气门摇臂轴支座 加工工艺及车加工φ16孔工序夹具设计[含高清CAD图 工序卡片 说明书]
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沈阳理工大学学士学位论文附录二 :中文翻译 通过夹具布局设计和夹紧力的优化控制变形摘 要工件变形必须控制在数值控制机械加工过程之中。夹具布局和夹紧力是影响加工变形程度和分布的两个主要方面。在本文提出了一种多目标模型的建立,以减低变形的程度和增加均匀变形分布。有限元方法应用于分析变形。遗传算法发展是为了解决优化模型。最后举了一个例子说明,一个令人满意的结果被求得, 这是远优于经验之一的。多目标模型可以减少加工变形有效地改善分布状况。关键词:夹具布局;夹紧力; 遗传算法;有限元方法1 引言夹具设计在制造工程中是一项重要的程序。这对于加工精度是至关重要。一个工件应约束在一个带有夹具元件,如定位元件,夹紧装置,以及支撑元件的夹具中加工。定位的位置和夹具的支力,应该从战略的设计,并且适当的夹紧力应适用。该夹具元件可以放在工件表面的任何可选位置。夹紧力必须大到足以进行工件加工。通常情况下,它在很大程度上取决于设计师的经验,选择该夹具元件的方案,并确定夹紧力。因此,不能保证由此产生的解决方案是某一特定的工件的最优或接近最优的方案。因此,夹具布局和夹紧力优化成为夹具设计方案的两个主要方面。 定位和夹紧装置和夹紧力的值都应适当的选择和计算,使由于夹紧力和切削力产生的工件变形尽量减少和非正式化。 夹具设计的目的是要找到夹具元件关于工件和最优的夹紧力的一个最优布局或方案。在这篇论文里, 多目标优化方法是代表了夹具布局设计和夹紧力的优化的方法。 这个观点是具有两面性的。一,是尽量减少加工表面最大的弹性变形; 另一个是尽量均匀变形。 ANSYS软件包是用来计算工件由于夹紧力和切削力下产生的变形。遗传算法是MATLAB的发达且直接的搜索工具箱,并且被应用于解决优化问题。最后还给出了一个案例的研究,以阐述对所提算法的应用。2 文献回顾随着优化方法在工业中的广泛运用,近几年夹具设计优化已获得了更多的利益。夹具设计优化包括夹具布局优化和夹紧力优化。King 和 Hutter提出了一种使用刚体模型的夹具-工件系统来优化夹具布局设计的方法。DeMeter也用了一个刚性体模型,为最优夹具布局和最低的夹紧力进行分析和综合。他提出了基于支持布局优化的程序与计算质量的有限元计算法。李和melkote用了一个非线性编程方法和一个联络弹性模型解决布局优化问题。两年后, 他们提交了一份确定关于多钳夹具受到准静态加工力的夹紧力优化的方法。他们还提出了一关于夹具布置和夹紧力的最优的合成方法,认为工件在加工过程中处于动态。相结合的夹具布局和夹紧力优化程序被提出,其他研究人员用有限元法进行夹具设计与分析。蔡等对menassa和devries包括合成的夹具布局的金属板材大会的理论进行了拓展。秦等人建立了一个与夹具和工件之间弹性接触的模型作为参考物来优化夹紧力与,以尽量减少工件的位置误差。Deng和melkote 提交了一份基于模型的框架以确定所需的最低限度夹紧力,保证了被夹紧工件在加工的动态稳定。大部分的上述研究使用的是非线性规划方法,很少有全面的或近全面的最优解决办法。所有的夹具布局优化程序必须从一个可行布局开始。此外,还得到了对这些模型都非常敏感的初步可行夹具布局的解决方案。夹具优化设计的问题是非线性的,因为目标的功能和设计变量之间没有直接分析的关系。例如加工表面误差和夹具的参数之间(定位、夹具和夹紧力)。以前的研究表明,遗传算法( GA )在解决这类优化问题中是一种有用的技术。吴和陈用遗传算法确定最稳定的静态夹具布局。石川和青山应用遗传算法确定最佳夹紧条件弹性工件。vallapuzha在基于优化夹具布局的遗传算法中使用空间坐标编码。他们还提出了针对主要竞争夹具优化方法相对有效性的广泛调查的方法和结果。这表明连续遗传算法取得最优质的解决方案。krishnakumar和melkote 发展了一个夹具布局优化技术,用遗传算法找到夹具布局,尽量减少由于在整个刀具路径的夹紧和切削力造成的加工表面的变形。定位器和夹具位置被节点号码所指定。krishnakumar等人还提出了一种迭代算法,尽量减少工件在整个切削过程之中由不同的夹具布局和夹紧力造成的弹性变形。Lai等人建成了一个分析模型,认为定位和夹紧装置为同一夹具布局的要素灵活的一部分。Hamedi 讨论了混合学习系统用来非线性有限元分析与支持相结合的人工神经网络( ANN )和GA。人工神经网络被用来计算工件的最大弹性变形,遗传算法被用来确定最佳锁模力。Kumar建议将迭代算法和人工神经网络结合起来发展夹具设计系统。Kaya用迭代算法和有限元分析,在二维工件中找到最佳定位和夹紧位置,并且把碎片的效果考虑进去。周等人。提出了基于遗传算法的方法,认为优化夹具布局和夹紧力的同时,一些研究没有考虑为整个刀具路径优化布局。一些研究使用节点数目作为设计参数。一些研究解决夹具布局或夹紧力优化方法,但不能两者都同时进行。 有几项研究摩擦和碎片考虑进去了。碎片的移动和摩擦接触的影响对于实现更为现实和准确的工件夹具布局校核分析来说是不可忽视的。因此将碎片的去除效果和摩擦考虑在内以实现更好的加工精度是必须的。在这篇论文中,将摩擦和碎片移除考虑在内,以达到加工表面在夹紧和切削力下最低程度的变形。一多目标优化模型被建立了。一个优化的过程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夹具夹紧力。最后,结果多目标优化模型对低刚度工件而言是比较单一的目标优化方法、经验和方法。3 多目标优化模型夹具设计一个可行的夹具布局必须满足三限制。首先,定位和夹紧装置不能将拉伸势力应用到工件;第二,库仑摩擦约束必须施加在所有夹具-工件的接触点。夹具元件-工件接触点的位置必须在候选位置。为一个问题涉及夹具元件-工件接触和加工负荷步骤,优化问题可以在数学上仿照如下: 这里的表示加工区域在加工当中j次步骤的最高弹性变形。其中是的平均值;是正常力在i次的接触点;是静态摩擦系数;fhi是切向力在i次的接触点;pos(i)是i次的接触点;是可选区域的i次接触点;整体过程如图1所示,一要设计一套可行的夹具布局和优化的夹紧力。最大切削力在切削模型和切削力发送到有限元分析模型中被计算出来。优化程序造成一些夹具布局和夹紧力,同时也是被发送到有限元模型中。在有限元分析座内,加工变形下,切削力和夹紧力的计算方法采用有限元方法。根据某夹具布局和变形,然后发送给优化程序,以搜索为一优化夹具方案。图1 夹具布局和夹紧力优化过程4 夹具布局设计和夹紧力的优化4.1 遗传算法遗传算法( GA )是基于生物再生产过程的强劲,随机和启发式的优化方法。基本思路背后的遗传算法是模拟“生存的优胜劣汰“的现象。每一个人口中的候选个体指派一个健身的价值,通过一个功能的调整,以适应特定的问题。遗传算法,然后进行复制,交叉和变异过程消除不适宜的个人和人口的演进给下一代。人口足够数目的演变基于这些经营者引起全球健身人口的增加和优胜个体代表全最好的方法。遗传算法程序在优化夹具设计时需夹具布局和夹紧力作为设计变量,以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色体的自然演变,以及字符串,它和遗传算法寻找最优,是映射到最优的夹具设计计划。在这项研究里,遗传算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被运用的。 收敛性遗传算法是被人口大小、交叉的概率和概率突变所控制的 。只有当在一个人口中功能最薄弱功能的最优值没有变化时,nchg达到一个预先定义的价值ncmax ,或有多少几代氮,到达演化的指定数量上限nmax, 没有遗传算法停止。有五个主要因素,遗传算法,编码,健身功能,遗传算子,控制参数和制约因素。 在这篇论文中,这些因素都被选出如表1所列。表1 遗传算法参数的选择由于遗传算法可能产生夹具设计字符串,当受到加工负荷时不完全限制夹具。这些解决方案被认为是不可行的,且被罚的方法是用来驱动遗传算法,以实现一个可行的解决办法。1夹具设计的计划被认为是不可行的或无约束,如果反应在定位是否定的。在换句话说,它不符合方程(2)和(3)的限制。罚的方法基本上包含指定计划的高目标函数值时不可行的。因此,驱动它在连续迭代算法中的可行区域。对于约束(4),当遗传算子产生新个体或此个体已经产生,检查它们是否符合条件是必要的。真正的候选区域是那些不包括无效的区域。在为了简化检查,多边形是用来代表候选区域和无效区域的。多边形的顶点是用于检查。“inpolygon ”在MATLAB的功能可被用来帮助检查。4.2 有限元分析ANSYS软件包是用于在这方面的研究有限元分析计算。有限元模型是一个考虑摩擦效应的半弹性接触模型,如果材料是假定线弹性。如图2所示,每个位置或支持,是代表三个正交弹簧提供的制约。图2 考虑到摩擦的半弹性接触模型在x , y和z 方向和每个夹具类似,但定位夹紧力在正常的方向。弹力在自然的方向即所谓自然弹力,其余两个弹力即为所谓的切向弹力。接触弹簧刚度可以根据向赫兹接触理论计算如下:随着夹紧力和夹具布局的变化,接触刚度也不同,一个合理的线性逼近的接触刚度可以从适合上述方程的最小二乘法得到。连续插值,这是用来申请工件的有限元分析模型的边界条件。在图3中说明了夹具元件的位置,显示为黑色界线。每个元素的位置被其它四或六最接近的邻近节点所包围。图3 连续插值这系列节点,如黑色正方形所示,是(37,38,31和30 ),(9,10 ,11 , 18,17号和16号)和( 26,27 ,34 , 41,40和33 )。这一系列弹簧单元,与这些每一个节点相关联。对任何一套节点,弹簧常数是:这里,kij 是弹簧刚度在的j -次节点周围i次夹具元件,Dij 是i次夹具元件和的J -次节点周围之间的距离,ki是弹簧刚度在一次夹具元件位置,i 是周围的i次夹具元素周围的节点数量为每个加工负荷的一步,适当的边界条件将适用于工件的有限元模型。在这个工作里,正常的弹簧约束在这三个方向(X , Y , Z )的和在切方向切向弹簧约束,(X , Y )。夹紧力是适用于正常方向(Z)的夹紧点。整个刀具路径是模拟为每个夹具设计计划所产生的遗传算法应用的高峰期的X ,Y ,z切削力顺序到元曲面,其中刀具通行证。在这工作中,从刀具路径中欧盟和去除碎片已经被考虑进去。在机床改变几何数值过程中,材料被去除,工件的结构刚度也改变。 因此,这是需要考虑碎片移除的影响。有限元分析模型,分析与重点的工具运动和碎片移除使用的元素死亡技术。在为了计算健身价值,对于给定夹具设计方案,位移存储为每个负载的一步。那么,最大位移是选定为夹具设计计划的健身价值。遗传算法的程序和ANSYS之间的互动实施如下。定位和夹具的位置以及夹紧力这些参数写入到一个文本文件。那个输入批处理文件ANSYS软件可以读取这些参数和计算加工表面的变形。 因此, 健身价值观,在遗传算法程序,也可以写到当前夹具设计计划的一个文本文件。当有大量的节点在一个有限元模型时,计算健身价值是很昂贵的。因此,有必要加快计算遗传算法程序。作为这一代的推移,染色体在人口中取得类似情况。在这项工作中,计算健身价值和染色体存放在一个SQL Server数据库。遗传算法的程序,如果目前的染色体的健身价值已计算之前,先检查;如果不,夹具设计计划发送到ANSYS,否则健身价值观是直接从数据库中取出。啮合的工件有限元模型,在每一个计算时间保持不变。每计算模型间的差异是边界条件,因此,网状工件的有限元模型可以用来反复“恢复”ANSYS 命令。5 案例研究一个关于低刚度工件的铣削夹具设计优化问题是被显示在前面的论文中,并在以下各节加以表述。5.1 工件的几何形状和性能工件的几何形状和特点显示在图4中,空心工件的材料是铝390与泊松比0.3和71Gpa的杨氏模量。外廓尺寸152.4mm127mm*76.2mm.该工件顶端内壁的三分之一是经铣削及其刀具轨迹,如图4 所示。夹具元件中应用到的材料泊松比0.3和杨氏模量的220的合金钢。图4 空心工件5.2 模拟和加工的运作举例将工件进行周边铣削,加工参数在表2中给出。基于这些参数,切削力的最高值被作为工件内壁受到的表面载荷而被计算和应用,当工件处于330.94 n(切)、398.11 N (下径向)和22.84 N (下轴) 的切削位置时。整个刀具路径被26个工步所分开,切削力的方向被刀具位置所确定表2加工参数和条件。5.3 夹具设计方案夹具在加工过程中夹紧工件的规划如图5所示。图5 定位和夹紧装置的可选区域一般来说, 3-2-1定位原则是夹具设计中常用的。夹具底板限制三个自由度,在侧边控制两个自由度。这里,在Y=0mm截面上使用了4个定点(L1,L2 , L3和14 ),以定位工件并限制2自由度;并且在Y=127mm的相反面上,两个压板(C1,C2)夹紧工件。在正交面上,需要一个定位元件限制其余的一个自由度,这在优化模型中是被忽略的。在表3中给出了定位加紧点的坐标范围。表3 设计变量的约束由于没有一个简单的一体化程序确定夹紧力,夹紧力很大部分(6673.2N)在初始阶段被假设为每一个夹板上作用的力。且从符合例5的最小二乘法,分别由4.43107 N/m 和5.47107 N/m得到了正常切向刚度。5.4 遗传控制参数和惩罚函数在这个例子中,用到了下列参数值:Ps=30, Pc=0.85, Pm=0.01, Nmax=100和Ncmax=20.关于f1和的惩罚函数是这里fv可以被F1或代表。当nchg达到6时,交叉和变异的概率将分别改变成0.6和0.1.5.5 优化结果连续优化的收敛过程如图6所示。且收敛过程的相应功能(1)和(2)如图7、图8所示。优化设计方案在表4中给出。图6 夹具布局和夹紧力优化程序的收敛性遗传算法 图7 第一个函数值的收敛图8第二个函数值的收敛性表4 多目标优化模型的结果 表5 各种夹具设计方案结果进行比较,5.6 结果的比较 从单一目标优化和经验设计中得到的夹具设计的设计变量和目标函数值,如表5所示。单一目标优化的结果,在论文中引做比较。在例子中,与经验设计相比较,单一目标优化方法有其优势。最高变形减少了57.5 ,均匀变形增强了60.4 。最高夹紧力的值也减少了49.4 。从多目标优化方法和单目标优化方法的比较中可以得出什么呢?最大变形减少了50.2 ,均匀变形量增加了52.9 ,最高夹紧力的值减少了69.6 。加工表面沿刀具轨迹的变形分布如图9所示。很明显,在三种方法中,多目标优化方法产生的变形分布最均匀。与结果比较,我们确信运用最佳定位点分布和最优夹紧力来减少工件的变形。图10示出了一实例夹具的装配。图9沿刀具轨迹的变形分布图10 夹具配置实例6 结论本文介绍了基于GA和有限元的夹具布局设计和夹紧力的优化程序设计。优化程序是多目标的:最大限度地减少加工表面的最高变形和最大限度地均匀变形。ANSYS软件包已经被用于健身价值的有限元计算。对于夹具设计优化的问题,GA和有限元分析的结合被证明是一种很有用的方法。 在这项研究中,摩擦的影响和碎片移动都被考虑到了。为了减少计算的时间,建立了一个染色体的健身数值的数据库,且网状工件的有限元模型是优化过程中多次使用的。 传统的夹具设计方法是单一目标优化方法或经验。此研究结果表明,多目标优化方法比起其他两种方法更有效地减少变形和均匀变形。这对于在数控加工中控制加工变形是很有意义的。参考文献1、 King LS,Hutter( 1993年) 自动化装配线上棱柱工件最佳装夹定位生成的理论方法。De Meter EC (1995) 优化机床夹具表现的Min - Max负荷模型。2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局优化。Li B, Melkote SN (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度。3、 Li B, Melkote SN (2001) 夹具夹紧力的优化和其对工件的定位精度的影响。4、 Li B, Melkote SN (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度。5、 Li B, Melkote SN (2001) 夹具夹紧力的优化和其对工件定位精度的影响。6、 Li B, Melkote SN (2001) 最优夹具设计计算工件动态的影响。7、 Lee JD, Haynes LS (1987) 灵活装夹系统的有限元分析。8、 Menassa RJ, DeVries WR (1991) 运用优化方法在夹具设计中选择支位。9、 Cai W, Hu SJ, Yuan JX (1996) 变形金属板材的装夹的原则、算法和模拟。10、 Qin GH, Zhang WH, Zhou XL (2005) 夹具装夹方案的建模和优化设计。11、Deng HY, Melkote SN (2006) 动态稳定装夹中夹紧力最小值的确定。12、Wu NH, Chan KC (1996) 基于遗传算法的夹具优化配置方法。13、Ishikawa Y, Aoyama T(1996) 借助遗传算法对装夹条件的优化。14、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 一项关于空间坐标对基于遗传算法的夹具优化问题的作用的调查。15、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 夹具布局优化方法成效的调查。16、Kulankara K, Melkote SN (2000) 利用遗传算法优化加工夹具的布局。17、Kulankara K, Satyanarayana S, Melkote SN (2002) 利用遗传算法优化夹紧布局和夹紧力。18、Lai XM, Luo LJ, Lin ZQ (2004) 基于遗传算法的柔性装配夹具布局的建模与优化。19、Hamedi M (2005) 通过一种人工神经网络和遗传算法混合的系统设计智能夹具。20、Kumar AS, Subramaniam V, Seow KC (2001) 采用遗传算法固定装置的概念设计。21、Kaya N (2006) 利用遗传算法优化加工夹具的定位和夹紧点。22、Zhou XL, Zhang WH, Qin GH (2005) 遗传算法用于优化夹具布局和夹紧力。23、Kaya N, ztrk F (2003) 碎片位移和摩擦接触的运用对工件夹具布局的校核。62目录 前言一、零件的分析1.1零件的作用1.2零件的工艺分析二、工艺规程的设计 2.1确定毛坯的制造形式 2.1基准的选择 2.3制订工艺路线 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定2.5确定切削用量及基本工时 三、专用夹具的设计3.1问题的指出;3.2夹具设计;(1)定位基准的选择;(2)切削力及夹紧力的计算;(3)夹具设计及操作的简要说明。四、总结五、主要参考文献前言 本次设计是在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。音痴,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。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,为今后参加祖国的经济建设打下一个良好的基础。 通过对气门摇臂轴支座的机械制造工艺的设计,使我们在机械制造工艺规程设计,工艺方案论证,机械加工余量计算,工艺尺寸的确定,编写技术文件及查看技术文献等各个方面受到一次综合性的训练,通过对夹具的设计,我学会了拟定夹具方案,设计夹具体结构的方法,初步具备了设计一个一般零件的工艺规程和夹具体设计的能力。通过对零件图和夹具图的绘制,使我对A UTO CAD制图软件的使用技术得到进一步的提高。 但由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教。一、零件的分析1.1零件的作用本设计所设计的零件是1105柴油机中摇臂结合部的气门摇臂轴支座,它是柴油机上气门控制系统的一个重要零件。直径为18mm的孔用来装配摇臂轴,轴的两端各安装一进、排气气门摇臂.直径为16mm的孔内装一个减压轴,用于降低气缸内压力,便于启动柴油机.两孔间距56mm,可以保证减压轴在摇臂上打开气门,实现减压.两孔要求的表面粗糙度和位置精度较高,工作时会和轴相配合工作,起到支撑的作用,直径为11mm的孔用M10的螺杆与气缸盖相连,直径为3mm的孔用来排油。1.2零件的工艺分析气门摇臂轴支座的加工面主要集中在平面加工和孔的加工上。根据零件图的分析,该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下:(1)22mm外圆的上端面以及与此孔相通的22mm通孔,表面粗糙度均为12.5;(2)36mm下底面,根据零件的总体加工特性,36mm为整个机械加工过程中主要的基准面,粗糙度为6.3,因此在制定加工方案的时候要先将此面粗加工出来;(3)28mm外圆前后端面,粗糙度3.2,并倒145的角,粗糙度为12.5;18mm的通孔的表面粗糙度为1.6,加工精度较高。该孔的轴线与36mm下底面平行度为0.05,且该孔的轴线圆跳动为0.1;(4)26mm的前后端面,粗糙度为12.5,并倒145的角,粗糙度为12.5。以及16mm的通孔,其加工精度要求很高,表面粗糙度为1.6,孔的轴心线与36mm下底面的平行度为0.05;由以上分析可知,36mm下底面与22mm上端面表面粗糙度不高,则不需要精加工来达到要求,并且这两面为整个加工过程中的定位基准面,为保证36mm下底面6.3的表面粗糙度,则需要半精加工。以这两面为基准采用专用夹具来对其他表面进行加工,并且保证其他表面的位置精度要求。 图1 零件图二、工艺规程的设计2.1确定毛坯的制造形式零件的材料为HT200,灰铸铁的生产工艺简单,熔点低、流动性好,因此铸造性能优良,切削加工性能优越,故零件毛坯课选择铸造的方法。2.2基准的选择(1)粗基准的选择原则:当零件有不加工表面时,应以不加工表面作粗基准;若零件有若干个不加工表面时,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的加工表面作为粗基准。(2)精基准的选择原则;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。根据以上选择原则,对零件图分析,孔18mm、孔16mm以及孔11mm均为零件设计基准,均可选为定位基准,并且孔18mm和孔16mm设计精度较高,应将这两孔放在后面进行。为遵循“基准重合”原则,因此选择先进行加工的11mm孔和加工后的36mm下底面为精基准。选择28mm外圆端面及未加工的36mm下端面作为粗基准。2.3制订工艺路线加工工艺路线方案:工序00:铸造。工序10:去应力退火。工序20:粗铣36mm下底面,留余量1mm。以22mm上端面定位。工序30:粗铣22mm上端面,以粗铣后的36mm下底面定位。工序40:钻11mm通孔,以36mm下底面、22mm5mm右端面定位。工序50:粗铣28mm前端面,留余量1mm,粗铣26mm前端面,以28mm后端面定位。工序60:粗铣28mm后端面,留余量1mm,粗铣26mm后端面,以28mm前端面定位。工序70:钻17mm的通孔,扩孔至17.85mm,粗铰至17.94mm,精铰至18H7,两边倒角145,以36mm下底面、11mm通孔定位。工序80:半精铣28mm前端面,以28mm后端面、18mm通孔定位。工序90:半精铣28mm后端面,保证尺寸370.1mm,以28mm前端面及18mm孔定位。工序100:半精铣36mm下底面,保证尺寸240.03mm,以22mm上端面及18mm孔定位。工序110:钻15mm的通孔,粗车至15.85mm,半精车至15.95mm,精车至16H7,两边倒角145工序120:钻3mm的孔,以22mm上端面及11mm孔定位。工序十四:后处理去毛刺,清洗。工序十五:终检。2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“气门摇臂轴支座”零件材料为HT200,根据加工工艺,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)根据加工长度等条件,查工艺手册可知22mm上端面,36mm下底面,28mm前后端面,26mm前后端面余量为2.5mm。而36mm下底面及28mm前后端面要进行半精铣,查表得粗铣后留余量为1mm。(2)11mm及3mm孔的加工表面粗糙度要求较低,故直接可以通过钻来完成。余量分别为11mm及3mm。(3)加工18mm通孔,表面粗糙度为1.6。故孔的精度等级为IT7,参照工艺手册表确定工序尺寸及余量为:钻孔:17mm 2Z=17mm扩孔:17.85mm 2Z=0.85mm粗铰:17.94mm 2Z=0.09mm精铰:18H7 2Z=0.06mm(4)加工16mm通孔,表面粗糙度为1.6。取孔的精度等级为IT7,在车床上进行加工,参照工艺手册表确定工序尺寸及余量为:钻孔:15mm 2Z=15mm粗车:15.85mm 2Z=0.85mm半精车:15.95mm 2Z=0.10mm精车:16H7 2Z=0.05mm图2 毛坯图2.5确定切削用量及基本工时工序十二:车16mm孔,采用计算法确定切削用量。(1)加工条件:工件材料:HT200,铸造。加工要求:在车床上钻15mm的通孔。机床:C620-1卧式车床。刀具:中心钻,材料为硬质合金。(2)计算切削用量 工步一:确定最大加工余量 可知2Z=15mm。确定进给量f:根据切削手册表查得f=0.080.16mm/r.取f=0.10mm/r。计算切削速度:根据切削手册,计算得切削速度Vc=5070m/min,取Vc=60m/min,根据数据计算主轴转速n=601000/(3.1415)=1273r/min,查工艺手册取n=1000r/min,在计算实际切削速度Vc=47m/min。基本时间的确定 根据公式查表求得T=23/(13600.1)=0.17min,其余切削用量及基本工时略。三、专用夹具的设计3.1问题指出本夹具主要用于在车床上加工16mm孔。16mm孔对36mm下底面及18mm孔都有一定的技术要求,其表面粗糙度为1.6。可以通过钻,粗车,半精车,精车来达到要求。对应零件图上的尺寸公差要求等,可采用一面一销达到定位,通过适当的夹紧装置和辅助支承来达到要求。3.2夹具设计(1)定位基准的选择。对本夹具,设计过程如下:在36mm下底面进行平面定位,在18mm孔内加一菱形销定位以限制X的移动和Z的转动自由度,在28mm前端面加一支承钉,起到辅助支承的作用。夹紧装置可用一螺栓通过11mm孔在22mm上端面用螺旋钮进行夹紧。图3 车28mm孔的定位夹紧位置(2)切削力及夹紧力的计算。刀具:硬质合金刀,则切削力代入数据求得Fy=552(N)。再求得夹紧力大小W远大于Fy。故本夹具可安全工作。(3)夹具设计及操作的简要说明。在设计夹具时,工件的夹紧是很重要的。本夹具采用螺栓连接,再用螺旋钮来进行夹紧的装置非常方便。该夹具通过在夹具体上联接一个菱形销及一平面来定位工件。再加一个支承钉来防止切削力过大造成工件断裂。图4 工件的夹紧装置图5 工件的定位装置四、总结为期三周的机械课程设计结束了,这次课程对于我来说帮助很大,时间过得也很充实。作为一名机械设计制造及自动化大四的学生,我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。在已度过的三年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面,如何去面对现实中的各种机械设计?如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢?我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中,我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善,更加符合工程标准,一次次翻阅机械设计书是十分必要的,同时也是必不可少的。另外,课堂上也有部分知识不太清楚,于是我又不得不边学边用,时刻巩固所学知识,这也是我作本次课程设计的第二大收获。 在此,我也非常感谢指导老师对我的细心教导,正是她不厌其烦的对我们进行讲解,才能让我们更好的发现自己的不足,进而予以改正。整个设计我基本上还满意,由于水平有限,难免会有错误,还望老师批评指正。由此我可以更好地了解到自己的不足,以便课后加以弥补。五、主要参考文献1 陈明主编机械制造工艺学M北京:机械工业出版社,20062 孙丽媛主编机械制造工艺及专业夹具设计指导M北京:冶金工业出版社,20103 毛昕主编画法几何及机械制图M北京:高等教育出版社,20044 朱家诚主编机械设计课程设计M合肥:合肥工业大学出版社,20055 纪名刚主编机械设计M北京:高等教育出版社,20066 李旦主编机床专用夹具图册M哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,20057 许德珠主编机械工程材料M北京:高等教育出版社,20018 艾兴主编切削用量简明手册M北京:机械工业出版社,1994 机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号金工车间20铣HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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36mm下底面,留余量1mm卧式铣床250117.80.202 机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号金工车间30铣HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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22mm上端面卧式铣床250117.80.202 机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号金工车间40钻HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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11mm通孔立式钻床272170.2811机械工程学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号50铣HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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28mm前端面留余量1mm卧式铣床250117.80.2022粗铣26mm前端面卧式铣床机械工程学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号60铣HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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28mm后端面,留余量1mm卧式铣床250117.80.2022粗铣26mm后端面卧式铣床机械工程学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号70钻扩铰HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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17mm通孔272170.28172扩孔至17.85mm 3粗铰至 17.94mm 4精铰至18H7,两边倒角1x45机械工程学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号80铣HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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半精铣28mm前端面250117.80.20.5机械工程学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号90铣HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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半精铣28mm后端面,保证尺寸37+ -0.1mm250117.80.20.5机械工程学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号100铣HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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半精铣36mm下底面,保证尺寸24+ -0.03mm250117.80.20.5机械工程学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号110车HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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车16mm通孔钻至15mm2粗车至15.85mm3半精车至15.95mm4精车至16H75两边倒角1x45机械工程学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页 车间工序号工序名称材 料 牌 号120钻HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液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3mm的孔 毕业设计(论文)开题报告题目: 气门摇臂轴支座零件机械加工工艺规程及加工16孔工序夹具设计 信机 系 机械工程及自动化 专业学 号:学生姓名:指导教师: 2015年08月14日 课题来源自拟题目科学依据(1)课题科学意义随着现代社会进程的加快,柴油机发挥的社会作用不可估量,特别是在社会工业化之后,柴油机作为动力内燃机的一种,在社会的各个领域无处不在,为社会创造着巨大的效益。在这领域中,柴油机所发挥的作用也是不尽相同,所以根据作用的需要,柴油机也被设计出了很多种型号,各种型号功率不同,发挥的作用大小也就不一样,创造出的价值也不一样。但是柴油机的污染排放也是一个不小的社会问题,随着社会的发展,人类对生活质量要求的提高,而高污染排放的柴油机必定不能满足人类的这一生活需求,但是柴油机已经是社会发展不可缺少的一个重要零部分,彻底取代柴油机在目前的技术条件下似乎还不太可能。(2)研究状况及其发展前景:随着社会的需要,柴油机生产数量将不断的增长,而气门摇臂轴支座是柴油机上不可或缺的零件,也就是意味着气门摇臂轴支座的生产数量将是与日俱增,为了创造出更大的效益,设计出轻便,经久耐用,便于生产的气门摇臂轴支座这一零件是很有必要的。柴油机具有热效率高的显著优点,其应用范围越来越广。随着强化程度的提高,柴油机单位功率的重量也显著降低。为了节能,各国都在注重改善燃烧过程,研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。此外,降低摩擦损失、广泛采用废气涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染,都是柴油机的重要发展方向。研究内容了解气门摇臂零件的工作原理,国内外的研究发展现状; 完成气门摇臂零件的总体方案设计; 完成有关零部件的选型计算、结构强度校核; 熟练掌握计算机CAD绘图软件,并绘制装配图和零件图纸,折合A0不少于2.5张; 完成说明书的撰写,并且翻译外文资料1篇。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析1)技术路线首先根据气门摇臂零件的特殊性对其造型等方面的设计需求进行分析,从整体上把握其设计原则;然后对不同的功能区域进行单独的研究分析,总结出符合工程学要求的设计理论;最后将整体的设计分析和每一部分的设计相结合,寻找有效的结合点并进行统一协调,最终设计出高质量、高档次的产品。(2)研究方法 测试出气门摇臂各零件的尺寸、刚度,获得大量的实验数据。 对实验数据进行分析处理,为建立气门摇臂力学模型与分析作了必要的准备。(3)实验方案 确定具体设计方案:零件的工艺分析及生产类型的确定,零件的工艺分析研究计划及预期成果(1)研究计划:1:学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料2:按照任务书要求查阅论文相关参考资料,填写毕业设计开题报告书。3:填写毕业实习报告。4:按照要求修改毕业设计开题报告。5:气门摇臂轴支座加工16孔的夹具结构设计。6:CAD绘图。7:毕业论文撰写和修改工作。(2)预期成果:我国市场前景广阔,产品质量性能逐渐满足要求,因此产品的发展必须由单纯的追求技术上的完善,转向产品外观质量的提高,放到与技术改进放到同等重要的位置,通过本课题的研究,产品必定以合理的色彩以及人性化的结构方式提高自己的附加值,吸引到更多地客户,加大自己产品的市场占有率,提高在行业中的竞争力。特色或创新之处1通用性好,气门摇臂轴支座加工16孔在设计过程中,考略到通用性,因此留有余地,因此除搬运外,还可以焊接喷漆等。2工作效率,提高了劳动生产效率,同时也降低了成本。已具备的条件和尚需解决的问题(1).夹具的构造应与其用途和生产规模相适应,正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系。 (2).保证使用方便,要便于装卸、便于夹紧、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输,保证安全第一。 (3).注意结构工艺,对加工、装配、维修通盘考虑,降低成本。指导教师意见 指导教师签名:年 月 日教研室(学科组、研究所)意见 教研室主任签名: 年 月 日系意见 主管领导签名: 年 月 日
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