粗铣面工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度04粗铣A面(W18Cr14V端面铣刀)游标卡尺9510.2mm4mm拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类05粗细面极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序粗铣A面下道工序粗铣D面工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度05粗铣面(W18Cr14V端面铣刀)游标卡尺9510.2mm4mm拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类06粗铣D面极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序粗铣D面下道工序粗铣F面工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度06粗铣面(W18Cr14V端面铣刀)游标卡尺9510.2mm4mm拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类07粗铣F面极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序粗铣F面下道工序粗铣H面工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度07粗铣F面(W18Cr14V端面铣刀)游标卡尺9510.2mm4mm拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类08粗铣E面极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序粗铣F面下道工序粗铣H面工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度08粗铣E面(W18Cr14V端面铣刀)游标卡尺9510.2mm4mm拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类09粗铣H面极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序粗铣E面 下道工序粗铣G面工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度09粗铣H面(W18Cr14V端面铣刀)游标卡尺9510.2mm4mm拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类10粗铣G面极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序粗铣H面下道工序倒角工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度10粗铣G面(W18Cr14V端面铣刀)游标卡尺9510.2mm4mm拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类11倒角极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序粗铣G面下道工序钻销孔及槽孔工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度11倒角游标卡尺拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类12钻销孔及槽孔极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序倒角下道工序钻孔工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度12钻销孔钻槽孔(直径7mm)锪槽孔(直径13mm)拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类13钻孔(直径36mm)极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序钻销孔及槽孔下道工序钻螺纹孔工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度13钻孔(直径36mm)游标卡尺拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类14精铣A面极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序钻孔下道工序精铣B面工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度14精铣A面游标卡尺拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类15精铣B面极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序精铣A面下道工序钻螺纹孔工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度15精铣B面游标卡尺拟定日期指导日期第页共页机械加工工序卡片车间工序号工序名称零件号零件名称毛坯种类16钻螺纹孔极限开关座HT200设备名称及型号夹具名称及编号材料牌号规格毛重公斤净重硬度工时定额(分)机动辅助合计冷却润滑液上道工序钻孔下道工序工歩号工歩内容刀具辅助工具量具转数/分走刀次数走刀量切削深度16钻圆孔(直径5.5mm)游标卡尺攻丝拟定日期指导日期第页共页目 录一 设计任务书 21 设计题目 22 课程设计目的 33 设计内容要求 4二 有关零件说明 51 零件的作用及工作条件 52零件的结构及工艺特点 53零件技术要求分析及主加工面的确定 54零件结构工艺性及选材分析 6三 有关设计条件的说明 6四 毛坯的确定 61 确定毛坯 62 毛坯精度等级 63 估计加工表面的机械加工总余量 64 毛坯技术要求 6五 有关基准选择说明 71 正确选择定位基准 7六 拟定工艺路线及重点工序的说明 81确定各加工表面的加工方法机加工方案 82 确定工序集中与分散 93 加工工艺方案的拟定 9七 确定加工余量,工序尺寸和公差 111 确定各粗铣表面的加工余量及工序尺寸112 确定各须精加工面的加工余量及工序尺寸113 根据以上数据绘制零件毛坯图。12八 确定一个工序的切削用量131 确定刀具132 确定进给量133 确定转速和铣削速度13九 时间定额的确定131 计算机动工时132 计算工序辅助工时143 计算工序作业工时14十 夹具设计151 定位基准的选择152 定位元件与夹紧机构的确定15十一 切削力和夹紧力(包括油、气缸直径)的计算151 切屑力的计算152 计算夹紧力163 确定夹具体机构(见附图)17附参考书和资料目录 18一 设计任务书1 设计题目(1)任务:极限开关座机械加工工艺规程及119.5底面铣削夹具设计。(2)被加工零件零件图:极限开关座零件图2 课程设计目的机械制造工艺学是以机械制造中的工艺问题为研究对象,实践性较强的一门学科,学生在学完了工艺课后并完成了生产实习的基础上,还应通过课程设计受到一次理论联系实际的综合训练,培养运用所学知识分析和解决机械制造工艺技术问题的能力。通过课程设计,学生应在下述各方面得到锻炼:(1) 能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识,正确的解决一个零件在加工中的定位。夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题,保证零件的加工质量。(2) 提高结构设计能力。学生通过设计夹具的训练,应当获得根据被加工零件的加工要求,设计出高效、省力、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。(3) 学会使用手册及图表资料。(4) 能具备一定创新能力的培养。3 设计内容要求要求编制一个典型的中等复杂程度的机器零件的机械加工工艺规程,按教师指定设计其中一道工序的专用夹具,并撰写设计说明书。具体内容如下:(1) 选择毛坯的制造方法,制定毛坯技术要求。(2) 拟定零件的机械加工工艺过程。(3) 合理选择各工序的定位基准。(4) 正确确定各工序的夹压位置和夹紧力的方向和作用点。(5) 确定各工序所用的加工设备。(6) 确定刀具材料,类型及规定量具种类。(7) 确定一个加工表面的工序余量和总余量。(8) 选定一个工序的切削用量。(9) 确定工序尺寸,正确拟订工序技术要求。(10) 确定工序使用的冷却润滑液。(11) 计算一个工序的单件工时。(12) 设计指定工序的专用夹具(需计算切削力、夹紧力)。绘制夹具装配图。(13) 测绘夹具中的指定零件。(14) 填写工艺文件。(15) 编写设计说明书。二 有关零件说明1 零件的作用及工作条件极限开关又叫限位开关,所谓极限就是最后的一道防线,是作为限位来用的,他的工作原理是:在开关的一端有一可拨动的连杆(此连杆上动或下动均可切断电源),在设备上有一固定的突出凸铁,在线路限位失灵的情况下,开关连杆就会碰到设备上的突出凸铁,直接切断电源,从而保护人身与设备的安全,大多用在设备的往返部分上,比如建筑用的升降机。而我们所设计的极限开关座就是装载极限开关的底座。2零件的结构及工艺特点这次课程设计主要设计是极限开关座的底座,此改必须在绝缘条件下工作。该极限开关座结构简单,无复杂面,用普通机床和刀具即可加工。3零件技术要求分析及主加工面的确定该零件是底座各表面和孔的加工,分析如下:(1)前表面壁厚12mm,锥销孔,宽7mm的槽上端锪平宽13mm;(2)右表面壁厚10mm,螺纹孔,孔,相对于前表面的垂直度是0.02mm。零件工艺项目公差等级偏差()粗糙度位置要求锥销孔GB1804-C螺纹孔IT6前端面12.50.02A后端面3.2左端面12.5右端面3.20.02A孔GB1804-C12.57mm槽IT7锥销孔和螺纹孔公差为0.6mm,其余皆为未注公差,精度等级为14。极限开关座后端面和右端面的表面粗糙度为3.2,其余为不去除材料毛坯粗糙度。4零件结构工艺性及选材分析该极限开关座为底座,形状一般,精度要求不高。铸件要求不能有砂孔、疏松等缺陷,以保证零件的强度、硬度及疲劳度,在静力的作用下,不至于发生意外事故。三 有关设计条件的说明(1)生产类型大批:大量生产。(2)工艺安排的基本倾向:工序分散原则。(3)设备选择:通用设备+专用工装。(4)工艺手段:常规工艺。四 毛坯的确定1 确定毛坯零件材料为灰铸铁HT200,考虑到零件材料的综合性能及材料成本和加工成本,保证零件工作的可靠,采用铸造。由于生产类型为大批量生产,而且零件轮廓尺寸不大,故可以采用金属模机械砂型铸造成型。2 毛坯精度等级因选用金属模机械砂型铸造成型,查表铸件的尺寸偏差,毛坯的尺寸偏差为。3 估计加工表面的机械加工总余量根据极限开关座毛坯的最大轮廓尺寸和加工表面的基本尺寸,查表铸件的机械加工余量(按中间等级2级精度查表)可得出,顶面的机械加工余量为4mm,底面及侧面的机械加工余量为3。各加工表面的机械加工余量统一取4mm。4 毛坯技术要求铸件要求不能有砂孔、疏松等缺陷,以保证零件的强度、硬度及疲劳度,在静力的作用下,不至于发生意外事故。五 有关基准选择说明1 正确选择定位基准基面选择是工艺规程设计中的重要的设计之一,基面的选择正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得到提高。否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会造成零件大批量的报废,使生产无法进行。由于零件加工表面较多,为了清楚的进行工艺路线的拟定,对各表面进行如图所示大写字母标注,以方便说明。根据零件图纸及零件的使用情况分析,知锥销孔,螺纹孔,孔,宽7mm的槽沉头槽宽13mm以及前端面A、右端面D均需正确定位才能保证。故对基准的选择应予以分析。各面代号表达简图1.1 选定粗基准选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准,进行粗加工,以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的原则要注意的主要为:一是选择后对各加工表面的余量表面的影响;而是考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。综合考虑,选取加工余量最小的面(余量足够原则)及需保证表面质量的面(余量均匀原则)为粗基准。现选取E面、F面和A面为粗基准,A面为主要工序尺寸定位基准,在铣床夹具上用平口钳夹住工件E面F面,消除工件的六个自由度,达到完全定位,铣削工件底座表面即视图前端面B面,为之后的工序作准备。1.2 选定精基准为保证零件的加工及零件的装夹准确方便,主要依据“基准重合”原则和“基准统一”原则。当设计基准与工序基准不重合时,应进行尺寸换算,其后有专门计算。因极限开关座有A面、D面、锥销孔,螺纹孔,孔,宽7mm的槽沉头槽宽13mm须精加工,牵涉多个表面,主要以底座B面为精基准,特殊之处采用互为基准原则,另选去基准以保证位置精度。各工序工件的定位基准、夹压位置、夹紧力的方向和作用点将在工艺路线的拟定中详细说明。六 拟定工艺路线及重点工序的说明1确定各加工表面的加工方法机加工方案本零件的加工面有平面孔、槽孔和螺纹孔等,材料为HT200,一零件图标的表面粗糙度及所得的公差等级等要求,由机械加工工艺手册查表表5.2-8及表5.2-9确定各表面加工方法如下:1)A平面:尺寸精度要求不高,表面粗糙度 ,与D平面垂直度为0.02。工艺路线:粗铣半精铣。2)B平面:尺寸精度要求不高,表面粗糙度。工艺路线:粗铣。3)C平面:尺寸精度要求不高,表面粗糙度。工艺路线:粗铣。4)D平面:尺寸精度要求不高,表面粗糙度 ,与A平面垂直度为0.02。工艺路线:粗铣半精铣。5) E平面:尺寸精度要求不高,表面粗糙度。工艺路线:粗铣。6) F平面:尺寸精度要求不高,表面粗糙度。工艺路线:粗铣。7) G平面:尺寸精度要求不高,表面粗糙度。工艺路线:粗铣。8) H平面:尺寸精度要求不高,表面粗糙度。工艺路线:粗铣。9) I平面:尺寸精度要求不高,表面粗糙度。工艺路线:粗铣。10) 两个锥销孔:未注明表面粗糙度,公差等级按IT14级,表面粗糙度。工艺路线:钻。11)两个槽孔:未注明表面粗糙度,公差等级按IT14级,表面粗糙度。工艺路线:钻,槽在钻孔时平移动加工而成。12)孔:尺寸精度要求不高,表面粗糙度。工艺路线:钻。13)两个螺纹孔。工艺路线:钻攻丝。14)两个倒角:未标注表面粗糙度,取表面粗糙度。工艺路线:锉。2 确定工序集中与分散根据给定条件,及零件各表面的加工情况,以及本次课程设计的工艺安排倾向,主要依据工序分散原则,对工件实施拟定加工工艺方案。具体方案见下文加工工艺方案的拟定3 加工工艺方案的拟定工序 01:铸造毛坯工序 02:热处理 时效处理工序 03:以A面工序基准为粗基准,辅以E面F面定位,夹紧力主要施加在E面F面,粗铣B面。选用x62w万能铣床。工序 04:以B面工序基准为定位基准,辅以E面F面定位,夹紧力主要施加在E面F面,粗铣A面。选用x62w万能铣床。工序 05:以B面工序基准为定位基准,辅以C面D面定位,夹紧力主要施加在C面D面,粗铣I面。选用x62w万能铣床。工序 06:以C面工序基准为定位基准,辅以I面B面定位,夹紧力主要施加在I面B面,粗铣D面。选用x62w万能铣床。工序 07:以D面工序基准为定位基准,辅以I面B面定位,夹紧力主要施加在I面B面,粗铣C面。选用x62w万能铣床。工序 08:以E面工序基准为定位基准,辅以A面B面定位,夹紧力主要施加在A面B面,粗铣F面。选用x62w万能铣床。工序 09:以F面工序基准为定位基准,辅以A面B面定位,夹紧力主要施加在A面B面,粗铣E面。选用x62w万能铣床。工序 10:以G面工序基准为定位基准,辅以A面B面定位,夹紧力主要施加在C面D面,粗铣E面。选用x62w万能铣床。工序 11:以C面工序基准为定位基准,辅以E面F面定位,夹紧力主要施加在A面B面,粗铣E面。选用x62w万能铣床。工序 12:夹紧E面F面,平锉刀倒角。工序 13:以G面工序基准为定位基准,辅以E面F面定位,夹紧力主要施加在E面F面,钻锥销孔及宽7mm的槽孔锪槽宽13mm。选用Z525立式钻床及专用夹具。工序 14:以锥销孔轴线工序基准为定位基准,辅以I面B面定位,夹紧力主要施加在I面B面,钻孔。选用Z525立式钻床及专用夹具。工序 15:以B面工序基准为定位基准,辅以E面F面定位,夹紧力主要施加在E面F面,精铣A面。选用x62w万能铣床。工序 16:以C面工序基准为定位基准,辅以I面B面定位,夹紧力主要施加在I面B面,精铣D面。选用x62w万能铣床。工序 17:以孔轴线工序基准为定位基准,辅以I面B面定位,夹紧力主要施加在I面B面,钻螺纹孔、攻丝。选用x62w选用Z525立式钻床及专用夹具。工序 18:去锐边毛刺,吹铁屑。工序 19:按检验工序卡片的要求检验。以上工序更详尽部分见“机械加工工序卡片”。七 确定加工余量,工序尺寸和公差1 确定各粗铣表面的加工余量及工序尺寸已知:(1)各粗铣表面只需一次粗铣加工,包括以下平面: E面、F面、G面和H面;(2)毛坯尺寸机器偏差;粗铣各表面的公差等级取IT12级,表面粗糙度取。因为为壁厚单边铣削加工余量,毛坯加工余量取2mm。根据工序尺寸和公差等级,各粗铣表面的加工余量及工序尺寸见下表工序基本尺寸/mm工序余量Z/mm公差等级偏差/mm尺寸及其公差/mm表面粗糙度粗铣E、F面2x4mmIT12粗铣G、H面2x4mmIT122 确定各须精加工面的加工余量及工序尺寸已知:(1)各精加工表面需粗铣半精铣加工,包括以下平面: A面、B面、C面和D面;(2)毛坯尺寸机器偏差;查表平面加工余量及公差得出,半精加工的加工余量经验值是1.0mm公差,因定位基准采取精基准中的基准统一原则,粗铣半精铣不存在定位误差,加工余量均取1mm。根据工序尺寸和公差等级,各精加工表面的加工余量及工序尺寸见下表工序基本尺寸/mm工序余量Z/mm公差等级偏差/mm尺寸及其公差/mm表面粗糙度半精铣A面1mmIT9粗铣A、B面2x4mmIT12毛坯9mm半精铣D面1mmIT9粗铣D面4mmIT12毛坯5mm(3)各孔槽直径均小于40mm皆铸造成实心孔。3 根据以上数据绘制零件毛坯图。八 确定一个工序的切削用量粗铣工序所规定的设计任务为视图前端面B平面的粗铣夹具设计,所以对B平面的粗铣铣削用量进行计算。1 确定刀具底面由粗铣加工完成,采用高速钢铣刀,机床的型号X62W卧式。2 确定进给量根据加工材料(因表中未列出铸铁材料,可根据材料的硬度170241),确定加工余量,由毛坯图可知,总加工余量为4mm。由常见通用机床的主轴转速表查得进给量为23.51180mm/r,取粗铣每齿粗铣的进给量为3mm/r。铣削速度查表取30m/min。3 确定转速和铣削速度根据工序中最大尺寸119.5mm取120mm和转速30m/min故相应的切削速度分别为:查表常见通用机床的主轴转速和进给量表铣床技术参数(X62卧式),取n=95r/min,实际切削速度为九 时间定额的确定粗铣工序工时定额所规定的设计任务为视图前端面B平面的粗铣夹具设计,所以对B平面的粗铣工序工时定额进行计算。1 计算机动工时根据表典型加工情况下T基本的计算查的,铣削工序的基本工时定额计算:基本工时计算见下表基本工时时间表工序工步内容背吃刀量/mm进给量s/(mm/r)n/(r/min)粗铣粗铣B面4395工件长度L/mm切入长度L1/mm切除长度L2/mm走到次数机动时间12020201342 计算工序辅助工时辅助工时时间表动作时间动作时间拿取清扫工件0.03工件退离并复位0.05清扫工件和夹具定位基面0.1停止机床0.01放下清扫工具0.02放松夹紧0.04x60拿取工件并放在夹具上0.5取下工件0.5夹紧工件0.05x60取量具0.04启动机床0.01测量尺寸(样板测平面)0.04x60工件快速趋近刀具0.06放下量具0.1接通自动进给0.01断开自动进给0.01合计9.243 计算工序作业工时该工序作业工时时间的公式如下工序工时计算=该工序基本公式+辅助工时=9.24+34s=43.24s此外还应考虑工作地点服务时间与供人休息和自然需要时间。且应满足十 夹具设计所规定的设计任务为视图前端面B平面的粗铣夹具设计。1 定位基准的选择本夹具主要用来铣削极限开关座底座即视图前端面B面,此面的形位公差和表面粗糙度要求均不高,无特殊要求,主要铣削面在于上部分部分,由粗基准的选择原则,主要以A面、E面和F面来定位。因此在本道工序,在保证提高劳动生产率的同时可以设计选用比较简单的夹具。以A面为主要基准,另选取E面和F面做辅助定位。为降低生产成本和使得夹具简单,本设计采用螺旋夹紧的方式。2 定位元件与夹紧机构的确定(1)确定定位元件加工主要为铣削,各零件毛坯需定位位置均为平面,主要采用支撑板与支撑钉定位。由于工件两部分主要表面呈,所以还需添加可调式辅助支撑。(2)确定夹紧机构针对批量生产的工艺特性,此夹具采用螺旋夹紧机构压紧工件。夹紧工件时,把压板转动到工件上方,然后调节压板高度,使压板缓缓降下,当压板接近工件时,再拧紧螺母夹紧机构。十一 切削力和夹紧力(包括油、气缸直径)的计算1 切屑力的计算由机床夹具设计手册软件版V1.0式中F铣削力在高速钢刀(W18Cr14V)铣刀铣削时,考虑工件材料及铣刀类型的系数,其值查表。铣削深度(mm)每齿进给量(mm)铣刀直径(mm)铣削深度(mm)铣刀齿数用高速钢(W18Cr14V)铣刀铣削时,考虑工件材料机械性能不同的修正系数。对于灰铸铁将数据带入计算软件得切削力2 计算夹紧力采用光面压块的压紧螺钉夹紧机构,该机构主要靠压紧螺钉夹紧,属于单个不同螺旋夹紧,查表得:式中:主切削力(N);切削转动力臂,取螺纹孔中经的1/2,即4.5摩擦阻力矩,取两定板尺寸的一半,即94mm工件与定位原件表面的摩擦系数,取0.15K安全系数,取2.5由上式可得夹紧力W=1007.5N。3 确定夹具体机构(见附图)操作说明:将工件放入定位块上,靠紧垂直面定位钉,调节左方辅助支撑钉,工件左靠至左面定位钉,靠紧垂直面定位钉,首先拧紧左边浮动压块夹紧螺钉,然后拧紧右边摆杆螺栓夹紧螺母。加工完毕,松开右边摆杆螺栓夹紧螺母,松开左边浮动压块夹紧螺钉,拿出工件。前视图俯视图侧视图附参考书和资料目录1 王先逵 机械加工工艺手册机械加工工艺规程制定2008年 机械工业出版社2 王先逵 机械加工工艺手册铣削、锯削加工2008年 机械工业出版社3 王先逵 机械加工工艺手册铣削、锯削加工2008年 机械工业出版社4 徐海枝 机械加工工艺编制2009年 北京理工大学出版社5 李昌年 机床夹具设计与制造2007年 机械工业出版社6 王丹 机械加工夹具及选用2009年5月 化工工业出版社7 机床夹具设计手册软件版V1.08 机械加工工艺手册(软件版)18夹具夹紧力的优化及对工件定位精度的影响B.Li 和 S.N.Mellkote布什伍德拉夫机械工程学院,佐治亚理工学院,格鲁吉亚,美国研究所由于夹紧和加工,在工件和夹具的接触部位会产生局部弹性变形,使工件尺寸发生变化,进而影响工件的最终加工质量。这种效应可通过最小化夹具设计优化,夹紧力是一个重要的设计变量,可以得到优化,以减少工件的位移。本文提出了一种确定多夹紧夹具受到准静态加工部位的最佳夹紧力的新方法。该方法采用弹性接触力学模型代表夹具与工件接触,并涉及制定和解决方案的多目标优化模型的约束。夹紧力的最优化对工件定位精度的影响通过3-2-1式铣夹具的例子进行了分析。关键词:弹性 接触 模型 夹具 夹紧力 优化 前言 定位和夹紧的工件加工中的两个关键因素。要实现夹具的这些功能,需将工件定位到一个合适的基准上并夹紧,采用的夹紧力必须足够大,以抑制工件在加工过程中产生的移动。然而,过度的夹紧力可诱导工件产生更大的弹性变形 ,这会影响它的位置精度,并反过来影响零件质量。所以有必要确定最佳夹紧力,来减小由于弹性变形对工件的定位误差,同时满足加工的要求。在夹具分析和综合领域上的研究人员使用了有限元模型的方法或刚体模型的方法。大量的工作都以有限元方法为基础被报道参考文献1-8。随着得墨忒耳8,这种方法的限制是需要较大的模型和计算成本。同时,多数的有限元基础研究人员一直重点关注的夹具布局优化和夹紧力的优化还没有得到充分讨论,也有少数的研究人员通过对刚性模型9-11对夹紧力进行了优化,刚型模型几乎被近似为一个规则完整的形状。得墨忒耳12,13用螺钉理论解决的最低夹紧力,总的问题是制定一个线性规划,其目的是尽量减少在每个定位点调整夹紧力强度的法线接触力。接触摩擦力的影响被忽视,因为它较法线接触力相对较小,由于这种方法是基于刚体假设,独特的三维夹具可以处理超过6个自由度的装夹,复和倪14也提出迭代搜索方法,通过假设已知摩擦力的方向来推导计算最小夹紧力,该刚体分析的主要限制因素是当出现六个以上的接触力是使其静力不确定,因此,这种方法无法确定工件移位的唯一性。 这种限制可以通过计算夹具工件系统15的弹性来克服,对于一个相对严格的工件,该夹具在机械加工工件的位置会受夹具点的局部弹性变形的强烈影响。Hockenberger和得墨忒耳16使用经验的接触力变形的关系(称为元功能),解决由于夹紧和准静态加工力工件刚体位移。同一作者还考察了加工工件夹具位移对设计参数的影响17。桂 18 等 通过工件的夹紧力的优化定位精度弹性接触模型对报告做了改善,然而,他们没有处理计算夹具与工件的接触刚度的方法,此外,其算法的应用没有讨论机械加工刀具路径负载有限序列。李和Melkote 19和乌尔塔多和Melkote 20用接触力学解决由于在加载夹具夹紧点弹性变形产生的接触力和工件的位移,他们还使用此方法制定了优化方法夹具布局21和夹紧力22。但是,关于multiclamp系统及其对工件精度影响的夹紧力的优化并没有在这些文件中提到 。本文提出了一种新的算法,确定了multiclamp夹具工件系统受到准静态加载的最佳夹紧力为基础的弹性方法。该法旨在尽量减少影响由于工件夹紧位移和加工荷载通过系统优化夹紧力的一部分定位精度。接触力学模型,用于确定接触力和位移,然后再用做夹紧力优化,这个问题被作为多目标约束优化问题提出和解决。通过两个例子分析工件夹紧力的优化对定位精度的影响,例子涉及的铣削夹具3-2-1布局。1 夹具工件联系模型 11 模型假设该加工夹具由L定位器和带有球形端的c形夹组成。工件和夹具接触的地方是线性的弹性接触,其他地方完全刚性。工件夹具系统由于夹紧和加工受到准静态负载。夹紧力可假定为在加工过程中保持不变,这个假设是有效的,在对液压或气动夹具使用。在实际中,夹具工件接触区域是弹性分布,然而,这种模式的发展,假设总触刚度(见图1)第i夹具接触力局部变形如下: (1) 其中(j=x,y,z)表示,在当地子坐标系切线和法线方向的接触刚度第 18 页 共 15 页图1 弹簧夹具工件接触模型。 表示在第i个接触处的坐标系(j=x,y,z)是对应沿着xyz方向的弹性变形,分别 (j= x,y,z)的代表和切向力接触 ,法线力接触。12 工件夹具的接触刚度模型集中遵守一个球形尖端定位,夹具和工件的接触并不是线性的,因为接触半径与随法线力呈非线性变化 23。由于法线力接触变形作用于半径和平面工件表面之间,这可从封闭赫兹的办法解决缩进一个球体弹性半空间的问题。对于这个问题, 是法线的变形,在文献23 第93页中给出如下: (2)其中式中 和是工件和夹具的弹性模量,、分别是工件和材料的泊松比。切向变形沿着和切线方向)硅业切力距有以下形式文献23第217页 (3)其中、 分别是工件和夹具剪切模量一个合理的接触刚度的线性可以近似从最小二乘获得适合式 (2),这就产生了以下线性化接触刚度值:在计算上述的线性近似, (4) (5)正常的力被假定为从0到1000N,且最小二乘拟合相应的R2值认定是0.94。2夹紧力优化 我们的目标是确定最优夹紧力,将尽量减少由于工件刚体运动过程中,局部的夹紧和加工负荷引起的弹性变形,同时保持在准静态加工过程中夹具工件系统平衡,工件的位移减少,从而减少定位误差。实现这个目标是通过制定一个多目标约束优化问题的问题,如下描述。2.1 目标函数配方工件旋转,由于部队轮换往往是相当小17的工件定位误差假设为确定其刚体翻译基本上,其中 、和 是 沿,和三个正交组件(见图2)。图2 工件刚体平移和旋转工件的定位误差归于装夹力,然后可以在该刚体位移的范数计算如下: (6)其中表示一个向量二级标准。 但是作用在工件的夹紧力会影响定位误差。当多个夹紧力作用于工件,由此产生的夹紧力为,有如下形式: (7)其中夹紧力是矢量,夹紧力的方向矩阵,是夹紧力是矢量的方向余弦,、和 是第i个夹紧点夹紧力在、和方向上的向量角度(i=1、2、3.,C)。在这个文件中,由于接触区变形造成的工件的定位误差,被假定为受的作用力是法线的,接触的摩擦力相对较小,并在进行分析时忽略了加紧力对工件的定位误差的影响。意指正常接触刚度比,是通过(i=1,2L)和最小的所有定位器正常刚度相乘,并假设工件、取决于、的方向,各自的等效接触刚度可有下式计算得出(见图3),工件刚体运动,归于夹紧行动现在可以写成: (8)工件有位移,因此,定位误差的减小可以通过尽量减少产生的夹紧力向量 范数。因此,第一个目标函数可以写为:最小化 (9)要注意,加权因素是与等效接触刚度成正比的在、和 方向上。通过使用最低总能量互补参考文献15,23的原则求解弹性力学接触问题得出A的组成部分是唯一确定的,这保证了夹紧力和相应的定位反应是“真正的”解决方案,对接触问题和产生的“真正”刚体位移,而且工件保持在静态平衡,通过夹紧力的随时调整。因此,总能量最小化的形式为补充的夹紧力优化的第二个目标函数,并给出:最小化 (10)其中代表机构的弹性变形应变能互补,代表由外部力量和力矩配合完成,是遵守对角矩阵的, 和是所有接触力的载体。如图3 加权系数计算确定的基础内蒙古科技大学本科生毕业设计(外文翻译)2.2 摩擦和静态平衡约束在(10)式优化的目标受到一定的限制和约束,他们中最重要的是在每个接触处的静摩擦力约束。库仑摩擦力的法律规定(是静态摩擦系数),这方面的一个非线性约束和线性化版本可以使用,并且19有: (11)假设准静态载荷,工件的静力平衡由下列力和力矩平衡方程确保(向量形式): (12)其中包括在法线和切线方向的力和力矩的机械加工力和工件重量。2.3界接触力由于夹具工件接触是单侧面的,法线的接触力只能被压缩。这通过以下的的约束表(i=1,2,L+C) (13)它假设在工件上的法线力是确定的,此外,在一个法线的接触压力不能超过压工件材料的屈服强度()。这个约束可写为: (i=1,2,,L+C) (14) 如果是在第i个工件夹具的接触处的接触面积,完整的夹紧力优化模型,可以写成:最小化 (15)3模型算法求解式(15)多目标优化问题可以通过求解约束24。这种方法将确定的目标作为首要职能之一,并将其转换成一个约束对。该补充()的主要目的是处理功能,并由此得到夹紧力()作为约束的加权范数最小化。对为主要目标的选择,确保选中一套独特可行的夹紧力,因此,工件夹具系统驱动到一个稳定的状态(即最低能量状态),此状态也表示有最小的夹紧力下的加权范数。 的约束转换涉及到一个指定的加权范数小于或等于,其中是 的约束,假设最初所有夹紧力不明确,要确定一个合适的。在定位和夹紧点的接触力的计算只考虑第一个目标函数(即)。虽然有这样的接触力,并不一定产生最低的夹紧力,这是一个“真正的”可行的解决弹性力学问题办法,可完全抑制工件在夹具中的位置。这些夹紧力的加权系数,通过计算并作为初始值与比较,因此,夹紧力式(15)的优化问题可改写为: 最小化 (16)由: (11)(14) 得。类似的算法寻找一个方程根的二分法来确定最低的上的约束, 通过尽可能降低上限,由此产生的最小夹紧力的加权范数。 迭代次数K,终止搜索取决于所需的预测精度和,有参考文献15: (17)其中表示上限的功能,完整的算法在如图4中给出。 图4 夹紧力的优化算法(在示例1中使用)。图5 该算法在示例2使用4 加工过程中的夹紧力的优化及测定上一节介绍的算法可用于确定单负载作用于工件的载体的最佳夹紧力,然而,刀具路径随磨削量和切割点的不断变化而变化。因此,相应的夹紧力和最佳的加工负荷获得将由图4算法获得,这大大增加了计算负担,并要求为选择的夹紧力提供标准, 将获得满意和适宜的整个刀具轨迹 ,用保守的办法来解决下面将被讨论的问题,考虑一个有限的数目(例如m)沿相应的刀具路径设置的产生m个最佳夹紧力,选择记为, , ,在每个采样点,考虑以下四个最坏加工负荷向量: (18)、和表示在、和方向上的最大值,、和上的数字1,2,3分别代替对应的和另外两个正交切削分力,而且有:虽然4个最坏情况加工负荷向量不会在工件加工的同一时刻出现,但在每次常规的进给速度中,刀具旋转一次出现一次,负载向量引入的误差可忽略。因此,在这项工作中,四个载体负载适用于同一位置,(但不是同时)对工件进行的采样 ,夹紧力的优化算法图4,对应于每个采样点计算最佳的夹紧力。夹紧力的最佳形式有: (i=1,2,m) (j=x,y z,r) (19)其中是最佳夹紧力的四个情况下的加工负荷载体,(C=1,2,C)是每个相应的夹具在第i个样本点和第j负荷情况下力的大小。是计算每个负载点之后的结果,一套简单的“最佳”夹紧力必须从所有的样本点和装载条件里发现,并在所有的最佳夹紧力中选择。这是通过在所有负载情况和采样点排序,并选择夹紧点的最高值的最佳的夹紧力,见于式 (20): (k=1,2,C) (20)只要这些具备,就得到一套优化的夹紧力,验证这些力,以确保工件夹具系统的静态平衡。否则,会出现更多采样点和重复上述程序。在这种方式中,可为整个刀具路径确定“最佳”夹紧力 ,图5总结了刚才所描述的算法。请注意,虽然这种方法是保守的,它提供了一个确定的夹紧力,最大限度地减少工件的定位误差的一套系统方法。5影响工件的定位精度它的兴趣在于最早提出了评价夹紧力的算法对工件的定位精度的影响。工件首先放在与夹具接触的基板上,然后夹紧力使工件接触到夹具,因此,局部变形发生在每个工件夹具接触处,使工件在夹具上移位和旋转。随后,准静态加工负荷应用造成工件在夹具的移位。工件刚体运动的定义是由它在、和方向上的移位和自转(见图2),如前所述,工件刚体位移产生于在每个夹紧处的局部变形,假设为相对于工件的质量中心的第i个位置矢量定位点,坐标变换定理可以用来表达在工件的位移,以及工件自转如下: (21)其中表示旋转矩阵,描述当地在第i帧相联系的全球坐标系和是一个旋转矩阵确定工件相对于全球的坐标系的定位坐标系。假设夹具夹紧工件旋转,由于旋转很小,故也可近似为: (22) 方程(21)现在可以改写为: (23)其中是经方程(21)重新编排后变换得到的矩阵式,是夹紧和加工导致的工件刚体运动矢量。工件与夹具单方面接触性质意味着工件与夹具接触处没有拉力的可能。因此,在第i装夹点接触力可能与的关系如下: (24)其中是在第i个接触点由于夹紧和加工负荷造成的变形,意味着净压缩变形,而负数则代表拉伸变形; 是表示在本地坐标系第i个接触刚度矩阵,是单位向量. 在这项研究中假定液压/气动夹具,根据对外加工负荷,故在法线方向的夹紧力的强度保持不变,因此,必须对方程(24)的夹紧点进行修改为: (25)其中是在第i个夹紧点的夹紧力,让表示一个对外加工力量和载体的61矢量。并结合方程(23)(25)与静态平衡方程,得到下面的方程组: (26)其中,其中表示相乘。由于夹紧和加工工件刚体移动,q可通过求解式(26)得到。工件的定位误差向量, (见图6),现在可以计算如下: (27) 其中是考虑工件中心加工点的位置向量,且 6模拟工作 较早前提出的算法是用来确定最佳夹紧力及其对两例工件精度的影响例如:1适用于工件单点力。2应用于工件负载准静态铣削序列 如左图7 工件夹具配置中使用的模拟研究 工件夹具定位联系; 、和全球坐标系。 3-2-1夹具图7所示,是用来定位并控制7075 - T6铝合金(127毫米127毫米38.1毫米)的柱状块。假定为球形布局倾斜硬钢定位器/夹具在表1中给出。工件夹具材料的摩擦静电对系数为0.25。使用伊利诺伊大学开发EMSIM程序参考文献26 对加工瞬时铣削力条件进行了计算,如表2给出例(1),应用工件在点(109.2毫米,25.4毫米,34.3毫米)瞬时加工力,图4中表3和表4列出了初级夹紧力和最佳夹紧力的算法 。该算法如图5所示 ,一个25.4毫米铣槽使用EMSIM进行了数值模拟,以减少起步(0.0毫米,25.4毫米,34.3毫米)和结束时(127.0毫米,25.4毫米,34.3毫米)四种情况下加工负荷载体,(见图8)。模拟计算铣削力数据在表5中给出。图8最终铣削过程模拟例如2。表6中5个坐标列出了为模拟抽样调查点。最佳夹紧力是用前面讨论过的排序算法计算每个采样点和负载载体最后的夹紧力和负载。7结果与讨论例如算法1的绘制最佳夹紧力收敛图9,图9对于固定夹紧装置在图示例假设(见图7),由此得到的夹紧力加权范数有如下形式:.结果表明,最佳夹紧力所述加工条件下有比初步夹紧力强度低得多的加权范数,最初的夹紧力是通过减少工件的夹具系统补充能量算法获得。由于夹紧力和负载造成的工件的定位误差,如表7。结果表明工件旋转小,加工点减少错误从13.1到14.6不等。在这种情况下,所有加工条件改善不是很大,因为从最初通过互补势能确定的最小化的夹紧力值已接近最佳夹紧力。图5算法是用第二例在一个序列应用于铣削负载到工件,他应用于工件铣削负载一个序列。最佳的夹紧力,对应列表6每个样本点,随着最后的最佳夹紧力,在每个采样点的加权范数和最优的初始夹紧力绘图10,在每个采样点的加权范数的,和绘制。结果表明,由于每个组成部分是各相应的最大夹紧力,它具有最高的加权范数。如图10所示,如果在每个夹紧点最大组成部分是用于确定初步夹紧力,则夹紧力需相应设置,有比相当大的加权范数。故是一个完整的刀具路径改进方案。上述模拟结果表明,该方法可用于优化夹紧力相对于初始夹紧力的强度,这种做法将减少所造成的夹紧力的加权范数,因此将提高工件的定位精度。图108结论该文件提出了关于确定多钳夹具,工件受准静态加载系统的优化加工夹紧力的新方法。夹紧力的优化算法是基于接触力学的夹具与工件系统模型,并寻求尽量减少应用到所造成的工件夹紧力的加权范数,得出工件的定位误差。该整体模型,制定一个双目标约束优化问题,使用-约束的方法解决。该算法通过两个模拟表明,涉及3-2-1型,二夹铣夹具的例子。今后的工作将解决在动态负载存在夹具与工件在系统的优化,其中惯性,刚度和阻尼效应在确定工件夹具系统的响应特性具有重要作用。9参考资料:1、J. D. Lee 和L. S. Haynes .柔性夹具系统的有限元分析交易美国ASME,工程杂志工业 :134-139页。2、W. Cai, S. J. Hu 和J. X. Yuan .“柔性钣金夹具:原理,算法和模拟”,交易美国ASME,制造科学与工程杂志 :1996 318-324页。3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“负载对表面平整度的影响”工件夹具制造科学研讨会论文集1996,第一卷:146-152页。4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“适用于选拔夹具设计与优化方法,美国ASME工业工程杂志:113 、 412-414,1991。5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.计算机辅助夹具分析中的应用有限元分析和数学优化模型, 1995 ASME程序,MED: 777-787页。6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工过程仿真的加工装置作用力系统研究”, NAMRI/SME:207214页, 19957、“考虑工件夹具,夹具接触相互作用布局优化模拟的结果” 341-346,1998。 8、E. C. DeMeter. 快速支持布局优化,国际机床制造, 硕士论文 1998。9、Y.-C. Chou, V. Chandru, M. M. Barash .加工夹具机械构造的数学算法:分析和合成,美国ASME,工程学报工业“:1989 299-306页。10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 具有摩擦性的夹具规划 美国ASME,工业工程学报:1991,320327页。11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夹紧力分析”,国际机床制造,硕士论文 1995年。12、E. C. DeMeter.加工夹具的性能的最小最大负荷标准 美国ASME,工业工程杂志 :199413、E. C. 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