I倒挡拨叉 倒档拔叉零件铣叉脚侧面夹具设计
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外文翻译译文题目 一种自动化夹具设计方法 原稿题目A Clamping Design Approach for Automated Fixture Design 原稿出处 Int J Adv Manuf Technol (2001)18:784789一种自动化夹具设计方法塞西尔美国,拉斯克鲁塞斯,新墨西哥州立大学,工业工程系,虚拟企业工程实验室(VEEL)在这片论文里,描述了一种新的计算机辅助夹具设计方法。对于一个给定的工件,这种夹具设计方法包含了识别加紧表面和夹紧位置点。通过使用一种定位设计方法去夹紧和支撑工件,并且当机器正在运行的时候,可以根据刀具来正确定位工件。该论文还给出了自动化夹具设计的详细步骤。几何推理技术被用来确定可行的夹紧面和位置。要识别所完成工件和定位点就还需要一些输入量包括CAD模型的技术要求、特征。关键词:夹紧;夹具设计1. 动机和目标夹具设计是连接设计与制造间的一项重要任务。自动化夹具设计和计算机辅助夹具设计开发(夹具CAD)是下一代制造系统成功实现目标的关键。在这片论文里,讨论了一种夹具设计的方法,这种方法有利于在目前环境下夹具设计的自动化。夹具设计方法的研究已成为国内多家科研工作的重点。作者:周在1中对工件的稳定和总需求约束了双重标准,突出重点的工作。在夹具设计中广泛的运用了人工智能(AI)以及专家系统。部分CAD模型几何信息也被用于夹具设计。Bidanda 4描述了一个基于规则的专家系统,以确定回转体零件的定位和夹紧。夹紧机制同时用于执行定位和夹紧功能。其他研究者(如DeVor等,5,6)分析了切削力钻井机械和建筑模型及其他金属切削加工。康有为等在2中定义了装配约束建模的模块化与夹具元件之间的空间关系。一些研究人员采用模块化夹具设计原则,用以生成2,7-11,另一些夹具设计工作者已经报告了1,3,9,12-23。可以在21,24中找到夹具设计相关的大量的审查工作。在第二节中,对夹具设计任务中各种步骤进行了概述。在第3节和第四节中描述了工件的加工过程,要夹紧工件表面,否则将面临工件的全面自动测定。第5节讨论了对工件的夹紧点的测定。2. 夹具设计的整体方法在本节中,描述了整体夹紧的设计方法。通常对较理想的位置的那一部分进行夹紧,并减低切削力的影响。夹紧的位置和夹具设计中定位的位置是高度相关的。通常,夹紧和定位可以通过同样的方法来完成。但是,不明白这两个是夹具设计中不同的方面,可能导致夹具设计的失败。多数人的在规划过程中首先解决定位问题,这样可以使开发的定位与设计的定位相契合。不过,整体定位及设计方法不在本文讨论范文内。除了零件的设计(为此夹具设计有待开发),公差规格,过程序列,定位点和设计等因素外,还应投入CAD模型到夹具设计方法中。这样的夹具可以夹紧并支撑定位器。指导使用的主要内容应尽量不抵制切割或加工过程和中所涉及的操作。相反,应定位夹具,使切削力在正确的方向,这将有助于保持在一个特定的部分加工操作安全。通过引导对定位器的切割力量,部分(或工件)被固定,固定定位点,因此不能移动的定位器。在这里讨论的夹具的设计方法必须在整体夹具设计方法的范围内。在此之前进行定位器/支撑和夹具设计的初步阶段,涉及到的分析和识别的功能、相关的公差和其他规范是必要的。根据初步的评估和测定,定位/支撑设计与夹具设计结果的在此基础上可以同时进行。本文对所描述夹具设计的方法讨论基于定位器/支撑设计与先前已经确定的假设(包括适当的定位和支持测定一个工件的定位,以及识别和夹具,如V元素的支持面块,基础板,定位销等)。 (1) 夹具设计的输入输入包括对特定产品的设计翼边模型,公差信息,提取的特征,过程顺序和部分在给定的每一个设计的相关特性的加工方向,面向的位置和定位装置,以及加工过程中的各种工序,须出示每个相应的功能。(2)夹具设计的方法图一是自动化夹具设计主要步骤总结图。对这些步骤概述如下:第1步:设置配置清单以及相关的进程_功能条目。第2步:确定方向和夹紧力。输入必要的加工方向向量mdv1,mdv2mdvn,面对nvs的支持力,并确定法向量。如果加工方向向下(对应的方向向量0,0,-1),和面的支持向量平行于加工方向,那么,夹紧力方向平行向下加工方向0,0,-1。如果必需要侧面夹紧并没有可夹紧的地方,那么在其中放置一个夹具夹紧下调,然后边钳方向计算如下。让sv和tv辅助常规的向量代替次要的和三级定位孔。然后,使用夹紧机构夹紧一个方向,例如,av应平行于这两个法向量,即,正常向量应分别与每块表面的sv和tv向量平行。侧面夹紧面应该是一对分别平行于面sv和tv的平面孔。第三步:从列表中选出最大有效加工力。这样能够有效的平衡各加工力。第四步:利用计算出的最高有效加工力,才能确定用来支撑工件加工的面积的夹具尺寸(例如,一个带夹子可以作为一个夹紧机构使用)。第五步:确定给定工件的夹紧面。这一步在第4步中所述过。第六步:该夹具的夹紧面的实际位置自动在第5节中确定。考虑接下来的步骤并返回第一步。3. 判断夹具尺寸在这项工作中所用到的夹具都来自一个系列。夹具的原理与图二相同。在这一节里,描述了一个自动化夹具。锁模力所需的有关螺杆的螺纹装置大小或保存到位钳。夹紧力平衡加工工件使工件保持恰当的位置。让锁模力为W和螺杆直径为D。各种螺丝夹紧力大小,可以按以下方式确定:最初,极限拉伸强度(抗拉强度)和该夹具的材料(供应情况而定)可以从数据检索库检索。各种材料有不同的拉伸强度。该夹具材料的选择,也可直接采用启发式规则进行。例如,如果部分材料是低碳钢,那么钳材料可低碳钢或机器钢。为了确定设计应力,抗拉强度值应除以安全系数(如4或5)。根区的螺丝格A1(如一个螺丝钳)可以被确定:锁模力/设计应力。随后,螺栓截面全面积可以计算为等于格A1 /(65),(因为螺丝的地方可能会发生根切面积约为65螺栓的总面积) 。螺钉的直径D可以被确定等同于(D2的3.14 / 4)。另一项涉及可用于方程有关的宽度B,高度H和跨度的钳L的螺丝直径为D(B,H和L可以为不同的值计算D):d2 =4/3 BH2/L.4. 判断夹紧表面确定夹具经常出现的相关参数包括了产品的CAD模型,提取的特征信息,特征尺寸,定位面和定位器的选择。考虑所有潜在的加紧面,如图3。最关键的是夹紧表面不应重叠或与该面相交,如图4所示。夹紧面积是与工件表面(或PCF)接触的是一个二维轮廓线段组成的(见图6)。利用线段相交测试,可以测定在给定的光子晶体光纤的任何范围内是否可能有接触面夹紧面重叠。夹紧面的确定可以如下所示:第1步:鉴别平行于二级和三级定位面(lf1和lf2)是分别到lf1和tcj最远的距离的面。如下所示:(一)鉴别面tci,tcj,使面tci和 tcj平行lf1和tcj平行lf2。(二)在TCF中列出面对tci的面。(三)通过检查所有TCF中面对tci的面,确定的面对tci和tcj的面是到lf1和lf2分别最远的面,并舍弃所有其他TCF中的面。 第2步:鉴别平行面的位置,除了不相邻的附加面。最好是选择一个不与其他定位面垂直相邻的面。这一步如下所示:(a) 考虑TCF列表中的tci面,获得与每个tci面垂直或相邻的面然后,在FCF列表中插入每个fci面。(b) 检查每个FCI面,并执行以下测试:如果FCI是相邻、垂直于lf1或lf2,然后从列表中舍弃它并插入NTCF列表中。第3步:确定加紧面都在有效的加紧面上,如下所述夹紧面:例1:如果没有条目在列表NTCF中,就使用TCF中的面并继续执行步骤4。如果任何面发现,垂直于第二,第三位置的面孔lf1和lf2,这将要面临的是下次选择可行的夹具。在这种情况下,唯一剩下的选择是重新审视在列表NTCF的面。例2:如果列表中NTCF条目数为1时,可行夹紧面为FCI。与TCI的法向量垂直相邻的相应轴是夹紧轴。例3:如果在列表NTCF项数大于1,确定最大的TCI加紧面再进行步骤4。例4::夹紧力的方向可以是1,0,0或0,1,0,可以夹紧TCI面的中心位置。在其他几何位置可确定使用零件几何形状和拓扑信息,这在下一节中描述。5. 判断夹紧表面上的夹紧点确定夹紧面后,必须确定实际夹紧位置。输入夹具侧面积,沿着x,Y,Z和潜在的夹紧面CF方向。容下使用CF几何获得夹具侧面积:第一步是确定一个箱体的大小,这是用来测试它是否包含在它里面的任何部分。相交测试也可以在前面介绍的方法使用。如果相交测试返回一个负的结果,那么有部分箱体与夹具相交,如图4所示。如果相交测试返回一个正的结果,可以执行下列步骤:1 划分成更小的矩形大小条(1 W)夹框轮廓(图5和图6)。2 执行指定与功能配置文件出现在CF面的零件设计的相交测试。3 没有功能相交的条形区域,都是可行夹紧区域。如果有一个以上的长方形候选 面,矩形配置文件,向中沿轴夹紧CF面点的是夹紧配置文件(夹点)。如果没有发现配置文件,夹具宽度可减少一半,夹具数可以增加两个。使用这些修改过的夹具尺寸,执行前面描述的特征相交测试。如果此测试也失败了,那么可以用相邻的面作为夹紧面用于执行端夹紧。这面可以重复进行PCF和功能相交测试。:5.1试验曲线的交点输入需要的二维轮廓P1、P2,使用下列方法可以自动确定该配置文件的交集。每一个输入的资料组成一个封闭环。此配置文件测试的步骤如下:(T1) 考虑P1线段中的L(i,1)和P2线段中的L(2,j)。(T2) 采用L(i,1)线段和L(2,j)线段的相交段。如果边缘相交测试返回一个正值,那么特征面和潜在面相交。如果它返回一个负值,继续执行步骤3。(T3)重复与步骤(T1)相同的部分或者缓慢走过其余P1中的(Li,1)段直到P2中的 (L2, j+1) till j =n1段。 (T4) 其余部分边和P1中的L12、L13到L1n段重复(T1)和(T2)步骤。如果特征面与夹紧面重复,线相交测试将决定该事件。相交的边可以进行自动检测两个面是否相互交叉。输入所需的边L12连接 (x1, y1) 和 (x2, y2)和L34连接 (x3, y3) 和(x4, y4)。L12型方程的可表示为:F(x,y) =0 (1)L34型方程的可表示为:H(x,y) =0 (2). 第一步:使用等式(1)计算R3 =F(x3, y3),用X和Y取代X3和Y3;计算R4 =F(x4, y4),用X和Y取代X4和Y4。 第二步:如果R3和R4都与0不相等,但R3与R4结果相同(R1与R2在相同的一边),则边L12与L34不相交。如果这样不满足条件,那么进行第三步。第三步:使用等式(2)计算R1 =H(x1, y1)。接着,计算R2 =G(x2, y2)再进行第四步。第四步:如果R1与R2都不等于0,且R1与R2的结果相同,那么把R1与R2放在相同的一边并输入不相交。如果,这个也不满足条件,那么进行第五步。 第五步:给定相交线段。这样就完成了测试。考虑如图7所示的一部分样品。将要生产一个盲孔。起初,完成定位设计。定位器的(或主要定位器)是一个基盘(放在F4面)和二级和三级定位器面临F6和F5(对应到定位面lf1和lf2在第4节中讨论)。一个辅助定位器也被使用,这是一个V型块(对F3和F5面辅助定位),如图8所示。在前面讨论的夹具设计方法中所述的步骤的基础上,候选面孔(这是平行的,并在从lf1和lf2最遥远的距离)是面对F3和F5面。没有面孔,这是平行到定位面,但他们不相邻。在这种情况下使用的优先权规则(如步骤3第4步讨论),剩余的候选面面对的是F2面。夹具方向向下的V型块径向定位器和其他与对工件夹紧底面提供所需位置。根据第五步选择夹具的位置。如果没有功能发生在面F2上,那么也没有必要进行相交测试确定夹具优美加紧。夹具位置应远离V型定位器(这是辅助定位位置)的夹紧面毗邻辅助定位面(这确保了更好的快速夹紧)。最终位置和夹具的设计如图8所示。本文讨论的方法,毫不逊色于其他夹具设计文献中讨论的方法。本文所讨论的方法的独特性是零件的夹紧面的几何形状,拓扑和功能发生了被加工为基础的系统鉴定。其他方法都没有利用了定位器的位置,该方法使用定位器在对持有一级,二级和三级定位器加工的工件。这种方法的另一个好处是在可行的候选面上确定在面上用夹具面交点测试(如前所述),并迅速和有效地确定潜在的下游过程中可能出现问题,夹紧和加工的功能检测。6. 总结在这篇论文中,对在一个夹具设计方法的总体框架内进行了夹具设计方面的讨论。设计定位器,规范零件设计,和其他相关被用来确定夹紧面和夹紧方向。并讨论了各种自动化步骤。机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共13页第 1页车间工序号工序名材料牌号10粗铣拔叉头左右两端面ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床2夹具编号夹具名称切削液专用夹具描图工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数1粗铣A面Ra25,控制尺寸50mm端铣刀、游标卡尺、专用夹具16040.20.231底图号2粗铣B面Ra25,控制尺寸端铣刀、游标卡尺、专用夹具16040.20.231设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共13页第 2页车间工序号工序名材料牌号20钻孔、铰孔ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式钻床1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称描图工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数描校1钻孔mm,倒角C1,至A面46mm,复合钻头、游标卡尺19.220.154.512粗铰mm,Ra12.5锥柄机用铰刀23.620.82.41底图号3精铰mm,Ra6.3 锥柄机用铰刀0.50.11设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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描图机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共13页第 3页车间工序号工序名材料牌号30粗铣拨叉头侧面ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数底图号1粗铣拔叉头侧面,控制尺寸高速钢套式面铣刀、游标卡尺38050.000.1531设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共 13页第 4页车间工序号工序名材料牌号40粗车拔叉脚槽底内表面ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备型号同时加工件数卧式车床4夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称描图工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数1粗车B面,控制尺寸端面车刀、游标卡尺3150227.490.431描校2粗车C面,控制尺寸端面车刀、游标卡尺240075.40.4713粗车A面,控制尺寸端面车刀、游标卡尺3150227.490.431底图号4粗车D面,控制尺寸端面车刀、游标卡尺240075.40.471设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共 13页第5页车间工序号工序名材料牌号50铣叉爪口内表面ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床2夹具编号夹具名称切削液专用夹具描图工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数1粗铣内圆,控制尺寸端面铣刀、卡尺220069.10.131底图号2粗铣外圆,控制尺寸端面铣刀、卡尺200062.80.161设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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描图机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共13页第 6页车间工序号工序名材料牌号60粗铣叉爪口内表面侧面ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数底图号1粗铣叉爪口内表面侧面,控制尺寸端面铣刀、游标卡尺188059.00.1531设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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描图机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共13页第 7页车间工序号工序名材料牌号70粗铣操纵槽内侧面ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数底图号1粗车操纵槽内侧面,分别控制尺寸键槽铣刀、卡规、深度游标卡尺1306.120.1531设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共 13页第 8页车间工序号工序名材料牌号80粗铣槽底部分内表面内侧两端面ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床2夹具编号夹具名称切削液专用夹具描图工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数1粗铣A面,控制尺寸端面铣刀、游标卡尺10243.220.131底图号2粗铣B面,控制尺寸端面铣刀、游标卡尺10243.220.131设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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描图机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共13页第 9页车间工序号工序名材料牌号90钻孔ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式钻床1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数底图号1钻孔、倒圆复合钻头、卡尺、塞规1403.820.1531设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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描图机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共13页第10页车间工序号工序名材料牌号100钻孔ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式钻床1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数底图号1钻孔麻花钻、游标卡尺1405.280.1531设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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描图机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共13页第12页车间工序号工序名材料牌号110磨削拨叉角内表面ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数平面磨床1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数底图号1磨削拔叉角内表面砂轮、游标卡尺224070.330.1531设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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描图机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共13 页第 13页车间工序号工序名材料牌号120磨削拨叉头孔ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数内圆磨床1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数底图号1磨削拔叉头孔砂轮、游标卡尺28010.560.1531设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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描图机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒挡拔叉共13页第 14页车间工序号工序名材料牌号130磨削销钉孔ZG310-570毛坯种类毛坯外形尺寸每坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数内圆磨床1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称描校工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数底图号1磨削销钉孔砂轮、游标卡尺2807.650.1531设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号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加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称 零件名称倒档拨叉零件 共1页第1页材 料 牌 号毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯件数每 台 件 数备 注 工序号工序名称 工序目的 车 间 工 段设 备工 艺 装 备 工 时 准终 单件1毛坯退火消除内应力改善机械加工性能2车端面得到相应精度的平整表面车床3钻孔拉孔拉孔精度最高钻床和拉床4车端面和倒角得到相应的结构车床5粗铣脚面使表面平整铣床6精铣开档得到高精度开档铣床7铣槽得到相应的结构铣床8钻孔得到相应的结构钻床9精铣脚面达到要求精度铣床 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期) 标记更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期目 录一、序言- 2 -二、零件的工艺分析及生产类型的确定- 2 -1 零件的作用- 2 -2 零件的工艺分析- 2 -3 零件的生产类型- 3 -三、毛坯的选择与设计- 4 -1 选择毛坯- 4 -2 确定机械加工余量- 4 -3 设计毛坯图- 5 -四、加工方法和工艺路线的设计- 6 -1 定位基准的选择- 6 -(1)粗基准的选择- 6 -(2)精基准的选择- 7 -2 零件表面加工方法的选择- 7 -3 制订工艺路线- 8 -五、工序设计- 10 -1 选择加工设备与工艺装备- 10 -(1)选择机床- 10 -(3)选择量具- 11 -2 确定工序尺寸- 11 -(1)24端面加工余量- 11 -(2)钻13、扩14H9孔- 12 -(3)面加工余量- 12 -(3)钻孔- 13 -六、确定切削用量及基本时间- 13 -1工序3- 13 -2 工序4- 14 -2.1确定钻13mm孔的切削用量。- 14 -2.2确定扩14H9孔的切削用量。- 14 -2.3基本时间- 14 -3工序6- 15 -3.1确定铣开挡底面圆柱面R15的切削用量- 15 -3.2 确定铣开挡底面圆柱面R19的切削用量- 15 -3.3确定开挡脚面的切削用量- 16 -4工序7- 16 -5 、工序8- 17 -七、夹具设计- 17 -八、设计小结- 18 -九、参考资料- 19 - 24 -一、 序言机械制造技术基础设计是在学完了机械制造基础和大部分专业课,并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践教学环节。这次设计我们能综合运用机械制造基础中的基本理论,并结合生产实习中学到的实践知识,独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题,在老师和同学的帮助下,我还对夹具,机床,刀具的的结构和工作原理有了更深的了解,不知不觉中我的图纸分析、结构设计能力都得到了提高,为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。 在结束了机械制造基础及有关的学习后,通过本次的设计使我们所学的知识得到了巩固和加深,并培养了我们学会全面综合地运用所学知识,去分析和解决机械制造中的问题的能力。由于能力有限,经验不足,设计中还有许多不足之处,希望老师多加指教。二、零件的工艺分析及生产类型的确定1 零件的作用 题目所给的零件为倒挡拨叉,是与操纵机构零件结合用与拨动滑动齿轮实现输出轴的倒转。故对配合面、14H13槽以及下拨叉有精度要求。2 零件的工艺分析通过对该零件图的重新绘制,知原图样的试图正确、完整,尺寸、公差及技术要求齐全。从零件图上看,该零件是典型的叉架类零件,结构比较复杂,形位精度要求不算高。为大批量生产的铸件。其主要加工的有14H9表面粗糙度为Ra6.3um,其轴轴要保证直线度M级0.03;斜脚面尺寸要求公差尺寸为-0.48到0;开挡公差尺寸为0.1到0.2,表面粗糙度为Ra6.3um并保证与14H9轴线的垂直度为0.25;R19面粗糙度为Ra12.5um,表面要求淬火处理,硬度要求为4853HRC;下爪总长公差尺寸为-1到0;后脚面公差尺寸为0到0.52,前面到轴线尺寸18的公差尺寸为0.2;孔8.7公差尺寸为0到0.09,其轴线到开挡前脚面的尺寸41.5的公差尺寸为0.15,孔深32公差尺寸为-1到0;拨叉尺寸要求较高,两内表面归于孔8.7的对称度为0.4,内表面表面粗糙度为Ra12.5,内表面满足配合14H13公差尺寸为0到0.27,其槽底部分允许呈R3max圆角或2最大长为3的倒角;孔8.7还需锪平直径为12;孔24端面、开挡内R15面、孔8.7内表面以及槽14H13底面表面粗糙度为Ra25一般的加工都可获得。通过分析该零件,其布局合理,虽结构复杂,但加工要求比较容易保证,我们通过专用夹具可保证其加工要求,整个图面清晰,尺寸完整合理,能够完整表达物体的形状和大小,符合要求。3 零件的生产类型依设计题目,结合生产实际可知该零件的生产纲领零件是大批量生产的铸件。三、毛坯的选择与设计1 选择毛坯 该零件材料为ZG310-570,属于批量生产,而且零件的结构复杂,采用铸件成型。2 确定机械加工余量 铸件的尺寸公差按GB/T6414-1999确定,机械加工余量按GB/T11351-89确定,材料为ZG310-570。由于是大批量且形状复杂的零件,所以毛坯选择砂型铸造。根据GB/T6414-1999查表得尺寸公差CT为8-12级。加工余量等级为FH。所以,可取CT=9级。查表(GB/T6414)查出各表面的公差数值。零件尺寸公差CT端面462脚面圆柱面151.6脚面圆柱面191.7两脚面尺寸61.514H13槽面尺寸141.6槽底面141.6叉脚开挡尺寸231.73 设计毛坯图 拨叉毛坯图尺寸(单位:mm)零件表面总余量毛坯尺寸公差CT端面462502脚面圆柱面152131.6脚面圆柱面192171.7两脚面尺寸62101.514H13槽面尺寸142101.6槽底面142121.6叉脚开挡尺寸232191.7下图为该零件的毛坯图(具体尺寸请看毛坯图):四、加工方法和工艺路线的设计1 定位基准的选择 (1)粗基准的选择工件在加工第一道或最初几道工序时,一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准,这个是粗基准,该零件选用肋板6的左端面作为粗基准来加工14H9孔。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则,以及当零件有不加工表面应该以这些不加工表面做粗基准的原则,在以后的工序中,则使用经过加工的表面作为定位基准,加工14H9孔,保证其轴线的直线度,并作为以后工序的定位基准,这个基准就是精基准。(2)精基准的选择在选精基准时采用有基准重合,基准统一。这样定位比较简单可靠,为以后加工重要表面做好准备。2 零件表面加工方法的选择本零件的加工面有内孔、倒角、槽、下底面、圆环面等,材料为ZG310-570。以公差等级和表面粗糙度要求,参考有关资料,其加工方法选择如下。(1)24端面:表面粗糙度为Ra25um,可选粗铣即可满足要求。(2)14H9孔:公差等级为9级,表面粗糙度为Ra6.3um,公差尺寸0到0.043,根据GB/T1800.3-1998规定其公差等级按IT9,可以先钻后扩孔来满足要求。(3)开挡15内圆柱面:表面粗糙度为Ra25um,未标注公差等级,故粗铣即可满足要求。(4)脚面:表面粗糙度Ra6.3um,加工方法可采用粗铣即可达到要求。(4)开挡:表面粗糙度为Ra12.5um,加工方法可采用粗铣即可达到要求。(5)槽14H13:表面粗糙度为Ra12.5um,公差等级13,加工方法可采用粗铣即可达到要求。(6)槽14H13底面:表面粗糙度为Ra25um,加工方法可采用粗铣即可达到要求。(7)孔:表面粗糙度Ra25um,公差尺寸为0到0.1,根据GB1800-79规定其公差等级按IT11,采用车孔即可达到要求。3 制订工艺路线 工艺路线的拟定为保证达到零件的几何形状,尺寸精度、位置精度及各项技术要求,必须制定合理的工艺路线。由于生产纲领为成批生产所采用的通用机床配以专用加工夹具,并考虑工序集中以提高生产率和减少机床数量,使生产成本下降。现有工艺路线如下:工艺路线一工艺路线二精铸退火精铸退火工序工序铣端面车孔车孔粗铣脚面扩孔铣端面倒角扩孔粗铣脚面倒角铣开挡铣开挡铣槽铣槽车孔车孔精铣脚面方案的比较选择:方案2先铣脚面虽然满足了先面后孔的原则,但是对于后面工序的基准选定却不够方便,所以不合理,根据根据经济性级工序内容的简便性可选择方案一,并制定出详细的工序内容。毛坯为精铸件,拿到毛坯后应该先退火处理下,消除掉铸件在铸造过程中产生的内应力及误差。并在毛坯车间调整好毛坯的机械性能以达到技术要求,然后送到机械加工车间加工,具体工序如下:铸造热处理铣端面钻13孔、扩14H9孔倒角铣脚面、开挡铣槽钻8.7去毛刺检验根据工序安排编出机械加工工序卡,共6张。五、工序设计1 选择加工设备与工艺装备(1)选择机床1-1工序4钻13孔、扩14H9孔、工序5倒角及工序8钻8.7,工步不多,选用立式钻床就能满足要求,本零件外廓尺寸不大,选用Z525立式钻床。1-2工序3、6、7是粗铣和精铣,各工序的工步数不多,成批生产不要求很高的生产率,故选用卧式铣床就能满足要求,选用X62卧式铣床即可。选择刀具(参考指南)1-1工序3铣端面1-2工序4钻13孔。选择莫氏锥柄麻花钻13 GB/T1438.1-1996。其直径为13mm,工作长度101mm,莫氏锥度为1号,总长182mm。1-3工序4扩14H9孔。选择14 GB/T 1141-1984。其直径为14mm,工作长度108mm,莫氏锥度为1号,总长189mm。1-4工序5倒角。1-5工序3、6、7都是铣。铣刀按表5-105选镶齿三面刃铣刀,直径为100,孔径d=27,齿数z=12。1-6工序8钻8.7孔。孔径为8.7mm无通用刀具,故可制造专用刀具,方便制造及经济效益,可做成直柄麻花钻。(3)选择量具本零件为中批量生产,一般尽可能采用通用量具,根据表面精度、尺寸和形状等要求,参考有关手册资料,选择量具如下表:工序工序名称量具3铣端面游标卡尺、粗糙块4钻13孔扩、14H9孔游标卡尺、塞规5倒角游标卡尺6铣脚面、开挡游标卡尺、粗糙块7铣槽游标卡尺、粗糙块8钻8.7游标卡尺、塞规2 确定工序尺寸(1)24端面加工余量加工表面工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗铣粗铣粗铣端面50446Ra25(2)钻13、扩14H9孔加工表面工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度钻扩孔车孔扩孔车孔扩孔车孔扩孔131Ra6.3(3)面加工余量加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗铣精铣粗铣精铣粗铣精铣R15圆柱面2 15Ra25R19圆柱面2Ra12.5脚面1.60.4Ra12.5Ra6.314H13槽底面210Ra2514H13槽1.60.414.4Ra25Ra12.5(3)钻孔 加工表面工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度孔8.7Ra25六、确定切削用量及基本时间1工序3切削用量:本工序为粗车端面,已知加工材料为ZG310-570,表面淬火处理后HRC40-50。确定粗铣端面的切削用量。所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=2mm,查表得进给量f =0.2mm/z,又X62铣床主轴转速30-1500 r/min,精度要求不高,选择n=150r/min。由前面可知刀具直径为100mm,则切削速度为。校核机床功率: 参考公式其中 d=100mm z=12 n=150/60r/s kpm=1,解得kw7.5kw ,故可用。2 工序4切削用量:本工序为钻13mm、扩14H9。2.1确定钻13mm孔的切削用量。所选刀具为莫氏锥柄麻花钻,其直径为13mm,工作长度101mm,莫氏锥度为1号,总长182mm。 确定切削用量=13/2=6.5mm,查表得进给量f =0.28mm/r,切削速度v =21m/min。则主轴转速n=514.19r/min,故取n=545r/min,此时v=22.26m/min。2.2确定扩14H9孔的切削用量。所选刀具为14 GB/T 1141-1984,其直径为14mm,工作长度108mm,莫氏锥度为1号,总长189mm。 确定切削用量=1/2=0.5mm,查表得进给量f =0.45mm/r,切削速度v =60m/min。则主轴转速n=1364.19r/min,故取n=960r/min,此时v=42.2m/min。 2.3基本时间确定钻13mm孔的基本时间=确定扩14H9孔的基本时间=3工序6 切削用量:本工序是铣脚面、开挡,先粗铣,后半精铣。3.1确定铣开挡底面圆柱面R15的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=2mm,查表得进给量f =0.2mm/z,又X62铣床主轴转速30-1500 r/min,精度要求不高(Ra=25um),选择n=150r/min。由前面可知刀具直径为100mm,则切削速度为。校核机床功率: 参考公式 其中 d=100mm z=12 n=150/60r/s kpm=1,解得kw7.5kw ,故可用。3.2 确定铣开挡底面圆柱面R19的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=2mm,查表得进给量f =0.2mm/z,又X62铣床主轴转速30-1500 r/min,精度要求不高(Ra=12.5um),选择n=200r/min。由前面可知刀具直径为100mm,则切削速度为。校核机床功率: 参考公式 其中 d=100mm z=12 n=200/60r/s kpm=1,解得kw7.5kw ,故可用。 3.3确定开挡脚面的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=4mm,查表得进给量f =0.2mm/z,又X62铣床主轴转速30-1500 r/min,精度要求较高(Ra=6.3um及有垂直度要求),选择n=250r/min。由前面可知刀具直径为100mm,则切削速度为。校核机床功率: 参考公式 其中 d=100mm z=12 n=250/60r/s kpm=1,解得kw7.5kw ,故可用。4工序7本工序为铣槽,先粗铣槽底,再铣槽。4.1确定槽底面的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=2mm,查表得进给量f =0.2mm/z,又X62铣床主轴转速30-1500 r/min,精度要求不高(Ra=25um),选择n=150r/min。由前面可知刀具直径为100mm,则切削速度为。校核机床功率: 参考公式 其中 d=100mm z=12 n=150/60r/s kpm=1,解得kw7.5kw ,故可用。4.2确定槽的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=4mm,查表得进给量f =0.2mm/z,又X62铣床主轴转速30-1500 r/min,精度要求较高(Ra=12.5um且对称度为0.4),选择n=220r/min。由前面可知刀具直径为100mm,则切削速度为。校核机床功率: 参考公式 其中 d=100mm z=12 n=220/60r/s kpm=1,解得kw7.5kw ,故可用。5 、工序8 本工序为钻8.7,并锪平12。确定钻8.7孔的切削用量。所选刀具为直柄麻花钻,其直径为8.7mm,工作长度80mm,总长122mm。 确定切削用量=8.7/2=4.35mm,查表得进给量f =0.49mm/r,切削速度v =27m/min。则主轴转速n=987.8r/min,故取n=960r/min,此时v=26.24m/min。七、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。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。下面即为铣床夹具铣叉脚侧面的专用夹具,本夹具将用于X52K立式铣床。7.1设计要求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。7.2夹具设计7.2.1 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。7.2.2 切削力及夹紧力的计算7.3 夹具的夹紧装置和定位装置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。在这次夹具设计中,定位是采用一根心轴和一个定位插销来定位水平方向的。在垂直方向,用两个同心半圆环来定位。当被加工零件放到夹具体同心圆环上后,用定位插销把夹具上的钻模板和零件通过先加工的孔进行定位,把压板压紧,之后取出定位插销。刀具:铣刀。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: 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。7.4定位误差的分析制造误差ZZ (1)中心线对定位件中心线位置精度. 取.(2)同轴度误差(查表P297)故,则.知此方案可行。7.5 确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求(1)应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面,如安装接触位置,安装表面的刀块夹紧安装特定的,足够的精度,之间的位置精度稳定夹具体,夹具体应该采用铸造,时效处理,退火等处理方式。(2)应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹紧力,切削力等外力变形和振动是不允许的,夹具应有足够的厚度,刚度可以适当加固。(3)结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观,更复杂的结构,之间的相互位置精度与每个表面的要求高,所以应特别注意结构的过程中,应处理的工件,夹具,维修方便。再满足功能性要求(刚度和强度)前提下,应能减小体积减轻重量,结构应该简单。(4)应便于铁屑去除在加工过程中,该铁屑将继续在夹在积累,如果不及时清除,切削热的积累会破坏夹具定位精度,铁屑投掷可能绕组定位元件,也会破坏的定位精度,甚至发生事故。因此,在这个过程中的铁屑不多,可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间:对切削过程中产生更多的,一般应在夹具体上面。(5)安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心,夹具应尽可能低,支撑面积应足够大,以安装精度要高,以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的,识别特定的文件夹结构,然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。加工过程中,夹具必承受大的夹紧力切削力,产生冲击和振动,夹具的形状,取决于夹具布局和夹具和连接,在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具,积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠,所以夹具设计,必须考虑结构应便于铁屑。此外,夹点技术,经济的具体结构和操作、安装方便等特点,在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具,切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠,所以夹具设计,必须考虑结构应便排出铁屑。7.6 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。八、设计小结 机械制造技术基础设计是我们在学完了大学的全部基础课,专业基础课以及专业课后进行的。这是进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节,也是在进行毕业设计之前对所学的各科一次深入的综合性总复习,和一次理论联系实际的训练。因此,它在我们的大学四年生活中占有重要的地位。 就我个人而言,我希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练,希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ,为以后的工作打下良好的基础.由于能力有限、时间有限,设计尚有很多不足之处,希望各位老师给予指导 九、参考资料1机械制造技术基础设计指南 秦凯主编 化学工业出版社2机床夹具设计手册 王光斗 王春福主编 上海科学技术出版社3机械制造技术基础 吉卫喜 高等教育出版社4机床夹具设计手册 上海科学技术出版社
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