GY4型刚性凸缘联轴器零件工艺规程及加工轴孔手动夹具设计(全套设计带CAD图纸)
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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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DeMeter. 对工件准静态分析功能位移在加工夹具的应用程序,制造科学杂志与工程: 325331页, 1996。购买后包含有CAD图纸和论文,咨询Q401339828XX大学课程设计论文GY4型刚性凸缘联轴器零件工艺规程及加工轴孔手动夹具设计 所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要GY4型弹性柱销联轴器零件加工工艺及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个组成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件;计算出夹具定位时产生的定位误差,分析夹具结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。关键词:工艺,工序,切削用量,夹紧,定位,误差购买后包含有CAD图纸和论文,咨询Q40133982837目 录摘 要II目 录III第1章 序 言1第2章 零件的分析22.1零件的形状22.2零件的工艺分析2第3章 工艺规程设计33.1 确定毛坯的制造形式33.2定位基准的选择零件表面加工方法的选择33.3 制定工艺路线43.4 选择加工设备和工艺装备53.4.1 机床选用53.4.2 选择刀具63.4.3 选择量具63.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定6第4章 确定切削用量及基本时间84.1 工序切削用量的及基本时间的确定84.2 工序切削用量的及基本时间的确定124.3 工序切削用量及基本时间的确定134.4 工序切削用量及基本时间的确定154.5 工序切削用量及基本时间的确定164.6 工序切削用量及基本时间的确定18第5章 加工轴孔手动夹具设计225.1 车床夹具设计要求说明225.2车床夹具的设计要点225.3夹具的设计245.4定位机构295.5夹紧机构295.6零件的车床夹具的加工误差分析295.7确定夹具体结构尺寸和总体结构305.8零件的车床专用夹具简单使用说明31总 结9致 谢9参 考 文 献35 第1章 序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品,并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用,也可以为其它行业的生产提供装备,社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业,因此制造业是国民经济发展的重要行业,是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲,机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。GY4型弹性柱销联轴器零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下,进行的一个全面的考核。正确地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,并设计出专用夹具,保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论,又要注意生产实践的需要,只有将各种理论与生产实践相结合,才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限,其中难免有缺点错误,敬请老师们批评指正。第2章 零件的分析2.1零件的形状题目给的零件是GY4型弹性柱销联轴器零件,主要作用是起连接作用。它主要用于轴与轴之间的连接,以传递动力和转矩。由于弹性套易发生弹性变形及其外径与圆柱孔为间隙配合,因而使联轴器具有补偿两轴相对位移和减震缓冲的功能。且不用设置中榫机构,以免丧失补偿相对位移的能力。零件的实际形状如上图所示,从零件图上看,该零件是典型的零件,结构比较简单。具体尺寸,公差如下图所示。2.2零件的工艺分析由零件图可知,其材料为45,具有较高强度,耐磨性,耐热性及减振性,适用于承受较大应力和要求耐磨零件。GY4型弹性柱销联轴器零件主要加工表面为:1.车外圆及端面,表面粗糙度值为3.2。2.车外圆及端面,表面粗糙度值3.2。3.车装配孔,表面粗糙度值3.2。4.半精车侧面,及表面粗糙度值3.2。5.两侧面粗糙度值6.3、12.5,法兰面粗糙度值6.3。GY4型弹性柱销联轴器共有两组加工表面,他们之间有一定的位置要求。现分述如下:(1)左端的加工表面: 这一组加工表面包括:左端面,105外圆,55外圆,28内圆,倒角钻孔并攻丝。这一部份只有端面有6.3的粗糙度要求,。其要求并不高,粗车后半精车就可以达到精度要求。而钻工没有精度要求,因此一道工序就可以达到要求,并不需要扩孔、铰孔等工序。(2).右端面的加工表面: 这一组加工表面包括:右端面;105的外圆,粗糙度为1.6;55的外圆并带有倒角其要求也不高,粗车后半精车就可以达到精度要求。其中,28的孔或内圆直接在上做镗工就行了。第3章 工艺规程设计本GY4型弹性柱销联轴器假设年产量为10万台,每台车床需要该零件1个,备品率为19%,废品率为0.25%,每日工作班次为2班。该零件材料为45,考虑到零件在工作时要有高的耐磨性,所以选择锻造。依据设计要求Q=100000件/年,n=1件/台;结合生产实际,备品率和 废品率分别取19%和0.25%代入公式得该工件的生产纲领 N=2XQn(1+)(1+)=238595件/年3.1 确定毛坯的制造形式零件材料为45,考虑到零件在使用过程中起连接作用,分析其在工作过程中所受载荷,最后选用锻造,以便使金属纤维尽量不被切断,保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平,而且零件轮廓尺寸不大,可以采用锻造,这从提高生产效率,保证加工精度,减少生产成本上考虑,也是应该的。3.2定位基准的选择零件表面加工方法的选择待加工的两零件是盘状零件,孔是设计基准(也是装配基准和测量基准),为避免由于基准不重合而产生的误差,应选孔为定位基准,即遵循“基准重合”的原则。具体而言,即选28mm的孔及其一端面作为精基准。由于待加工的两零件全部表面都需加工,而孔作为精基准应先进行加工,对主动端而言,应选面积较大的外圆及其端面为粗基准;对从动端而言,应选面积较大105mm的外圆及其端面为粗基准。待加工的两零件的加工面有外圆、内孔、端面、键槽、锥孔,材料为30CrMnSi钢。以公差等级和表面粗糙度要求,参考相关资料,其加工方法选择如下。(1)55mm的外圆面 为未注公差尺寸,根据GB 180079规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为Ra25um,粗车即可(表5-14)。(2)105mm的外圆面 为未注公差尺寸,根据GB 180079规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为Ra6.3um,需进行精车和半精车。(3)9mm的柱销孔 为未注尺寸公差,根据GB 180079规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为Ra6.3um,需进行粗镗(表5-15)。(4)28mm的内孔,公差等级为IT8,表面粗糙度为Ra1.6um,需进行粗膛半精膛精镗加工(表5-15)。(5)键槽 槽宽和槽深的公差等级分别为IT13和IT14,表面糙粗度分别为Ra3.2um和Ra6.3um,需采用三面刃铣刀,粗铣半精铣(表5-16)。(6)端面 本零件的端面为回转体端面,尺寸精度的都要求不高,表面粗糙度为Ra25um,粗车即可。3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点,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。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,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。3.3.1 工艺路线方案一3.3.1 主动端工序10 锻造出毛坯。工序20 毛坯热处理,时效处理。 工序30:以86mm处外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车半精车外圆105mm, 工序40:以半精车后的105mm外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车外圆55mm,倒角。工序50:以半精车后的105mm外圆及其端面定位,半精车另一端面粗镗28mm及锥度的孔。工序60:以105mm外圆及其端面定位,精镗28mm及锥度的孔。工序70:以402mm孔及端面定位,粗铣、半精铣键槽。工序80:以28mm孔、端面及粗铣后的键槽定位,一共要加工8个9mm的柱销孔。工序90:去毛刺。工序100 终检入库。3.3.2 从动端工序10 锻造出毛坯。工序20 毛坯热处理,时效处理。 工序30:以86mm处外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车半精车外圆105mm, 工序40:以半精车后的105mm外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车外圆55mm,倒角。工序50:以半精车后的105mm外圆及其端面定位,半精车另一端面粗镗28mm孔。工序60:以105mm外圆及其端面定位,精镗28mm孔。工序70:以402mm孔及端面定位,粗铣、半精铣键槽。工序80:以28mm孔端面及粗铣后的键槽定位,一共要加工8个9mm的柱销孔。工序90:去毛刺。工序100 终检入库。3.4 选择加工设备和工艺装备3.4.1 机床选用.工序和工序是粗车、粗镗和半精车、半精镗。各工序的工步数不多,成批量生产,故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大,精度要求属于中等要求,选用最常用的CA6140卧式车床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表4.2-7。.工序是钻孔,选用Z525摇臂钻床。 主、从动端工序都为CA6140卧式车床。由于加工的零件外廓尺寸不大,又是回转体,故宜在车床上镗孔。由于要求的精度较高,表面粗糙度较小,需选用较精密的机床才能满足要求,因此选用CA6140卧式车床(表5-55)。3.4.2 选择刀具.在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金车刀,它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。.钻孔时选用高速钢麻花钻,参考机械加工工艺手册(主编 孟少农),第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有参数。3.4.3 选择量具本零件属于成批量生产,一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种:一是按计量器具的不确定度选择;二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“GY4型弹性柱销联轴器” 零件材料为45,查机械加工工艺手册(以后简称工艺手册),表2.2-17 各种铸铁的性能比较,硬度HB为143269,表2.2-23 球墨铸铁的物理性能,密度=7.27.3(),计算零件毛坯的重量约为2。表3-1 机械加工车间的生产性质生产类别同类零件的年产量件重型(零件重2000kg)中型(零件重1002000kg)轻型(零件重100kg)单件生产5以下10以下100以下小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上根据所发的任务书上的数据,该零件的月工序数不低于3050,毛坯重量21202506.04.0顶、侧面底 面铸孔的机械加工余量一般按浇注时位置处于顶面的机械加工余量选择。根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。第4章 确定切削用量及基本时间切削用量包括背吃刀量a、进给量f和切削速度v。确定顺序是先确定a、f、再确定v。4.1 工序切削用量的及基本时间的确定4.1.1 切削用量 以86mm外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车半精车外圆105mm,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3mm,可在一次走刀内完成,故.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 (3-2)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 (3-3) =120 (3-4)根据CA6140车床说明书选择 =125这时实际切削速度为: = (3-5).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 (3-6)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CA6140机床上进行,最后决定的切削用量为:=3.75,=,=,=.倒角 为了缩短辅助时间,取倒角时的主轴转速与钻孔相同 换车刀手动进给。. 计算基本工时 (3-7)式中=+,=由切削用量简明使用手册表1.26,车削时的入切量及超切量+=,则=+= = (3-8)3.6.1.3 确定粗镗的切削用量及基本工时.确定切削深度 =.确定进给量根据切削用量简明使用手册表1.5可知,当粗镗铸件时,镗刀直径,镗刀伸出长度为时: =0.150.40按CA6140机床的进给量(表4.29),选择, =0.25.确定切削速度 = (3-9)式中=,=0.2,=0.20,=,=0.15 (3-10) =37 = (3-11)按CA6140机床的转速,选择 =160=2.6.计算基本工时选镗刀的主偏角=,则=,则: =117 4.1.2 基本时间5.1.2.1主动端确定粗车主动端外圆105的基本时间。参考文献1表2-24,车外圆基本时间为T式中,=40mm,3), 90,=2mm,=4mm,=0, f=0.65mm/r,n=0.77r/s,s确定粗车主动端外圆55的基本时间:式中,=9mm, =2mm, =4mm, =0, f=0.55mm/r, n=0.77r/s, ,则s确定粗车主动端端面的基本时间:,式中,d=164.8mm,d=0, =2mm, =4mm, =0, f=0.65mm/r, n=0.77r/s, ,则=177s确定粗车主动端台阶面的基本时间:, 式中,d=164.8mm,=94.6mm, =0mm, =4mm, =0, f=0.6mm/r, n=0.77r/s, ,则=85s确定粗镗28mm孔的基本时间,选镗刀的主偏角45。式中,=84mm, =3.5mm, =4mm, =0,f=0.1mm/r,n=6.17r/s, ,则 =148s确定工序的基本时间:=55+35+2+85+148=643s5.1.2.2从动端确定粗车从动端外圆的基本时间: =80s确定粗车从动端端面的基本时间: =95s确定粗车从动端台阶面的基本时间: =94s确定粗镗28mm孔的基本时间: =197s确定工序的基本时间:=80+95+94+197=466s4.2 工序切削用量的及基本时间的确定采用与工序确定切削用量的方法,得本工序的切削用量及基本时间如下:本工序为粗车(车端面、外圆及倒角),已知条件与工序相同。车端面、外圆可采用与工序相同的可转位车刀。4.2.1主动端见表5-1表5-1 主动端工序的切削用量及基本时间工步/mmf/mmr v/msn/rs/s粗车端面 2 0.52 0.38 1.5 113粗车外圆55mm2.3 0.52 0.38 1.5 68 倒角 手动 0.38 1.54.2.2 从动端见表5-2表5-2 从动端工序的切削用量及基本时间工步 /mmf/mmrv/msn/rs/s粗车端面 2 0.65 25.4 0.77 177粗车外圆160mm 2.40.65 25.4 0.77 1524.3 工序切削用量及基本时间的确定4.3.1 切削用量本工序为半精加工(车端面、外圆、镗孔)。已知条件与粗加工工序相同。确定以半精车后的105mm外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车外圆55mm,倒角。切削用量。所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀。车刀形状所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀。车刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同,查参考文献6表1-3,车刀几何形状为,=. 确定背吃刀量=0.75mm. 确定进给量根据参考文献7表1.6及参考文献2表4.2-9中C620-1机床进给量,选择。由于是半精加工,切削力较小,故不须校核机床进给机构强度。. 选择车刀磨钝标准及耐用度 查参考文献7表1.9,选择车刀后刀面最大磨损量为0.4mm,耐用度T=30min。查参考文献6表1.10,当用YT15硬质合金车刀加工b1000MPs的合金钢,切削速度=97m/min。切削速度的修正系数查参考文献7表1.28得:,其余的修正系数均为1,故:V=970.811.15=90.4m/min=178r/min查参考文献6表4.2-8选择C620-1机床的转速为: n=185r/min=3.08r/s则实际切削速度v=1.56m/s半精加工,机床功率也可不校验。最后确定的切削用量为:=0.75mm, f=0.3mm/r, n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。确定半精车主动端端面的切削用量。采用车外圆160mm相同的刀具加工,切削用量为:,f=0.3mm/r,n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。确定半精车从动端外圆71mm的切削用量。采用车外圆160mm相同的刀具加工,切削用量为:,f=0.3mm/r, n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。确定半精车从动端端面的切削用量。采用车外圆160mm相同的刀具加工,切削用量为:,f=0.3mm/r,n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。确定半精镗孔28mm的切削用量。所选刀具为YT15硬质合金、主偏角、直径为12mm的圆形镗刀。其耐用度T=60min。.。.参考文献1表5-139和表5-57,f=0.2mm/r。.参考文献1表2-8的计算公式确定。V=式中,C=291,m=0.2,x=0.15,y=0.2,T=60min,k=0.9,则V=150m/min=1209.4r/min选择C620-1车床的转速n=1200r/min=20r/s。4.3.2 切削用量确定半精车主动端外圆105mm的基本时间: =52s确定半精车主动端端面的基本时间: =94s确定半精车从动端外圆55mm的基本时间: =45s确定半精车从动端端面的基本时间: =45s确定半精镗主动端孔28mm的基本时间: =14s确定半精镗从动端孔28mm的基本时间: =30s4.4 工序切削用量及基本时间的确定4.4.1 切削用量本工序为精镗28mm的孔。确定精镗28mm孔的切削用量。选刀具为YT30硬质合金、主偏角、直径为12mm的圆形镗刀。其耐用度T=60min。=0.25mmf=0.15mm/rv=1.4=230.77mm/min=1837.3r/min参考文献1表5-56,根据C6140车床的转速表,选择n=1400r/min=23.3r/s,则实际切削速度v=4.98m/s。4.4.2 基本时间5.4.2.1 确定精镗主动端28mm孔的基本时间:=16s 5.4.2.2确定精镗从动端28mm孔的基本时间:=34s4.5 工序切削用量及基本时间的确定4.5.1 粗铣5.5.1.1 切削用量粗铣以28mm孔及端面定位,粗铣、半精铣键槽,所选刀具为高速钢三面刃铣刀。铣刀直径d=80,宽度L=12mm,齿数z=10。参考文献1表5-143选铣刀的基本形状。由于加工材料的1000MPs,故选前角=10,后角=12(周铣),=6(端铣)。已知铣削宽度=9mm,铣削深度=8mm。机床选用X62W型卧式铣床。确定每齿进给量。参考文献1表5-144,X62W卧式铣床的功率为7.5KW(表5-74),工艺系统刚性为中等,细齿盘铣刀加工钢料,查得每齿进给量=0.61.0mm/z。现取=0.07mm/z。确定铣刀磨钝标准及耐用度。参考文献1表5-148,用高速钢盘铣刀粗加工钢料,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.6mm,铣刀直径d=80mm,耐用度T=120min(表5-149)。确定切削速度和工作台每分钟进给量。参考文献1表2-17中公式计算:式中,=48,=0.25,=0.1,=0.2,=0.3,=0.1,m=0.2,T=120min, =8, =0.07mm/z, =9mm, z=10,d=80mm,=1.0。=2.62m/minn=10.4r/min参考文献1表5-75,根据X62W型卧式铣床主轴转速表,选择n=30r/min=0.5r/s,则实际切削速度v=0.13m/s,工作台每分钟进给量为=0.071030=28mm/min参考文献1表5-76, 根据X62W型卧式铣床工作台进给量,选择=23.5mm/min,则实际的每齿进给量为=0.078mm/z。验证机床效率。参考文献1表2-18的计算公式,铣削时的功率(单位为KW)为(N)式中,=650,=1.0,=0.72,=0.86,=0,=0.86, =8, =0.078mm/z, =9mm, z=10,d=80mm, n=30r/min,=0.63。=797.3v=0.13m/s=0.10KWX62W铣床主电动机的功率为7.5KW,故所选切削用量可以采用。所确定的切削用量为=0.078mm/z, =23.5mm/min, n=30r/min, v=0.13m/s5.5.1.2 基本时间参考文献1表2-28,三面刃铣刀铣槽的基本时间为a.主动端:式中,=84mm,=+(13),=9mm,d=80mm,=76mm,=4mm, =23.5mm/min,=4=6.98min=419sb.从动端:=8.17min=490s4.5.2 半精铣5.5.2.1 切削用量半精铣键槽,所选刀具为高速钢错齿三面刃铣刀。d=80mm, L=12mm, z=10。机床亦选用X62W型卧式铣床。确定每齿进给量。加工要求保证的表面粗糙度3.2m, 参考文献1表5-144,每转进给量=0.51.2mm/r,现取=0.6mm/r,则=0.06mm/r确定铣刀磨钝标准及耐用度。参考文献1表5-148,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.25mm;参考文献1表5-149,耐用度T=120min。确定切削速度和工作台每分钟进给量。参考文献1表2-17中公式计算,得=17.79m/min=0.3m/sn=1.19r/s=71r/min参考文献1表5-75,根据X62W型卧式铣床主轴转速表,选择n=75r/min=1.25r/s, 则实际切削速度v=0.314m/s, 工作台每分钟进给量为=0.061075=45mm/min参考文献1表5-76, 根据X62W型卧式铣床工作台进给量,选择=47.5mm/min,则实际的每齿进给量为=0.063mm/z。5.5.2.2 基本时间a.主动端:=4=10sb.从动端:=4=12s4.6 工序切削用量及基本时间的确定4.6.1 主动端(1)钻孔3.6.5.1 确定以28mm孔、端面及粗铣后的键槽定位,一共要加工8个9mm的锥销孔。钻孔9,本工序采用计算法。表3-5高速钢麻花钻的类型和用途标准号类型直径范围(mm)用途GB1436-85直柄麻花钻2.020.0在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔GB1437-85直柄长麻花钻1.031.5在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔GB1438-85锥柄麻花钻3.0100.0在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔GB1439-85锥柄长麻花钻5.050.0在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔选用Z525摇臂钻床,查机械加工工艺手册 孟少农 主编,查机表2.4-37钻头的磨钝标准及耐用度可得,耐用度为4500,表10.2-5标准高速钢麻花钻的直径系列选择锥柄长,麻花钻,则螺旋角=30,锋交2=118,后角a=10,横刃斜角=50,L=197mm,l=116mm。表3-6 标准高速钢麻花钻的全长和沟槽长度(摘自GB6137-85) mm直径范围直柄麻花钻ll111.8013.20151101表3-7 通用型麻花钻的主要几何参数的推存值(根据GB6137-85) ()d (mm)2f8.618.0030118124060表3-8 钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及耐用度(1)后刀面最大磨损限度mm刀具材料加工材料钻头直径d0(mm)20高速钢铸铁0.50.8(2)单刃加工刀具耐用度T min刀具类型加工材料刀具材料刀具直径d0(mm)1120钻头(钻孔及扩孔)铸铁、铜合金及合金高速钢60钻头后刀面最大磨损限度为0.50.8mm刀具耐用度T = 60 min.确定进给量查机械加工工艺手册 孟少农 主编,第二卷表10.4高速钢钻头钻孔的进给量为f=0.250.65,根据表4.13中可知,进给量取f=0.60。.确定切削速度 查机械加工工艺手册 孟少农 主编,表10.4-17高速钢钻头在球墨铸铁(190HBS)上钻孔的切削速度轴向力,扭矩及功率得,V=12,参考机械加工工艺手册 孟少农 主编,表10.4-10钻扩铰孔条件改变时切削速度修正系数K=1.0,R=0.85。 V=12=10.32 (3-17)则 = =131 (3-18) 查表4.2-12可知, 取 n = 150则实际切削速度 = = =11.8.确定切削时间查机械加工工艺手册 孟少农 主编,表10.4-43,钻孔时加工机动时间计算公式: T= (3-19)其中 l= l=5 l=23则: t= =9.13确定钻孔的切削用量钻孔选用机床为Z525摇臂机床,刀具选用GB1436-85直柄短麻花钻,机械加工工艺手册第2卷。根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-2查得钻头直径小于10的钻孔进给量为0.200.35。 则取确定切削速度,根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-9切削速度计算公式为 (3-20)查得参数为,刀具耐用度T=35则 =1.6所以 =72选取 所以实际切削速度为=2.64确定切削时间(一个孔) =第5章 加工轴孔手动夹具设计5.1 车床夹具设计要求说明车床夹具主要用于加工轴孔夹具。因而车床夹具的主要特点是工件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。(1) 安装在车床主轴上的夹具。这类夹具很多,有通用的三爪卡盘、四爪卡盘,花盘,顶尖等,还有自行设计的心轴;专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转,刀具做进给运动定心式车床夹具 在定心式车床夹具上,工件常以孔或外圆定位,夹具采用定心夹紧机构。角铁式车床夹具 在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时,由于零件形状较复杂,难以装夹在通用卡盘上,因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体呈角铁状,故称其为角铁式车床夹具。花盘式车床夹具 这类夹具的夹具体称花盘,上面开有若干个T形槽,安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件,可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不对称,要注意平衡。(2) 安装在托板上的夹具。某些重型、畸形工件,常常将夹具安装在托板上。刀具则安装在车床主轴上做旋转运动,夹具做进给运动。由于后一类夹具应用很少,属于机床改装范畴。而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具,所以零件在车床上加工用专用夹具。5.2车床夹具的设计要点(1)定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求当加工回转表面时,要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合,夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时,则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置。工件的夹紧应可靠。由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转,故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外,整个夹具还要受到重力和离心力的作用,转速越高离心力越大,这些力不仅降低夹紧力,同时会使主轴振动。因此,夹紧机构必须具有足够的夹紧力,自锁性能好,以防止工件在加工过程中移动或发生事故。对于角铁式夹具,夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。(2)夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响。因此,要求夹具的回转轴线与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴度误差。心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接,用螺杆拉紧。有的心轴则以中心孔与车床前、后顶尖安装使用。根据径向尺寸的大小,其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式:1)对于径向尺寸D140mm,或D(23)d的小型夹具,一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中,并用螺杆拉紧,如图1-a所示。这种连接方式定心精度较高。2)对于径向尺寸较大的夹具,一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构。图1-b所示的过渡盘,其上有一个定位圆孔按H7/h6或H7/js6与主轴轴颈相配合,并用螺纹和主轴连接。为防止停车和倒车时因惯性作用使两者松开,可用压板将过渡盘压在主轴上。专用夹具则以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上,用螺钉紧固。这种连接方式的定心精度受配合间隙的影响。为了提高定心精度,可按找正圆校正夹具与机床主轴的同轴度。对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构,如图1-c所示,过渡盘在其长锥面上配合定心,用活套在主轴上的螺母锁紧,由键传递扭矩。这种安装方式的定心精度较高,但端面要求紧贴,制造上较困难。图1-d所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。过渡盘推入主轴后,其端面与主轴端面只允许有0.050.1mm的间隙,用螺钉均匀拧紧后,即可保证端面与锥面全部接触,以使定心准确、刚度好。图1 车床夹具与机床主轴的连接过渡盘常作为车床附件备用,设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用夹具体的止口尺寸。过渡盘的材料通常为铸铁。各种车床主轴前端的结构尺寸,可查阅有关手册5.3夹具的设计由机械制造工艺系统的组成机床、工件、刀具和夹具可看出夹具在机械加工占有很重要的地位。尤其在成批生产时更是大量的采用机床夹具。它们是机床工件之间的联结装置,使工件相对于机床或刀具获得正确位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度,所以机床夹具设计是装配设计中一项重要的工作,是加工过程中最活跃的因素之一,是一种在金属切削机床上实现装夹任务的工艺装备,是机械加工工艺系统的一个重要组成部分8。机床上工件的安装方法,可归结为三种:直接找正法、划线找正法、夹具定位法。其中机床夹具又分为:通用夹具和专用夹具。在车床上使用夹具有三个目的:提高机床的生产率、保证产品质量和解决疑难工艺、扩大机床用途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。凡是直接承受定位基准的夹具零件,称为定位元件。使工件在夹具中定位用的定位元件,又叫支承。支承可分为主要支承和辅助支承。用来限制工件的全部自由度或其中的几个自由度,使工件在夹具中占有一定位置的定位元件,叫主要支承;在夹具中只用来加强工件定位时的稳定性及刚性的支承,叫辅助支承。夹具上的定位元件应满足:定位元件的工作表面需具有高度的耐磨性,以便长期保持夹具的定位精度;定位元件在夹具中的位置须使它们在磨损或损坏后,易于更换或修理,以节省修理夹具所需要的时间和费用,所以通常不允许直接利用夹具体作为定位元件;为了使定位元件的工作表面保持清洁,以便和工件定位基准接触良好,定位元件的工作表面尺寸应尽可能的小,更不必和工件的定位表面全部接触;为了使工件在加工时稳固可靠,定位元件的排列应使切削力和夹紧力落在支承点上或落在几个支承点的中间。在车床加工中,除了在角铁和花盘或特殊夹具上加工外,很少用平面定位加工,以下几种是以:平面定位所用的定位元件:钉头支承、板型支承、可调支承。工件以外圆柱面作为定位基准的定位元件:用V型块作为定位元件、用圆柱孔作为定位元件、使用定心夹紧装置(双爪卡盘、三爪卡盘、弹簧夹头)。工件以内孔作为定位基准的定位元件:定位销、心轴(整体式心轴、胀力心轴、组合心轴、球式心轴、自动夹紧心轴、盘形弹簧心轴、塑料心轴、橡胶心轴、花键心轴)工件以中心孔、端面外圆及端面内孔作为定位基准的定位元件:工件以中心孔作为定位基准用的顶针(前顶针、后顶针)、工件以端面外圆及端面内孔作为定位基准用的顶针(前顶针、后顶针)、传动装置(机心夹头、自动卡紧鸡心夹头、传动盘/拨盘、自动夹紧传动夹头、气压传动夹头)工件以螺纹作为定位基准(整体式螺纹定位、活动式螺纹定位)工件以曲型面作为定位基准工件以燕尾槽作为定位基准夹紧装置:工件在固定和夹紧时的装置,可用手动夹紧、机动夹紧、自动夹紧和液体塑料夹紧。手动夹紧指直接利用人力和扳手来操作的。机动夹紧指压缩空气和真空夹紧、液压传动夹紧和电磁夹紧等。自动夹紧指夹紧力(把工件压向夹具定位支承所使用的力)利用机床运动部分来自动操纵的。液体塑料夹紧指利用液体塑料的压力通过衬套薄壁的弹性变形把夹紧力传给工件。在车床上加工时,夹紧工件的方法一般有三种:装在顶针之间、装在心轴上和夹在夹头(或卡盘)内。常用夹紧装置的种类:简单的压板装置、螺旋压板装置、铰链式压板装置螺钉式夹紧装置、螺母式夹紧装置、气动夹紧装置工件在固定和夹紧时应注意事项:1.夹紧时必须保证不破坏工件的正确定位,并且有足够的稳固性。2.在与车床主轴中心线平行的定位元件上装夹工件时,夹紧时所需的力最好是从上向下。夹紧力的大小,必须保证加工过程中工件位置不发生变化,而且各作用点的夹紧力应力求均匀。通常(用平面定位时)压向主要基面的夹紧力要大一些,压向导向基面和支承基面的夹紧力要小一些。3.工件夹压部位和夹紧力的作用点,应尽量设置在夹具支撑面上,由支撑面直接承受或位于几个支承所组成的面积之内,不能压空,并应在工件刚度最大的部分,以免工件变形,影响加工精度和造成事故。4.夹紧力的作用点,应尽量设置在距切削力做用点和加工表面近些,这样可增加工件的刚性和稳定性,保证加工质量。5.夹紧时,夹紧机构必须保证不使夹具本身产生变形。6.夹紧力的方向对夹紧力的大小影响很大,应特别注意。如果夹紧力和切削力的方相一致,显然只需很小的夹紧力,工件在加工中也不会移动,所以应避免夹紧力和切削力方向相反的夹紧形式。7.夹紧机构在可靠的基础上,应结构简单、刚型好、操作方便、使用安全、便于制造和修理。8.夹紧机构的零件,最好与夹具体联系在一起,这样使用起来不但方便,同时免得丢失而影响工作。9.夹紧机构不能妨碍工件的装卸、加工、检查和测量等工作。10.夹紧机构的夹紧力,应具有调整的可能性,并且调整要方便。11.在一个夹具内,最好只有一种或不多与两种形式的夹紧机构,而且夹紧元件应尽量标准化、规格化和统一化。夹具的设计原则:1.要注意工件的形状及精度要求。2.夹紧力大小的决定及材料的选择。3.夹具在旋转时应保持平衡。4.操作要安全。5.要注意加工方式。6.安装次数要少。设计夹具的程序如下:1.分析研究加工的工件。研究部件的装配图,明了加工工件的性能和作用,以及与其它零件的相互关系;研究工件的工作图,明了工件的形状尺寸、加工表面、精度等级、几何精度、技术要求、材料牌号及其硬度等;研究工件的工艺要求,根据装配图和工作图,分析选用工件的定位基面。2.拟定夹具的类型和结构。研究工艺人员对夹具结构提出的特殊要求和技术问题;研究过去设计使用过的同类型夹具的结构,分析它们的优缺点,以改进夹具的设计;根据以选定的工件定位基面,拟定在夹具中的定位方法和结构形式;研究和确定工件的夹紧部位和夹紧方法,设计可靠的夹紧机构;研究和了解所选用的机床的规格、性能和精度等条件,以便确定夹具安装在机床上的位置及其相应的连接方法和固定方法;了解制造夹具的有关设备情况,以便确定夹具体和主要零件的工艺性和制造方法。3.绘制夹具的总图。首先画出工件的外部轮廓(用双点划线或红色铅笔来表示)以便确定夹具的有关尺寸。再画出工件加工的部位和加工余量(用交叉线来表示),以便确定刀具和辅助工具的尺寸和相对的工作位置;夹具的总图上应当具有23个投影图和必要的剖面图。按照这些图可以了解和判断出夹具的任何一个零件;夹具总图的正视图,应当是以夹具实际工作时在机床上的安装位置,或按工人的操作位置设计;在图上应注出所有适当公差的基面尺寸、座标尺寸、定位尺寸和夹具的外形尺寸,根据这些尺寸,可以作夹具的检查和测量;所有连接件和配合件,都应注出连接尺寸、配合尺寸和配合公差,以及几何形状的偏差;对夹具零件进行编号,并按厂内所规定的格式作出夹具的零件明细表,图纸应合乎国家标准的规定;在图上应当注出夹具的技术要求、定期检查的时间和周期。4.测绘夹具零件的工作图。根据夹具总图测绘出每一个零件的工作图(标准件可不绘);根据夹具的结构和工艺上的条件来决定零件的形状和注出全部尺寸、配合公差,允许的几何形状偏差、热处理以及其他技术要求;零件加工的表面光洁度一般与尺寸精度和几何精度有关,夹具零件最常用的是69。5.选用零件的材料。夹具零件一般选择用较好的材料制造,因此,必须注明零件所使用的材料牌号;根据夹具的结构和零件的工作情况,以及所起的作用,就能够确定对零件材料的基本要求,从而按材料的性能和工厂材料的供应情况来选用合适的材料;确定材料的热处理规范,以及应达到的硬度要求等,使零件具有相当的韧性和耐磨性。步骤:选择工件的定位基准决定工件的定位方法、定位元件选择夹紧装置考虑夹具与机床的连接方法解决夹具旋转时的平衡夹具的加工夹具的强度和刚度等。在金属切削机床上进行加工时,为了保证工件加工表面的尺寸,几何形状和相互位置的精度等要求,在加工方法确定之后,需要解决的问题之一是使工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置(即工件的定位)并把工件压紧夹牢,以保证这个确定了的位置在加工过程中稳定不变(即工件的夹紧)就是工件在上的正确安装。但由于工件形状比较复杂,加工内容多,精度要求较高,所以设计夹具时必须考虑到夹具本身的制造精度和定位的精度,并以方便高效的方式进行夹紧。由于壳体件结构复杂、壁薄较薄,夹紧力过大或夹紧力着力点不适当,都会使工件产生夹紧变形。在这种状态下加工,虽然工件“合格”,但加工后撤去夹紧力,工件便恢复原状,破坏了已加工好的精度,在壳体加工中,必须注意夹紧对工件加工精度的影响,采取有效措施保证加工精度。夹紧力作用点的选择应选择工件刚度较大的部位,并保证夹紧力作用于主要定位面上。例如,夹紧力施于壳体的较大的内孔表面;提高接触刚度 孔系加工时,应尽量提高壳体基准面与夹具定位元件的接触刚度。目前,最常见的夹紧方式有机械夹紧、液压夹紧、气压夹紧,其三种方法比较如下表:表2 机械夹紧、液压夹紧、气压夹紧三种方法的比较比较项目机械夹紧液压夹紧气压夹紧夹紧力较大最大中等动作快慢慢较慢较快环境要求一般较高适应性好构造一般复杂简单载荷变化影响没有有一些稍有远距离操纵短距离短距离中距离工作寿命一般一般长维护简单要求高一般价格一般稍贵便宜综上所述,机械夹没有紧载荷变化影响,适合短距离操作维护简单,是铝合金壳体加工件的理想夹紧方式。提高加工效率及方便加工,现决定采用硬质合金车刀对端面和内孔面进行加工。同时,为了减少价格,易于操作和更换,准备采用机械夹紧装置。 该机械夹紧装置夹具工作原理:带斜槽的双排模式卡爪自动定心装置,用在车床上按内孔将工件定心和夹紧。当拧紧螺母时,使导套1右移,依靠斜槽把左排3个卡爪张开;同时,螺栓带动导套2左移,依靠斜槽把右排3个卡爪张开,使工件自动夹定心和夹紧,并使两排的夹紧力相
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