拖拉机倒挡拨叉-倒档拨叉加工工艺及铣槽夹具设计【含CAD图纸、文档全稿】
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大 学 名拖拉机倒档拨叉机 械 加 工 工 艺 卡 片学 生:指导老师: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 19 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. 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Therefore, this design follows the surface after the first hole principle. Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of holes to ensure machining accuracy. Datum selection box input shaft and the output shaft of the supporting hole as a rough benchmark, with top with two holes as a precision technology reference. Main processes arrangements to support holes for positioning and processing the top plane, and then the top plane and the supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes individual processes are made of the top plane and technological hole location hole and plane processing. Supported hole processing using the method of coordinate boring. The whole process of processing machine combinations were selected. Selection of special fixture fixture, clamping means more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, institutions can not be locked, so the production efficiency is high, suitable for large batch, line processing, can meet the design requirements.Key words: Angle gear seat parts; fixture;III目 录摘 要IIABSTRACTIII第1章 绪论11.1 机械加工工艺概述11.2机械加工工艺流程11.3夹具概述21.4机床夹具的功能21.5机床夹具的发展趋势31.5.1机床夹具的现状31.5.2 现代机床夹具的发展方向3第二章 加工工艺规程设计42.1 零件的分析52.1.1 零件的作用52.2 拖拉机倒挡拨叉加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施62.2.1 孔和平面的加工顺序62.2.2 孔系加工方案选择62.3 拖拉机倒挡拨叉加工定位基准的选择72.3.1 粗基准的选择72.3.2 精基准的选择72.4 拖拉机倒挡拨叉加工主要工序安排82.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定112.6确定切削用量及基本工时(机动时间)132.7 时间定额计算及生产安排25第三章 铣槽夹具设计293.1研究原始质料293.2定位基准的选择293.3 切削力及夹紧分析计算303.4 误差分析与计算313.5 定向键与对刀装置设计323.5 夹具体的设计343.6 夹具设计及操作的简要说明34总结36参 考 文 献3736 第1章 绪论1.1 机械加工工艺概述机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程,加工工艺是工人进行加工的一个依据。一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装,就是个加工的笼统的流程。机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤,采用机械加工的方法,直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等,使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。 比如,上面说的,粗加工可能包括毛坯制造,打磨等等,精加工可能分为车,钳工,铣床,等等,每个步骤就要有详 细的数据了,比如粗糙度要达到多少,公差要达到多少。机械加工工艺就是在流程的基础上,改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等,使其成为成品 或半成品,是每个步骤,每个流程的详细说明。总的来说,加工工艺是每个步骤的详细参数工艺流程是纲领,工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。1.2机械加工工艺流程机械加工工艺规程一般包括以下内容:工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领,确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图,对零件进行工艺分析。3) 确定各工序的加工余量,计算工序尺寸及公差。 4) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。5) 填写工艺文件。 6) 选择毛坯。 7) 拟订工艺路线。 8) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。 在制订工艺规程的过程中,往往要对前面已初步确定的内容进行调整,以提高经济效益。在执行工艺规程过程中,可能会出现前所未料的情况,如生产条件的变化,新技术、新工艺的引进,新材料、先进设备的应用等,都要求及时对工艺规程进行修订和完善。1.3夹具概述现代生产中,机床夹具是一种不可缺少的工艺装备,它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等,在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。夹具是一种装夹工件的工艺装备,它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在机床夹具设计是一项重要的技术工作。1.4机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时,其主要功能是使工件定位和夹紧。1机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件,使工件在夹具中定位和夹紧。(1) 位 定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。确定工件在夹具中占有正确位置的过程。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。(2)夹紧 由于工件在加工时,受到各种力的作用,若不将工件固定,则工件会松动、脱落。工件定位后将其固定,使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。因此,夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。(1)对刀 如铣床夹具中的对刀块,它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。(2)导向 导向元件制成模板形式,故钻床夹具常称为钻模如钻床夹具中的钻模板的钻套,能迅速地确定钻头的位置并引导其进行钻削。镗床夹具(镗模)也具有导向功能。1.5机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高,夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.5.1机床夹具的现状数控机床(NC)、加工中心(MC)、成组技术(GT)、柔性制造系统(FMS)等新技术的应用现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代,以适应市场激烈的竞争。特别是近年来,对机床夹具提出了如下新的要求:1)适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。2)能装夹一组具有相似性特征的工件。3)提高机床夹具的标准化程度。4)能迅速而方便地装备新产品的投产,以缩短生产准备周期,降低生产成本。5)适用于精密加工的高精度机床夹具。6)采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置,以进一步提高劳动生产率。1.5.2 现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化四个方面。标准化机床夹具的标准化,有利于夹具的商品化生产,有利于缩短生产准备周期,降低生产总成本。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准:GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。夹具的标准化阶段是通用化的深入,主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列,为夹具工作图的审查创造良好的条件。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。精密化精密化夹具的结构类型很多,随着机械产品精度的日益提高,势必相应提高了对夹具的精度要求。例如用于精密分度的多齿盘,其分度精度可达0.1;用于精密车削的高精度三爪卡盘,其定心精度为5m;精密心轴的同轴度公差可控制在1m内;又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具,工件的圆度公差可达0.20.5m。高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间,以提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有:自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似,它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式,以适应可变因素的能力。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有:组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。可变因素主要有:工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。在较长时间内,夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。第二章 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拖拉机倒挡拨叉。题目所给 定的零件是拖拉机 变速箱中的倒档 拨叉,它位于倒档 拨叉杆上,主要作用一是通过倒档拨叉杆将扭矩传递给倒档拨叉,拨动倒档同步器,改变齿轮的啮合方向,实现拖拉机的倒行;二是在倒档拨叉上有一个配合槽,与其他零件配合装配,在拨叉转动时带动其运动。零件上 19.1mm的孔,装配在倒档拨叉杆上,用螺钉固定保证拨叉和拨叉杆的相对位置。宽 19.3mm 深 17mm 的槽与其他零件相配合,半圆形叉口拨动同步器。 拖拉机倒挡拨叉的主要作用是支承各传动轴,保证各轴之间的中心距及平行度,并保证部件与发动机正确安装。因此拖拉机倒挡拨叉零件的加工质量,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。拖拉机倒挡拨叉零件的底面用以安装盖,实现功能。2.1.2 零件的工艺分析由拖拉机倒挡拨叉零件图可知。它的外表面上有五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螺纹孔。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 19.1mm 孔为中心的加工面 这一组加工面包括:一个的 19.1mm 孔以及对其倒角,宽 19.3mm 深 17mm 的槽口,在 19.1mm 孔所在的轮毂上钻两个孔并攻丝,规格为 M12,用来做为固定倒档拨叉和拨叉杆之用。 2. 叉口处的加工面 这 一组加工面包括 :铣叉口的侧 面,铣叉口内圆面 ,内圆面所在 的圆弧半径为 R48mm。 这两组加工面之间有一定的位置要求: (1)R48mm 叉口对 19.1mm 孔的轴心线及 19.3mm 槽口中心线位置公差0.5mm。 (2)叉口侧面和螺纹孔中心线的位置要求是 46.40.25。 由 以上分析可知, 对于这两组加 工表面而言,我们 可以先加工其 中一组表面,然后借助于专用夹具进行另一组表面的加工,并保证他们之间的位置精度要求。 2.2 拖拉机倒挡拨叉加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该拖拉机倒挡拨叉零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说,保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此,对于拖拉机倒挡拨叉来说,加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度,处理好孔和平面之间的相互关系。由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。2.2.1 孔和平面的加工顺序拖拉机倒挡拨叉类零件的加工应遵循先面后孔的原则:即先加工拖拉机倒挡拨叉上的基准平面,以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。拖拉机倒挡拨叉的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大,用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固,因而容易保证孔的加工精度。其次,先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件,便于对刀及调整,也有利于保护刀具。拖拉机倒挡拨叉零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则,将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。2.2.2 孔系加工方案选择拖拉机倒挡拨叉孔系加工方案,应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外,也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下,应选择价格最底的机床。根据拖拉机倒挡拨叉零件图所示的拖拉机倒挡拨叉的精度要求和生产率要求,当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。(1)用镗模法镗孔在大批量生产中,拖拉机倒挡拨叉孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时,镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度。采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。因此,可以用几把刀同时加工。所以生产效率很高。但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高,且由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。(2)用坐标法镗孔在现代生产中,不仅要求产品的生产率高,而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。镗模法由于镗模生产成本高,生产周期长,不大能适应这种要求,而坐标法镗孔却能适应这种要求。此外,在采用镗模法镗孔时,镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。用坐标法镗孔,需要将拖拉机倒挡拨叉孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺寸及公差,然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镗孔。2.3 拖拉机倒挡拨叉加工定位基准的选择2.3.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求:(1)保证各重要支承孔的加工余量均匀;(2)保证装入拖拉机倒挡拨叉的零件与箱壁有一定的间隙。为了满足上述要求,应选择的主要支承孔作为主要基准。即以拖拉机倒挡拨叉的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度,再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此,以后再用精基准定位加工主要支承孔时,孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此,孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。2.3.2 精基准的选择从保证拖拉机倒挡拨叉孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证拖拉机倒挡拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拖拉机倒挡拨叉零件图分析可知,它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大,适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度,如果使用典型的一面两孔定位方法,则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面,虽然它是拖拉机倒挡拨叉的装配基准,但因为它与拖拉机倒挡拨叉的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系,在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难,所以不予采用。2.4 拖拉机倒挡拨叉加工主要工序安排对于大批量生产的零件,一般总是首先加工出统一的基准。拖拉机倒挡拨叉加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到拖拉机倒挡拨叉加工完成为止,除了个别工序外,都要用作定位基准。因此,底面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面,再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出,因切削力较大,也应该在粗加工阶段完成。对于拖拉机倒挡拨叉,需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系,但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此,实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系,然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面,这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝,由于切削力较小,可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。加工工序完成以后,将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。根据以上分析过程,现将拖拉机倒挡拨叉加工工艺路线确定如下:1. 工艺路线方案一 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝,规格 M12。 工序 立式钻床上扩、铰孔 19.1mm 并倒角。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序 卧式铣床上铣叉口。 工序 手工去锐边。 工序 卧式铣床上铣槽。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序 去毛刺。 工序 清洗。 工序 终检。 2. 工艺路线方案二 工序 立式钻床上扩、铰孔 19.1mm 并倒角。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序 卧式铣床上铣叉口。 工序 手工去锐边。 工序 卧式铣床上铣槽。 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝,规格 M12。 工序 手工去毛刺。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序 去毛刺。 工序 清洗。 工序 终检。 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,方案二把底面的钻孔工序调整到后面了,这样导致铣削加工定位基准不足,特别镗孔工序。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:工序 立式钻床上扩、铰孔 19.1mm 并倒角。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序 卧式铣床上铣叉口。 工序 手工去锐边。 工序 卧式铣床上铣槽。 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝,规格 M12。 工序 手工去毛刺。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序 去毛刺。 工序 清洗。 工序 终检。 上述两种方案看起来大体合理,不过仔细一看都有不足之处。第 1 个 方案先是“摇臂钻床上钻孔、攻丝,规格 M12。”,先把这一步工序放在前面是想,后面还有“钻 19.1mm 孔”这一步工序,如果先钻孔攻丝那么就可以省略一步“手工去毛刺”的工序。能这样想,出发点是好的,考虑到可以减少一步工序,似乎能减少劳动工时,提高生产率,可是没有考虑到,把这一步工序放前,定位比较难,不易保证必要的位置精度,夹具设计困难,实际可行性比较低。再看第 2 个方案,第 2 个方案把“钻 19.1mm 孔”这一步工序放在了前面,这样为以后的各个工序提供了加工基准,工序安排比较科学合理。不过它和第 1 个方案一样,都把“扩、铰孔 19.1mm”和“倒角”放在了一步工序中。在这一步中通过换钻套可以倒一边的角,不过要倒另一边的角,就要把工件卸下翻面倒角,这样增加了夹具的设计难度。不过主要的是立式钻床体积比较大,操作起来不方便,并且倒角也没有高的精度要求,从经济效益上来考虑是不合算的。通过分析后,把这一步工序一分为二,把“倒角”独立出来,单独作为一步工序,因为倒角的精度要求不高,我们可以把这一步工序放在台钻上来完成。台钻体积比较小,操作简单,夹具结构也简单,这样零件的加工工时降下来了,生产效率上来了,降低了零件的成本。 估算每一步工序所用夹具的大体尺寸,根据金属切削机床夹具设计 手册(第二版)上给出的各种切削机床的规格尺寸,选择每一道工序所用的合适的机床。 因此,最后的加工路线确定如下: 工序 立式钻床上扩、铰孔 19.1mm。 以拨叉叉口内圆非加工面、槽口和 19.1mm 孔的端面为粗基准定位。 选用 Z535 立式钻床加工,采用专用夹具。 工序 台钻上对 19.1mm 倒角。 以 19.1mm 和端面为基准定位。 选用 ZQ4015 台式钻床加工,采用专用夹具。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 以 19.1mm 和端面为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工,采用专用夹具。 工序 卧式铣床上铣叉口。 以 19.1mm 和毛坯上的槽口为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工,采用专用夹具。 工序 手工去锐边。 用扁平挫刀手工去锐边,可设计简易的支承台。 工序 卧式铣床上铣槽。 以 19.1mm 孔、叉口内圆侧面为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工,采用专用夹具。 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝,规格 M12。 以 19.1mm 孔及其端面、叉口内圆侧面为基准定位。 选用 Z3025 摇臂钻床加工,采用专用夹具。 工序 手工去毛刺。 用圆形小挫刀手工去毛刺,可以设计简易的支承台,注意不 不要划伤内圆面。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 以 19.1mm 孔和螺钉对准长销上的槽为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工,采用专用夹具。 工序 去毛刺。 用扁平挫刀手工去毛刺,可设计简易的支承台。 工序 清洗。 用专用清洗机清洗。 工序 终检。 2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定零件材料为 QT500-5,考虑到拖拉机运行时经常需要挂倒档以倒行或辅助转向,因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷,采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件年产量为 4000 件,已达到成批生产水平,而且零 件的轮廓尺寸不 大,选用砂型铸 造,采用机械翻 砂造型,铸造精 度为 2级,能保证铸件的尺寸要求,这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。 (二)毛坯设 计 拖拉机的倒档拨叉零件材料为 QT500-5,硬度选用260HBS,毛坯重约 1Kg。生产类型为成批生产,采用砂型铸造,机械翻砂造型,2 级精度组。 根据上 述原始资料及加工 工艺,分别确定各 加工表面的加工余 量,对毛坯初步设计如下: 1. 19.1mm 的孔 为 了便于加工,在 毛坯的设计时 ,可以设计底孔。 根据常用刀具 的规格和合理的切削用量,可以铸出 10mm 的底孔。这样加工这个孔到规定的尺寸,可以分为以下步骤: 2. 叉口侧面 该 两侧面分别进行 一次粗、精铣 。根据资料可知, 选取加工余量 等级为 G,选取尺寸公差等级为 9 级。 所以根据相关资料和经验可知,毛坯的叉口厚度定为 10mm,符合要求。 3. 叉口内圆面 叉口内圆面的圆弧半径为 R48mm,叉口精度要求不是很高,可以进行一 次精加工。所以其加工余量不宜取得过大,但为了能保证其加工精度,而进行一次精铣,所以在毛坯铸造时给出 2mm 的加工余量。 4. 铣槽 槽宽为 19.3mm,深为 17mm,查资料知,砂型铸造机械翻砂造型的尺寸公 差等级为 810 级,加工余量等级为 G。取尺寸公差等级为 9 级,在铸造时留出 2mm 的加工余量,均满足加工要求。 5. 钻孔、攻丝 在 19.1mm 的孔处钻孔,攻丝,锪孔。 在此处,因为加工的螺纹孔不是很大,所以可以不必留铸造底孔。 因 其它表面均为不 加工表面,而 且砂型机器造型铸 造铸造出的毛 坯表面就能满足它们的精度要求,所以,不需要在其它表面上留有加工余量。 根 据上述原始资料 及加工工艺, 确定了各加工表面 的加工余量、 工序尺 寸 ,这 样毛 坯的 尺寸 就可 以定 下 来了 ,毛 坯的 具体 形状 和 尺寸 见图 .2“拖拉机倒挡拨叉”零件毛坯简图。根据 上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面 的加工余量和工步如下: 1. 19.1mm 的孔 扩孔: 16mm 2Z=6mm 二次扩孔: 18.9mm 2Z=2.9mm 粗铰: 19.04mm 2Z=0.14mm 精铰: 19.1mm 2Z=0.06mm 2. 叉口侧面 粗铣: 2Z=2.05mm 精铣: 2Z=0.4mm 3叉口内圆面 一次精铣: Z=2mm 4. 铣槽 一次精铣: Z=2mm 5. 钻孔、攻丝 在 19.1mm 的孔处钻孔,攻丝,锪孔。 先在加工面上钻出 4mm 小孔,再扩孔至 10.4mm,这是攻丝前的 底孔,然后用 M12 的机用丝锥攻丝,最后锪孔 13.5mm。2.6确定切削用量及基本工时(机动时间)工序1:钻孔 16mm、扩孔 18.9mm、铰孔 19.1mm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。 钻孔19.1钻孔19.1时先采取的是钻孔,再扩到,所以。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: 扩孔18.9刀具:根据参照参考文献3表4.331选择硬质合金锥柄麻花扩孔钻头。片型号:E403因钻孔19.1时先采取的是先钻到孔再扩到,所以,切削深度:进给量:根据参考文献3表2.452,取。切削速度:参照参考文献3表2.453,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:刀具切入长度有:刀具切出长度: ,取走刀次数为1机动时间: 铰孔19.1刀具:根据参照参考文献3表4.354,选择硬质合金锥柄机用铰刀。切削深度:,且。进给量:根据参考文献3表2.458,取。切削速度:参照参考文献3表2.460,取。机床主轴转速:按照参考文献3表3.131取实际切削速度: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:该工序的加工机动时间的总和是:工序3:粗铣叉口侧面机床:铣床X62W刀具:硬质合金端铣刀(面铣刀) 齿数10叉口两侧面在铸造毛坯时两个面的加工余量是相同的,故可以算一个面 就行。现在以其 中一面为粗基 准,对另一面进行 粗加工,切削 用量和切削工时如下:(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4:精铣叉口 R480.5mm机床:铣床X62W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5:钻2-8定位销孔钻定位孔切削深度:进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.39,取切削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.41,取机床主轴转速:,取实际切削速度: 被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度:走刀次数为1机动时间:铰定位孔切削深度:进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.52,扩盲孔取切削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.53,取机床主轴转速:,取实际切削速度: 被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度:走刀次数为1机动时间:工序6: 钻孔、锪孔 13.5mm、攻丝 2-M12 1.75进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.39,取切削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.41,取机床主轴转速:,取实际切削速度: 被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度: 取走刀次数为1机动时间:进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.39,取切削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.41,取机床主轴转速:,取实际切削速度: 被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度: 取走刀次数为1机动时间:工序8 :粗精镗底面45孔。机床:卧式金刚镗床刀具:硬质合金镗刀,镗刀材料: 粗镗孔单边余量Z=1.1mm,一次镗去全部余量,毛坯孔径。进给量:根据参考文献3表2.466,刀杆伸出长度取,切削深度为。因此确定进给量。切削速度:参照参考文献3表2.445,取。机床主轴转速:,按照参考文献3表3.141,取实际切削速度:工作台每分钟进给量: 被切削层长度:刀具切入长度: 刀具切出长度: 取行程次数:机动时间: 精镗孔粗加工后单边余量Z=0.4mm,一次镗去全部余量, ,精镗后孔径进给量:根据参考文献3表2.466,刀杆伸出长度取,切削深度为。因此确定进给量切削速度:参照参考文献3表2.445,取机床主轴转速:,按照参考文献3表3.1441,取实际切削速度: 工作台每分钟进给量:被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度: 取行程次数:机动时间:所以该工序总机动工时工序9:铣削35孔端面机床:组合铣床刀具:硬质合金端铣刀(面铣刀) 齿数铣削深度: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:工序10:铣削槽机床:铣床X62W刀具:硬质合金端铣刀YG8,硬质合金立铣刀YT15铣刀直径,齿数铣削深度: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:工序11:铣削1度的斜坡面机床:铣床X62W刀具:立铣刀,硬质合金立铣刀YT15铣刀直径,齿数铣削深度: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:工序13:钻各小孔,并攻丝机床:组合钻床刀具:麻花钻、扩孔钻、铰刀切削深度:进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.39,取切削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.41,取机床主轴转速:,取实际切削速度: 被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度:走刀次数为1机动时间:工序13:前后端面螺孔攻丝机床:组合攻丝机刀具:钒钢机动丝锥(1)、M10.6H螺孔攻丝 进给量:由于其螺距,因此进给量切削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.105,取机床主轴转速:,取丝锥回转转速:取实际切削速度: 被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度: (盲孔)机动时间:钻孔(M8-6H螺孔)机床:组合钻床刀具:麻花钻切削深度:进给量:根据机械加工工艺手册表2.4.39,取切削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.41,取机床主轴转速:,取实际切削速度: 被切削层长度:刀具切入长度:刀具切出长度:走刀次数为1机动时间:螺孔攻丝机床:组合攻丝机刀具:钒钢机动丝锥 进给量:由于其螺距,因此进给量切削速度:参照机械加工工艺手册表2.4.105,取机床主轴转速:,取丝锥回转转速:取实际切削速度: 由工序4可知: 走刀次数为1机动时间:2.7 时间定额计算及生产安排假设该零件年产量为10万件。一年以240个工作日计算,每天的产量应不低于417件。设每天的产量为420件。再以每天8小时工作时间计算,则每个工件的生产时间应不大于1.14min。参照机械加工工艺手册表2.5.2,机械加工单件(生产类型:中批以上)时间定额的计算公式为: (大量生产时)因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为: 其中: 单件时间定额 基本时间(机动时间) 辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间,包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值工序1:粗、精铣底面机动时间:辅助时间:参照机械加工工艺手册表2.5.43,取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为。则:根据机械加工工艺手册表2.5.48,单间时间定额: 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时, 即能满足生产要求工序2:钻底面孔、铰定位孔机动时间:辅助时间:参照机械加工工艺手册表2.5.41,取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为。则:根据机械加工工艺手册表2.5.43,单间时间定额: 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序3:粗铣两侧面及凸台机动时间:辅助时间:参照机械加工工艺手册表2.5.45,取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为。则:根据机械加工工艺手册表2.5.48,单间时间定额: 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序4:钻侧面孔机动时间:辅助时间:参照机械加工工艺手册表2.5.41,取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为。则:根据机械加工工艺手册表2.5.43,单间时间定额: 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序5:粗铣前后端面机动时间:辅助时间:参照机械加工工艺手册表2.5.45,取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为。则:根据机械加工工艺手册表2.5.48,单间时间定额: 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序6:铣前后端面机动时间:辅助时间:参照机械加工工艺手册表2.5.45,取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为。则:根据机械加工工艺手册表2.5.48,单间时间定额: 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序9:粗镗前后端面支承孔机动时间:辅助时间:参照机械加工工艺手册表2.5.37,取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为。则:根据机械加工工艺手册表2.5.39,单间时间定额: 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时,即能满足生产要求工序11:精镗支承孔机动时间:辅助时间:参照机械加工工艺手册表2.5.37,取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为。则:根据机械加工工艺手册表2.5.39,单间时间定额: 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时, 即能满足生产要求工序12:前后端面螺纹孔攻丝机动时间:辅助时间:参照钻孔辅助时间,取装卸工件辅助时间为,工步辅助时间为。则:参照钻孔值,取单间时间定额: 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序14:精铣前后端面机动时间:辅助时间:参照机械加工工艺手册表2.5.45,取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为。则:根据机械加工工艺手册表2.5.48,单间时间定额: 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时,即能满足生产要求工序15:精铣两侧面机动时间:辅助时间:参照机械加工工艺手册表2.5.45,取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为。则:根据机械加工工艺手册表2.5.48,单间时间定额: 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时,即能满足生产要求工序17:底面螺纹孔攻丝机动时间:辅助时间:参照钻孔辅助时间,取装卸工件辅助时间为,工步辅助时间为。则:参照钻孔值,取单间时间定额: 因此布置一台机床即能满足生产要求。第三章 铣槽夹具设计3.1研究原始质料利用本夹具主要用来铣槽,该槽的中心线要满足对称度要求以及其槽两边的平行度要求。在铣此槽时,为了保证技术要求,最关键是找到定位基准。同时,应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。3.2定位基准的选择由零件图可知:在对槽进行加工前,底平面进行了粗、精铣加工,孔进行了钻、扩、铰加工,R48进行了粗、精镗加工。因此,定位、夹紧方案有:方案:选底平面、工艺孔和大头孔定位,即一面、心轴和棱形销定位,夹紧方式选用螺母在心轴上夹紧。方案:选一面两销定位方式,工艺孔用短圆柱销,R48用棱形销定位,夹紧方式用操作简单,通用性较强的移动压板来夹紧。分析比较上面二种方案:方案中的心轴夹紧、定位是不正确的, 孔端是不加工的,且定位与夹紧应分开,因夹紧会破坏定位。通过比较分析只有方案满足要求,孔其加工与孔R48的轴线间有尺寸公差,选择小头孔和大头孔来定位,从而保证其尺寸公差要求。铣该槽时其对孔的中心线有对称度以及槽两边的平行度要求。为了使定位误差达到要求的范围之内,采用一面两销的定位方式,这种定位在结构上简单易操作。一面即为拨叉底平面;两销为的短圆柱销和的棱形销。3.3 切削力及夹紧分析计算刀具:立铣刀(硬质合金) 刀具有关几何参数: 由参考文献55表129 可得铣削切削力的计算公式: 有:根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况,找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态,按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠,再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值,即: 安全系数K可按下式计算: 式中:为各种因素的安全系数,查参考文献5121可知其公式参数: 由此可得: 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大,为了使其夹具结构简单、操作方便,决定选用手动螺旋夹紧机构。查参考文献51226可知移动形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算:螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有:式中参数由参考文献5可查得: 其中: 螺旋夹紧力:该夹具采用螺旋夹紧机构,用螺栓通过弧形压块压紧工件,受力简图如2.1.由表得:原动力计算公式 即: 由上述计算易得: 由计算可知所需实际夹紧力不是很大,为了使其夹具结构简单、操作方便,决定选用手动螺旋夹紧机构。3.4 误差分析与计算该夹具以一面两销定位,两定位销孔尺寸公差为。为了满足工序的加工要求,必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差,一般可用下式表示: 由参考文献5可得: 两定位销的定位误差 : 其中:, 且:L=135mm ,得 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。3.5 定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中,一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合,使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩,可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷,加强夹具在加工中的稳固性。根据GB220780定向键结构如图所示: 图5.1 夹具体槽形与螺钉根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如表5.4:表5.4 定向键 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D180.0120.03525124124.518+0.0195对刀装置由对刀块和塞尺组成,用来确定刀具与夹具
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