快挡拨叉工艺设计及夹具设计-铣叉脚端面夹具
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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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In the fixture design of parts, mainly according to the requirement of machining process, the number of degrees of freedom analysis should limit, then according to the surface characteristics of components selected location element, then analyze the selected location components can be qualified shall be limited degrees of freedom. Determine the location element also need to select the clamping element, the last is to determine the structure of the special fixture.Keywords: cutter turntable parts; technology; fixture;目 录摘 要IIAbstractIII第1章 零件的分析11.1零件的作用11.2零件的工艺分析11.3零件的生产类型2第2章 确定毛坯的种类和制造方法32.1选择毛坯32.2确定机械加工余量32.3设计毛坯尺寸3第3章 拟定工艺路线53.1基准的选择53.2零件表面加工方法选择53.3工艺路线的拟定6第4章工序设计74.1选择加工设备与工艺装备74.2 确定工序尺寸84.3切削用量及基本时间确定9第5章 铣叉脚端面夹具的设计145.1 问题的提出145.2 夹具设计145.2.1 定位基准的选择145.2.2切削力和夹紧力计算155.2.3定位误差分析165.2.4夹具设计及操作的简要说明17总 结19参考文献20致 谢21第1章 零件的分析1.1零件的作用快挡拨叉在运输车的变速箱中,与操纵机构的其他零件结合,用它拨动滑动齿轮,实现倒车。14H9为配合面有较高精度。槽14H13为滑动拨动的配合表面。下拨叉为与滑动齿轮接触的表面。1.2零件的工艺分析该零件是叉架零件,形状不大规则,尺寸精度、形位精度要求不高,为大批量生产零件,其主要技术要求分析如下:其主要加工的有14H9表面粗糙度为Ra6.3um,是一个比较重要的孔,其轴线要保证与M直线度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主要是保证叉面能正确地安装在变速箱的倒档轴上,拨叉利用弹簧、滚珠在轴上进行定位,;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,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。1.3零件的生产类型 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。第2章 确定毛坯的种类和制造方法2.1选择毛坯由于零件的结构比较复杂,大批量生产,又是薄壁的中小型零件,所以采用砂型铸造,工件材料为KTH350-10。2.2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。 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401.72.3设计毛坯尺寸 快挡拨叉毛坯图尺寸(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402361.7第3章 拟定工艺路线3.1基准的选择 根据零件图纸及零件的使用情况分析,知14H9孔,槽宽,叉子面厚,叉子面与腹板的距离等均应通过正确的定位才能保证,故对基准的选择应予以分析。(1)粗基准的选择 按照粗基准的选择原则,为保证不加工表面和加工表面的位置要求,应选择不加工表面为粗基准,故此处选择5mm厚的腹板右侧为第一毛坯表面基准,在加工14H9孔时,为保证24mm的外圆表面为第二粗基准。(2)精基准的选择 ,各工序则以该孔为定位精基准,从靠近叉脚的24mm端面为轴向尺寸的定位基准不重合,这时需要进行尺寸链的换算。3.2零件表面加工方法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KTH350-10。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R15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8: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,采用钻孔即可达到要求。3.3工艺路线的拟定 (1)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。由于生产纲领为大批量生产,所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具,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。按照先加工基准面及先粗后精的原则,该零件的加工可按以下工艺路线进行。10、铸造15、热处理20、铣14H9孔端面25、钻扩铰14H9孔30、倒角14H9孔35、铣开档叉脚面T1,T2面40、铣开档40B1245、铣槽14H1350、钻855、去毛刺60、检验根据此工序安排,编出机械加工工艺路线卡及工序卡片。第4章工序设计4.1选择加工设备与工艺装备(1) 选择机床1-1工序4钻扩铰14H9孔、工序5倒角及工序8钻8,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。(2) 选择夹具本零件除了铣槽和钻小孔需要专用量具外,其它用通用量具即可。(3) 选择刀具 1-1工序3铣端面。镶齿三面刃铣刀。 1-2工序4钻扩铰14H9孔。选择莫氏锥柄麻花钻13 GB/T1438.1-1996。其直径为14mm,工作长度46mm 1-3工序4 14H9孔。选择14 GB/T 1141-1984。其直径为14mm,工作长度46mm,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。(4) 选择量具本零件为大批量生产,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钻扩铰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游标卡尺、塞规4.2 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50446Ra252. 钻扩铰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钻孔扩孔钻孔扩孔钻孔扩孔131Ra6.33. 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T1,T2面215Ra25T1,T2面2Ra12.5脚面1.60.4Ra12.5Ra6.314H13槽底面210Ra2514H13槽1.60.414.4Ra25Ra12.54.钻孔 加工表面工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度8孔88Ra254.3切削用量及基本时间确定1工序10切削用量:本工序为粗铣端面,已知加工材料为KTH350-10,表面淬火处理后HRC48-53。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。经计算得加工时间为57s。2 工序15、20切削用量:钻,扩,铰H9mm孔2.1确定钻14mm孔的切削用量。所选刀具为莫氏锥柄麻花钻确定切削用量=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基本时间确定钻孔的基本时间=确定扩14H9孔的基本时间=总时间为30s。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。 加工用时为:180s 铣脚面和开挡各90s。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。加工时间为:120.s。5 、工序8 本工序为钻8,并锪平12。确定钻8孔的切削用量。所选刀具为直柄麻花钻 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。加工用时99s。第5章 铣叉脚端面夹具的设计设计工序:铣叉脚端面夹具的设计5.1 问题的提出本夹具要用于铣叉脚端面夹具的设计夹具精度等级为IT12级,粗糙度为12.5。本道工序只精铣一下即达到各要求,因此,在本道工序加工时,我们应首先考虑保证铣叉脚端面的设计夹具设计的各加工精度,如何提高生产效率,降低劳动强度。5.2 夹具设计5.2.1 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理,否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理,或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度(特别是位置精度)要求。因此我们应该根据零件图的技术要求,从保证零件的加工精度要求出发,合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求,也没有较高的平行度和对称度要求,所以我们应考虑如何提高劳动效率,降低劳动强度,提高加工精度。14的孔和其两端面都已加工好,为了使定位误差减小,选择已加工好的14孔和其端面作为定位精基准,来设计本道工序的夹具,以两销和两已加工好的14孔的端面作为定位夹具。 为了提高加工效率,缩短辅助时间,决定用简单的螺母作为夹紧机构。5.2.2切削力和夹紧力计算(1)刀具: YG6铣刀机床: 卧式铣床X62 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中: 修正系数 z=24 代入上式,可得 F=889.4N 因在计算切削力时,须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中:为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 (2)夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数,取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉: 公称直径d=20mm,材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限: 极限应力幅:许用应力幅:螺钉的强度校核:螺钉的许用切应力为 s=2.54 取s=4 得 满足要求 经校核: 满足强度要求,夹具安全可靠, 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧,调节夹紧力调节装置,即可指定可靠的夹紧力5.2.3定位误差分析(1)定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为一平面和一定位销,孔与销间隙配合。 (2) 工件的工序基准为孔心,当工件孔径为最大,定位销的孔径为最小时,孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工,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,一挡销定位,工件始终靠近定位销的一面,而挡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。5.2.4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避免干涉。应使夹具结构简单,便于操作,降低成本。提高夹具性价比。本道工序为镗床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为精镗切削余量小,切削力小,所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大,故使用手动夹紧。为了提高生产力,使用快速螺旋夹紧机构。总 结快挡拨叉的加工工艺及夹具设计,主要是对快挡拨叉的加工工艺和夹具进行设计。快挡拨叉的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线,机械加工余量和切削用量、基本工时的确定,夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本设计中工件的加工工艺路线正确合理,夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的,能保证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题,如出现工艺路线的不合理,甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时,因定位基准选择不合理,出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小,尺寸等不合理,而达不到夹紧的目的,也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转。不过在指导老师的悉心认真的指导下,经过两个月自身的不断努力,这些问题都一一解决。在这个过程中,对机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解,增强了对本专业综合知识运用的能力,使我对专业知识、技能有了进一步的提高,为以后从事专业技术的工作打下基础。通过这次课程设计使我感到要设计一个夹具的不易,也感到团队合作的重要性,在这次课程设计中遇到了不少的问题,但在老师和同学的帮助之下一一解决。在这里我要感谢老师和同学对我的帮助。课程设计中我学到了 不少,不仅把以前的知识进一步巩固,还从中学到很多的新知识,使我受益匪浅。毕竟是课程设计,由于自己能力有限,在此之中肯定有很多的不足之处,希望老师给予指点。参考文献1.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.上海科学技术出版社.1979。2. 李洪.机械加工工艺师手册.机械工业出版社,1990。3. 东北重型机械学院.机床夹具设计手册.上海科学技术出版社,1979。4. 机械工程基础与通用标准实用丛书编委会.形状和位置公差.中国计划出版社,2004。5. 淘济贤等.机床夹具设计.北京:机械工业出版社,1986。6. 李洪.机械加工工艺师手册.北京:机械工业出版社,1990。7. 机械设计手册编委会.机械设计手册卷4.:机械工业出版社,1998。8. 贺光谊等.画法几何及机械制图.重庆大学出版社,1994。9. 丁骏一.典型零件制造工艺.机械工业出版社,1989。10.孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导.冶金工业出版社,2002。11.上海金属切削技术协会.金属切削手册.上海科学技术出版社,1984。21致 谢本次课程设计综合了大学里所学的专业知识,是理论与实际相结合的一次考验。通过这次设计,我的综合运用知识的能力有了很大的提高,尤其是看图、绘图、设计能力,为我今后的工作打下了良好的基础。在此过程中,我进一步加深了对课本知识的理解,进一步了解了零件的工艺以及夹具设计过程,收获颇丰。本次设计是在XX老师的悉心指导和帮助下完成的。我的机械工艺知识有限,在设计中常常碰到问题,是老师不厌其烦的指导,不断的点拔迷津,提供相关资料,才使其顺利完成。耐心的讲解,使我如沐春风。不仅如此,老师严谨的治学态度和高尚的敬业情操深深打动了我。在此,我向表示最真诚的感谢。同时,感谢同组同学的支持和帮助,使我更好的完成课程设计。
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