变速叉零件的机械加工工艺及钻Φ12通孔夹具设计[含cad高清图纸文档资料所见所得]
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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。专业课程设计说明书设计题目 变速叉零件的机械加工工艺规程与夹具设计设 计 者 指导教师 台州学院机电与建筑工程学院2008年9月21日 专业课程设计任务书题目: 变速叉零件的机械加工工艺规程与夹具设计原始图纸(见附页)生产类型:中批或大批生产设计内容:1、零件图 1张2、毛坯图 1张3、机械加工工艺过程卡 1份4、机械加工工序卡 1份5、夹具装配图 1套6、夹具零件图 若干7、课程设计说明书 1份班 级 05机械自动化(2)姓 名 学 号 指导教师 目录前言(4)一、零件的分析(4)(一)零件的作用(4)(二)零件的工艺分析(4)二、工艺规程的设计(4)(一)确定毛坯的制造形式 (4)(二)基准的选择(4)(三)工艺路线的拟定及工艺方案的分析(4)(四)机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定(5)(五)各工序的定位夹紧方案及切削用量的选择(7)(六)各工序基本工时(10)三、专用夹具的设计(10)(一)设计思想与设计方案的比较;(10)(二)定位分析与定位误差的计算;(10)(三)对刀与导引装置设计;(10)(四)夹紧机构设计与夹紧力计算;(11)(五)夹具操作动作说明。(11)四、总结(13)五、主要参考文献(14)前言 机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、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学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。 本课题是变速叉的机械加工工艺规程的编制及工艺装备的设计,需进行专用夹具的设计与装配。生产纲领为中批及大批量生产。就我个人而言,我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指导。一、零件的分析(一)零件的作用 变速叉主要用于调节各种机器的速度档位。(二)零件的工艺分析变速叉共有两组加工表面,它们之间有一定的位置要求。现分述如下:(1)第一个加工表面为轴外圆,此主要加工孔12。(2)第二个加工表面为孔12,以孔12定位来加工个端面及铣槽和钻小孔8。 二、工艺规程的设计(一)确定毛坯的制造形式零件的材料为ZG45。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构又比较简单,故选择铸件毛坯。(二)基准的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证,生产率得以提高。否则,加工工艺过程中回问题百出,更有甚者,还会造成零件的大批报废,是生产无法正常进行。(1)粗基准的选择。对于零件而言,尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则,现选取12孔的不加工外轮廓表面作为粗基准,利用V形块限制4个自由度,再以支承块限制1个自由度,挡销限制最后1个自由度,达到完全定位,进行钻孔。(2)精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复。(三)工艺路线的拟订及工艺方案的分析制定工艺路线得出发点,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,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。1.工艺路线方案一:工序1:铸造毛胚并清洗。工序2:退火。工序3:油漆。工序4:钻绞12孔。工序5:铣两端面,保证总长;粗铣7的两端面及侧面;粗铣19的两端面。工序6:精铣7的两端面及侧面;精铣床19的两侧面;工序7:粗铣19的顶端;粗铣13.5槽;精铣13.5槽。工序8:划线8及3孔的中心线。工序9:钻绞8及3孔。工序10:粗磨7的两侧面;精磨7的两侧面。工序11:去毛刺,倒角,清理。工序12:检验入库。2.工艺路线方案二:工序1:铸造毛胚并清洗。工序2:退火。工序3:油漆。工序4:铣两端面,保证总长;粗铣7的两端面及侧面;粗铣19的两端面。工序5:钻绞12孔。工序6:精铣7的两端面及侧面;精铣床19的两侧面;工序7:粗铣19的顶端;粗铣13.5槽;精铣13.5槽。工序8:划线8及3孔的中心线。工序9:钻绞8及3孔。工序10:粗磨7的两侧面;精磨7的两侧面。工序11:去毛刺,倒角,清理。工序12:检验入库。3.工艺方案的比较与分析。两个方案的工序虽都为十二道,但是考虑到方案一中4、5、6工序都是在铣床上加工,集中在一起,可以使效率更快。而且先加工孔12在以孔12定位加工7的两侧面,这时的位置精度较易保证,因此选用方案一。以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡片。(四)机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定变速叉零件材料为ZG45,硬度207241HBS,毛皮重量约为1.5kg,生产类型大批量,铸造毛坯。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如下:1.内孔12。毛坯为实心,不冲孔。工序尺寸加工余量:钻孔:2Z=0.3mm。铰孔:2Z=0.1mm。精铰:2Z=0mm。2.各端面的工序加工余量1)外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差(23端面)。查机械制造工艺设计简明手册(以下称工艺手册)表2.22.5,取23端面长度余量均为2(均为双边加工)。铣削加工余量为:粗铣:2Z=0mm。2)19的顶端。铣削加工余量为:粗铣:2Z=0mm。3)19的两侧5.5mm。铣削加工余量为:粗铣:2Z=0mm。4)7的两端76.4mm。铣削加工余量为:粗铣:2Z=1.2 mm。精铣:2Z=0mm。5)7的两侧7mm。铣削加工余量为:粗铣:2Z=1.6 mm。精铣:2Z=0.6mm。磨削加工余量:粗磨:2Z=0.1mm。精磨:2Z=0mm。6)孔8:钻孔:2Z=0.2mm。绞孔:2Z=0mm。7)孔3:钻孔:2Z=0.1mm。绞孔:2Z=0mm。3.其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产,应该采用调整加工。因此在计算最大最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。最后的毛坯图如下: (五)各工序的定位夹紧方案及切削用量的选择1.各工序的定位夹紧方案:各工序的定位夹紧方式见各工序图。工序4:钻绞12孔。工序5:铣两端面,保证总长;粗铣7的两端面及侧面;粗铣19的两端面工序7:粗铣19的顶端;粗铣13.5槽;精铣13.5槽工序10:粗磨7的两侧面;精磨7的两侧面2.切削用量的选择:切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项。确定方法是先确定切削深度、进给量,再确定切削速度。由于各工序对切削用量的选择都大致相同,所以本人只认真地分析了一道工序,其他工序不再赘述。2.1 工序4:钻绞12孔。本工序采用计算法确定切削用量。加工条件:1.工件材料:ZG45,铸造2.加工要求:钻绞12(0.0450.105),表面粗糙度值Ra 为5。3.机床:Z525立式钻床。4.刀具:直柄麻花钻和直柄机用绞刀 。根据切削用量简明手册,由于Z525机床的中心高为250(切削用量简明手册表4.2-14),根据表3.1-5,钻刀几何形状为L=142,l=94,d=11.8。根据表3.1-16,绞刀几何形状为d=11.8,L=142,l=41。(1)确定切削深度ap ap=12/2=6mm(2)确定进给量f 根据切削用量简明手册及Z525机床进给量(机械制造工艺设计简明手册4.2-16),选择f=0.17/r。(3)选择车刀磨钝标准及耐用度根据切削用量简明手册表2.12,选择车刀后刀面最大磨损量为0.8,耐用度T=15min。(4)确定切削速度 根据切削用量简明手册表2.13 v=17m/min ,n=1082r/min。选择主轴实际完成转速。(六)各工序基本工时基本时间Tj是指直接用于改变工件的尺寸、形状和表面质量等所消耗的时间。它包括刀具的趋近、切入、切削和切出等时间。基本时间又称机动时间。由于各工序对基本工时的选择都大致相同,所以本人只认真地分析了一道工序,此工序即为(五)中的工序4,其他工序不再赘述。确定钻绞12的基本时间 根据机械制造工艺设计简明手册,钻孔基本时间为 Tj=L/(fn)=(l+l+l)/(fn)式中 l=83.5mm l=(D-d)/2xctgKr+(12) D=12mm,d=11.8mm, Kr=90 l1=2mm,l2=l3=0 f=0.17mm/r n=18r/s i=1则 Tj=27.9s三、专用夹具的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。经过与指导老师协商,决定设计第4道工序钻12孔的钻床专用夹具。本夹具将用于Z525立式钻床。刀具为麻花钻。(一)设计思想与设计方案的比较;1.本夹具主要用来钻12孔。因此,在本道工序加工时,主要应考虑如何用较简单的夹具体来满足这较复杂的结构以提高劳动生产率,降低劳动强度。使用的方案:用一个支承块和V形块及挡销来定位和夹紧外圆柱面。(二)定位分析与定位误差的计算;1.定位元件尺寸及公差的确定。根据零件外圆尺寸23以及机床夹具设计手册(第三版)表2-2-27得:V形块的规格及主要尺寸为N=24mm,D=23mm,B=37mm,L=45mm,T=48mm,T公差为0.0450.105。2.定位误差的计算。由于所设计的工序基准和定位基准重合,此时B=0,只有基准位移误差,故影响工序尺寸的定位误差为:D=Y=d/(2 x sin) 其中d0.105-0.045=0.06mm。D=0.085mm。 (三)对刀与导引装置设计;根据12中心线到V形块底端距离T=48mm,公差为0.0450.105,以及钻套中心到V形块底端距离T=48mm,公差为0.0150.035,在通过夹具上的定位销及其端面即可确定了工件在夹具中的正确位置。(四)夹紧机构设计与夹紧力计算;刀具:直柄麻花头,尺寸为11.8。则轴向力:见机床夹具设计手册(第三版)表1-2-7式中: 根据零件材料的硬度HB207-233及钻孔直径D为12,查切削用量简明手册表2.7 得f=0.32根据机床夹具设计手册(第三版)表1-2-8 得切削力 Ff=2200N,切削扭矩 M=26.4J由于扭矩很小,计算时可忽略。在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数式中:根据机床夹具设计手册(第三版)表1-2-1 ,查得 基本安全系数,1.5;加工性质系数,1.2;刀具钝化系数, 1.0;断续切削系数, 1.2;夹紧力的稳定性,1.3;则 F=Ff K=6185N ,因此采用楔槽式快速夹紧装置来夹紧。(五)夹具操作动作说明;夹具上装有可换钻套,可使夹具在一批零件的加工之前很好地保证其规定的尺寸和相互位置精度关系,有利于钻孔。螺杆1上开有直槽,转动手柄松开工件,再将直槽转至螺钉2处,即可迅速拉出螺杆,以便装卸工件。楔槽式快速夹紧装置图如下:钻床夹具零件图:四、总结足足三个星期的夹具设计,让我学到了很多知识,对以后的毕业设计进行了一次预备训练。在这次设计中,学到了以下几点:(1)加强了御用机械制造工艺学及有关课程的知识,结合生产实践中学到的知识,能独立地分析并解决工艺问题,使自己初步具备水机一个中等复杂程度零件的工艺规程能力。(2)使自己能根据被加工零件的技术要求,运用夹具设计的基本原理和方法,学会了拟订夹具设计方案,完成夹具设计结构。(3)加强了熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。(4)进一步加强识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。在这次设计中,虽有老师的鼎立协助,但是由于时间仓促,我的设计仍有很多的不足,不过,我不会放弃再思考,因为学习是无止境的。最主要的是,通过这次专业课程设计,让我找到了一种作为工程设计师的感觉,让我的思维得到了大步地提升,让我初步具备了这方面设计的技能。在此,对指导教师的辛勤指导,表示衷心的感谢。五、主要参考文献1.孙丽媛等编著机械制造工艺及专用夹具设计指导北京:冶金工业出版社,2002.122.陈明等编著 机械制造工艺学北京:机械工业出版社,2005.83.李旦 邵东向 王杰等著机械制造工艺学课程设计机床专用夹具图册(第二版)黑龙江:哈尔滨工业大学出版社,2005.24.朱家诚编著机械设计课程设计安徽:合肥工业大学出版社,2005.85.王光斗 王春福主编机械夹具设计手册(第三版)上海:上海科学技术出版社,2000.116.李昌年主编机床夹具设计与制造北京:机械工业出版社,2006.127.李益民主编机械制造工艺设计简明手册黑龙江:哈尔滨工业大学出版社1993.68.浦林祥主编金属切削机床夹具设计手册北京:机械工业出版社,1984.129.廖念钊 主编互换性与技术测量(第四版)北京:中国计量出版社,2000.110.艾兴 肖诗纲编切削用量简明手册(第3版)北京:机械工业出版社,199911.许毓潮等编机械设计与制造工艺简明手册北京:中国电力出版社,1998.515机械加工工艺过程卡(厂名)机械加工过程卡片产品型号零部件图号产品名称变速叉零部件名称变速叉共 1 页第 1页材料牌号ZG45毛坯种类铸造毛坯外形尺寸每毛坯可制作件数1每件台数1备注工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工 时准备单件1铸铸造毛胚并清洗2热退火3漆油漆4钻钻绞12孔钻床钻刀绞刀5铣铣两端面,保证总长;粗铣7的两端面及侧面;粗铣19的两端面铣床铣刀6铣精铣7的两端面及侧面;铣床铣刀7铣粗铣19的顶端;粗铣13.5槽;精铣13.5槽铣床铣刀8钳划线8及3孔的中心线钳工台量具9钻钻绞8及3孔钻床钻刀绞刀10磨粗磨7的两侧面;精磨7的两侧面磨床磨刀11钳去毛刺,倒角,清理12检检验入库5台州学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称变速叉零件名称变速叉共5页第1页车间工序号工序名称材 料 牌 号4钻ZG45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床1夹具编号夹具名称切削液1专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1钻12孔留余量0.3mm,钻刀 专用夹具1500170.1762粗绞12孔留余量0.1mm绞刀 专用夹具1500170.1763精绞12孔至图尺寸绞刀 专用夹具1500170.176台州学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称变速叉零件名称 变速叉共6页第2页车间工序号工序名称材 料 牌 号5铣ZG45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床1夹具编号夹具名称切削液 2 铣床夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1铣两端面,保证83.5mm总长铣刀 铣床夹具2粗铣7的两端面各留0.6余量;铣刀 铣床夹具3粗铣7的侧面各留0.8余量铣刀 铣床夹具4粗铣19的两端面符图铣刀 铣床夹具台州学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称变速叉零件名称 变速叉共6页第3页车间工序号工序名称材 料 牌 号6 铣床ZG45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床1夹具编号夹具名称切削液 3 铣床夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1精铣7的两端面保证76.4精度符图铣刀 铣床夹具2精铣7的侧面各留磨量0.3mm铣刀 铣床夹具台州学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称变速叉零件名称 变速叉共6页第4页车间工序号工序名称材 料 牌 号7铣ZG45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床1夹具编号夹具名称切削液 4铣床夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗铣19的顶端符图铣刀 铣床夹具2粗铣13.5槽留余量0.7mm铣刀 铣床夹具3精铣13.5槽符图铣刀 铣床夹具台州学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称变速叉零件名称变速叉共6页第5页车间工序号工序名称材 料 牌 号9 钻ZG45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床1夹具编号夹具名称切削液 5钻床夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1钻8孔留0.2mm;钻床夹具 钻刀2钻3孔留0.1mm钻床夹具 钻刀3绞8孔、3孔符图钻床夹具 绞刀4绞3孔钻床夹具 绞刀台州学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称变速叉零件名称变速叉 共6页第6页车间工序号工序名称材 料 牌 号10 磨ZG45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数磨床1夹具编号夹具名称切削液6 磨床夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗磨7的两侧面各留0.1mm余量磨床夹具 磨刀2精磨7的两侧面符图磨床夹具 磨刀10专业课程设计说明书设计题目 变速叉零件的机械加工工艺规程与夹具设计设 计 者 指导教师 台州学院机电与建筑工程学院2008年9月21日 专业课程设计任务书题目: 变速叉零件的机械加工工艺规程与夹具设计原始图纸(见附页)生产类型:中批或大批生产设计内容:1、零件图 1张2、毛坯图 1张3、机械加工工艺过程卡 1份4、机械加工工序卡 1份5、夹具装配图 1套6、夹具零件图 若干7、课程设计说明书 1份班 级 05机械自动化(2)姓 名 学 号 指导教师 目录前言(4)一、零件的分析(4)(一)零件的作用(4)(二)零件的工艺分析(4)二、工艺规程的设计(4)(一)确定毛坯的制造形式 (4)(二)基准的选择(4)(三)工艺路线的拟定及工艺方案的分析(4)(四)机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定(5)(五)各工序的定位夹紧方案及切削用量的选择(7)(六)各工序基本工时(10)三、专用夹具的设计(10)(一)设计思想与设计方案的比较;(10)(二)定位分析与定位误差的计算;(10)(三)对刀与导引装置设计;(10)(四)夹紧机构设计与夹紧力计算;(11)(五)夹具操作动作说明。(11)四、总结(13)五、主要参考文献(14)前言 机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、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学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。 本课题是变速叉的机械加工工艺规程的编制及工艺装备的设计,需进行专用夹具的设计与装配。生产纲领为中批及大批量生产。就我个人而言,我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指导。一、零件的分析(一)零件的作用 变速叉主要用于调节各种机器的速度档位。(二)零件的工艺分析变速叉共有两组加工表面,它们之间有一定的位置要求。现分述如下:(1)第一个加工表面为轴外圆,此主要加工孔12。(2)第二个加工表面为孔12,以孔12定位来加工个端面及铣槽和钻小孔8。 二、工艺规程的设计(一)确定毛坯的制造形式零件的材料为ZG45。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构又比较简单,故选择铸件毛坯。(二)基准的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证,生产率得以提高。否则,加工工艺过程中回问题百出,更有甚者,还会造成零件的大批报废,是生产无法正常进行。(1)粗基准的选择。对于零件而言,尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则,现选取12孔的不加工外轮廓表面作为粗基准,利用V形块限制4个自由度,再以支承块限制1个自由度,挡销限制最后1个自由度,达到完全定位,进行钻孔。(2)精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复。(三)工艺路线的拟订及工艺方案的分析制定工艺路线得出发点,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,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。1.工艺路线方案一:工序1:铸造毛胚并清洗。工序2:退火。工序3:油漆。工序4:钻绞12孔。工序5:铣两端面,保证总长;粗铣7的两端面及侧面;粗铣19的两端面。工序6:精铣7的两端面及侧面;精铣床19的两侧面;工序7:粗铣19的顶端;粗铣13.5槽;精铣13.5槽。工序8:划线8及3孔的中心线。工序9:钻绞8及3孔。工序10:粗磨7的两侧面;精磨7的两侧面。工序11:去毛刺,倒角,清理。工序12:检验入库。2.工艺路线方案二:工序1:铸造毛胚并清洗。工序2:退火。工序3:油漆。工序4:铣两端面,保证总长;粗铣7的两端面及侧面;粗铣19的两端面。工序5:钻绞12孔。工序6:精铣7的两端面及侧面;精铣床19的两侧面;工序7:粗铣19的顶端;粗铣13.5槽;精铣13.5槽。工序8:划线8及3孔的中心线。工序9:钻绞8及3孔。工序10:粗磨7的两侧面;精磨7的两侧面。工序11:去毛刺,倒角,清理。工序12:检验入库。3.工艺方案的比较与分析。两个方案的工序虽都为十二道,但是考虑到方案一中4、5、6工序都是在铣床上加工,集中在一起,可以使效率更快。而且先加工孔12在以孔12定位加工7的两侧面,这时的位置精度较易保证,因此选用方案一。以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡片。(四)机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定变速叉零件材料为ZG45,硬度207241HBS,毛皮重量约为1.5kg,生产类型大批量,铸造毛坯。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如下:1.内孔12。毛坯为实心,不冲孔。工序尺寸加工余量:钻孔:2Z=0.3mm。铰孔:2Z=0.1mm。精铰:2Z=0mm。2.各端面的工序加工余量1)外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差(23端面)。查机械制造工艺设计简明手册(以下称工艺手册)表2.22.5,取23端面长度余量均为2(均为双边加工)。铣削加工余量为:粗铣:2Z=0mm。2)19的顶端。铣削加工余量为:粗铣:2Z=0mm。3)19的两侧5.5mm。铣削加工余量为:粗铣:2Z=0mm。4)7的两端76.4mm。铣削加工余量为:粗铣:2Z=1.2 mm。精铣:2Z=0mm。5)7的两侧7mm。铣削加工余量为:粗铣:2Z=1.6 mm。精铣:2Z=0.6mm。磨削加工余量:粗磨:2Z=0.1mm。精磨:2Z=0mm。6)孔8:钻孔:2Z=0.2mm。绞孔:2Z=0mm。7)孔3:钻孔:2Z=0.1mm。绞孔:2Z=0mm。3.其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产,应该采用调整加工。因此在计算最大最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。最后的毛坯图如下: (五)各工序的定位夹紧方案及切削用量的选择1.各工序的定位夹紧方案:各工序的定位夹紧方式见各工序图。工序4:钻绞12孔。工序5:铣两端面,保证总长;粗铣7的两端面及侧面;粗铣19的两端面工序7:粗铣19的顶端;粗铣13.5槽;精铣13.5槽工序10:粗磨7的两侧面;精磨7的两侧面2.切削用量的选择:切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项。确定方法是先确定切削深度、进给量,再确定切削速度。由于各工序对切削用量的选择都大致相同,所以本人只认真地分析了一道工序,其他工序不再赘述。2.1 工序4:钻绞12孔。本工序采用计算法确定切削用量。加工条件:1.工件材料:ZG45,铸造2.加工要求:钻绞12(0.0450.105),表面粗糙度值Ra 为5。3.机床:Z525立式钻床。4.刀具:直柄麻花钻和直柄机用绞刀 。根据切削用量简明手册,由于Z525机床的中心高为250(切削用量简明手册表4.2-14),根据表3.1-5,钻刀几何形状为L=142,l=94,d=11.8。根据表3.1-16,绞刀几何形状为d=11.8,L=142,l=41。(1)确定切削深度ap ap=12/2=6mm(2)确定进给量f 根据切削用量简明手册及Z525机床进给量(机械制造工艺设计简明手册4.2-16),选择f=0.17/r。(3)选择车刀磨钝标准及耐用度根据切削用量简明手册表2.12,选择车刀后刀面最大磨损量为0.8,耐用度T=15min。(4)确定切削速度 根据切削用量简明手册表2.13 v=17m/min ,n=1082r/min。选择主轴实际完成转速。(六)各工序基本工时基本时间Tj是指直接用于改变工件的尺寸、形状和表面质量等所消耗的时间。它包括刀具的趋近、切入、切削和切出等时间。基本时间又称机动时间。由于各工序对基本工时的选择都大致相同,所以本人只认真地分析了一道工序,此工序即为(五)中的工序4,其他工序不再赘述。确定钻绞12的基本时间 根据机械制造工艺设计简明手册,钻孔基本时间为 Tj=L/(fn)=(l+l+l)/(fn)式中 l=83.5mm l=(D-d)/2xctgKr+(12) D=12mm,d=11.8mm, Kr=90 l1=2mm,l2=l3=0 f=0.17mm/r n=18r/s i=1则 Tj=27.9s三、专用夹具的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。经过与指导老师协商,决定设计第4道工序钻12孔的钻床专用夹具。本夹具将用于Z525立式钻床。刀具为麻花钻。(一)设计思想与设计方案的比较;1.本夹具主要用来钻12孔。因此,在本道工序加工时,主要应考虑如何用较简单的夹具体来满足这较复杂的结构以提高劳动生产率,降低劳动强度。使用的方案:用一个支承块和V形块及挡销来定位和夹紧外圆柱面。(二)定位分析与定位误差的计算;1.定位元件尺寸及公差的确定。根据零件外圆尺寸23以及机床夹具设计手册(第三版)表2-2-27得:V形块的规格及主要尺寸为N=24mm,D=23mm,B=37mm,L=45mm,T=48mm,T公差为0.0450.105。2.定位误差的计算。由于所设计的工序基准和定位基准重合,此时B=0,只有基准位移误差,故影响工序尺寸的定位误差为:D=Y=d/(2 x sin) 其中d0.105-0.045=0.06mm。D=0.085mm。 (三)对刀与导引装置设计;根据12中心线到V形块底端距离T=48mm,公差为0.0450.105,以及钻套中心到V形块底端距离T=48mm,公差为0.0150.035,在通过夹具上的定位销及其端面即可确定了工件在夹具中的正确位置。(四)夹紧机构设计与夹紧力计算;刀具:直柄麻花头,尺寸为11.8。则轴向力:见机床夹具设计手册(第三版)表1-2-7式中: 根据零件材料的硬度HB207-233及钻孔直径D为12,查切削用量简明手册表2.7 得f=0.32根据机床夹具设计手册(第三版)表1-2-8 得切削力 Ff=2200N,切削扭矩 M=26.4J由于扭矩很小,计算时可忽略。在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数式中:根据机床夹具设计手册(第三版)表1-2-1 ,查得 基本安全系数,1.5;加工性质系数,1.2;刀具钝化系数, 1.0;断续切削系数, 1.2;夹紧力的稳定性,1.3;则 F=Ff K=6185N ,因此采用楔槽式快速夹紧装置来夹紧。(五)夹具操作动作说明;夹具上装有可换钻套,可使夹具在一批零件的加工之前很好地保证其规定的尺寸和相互位置精度关系,有利于钻孔。螺杆1上开有直槽,转动手柄松开工件,再将直槽转至螺钉2处,即可迅速拉出螺杆,以便装卸工件。楔槽式快速夹紧装置图如下:钻床夹具零件图:四、总结足足三个星期的夹具设计,让我学到了很多知识,对以后的毕业设计进行了一次预备训练。在这次设计中,学到了以下几点:(1)加强了御用机械制造工艺学及有关课程的知识,结合生产实践中学到的知识,能独立地分析并解决工艺问题,使自己初步具备水机一个中等复杂程度零件的工艺规程能力。(2)使自己能根据被加工零件的技术要求,运用夹具设计的基本原理和方法,学会了拟订夹具设计方案,完成夹具设计结构。(3)加强了熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。(4)进一步加强识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。在这次设计中,虽有老师的鼎立协助,但是由于时间仓促,我的设计仍有很多的不足,不过,我不会放弃再思考,因为学习是无止境的。最主要的是,通过这次专业课程设计,让我找到了一种作为工程设计师的感觉,让我的思维得到了大步地提升,让我初步具备了这方面设计的技能。在此,对指导教师的辛勤指导,表示衷心的感谢。五、主要参考文献1.孙丽媛等编著机械制造工艺及专用夹具设计指导北京:冶金工业出版社,2002.122.陈明等编著 机械制造工艺学北京:机械工业出版社,2005.83.李旦 邵东向 王杰等著机械制造工艺学课程设计机床专用夹具图册(第二版)黑龙江:哈尔滨工业大学出版社,2005.24.朱家诚编著机械设计课程设计安徽:合肥工业大学出版社,2005.85.王光斗 王春福主编机械夹具设计手册(第三版)上海:上海科学技术出版社,2000.116.李昌年主编机床夹具设计与制造北京:机械工业出版社,2006.127.李益民主编机械制造工艺设计简明手册黑龙江:哈尔滨工业大学出版社1993.68.浦林祥主编金属切削机床夹具设计手册北京:机械工业出版社,1984.129.廖念钊 主编互换性与技术测量(第四版)北京:中国计量出版社,2000.110.艾兴 肖诗纲编切削用量简明手册(第3版)北京:机械工业出版社,199911.许毓潮等编机械设计与制造工艺简明手册北京:中国电力出版社,1998.515
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