I倒挡拨叉工艺及钻8.7mm孔夹具设计[I倒档拨叉]【CAD高清图纸全套】
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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。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8.7mm孔H9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- 8.7mm孔 -2.1确定钻13mm孔的切削用量。- 8.7mm孔 -2.2确定扩8.7mm孔H9孔的切削用量。- 8.7mm孔 -2.3基本时间- 8.7mm孔 -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 - 20 -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、8.7mm孔H13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8.7mm孔H9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8.7mm孔H9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8.7mm孔H13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8.7mm孔H13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/T648.7mm孔-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/T648.7mm孔-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/T648.7mm孔)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61.58.7mm孔H13槽面尺寸8.7mm孔1.6槽底面8.7mm孔1.6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62101.58.7mm孔H13槽面尺寸8.7mm孔2101.6槽底面8.7mm孔2121.6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8.7mm孔H9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8.7mm孔H9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)8.7mm孔H9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8.7mm孔H13: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8.7mm孔H13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,采用钻孔即可达到要求。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钻孔钻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钻孔钻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8.7mm孔H9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8.7mm孔H9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/T8.7mm孔38.1-1996。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8.7mm孔H9孔。选择8.7mm孔 GB/T 18.7mm孔1-1984。其直径为8.7mm孔mm,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、8.7mm孔H9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8.7mm孔H9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131Ra6.3(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1.60.4Ra12.5Ra6.38.7mm孔H13槽底面210Ra258.7mm孔H13槽1.60.48.7mm孔.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8.7mm孔H9。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=58.7mm孔.19r/min,故取n=545r/min,此时v=22.26m/min。2.2确定扩8.7mm孔H9孔的切削用量。所选刀具为8.7mm孔 GB/T 18.7mm孔1-1984,其直径为8.7mm孔mm,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8.7mm孔H9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。并设计工序钻孔8.7mm孔。两夹具将分别用于Z525立式钻床,刀具为高速麻花钻。(一)问题的提出本夹具主要用来钻孔8.7mm孔,在加工时应保证和8.7mm孔孔的垂直度要求。此外,在本工序加工时还应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。(二)夹具设计1、定位基准选择由零件图可知, ,相对于8.7mm孔孔有0.15的垂直度要求,为使定位误差为零,应该选择孔中心为定位基准保证该垂直度。2、切削力及夹紧力计算根据切削手册查得,。根据简明手册表4.2-36查得,取:,故实际切削速度: 当时,工作台每分钟进给量应为:查说明书,取计算切削基本工时:因此,3、夹具设计及操作的简要说明如前所述,在设计夹具时,应该考虑提高劳动生产率。为此,设计采用了快换装置。拆卸时,松开夹紧螺母扣,拔下固定V型块,实现工件的快换。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
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