常州机电优秀机械毕业设计-拨叉成组车夹具设计(含全套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。机 械 加 工 工 序 卡 (一) 工序名称工序简图粗铣工序号常州机电职业技术学院第1页20共6页产品名称零件名称零件图号拨叉拨叉机床名称机床型号冷却液铣床X52K毛坯材料 工 时 定时结束时间毛坯尺寸辅助时间夹具名称铣夹具基本时间夹具编号单件时间5mm每台产品零件数1工时定额上工序切削下工序车 序号工序内容转数r/min切削速度m/min进给速度mm/r/min刀 具辅助工具量具名称编号名称编号名称编号1粗铣叉口一侧端面铣刀量规234机 械 加 工 工 序 卡 (一) 工序名称工序简图精铣工序号常州机电职业技术学院第2页30共6页产品名称零件名称零件图号拨叉拨叉机床名称机床型号冷却液铣床X52K毛坯材料 工 时 定时结束时间毛坯尺寸辅助时间夹具名称铣夹具基本时间夹具编号单件时间5mm每台产品零件数1工时定额上工序切削下工序车 序号工序内容转数r/min切削速度m/min进给速度mm/r/min刀 具辅助工具量具名称编号名称编号名称编号1精铣叉口一侧端面铣刀量规234机 械 加 工 工 序 卡 (一) 工序名称工序简图钻、扩、铰工序号常州机电职业技术学院第3页40共6页产品名称零件名称零件图号拨叉拨叉机床名称机床型号冷却液钻床Z525毛坯材料 工 时 定时结束时间毛坯尺寸辅助时间夹具名称钻夹具基本时间夹具编号单件时间5mm每台产品零件数1工时定额上工序切削下工序车 序号工序内容转数r/min切削速度m/min进给速度mm/r/min刀 具辅助工具量具名称编号名称编号名称编号1钻、扩、铰19孔钻头量规234机 械 加 工 工 序 卡 (一) 工序名称工序简图粗精车工序号常州机电职业技术学院第4页50共6页产品名称零件名称零件图号拨叉拨叉机床名称机床型号冷却液车床CA6140毛坯材料 工 时 定时结束时间毛坯尺寸辅助时间夹具名称车夹具基本时间夹具编号单件时间5mm每台产品零件数1工时定额上工序切削下工序车 序号工序内容转数r/min切削速度m/min进给速度mm/r/min刀 具辅助工具量具名称编号名称编号名称编号1粗精车19孔端面车刀量规234机 械 加 工 工 序 卡 (一) 工序名称工序简图粗精车工序号常州机电职业技术学院第5页60共6页产品名称零件名称零件图号拨叉拨叉机床名称机床型号冷却液车床CA6140毛坯材料 工 时 定时结束时间毛坯尺寸辅助时间夹具名称车夹具基本时间夹具编号单件时间5mm每台产品零件数1工时定额上工序切削下工序车 序号工序内容转数r/min切削速度m/min进给速度mm/r/min刀 具辅助工具量具名称编号名称编号名称编号1粗精车19孔另外端面车刀量规234机 械 加 工 工 序 卡 (一) 工序名称工序简图铣工序号常州机电职业技术学院第6页70共6页产品名称零件名称零件图号拨叉拨叉机床名称机床型号冷却液铣床X52K毛坯材料 工 时 定时结束时间毛坯尺寸辅助时间夹具名称铣夹具基本时间夹具编号单件时间5mm每台产品零件数1工时定额上工序切削下工序车 序号工序内容转数r/min切削速度m/min进给速度mm/r/min刀 具辅助工具量具名称编号名称编号名称编号1铣叉口50宽度铣刀量规234购买后包含有CAD图纸和论文,咨询Q401339828 常州机电职业技术学院毕业设计(论文)作 者: 学 号: 系 部: 专 业: 题 目: 拨叉成组车夹具设计 指导者:评阅者:2014年05月毕业设计(论文)中文摘要制造业是国家发展与社会进步的基础,而工艺制造将是未来面对普通消费者的主要的机械制造产品,而随着国家的发展人民生活水平的提高,人们对加工产品的需求和要求必定变的更多,所以我们有必要对加工零件的设计与加工投入更多的精力。而我将在毕业后前往一家以机械生产为主的企业工作,所以了解机械中零件的加工工艺特点及工艺工装设计是非常必要的。为了更好的进行此次毕业设计我在校图书馆与辽宁省图书馆借阅了许多资料,其中对设计帮助比较大的有侯家驹编的汽车制造工艺学,张耀宸编的机械加工工艺设计实用手册,杨黎明主编的机床夹具设计手册,现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编的现代机械制造工艺装备标准应用手册等许多图书。本设计是基于车床拨叉零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。零件的主要加工表面是平面和孔系。由于本人水平有限,经验不足,设计中必定有许多错误的地方,还请各位老师批评,指正。关键词 车床拨叉类零件;工艺;夹具;毕业设计(论文)外文摘要Title: Fork group lathe fixture design Abstract:The manufacturing industry is the foundation for national development and social progress, and manufacturing process will be coming face to face with ordinary consumers the main mechanical manufacturing products, and with the improvement of national development and peoples living standard, peoples requirements for the processing of product will become more, so I have necessary for parts design and processing into more energy. And I will go to a mechanical manufacturing enterprises to work, so it is necessary to understand the machining process characteristics and process design of mechanical parts.In order to better the graduation design I in the school library and Liaoning Province Library to borrow a lot of data, of which the design help relatively large Jiaju Hou Bian the automobile manufacturing technology , Zhang Yaochen series the machining process design practical handbook, Yang Liming editor in chief of machine fixture design handbook, the modern machinery manufacturing technology and equipment standards for application of manual editorial will compile the modern machinery manufacturing process equipment standard application handbook many books.The design is based on the lathe fork parts of the processing technology and some of the special fixture design. The main processing surface of the part is the plane and the hole. Because of my limited level, lack of experience, there must be many mistakes in the design, but also please the teacher criticism, correction.Keywords:fork group;technology; fixture;25目 录1 前言11.1简介11.2设计目的12 零件的分析12.1零件的作用12.2零件的工艺分析22.2.1孔的加工22.2.2面的加工23 工艺规划设计33.1毛坯的制造形式33.2基面的选择33.2.1粗基准的选择33.2.2精基准的选择33.3工艺路线的拟定33.3.1工艺路线方案33.3.2工艺方案的确定43.4毛坯尺寸及其加工余量的确定43.4.1两侧面毛坯尺寸及加工余量计算43.4.2小头孔毛坯尺寸及加工余量计算53.5确定各工序切削用量及基本工时54 拨叉成组车夹具134.1 车床夹具设计要求说明134.2车床夹具的设计要点134.3 定位机构154.4夹紧机构154.5零件的车床夹具的加工误差分析154.6 确定夹具体结构尺寸和总体结构164.7 零件的车床专用夹具简单使用说明175 本章小结18总 结19参考文献20致 谢211 前言1.1简介机械制造技术基础课程设计是我们学完了大学全部基础课,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有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,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。本次课程设计内容包括零件的分析,工艺路线的制定,工艺规划设计,某道工序的夹具设计以及该道工序的工序卡,机械加工综合卡片,夹具装配图以及夹具底座零件图的绘制等等。就我个人而言,希望能通过这次课程设计对未来即将从事的工作进行一次适应性的训练,从中锻炼自己分析问题,解决问题的能力,并学会将所学到的理论知识应用到具体的实际生产问题中来,为以后走向社会打下坚实的基础。由于能力有限,设计尚有许多不足之处,恳请老师批评指正。1.2设计目的机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础课程进行了生产实习之后的一个重要的实践教学环节。学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力,为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识,进行零件加工工艺规程的设计。其目的如下:培养学生解决机械加工工艺问题的能力。通过课程设计,熟练运用机械技术基础课程中的基本理论及在生产实习中学到的实践知识,正确地解决一个零件在加工中定位、加紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题,保证零件的加工质量,初步具备设计一个中等复杂程度零件的能力。培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。进一步培养学生识图、制图、运用和编写技术文件等基本技能。2 零件的分析2.1零件的作用 该零件为典型的杆类零件,而且为连杆类。因此,其主要的要素包括两侧面,1孔。另外,还有其它辅助要素:通过19mm孔连接即该拔叉的作用是实现运动的传递作用。2.2零件的工艺分析该拔叉的加工表面分三种,主要是孔的加工,两侧面的加工各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求,特别是孔的加工,几乎都要保证Ra3.2um的表面粗糙度,因而需精加工,现将主要加工面分述如下:2.2.1孔的加工该零件共有1个孔要加工:19mm孔是零件的主要加工面,多组面,通过两孔中心连线及对两侧对称面,没有位置尺寸度要求。2.2.2面的加工该零件共有2个侧面要加工:两个侧面是配合19mm孔后续工序的主要精基准面,需要精加工。3 工艺规划设计3.1毛坯的制造形式零件材料为HT200,根据选择毛坯应考虑的因素,该零件体积较小,形状较复杂,外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求,由于零件生产类型为成批,大批生产,而砂型铸造生产成本低,设备简单,故本零件毛坯采用铸造。3.2基面的选择基面选择是工艺规划设计中的重要工作之一,基准选择的正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得到提高,否则,不但使加工工艺过程中的问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。3.2.1粗基准的选择粗基准选择应为后续加工提供精基准,由于两侧面较平整且加工精度较高,故以2个主要侧面为基准。3.2.2精基准的选择精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便,该零件上重要表面是大头孔19H8,由于其与底面有垂直度关系,所以底面自然成为精基准面,考虑到第二基准面选择的方便性,将其精度由原来的该定位基准组合在后续孔的加工中,以及孔上径向孔的加工中都将作为精基准面。3.3工艺路线的拟定拟定工艺路线的内容除选择定位基准外,还要选择各加工表面的加工方法,安排工序的先后顺序,确定加工设备,工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度,尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证,成批生产还应考虑采用组合机床,专用夹具,工序集中,以提高效率,还应考虑加工的经济性,以便使生产成本尽量下降。3.3.1工艺路线方案10铸造铸造时效处理20粗铣粗铣叉口一侧端面30精铣精铣叉口一侧端面40钻、扩、铰钻、扩、铰19孔40粗精车粗精车19孔端面50粗精车粗精车19孔另外端面60铣铣叉口50宽度70入库入库、组装入库3.3.2工艺方案的确定10铸造铸造时效处理20粗铣粗铣叉口一侧端面30精铣精铣叉口一侧端面40钻、扩、铰钻、扩、铰19孔40粗精车粗精车19孔端面50粗精车粗精车19孔另外端面60铣铣叉口50宽度70入库入库、组装入库3.4毛坯尺寸及其加工余量的确定拔叉零件材料为HT200,毛坯重量约为1.56kg,生产类型为中批或大批生产,采用普通模锻生产。查表确定加工余量:普通模锻,材料为HT200钢,分模线平直对称,材质系数M1,复杂系数=1.56/1.80.87,为S1级,厚度为26mm,普通级,查的上下偏差分别为+1.4和-0.63.4.1两侧面毛坯尺寸及加工余量计算根据工序要求,两侧面经过四道工序,先粗铣端面B,再粗铣端面A,精铣端面B,最后精铣端面A,各步余量如下:粗铣:由机械加工工艺手册第一卷表3.2-23,其余量值规定,零件厚度大于6mm到30mm,宽度小于100mm,其加工余量为1.0mm。精铣:由机械加工工艺手册第一卷表3.2-25,其余量值规定,零件厚度大于6mm到30mm,宽度小于100mm,其加工余量为0.5mm。精铣后尺寸与零件尺寸相同,但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级,现按机械加工工艺手册表5.29,粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。3.4.2小头孔毛坯尺寸及加工余量计算毛坯的名义尺寸:190.83.218mm;毛坯的最大尺寸:181.419.4mm;毛坯的最小尺寸:180.417.6mm;粗镗小头孔后的最大尺寸:183.20.40.2121.81 mm;粗镗小头孔后的最小尺寸:183.21.419.8 mm。精铣后尺寸与零件尺寸相同,但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级,现按机械加工工艺手册表5.29,粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。3.5确定各工序切削用量及基本工时工序20:粗精铣叉口一侧端面(1)粗精铣叉口一侧端面取背吃到量,选用X52型立式铣床 ,每齿进给量工件材料 HT200 ,铸造 ,高速钢镶齿铣刀、 齿数 ,查表5.8确定铣削速度 采用X52立式铣床 ,查表3.6,取转速 , 故实际铣削速度当工作台每分钟进给 为由工艺手册得工序30:粗精铣叉口一侧端面取背吃到量,选用X52型立式铣床 ,每齿进给量工件材料 HT200 ,铸造 ,高速钢镶齿铣刀、 齿数 ,查表5.8确定铣削速度 采用X52立式铣床 ,查表3.6,取转速 , 故实际铣削速度当工作台每分钟进给 为由工艺手册得工序40:钻、扩、铰19孔(1)钻孔切屑用量:钻、扩、铰19孔先钻18孔 取背吃刀量,由参考文献2可查出,根据z525立式钻床,取进给量,切屑速度:,则修正后的切屑速度,即查参考文献2表3.17,取,故实际切屑速度为。切屑用时:=10mm, 故, (2)扩孔切屑用量:取背吃刀量,由参考文献2可查出,根据z525立式钻床,取进给量,切屑速度:,则修正后的切屑速度,即,查参考文献2表3.17,取,故实际切屑速度为。切屑用时:=10mm, 故, (3)铰孔切屑用量:取背吃刀量,由参考文献2可查出,根据z525立式钻床,取进给量,切屑速度:,则修正后的切屑速度,即,查参考文献2表3.17,取,故实际切屑速度为。切屑用时:=10mm, 故,。工序50 粗精车19孔端面所选刀具为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C6021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,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 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 (3-12) =120 (3-13)根据CA6140车床说明书选择 =125这时实际切削速度为: = (3-14).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 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:=1.25,=,=,=工序50 粗精车19孔另外端面所选刀具为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C6021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,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 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 (3-12) =120 (3-13)根据CA6140车床说明书选择 =125这时实际切削速度为: = (3-14).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 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:=1.25,=,=,=工序60:铣铣叉口50宽度 每齿进给量 查表X52 故实际铣削速度 当 ,工作台每分钟进给量 4 拨叉成组车夹具4.1 车床夹具设计要求说明车床夹具主要用于加工19孔另外端面。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。4.2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4.3 定位机构由零件图分析孔F的加工要求,必须保证孔轴向和径向的加工尺寸,得出,夹具必须限制工件的六个自由度,才可以达到加工要求。先设计夹具模型如下:选择定位元件为:支承板,支撑钉,定位销,上下盖板。支撑板限制了X,Y,Z方向的移动自由度,X,Y方向的转动自由度,支撑钉限制了Z方向的转动自由度。可见,定位方案选择合理。4.4夹紧机构选择工件的夹紧方案,夹紧方案的选择原则是夹得稳,夹得劳,夹得快。选择夹紧机构时,要合理确定夹紧力的三要素:大小、方向、作用点。夹紧装置的基本要求如下:2、 夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置;3、 夹紧力要适当,既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不震动,又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形。4、 夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力。5、 机构应尽量简单,制造、维修要方便。分析零件加工要素的性质,确定夹紧动力源类型为手动夹紧,夹紧装置为压板,压紧力来源为螺旋力。夹具的具体结构与参数见夹具装配图和零件图。4.5零件的车床夹具的加工误差分析工件在车床夹具上加工时,加工误差的大小受工件在夹具上的定位误差、夹具误差、夹具在主轴上的安装误差和加工方法误差的影响。如夹具图所示,在夹具上加工时,尺寸的加工误差的影响因素如下所述:(1)定位误差由于C面既是工序基准,又是定位基准,基准不重合误差为零。工件在夹具上定位时,定位基准与限位基准是重合的,基准位移误差为零。因此,尺寸的定位误差等于零。(2)夹具误差夹具误差为限位基面与轴线间的距离误差,以及限位基面相对安装基面C的平行度误差是0.01.(3)安装误差因为夹具和主轴是莫氏锥度配合,夹具的安装误差几乎可以忽略不计。(4)加工方法误差如车床主轴上安装夹具基准与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、车床溜板进给方向与主轴轴线的平行度或垂直度等。它的大小取决于机床的制造精度、夹具的悬伸长度和离心力的大小等因素。一般取=/3=0.05/3=0.017mm零件的车床夹具总加工误差是: 精度储备:故此方案可行。4.6 确定夹具体结构尺寸和总体结构夹具体设计的基本要求(1)应有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面,如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面,应有适当的尺寸精度和形状精度,它们之间应有适当的位置精度。为使夹具体的尺寸保持稳定,铸造夹具体要进行时效处理,焊接和锻造夹具体要进行退火处理。(2)应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动,夹具体应有足够的壁厚,刚性不足处可适当增设加强筋。(3)应有良好的结构工艺性和使用性夹具体一般外形尺寸较大,结构比较复杂,而且各表面间的相互位置精度要求高,因此应特别注意其结构工艺性,应做到装卸工件方便,夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下,应尽量能减轻重量,缩小体积,力求简单。(4)应便于排除切屑在机械加工过程中,切屑会不断地积聚在夹具体周围,如不及时排除,切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度,切屑的抛甩可能缠绕定位元件,也会破坏定位精度,甚至发生安全事故。因此,对于加工过程中切屑产生不多的情况,可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间:对于加工过程中切削产生较多的情况,一般应在夹具体上设置排屑槽。(5)在机床上的安装应稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时,夹具的重心应尽量低,支承面积应足够大,安装基面应有较高的配合精度,保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空,大型夹具还应设置吊环或起重孔。确定夹具体的结构尺寸,然后绘制夹具总图。详见绘制的夹具装配图。4.7 零件的车床专用夹具简单使用说明(1)夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便,悬臂尺寸要短,重心尽可能靠近主轴。(2)当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时,将产生较大的离心力和振动,影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产,特别是在转速较高的情况下影响更大。因此,对于重量不对称的夹具,要有平衡要求。平衡的方法有两种:设置平衡块或加工减重孔。在工厂实际生产中,常用适配的方法进行夹具的平衡工作。(3)为了保证安全,夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此,还应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题,必要时应该加防护罩。5 本章小结如前所述,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。本道工序为铣床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为铣余量小,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 结本次课程设计是在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性复习,是一次对我们所学的专业基础知识的掌握情况的重要考察和检验,更是培养我们理论联系实际,分析并解决问题能力的重要内容和阶段。使我更好的掌握了CAD和PROE制图软件。这次课程设计,其设计图主要用CAD制图软件完成。自我感觉尚有很多不足和错误,首先,在设计夹具装配件时过于匆忙,装配拔叉时放在了左手边,不符合工人正常劳作习惯;其次是课程设计前准备工作没做好,在图书馆很多资料和文献都没能借到(早已借空了),在借阅同学的相关资料时没有时间认真琢磨和分析相关信息和数据;最后就是课程设计说明书的编写过于匆忙,时间很紧,很多文字和标准,公式,数据,计算上的错误没有时间一一改正(确实,在打这篇文稿,发现了很多错误和缺憾)。课程设计,是一个系统性、知识点广泛的学习过程。通过这样一个系统性的学习和结合,使自己把学过的知识联系起来,运用到各个方面上去。同时,广泛地运用设计手册及各种参考资料,学会了在实际中运用工具书,和独立完成每一步查找工作;整个零件的加工过程是和其他同学分工完成的,集中体现了团队精神,合作分工能很好的提高办事效率!在这次设计中培养了我独立分工合作的能力!为以后出身社会的工作打下基础!参考文献1、徐洪本 机床夹具设计手册辽宁科技大学出版社2004.32、邓文英等金属工艺学高等教育出版社2008.43、付风岚等公差与检测技术科学出版社2006.94、王先逵等机械加工工艺手册机械工业出版社2007.95、陈宏钧金属切削速算手册机械工业出版社2007.9致 谢在毕业设计即将结束之际我向所有帮助过我的老师和同学说一声,谢谢!我想没有他们的帮助,毕业设计就会做得很困难。这次毕业设计是在老师悉心指导下完成的。XX老师以其渊博的学识、严谨的治学风范、高度的责任感使我受益非浅。在做设计的过程中也遇到了不少的问题,XX老师给了我许多关怀和帮助,并且随时询问我毕业设计的进展情况、细心的指导我们,也经常打电话或者发电子邮件过来指导我的设计。在论文工作中,得到了机电学院有关领导和老师的帮助与支持,在此表示衷心的感谢。最后,在即将完成毕业设计之时,我再次感谢对我指导、关心和帮助过老师、领导及同学。谢谢了!
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