0084-工艺夹具-左支座零件工艺规程钻孔夹具设计
0084-工艺夹具-左支座零件工艺规程钻孔夹具设计,工艺,夹具,支座,零件,规程,钻孔,设计
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毕业设计专 业机械加工工艺过程卡产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01共 2 页计算机辅助设计与制造产品名称零(部)件名称左支座第 1 页材料牌号HT200毛坯种类铸件毛坯外形尺寸140140104每毛坯件数每台件数备 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 终单 件1铣削粗铣80孔的大端端面和小端端面机加X52K YG6硬质合金铣刀和专用夹具 2镗削粗镗80内孔到77mm机加X620W18Cr4V高速钢刀和专用夹具 3铣削精铣80孔的大端面机加X52KYG6硬质合金铣刀和专用夹具 4镗削精镗80内孔到79.9mm机加T611YG8硬质合金镗刀和专用夹具 5钻削钻削4-13mm的通孔,锪沉头螺栓孔4-20mm机加Z535(立式)13的高速钢钻头、20高速钢锪孔钻和专用夹具 6钻削钻削21mm的通孔,锪孔24.7,锪铰38mm的沉头螺栓孔机加Z30802521的高速钢钻头、24.7、38的高速钢锪孔钻和专用夹具 7钻削锪削沉头螺栓孔43mm机加Z306020()43的高速钢锪孔钻和专用夹具 8钻削钻削M8-7H的螺纹底孔机加Z5357.2的高速钢钻头和专用夹具描 图马帅描 校底图号编制日期审核日期会签日期班 级姓 名装订号4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专 业机械加工工艺过程卡产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01共2页计算机辅助设计与制造产品名称零(部)件名称左支座第2页材料牌号HT200毛坯种类铸件毛坯外形尺寸140140104每毛坯件数1每台件数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 终单 件 9 铣削铣削尺寸为(5)mm的纵槽机加X61W高速钢锯齿铣刀和专用夹具 10铰削铰削25H7()的沉头孔机加Z30802524.7的YG6铰刀和专用夹具 11钻削钻削M10-H7的螺纹底孔机加Z51509.2的高速钢钻头和专用夹具 12铣削铣削尺寸为5()mm的横槽机加X62K高速钢锯齿铣刀和专用夹具13钻削攻螺纹M10-H7和M8-H7机加Z5150M8、M10的YG6硬质合金丝锥和专用夹具14磨削珩磨80H9()的内圆机加M42101A8 504103D100B75石油磨条和专用夹具15检查终检描 图马帅描 校底图号编制日期审核日期会签日期班 级姓 名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毕业设计机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(1)页车间工序号工序名称材料牌号机加工01粗铣80的小端端面HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X52K1夹具编号夹具名称切削液专用家具工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时(min)机动辅助1粗铣80H9孔小端端面YG6硬质合金镶齿铣刀47.523.8760.153.011.272粗铣80H9孔大端端面YG6硬质合金镶齿铣刀11859.310.22.842.41机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(2)页车间工序号工序名称材料牌号机加工02粗镗80H9内孔HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数卧式镗床T6111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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1粗镗80H9内孔到77W18Cr4V高速钢樘刀8018.850.373.523.72机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(3)页车间工序号工序名称材料牌号机加工03精铣80的大端端面HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X52K1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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1精铣80H9孔大端端面YG6硬质合金镶齿铣刀295148.20.151.510.4672机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(4)页车间工序号工序名称材料牌号机加工04精镗80的内孔和倒角HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数卧式镗床T6111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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1精镗80H9内孔到79.9YG8硬质合金镗刀497123.20.191.711.142倒角245YG8硬质合金镗刀400105.560.19210.312机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(5)页车间工序号工序名称材料牌号机加工05钻削4-13的通孔,锪4-20的沉头孔HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数摇臂钻床Z5351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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1钻削4-13的通孔13的高速钢钻头1957.9640.576.510.2652锪沉头孔4-2020的高速钢刀锪钻40025.1330.153.510.25机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(6)页车间工序号工序名称材料牌号机加工06钻21mm的通孔,锪孔24.7的沉头孔,锪38mm的沉头孔HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数摇臂钻床Z3080251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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1钻21mm的通孔21的高速钢钻头16010.560.810.510.72锪24.7mm的沉头孔24.7的高速钢锪孔钻25019.40.131.8511.4473锪38mm的沉头孔38高速钢的锪孔16019.10.26.6510.04机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(7)页车间工序号工序名称材料牌号机加工07锪削43得沉头孔HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数摇臂钻床Z3060201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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1锪削43得沉头孔43的高速钢锪孔钻18024.3160.21110.03机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(8)页车间工序号工序名称材料牌号机加工08钻削M8-7H的螺纹底孔HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数摇臂钻床Z5351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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1钻削M8-7H的螺纹底孔7.2的高速钢钻头75016.9650.23.610.162机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(9)页车间工序号工序名称材料牌号机加工09铣削尺寸为5mm的纵向槽HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数万能铣床X61W1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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1铣削尺寸为5mm的纵向槽高速钢锯齿铣刀65513510.6322机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(10)页车间工序号工序名称材料牌号机加工10铰削24.7得沉头孔到25H7()mmHT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数摇臂钻床Z3080251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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1精铰铰削24.7的沉头孔到25H7()YG6硬质合金铣刀80062.8320.20.1510.3机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(11)页车间工序号工序名称材料牌号机加工11钻削M10-7H得螺纹底孔HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床Z525B1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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1钻削M10-7H得螺纹底孔9.2的高速钢钻头47513.730.214.610.3272机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(12)页车间工序号工序名称材料牌号机加工12铣削尺寸为5mm的横向槽HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数万能卧式铣床X61W1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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1铣削尺寸为5mm的横向槽高速钢锯齿铣刀65513510.5322机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(13)页车间工序号工序名称材料牌号机加工13攻螺纹M87H以及M10-7HHT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式钻床Z5151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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1攻螺纹M87HM8的YG6硬质合金丝锥3208.0421.250.410.22攻螺纹M10-7HM10的YG6硬质合金丝锥2658.3521.50.440.2机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号LZ-JZ032-01设计者:马帅产品名称零(部)件名称左支座共(14)页第(14)页车间工序号工序名称材料牌号机加工01珩磨80H10的内孔HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每毛坯可制件数每台件数铸 件140140104mm11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式珩磨机床M41201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准终单件工步号工 步 内 容工艺装备(含:刀具、量具、专用工具)主轴转速r/min 切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工 步 工 时机动辅助1珩磨80H10的内孔1A8 504103D100B75石油磨条27067.860.0150.01570.33毕业设计(论文)任务书系 部: 机械工程系 设计(论文)题目:左支座零件的机械加工工艺规及工艺装配设计 毕 业 设 计(论 文)任 务 书1本毕业设计(论文)课题来源及应达到的目的:本课题选自机械制造工艺学课程设计指导书 (张龙勋 主编 机械工业出版社2009)。目的:1、培养学生运用机械制造工艺学及有关课程的知识,结合生产实习中学到的实践知识,独立的分析和解决工艺问题。2、能够根据被加工零件的技术要就,运用夹具设计的基本原理和方法,学会拟定夹具设计方案,完成夹具结构设计,提高结构设计能力。3、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。4、进一步培养学生的识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。2本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等):本课题的主要任务的内容:通过对左支座零件的分析制定出来其机械加工工艺,并且设计出来其夹具装备。(1) 80H9()孔的大端面以及大端的内圆倒角,四个13mm的底座通孔和四个20的沉头螺栓孔,以及两个10的锥销孔, 螺纹M10-7H的底孔和尺寸为5()的纵槽.主要加工表面为80H9(),其中80H9()的大端端面对80H9()孔的轴心线有垂直度要求为:0.03mm.(2) 21mm的通孔和38的沉头螺栓孔以及43的沉头孔,螺纹M10-7H的底孔和尺寸为5()的横槽.主要加工表面为25H7().工作要求:进行必要的计算,设计并画出夹具图、零件图、零件毛坯合图及写出加工工艺卡片 所在专业审查意见:负责人: 年 月 日系部意见:系领导: 年 月 日毕业设计说明书论文题目:左支座零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计系 部: 机械工程系 毕业设计摘 要在生产过程中,使生产对象(原材料,毛坯,零件或总成等)的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程,如毛坯制造,机械加工,热处理,装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中,要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步,加工该工序的机车及机床的进给量,切削深度,主轴转速和切削速度,该工序的夹具,刀具及量具,还有走刀次数和走刀长度,最后计算该工序的基本时间,辅助时间和工作地服务时间。关键词:工艺规程;定位误差;夹紧;加工余量;夹紧力ABSTRACTEnable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally.Keywords:Technical instruction, position error ,clump , the surplus of processing ,clamp strengthI目 录摘 要I绪 论1第1章 车床左支座零件的分析及毛坯的确定21.1 车床左支座的作用和工艺分析21.1.1 零件的作用21.1.2 零件的工艺分析31.2 零件毛坯的确定31.2.1 毛坯材料的制造形式及热处理31.2.2 毛坯结构的确定4第2章 车床左支座的加工工艺设计62.1 工艺过程设计中应考虑的主要问题62.1.1 加工方法选择的原则62.1.2 加工阶段的划分62.1.3 加工顺序的安排72.1.4 工序的合理组合82.2 基准的选择82.2.1 粗基准和精基准的具体选择原则82.2.2 选择本题零件的基准92.3 机床左支座的工艺路线分析与制定102.3.1 工序顺序的安排的原则102.3.2 工艺路线分析及制定102.4 机械加工余量132.4.1 影响加工余量的因素132.4.2 机械加工余量、工序尺寸以及毛坯余量的确定132.5 确定切削用量及基本工时162.5.1 工序一 粗铣80H9()mm孔大端端面162.5.2 工序二 粗镗80H9内孔192.5.3 工序三 精铣80H9大端端面20第3章 专用夹具设计233.1 定位基准及定位元件的选择233.2 切削力及夹紧力的计算233.3 定位误差分析与计算243.4 夹具设计及操作的简要说明25致 谢26参考文献27附 录28绪 论一、设计目的毕业设计是高等院校学生在学完了大学所有科目,进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节。毕业设计主要培养学生综合运用所学的知识来分析处理生产实际问题的能力,使学生进一步巩固大学期间所学的有关理论知识,掌握设计方法,提高独立工作的能力,为将来从事专业技术工作打好基础。另外,这次毕业设计也是大学期间最后一项实践性教学环节。通过本次毕业设计,应使学生在下述各方面得到锻炼:1.熟练的运用机械制造基础、机械制造技术和其他有关课程中的基本理论,以及在生产实习中所学到的实践知识,正确的分析和解决某一个零件在加工中基准的选择、工艺路线的拟订以及工件的定位、夹紧,工艺尺寸确定等问题,从而保证零件制造的质量、生产率和经济性。2.通过夹具设计的训练,进一步提高结构设计(包括设计计算、工程制图等方面)的能力。3.能比较熟练的查阅和使用各种技术资料,如有关国家标准、手册、图册、规范等。4.在设计过程中培养学生严谨的工作作风和独立工作的能力。二、设计任务1.完成左支座零件毛坯合图及左支座零件图。2.完成左支座零件工艺规程设计3.完成左支座零件加工工艺卡4.机床专用夹具装备总图5.撰写设计说明书第1章 车床左支座零件的分析及毛坯的确定机械加工工艺是实现产品设计,保证产品质量,节约能源,降低消耗的重要手段,是企业进行生产准备,计划调度,加工操作,安全生产,技术检测和健全劳动组织的重要依据,也是企业上品种,上质量,上水平,加速产品更新,提高经济效益的技术保证。在实际生产中,由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同,针对某一零件,往往不是单独在一种机床上,用某一种加工方法就能完成的,而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此,不仅要根据零件的具体要求,结合现场的具体条件,对零件的各组成表面选择合适的加工方法,还要合理地安排加工顺序,逐步地把零件加工出来。对于某个具体零件,可采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出来合格的零件,但从生产效率和经济效益来看,可能其中有种方案比较合理且切实可行。因此,必须根据零件的具体要求和可能的加工条件等,拟订较为合理的工艺过程。1.1 车床左支座的作用和工艺分析1.1.1 零件的作用题目所给的是机床上用的的一个支座.该零件的主要作用是利用横、纵两个方向上的5mm的槽.使尺寸为80mm的耳孔部有一定的弹性,并利用耳部的21mm的孔穿过M20mm的螺栓一端与25H7()配合的杆件通过旋紧其上的螺母夹紧,使装在80H9()mm的心轴定位并夹紧。1.1.2 零件的工艺分析左支座共有两组加工表面,它们互相之间有一定的位置要求,现分别叙述如下:一、以80H9()内孔为中心的加工表面:这一组加工表面包括:80H9()mm孔的大端面以及大端的内圆倒角,四个13mm的底座通孔和四个20的沉头螺栓孔,以及两个10的锥销孔,螺纹M8-H7的底孔以及尺寸为5()mm的纵槽,主要加工表面为80H9()mm,其中80H9()mm的大端端面对80H9()mm孔的轴心线有垂直度要求为:0.03mm.二、以25H7()mm的孔加工中心的表面:这一组加工表面包括21mm的通孔和38的沉头螺栓孔以及43的沉头孔,螺纹M10-7H的底孔以及尺寸为5()mm的横槽,主要加工表面为25H7()mm。由上述分析可知,对于以上两组加工表面,可以先加工其中一组,然后再借助于专用夹具加工另一组加工表面,并且保证其位置精度。1.2 零件毛坯的确定1.2.1 毛坯材料的制造形式及热处理一、左支座零件材料为:HT200在机床工作过程中起支撑作用,所受的动载荷和交变载荷较小.由于零件的生产类型是中批量生产,而且零件的轮廓尺寸不大,故可以采取金属模机械砂型铸造成型,这样有助于提高生产率,保证加工质量.灰铸体一般的工作条件:1.承受中等载荷的零件。2.磨檫面间的单位面积压力不大于490KPa。二、毛坯的热处理灰铸铁(HT200)中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中,由于片状石墨对基体的割裂作用大,引起应力集中也大;因此,使石墨片得到细化,并改善石墨片的分布,可提高铸铁的性能。可采用石墨化退火,来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织(有大量的渗碳体出现),以便于切削加工。1.2.2 毛坯结构的确定根据零件材料确定毛坯为铸件。又由题目已知零件的年生产纲领500件/年。由参考文献可知,其生产类型为中批生产。毛坯的铸造方法选用金属模机械砂型铸造成型。又由于支座零件80孔需铸出,故还应安放型芯,此外,为清除残余应力,铸造后应安排人工时效。由参考文献可知,该种铸件的尺寸公差等级CT为810级,加工余量等级MA为G级,故选取尺寸公差等级CT为10级,加工余量等级MA为G级。铸件的分型面选择通过从基准孔轴线,且与侧面平行的面。浇冒口位置分别位于80孔的上顶面。由参考文献用查表法确定参考面的总余量如表1-1所示。表1-1 各加工表面总余量(mm)加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量说明A面140G4.0底面,单侧加工80孔80H5.0孔降1级大侧加工由参考文献可知铸件主要尺寸的公差,如表1-2所示。表1-2 毛坯主要尺寸及公差(mm)主要尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CTA面中心距尺寸1004.01043.280孔805.0751.627第2章 车床左支座的加工工艺设计2.1 工艺过程设计中应考虑的主要问题2.1.1 加工方法选择的原则(1) 所选加工方法应考虑每种加工方法的经济、精度要求相适应。(2) 所选加工方法能确保加工面的几何形状精度,表面相互位置精度要求。(3) 所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。(4) 加工方法要与生产类型相适应。(5) 所选加工方法企业现有设备条件和工人技术水平相适应。2.1.2 加工阶段的划分为保证零件加工质量和合理地使用设备、人力,机械加工工艺过程一般可分为一下几个阶段:1.粗加工阶段主要任务是切除毛坯的大部分加工余量,使毛坯在形状和尺寸上尽可能接近成品。因此,此阶段应采取措施尽可能提高生产率。2.半精加工阶段完成次要表面的加工,并为主要表面的精加工做好准备。3.精加工阶段保证各主要表面达到图样的全部技术要求,此阶段的主要目标是保证加工质量。4.光整加工阶段对质量要求很高的表面,应安排光整加工,以进一步提高尺寸精度和减少表面粗糙度。但一般不能用以纠正形状误差和位置误差。通过划分加工阶段:(1)可以逐步消除粗加工因余量大、切削力大等因素造成的加工误差,保证加工质量。(2)可以合理使用机床设备。(3)便于安排热处理工序,使冷热加工工序配合得更好。(4)可以及时发现毛坯缺陷,及时修补或决定报废,以免因继续盲目加工而造成工时浪费。2.1.3 加工顺序的安排零件的加工顺序包括切削加工顺序、热处理先后顺序及辅助工序。在拟定工艺路线时,工艺人员要全面地把切削加工、热处理和辅助工序三者一起加以考虑。一、机械加工顺序的安排原则1.基面先行2.先主后次3.先粗后精4.先面后孔有些表面的最后精加工安排在部装或总装工程中进行,以保证较高的配合精度。二、热处理工序的安排热处理工序在工艺路线中的位置安排,主要取决于零件材料及热处理的目的。预热处理的目的是改善材料的切削工艺性能、消除残余应力和为最终热处理作好组织准备。正火和退火常安排在粗加工之前,以改善切削加工性能和消除毛坯的残余应力:调质一般安排在粗加工和半精加工之间进行,为最终热处理作好组织准备:时效处理用以消除毛坯制造和机械加工中生产的内应力。最终热处理的目的是提高零件的强度、表面硬度和耐磨性及防腐美观等。淬火及渗碳淬火、氰化、氮化等安排在精加工磨削之前进行;由于调质后零件的综合机械性能较好,对某些硬度和耐磨性要求不高的零件,也可作为最终热处理,其工序位置安排在精加工之前进行;表面装饰性镀层、发蓝处理,安排在机械加工完毕后进行。三、辅助工序的安排辅助工序主要包括:检验、清洗、去毛刺、去磁、到棱边、涂防锈油及平衡等。其中检验工序是主要的辅助工序,是保证产品质量的主要措施。除各工序操作者自检外,在关键工序之后、送往外车间之前、粗加工结束之后,精加工之前、零件全部加工结束之后,一般均安排检验工序。2.1.4 工序的合理组合确定加工方法以后,就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则:1.工序分散原则工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少,产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。2.工序集中原则工序数目少,工件装,夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生产面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工作量大。一般情况下,单件小批生产中,为简化生产管理,多将工序适当集中。但由于不采用专用设备,工序集中程序受到限制。中批及大批大量生产中,多采用工序工序分散的加工原则,生产中可以采用结构简单的专用机床和通用夹具,组织流水线生产。2.2 基准的选择2.2.1 粗基准和精基准的具体选择原则一、粗基准的选择粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工面之间的位置要求及合理分配各加工面的余量,同时要为后续工序提供精基准。一般按下列原则选择:1.为保证不加工面与加工面之间的位置要求,应选不加工表面作粗基准。如果零件上有多个不加工表面,则应以其中与加工表面相互位置要求较高的表面作为粗基准。2.合理分配个加工面的余量。3.粗基准应避免重复使用。4.选作粗基准的表面应平整,没有注口、冒口或飞边等缺陷,以便定位可靠。二、精基准的选择1.基准重合原则应当尽量使定位基准与设计基准相重合,以避免因基准不重合而引起定位误差。2.基准统一原则在零件加工的整个工艺过程中或者有关的某几道工序中尽可能采用同一个(或一组)定位基准来定位,称为基准统一原则。3.自为基准原则当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀,应选择加工表面作为基准,称为自为基准原则。4.互为基准原则对于相互位置精度要求很高的表面,可以采用基准反复加工的方法,这称为互为基准原则。5.便于装夹原则所选精基准应能保证工件定位准确、稳定,夹紧方便可靠。精基准应该是精度较高、表面粗糙度较小、支撑面积较大的表面。三、辅助基准的选择选择辅助基准时应尽可能使工件安装定位方便,便于实现基准统一,便于加工。2.2.2 选择本题零件的基准一、粗基准的选择原则按照有关粗基准的选择原则,当零件有不加工表面的时候,应该选取这些不加工的表面为粗基准;若零件有若干个不加工表面时,则应以其加工表面相互位置要求较高的表面作为粗基准。现取R55的外圆柱表面作为定位基准,消除X,Y的转动和X,Y的移动四个自由度,再用80H9()mm的小端端面可以消除Z周的移动。二、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的时候,应该进行尺寸换算。80孔和A面既是装配基准,又是设计基准,用它们做精基准,能使加工遵循“基准重合”的原则,其余各面和孔的加工也能用它定位,这样使工艺规程路线遵循了“基准统一”的原则。此外,A面的面积较大,定位比较稳定,夹紧方案也比较简单、可靠,操作方便。由于生产类型为中批生产,故应该采用万能机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率,除此之外还应降低生产成本。2.3 机床左支座的工艺路线分析与制定2.3.1 工序顺序的安排的原则1.对于形状复杂、尺寸较大的毛坯,先安排划线工序,为精基准加工提供找正基准2.按“先基准后其他”的顺序,首先加工精基准面3.在重要表面加工前应对精基准进行修正4.按“先主后次,先粗后精”的顺序5.对于与主要表面有位置精度要求的次要表面应安排在主要表面加工之后加工2.3.2 工艺路线分析及制定一、工艺路线方案一工序一:粗镗、精镗孔80H9()mm孔的内圆工序二:粗铣、精铣80H9()mm的大端端面 工序三:镗80H9()mm大端处的245倒角。工序四:钻4-13mm的通孔,锪20mm的沉头螺栓孔。工序五:钻2-10mm的锥销底孔,粗铰、精铰2-10mm的锥销孔。工序六:铣削尺寸为5mm的纵槽。工序七:钻削通孔20mm,扩、铰孔25H7()mm,锪沉头螺栓孔38mm和43mm。工序九:钻削M10-H7和M8-H7的螺纹底孔。工序十:铣削尺寸为5mm的横槽。工序十一:攻螺纹M10-H7和M8-H7。工序十二:终检。二、工艺路线方案二工序一:粗铣、精铣削80H9()mm孔的大端端面。工序二:粗镗、精镗80H9()mm内孔,以及倒245的倒角。工序三:钻削底板上的4-13mm的通孔,锪4-20mm的沉头螺栓孔。工序四:钻削锥销孔2-10mm底孔,铰削锥销孔10mm。工序五:钻削21mm的通孔,扩、铰孔25H7()mm,锪沉头螺栓孔38mm和43mm。工序六:铣削尺寸为5mm的纵槽。工序七:钻削M10-H7和M8-H7的螺纹底孔。工序八:铣削尺寸为5mm的横槽。工序九:攻螺纹M10-H7和M8-H7。工序十:终检。三、工艺方案分析工艺方案路线一:本路线是先加工孔后加工平面,再以加工后的平面来加工孔。这样减少了工件因为多次装夹而带来的误差。有利于提高零件的加工尺寸精度,但是在工序中如果因铸造原因引起的圆柱R55mm的底端不平整,则容易引起80H9()mm的孔在加工过程中引偏。使80H9()mm的内孔与R55的圆柱的同心度受到影响,造成圆筒的局部强度不够而引起废品。工艺路线方案二则是先加工平面再加工孔。本工艺路线可以减小80H9()mm的孔与底座垂直度误差,以及80H9()mm与R55圆柱的同心度,使圆筒的壁厚均匀外,还可以避免工艺路线一所留下的部分缺陷(即:工艺路线一中的工序六加工后再加工下面的工序的话,会由于工序六降低了工件的刚度,使后面的加工不能保证加工质量和加工要求)。四、工艺方案的确定由上述分析,工艺路线二优于工艺路线一,可以选择工艺路线二进行加工,在工艺路线二中也存在问题,粗加工和精加工放在一起也不能保证加工质量和加工要求,所以我们得出如下的工艺路线:工序一:粗铣80H9()mm孔的大端端面,以R55外圆为粗基准,选用X52K立式升降铣床和专用夹具。工序二:粗镗80H9()mm内孔,以孔80H9()mm孔的轴心线为基准,选用X620卧式升降铣床和专用夹具。工序三:精铣80H9()mm孔的大端面,以80H9()mm内圆为基准,选用X52K立式升降台铣床和专用夹具。工序四:精镗80H9()mm内孔,以及80H9()mm大端处的倒角245,以80H9()mm孔的小端端面为基准。选用T611卧式镗床和专用夹具。工序五:钻削4-13mm的通孔,锪沉头螺栓孔4-20mm。以80H9()mm内圆为基准。选用Z5150立式钻床和夹具。工序六:钻削21mm的通孔,扩、铰孔25H7()mm,锪铰36mm的沉头螺栓孔。以80H9()mm孔大端端面为基准,选用Z3080卧式钻床和专用夹具。工序七:锪削沉头螺栓孔43mm。以孔80H9()mm的大端端面为基准。选用Z5150立式钻床和专用夹具。工序八:钻削M8-H7的螺纹底孔,以80H9()mm内圆为基准。选用Z5150立式钻床和专用夹具。工序九:铣削尺寸为5mm的纵槽。以80H9()mm内圆为基准,选用X62K卧式铣床和专用夹具。工序十:钻削M10-H7的螺纹底孔。以80H9()mm大端端面为基准。选用Z5150立式钻床和专用夹具。工序十一:铣削尺寸为5mm的横槽,以80H9()mm大端端面为基准。选用X62K卧式铣床和专用夹具。工序十二:珩磨80H9()mm的内圆,以孔80H9()mm的大端端面为基准。工序十三:攻螺纹M10-H7和M8-H7。工序十四:终检。2.4 机械加工余量工艺路线确定以后,就需要安排各个工序的具体加工内容,其中最主要的一项任务就是要确定各个工序的工序尺寸及上下偏差。工序尺寸的确定与工序的加工余量有关。加工余量是指加工过程中从加工表面切去材料层厚度。余量有由工序余量和加工总余量之分。工序余量是同一被加工表面相邻两工序尺寸之差;加工总余量是某一表面毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。2.4.1 影响加工余量的因素确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下,越小越好。在确定时应该考虑一下因素:1.上道工序产生的表面粗糙度和表面缺陷层深度。2.上道工序的尺寸公差。3.上道工序留下的空间位置误差。4.本工序的装夹误差。2.4.2 机械加工余量、工序尺寸以及毛坯余量的确定左支座零件的材料是HT200,抗拉强度为195Mpa-200Mpa,零件的毛坯质量为6.5kg。零件的生产类型是中批生产;参考机械加工工艺简明手册毛坯的制造方法及其工艺特点,选择左支座零件的毛坯制造类型选择为金属模机械砂型铸造成型。由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:1.80H9()mm大端其加工尺寸为140mm140mm的平面。保证高度尺寸100mm。此尺寸是自由尺寸表面粗糙度值Ra=3.2m,需要精加工。根据机械加工工艺简明手册成批生产铸件机械加工余量等级,可得:金属模机械砂型铸造成型的灰铸铁加工余量等级可取810级我们取9级,加工余量MA取G级,铸件尺寸公差可得1.8mm的铸造尺寸公差,可得2.5mm的加工余量。2.80H9()mm孔内表面,其加工长度为100mm,表面粗糙度值Ra=1.6m.需要精铰和珩磨。查机械加工工艺简明手册铸件尺寸公差可得1.6mm的铸造尺寸公差,可得2.5mm的加工余量。三、80H9()mm孔大端端面4个螺栓孔。只需要钻底孔和锪沉头孔即可。则加工余量为:钻削13mm的通孔 双边加工余量2Z13mm锪沉头孔20mm 双边加工余量2Z7mm四、内表面21mm、25H7()mm、38mm和43mm的加工余量,这些内表面中有些需要多次加工才才能完成。加工余量分别为:1.钻削21mm的通孔 双边加工余量2Z21mm2.25H7()mm内表面(1) 21mm扩孔到24.7mm 双边加工余量2Z3.7mm(2) 24.7mm铰孔到24.9mm 双边加工余量2Z0.2mm(3) 24.9mm珩磨到25H7()mm 双边加工余量2Z0.1mm3.38mm的沉头孔,可以一次性锪成型。则双边加工余量2Z17mm4.43mm的沉头孔,也可以一次性加工出来。则双边加工余量2Z22mm五、尺寸为5mm的横、纵两条槽,每一条槽都可以一次性铣削成型,则双边加工余量2Z5mm。六、M10-H7和M8-H72个螺纹孔,机加工车间只需要加工螺纹的底孔,攻螺纹的工作可以放在钳工室。则:1.M10-H7的底孔加工的直径为8.5mm 双边加工余量2Z8.5mm2.M8-H7的底孔加工的直径为6.8mm 双边加工余量2Z6.8mm七、内孔80H9()mm的加工余量计算:1.内孔80H9()mm为9级加工精度,铸件的毛坯重量约为6.5Kg。机械加工工艺简明手册铸件机械加工余量可以得到内圆的单边加工余量为Z2.5mm。机械加工工艺简明手册铸件公差,可得:IT1.6mm。2.珩磨加工余量:查机械加工工艺手册珩磨的加工余量,可得:珩磨的单边加工余量Z0.05mm。3.精镗加工余量:查机械加工工艺手册扩孔、镗孔、铰孔的加工余量Z1.5mm2.0mm。查机械加工工艺手册卧式镗床的加工公差,可得:IT0.02mm0.05mm。这里取0.02mm。4.粗镗加工余量:除珩磨的加工余量和精镗的加工余量剩下的余量都给粗镗。查机械加工工艺手册卧式镗床的加工公差,可得IT0.1mm0.3mm,我们这里取0.1mm。由于毛坯及以后各道工序(或工步)的加工都有加工公差,因此规定都有加工公差,所以规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上的加工余量有最大及最小之分。由于本次设计规定的零件为中批生产,应该采用调整法加工。因此在计算最大、最小加工余量时应该按照调整法加工方式予确定。由此可知:毛坯的名义尺寸:80-2.5275mm毛坯的最大尺寸:75-0.874.2mm毛坯的最小尺寸:750.875.8mm粗镗后最小尺寸:80-1.5277mm粗镗后最大尺寸:77+0.177.1mm精镗后最小尺寸:80-0.05279.9mm精镗后最大尺寸:79.90.0279.92mm珩磨后尺寸与零件图纸尺寸相同,即:80H9()mm最后将上述的计算的工序间尺寸及公差整理成下表2-1:表2-1 80H9()mm孔的加工余量计算(单位:mm)工序加工尺寸公差铸件毛坯80H9()粗镗精镗珩磨加工前最大74.27779.8最小75.877.179.82加工后最大74.27779.880最小75.877.179.8280.087加工余量(单边余量)2.5最大1.81.410.1435最小0.61.250.1加工公差(单边)1.620.220.0420.08722.5 确定切削用量及基本工时2.5.1 工序一 粗铣80H9()mm孔大端端面本工序采用计算法确定切削用时1.数据的确定加工材料:HT200。加工要求:粗铣孔80H9()mm的大端端面。机床和夹具:X52K立式升降台铣床专用夹具,用R55mm的外圆柱面为基准。刀具: 材料为YG6,D=160mm,L=45mm,d=50mm,Z=16,10,15,12。查机械加工工艺手册常用铣刀参考几何角度和镶齿套式面铣刀,可得以上的参数。并查出铣刀的刀具耐用度为T10800s。2.计算切削用量确定80H9大端端面最大加工余量,已知毛坯长度方向的加工余量Z2.50.9mm,考虑3的拔模斜度,则毛坯长度方向的加工余量Z7.1mm。但是实际上此平面还要进行精铣所以不用全部加工,留1.5mm的加工余量给后面的精加工。因此实际大端端面的加工余量可以按照Z=5.6mm计算。可以分两次加工则每次加工的加工余量Z2.8mm。铣削的宽度为140mm,则可以分两次加工,80H9孔的小端端面在铸造时也由留了3的拔模斜度,所以也留了加工余量Z3mm。长度方向的加工按照IT12级计算,则取0.4mm的加工偏差。确定进给量f:查机械加工工艺手册端铣刀(面铣刀)的进给量,由刀具材料为YG6和铣床功率为7.5KW,可取:f=0.140.24mm/z,这里取0.2mm/z3.计算切削速度查机械加工工艺手册各种铣削速度及功率的计算公式:v其中:KKKKKKKKK,查机械加工工艺手册工件材料强度、硬度改变时切削速度、切削力和切削功率修正系数,可得:K1.0,K1.0,K1.0,K1.05,K1.0,K0.86,K1.0,K0.8,则:KKKKKKKKK1.01.01.01.051.00.861.00.80.7224。则切削速度为:v0.994m/s59.64m/min4.计算主轴转速nV118.65r/min查机械加工工艺手册铣床(立式、卧式、万能)主轴转速,与118.65r/min相近的转速有118r/min和150r/min,取118r/min,若取150r/min则速度太大。则实际切削速度:v59.31m/min5计算切削工时查机械加工工艺手册铣削机动时间的计算,可得:t其中当0.6时,+(13),这里0.4375,则:+(13)82mm,25mm取4mm,140mm。f0.216118377.6 mmmin查机械加工工艺手 册铣床(立式、卧式、万能)工作台进给量,可取375mmmin。t2.411min6.计算机床切削力查机械加工工艺手册圆周分力 的计算公式,可得:查机械加工工艺手册工件材料强度、硬度改变时切削速度、切削力、切削功率修正系数,可得1.0,则:2873.2N7.机床机加工的验证(1) 验证机床切削功率查机械加工工艺手册各种铣削切削速度及功率计算公式,可得:其中:KKKKKK,查机械加工工艺手册工件材料强度、硬度改变时切削速度、切削力、切削功率修正系数和其他使用条件改变时切削速度、切削力及切削功率修正系数,可得:K1.0,K0.8,K1.14,K0.79,K1.0,则:KKKKKKK1.00.81.140.791.00.72048,则机床切削功率为:2.05KW查机械加工工艺手册铣床(立式、卧式、万能)参数,可得X52K铣床的电机总功率为9.125KW,主电机总功率为7.5KW,所以机床的功率足够可以正常加工。(2) 验证机床进给系统强度已知主切削力2873.2N。查机械加工工艺手册各种铣刀水平分力、垂直分力、轴向力与圆周分力的比值,可得:a(0.40.8)mm,a(0.10.2)mm/z,不对称铣刀铣削顺铣,水平分力/(0.150.3),/(0.91.0),/(0.50.55)。则取:F0.20.22873.2574.64N,F0.90.92873.22585.88N,F0.50.52873.21436.6N。查取机床工作台的摩擦系数0.1可得切削刀具在纵向进给方向对进给机构的作力FFF+(F+)574.64+0.1(2873.2+2585.88+1436.6)574.64689.5681264.208N而机床纵向进给机构可以承受的最大纵向力为1436.6N,故机床进给系统可以正常工作。2.5.2 工序二 粗镗80H9内孔选用T611卧式镗床核专用夹具。刀具:材料为W18Cr4V,B16mm,H16mm,L200mm,l80mm,d16mm,K60。参考机械加工工艺手册镗刀可以得刀以上数据。确定80H9的最大加工余量,已知毛坯厚度方向的加工余量为Z2.5mm0.8mm,考虑3的拔模斜度,则厚度方向上的最大加工余量是Z8.54mm,由于后面要精镗核珩磨则加工余量不必全部加工,留给后面的精镗的加工余量Z1.5mm,珩磨的加工余量留Z0.05mm。则加工余量可以按照Z6.94mm,加工时分两次加工,每次加工的镗削余量为Z3.5mm。查机械加工工艺手册镗刀时的进给量及切削速度,可得进给量f0.350.7mm/r,切削速度v0.20.4m/s。参考机械加工工艺手册卧式镗床主轴进给量,取进给量f0.4mm/r,切削速度v0.3m/s18m/min。则主轴的转速nn 71.4r/min查机械加工工艺手册卧式镗床的主轴转速,可得与76.4r/min相近的转速有80r/min和64r/min,取80r/min,若取64r/min则速度损失太大。则实际切削速度:v18.85m/min计算镗削加工工时:t其中:;mm;。则镗削时间为:t7.432min2.5.3 工序三 精铣80H9大端端面机床和夹具:X52K立式升降台铣床专用夹具(类式于长三抓卡盘),以80H9的内孔面为基准。刀具:材料为YG6,D=160mm,L=45mm,d=50mm,Z=16,10,15,12。查机械加工工艺手册常用铣刀参考几何角度和镶齿套式面铣刀。可得以上的参数。并查出铣刀的刀具耐用度为T10800s。铣削深度mm,铣削宽度为:140mm可以分两次切削。去定进给量f:查机械加工工艺手册端铣刀(面铣刀)的进给量,有刀具的材料为YG6和铣床的功率为7.5KW,可得:进给量分f0.20.3mm/z,此处取0.2mm/z。查机械加工工艺手册硬质合金端铣刀(面铣刀)铣削用量可得:v2.47m/s148.2m/min。则主轴转速为:n295r/min查机械加工工艺手册铣床(立式、卧式、万能)主轴转速,与295r/min相近的转速有235r/min和300r/min。取300r/min,若取235r/min。则速度损失太大。则实际切削速度为v150.8m/min实际进给量为:f163000.2960mmmin查机械加工工艺手册铣床(立式、卧式、万能)工作台进给量,可取:f950mm/min。0.198mm/z。计算铣削工时:查机械加工工艺手册铣削机动时间的计算,可得:t其中当0.6时,+(13),这里0.4375。则140mm,82mm;mm;取5mm。则:t0.476min2.5.4 工序四 精镗80H9内孔选用T611卧式镗床和专用夹具,以孔80H9的大端端面为基准。刀具:参考机械加工工艺手册镗刀,可以选择B=12mm,H=16mm,L=80,d=12mm,45。刀具材料为YG8。确定进给量, 查机械加工工艺手册镗刀及切削速度,可得:进给量f0.150.25mmr,切削速度v2.04ms。参考机械加工工艺手册卧式镗床主轴进给量,取进给量f0.19mmr。切削速度:v2.04ms122.4mmin计算主轴转速:vv497r/min查机械加工工艺手册卧式镗床主轴转速,可得与497r/min相近的转速有400r/min和500r/min,取500r/min。若取400r/min则速度损失太大。则实际切削速度:v=123.2m/min计算切削时间:查机械加工工艺手册车削和镗削的机动时间计算,可得:t其中:100mm;3mm;mm;。则镗削时间为:t1.14min其余工步切削用量及基本工时计算从略第3章 专用夹具设计本次设计中为左支座设计一台专用夹具,以便在加工过程中提高工作效率、保证加工质量。左支座零件在本次夹具设计为加工80H9()mm孔的大端端面上4个孔螺栓孔的加工专用夹具。专用夹具的特点:针对性强、结构简单、刚性好、容易操作、装夹速度快、以及生产效率高和定位精度高。利用本夹具主要用来钻、锪加工顶面的四孔。加工时除了要满足粗糙度要求外,还应满足孔轴线对80H9()mm孔的平行度公差要求。为了保证技术要求,最关键是找到定位基准。同时,应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。3.1 定位基准及定位元件的选择由零件图可知:根据顶面四孔的轴线与80H9()mm孔的尺寸要求,在对孔进行加工前,80H9()mm孔及其大端端面已按其加工技术要求加工,因此,80H9()mm孔及其大端端面定位精基准(设计基准)来满足其面上四孔加工的尺寸要求。3.2 切削力及夹紧力的计算由资料机床夹具设计手册可得:切削力公式:式中 ,即:实际所需夹紧力:机床夹具设计手册得:安全系数K可按下式计算:式中:为各种因素的安全系数,见参考文献机床夹具设计手册可得:所以由计算可知所需实际夹紧力不是很大,为了使其夹具结构简单、操作方便,决定选用手动螺旋夹紧机构。,螺旋夹紧时产生的夹紧力:式中参数由机床夹具设计手册可查得:,其中:由机床夹具设计手册得:原动力计算公式:由上述计算易得:因此采用该夹紧机构工作是可靠的。3.3 定位误差分析与计算该夹具以80H9()孔及其大端端面为定位基准,要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求,必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。孔与面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定,由互换性与技术测量可知:取m(中等级)即 :尺寸偏差为、由机床夹具设计手册可得:(1) 定位误差:定位尺寸公差,在加工尺寸方向上的投影,这里的方向与加工方向一致。即:故(2) 夹紧安装误差,对工序尺寸的影响均小。即:(3) 磨损造成的加工误差:通常不超过(4) 夹具相对刀具位置误差:钻套孔之间的距离公差,按工件相应尺寸公差的五分之一取。即误差总和:从以上的分析可见,所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。3.4 夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在钻床上加工80H9()mm孔的大端端面的螺栓孔。工件以80H9()mm孔及其大端端面为定位基准,在定位销(心轴)和压紧元件以及防转销上实现完全定位。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率。为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸。本夹具总体的感觉还比较紧凑。致 谢通过这次的毕业设计,使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习,对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解,本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、铣镗钻夹具的设计与分析,对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。1.本次设计是对所学知识的一次综合运用,充分的运用了大学所学的知识,也是对大学所学课程的一个升华过程。2.掌握了一般的设计思路和设计的切入点,对机械加工工艺规程和机床夹具设计有了一个全面的认识,培养了正确的设计思路和分析解决问题的能力,同时提升了运用知识和实际动手的能力。3.进一步规范了制图要求,学会运用标准、规范、手册和查阅相关资料的本领。由于本人水平有限,加之时间短,经验少。文中定有许多不妥甚至错误之处,请老师给予指正和教导,本人表示深深的谢意。同时也要感谢王老师在本次毕业设计中的指导与帮助!参考文献1 周宏甫主编 .机械制造技术基础M,北京:高等教育出版社,2007。2 张龙勋主编 .机械制造工艺学课程设计指导书及习题M, 北京:机械工业出版社,2007。3 郑修本,冯冠大主编 .机械制造工艺学M, 北京:机械工业出版社,1991。4 许晓旸主编,专用机床设备设计M,重庆:重庆大学出版社,2003。5 徐嘉元,曾家驹主编,机械制造工艺学M,北京:机械工业出版社,2007。6 孟少龙主编,机械加工工艺手册第1卷M,北京:机械工业出版社,1991。7 王凡主编,实用机械制造工艺设计手册M,北京:机械工业出版社,2008。8 马贤智主编,机械加工余量与公差手册M,北京:中国标准出版社,1994。9 余光国,马俊,张兴发主编,机床夹具设计M,重庆:重庆大学出版社,1995。10 李庆寿主编,机械制造工艺装备设计适用手册M,银州:宁夏人民出版社,1991。11 吴拓主编,机械制造工艺与机床夹具M, 北京:机械工业出版社,2006。12 王光斗主编,王春福主编,机床夹具设计手册M,上海科学技术出版社,2000。附 录附录一:左支座零件毛坯合图 1张附录二:左支座零件图 1张附录三:左支座零件专用夹具装配图 1张附录四:机械加工工艺规程卡片 1套
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