0060-工艺夹具-锻钢固定球阀加工工艺及中体螺孔8-M20的钻孔夹具设计
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学位论文附录二 :中文翻译 通过夹具布局设计和夹紧力的优化控制变形摘 要工件变形必须控制在数值控制机械加工过程之中。夹具布局和夹紧力是影响加工变形程度和分布的两个主要方面。在本文提出了一种多目标模型的建立,以减低变形的程度和增加均匀变形分布。有限元方法应用于分析变形。遗传算法发展是为了解决优化模型。最后举了一个例子说明,一个令人满意的结果被求得, 这是远优于经验之一的。多目标模型可以减少加工变形有效地改善分布状况。关键词:夹具布局;夹紧力; 遗传算法;有限元方法1 引言夹具设计在制造工程中是一项重要的程序。这对于加工精度是至关重要。一个工件应约束在一个带有夹具元件,如定位元件,夹紧装置,以及支撑元件的夹具中加工。定位的位置和夹具的支力,应该从战略的设计,并且适当的夹紧力应适用。该夹具元件可以放在工件表面的任何可选位置。夹紧力必须大到足以进行工件加工。通常情况下,它在很大程度上取决于设计师的经验,选择该夹具元件的方案,并确定夹紧力。因此,不能保证由此产生的解决方案是某一特定的工件的最优或接近最优的方案。因此,夹具布局和夹紧力优化成为夹具设计方案的两个主要方面。 定位和夹紧装置和夹紧力的值都应适当的选择和计算,使由于夹紧力和切削力产生的工件变形尽量减少和非正式化。 夹具设计的目的是要找到夹具元件关于工件和最优的夹紧力的一个最优布局或方案。在这篇论文里, 多目标优化方法是代表了夹具布局设计和夹紧力的优化的方法。 这个观点是具有两面性的。一,是尽量减少加工表面最大的弹性变形; 另一个是尽量均匀变形。 ANSYS软件包是用来计算工件由于夹紧力和切削力下产生的变形。遗传算法是MATLAB的发达且直接的搜索工具箱,并且被应用于解决优化问题。最后还给出了一个案例的研究,以阐述对所提算法的应用。2 文献回顾随着优化方法在工业中的广泛运用,近几年夹具设计优化已获得了更多的利益。夹具设计优化包括夹具布局优化和夹紧力优化。King 和 Hutter提出了一种使用刚体模型的夹具-工件系统来优化夹具布局设计的方法。DeMeter也用了一个刚性体模型,为最优夹具布局和最低的夹紧力进行分析和综合。他提出了基于支持布局优化的程序与计算质量的有限元计算法。李和melkote用了一个非线性编程方法和一个联络弹性模型解决布局优化问题。两年后, 他们提交了一份确定关于多钳夹具受到准静态加工力的夹紧力优化的方法。他们还提出了一关于夹具布置和夹紧力的最优的合成方法,认为工件在加工过程中处于动态。相结合的夹具布局和夹紧力优化程序被提出,其他研究人员用有限元法进行夹具设计与分析。蔡等对menassa和devries包括合成的夹具布局的金属板材大会的理论进行了拓展。秦等人建立了一个与夹具和工件之间弹性接触的模型作为参考物来优化夹紧力与,以尽量减少工件的位置误差。Deng和melkote 提交了一份基于模型的框架以确定所需的最低限度夹紧力,保证了被夹紧工件在加工的动态稳定。大部分的上述研究使用的是非线性规划方法,很少有全面的或近全面的最优解决办法。所有的夹具布局优化程序必须从一个可行布局开始。此外,还得到了对这些模型都非常敏感的初步可行夹具布局的解决方案。夹具优化设计的问题是非线性的,因为目标的功能和设计变量之间没有直接分析的关系。例如加工表面误差和夹具的参数之间(定位、夹具和夹紧力)。以前的研究表明,遗传算法( GA )在解决这类优化问题中是一种有用的技术。吴和陈用遗传算法确定最稳定的静态夹具布局。石川和青山应用遗传算法确定最佳夹紧条件弹性工件。vallapuzha在基于优化夹具布局的遗传算法中使用空间坐标编码。他们还提出了针对主要竞争夹具优化方法相对有效性的广泛调查的方法和结果。这表明连续遗传算法取得最优质的解决方案。krishnakumar和melkote 发展了一个夹具布局优化技术,用遗传算法找到夹具布局,尽量减少由于在整个刀具路径的夹紧和切削力造成的加工表面的变形。定位器和夹具位置被节点号码所指定。krishnakumar等人还提出了一种迭代算法,尽量减少工件在整个切削过程之中由不同的夹具布局和夹紧力造成的弹性变形。Lai等人建成了一个分析模型,认为定位和夹紧装置为同一夹具布局的要素灵活的一部分。Hamedi 讨论了混合学习系统用来非线性有限元分析与支持相结合的人工神经网络( ANN )和GA。人工神经网络被用来计算工件的最大弹性变形,遗传算法被用来确定最佳锁模力。Kumar建议将迭代算法和人工神经网络结合起来发展夹具设计系统。Kaya用迭代算法和有限元分析,在二维工件中找到最佳定位和夹紧位置,并且把碎片的效果考虑进去。周等人。提出了基于遗传算法的方法,认为优化夹具布局和夹紧力的同时,一些研究没有考虑为整个刀具路径优化布局。一些研究使用节点数目作为设计参数。一些研究解决夹具布局或夹紧力优化方法,但不能两者都同时进行。 有几项研究摩擦和碎片考虑进去了。碎片的移动和摩擦接触的影响对于实现更为现实和准确的工件夹具布局校核分析来说是不可忽视的。因此将碎片的去除效果和摩擦考虑在内以实现更好的加工精度是必须的。在这篇论文中,将摩擦和碎片移除考虑在内,以达到加工表面在夹紧和切削力下最低程度的变形。一多目标优化模型被建立了。一个优化的过程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夹具夹紧力。最后,结果多目标优化模型对低刚度工件而言是比较单一的目标优化方法、经验和方法。3 多目标优化模型夹具设计一个可行的夹具布局必须满足三限制。首先,定位和夹紧装置不能将拉伸势力应用到工件;第二,库仑摩擦约束必须施加在所有夹具-工件的接触点。夹具元件-工件接触点的位置必须在候选位置。为一个问题涉及夹具元件-工件接触和加工负荷步骤,优化问题可以在数学上仿照如下: 这里的表示加工区域在加工当中j次步骤的最高弹性变形。其中是的平均值;是正常力在i次的接触点;是静态摩擦系数;fhi是切向力在i次的接触点;pos(i)是i次的接触点;是可选区域的i次接触点;整体过程如图1所示,一要设计一套可行的夹具布局和优化的夹紧力。最大切削力在切削模型和切削力发送到有限元分析模型中被计算出来。优化程序造成一些夹具布局和夹紧力,同时也是被发送到有限元模型中。在有限元分析座内,加工变形下,切削力和夹紧力的计算方法采用有限元方法。根据某夹具布局和变形,然后发送给优化程序,以搜索为一优化夹具方案。图1 夹具布局和夹紧力优化过程4 夹具布局设计和夹紧力的优化4.1 遗传算法遗传算法( GA )是基于生物再生产过程的强劲,随机和启发式的优化方法。基本思路背后的遗传算法是模拟“生存的优胜劣汰“的现象。每一个人口中的候选个体指派一个健身的价值,通过一个功能的调整,以适应特定的问题。遗传算法,然后进行复制,交叉和变异过程消除不适宜的个人和人口的演进给下一代。人口足够数目的演变基于这些经营者引起全球健身人口的增加和优胜个体代表全最好的方法。遗传算法程序在优化夹具设计时需夹具布局和夹紧力作为设计变量,以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色体的自然演变,以及字符串,它和遗传算法寻找最优,是映射到最优的夹具设计计划。在这项研究里,遗传算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被运用的。 收敛性遗传算法是被人口大小、交叉的概率和概率突变所控制的 。只有当在一个人口中功能最薄弱功能的最优值没有变化时,nchg达到一个预先定义的价值ncmax ,或有多少几代氮,到达演化的指定数量上限nmax, 没有遗传算法停止。有五个主要因素,遗传算法,编码,健身功能,遗传算子,控制参数和制约因素。 在这篇论文中,这些因素都被选出如表1所列。表1 遗传算法参数的选择由于遗传算法可能产生夹具设计字符串,当受到加工负荷时不完全限制夹具。这些解决方案被认为是不可行的,且被罚的方法是用来驱动遗传算法,以实现一个可行的解决办法。1夹具设计的计划被认为是不可行的或无约束,如果反应在定位是否定的。在换句话说,它不符合方程(2)和(3)的限制。罚的方法基本上包含指定计划的高目标函数值时不可行的。因此,驱动它在连续迭代算法中的可行区域。对于约束(4),当遗传算子产生新个体或此个体已经产生,检查它们是否符合条件是必要的。真正的候选区域是那些不包括无效的区域。在为了简化检查,多边形是用来代表候选区域和无效区域的。多边形的顶点是用于检查。“inpolygon ”在MATLAB的功能可被用来帮助检查。4.2 有限元分析ANSYS软件包是用于在这方面的研究有限元分析计算。有限元模型是一个考虑摩擦效应的半弹性接触模型,如果材料是假定线弹性。如图2所示,每个位置或支持,是代表三个正交弹簧提供的制约。图2 考虑到摩擦的半弹性接触模型在x , y和z 方向和每个夹具类似,但定位夹紧力在正常的方向。弹力在自然的方向即所谓自然弹力,其余两个弹力即为所谓的切向弹力。接触弹簧刚度可以根据向赫兹接触理论计算如下:随着夹紧力和夹具布局的变化,接触刚度也不同,一个合理的线性逼近的接触刚度可以从适合上述方程的最小二乘法得到。连续插值,这是用来申请工件的有限元分析模型的边界条件。在图3中说明了夹具元件的位置,显示为黑色界线。每个元素的位置被其它四或六最接近的邻近节点所包围。图3 连续插值这系列节点,如黑色正方形所示,是(37,38,31和30 ),(9,10 ,11 , 18,17号和16号)和( 26,27 ,34 , 41,40和33 )。这一系列弹簧单元,与这些每一个节点相关联。对任何一套节点,弹簧常数是:这里,kij 是弹簧刚度在的j -次节点周围i次夹具元件,Dij 是i次夹具元件和的J -次节点周围之间的距离,ki是弹簧刚度在一次夹具元件位置,i 是周围的i次夹具元素周围的节点数量为每个加工负荷的一步,适当的边界条件将适用于工件的有限元模型。在这个工作里,正常的弹簧约束在这三个方向(X , Y , Z )的和在切方向切向弹簧约束,(X , Y )。夹紧力是适用于正常方向(Z)的夹紧点。整个刀具路径是模拟为每个夹具设计计划所产生的遗传算法应用的高峰期的X ,Y ,z切削力顺序到元曲面,其中刀具通行证。在这工作中,从刀具路径中欧盟和去除碎片已经被考虑进去。在机床改变几何数值过程中,材料被去除,工件的结构刚度也改变。 因此,这是需要考虑碎片移除的影响。有限元分析模型,分析与重点的工具运动和碎片移除使用的元素死亡技术。在为了计算健身价值,对于给定夹具设计方案,位移存储为每个负载的一步。那么,最大位移是选定为夹具设计计划的健身价值。遗传算法的程序和ANSYS之间的互动实施如下。定位和夹具的位置以及夹紧力这些参数写入到一个文本文件。那个输入批处理文件ANSYS软件可以读取这些参数和计算加工表面的变形。 因此, 健身价值观,在遗传算法程序,也可以写到当前夹具设计计划的一个文本文件。当有大量的节点在一个有限元模型时,计算健身价值是很昂贵的。因此,有必要加快计算遗传算法程序。作为这一代的推移,染色体在人口中取得类似情况。在这项工作中,计算健身价值和染色体存放在一个SQL Server数据库。遗传算法的程序,如果目前的染色体的健身价值已计算之前,先检查;如果不,夹具设计计划发送到ANSYS,否则健身价值观是直接从数据库中取出。啮合的工件有限元模型,在每一个计算时间保持不变。每计算模型间的差异是边界条件,因此,网状工件的有限元模型可以用来反复“恢复”ANSYS 命令。5 案例研究一个关于低刚度工件的铣削夹具设计优化问题是被显示在前面的论文中,并在以下各节加以表述。5.1 工件的几何形状和性能工件的几何形状和特点显示在图4中,空心工件的材料是铝390与泊松比0.3和71Gpa的杨氏模量。外廓尺寸152.4mm127mm*76.2mm.该工件顶端内壁的三分之一是经铣削及其刀具轨迹,如图4 所示。夹具元件中应用到的材料泊松比0.3和杨氏模量的220的合金钢。图4 空心工件5.2 模拟和加工的运作举例将工件进行周边铣削,加工参数在表2中给出。基于这些参数,切削力的最高值被作为工件内壁受到的表面载荷而被计算和应用,当工件处于330.94 n(切)、398.11 N (下径向)和22.84 N (下轴) 的切削位置时。整个刀具路径被26个工步所分开,切削力的方向被刀具位置所确定表2加工参数和条件。5.3 夹具设计方案夹具在加工过程中夹紧工件的规划如图5所示。图5 定位和夹紧装置的可选区域一般来说, 3-2-1定位原则是夹具设计中常用的。夹具底板限制三个自由度,在侧边控制两个自由度。这里,在Y=0mm截面上使用了4个定点(L1,L2 , L3和14 ),以定位工件并限制2自由度;并且在Y=127mm的相反面上,两个压板(C1,C2)夹紧工件。在正交面上,需要一个定位元件限制其余的一个自由度,这在优化模型中是被忽略的。在表3中给出了定位加紧点的坐标范围。表3 设计变量的约束由于没有一个简单的一体化程序确定夹紧力,夹紧力很大部分(6673.2N)在初始阶段被假设为每一个夹板上作用的力。且从符合例5的最小二乘法,分别由4.43107 N/m 和5.47107 N/m得到了正常切向刚度。5.4 遗传控制参数和惩罚函数在这个例子中,用到了下列参数值:Ps=30, Pc=0.85, Pm=0.01, Nmax=100和Ncmax=20.关于f1和的惩罚函数是这里fv可以被F1或代表。当nchg达到6时,交叉和变异的概率将分别改变成0.6和0.1.5.5 优化结果连续优化的收敛过程如图6所示。且收敛过程的相应功能(1)和(2)如图7、图8所示。优化设计方案在表4中给出。图6 夹具布局和夹紧力优化程序的收敛性遗传算法 图7 第一个函数值的收敛图8第二个函数值的收敛性表4 多目标优化模型的结果 表5 各种夹具设计方案结果进行比较,5.6 结果的比较 从单一目标优化和经验设计中得到的夹具设计的设计变量和目标函数值,如表5所示。单一目标优化的结果,在论文中引做比较。在例子中,与经验设计相比较,单一目标优化方法有其优势。最高变形减少了57.5 ,均匀变形增强了60.4 。最高夹紧力的值也减少了49.4 。从多目标优化方法和单目标优化方法的比较中可以得出什么呢?最大变形减少了50.2 ,均匀变形量增加了52.9 ,最高夹紧力的值减少了69.6 。加工表面沿刀具轨迹的变形分布如图9所示。很明显,在三种方法中,多目标优化方法产生的变形分布最均匀。与结果比较,我们确信运用最佳定位点分布和最优夹紧力来减少工件的变形。图10示出了一实例夹具的装配。图9沿刀具轨迹的变形分布图10 夹具配置实例6 结论本文介绍了基于GA和有限元的夹具布局设计和夹紧力的优化程序设计。优化程序是多目标的:最大限度地减少加工表面的最高变形和最大限度地均匀变形。ANSYS软件包已经被用于健身价值的有限元计算。对于夹具设计优化的问题,GA和有限元分析的结合被证明是一种很有用的方法。 在这项研究中,摩擦的影响和碎片移动都被考虑到了。为了减少计算的时间,建立了一个染色体的健身数值的数据库,且网状工件的有限元模型是优化过程中多次使用的。 传统的夹具设计方法是单一目标优化方法或经验。此研究结果表明,多目标优化方法比起其他两种方法更有效地减少变形和均匀变形。这对于在数控加工中控制加工变形是很有意义的。参考文献1、 King LS,Hutter( 1993年) 自动化装配线上棱柱工件最佳装夹定位生成的理论方法。De Meter EC (1995) 优化机床夹具表现的Min - Max负荷模型。2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局优化。Li B, Melkote SN (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度。3、 Li B, Melkote SN (2001) 夹具夹紧力的优化和其对工件的定位精度的影响。4、 Li B, Melkote SN (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度。5、 Li B, Melkote SN (2001) 夹具夹紧力的优化和其对工件定位精度的影响。6、 Li B, Melkote SN (2001) 最优夹具设计计算工件动态的影响。7、 Lee JD, Haynes LS (1987) 灵活装夹系统的有限元分析。8、 Menassa RJ, DeVries WR (1991) 运用优化方法在夹具设计中选择支位。9、 Cai W, Hu SJ, Yuan JX (1996) 变形金属板材的装夹的原则、算法和模拟。10、 Qin GH, Zhang WH, Zhou XL (2005) 夹具装夹方案的建模和优化设计。11、Deng HY, Melkote SN (2006) 动态稳定装夹中夹紧力最小值的确定。12、Wu NH, Chan KC (1996) 基于遗传算法的夹具优化配置方法。13、Ishikawa Y, Aoyama T(1996) 借助遗传算法对装夹条件的优化。14、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 一项关于空间坐标对基于遗传算法的夹具优化问题的作用的调查。15、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 夹具布局优化方法成效的调查。16、Kulankara K, Melkote SN (2000) 利用遗传算法优化加工夹具的布局。17、Kulankara K, Satyanarayana S, Melkote SN (2002) 利用遗传算法优化夹紧布局和夹紧力。18、Lai XM, Luo LJ, Lin ZQ (2004) 基于遗传算法的柔性装配夹具布局的建模与优化。19、Hamedi M (2005) 通过一种人工神经网络和遗传算法混合的系统设计智能夹具。20、Kumar AS, Subramaniam V, Seow KC (2001) 采用遗传算法固定装置的概念设计。21、Kaya N (2006) 利用遗传算法优化加工夹具的定位和夹紧点。22、Zhou XL, Zhang WH, Qin GH (2005) 遗传算法用于优化夹具布局和夹紧力。23、Kaya N, ztrk F (2003) 碎片位移和摩擦接触的运用对工件夹具布局的校核。62毕 业 设 计(论 文)说 明 书题 目 锻钢固定球阀加工工艺及中体 螺孔8-M20的钻孔夹具设计 系 别 机 电 工 程 系 专 业 班 级 机械设计制造及其自动化 毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目:锻钢固定球阀加工工艺及中体螺孔8-M20的钻孔夹具设计接 受 任 务 时 间 教 研 室 主 任 (签名)系 主 任 (签名)1毕业设计(论文)的主要内容及基本要求锻钢固定球阀、中体零件图一张,生产批量为大批量生产(1) 零件图一张、毛坯图一张;(2) 机械加工工艺规程一套;(3) 工序卡一套;(4) 夹具装配图一张、夹具零件图一套(5) 计算机绘图、手工绘图至少一张;(6) 毕业设计说明书一份。2指定查阅的主要参考文献(1) 机械制造工艺手册(2) 夹具设计手册(3) 机械零件设计手册(4) 机械制造技术基础3进度安排设计(论文)各阶段名称起 止 日 期1查阅资料,复习与设计相关的知识2进行方案设计,确定基本结构形式3绘图和主要的设计计算4完成毕业设计说明书的编写5毕业答辩准备和毕业答辩注:本表一式三份,系、指导教师、学生各一份 机械加工工序卡片产品型号Q47F/N零(部)件图号设计者:左研哲产品名称锻钢固定球阀零(部)件名称中体共 1 页第 1 页车间工序号工序名称材料牌号机加5钻8-M20螺纹底孔毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸钢11设备名称设备型号设备编号同时加工件数组合钻床1夹具编号夹具名称切削液组合钻床专用夹具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(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时1钻8-M20螺纹底孔组合刀具,专用夹具32718.10.1251机动0.98辅助1.5专 业机械加工工艺过程卡片产品型号 Q47F/N零(部)件图号03共 页机械设计制造及自动化产品名称锻钢固定球阀零(部)件名称中体第 1 页材料牌号G25毛坯种类锻钢毛坯外形尺寸圆柱直径410,高259毛坯件数锻件每台件数1备注工工 序车工工 时序工 序 内 容设 备工 艺 装 备准单号名 称间段终 件车甲头装夹、校正,粗车乙头端面、内孔、外圆及各节.金车床四爪车乙头装夹,粗、精车甲头端面、内孔、各节.金车床四爪车甲头装夹、校正,精车乙头端面,内孔,外圆各节.金车床四爪钳划十字加工及排污螺塞孔线.金钳镗工装定位;镗上下阀杆孔、端面各节,钻排污螺塞孔,金镗攻丝。钻钻模定位(或划线),钻8-M20螺孔,攻丝金钻描 图钻钻模定位(或划线),钻丙头孔,配钻销孔。金钻钻钻模定位(或划线),钻丁头孔。金钻描 校钳丙、丁头螺孔攻丝。金钳钳修除毛刺。金钳底图号钳清洗金钳装订号编制(日期)审核(日期)会签(日期)班级姓名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设计制造及自动化 摘 要本次毕业设计,主要设计的是球阀的加工工艺及中体8-M20钻孔夹具设计,中体机械加工工艺的制订,确定了中体的毛坯结构、加工余量还有刀具的选择,以及夹紧力的计算,主轴工序的基本时间,辅助时间和工作总时间。 关键词 工序,工艺,加工余量,夹紧力,夹具ABSTRACTThe graduation design, the design is the main valve in the processing and China-8-M20 drilling fixture design, Bulk of the machining process design, which identified the body of rough structure allowance. There tool choice and the clamping force, the axis of the basic processes, supporting the total work time and time.Keywords:Processes, technology, allowance, the clamping force, Fixture I毕业设计(论文)目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 言1第二章 球阀的装配工艺过程22.1球阀的作用22.1.1球阀的作用22.1.2球阀的优点及特点22.2球阀的装配工艺过程3第三章 球阀中体的加工工艺63.1 球阀中体的工艺分析63.1.1中体的作用63.1.2 中体的工艺要求63.2工艺规程设计73.2.1 确定毛坯的设计毛坯形状、尺寸73.2.2 确定定位基准73.2.3制定中体的工艺路线93.2.4 确定各工步的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸93.2.5加工方案103.3 工艺路线的拟订103.3.1 工序的安排103.3.2 阶段的划分113.4定切削用量及基本时间12第四章 夹具设计214.1 研究原始资料214.2 夹具设计214.2.1 钻模设计214.2.2钻模板224.2.3 定位基准的选择234.2.4切削力及夹紧力的计算234.2.5定位误差分析244.2.6 夹具设计及操作的简要说明25总 结26参 考 文 献2727第一章 绪 言机械制造工艺学科课程设计是在我们学完 大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我么四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言,我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性调练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为自己今后的工作打下一个良好的基础。由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教。第二章 球阀的装配工艺过程2.1球阀的作用2.1.1球阀的作用题目所给定的是锻钢固定球阀的加工工艺及中体螺孔8-M20的钻孔夹具设计,球阀是在石油、天然气、煤炭和矿石的开采、提炼加工和管道输送系统中;在化工产品、医药和食品生产种;在水电、火电和核电的电力生产系统中;在城市和工业企业的给排水、供热、和供气系统中;在农田的排灌系统中;在冶金生产系统中得以广泛的应用,是一种与生产建设、国防建设和人民生活息息相关的重要机械产品。球阀在各类管路系统中用于截断或接通介质流,使介质按照预定的程序输送到各个指定点。2.1.2球阀的优点及特点1、手动部分可采用钢板压制的手柄或不锈钢铸造的手柄。手柄设有限位结构,在阀门开启、关闭的位置设定限位,当阀门使用在关键装置上时,限位块上设有锁孔可锁定开关位置避免误操作。手柄上有明显地开和关标识。2、阀杆采用A182F(1Cr13)整体锻造并调制处理,硬度达到HB220250。阀杆通过平键或花键或方斜与手柄连接,通用性强,拆装方便。阀杆设有防吹出结构。3、阀门的填料选用编结、柔性石墨密封圈或四氟烯密封圈,使得阀杆在一定的润滑情况下实现可靠的密封。4、根据需要,球阀可设计成防静电结构,在球体与阀杆、阀杆与阀体之间设置导电弹簧,避免静电打火点燃易燃物质,确保系统安全。5、密封副形式多样。根据不同工况可选用软密封、硬密封、防火阀座等结构;DN150以下为浮球形式,DN200以下为固定球形式。6、球阀阀座处可设置辅助密封结构,在阀座和阀杆部位加装注脂阀,紧急情况下可暂时密封,并可根据需要加长阀杆以适宜埋地铺设的场所。2.2球阀的装配工艺过程图2-1固定球阀装配图表2-1 固定球阀各部件名称序号代号规格名称材料数量重量(Kg)备注单件总件1MX-1中体碳素钢12MX-2左右体碳素钢23GB/T1235-19763303154.5中法兰垫片304SS石墨缠绕垫24GB/T1235-19762405.7O型密封圈氟橡胶25GB/T1235-19762401.9O型密封圈氟橡胶26MX-3阀座支撑圈A1052镀锌7MX-4球体碳素钢1镀硬铬8R1/4注脂阀组件391122螺旋弹簧60Si2Mn3210MX-5阀座RPTFE211GB/T1235-19763155.7O型密封圈氟橡胶212757020滑动轴承SF-1型三层复合材料113GB/T1235-1976805.7O型密封圈氟橡胶114GB/T1235-197695803.5底盖垫片304SS石墨缠绕垫115GB/T6170-1986M10螺母458发黑16GB/T898-1988M1052双头螺柱35CrMoA8发黑17MX-6底盖G251181排污螺塞G251196防静电弹簧220S6钢珠221GB/T6170-1986M20螺母458发黑22GB/T898-1988M2070双头螺柱35CrMoA8发黑23GB/T1235-1976805.7O型密封圈氟橡胶124GB/T70.1-2000M1286圆柱头内六角螺钉458发黑2570605填料RPTFE226MX-7上阀杆低温碳素钢127GB/T1235-1976705.7O型密封圈氟橡胶228MX-8前盖G25129MX-9填料压盖G25130GB/T1235-197693833.2前盖垫片304SS石墨缠绕垫131858023滑动轴承SF-1型三层复合材料1(1). 准备工作1) 熟悉图纸,技术要求,了解各零部件的相互关系,作用及调试要求。2) 安排落实,检查各项技术准备工作是否到位。3) 清理装配场地,保持清洁。4) 准备好所需工具,夹,量,刀具,辅助材料。5) 领齐各零件,检查配合部位尺寸。6) 清理各件是否有锈蚀,磕碰,划伤。7) 修毛刺,倒角,清洗,吹干,上油。(2) 装配1) 将中法兰螺栓,底,压盖螺栓装入中体,联接左右体一件后竖放,装入阀座组合件(阀座支撑圈),弹簧,O型圈。 2) 将球体装入阀体联接件,顺次将上阀杆,滑动轴承,压盖及O型圈装入。3) 将阀座组件,弹簧,O型圈装入另一左右体,与中体组合。4) 顺次装入下阀杆,止推轴承,调整垫片,底盖,调整球体中心高度。5) 扳动阀杆,转动球体(至少三次),检查有无卡阻现象。6) 装驱动装置,调整开,关位置。7) 装排污塞,注脂阀。(3) 按KTZ/J0301-2001(4) 内腔清理1) 试压合格后,半开,通道竖立(5分钟以上),再平放,吹干净内腔。2) 平放,全开,用棉擦净流量孔后,涂油。(5) 打钢印,订铭牌按图纸要求打钢印,订铭牌。(6) 表面处理1) 表面除锈,去油污,杂质,清洁干净2) 非加工面分别喷涂底漆,面漆3) 加工面漆上防锈漆。(7) 包装入库球阀全开,密封两法兰,按要求包装,附上使用说明书及相关资料,总检入库。第三章 球阀中体的加工工艺3.1 球阀中体的工艺分析3.1.1中体的作用中体是锻钢固定球阀的核心部件,它是连接螺栓、底盖、压盖、左右体、阀座组合件、弹簧和O型圈等的中间部件3.1.2 中体的工艺要求一个好的结构不但要应该达到设计要求,而且要有好的机械加工工艺性,也就是要有加工的可能性,要便于加工,要能够保证加工质量,同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的,又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。3.2工艺规程设计3.2.1 确定毛坯的设计毛坯形状、尺寸还应考虑到:、各加工面的几何形状应尽量简单。、工艺基准以设计基准相一致。、便于装夹、加工和检查。、结构要素统一,尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。零件材料为ZJ。选用砂型铸件。在确定毛坯时,要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近,可以减少加工余量,提高材料的利用率,降低加工成本,但这样可能导致毛坯制造困难,需要采用昂贵的毛坯制造设备,增加毛坯的制造成本。因此,毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后,必要时可据此绘出毛坯图。3.2.2 确定定位基准粗基准的选择选择粗基准时,考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量,使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求:粗基准的选择应以不加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面,则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如:机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准,加工床身的底面,再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量,使表层保留而细致的组织,以增加耐磨性。应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准,以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准,必要时需经初加工。粗基准应避免重复使用,因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 精基准选择的原则基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可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。基准统一原则,应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度,避免基准转换所带来的误差,并且各工序所采用的夹具比较统一,从而可减少夹具设计和制造工作。例如:轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位,这样不但在一次装夹中能加工大多书表面,而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。互为基准的原则。选择精基准时,有时两个被加工面,可以互为基准反复加工。例如:对淬火后的齿轮磨齿,是以齿面为基准磨内孔,再以孔为基准磨齿面,这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀,可以选择加工表面本身为基准。例如:磨削机床导轨面时,是以导轨面找正定位的。此外,像拉孔在无心磨床上磨外圆等,都是自为基准的例子。此外,还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准,以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。 在选择各表面及孔的加工方法时,要综合考虑以下因素要考虑加工表面的精度和表面质量要求,根据各加工表面的技术要求,选择加工方法及分几次加工。根据生产类型选择,在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工,在 小批量生产时,采用钻、扩、铰加工方法;而在大批量生产时采用拉削加工。要考虑被加工材料的性质,例如,淬火钢必须采用磨削或电加工;而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮,一般都采用精细车削,高速精铣等。要考虑工厂或车间的实际情况,同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备,推广新技术,提高工艺水平。此外,还要考虑一些其它因素,如加工表面物理机械性能的特殊要求,工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法,如加工某一轴的主要外圆面,要求公差为IT6,表面粗糙度为Ra0.63m,并要求淬硬时,其最终工序选用精度,前面准备工序可为粗车半精车淬火粗磨。3.2.3制定中体的工艺路线1. 甲头装夹,校正,粗车乙头端面,内孔,外圆各节。2. 乙头装夹,粗、精车甲头端面、内孔、各节。3. 甲头装夹,校正,精车乙头端面,内孔,外圆各节。4. 划十字加工及排污螺塞孔线。5. 工装定位;镗上下阀杆孔,端面各节,钻排污螺孔,攻丝。6. 钻模定位(或划线),钻法兰孔攻丝。7. 钻模定位(或划线),钻丙头孔,配钻销孔。8. 钻模定位(或划线),钻丁头孔。9. 丙,丁头螺孔攻丝。10. 修除毛刺。11. 清洗。3.2.4 确定各工步的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸1. 确定各工步的加工余量、工序尺寸 外圆表面 总余量2Z=12mm粗车余量 Z=5.6mm 精车余量 Z=0.6mm 车端面乙 总余量 Z=8mm粗车余量 Z=7mm 精车余量 Z=1.0mm 车端面甲,总余量 Z=6mm 粗车余量 Z=5mm 车内孔节圆330,总余量 2Z=6mm粗车余量 2Z=5mm 精车余量2Z=1mm 镗内孔323,余量2Z=11mm2. 毛坯确定根据上面确定的参数,绘制毛坯图,毛坯图如图3-1所示。图3-1 毛坯图3.2.5加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求,而且要有好的机械加工工艺性,也就是要有加工的可能性,要便于加工,要能保证加工的质量,同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的,又是相辅相成的。对于我们设计X6232C齿轮的加工工艺来说,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,应选择价格较底的机床。3.3 工艺路线的拟订3.3.1 工序的安排确定加工方法以后,就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则:工序分散原则工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少,产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。工序集中原则工序数目少,工件装,夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生产面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工作量大。一般情况下,单件小批生产中,为简化生产管理,多将工序适当集中。但由于不采用专用设备,工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。制订工艺路线时,应考虑工序的数目,采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中,就是以较少的工序完成零件的加工,反之为工序分散。工序集中的特点工序数目少,工件装,夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生产面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工作量大。工序分散的特点工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少,产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。工序集中与工序分散各有特点,必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。一般情况下,单件小批生产中,为简化生产管理,多将工序适当集中。但由于不采用专用设备,工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。由于近代计算机控制机床及加工中心的出现,使得工序集中的优点更为突出,即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量,从而可取的良好的经济效果。3.3.2 阶段的划分零件的加工质量要求较高时,常把整个加工过程划分为几个阶段:粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属,为以后的精加工创造较好的条件,并为半精加工,精加工提供定位基准,粗加工时能及早发现毛坯的缺陷,予以报废或修补,以免浪费工时。粗加工可采用功率大,刚性好,精度低的机床,选用大的切前用量,以提高生产率、粗加工时,切削力大,切削热量多,所需夹紧力大,使得工件产生的内应力和变形大,所以加工精度低,粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11IT12。粗糙度为Ra80100m。半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备,保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9IT10。表面粗糙度为Ra101.25m。精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求。另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切削用量,工序变形小,有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为IT6IT7,表面粗糙度为Ra101.25m。光整加工阶段对某些要求特别高的需进行光整加工,主要用于改善表面质量,对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差,其精度等级一般为IT5IT6,表面粗糙度为Ra1.250.32m。此外,加工阶段划分后,还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同,有的需安排于粗加工之前,有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中,对于刚性好,精度要求不高或批量小的工件,以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段,在满足加工质量要求的前提下,通常只分为粗、精加工两个阶段,甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的,不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面,在粗加工阶段就要加工的很准确,而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。制订工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下,可以考虑采用组合机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。3.4定切削用量及基本时间甲头装甲,校正,粗车乙头端面,内孔,外圆各节加工时用CA6140车床1试决定加工398外圆的刀具及车削用量由于加工余量较大(12mm不要求加工表面粗糙度,均采用两次走刀完成加工。余量分配:粗加工余量定为10mm,半精加工余量定为2mm。(1) 选刀具根据表8.2-59选用刀杆尺寸HB=2516mm,选用硬质合金刀片,根据表8.2-59,刀片厚度为4.8mm由于粗加工余量大,故选用刀片牌号为YT5。车刀几何形状可根据表8.2-60表8.2-66选择,选用断槽带倒菱型前刀面, (2)选用粗车车削余量,按以下顺序进行:1)确定车削深度;粗加工取5mm2)确定进给量:根据表8.4-1在HB=2516mm工件直径100mm,切削深度35mm时取f=0.50.7mm/r。因本工序非强力重负荷、切削,故对刀片的强度刀杆强度和机床进行效验。3)确定车刀磨钝标准及耐用度,根据表8.4-7,车刀、后刀面最大磨损限度取为1mm,刀具耐用度取T=60mm。4)确定车削速度v,车削力F及车削功率,可根据表8.4-24中利用插入法查出所需数据,即:因为本次加工条件与表8.4-24不完全相同,故需对所查出的数据进行修正,各修正系数如下:(表8.4-12(2)(表8.4-12(4)其余修正系数均为1.0故有:根据CA6140机床说明书,取:n=320r/min f=0.51mm/r这时 V=380m/min,5)效验机床功率:CA6140机床的主电机功率:7.5Kw,取机床效率=0.8,则机床有效功率为:因故上述车削用量可用,即:6)求三个切削分力,和已由前面算出,也可根据表8.4-19查出。和可由表8.4-20和表8.4-21查出:和的修正系数按表8.4-12查出:7)切削工时,按机械加工工艺手册表6.2-1:2粗车乙头端面端面余量Z=8mm,选用刀具和粗车外圆是一样这样不用换刀;可以节约时间1) 被吃刀量 走刀次数i=22) 进给量f:f=0.5r/min3) 取切削速度为n=320r/min,故有切削速度 切削工时,按机械加工工艺手册表6.2-13粗车内节圆315选用装WN型刀片的90便头车刀(GB534332-85)粗车Z=5mm,同粗车外圆有:=5mm ,f=0.5mm/r,n=320r/minZ=7.5粗车Z=5mm,f=0.51,n=320r/minT=精车Z=2.5mm,f=0.3,n=320r/minT=掉头粗、精车甲头端面外圆、各节圆1粗车398外圆是同上第一步,2精车398外圆选用顺序同粗车外圆3981)确定车削深度:=1mm2)确定进给量:根据表8.4-2, f=0.30.35mm/r。根据CA6140机床说明书,取: f=0.3mm/r3)确定车削速度v,车削用力F和车削功率,从表8.4-24查出:按机床说明书取n=710r/min,则车削转速为:3粗车内节圆同上4精车内节圆掉头粗、精车甲头端面外圆、各节圆1粗车398外圆是同上第一步,2精车398外圆选用顺序同粗车外圆3981)确定车削深度: =1mm2)确定进给量:根据表8.4-2, f=0.30.35mm/r。根据CA6140机床说明书,取: f=0.3mm/r3)确定车削速度v,车削用力F和车削功率,从表8.4-24查出:按机床说明书取n=710r/min,则车削转速为:3粗车内节圆同上4精车内节圆掉头精车乙头398外圆,端面及个节圆同上二. 镗削:镗上下阀杆孔,端面,内孔,外圆各节1.刀具的选择: 因为是镗上下 同一轴线的阀体孔,可用组合镗刀一次性镗销削完,在一根镗杆上面安装两把镗刀进行镗削:选用单刃镗刀:查表11.2-2的规格为BHL=101050mm。的硬度合金镗刀。镗杆用专用镗杆。粗镗时加工余量单边确定为5mm。可一次性粗镗完,所以 =5mm。2.镗削用量的确定:由表11.4-1卧式镗床的粗镗,切削用量为v=3560m/min,f=0.30.8mm/r,而实际选v=45m/min,f=0.6mm/r。由公式得,由得用7611卧式镗床的转速n=190r/min3. 镗削时间的确定:由镗削时间计算公式 ,得l=37.5,l1+l2查表得54所以 半精镗上下阀杆孔1.刀具的选择:同上一页的刀具选择一致半精镗的镗削余量被确定为0.8mm,故可一次性走刀内完成2.镗削用量的选择:由表11.4-1得半精镗v=5080m/min,f=0.20.8mm/r,而实际的可取v=5m/min,f=0.5mm/r由公式得,3. 镗削时间的确定:由镗削公式得, 所以 精镗上下阀杆孔1.刀具的选择: 同上一页的刀具选择一致,镗的镗削余量被确定为0.2mm,故可一次精镗完成2. 镗削用量的选择::由机械加工工艺实用手册表11.4-1得精镗v=2040m/min,f=1.04.0mm/r,而实际的可取v=30m/min,f=2.0mm/r由公式得,3. 镗削时间的确定:由镗削公式得, 所以. 钻8-M20的法兰孔的孔17.51.刀具的选择:选用P17.5mm标准硬质合金钻头,并磨出双锥和修磨梗刃。修磨后的钻头几何参数按表10.2-19及表10.2-14取为:2.钻削用量(1).确定进给量f:根据表10.4-1可查出f=0.260.32而且此孔钻后用丝锥攻螺纹,故f=(0.260.32)0.5=0.130.16mm/r,按Z535取f=0.15mm/r 根据表10.4-4,钻头强度所允许的进给量 0.55mm/r根据表10.4-5,由于机床进给机构允许的轴向力=15690从Z535机床说明书查出允许的进给量1.8mm/r由于所选择的进给量f远小于、,故所选f可用 (2).确定切削速度v,轴向力F,扭矩M及切削功率Pm;用不同刀具材料进行钻的v,F,M,均可直接按表10.4-22和10.4-24,利用插入法查出,即f=0.120.2,V=2735m/min,取V=30m/min, =1.5kw由于实际加工条件与上表面所给条件不完全相同而尚需进行修正,切削速度的修正系数可由表10.4-10查出按Z535机床说明书取n=330r/min这时实际切削速度V为(3).校验机床功率:切削功率为机床有效功率为故选择的钻削用量可用。 钻模定位(或划线),钻丙头孔,配钻销孔。步骤同上,1)选用高速钢D8.5锥柄麻花钻(GB1439-85),在组合机床上一次将8孔加工成型;2)选用切削用量f=0.1,3)切削工时T 钻模定位(或划线),钻丁头孔同:1)选用高速钢D8.5锥柄麻花钻(GB1439-85),在组合机床上一次将8孔加工成型;2)选用切削用量f=0.1,3)切削工时T 丙、丁头螺孔攻丝丙、丁头螺孔攻丝均用手动攻丝。 修除毛刺 清洗第四章 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。在加工球阀中体零件时,需要设计专用夹具。经过与指导老师协商,决定设计第道工序的专用夹具,本夹具将用组合机床。4.1 研究原始资料利用本夹具主要用来钻中体上8-M20的孔加工,在本道工序前,其他都是已加工表面。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。4.2 夹具设计钻床夹具是用于各种钻床和组合机床上加工孔时的夹具,简称钻模。它的主要作用是控制刀具的位置和导引其送进方向,以保证工件被加工孔的位置精度。钻床夹具在结构上都有1个安装钻套的钻模板,由于使用上的要求不同,其结构形式可分为:固定式、翻转式、回转式、盖板式以及滑柱式。本设计中采用的是翻转式结构4.2.1 钻模设计钻模设计中,除了要解决一般夹具所共有的定位、夹紧等问题之外;它所特有的是专供导引刀具的钻套(引导元件)和安装钻套的钻模板。这里着重讨论这两个问题,并兼顾各种钻模的结构设计的特点。 1) 钻套 钻套的主要作用是确定尺寸孔加工刀具的加工位置,保证加工孔的轴线位置尺寸。当然,钻套也起引导刀具,增强刀具系统刚性的作用,它是钻模的重要元件2)钻套引导孔的尺寸和极限偏差的确定 在选用标准钻套时,钻套的引导孔尺寸与极限偏差需由设计者确定,其余的结构尺寸在标准中都已规定。引导孔的尺寸与极限偏差可按下述原则确定: 钻套所引导的定尺寸孔加工刀具,如钻头、扩孔钻、铰刀等,其结构和尺寸都已标准化、规格化了 (见有关国家标准), 并由工具厂生产供应。所以钻套引导孔与这类孔加工刀具的配合,应按基轴制来选取。 钻套引导孔的基本尺寸,应等于所引导刀具刀刃部直径 (简称刀具直径)的基本尺寸。 钻套引导孔与刀具之间应保证一定的配合间隙,以防止两者在加工过程中发生卡住咬死现象。根据 一般加工情况具体推荐引导孔极限偏差为:当钻孔、扩 孔时,钻套引导孔直径尺寸的上、下偏差等于公差带 F7的上、下偏差分别加上钻头或扩孔钻直径尺寸的上偏差;当粗铰孔时,钻套引导孔直径尺寸的上、下偏差等于公差带 G7 的上、下偏差分别加上粗铰刀直径尺寸的上偏差;当精铰孔时,钻套引导孔直径尺寸的上、下偏差等于公差带 G6 的上、下偏差分别加上精铰刀直径尺寸的上偏差。4.2.2钻模板 钻模板主要用来安装钻套,有的还兼有夹紧功能,故应有一定的强度和刚度。固定式钻模板 钻模板直接固定在夹具体上。由于钻套的位置固定,所以其加工孔的位置精度较高,但有时装卸工件较不方便。 固定式钻板与夹具体的连接可以用销钉对定、螺钉紧固, 对于简单的钻模也可采用整体铸造或焊接结构。 铰链式钻模板 这种型式的钻模板是用铰链与夹具体相连接,因此钻模板可绕铰链轴旋转翻起,使工件装卸很方便。本次设计采用的就是铰链式钻模板 可卸式钻模板 当装夹工件需要将钻模板卸掉时,则须采用可卸式钻模板。装上要加工的工件后,盖上钻模板时要对准 圆柱销和 削边销以确定钻模板的位置,然后翻起活节螺栓, 旋紧螺母,使钻模板连同工件一起夹紧。可卸式钻模板的钻孔精度也较高, 但装卸工件时间长、效率较低。 悬挂式钻模板 在大批量生产中,加工一般平行孔系,常采用组合机床或在钻床上加多轴传动头进行钻 孔, 使各孔加工工时重叠,显著地提高了生产效率。 配合组合机床或钻床多轴头钻孔,常用悬挂式钻模板。由于工件重量比较重,为方便装卸,还有一点更重要的是为了给钻模板很好地定位,选择好定位基准,因为在工件上同时钻的孔要求的精度比较高,必须要求个孔的圆心在以中体中心为圆心的同一个圆心上综上所述,设计的钻模板为:4.2.3 定位基准的选择选择底面为基准面,底面限制了个自由度因为它在轴旋转方向没有限制,所以还要限制个自由度,因此我选择用心轴定位,通过螺栓,螺母固定,同时需要带孔压板作为夹紧时的辅助设备4.2.4切削力及夹紧力的计算刀具材料:高速钢 由于采用组合机床一次性加工故切削力的计算采用以下公式(组合机床简明设计手册表6-20)(刀具材料:高速钢 ): 式(4-1)式中: D-钻头直径,单位(mm); f-进给量,(mm/r); -抗拉强度(),(查机械工艺设计手册表8-2-14=200)。在计算切削力的时候必须考虑安全系数,取基本安全系数K=1.5由夹紧机构产生的实际夹紧力应满足下式: (4-2)所需的实际夹紧力W,是比较大的,为了使夹具结构简单,操作方便,决定选用螺旋夹紧机构进行钻孔加工。夹具的夹紧力经过比较实际夹紧力远大于要求的夹紧力,因此采用该夹紧机构工作是可靠的。4.2.5定位误差分析该夹具以平面定位心轴定心,属于典型的一孔一面定位,工件没有要求加工的尺寸公差,有基准重合。为了满足工序的加工要求,必须使工序中误差综合等于或小于该工序所规定的工序公差:机床夹具有关加工误差(1) 平面定位心轴定心的定位误差:(2)夹紧误差 其中接触变形:定位误差查参考文献16, 可按以下公式计算: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。4.2.6 夹具设计及操作的简要说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率,但该夹具设计采用了手动夹紧方式,在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小,工件材料易切削,切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较,选用了手动夹紧方式(压板夹紧机构)。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大,在机床夹具中很广泛的应用。此外,当夹具有制造误差,工作过程出现磨损,以及零件尺寸变化时,影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象,采用心轴定位,以便随时根据情况进行调整。总 结毕业设计是我们大学生活中重要的一个环节,是我们再一次提高自己所必须经过的环节,这对我们的以后走向社会有很大帮助,是我们综合应用本专业知识的一个过程,是能力的一次测试。对知识的掌握程度,机械制图的能力,利用Auto CAD作图的能力,利用资料进行检索都是很好的锻炼和检验。这次我的题目,使我对球阀的许多方面有了认识,通过查阅资料,网上搜索,对球阀的加工过程,装配过程工艺,以及许多零件的生产工序、工艺有了更多的认识和掌握,通过举一反三,可以想象很多有用的东西。如:工艺的计算就是对设计的过程熟悉的锻炼;还有作图的很多细节做了考验,画一个图,其中细节有很多画法,哪种是最标准的,哪种是最便捷的;还有很多工序不只有一种,哪种是最合理,误差最小的,哪种是最快的等等。这都是我们专业必须具备的素质和能力。球阀的加工工艺过程,以及中体零件的加工工艺、夹具设计都是我本次设计的重点,在学习和设计中我做了很多工作,对本专业知识进行了很好的熟悉和贯穿。虽然,在这个过程中我还是有一定的不足之处,但是我相信它会对我以后的发展奠定一定的基础,在以后的工作中不断地完善自己,在本行业做出一些成绩来通过这次设计,充实提高自己,进一步拓宽专业知识面。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法,并在查阅技术资料,选用公式和数据,用简洁文字、图表表达设计结果及制图等能力方面得到一次基本训练。在设计过程中还培养了树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。参 考 文 献1吴宗泽,罗圣国. 机械设计课程设计手册M. 北京:高等教育出版社,2004.42李益民. 机械制造工艺设计简明手册M. 北京:机械工业出版社,1994.73孟少农. 机械加工工艺手册第1卷M. 北京:机械工业出版社,1991.94黄如林. 切削加工简明实用手册M. 北京:化学工业出版社,2004.75四川省机械工业局. 复杂刀具设计手册M. 北京:机械工业出版社,1979.96李洪. 机械加工工艺手册M. 北京:北京出版社,1990.127艾兴,肖诗纲. 切削用量简明手册第3版M. 北京:机械工业出版社,19938 东北重型机械学院,洛阳工学院,第一汽车制造厂职工大学. 机床夹具设计手册第二版M.上海:上海科学技术出版社,1994.49东北工学院机械设计机械制图教研室. 机械零件设计手册M. 北京:冶金工业出版社,1974.410邱宣怀. 机械设计第四版M. 北京:高等教育出版社,1997.411赵家齐. 机械制造工艺学课程设计指导书M. 北京:机械工业出版社,1987.1112张捷. 机械制造技术基础M. 成都:西南交通大学出版社,2006.213梁德本,叶玉驹. 机械制图手册M. 北京:机械工业出版社,1997.614肖续德,陈宁平. 机床夹具设计M. 北京:机械工业出版社,1998.515孙光华. 工装设计M. 北京:机械工业出版社,1998.516任福君. 简明机械制造工艺手册M. 北京:中国标准出版社,1995.1致 谢首先,我要感谢我的毕业设计指导老师-张老师。在毕业设计中,他给予了我学术和指导性的意见。我万分的感谢他给我的宝贵的指导意见和鼓励。同时,我深深感谢各位老师。在你们的课堂上,我受益匪浅,得到了不少对我论文有帮助的知识和想法。以及在这四年里给我指导和教育,在这里我说声:“谢谢您!”我也非常感谢我的父母。在学习和生活上,他们一直都很支持我,给我很大的鼓舞和信心,使我能全身心地投入到学习中。我再次感谢理工学院的所有师长们还有所有的同学们给我的帮助和友爱,是你们给我一个成长的优越环境,孔子曰:三人行,必有我师焉。感谢你们在学习和生活上教会了我很多。这些都是我以后走向社会所必须要具备的素质,没有你们的帮助,就没有我的今天,我一定做一个将来对社会有巨大贡献的人。
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