轴承座与齿轮的加工工艺规程及专用夹具设计(钻Φ50孔夹具+镗Φ240孔夹具)【含CAD图纸、文档全套】【GJ系列】
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夹具定位规划中完整性评估和修订CAM实验室,机械工程学系,伍斯特理工学院研究院,100路,伍斯特,硕士01609,美国2004年9月14日收稿;2004年11月9日修订;2004年11月10日发表摘 要几何约束是夹具设计中最重要的考虑因素之一。确定位置的解析拟订已发达。然而,如何分析和修改在实际夹具设计实践过程中的一个非确定性的定位计划尚未深入研究。在本文中,提出了一种方法来描述在限制约束下的重点夹具系统的几何约束状态。一种限制约束下状态,如果它存在,可以识别给定定位计划。可以自动识别工件的所有限制约束下约束状态的提案。这有助于改善逆差定位计划,并为修订提供指引,以最终实现确定性的定位。 关键词:夹具设计;几何约束;确定性定位;限制约束;过约束1.介绍夹具是用于制造工业进行工件牢固定位的一种机制。在零件加工过程中规划一个关键的第一步,夹具设计需要,以确保定位精度和三维工件的精度。 3-2-1原则,在一般情况下,是最广泛使用的指导原则发展的位置计划。 V型块和销孔定位原则也常用。一个加工夹具定位方案必须满足一些要求。最基本的要求是,必须提供工件确定的位置。这种观点指出,定位计划生产的确定位置,工件不能移动,而至少有一个定位不会失去联系。这一直是夹具设计的最根本的准则之一,许多研究人员关于几何约束状态的研究表明,工件在任何定位计划分为以下三个类别:1、良好的约束(确定性):工件在一个独特的位置进行配合,工件表面与6个定位器取得联系。 2、限制约束:不完全约束工件的自由度。 3、过约束:工件自由度超过6定位的制约。 在1985年,浅田1提出了满秩为准则雅可比矩阵的约束方程,基于分析形成了调研后,确定定位。周等2在1989年制定了在确定性定位问题上使用螺旋理论。结果表明,定位矩阵的定位需要压力满秩达到确定的位置。该方法的确定通过无数的研究。王等3考虑定位工件的接触的影响,而采用点接触面积。他们介绍了接触矩阵,并指出,两个接触的机构不应该有平等的,但在接触点曲率相反。卡尔森4认为,可能没有足够的应用,如一些不是非棱柱的表面或相对误差近似的非小线性。他提出一个二阶泰勒展开,其中也考虑到定位误差相互作用。马林和费雷拉5应用周对3-2-1的位置拟订,制定若干按照规则的规划。尽管众多的位置上的确定分析研究很少注意非确定性分析的位置。在浅田的拟定方案中,他们假设工件夹具元件和点之间的联络无阻力。理想的位置q*,而应放置工件表面和分片,可微函数是gi(见图1)。 表面函数定义为:gi(q*)=0是确定的,应该有一个独一无二的解决方案为下列所有定位方程组。gi(q)=0,i=1,2,.,n (1)其中n是定位器的位置与方向,代表了工件的定位和方向。只有考虑到目标位置q*附近在处:浅田表明 (2) hi是几何函数的雅可比矩阵,矩阵式所示(3)。确定定位如果雅可比矩阵满秩,可满足要求。 (2)只有q=q*一个解决办法 (3)在1个3-2-1定位计划中,一个约束方程的雅可比矩阵的满秩的约束状态如表1所示。如果定位是小于6,工件是限制约束的,即存在至少有一个工件自由定位议案不受限制的。如果矩阵满秩,但定位大于6定位,工件是过约束,这表明存在至少一个定位等;而几何约束工件被删除不影响的状态。找出一个模型除了3-2-1,可以建立基准框架提取等效的定位点。胡等6已经发展出一种系统的方法,对这个用途。因此,这则能适用于所有的定位方案。图1 .夹具系统模型。表1 等级 数量的定位 地位 6 Over-constrained康等7遵循这些方法和他们实施制定的几何约束分析模块其自动化的计算机辅助夹具设计的核查制度。他们的CAFDV系统可以计算出雅可比矩阵和它的排名来确定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和灵敏度定位错误。熊等人8提出的等级检查方法的定位矩阵WL(见附件)。他们还介绍了左/右边的定位矩阵广义逆理论,分析了工件的几何误差。结果表明,定位及发展方向误差X和位置误差r的工件定位相关如下: Under-constrained:X=WLr, (4)Well-constrained :X=(WTLWL)-1WLTr, (5)Over-constrained:X=WLT(WTLWL)-1r+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL), (6)是任意一个向量。 他们还介绍了从这些矩阵的几个指标,评价定位配置,其次是通过约束非线性规划的优化。然而,他们的研究分析,不涉及非确定性定位的修订。目前,还没有就如何处理与提供确定的位置的夹具设计系统的研究。 2.定位完整性评价如果不确定性的位置达到夹具系统设计的要求,设计师知道约束状态是什么,以如何改善设计是非常重要的条件。如果夹具系统是过度约束,是理想定位需要的不必要的信息。而下约束时,所有有关知识约束工件的议案,可以引导设计师选择额外的定位或使得修改定位计划更有效。的总体战略定位计划表征几何约束的状态描述图 2。在本文中,定位矩阵秩的几何约束的施加评价状态(见附件为获得的定位矩阵)。确定需要六个定位器定位提供矩阵的满秩定位WL:如图3所示,在给定的定位器数量n,定位法向量ai,bi,ci和定位的位置xi,yi,zi每一个定位器,i=1,2,.,n,n*6定位矩阵可以确定如下: (7)当等级(WL)=6,n=6时,是工件良好约束。 当等级(WL)=6,n6时;是工件过约束。这意味着(n-6)有不必要的定位在定位方案上。工件将不存在限制(n-6)定位器。这种状态的数学表示方法,那就是(n-6)在定位向量矩阵,可表示为线性组合的其他六行向量。 图2 几何约束状态描述 图3一个简化的定位方案。定位方案,提供了确定性的位置。发达国家的算法使用下列方法确定不必要的定位:1、找到所有的(n-6)组合定位的。2、为每个组合,从(n-6)定位器确定定位方案。3、重新计算矩阵秩的定位为左六个定位器。4、如果等级不变,被删除的(n-6)定位器是负责过约束状态。这种方法可能会产生多种解决方案,并要求设计师来决定哪一套不必要的定位应该被删除以最佳定位性能。 当等级(WL)6,工件的限制约束。参考文献1 Asada H, By AB.。自动重构夹具的柔性装配夹具的运动学分析。 IEEE J机器人autom1985; RA-1:86-93。2 zhou YC,Chandru V,Barash MM。加工装置的自动配置的数学方法分析和综合。反ASME J英工业1989;111:299-306。3 Wang MY, Liu T, Pelinescu DM.。夹具运动学分析的基础上充分接触刚体模型。 J制造业科学与工程2003;125:316-24。4 Carlson JS。刚性零件的装夹和定位计划的二次灵敏度分析“。 ASME J制造业2001年科学与工程;123(3):462-72。5 Marin R, Ferreira P.确定性3-2-1定位计划的运动学分析和综合加工装置。 ASME J制造业科学与工程2001年;123:708-19。6 Hu W.设置规划和公差分析。博士论文中,伍斯特理工学院;2001年。7 Kang Y, Rong Y, Yang J, Ma W.计算机辅助夹具设计验证。大会Autom2002;22:350-9。8 Rong KY, Huang SH, Hou Z.先进的计算机辅助夹具设计。波士顿:爱思唯尔;2005年。摘要本次设计是轴承座与齿轮的加工工艺规程及工序的专用夹具设计。本文在了解机械加工工艺的相关理论和概念之后,分别对轴承座和齿轮进行了工艺规程及夹具设计,根据零件大批生产要求,首先对零件进行分析,确定好零件加工艺规程后,设计出毛坯的结构,选择好零件的加工基准,设计出零件的加工工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,确定好各个工序的工艺装备、切削用量及工序工时定额;然后进行专用夹具的设计,经过考虑,对轴承座的加工设计一副镗孔夹具,对齿轮的加工设计一副钻夹具,根据各自零件特点,拟出夹具的各个组成部件:镗夹具的定位采用“一面两孔”的定位方式、夹紧元件采用气压夹紧; 钻夹具的定位采用V形块和平面的定位方式、夹紧元件采用螺旋夹紧.最后绘制出夹具装配图及相关零件图。关键词:一面两孔 工艺规程 螺旋夹紧 气压夹紧 目 录摘要Abstract第一章 绪论1 基本概念2 轴承座零件的介绍3 齿轮的介绍第二章 轴承座的工艺及夹具设计 1 零件分析 1.1 零件的作用 1.2 零件工艺分析 2 工艺规程制定 2.1 计算生产纲领,制定生产类型 2.2 审查图样工艺性 2.3 毛坏的选择 2.4 工艺过程设计 2.4.2 基准选择原则 2.4.2 定位基准选择 2.4.3 工艺路线确定 3 机械加工余量及毛坯确定 3.1 确定毛坯尺寸 3.2 设计毛坯图 4 选择加工设备与工艺装备5 确定切削用量及基本时间定额5.1工序三 以铸造中心孔为基准,粗铣底面5.2工序四 铣22上端面5.2工序五 钻孔22及沉孔405.3工序六 粗铣,半精铣两轴承孔端面5.4工序七 粗镗轴承孔240,半粗镗240,精镗2405.5 工序八 钻孔32及沉孔506 夹具设计 6.1定位基准选择 6.2 镗杆设计 6.3 夹紧装置设计及切削力计算 6.4 定位误差分析 6.5 夹具简要操作说明第三章 齿轮的艺及夹具设计 1 零件分析 1.1 零件的作用 1.2 零件工艺分析 2 工艺规程制定 2.1 计算生产纲领,制定生产类型 2.2 审查图样工艺性 2.3 毛坏的选择 2.4 工艺过程设计 2.4.1 定位基准选择 2.4.2 工艺路线确定 3 机械加工余量及毛坯确定 3.1 确定毛坯尺寸 3.2 设计毛坯图 4 工序设计 4.1 选择加工设备与工艺装备 4.2 确定工序尺寸5 确定切削用量及基本时间定额5.1 工序三 粗车外圆及端面5.2 钻中心孔至5.3粗镗,半精镗,精镗5.4 插键槽5.5 上芯轴,精车外圆,端面5.6 钻6 夹具设计 6.1定位基准选择 6.2 夹紧装置设计及切削力计算 6.3 定位误差分析 6.4 夹具简要操作说明第四章 设计总结参考文献第一章 绪论机械制造业是国民经济的的基础和支柱,是向其它各部门提供工具、仪器和各种机械技术的装备部。一个国家的的机械制造业的发展水平是衡量一个国家经济实力的和科学技术水平的重要标志之一,在科技飞速发展的今天,机械产品和机械制造技术的内涵正在不断的发生变化,工程技术人员不仅要学习和掌握计算机技术等多方面的新知识、新技术、而且要对机械制造和机床夹具等必备的基础理论知识、运用全新的观点重新优化组合。“工欲善其事,必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来,现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具(含夹具、刀具、量具与辅具等)在不断的革新中,其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此,无论在传统制造还是现代制造系统中,夹具都是重要的工艺装备。轴承座是各种机械设备中常见的部件,它的主要作用是支撑轴承,目前常用轴座已经标准化,通常在机械产品设计时只要选取即可,但在许多场合,因为结构和条件的需要,需要非标轴承座,对于轴承座生产厂家,则是要尽力降低生产成本,提高产品质量。齿轮是各种机器机械产品中常用的传动件,由于它传动效率高,传动稳定性好,噪音低,定比传动,广泛应用于各种机械设备中,随着机械生产制造技术的发展,齿轮应用越来越广,对齿轮的精度要求越来越高.1 基本概念工艺过程:改变生产对象的的形状、尺寸、相对位置和性质等,使其成为成品或半成品的过程。生产纲领:企业在计划期内应该生产的产品产量和进度计划。基准:基准是指用以确定生产对象几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。对一个机械零件而言,基准就是确定该零件上的其它点、线、面所依据的点线、面。六点定位原理:任何一个自由刚体,在空间都有六个自由度(自由度是完全确定物体在空间几何位置所需要的独立坐标数目),即沿坐标轴的x、y、z移动和绕此三坐标的转动。限制了刚体的六个自由度,就确定了刚体的位置。工序:工序是指一个(或一组)工人在一台机床(或一个工作地点)上,对同一个(或同时对几个)工件所连续完成的那一部份工艺过程。2 轴承座零件的介绍轴承座零件一般都是用铸铁、钢等材料铸造而成。轴承座零件的毛坯选择与其材料、结构和尺寸等因素有关。孔径较小(如d20mm)的轴承孔一般选择钢模铸造,也可以采用实心铸件。孔径较大时,采用砂型铸造。大量生产时一般选用钢模铸造,这样既提高生产率又节约金属材料。轴承座零件的主要表面是内孔及孔轴心线到底面的距离,其主要技术要求如下: (1)内孔内孔是轴承座零件起支承作用或定位作用最主要的表面,它通常与运动着的轴、或轴承相配合。内孔直径的尺寸精度一般为7级,精密轴套有时取6级,由于与其相配的轴上有密封圈,故要求较低。 内孔的形状精度,一般应控制在孔径公差以内,有些精密轴套控制在孔径公差的1/21/3,甚至更严。对于的承座除了圆柱度和同轴度外,还应注意孔轴线直线度的要求。为保证零件的功能和提高其耐磨性,内孔表面粗糙度一般为 (2)孔轴心线到底面的距离保证底座与上盖的平行度和尺寸要求3 齿轮的介绍据史料记载,远在公元前400200年的中国古代就巳开始使用齿轮,在我国山西出土的青铜齿轮是迄今巳发现的最古老齿轮,作为反映古代科学技术成就的指南车就是以齿轮机构为核心的机械装置。17世纪末,人们才开始研究,能正确传递运动的轮齿形状。18世纪,欧洲工业革命以后,齿轮传动的应用日益广泛;先是发展摆线齿轮,而后是渐开线齿轮,一直到20世纪初,渐开线齿轮已在应用中占了优势。18世纪工业革命时期,齿轮技术得到高速发展,人们对齿轮进行了大量的研究。1733年法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律;1765年瑞士数学家欧拉建议采用渐开线作齿廓曲线。19世纪出现的滚齿机和插齿机,解决了大量生产高精度齿轮的问题。1900年,普福特为滚齿机装上差动装置,能在滚齿机上加工出斜齿轮,从此滚齿机滚切齿轮得到普及,展成法加工齿轮占了压倒优势,渐开线齿轮成为应用最广的齿轮。 目前,应用最广泛的是渐开线齿轮,对于渐开线齿轮的加工,有范成法,仿形法等。3 夹具的作用夹具在其发展的200多年历史中,大致经历了三个阶段:第一阶段,夹具在工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置,发挥着夹固工件的最基本功用。随着军工生产及内燃机,汽车工业的不断发展,夹具逐渐在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越性,各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善,夹具逐步发展成为机床工件工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这是夹具发展的第二阶段。这一阶段,夹具发展的主要特点是高效率。在现代化生产的今天,各类高效率,自动化夹具在高效,高精度及适应性方面,已有了相当大的提高。随着电子技术,数控技术的发展,现代夹具的自动化和高适应性,已经使夹具与机床逐渐融为一体,使得中,小批量生产的生产效率逐步趋近于专业化的大批量生产的水平。这是夹具发展的第三个阶段,这一阶段,夹具的主要特点是高精度,高适应性。可以预见,夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高智能化水平。夹具主要有如下作用:(1)保证加工精度 用机床夹具装夹工件,能准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置关系,可以保证加工精度。(2)提高生产效率 机床夹具能快速地将工件定位和夹紧,可以减少辅助时间,提高生产效率。(3)减轻劳动强度 机床夹具采用机械、气动、液动夹紧装置,可以减轻工人的劳动强度。(4)扩大机床的工艺范围 利用机床夹具,能扩大机床的加工范围,例如,在车床或钻床上使用镗模可以代替镗床镗孔,使车床、钻床具有镗床的功能。1.4 机床夹具的分类1按夹具的应用范围分类(1)通用夹具 通用夹具是指结构已经标准化,且有较大适用范围的夹具,例如,车床用的三爪卡盘和四爪卡盘,铣床用的平口钳及分度头等。(2)专用机床夹具 专用机床夹具是针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。专用机床夹具适于在产品相对稳定、产量较大的场合应用。(3)组合夹具 组合夹具是用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。组合夹具结构灵活多变,设计和组装周期短,夹具零部件能长期重复使用,适于在多品种单件小批生产或新产品试制等场合应用。(4)成组夹具 成组夹具是在采用成组加工时,为每个零件组设计制造的夹具,当改换加工同组内另一种零件时,只需调整或更换夹具上的个别元件,即可进行加工。成组夹具适于在多品种、中小批生产中应用。(5)随行夹具 它是一种在自动线上使用的移动式夹具,在工件进入自动线加工之前,先将工件装在夹具中,然后夹具连同被加工工件一起沿着自动线依次从一个工位移到下一个工位,直到工件在退出自动线加工时,才将工件从夹具中卸下。随行夹具是一种始终随工件一起沿着自动线移动的夹具。2按使用机床类型分类机床类型不同,夹具结构各异,由此可将夹具分为车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具和组合机床夹具等类型。3按夹具动力源分类按夹具所用夹紧动力源,可将夹具分为手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、气液联动夹紧夹具、电磁夹具、真空夹具等。专用机床夹具的组成夹具一般由下列元件或装置组成:(1)定位元件 定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。(2)夹紧装置 夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。(3)对刀元件、导向元件 对刀元件、导向元件是指夹具中用于确定(或引导)刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件,例如钻套、镗套、对刀块等。(4)连接元件 夹具连接元件是指用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之连接的元件,例如安装在铣床夹具底面上的定位键等。(5)其它元件及装置 根据加工要求,有些夹具尚需设置分度转位装置、靠模装置、工件抬起装置和辅助支承等装置。(6)夹具体 夹具体是用于连接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件,夹具通过夹具体与机床连接。定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分,其它部分可根据需要设置。第二章 轴承座的工艺及夹具设计 1 零件分析 1.1 零件的作用轴承座是机械设备中常用零件,零件图如图21(详图见附图),它一般位于轴的两端。主要作用是固定和支撑轴承,承受压力,使轴及其联接部件具有一定的位置关系;同时,轴承座也有5个螺栓孔,这两个螺栓孔是用来和机械备联接之用的,这样,就使轴承、轴承座及轴整个部件在设备上有一个确定的位置;轴承座主要在轴开放系统中,因此,对轴承座的要求还要有防尘作用。用于与轴承相配合,用于承受压力之用,其圆度与圆柱度误差不超过孔径公差的1/2,内部须去毛剌清理。中心相对底面高度为.图1 轴承座零件图 1.2 零件工艺分析 轴承座的主要加工表面有:(1)底面及孔端面,结合面,这些可采用龙门铣床进行加工;(2)轴承孔的加工,安装孔的加工,为保证圆度及圆柱度要求,可采用坐标镗床。 2 工艺规程制定 2.1 计算生产纲领,制定生产类型 该产品为年产量10000件,设其备品率为10,机械加工废品率为1,现制订该轴承座零件的机械加工工艺规程。件/年轴承座零件年产量为11100件/年,现知该产品属于轻型机械,据文献1(以后简称1)表1.12生产类型与生产纲领的关系,可确定其生产类型为大批生产。 2.2 审查图样工艺性 本轴承座零件图样视图正确、尺寸完整、公差及技术要求齐全。零件各表面的加工并不困难。孔中心相对底面是有位置公差的,端面相对孔中心也有垂直度要求,因此,轴承孔是主要定位基准. 2.3 毛坏的选择 轴承座是一种常见的支撑件,要求能承受一定的压力,具有一定的强度,零件材料为HT200,轮廓尺寸不大,形状亦不复杂,属于大批生产,故毛坯可采用金属模铸造成型。零件不复杂,因此毛坯形状可与零件形状尽力接近,内部孔铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后确定。2.4 工艺过程设计 2.4.1基准选择原则粗基准的选择选择粗基准时,主要要求保证各加工面有足够的余量,使加工面与不加工面间的位置符合图样要求,并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则: 1) 选择重要表面为粗基准 为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀,则应选择该表面为粗基准。所谓重要表面一般是工件上加工精度以及表面质量要求较高的表面,如床身的导轨面,车床主轴箱的主轴孔,都是各自的重要表面。2) 选择不加工表面为粗基准 为了保证加工面与不加工面间的位置要求,一般应选择不加工面为粗基准。如果工件上有多个不加工面,则应选其中与加工面位置要求较高的不加工面为粗基准,以便保证精度要求,使外形对称等。 3) 选择加工余量最小的表面为粗基准 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下,如果零件上每个表面都要加工,则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准,以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面,造成工件废品。 4) 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准 以便工件定位可靠、夹紧方便。 5) 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面,其表面粗糙且精度低,若重复使用将产生较大的误差。 精基准的选择1)基准重合原则 即选用设计基准作为定位基准,以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。2)基准统一原则 应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面,这就是基准统一原则。这样做可以简化工艺规程的制订工作,减少夹具设计、制造工作量和成本,缩短生产准备周期;由于减少了基准转换,便于保证各加工表面的相互位置精度。例如加工轴类零件时,采用两中心孔定位加工各外圆表面,就符合基准统一原则。箱体零件采用一面两孔定位,齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及一端面为定位基准,均属于基准统一原则。3)自为基准原则某些要求加工余量小而均匀的精加工工序,选择加工表面本身作为定位基准,称为自为基准原则。如磨削车床导轨面,用可调支承支承床身零件,在导轨磨床上,用百分表找正导轨面相对机床运动方向的正确位置,然后加工导轨面以保证其余量均匀,满足对导轨面的质量要求。还有浮动镗刀镗孔、珩磨孔、拉孔、无心磨外圆等也都是自为基准的实例。4)互为基准原则 当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时,需要用两个表面互相作为基准,反复进行加工,以保证位置精度要求。例如要保证精密齿轮的齿圈跳动精度,在齿面淬硬后,先以齿面定位磨内孔,再以内孔定位磨齿面,从而保证位置精度。再如车床主轴的前锥孔与主轴支承轴颈间有严格的同轴度要求,加工时就是先以轴颈外圆为定位基准加工锥孔,再以锥孔为定位基准加工外圆,如此反复多次,最终达到加工要求。这都是互为基准的典型实例。5)便于装夹原则 所选精基准应保证工件安装可靠,夹具设计简单、操作方便。 2.4.2 定位基准选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一,基面选择得正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产效率得以提高。否则,加工工艺过程中会出问题,更有甚者,会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。粗基准选择:根据粗基准选择原则,选择重要加工面为粗基准,以铸造出的轴承孔为粗基准。精基准选择:精基准的选择主要需要考虑基准重合问题,当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算。以加工后的轴承孔为精基准,以底面为辅助基准。 2.4.3 工艺路线确定表1工艺路线方案一工序号工序内容工序一铸造成型工序二时效处理工序三铸造中心孔为基准,粗铣底面工序四粗镗轴承孔240工序五钻孔22及沉孔40工序六半粗镗240,精镗240工序七粗铣,半精铣两轴承孔端面工序八铣22上端面工序九钻孔32及沉孔50工序十检验、清洗表2 工艺路线方案二工序号工序内容工序一铸造成型工序二时效处理工序三以铸造中心孔为基准,粗铣底面工序四铣22上端面工序五钻孔22及沉孔40工序六粗铣,半精铣两轴承孔端面工序七粗镗轴承孔240,半粗镗240,精镗240工序八钻孔32及沉孔50工序九检验、清洗上述两个工艺方案的特点在于:1)方案一工序较分散,方案二工序较集中;2)方案一是先加工孔后加工面,而工艺方案二是先加工面后加工孔.由于先面后孔的工艺方案更有利于保证加工精度,工艺性更强, 且工序集中有利于减少设备,场地投资,采用方案二更合理. 3 机械加工余量及毛坯确定 3.1 确定毛坯尺寸轴承座材料为HT200,生产类型为大批生产,采用金属模机械型砂铸造方法铸造毛坯。根据上述原始资料,确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸、及毛坯尺寸如下:(1)底面及端面加工查1表2.23,底面单面余量为z=3mm,端面余量z=2mm。(2)查1表2.310,镗时,粗镗 2z4mm;半精镗 2z2.6mm 精镗 2z1.4mm由上及1表2.2132.216可知,铸件毛坯尺寸如下:零件尺寸单面余量毛坯允许偏差毛坯尺寸241102110 3.2 设计毛坯图图2 毛坯图 4选择加工设备与工艺装备(1)工序三 粗铣底面,工序工步数不多,大批生产要求有比较高的生产率,零件外廓尺寸不大,精度要求不是很高,选龙门铣床即可满足要求。为提高生产率,选用专用夹具。量具用能用游标卡尺。(2) 工序四 粗铣22上端面,本工序加工精度较高,二零件外廓尺寸不大,要求有比较高的生产率,选用龙门铣床,夹具用专用夹具。量具用通用游标卡尺。(3) 工序五 钻孔22及沉孔40,本工序精度要求很高,选用Z3050钻床,采用专用夹具。量具用通用游标卡尺。(4) 工序六 粗铣,半精铣两轴承孔端面工序加工精度较高,二零件外廓尺寸不大,要求有比较高的生产率,选用龙门铣床,夹具用专用夹具。量具用通用游标卡尺。(5) 工序七 粗镗轴承孔240,半粗镗240,精镗240,本工序精度要求很高,工步多,因此选用镗床T618,采用专用夹具,该夹具也是本设计所要设计的夹具。量具用极限内径量百分尺和圆柱塞规。(6) 工序八 钻孔32及沉孔50,本工序精度要求很高,选用Z3050钻床,采用专用夹具。量具用通用游标卡尺5 确定切削用量及基本时间定额5.1工序三 以铸造中心孔为基准,粗铣底面(1)加工条件工件材料:HT200。加工要求:粗铣底面。机床:X63卧式铣床。刀具材料:高速钢镶齿三面刃铣刀,齿数20。(2)计算切削用量由切削手册,确定由所选铣刀,(r/mim)由机床性能参数,取故实际切削速度 当时,工作台每分钟进给量 查机床说明书,刚好有,就直接选用这个值。切削工时,粗铣,一次行程,由作图法 则机动工时为:5.2工序四 铣22上端面(1)加工条件工件材料:HT200。加工要求:粗铣。机床:X63卧式铣床。刀具材料:高速钢镶齿三面刃铣刀,齿数10。(2)计算切削用量由切削手册,确定由所选铣刀,(r/mim)由机床性能参数,取故实际切削速度 当时,工作台每分钟进给量 查机床说明书,刚好有,就直接选用这个值。切削工时,粗铣,一次行程,由作图法 则机动工时为:5.2工序五 钻孔22及沉孔401.加工条件工件材料:HT200。加工要求:钻孔22及沉孔40。机床:Z3050型立式钻床。刀具材料:高速钢麻花钻头,,2.计算切削用量由2表2.8,确定 r/mim由机床参数1表4.215,取故实际切削速度 切削工时,由作图法 则底孔22 钻沉孔5.3工序六 粗铣,半精铣两轴承孔端面(1)加工条件工件材料:HT200。加工要求:粗铣,半精铣两轴承孔端面。机床:X63卧式铣床。刀具材料:高速钢镶齿三面刃铣刀,齿数20。(2)计算切削用量由切削手册,确定由所选铣刀,(r/mim)由机床性能参数,取故实际切削速度 当时,工作台每分钟进给量 查机床说明书,刚好有,就直接选用这个值。切削工时,粗铣,一次行程,由作图法 则机动工时为:5.4工序七 粗镗轴承孔240,半粗镗240,精镗2401.加工条件工件材料:HT200。加工要求:粗镗孔240,半精镗孔240,精镗孔240。机床:T618。刀具材料:高速钢浮动镗刀,。2.计算切削用量由1表2.3-10,确定单边余量分别为,每个工步一次镗去全部余量,则,进给量 由2表2.15由1表4.226机床性能参数,(r/mim)切削工时,粗镗: min半精镗: min精镗: min 则总的机动工时为:min5.5 工序八 钻孔32及沉孔501.加工条件工件材料:HT200。加工要求:钻孔32及沉孔50。机床:Z3050型立式钻床。刀具材料:高速钢麻花钻头,,2.计算切削用量由2表2.8,确定 r/mim由机床参数1表4.215,取故实际切削速度 切削工时,由作图法 则底孔32 钻沉孔6 夹具设计为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。经过考虑,决定设计工序七粗镗孔240,半精镗孔240,精镗孔240的夹具,刀具为高速钢浮动镗刀,对孔240进行加工, 保证其位置精度与形状精度. 6.1定位基准选择由零件图知道,孔其设计基准为底面,为使定位误差为零,应选择以底面定位的平面结构,为使轴承孔定心,加用一个定位销和削边销,这样,便实现了完全定位。为提高生产率,缩短辅助时间,采用气动夹紧。6.2 夹紧装置设计及切削力计算刀具:高速钢浮动镗刀, (见切削手册表1.29)其中,1.0,0.75,4,0.8得 N水平分力: 垂直分力: 在计算时,必须考虑安全系数,其中由(切削手册表1.291.35)可知 所以,1.99655367 N为保证结构紧凑,不选用任何扩力机构,直接用气缸推动V形块进行夹紧。气缸直径的选取: 由上知, 则 由机械制造工艺学课程设计指导书,赵家齐,机械工业出版社,1994附录表14,取,则0.71MP,由机械制造工艺学课程设计指导书,赵家齐,机械工业出版社,1994附录表1418,取由机械制造工艺学课程设计指导书,赵家齐,机械工业出版社,1994附录表15及,取气缸选用100mm,当压缩空气单位压力为0.75Mpa时,气缸推力为5850N,气缸已大于所需的压紧力5367N ,故本夹具可安全工作。 6.3 定位误差分析夹具的主要定位元件为一平面和一定位销一削边销:使用夹具加工工件时,加工表面的位置误差与工件在夹具中的定位的因素密切相关。为了保证工件的加工精度,必须使工序中各项加工误差的总和小于或者等于该工序规定的公差值,式中1.与机床夹具有关的加工误差;w.与工序中夹具以外其他因素有关的误差 .工序误差 夹具有关的加工误差1一般包括工件夹具中的定位误差b;工件在加紧时产生的误差;夹具相对于机床成形运动的位置误差;夹具想对于刀具的位置误差;以及夹具产生磨损造成的加工误差等。为了给加工中其他误差因素能占有更大一些比例,由上式可见,应当尽量减小与夹具有关的误差。其中除了在夹具的制造,安装,调整,使用中产生的误差外。在夹具设计时的的正确计算和减小工件在夹具中的定位误差,是必须解决的重要问题之一。定位误差是工件在夹具中定位时,工序基准(一批零件的)位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的变动所引起的,因此在夹具设计时,应当尽可能选折工序基准为定位基准并选折精度较高的表面作为定位基准。一般应使定位误差控制在有关尺寸内或者位置公差的1/31/5。阀体零件为一面两孔零件,因此它的定位我们主要采用一平面,一定位销和一削边削,定位方式如下图:图3 零件加工定位方式因此夹具的主要定位元件为一平面和一定位销一削边销:平面的尺寸公差须要保证零件尺寸,若平面公差太大,若超过0.1,则零件尺寸公差无法保证,因此,平面公差只能比零件公差小,由相关经验,一般取平面公差为零件公差的1/3,所以,取平面公尺寸公差为;定位销和削边是与零件孔相配合的,通过定位销削边销与零件孔的配合来确定加工孔的中心,最后达到完全定位。因此,定位销与其相配合的孔的公差相同,即公差为h7,其尺寸为。 本夹具是用来在卧式车床上加工,所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销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 本工序采用一定位销,一削边销定位,工件始终靠近定位销的一面,而削边销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力,因此,工件不在在定位销正上方,进而使加工位置有一定转角误差。但是,由于加工是自由公差,故应当能满足定位要求。 6.4 夹具简要操作说明如前所述,在设计夹具时,应注意提高劳动生产率。为此,首先着眼于机动夹紧,而非手动夹紧,因为这是提高劳动生产率的重要途径,本道工序选用了气动夹紧方式。本工序由于包括粗加工,切削力较大,为了夹紧元件,势必增大气缸直径,而这样将使整个夹具庞大,因此,有三个措施:一是提高毛坯的制造精度,使最大切削深度降低,以降低切削力;二是选择比较理想的扩力机构;三是在可能情况下,适当提高压缩空气压力,以增大推力。由于本夹具没有使用扩力机构,因此,在加工零件时,要适当注意提高压缩空气压力;另外,由于本夹具配合面,连接孔较多,因此,夹具的零件对精度比较高,操作时要注意夹具各螺纹是否拧紧;还有就是夹具操作时,要防止定位零件有过大的磨损,若有较大磨损,要注意及时更换,以保证零件加工精度。夹具上装有对刀块,可以使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀,同时,夹具体上底面有一对定位键,可使夹具工作台上在很好的定位。夹具装配图和零件图见附图:图四 镗床夹具第三章 齿轮的艺及夹具设计1 零件分析 1.1 零件的作用齿轮是机器中广泛采用的传动零件之一。它可以传递动力,又可以改变转速和回转方向。为使齿轮传动平稳,有足够的抗疲劳强度和足够的接触强度,要保证齿轮加工精度和齿面表面粗糙度。图五 齿轮零件图 1.2 零件工艺分析 齿轮的主要加工表面有:(1)中心孔及键槽,中心孔是定位基准; (2)端面,相对于中心孔有跳动公差要求。 (3)齿形,有形状公差。 2 工艺规程制定 2.1 计算生产纲领,制定生产类型 该产品为年产量10000件,设其备品率为10,机械加工废品率为1,现制订该轴承座零件的机械加工工艺规程。件/年轴承座零件年产量为11100件/年,现知该产品属于轻型机械,据文献1(以后简称1)表1.12生产类型与生产纲领的关系,可确定其生产类型为大批生产。 2.2 审查图样工艺性本齿轮零件图样视图正确、尺寸完整、公差及技术要求齐全。零件各表面的加工并不困难。对于齿形的加工,采用先滚齿再剃齿的加工方式。 2.3 毛坏的选择齿轮是一种常见的传动件,要求能承受一定的压力,具有一定的强度,零件材料为45,轮廓尺寸不大,形状亦不复杂,属于大批生产,故毛坯可采用锻造成型。 2.4 工艺过程设计 2.4.1 定位基准选择粗基准选择:为了保证对合面加工精度和表面完整性,锻造的外圆为粗基准。精基准选择:精基准的选择主要需要考虑基准重合问题,当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,取中心孔为精基准。 2.4.2 工艺路线确定表3 齿轮工艺方案一工序号工序内容工序一锻造成型工序二正火工序三粗车外圆及端面工序四钻中心孔至工序五粗镗中心孔,半精镗中心孔,精镗中心孔工序六插键槽工序七上芯轴,精车外圆,端面工序八钻工序九滚齿,留剃余量0.070.10 mm工序十插齿,留剃余量0.040.06 mm工序十一剃齿工序十二齿部高频淬火工序十三珩齿工序十四检验清洗表4 齿轮加工艺方案二工序号工序内容工序一锻造成型工序二正火工序三钻中心孔,扩中心孔,拉中心孔工序四插键槽工序五上芯轴,粗车外圆及端面,精车外圆,端面工序六钻工序七滚齿,留剃余量0.070.10 mm工序八插齿,留剃余量0.040.06 mm工序九剃齿工序十齿部高频淬火工序十一珩齿工序十二检验清洗工艺方案一与工艺方案二的特点在于工艺方案一是先粗车外圆,再钻中心孔,而工艺方案二是先钻中心孔,再粗车外圆。两相比较,中心孔是精基准,先粗车外圆再加工中心孔更能保证位置精度,因此方案一更有利于保证加工精度;另外,工艺方案二选择钻,扩,拉mm孔,很难找到加工该种直径的钻床设备,增加加工难度,采用先钻底孔,再镗的方法更合适加工. 3 机械加工余量及毛坯确定 3.1 确定毛坯尺寸齿轮材料为45,生产类型为大批生产,采用金属模锻造方法锻造毛坯。根据上述原始资料,确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸、及毛坯尺寸如下:(1)外圆加工查1表2.23,单面余量为z=3mm,端面余量z=2mm。(2)粗镗,半精镗,精镗查1表2.310,粗镗 2z45mm 半精镗 2z2mm精镗 2z1mm由上及1表2.2132.216可知,铸件毛坯尺寸如下:零件尺寸单面余量毛坯允许偏差毛坯尺寸390294 3.2 设计毛坯图 图6 齿轮毛坯图 3.3 选择加工设备与工艺装备(1)工序三 粗车外圆及端面,工序工步数不多,大批生产要求有比较高的生产率,零件外廓尺寸不大,精度要求不是很高,选大型车床即可满足要求。为提高生产率,选用专用夹具。量具用能用游标卡尺。(2) 工序四 钻中心孔,本工序加工精度较高,二零件外廓尺寸不大,要求有比较高的生产率,选用手臂钻床Z3050,夹具用专用夹具。量具用通用游标卡尺。(3) 工序五 粗镗,半精镗,精镗,选T618镗床。(3) 工序六 插键槽,选用插齿机。(4) 工序七 上芯轴,精车外圆,端面,本工序精度要求很高,选用CA6140车床,采用专用夹具。量具用通用游标卡尺。(5) 工序八 钻,选用大型钻床,夹具用专用夹具。量具用通用游标卡尺。(6) 工序九 滚齿,留剃余量0.070.10 mm,本工序是齿成形,采用滚齿机。(7) 工序十 插齿,留剃余量0.040.06 mm,选用插齿机。5 确定切削用量及基本时间定额5.1 工序三 粗车外圆及端面机床:CA6140车床。刀具:YT5选刀杆尺寸: 确定加工时间:车外圆:确定加工时间 余量1.5mm, 查切削用量简明手册,加工切削深度 由表4 ,根据3表1 当用YT15硬质合金车刀加工45钢时: ;切削修正系数: 故 由机床 走刀次数2总时间 min车端面确定加工时间 余量为2mm, 查切削用量简明手册,加工切削深度 由表4 ,根据3表1 当用YT15硬质合金车车刀加工45钢时: ;切削修正系数: 故 由机床 总时间5.2 钻中心孔至1.加工条件工件材料:HT200。加工要求:钻孔50。机床:Z3050型立式钻床。刀具材料:高速钢麻花钻头,2.计算切削用量由2表2.8,确定 r/mim由机床参数1表4.215,取故实际切削速度 切削工时,由作图法 则底孔50 5.3粗镗,半精镗,精镗1.加工条件工件材料:45。加工要求:粗镗孔98,半精镗孔98,精镗孔98。机床:T618。刀具材料:高速钢浮动镗刀,。2.计算切削用量由1表2.3-10,确定单边余量分别为,粗镗走十次,半精镗,精镗各走一次,则,进给量 由2表2.15由1表4.226机床性能参数,(r/mim)切削工时,粗镗: min半精镗: min精镗: min 则总的机动工时为:min5.4 插键槽1.加工条件工件材料:45。加工要求:插28键槽。机床:Y58。2.计算切削用量确定单边余量分别为由机床手册,则取每分钟往复数:由机床手册,选每分钟往复数45切削工时: min5.5 上芯轴,精车外圆,端面机床:CA6140车床。刀具:YT5选刀杆尺寸: 确定加工时间:车外圆:确定加工时间 余量1mm, 查切削用量简明手册,加工切削深度 由表4 ,根据3表1 当用YT15硬质合金车刀加工45钢时: ;切削修正系数: 故 由机床 走刀次数2总时间 min车端面确定加工时间 余量为0.5mm, 查切削用量简明手册,加工切削深度 由表4 ,根据3表1 当用YT15硬质合金车车刀加工45钢时: ;切削修正系数: 故 由机床 总时间5.6 钻1.加工条件工件材料:HT200。加工要求:钻孔22.8。机床:Z3050型立式钻床。刀具材料:高速钢麻花钻头,2.计算切削用量由2表2.8,确定 r/mim由机床参数1表4.215,取故实际切削速度 切削工时,由作图法 总时间6 夹具设计 为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。经过考虑,决定设计工序四钻中心孔至50的夹具,对孔50进行加工, 保证其位置精度与形状精度. 6.1定位基准选择本工序是粗加工,对孔加工形状精度不大,只要保证孔的位置精度,为后续镗加工做好准备,以加工过的外圆的主基准,以粗加工过的端面为辅助基准,限制五个自由度。夹紧装置采用螺旋夹紧。 6.3 夹紧装置设计及切削力计算6.3.1夹紧力确定原则夹紧力大小对于确定夹紧装置的结构尺寸,保证夹紧可靠性等有很大影响。夹紧力过大易引起工件变形,影响加工精度。夹紧力过小则工件夹不紧,在加工过程中容易发生工件位移,从而破坏工件定位,也影响加工精度,甚至造成安全事故。由此可见夹紧力大小必须适当。计算夹紧力时,通常将夹具和工件看成一个刚性系统,然后根据工件受切削力、夹紧力(大工件还应考虑重力,运动的工件还需考虑惯性)后处于静力平衡条件,求出理论夹紧力,为了安全起见再乘以安全系数K。式中W计算出的理论夹紧力;W实际夹紧力;K安全系数,通常k=1.53.当用于粗加工时,k=2.53,用于精加工时k=1.52.这里应注意三个问题:1)切削力在加工过程中往往方向、大小在变化,在计算机中应按最不利的加工条件下求得的切削力或切削合力计算。如图2-1所示切削方向进行静力平衡,求出理论夹紧力,再乘以安全系数即为实际夹紧力,图中W为夹紧力,N1、N1为镗孔各方向镗削力,可按切削原理中求切削力。而N1切削力将使夹紧力变大,在列静平衡方程式时,我们应按不利的加工条件下,即N1时求夹紧力。既2)在分析受力时,往往可以列出不同的工件静平衡方程式。这时应选产生夹紧力最大的一个方程,然后求出所需的夹紧力。如图所示垂直方向平衡式为 W=1.5KN;水平方向可以列出:,f 为工件与定位件间的摩擦系数,一般0.15,即W=10KN;对o点取矩可得下式比较上面三种情况,选最大值,既W=10KN。3)上述仅是粗略计算的应用注意点,可作大致参考。由于实际加工中切削力是一个变值,受工件材料性质的不均匀、加工余量的变动、刀具的钝化等因素影响,计算切削力大小的公式也与实际不可能完全一致,故夹紧力不可能通过这种计算而得到结果。生产中也有根据一定生产实际经验而用类比法估算夹紧力的,如果是一些关键性的重要夹具,则往往还需要通过实验的方法来确定所需夹紧力。6.3.2 夹紧力计算切削刀具:硬质合金车刀,则主切削力 式中: 2mm,55.6m/min,f0.5mm/r,查表22-1 计算结果 = 1752.74N径向切削力 式中: 2mm,55.6m/min,f0.5mm/r,查表22-1 计算结果 = 598.03N走刀力 式中: 2mm,55.6m/min,f0.5mm/r,查表22-1 计算结果 = 1073.55N选用螺钉压紧,实际加紧力N应为 式中,和是夹具定位面及加紧面上的摩擦系数,0.5。 用螺母拧紧,由机床夹具设计手册表1-2-23得螺母拧紧力此时已大于所需的夹紧力,故本夹具可安全工作。 6.4 定位误差分析当采用V形块定位加工工件时,由于工件定位基面和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化,即定位基准的最大变动量,故由此引起的误差称基准位置误差, 图7 用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时,就产生基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。直接从概念出发,通常分析工序基准的两个极端情况,然后根据相关公式和公差确定具体变动量。情况1,使工序基准尽可能地“高”得加工尺寸;情况2,使工序基准尽可能的“低”得加工尺寸。且该工序东位误差 (3)更为简单的情况 两个极端情况:情况1,使工序基准A获得最高点;情况2,时A获得最低点;两者之差即为该工序的定位误差: 6.5 夹具简要操作说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单,便于操作,降低成本。由于本夹具没有使用扩力机构,螺钉夹紧时可再配有一活动长手柄,零件的装夹要用手柄旋拧夹紧螺钉,因此,在加工零件时,要适当注意提高点压力;另外,由于本夹具配合面,连接孔较多,因此,夹具的零件对精度比较高,操作时要注意夹具各螺纹是否拧紧;还有就是夹具操作时,要防止定位零件有过大的磨损,若有较大磨损,要注意及时更换,以保证零件加工精度。图8 钻孔夹具致谢参考文献1艾兴、肖诗纲.切削用量手册M.北京:机械工业出版社,19852机械设计手册编辑委员会.机械设计手册(1-2)第三版M.北京:机械工业出版社,20043李益民.机械制造工艺设计手册M.北京:机械工业出版社,19944机械设计手册编辑委员会.机械设计实用设计手册M.北京:机械工业出版社,20025冯道.机械切削加工工艺与技术标准实用手册M.北京:机械工业出版社,20036宝钢减速器图册编写组. 宝钢减速器图册M.北京:机械工业出版社,19957刘鸿文主编.材料力学M.北京: 高等教育出版社, 1992.98陈明.机械制造工艺学M.北京:机械工业出版社20059邹慧君主编.机械原理课程设计手册M. 北京: 高等教育出版社, 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