CA1092汽车主动螺旋伞机械加工工艺规程及钻直径φ5孔工序的专用夹具设计(全套含CAD图纸)
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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。辽宁工程技术大学课程设计18辽宁工程技术大学机 械 制 造 技 术 基 础课 程 设 计题 目:CA1092汽车主动螺旋伞机械加工工艺规程及钻5孔工序的专用夹具设计班级:(宋体四号字)姓名:(宋体四号字)学 号:(宋体四号字)指导教师:(宋体四号字)完成日期:(宋体四号字)任 务 书一、设计题目:CA1092汽车主动螺旋伞机械加工工艺规程及钻5孔工序的专用夹具设计二、原始资料(1) 被加工零件的零件图 1张(2) 生产类型:(中批量生产)三、上交材料1所加工的零件图 1张2毛坯图 1张3编制机械加工工艺过程卡片 1套4编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工序卡片 1套5绘制夹具装配图(A0或A1) 1张6绘制夹具中1个零件图(A1或A2。装配图出来后,由指导教师为学生指定需绘制的零件图,一般为夹具体)。 1张7课程设计说明书,包括机械加工工艺规程的编制和机床夹具设计全部内容。(约5000-8000字) 1份四、进度安排本课程设计要求在3周内完成。1第l2天查资料,绘制零件图。2第37天,完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法,编制机械加工工艺规程和所加工工序的机械加工工序卡片。3第810天,完成夹具总体方案设计(画出草图,与指导教师沟通,在其同意的前提下,进行课程设计的下一步)。4第1113天,完成夹具装配图的绘制。5第1415天,零件图的绘制。6第1618天,整理并完成设计说明书的编写。7第19天21天,完成图纸和说明书的输出打印。答辩五、指导教师评语该生设计的过程中表现 ,设计内容反映的基本概念及计算 ,设计方案 ,图纸表达 ,说明书撰写 ,答辩表现 。综合评定成绩: 指导教师日期摘要本设计是基于螺旋伞齿轮零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。螺旋伞齿轮零件的主要加工表面是外圆及孔系。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,本设计遵循先面后槽的原则。并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。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平面,在后续工序中除个别工序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。夹具选用专用夹具,夹紧方式多选用手动夹紧,夹紧可靠,机构可以不必自锁。因此生产效率较高。适用于大批量、流水线上加工。能够满足设计要求。关键词:螺旋伞齿轮零件;工艺;夹具;AbstractThe design of special fixture manufacturing process of spiral bevel gear parts and process design based on. The main processing surface of spiral bevel gear parts of the outer circle and holes. In general, ensure the machining accuracy of plane than to ensure the accuracy of the processing easily. Therefore, follow the groove surface after the first principle of the design. And the hole and the plane processing clearly divided into roughing and finishing stages to ensure machining precision. The main process of machining technology is first to support hole positioning processing the top plane, in addition to the follow-up processes are individual processes with the top plane positioning technology and other processing Kong and plane. The special fixture fixture, clamping means more choice of manual clamping, clamping reliable, agencies can not self-locking. Therefore, higher production efficiency. Suitable for large batch, the processing pipeline. Can meet the design requirements.Keywords: spiral bevel gear parts; technology; fixture;目 录1螺旋伞齿轮加工工艺规程设计11.1零件的作用11.2毛坯的选择与尺寸的确定和精度确定31.3螺旋伞齿轮加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施41.3.1孔和平面的加工顺序41.3.2加工方案选择41.4螺旋伞齿轮加工定位基准的选择51.4.1粗基准的选择51.4.2精基准的选择51.5加工主要工序安排61.6工艺路线的确定61.7制订机械加工工艺路线71.8确定各工序切削用量和加工余量82钻5孔夹具设计132.1设计要求132.2夹具设计132.2.1定位基准的选择132.2.2切削力及夹紧力的计算132.3定位误差的分析172.4夹具设计及操作的简要说明18结 论19参考文献20致 谢221螺旋伞齿轮加工工艺规程设计1.1零件的作用题目给出的零件是螺旋伞齿轮齿轮。齿主要作用是传动连接作用,保证各轴各挡轴能正常运行,并保证部件与其他部分正确安装。因此螺旋伞齿轮零件的加工质量,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。螺旋伞齿轮齿轮的工作条件及性能要求;螺旋伞齿轮齿轮在工作过程中起着传递动力和改变速度的作用,啮合齿面间既有滚动、又有滑动,轮齿根部还受到脉动或交变弯曲的作用。在由此而引起的各种应力的作用下,齿轮将发生轮齿折断、齿面胶合、齿面疲劳及齿面磨损等失效情况。引起齿轮失效的主要应力有:摩擦力、接触应力和弯曲应力。根据齿轮失效的形式和原因,在选择齿轮材料及热处理方法是应从以下几个方面考虑: 齿轮表面有足够的硬度。齿面存在实际上的凹凸不平,因而局部会产生很大的压强,引起金属塑性变形或嵌入相对表面,导致金属直接接触和粘着,当啮合齿面相对滑动是,产生了摩擦力。齿面磨损就是由于相互摩擦的结果。减少这类磨损的关键是提高轮齿表面的塑变抗力,即提高齿面硬度。提高齿面硬度还可以改善齿面接触状态,从而提高齿面的抗疲劳能力。轮齿芯部要有足够的强度和韧性,以保证在变载或冲击载荷作用下,轮齿有足够的抗冲击能力。大小齿轮应有一定的硬度差,以提高其抗胶合能力。考虑材料加工性和经济性。螺旋伞齿轮齿轮的性能要求,螺旋锥齿轮是汽车的主要传动零件,主动螺旋锥齿轮是将汽车变速器传过来的动力传递给从动锥齿轮,从动锥齿轮再将动力传递给差速器。因此,零件结构上主动螺旋锥齿轮是螺旋伞齿轮,一端是花键,与变速器动力输出轴相连,另一端是螺旋锥齿轮;从动锥齿轮是盘状齿轮,直径大于主动螺旋锥齿轮,起到减速作用,同时沿圆周均布一些螺栓孔,使从动锥齿轮通过螺栓固定在差速器壳上,将减速后的动力传递给差速器。从动锥齿轮既有高的传动速度,同时又传递较大的扭矩,而且在装载和刹车时承受冲击载荷。这类齿轮的主要失效方式有磨损、点蚀和断裂。故从动螺旋锥齿轮应满足如下性能要求:良好的力学性能;良好的渗碳淬火性能;良好的抗冲击性能;良好的心部硬度;良好的热变形性能。材料的选择及技术要求目前螺旋伞齿轮齿轮用材大致有20CrMnTi、22CrMoH等。它们的工艺性能优良,广泛用于承受高速、中等或重载及受冲击载荷和摩擦的重要零件,且材料成本相对低廉, 螺旋伞齿轮的设计精度一般是依据齿轮线速度确定工作平稳性精度等级的,然后在按标准规定选定运动精度等级、接触精度等级及齿侧间隙精度等级。中型载重汽车螺旋伞齿轮的精度等级一般为8-7-7。CA1092载重汽车驱动桥中,主、从动螺旋伞齿轮轮的精度为8-7-7D。图1为主动螺旋伞螺旋伞齿轮的零件图 。 图1 主动螺旋伞螺旋伞齿轮零件图 技术要求分析:螺旋伞齿轮经过渗碳淬火后会产生变形,其中轮齿变形可通过磨齿或研齿方法进行修正,同时会显著降低螺旋伞齿轮的传动噪音,这种方法已在轿车生产中被采用。中型载重汽车通常以提高齿形精度来弥补热处理造成的精度损失。表1所示为主动螺旋伞螺旋伞齿轮的渐开线花参数和齿轮参数。表1 主动螺旋伞螺旋伞齿轮的渐开线花键参数和齿轮参数渐开线花键参数齿轮参数花键齿形渐开线齿轮13模数(mm)3分齿圆上端面模数(mm)9齿数14法面计算啮合角20o原始齿形压力角20o齿顶高(mm)10.26原始齿形移位距(mm)+1.5齿全高(mm)16.992分齿圆直径(mm)42轮齿中点螺旋角35o分齿圆上弧齿厚:理论值(mm)用通过量规检验(mm)用量棒检验(mm)5.805.825.76旋转方向左刀盘直径(mm)228.6(9)分齿圆上端面理论弧齿厚(mm)16.652配对齿轮研磨后在检验台上的齿隙(mm)0.200.35渐开线的转变直径(mm)41齿的工作表面粗糙度(um)Ra1.6齿侧表面粗糙度(um)Ra3.2按需要量研磨牙齿,配对后在齿轮上打上标记1.2毛坯的选择与尺寸的确定和精度确定毛坯类型确定:汽车驱动桥齿轮一般都选用20CrMnTi合金钢,采用渗碳淬火处理。CA1092汽车驱动桥齿轮材料及热处理如表2。大批生产中齿轮毛胚采用模锻工艺制造。经正火处理,硬度为157207HV。表2 汽车驱动桥齿轮材料及热处理零件名称材料渗碳深度(mm)表面硬度HRC心部硬度HRC螺旋伞齿20CrMnTi1.21.658633348螺旋圆柱齿轮20CrMnTi1.01.658633348差速器齿轮20CrMnTi1.01.458633348毛坯结构、尺寸和精度确定:简化零件结构细节,由于零件为大批生产,故毛坯精度取普通级,CT9级。根据这些数据,绘出毛坯图。1.3螺旋伞齿轮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。该螺旋伞齿轮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,对于螺旋伞齿轮来说,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。1.3.1孔和平面的加工顺序螺旋伞齿轮类零件的加工应遵循先面后孔的原则:即先加工螺旋伞齿轮上的基准平面,以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。螺旋伞齿轮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。螺旋伞齿轮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。1.3.2加工方案选择螺旋伞齿轮孔系加工方案,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。根据螺旋伞齿轮零件图所示的螺旋伞齿轮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,需要将螺旋伞齿轮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。在大批量生产中,螺旋伞齿轮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。1.4螺旋伞齿轮加工定位基准的选择1.4.1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)保证装入螺旋伞齿轮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。即以螺旋伞齿轮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。1.4.2精基准的选择从保证螺旋伞齿轮孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证螺旋伞齿轮在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从螺旋伞齿轮零件图分析可知,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,虽然它是螺旋伞齿轮的装配基准,但因为它与螺旋伞齿轮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。1.5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。螺旋伞齿轮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螺旋伞齿轮加工完成为止,除了个别工序外,都要用作定位基准。因此,结合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。对于螺旋伞齿轮,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,现将加工工艺路线确定如下:1.6工艺路线的确定工艺分析:螺旋伞齿轮的加工主要分成以下几个阶段:1) 齿坯加工:齿坯成形,保证铣齿基准的加工精度。2) 中间检查:重点检查铣齿定位夹紧尺寸精度。3) 齿形加工:保证接触区的形状、位置、大小、齿面间隙及齿侧间隙变动量。4) 中间检查:重点检查接触区、齿侧间隙和轮齿表面的粗糙度。5) 热处理:渗碳淬火,校正。6) 热处理后加工:精加工装配(使用)基准。7) 最后检查:全面检查装配基准尺寸精度。1.7制订机械加工工艺路线制订机械加工工艺路线的出发点,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得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批量生产的条件下,可以考虑采用通用机床配以专用夹具,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降低。 工艺路线方案一工序1 锻造造;工序3 热处理;工序5 铣两端面及钻中心孔;工序7 车轴颈及背锥;工序9 车槽锥端面;工序11 铣渐开线花键;工序13 磨轴颈及端面;工序15 加工小孔;工序17 加工螺纹;工序19 中间检查轴颈;工序21 粗铣螺纹;工序23 精磨齿轮。工序25 中间检查;工序27 热处理校正;工序29 磨轴颈及端面;工序31 最后检查;工序33 入库 工艺路线方案二工序1 铸造;工序3 热处理;工序5 铣两端面及钻中心孔;工序7 车轴颈及背锥;工序9 车槽锥端面;工序11 铣渐开线花键及钻小孔;工序13 磨轴颈及端面;工序15 加工螺纹;工序17 中间检查;工序19 粗铣轮齿;工序21 精铣轮齿凸面;工序23 精铣轮齿凹面;工序25 中间检查;工序27 热处理校正;工序29 磨轴颈及端面;工序31 最后检查;工序33 入库。1.8确定各工序切削用量和加工余量1.车轴颈及背锥由于零件整体加工为外圆端面,故所有轴颈可以一次车削加工,所有轴颈加工余量相同。现已轴颈为例,说明所有轴颈的加工余量。(参考机械制造工艺设计简明手册表2.3-9),确定工序尺寸及余量:粗车:65.5mm;精车:具体工序尺寸见表3。表3 工序尺寸表工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m精车0.5H9Ra6.366Ra6.3粗车1H12Ra12.568Ra12.5已知工件材料: 20CrMnTi,有外皮,机床CA6140普通车床,工件用内钳式卡盘固定。所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表1.1,由于CA6140机床的中心高为200(表1.30),故选刀杆尺寸=,刀片厚度为。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃倾角=,刀尖圆弧半径=。.确定切削深度由于单边余量为,可在一次走刀内完成.确定进给量根据切削加工简明实用手册可知:表1.4刀杆尺寸为,工件直径400之间时, 进给量=0.51.0按CA6140机床进给量(表4.29)在机械制造工艺设计手册可知: =0.7确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求,故需进行校验根据表130,CA6140机床进给机构允许进给力=3530。根据表1.21,当强度在174207时,=时,径向进给力:=950。切削时的修正系数为=1.0,=1.0,=1.17(表1.292),故实际进给力为: =950=1111.5 (1-2)由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力,故所选=可用。.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表1.9,车刀后刀面最大磨损量取为,车刀寿命=。.确定切削速度切削速度可根据公式计算,也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表1.11,当硬质合金刀加工硬度200219的铸件,切削速度=。切削速度的修正系数为=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(见表1.28),故: =63 (1-3) =120 (1-4)根据CA6140车床说明书选择 =125这时实际切削速度为: = (1-5).校验机床功率切削时的功率可由表查出,也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表1.25,=,切削速度时, =切削功率的修正系数=0.73,=0.9,故实际切削时间的功率为: =1.7=1.2 (1-6)根据表1.30,当=时,机床主轴允许功率为=,故所选切削用量可在C6201机床上进行,最后决定的切削用量为:=3.75,=,=,=2. 加工5mm孔毛坯为实心,而孔没有精度要求,因此可以只钻孔。(参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-9及表2.3-12),确定工序尺寸及余量:钻孔5mm;具体工序尺寸见表4。表4 工序尺寸表工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m钻孔5H12Ra12.55无Ra12.5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。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:2钻5孔夹具设计2.1设计要求为了提高劳动生产,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。本夹具将用于Z525钻床。成批生产,任务为设计一齿轮轴钻孔4孔。本夹具无严格的技术要求,因此,应主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,精度不是主要考虑的问题。2.2夹具设计2.2.1定位基准的选择为了提高加工效率及方便加工,决定材料使用高速钢,用于对进行加工,准备采用手动夹紧。由零件图可知:进行加工前,外圆面进行了粗、精铣加工,进行了粗、精加工。因此,定位、夹紧方案有:方案:选外圆面平面、和侧面和V型块定位夹紧方式用操作简单,通用性较强的螺旋压块来夹紧。为了使定位误差达到要求的范围之内,这种定位在结构上简单易操作。2.2.2切削力及夹紧力的计算钻该孔时选用:钻床Z525,刀具用高速钢刀具。由参考文献5查表可得:切削力公式: 式中 查表得: 其中: 即:实际所需夹紧力:由参考文献5表得: 有:安全系数K可按下式计算有:式中:为各种因素的安全系数,见参考文献5表 可得: 所以 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。夹紧力的确定夹紧力方向的确定夹紧力应朝向主要的定位基面。夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。(1) 夹紧力作用点的选择 a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上,这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。(3)夹紧力大小的估算 理论上确定夹紧力的大小,必须知道加工过程中,工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等,然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上,夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且,切削力的大小在加工过程中是变化的,因此,夹紧力的计算是个很复杂的问题,只能进行粗略的估算。估算的方法:一是找出对夹紧最不利的瞬时状态,估算此状态下所需的夹紧力;二是只考虑主要因素在力系中的影响,略去次要因素在力系中的影响。估算的步骤:a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程:FJ理= (FP)。b.实际需要的夹紧力FJ需,应考虑安全系数,FJ需=KFJ理。c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件:FJFJ需。夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过,其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下,还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧,才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置,以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下,不发生移动和震动,确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的,正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力,使之变为夹紧力,并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式,利用螺旋杆直接夹紧元件,或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋,实际上相当于把契绕在圆柱体上,因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋,使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点:(1)结构简单;(2)扩力比大;(3)自琐性能好;(4)行程不受限制;(5)夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置,在此套夹具中,中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧,通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转,通过螺栓夹紧移动压板,实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板,通过精确的圆弧定位,实现定心。此套移动压板制作简单,便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动,以达到压紧的目的。压紧的同时,实现工件的定心,使其定位基准的对称中心在规定位置上。查参考文献51226可知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: 螺旋夹紧力:该夹具采用夹紧机构, 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。2.3定位误差的分析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: 定位误差 : 其中:, 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。2.4夹具设计及操作的简要说明由于是大批大量生产,主要考虑提高劳动生产率。因此设计时,需要更换零件加工时速度要求快。本夹具设计,用移动夹紧的大平面定位三个自由度,定位两个自由度,用定位块定位最后一个转动自由度。夹具体是夹具的基础件,夹具体上所有组成部分都必须最终通过这一基础件连接成一个有机整体。为了满足加工要求,夹具体应有足够的刚度和强度,同时结构工艺性要好。由于铸造工艺性好,几乎不受零件大小、形状、重量和结构复杂程度的限制,同时吸振性良好、抗压能力好,故此选用铸造夹具体,材料选取HT200,铸造成型后时效处理,以消除内应力。由于工件采用V型块定位60mm外圆面,这就要求V型块固定在一个与水平面成45的支撑面上。我们可以采用加工一有45面的支撑块固定在夹具体上,经过切削加工达到我们要求的定位尺寸。结 论通过课程设计,使我们充分的掌握了一般的设计方法和步骤,不仅是对所学知识的一个巩固,也从中得到新的启发和感受,同时也提高了自己运用理论知识解决实际问题的能力,而且比较系统的理解了液压设计的整个过程。在整个设计过程中,我本着实事求是的原则,抱着科学、严谨的态度,主要按照课本的步骤,到图书馆查阅资料,在网上搜索一些相关的资料和相关产品信息。这一次设计是大学四年来最系统、最完整的一次设计,也是最难的一次。在设计的时候不停的计算、比较、修改,再比较、再修改,我也付出了一定的心血和汗水,在期间也遇到不少的困难和挫折,幸好有老师的指导和帮助,才能够在设计中少走了一些弯路,顺利的完成了设计。本设计研究过程中仍然存在不足之处,有的问题还待于进一步深入,具体如下:(1)缺乏实际工厂经验,对一些参数和元件的选用可能不是非常合理,有一定的浪费。(2)与夹具相关的刀具和量具的了解还不太清楚。(3)系统的设计不太完善,在与计算机配合进行精确的数据采集和控制上还有一些不足。(4)使用有一定的局限:人工操作多,零部件磨损度在实际中尚不明确。辽宁工程技术大学课程设计21参考文献1 刘德荣,组合夹具结构简图的初步探讨,组合夹具,1982. (1)2 孙已德,机床夹具图册M,北京:机械工业出版社,1984:20-23。3 贵州工学院机械制造工艺教研室,机床夹具结构图册M,贵阳:贵州任命出版社,1983:42-50。4 刘友才,机床夹具设计 ,北京:机械工业出版社,1992 。5 孟少龙,机械加工工艺手册第1卷M,北京:机械工业出版社,1991。6 金属机械加工工艺人员手册修订组,金属机械加工工艺人员手册M,上海:上海科学技术出版社,1979。7 李洪,机械加工工艺师手册M,北京:机械工业出版社,1990。8 马贤智,机械加工余量与公差手册M,北京:中国标准出版社,1994。9 上海金属切削技术协会,金属切削手册M,上海:上海科学技术出版社,1984。10 周永强,高等学校课程设计指导M,北京:中国建材工业出版社,2002。11 薛源顺,机床夹具设计(第二版) M,机械工业出版社,2003.112 余光国,马俊,张兴发,机床夹具设计M,重庆:重庆大学出版社,1995。13 东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学,机床夹具设计手册M,上海:上海科学技术出版社,1980。14 李庆寿,机械制造工艺装备设计适用手册M,银州:宁夏人民出版社,1991。15 廖念钊,莫雨松,李硕根,互换性与技术测量M,中国计量出版社,2000:9-19。16 哈尔滨工业大学,哈尔滨市教育局,专用机床夹具设计与制造,黑农江人民出版社,1979.12 17 乐兑谦,金属切削刀具,机械工业出版社,2005:4-17。18 Machine Tools N.chernor 1984.19 Machine Tool Metalworking John L.Feirer 1973.20 Handbook of Machine Tools Manfred weck 1984 .21 Sors l.fatigue design of machine components.oxford:pergramon press.1971 43 致 谢在本文完成之际,首先向我最尊敬的导师老师致以最诚挚的敬意和最衷心的感谢。几个月以来,他不遗余力地对我的设计进行了指导。在我课程设计这段时间,无论在学习还是在生活上,恩师都给予了我无微不至的关怀。他以其渊博的知识,宽厚的胸怀、无私的敬业精神以及严谨的治学态度和开拓进取的精神激励着我,并言传身教,身体力行地不断培养我独立思考,深入探索,解决实际问题的能力,使我受益匪浅。老师给与了该设计关键性的技术指导,并指明了研究的方向,虽然平日里工作繁多,但在我做课程设计的过程中,特别在说明书的撰写和修改上给予了我悉心的指导,特此向老师表示衷心的感谢和敬意!课程设计虽已完成了,但由于知识水平的局限,实际经验缺乏,设计还存在许多不足,有很多地方需要改进。对于这些不足,我将在以后的工作中利用尽自已所能的去补充和完善,让自己成为对社会作更多的贡献,成为有用之才。此外还要感谢那些给予过我关心、帮助的老师和同学,正是有了大家的关怀、鼓力和我自己的努力,此设计才得以顺利完成。12
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