下轴的工艺及夹具设计【铣16开口槽】【含三维建模】【含4张CAD图纸、文档打包终稿】

购买设计请充值后下载，资源目录下的文件所见即所得，都可以点开预览，资料完整，充值下载可得到资源目录里的所有文件。【注】：dwg后缀为CAD图，doc,docx为WORD文档，有不明白之处，可咨询QQ:1304139763 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 第 1 页 共 15 页 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 1 1 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 iijjFkd 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ij 第 2 页 共 15 页 图1 弹簧夹具 工件接触模型 表示在第i个ixyz 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ijd 和 切向力接触 法线力接触 ixFiyizF 1 2 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iPiR 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 in 2 1 3296 iiniPRE 其中 式中 和 是工件和夹具的弹性模量 22 11fw wEf w 分别是工件和材料的泊松比 f 切向变形 沿着 和 切线方向 硅业切力距ity iittx 或 者 ixiy 有以下形式 文献 23 第 217 页 iyQiix或 者 3 t28 ifi wiaG 其中 分别是工件和夹具剪切模量 1 3134ifi wPRE fGw 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 第 3 页 共 15 页 4 1 32 68 9iizREk 5 1 24jii iwxy zf kG 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TwwdXYZ wX wY 是 沿 和 三个正交组件 见图 2 Zxgygz 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 2L 第 4 页 共 15 页 6 222wwwdXYZ 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 TRRCXYZP 7 RC 其中夹紧力 是矢量 夹紧力的方向 矩阵 1 TLCC 1 TCLCRn 是夹紧力是矢量的方向余弦 和 coscosLiLiiin i i Li 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 gXYgZ 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 2 L 和最小zkii 的所有定位器正常刚度 相乘 并假设工件 取决于 zks xNyzgXY 的方向 各自的等效接触刚度可有下式 计算gZ 111 XYZNNssszizizikk 和 得出 见图 3 工件刚体运动 归于夹紧行动现在可以写成 wd 8 111XYZ TRRRwNNNsssziziziPPdkk 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 2L 最小化 XYZ 222RRERCNNw111PP iii 9 第 5 页 共 15 页 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gXYgZ 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 222iiiL CL CL Cx 111FFUW kkyziii TQ 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 W 完成 是遵守对角矩阵的 和Q1 LCxyzxyzcc 1iijjck 是所有接触力的载体 TxyzzFF 如图 3 加权系数 计算确定的基础2L 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 22iiixyszFF is 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 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 6 页 共 15 页 11 iiixyszF 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 0F 0M 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iP 以下的 的约束表 i 1 2 L C 13 iP0i 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 yS i 1 2 L C 14 iyiPSA 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i 模型 可以写成 最小化 15 12fTRCwQP 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1f 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2f 2L1f 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 2Lf 2L 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f 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1f 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 7 页 共 15 页 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2L 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 12TfQ 由 11 14 得 RCwP 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RCwP 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 2L 索取决于所需的预测精度 和 有参考文献 15 TwxyzTiiiziidrXYZ 2Klog 17 其中 表示上限的功能 完整的算法在如图 4 中给出 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 8 页 共 15 页 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 9 页 共 15 页 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 1optP2t3optPopt 考虑以下四个最坏加工负荷向量 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 10 页 共 15 页 max1axTXYZF 2maxaxTYXYZF 3maxaxTXYZF 4aTrXYZF 18 和 表示在 和 方向上的最大值 和 上gg 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maxXYmaxZ 有 222maxrXYZFF 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 max12 TiiijjcjPC 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ij ikjC 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maxijP 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 maxkC k 1 2 C 20 maxikkjC 只要这些具备 就得到一套优化的夹紧力 验证这Tmaxax12C optP 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optP 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 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 11 页 共 15 页 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gXY 方向上的移位 和自转 见图 2 gZTdwwXYZ Twxyz 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Tiiixyzd 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 TiirXYZ 可以用来表达在工件的位移 以及工件自转idwwXYZ 如下 21 wxyz 1Tii iiRrd 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1iR wcR 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 w wcR 22 w 1R1zyzxyx 方程 21 现在可以改写为 23 TiiidRBq 其中 是经方程 21 重新编排后变换得到的矩 ii ii10YBZ0Xi 阵式 是夹紧和加工导致的工件刚体运动矢量 yqTwwxzX 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 iFid 24 0 iiiKdzFotherws 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 Tiz 0iz 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iixyzKdagk 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 12 页 共 15 页 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 01Tze 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 TyiiixFp 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 6 1i EF 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 1L C1 0iEiiiRFfr 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 rrTXYZmm 现在可以计算如下 27 rmBq 其中 是考虑工件中心加工点的位置向量 且rTmXYZ 100mmYBX 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 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 13 页 共 15 页 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 16L 和 全球坐标系 gXYgZ 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 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 14 页 共 15 页 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 15 页 共 15 页 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 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 16 页 共 15 页 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2L 下形式 结果表明 最佳夹紧力所述加工 222 3RRRCXYZPP 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2L 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 maxaxmax iiiiij yzrPP 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opt 2L 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 17 页 共 15 页 点的加权范数 的 和 绘制 2LmaxiPaxiymaxizaxirP 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opt 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2 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inPopt 2LoptP 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2 提高工件的定位精度 图 10 8 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2L 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 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 18 页 共 15 页 1 J D Lee 和 L S Haynes 柔性夹具系统的有限元分析 交易美国 ASME 工程杂志工业 134 139 页 2 W Cai S J Hu 和 J X Yuan 柔性钣金夹具 原理 算法和模拟 交 易美国 ASME 制造科学与工程杂志 1996 318 324 页 3 P Chandra S M Athavale R E DeVor 和 S G Kapoor 负载对表面平 整度的影响 工件夹具制造科学研讨会论文集 1996 第一卷 146 152 页 4 R J Menassa 和 V R DeVries 适用于选拔夹具设计与优化方法 美国 ASME 工业工程杂志 113 412 414 1991 5 A J C Trappey C Su 和 J Hou 计算机辅助夹具分析中的应用有限元 分析和数学优化模型 1995 ASME 程序 MED 777 787 页 6 S N Melkote S M Athavale R E DeVor S G Kapoor 和 J Burkey 基于加工过程仿真的加工装置作用力系统研究 NAMRI SME 207 214 页 1995 7 考虑工件夹具 夹具接触相互作用布局优化模拟的结果 341 346 1998 8 E C DeMeter 快速支持布局优化 国际机床制造 硕士论文 1998 9 Y C Chou V Chandru M M Barash 加工夹具机械构造的数学算法 分析和合成 美国 ASME 工程学报工业 1989 299 306 页 10 S H Lee 和 M R Cutkosky 具有摩擦性的夹具规划 美国 ASME 工业工程学报 1991 320 327 页 11 S Jeng L Chen 和 W Chieng 最小夹紧力分析 国际机床制造 硕 士论文 1995 年 12 E C DeMeter 加工夹具的性能的最小 最大负荷标准 美国 ASME 工业工程杂志 1994 13 E C DeMeter 加工夹具最大负荷的性能优化模型 美国 ASME 工 业工程杂志 1995 14 JH 复和 AYC 倪 核查和工件夹持的夹具设计 方案优化 设计和制 造 4 硕士论文 307 318 1994 内蒙古科技大学本科生毕业设计 外文翻译 第 19 页 共 15 页 15 T H Richards 埃利斯 霍伍德 1977 应力能量方法分析 1977 16 M J Hockenberger and E C 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 325 331 页 1996 零 件 号综 合 工 艺 卡 片 fengrenji00 57 设备车 间 号 工 段 号 工 序 号 工序名称 名称 工装名称 编号 工序工时 min 机工 0 毛坯 01 5 清理毛坯 专用夹具 02 10 车 10 端面 CA6140 专用夹具 03 0 5 15 粗车 10 外圆及台阶 CA6140 专用夹具 04 0 8 20 掉头 粗车 12 外圆及端面 保证全长 CA6140 专用夹具 05 1 2 25 精车 10 外圆及台阶 CA6140 专用夹具 06 0 8 30 精车 12 外圆 小头侧 CA6140 专用夹具 07 1 5 35 粗铣宽度为 16 的槽 X52K 专用夹具 08 1 2 40 精铣宽度为 16 的槽 X52K 专用夹具 09 1 5 45 表面喷漆 10 0 8 50 检验入库 11 1 2 55 编制 校对 审核 共 1 页 日期 日期 日期 第 1 页 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 更改标记 更改数量 通知单编号 更改者 日期 江苏科技大学 产品代号或型号 部套号 材料 材料硬度 工时 min 零件名称 零件号机械加工工序卡片 HT200 下轴 工序名称 车 10 端面 设备型号 CA6140 设备名称 车床 设备编号 车间号 工段号 工序号 10 程序编号 切削液 切削深度 切削参数 进给量刀具编号 mm r min mm r 1 5 2000 0 05 1 车床 CA6140 2 3 夹具 专用夹具 4 游标卡尺 50 分度 名称 编号 规格序 号 工艺装备 标 识 编制 校对 审核 共 7 页 日期 日期 日期 第 1 页 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 江苏科技大学 产品代号或型号 部套号 材料 材料硬度 工时 min 零件名称 零件号机械加工工序卡片 HT200 下轴 工序名称 粗车 10 外圆及台阶 设备型号 CA6140 设备名称 车床 设备编号 车间号 工段号 工序号 15 程序编号 切削液 切削深度 切削参数 进给量刀具编号 mm r min mm r 1 5 2000 0 05 1 车床 CA6140 2 3 夹具 专用夹具 4 游标卡尺 50 分度 名称 编号 规格序 号 工艺装备 标 识 编制 校对 审核 共 7 页 日期 日期 日期 第 2 页 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 江苏科技大学 产品代号或型号 部套号 材料 材料硬度 工时 min 零件名称 零件号机械加工工序卡片 HT200 下轴 工序名称 掉头 粗车 12 外圆及端面 保证全长 设备型号 CA6140 设备名称 车床 设备编号 车间号 工段号 工序号 20 程序编号 切削液 切削深度 切削参数 进给量刀具编号 mm r min mm r 1 5 2000 0 05 1 车床 CA6140 2 3 夹具 专用夹具 4 游标卡尺 50 分度 名称 编号 规格序 号 工艺装备 标 识 编制 校对 审核 共 7 页 日期 日期 日期 第 3 页 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 江苏科技大学 产品代号或型号 部套号 材料 材料硬度 工时 min 零件名称 零件号机械加工工序卡片 HT200 下轴 工序名称 精车 10 外圆及台阶 设备型号 CA6140 设备名称 车床 设备编号 车间号 工段号 工序号 25 程序编号 切削液 切削深度 切削参数 进给量刀具编号 mm r min mm r 1 5 2000 0 05 1 车床 CA6140 2 3 夹具 专用夹具 4 游标卡尺 50 分度 名称 编号 规格序 号 工艺装备 标 识 编制 校对 审核 共 7 页 日期 日期 日期 第 4 页 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 江苏科技大学 产品代号或型号 部套号 材料 材料硬度 工时 min 零件名称 零件号机械加工工序卡片 HT200 下轴 工序名称 精车 12 外圆 小头侧 设备型号 CA6140 设备名称 车床 设备编号 车间号 工段号 工序号 30 程序编号 切削液 切削深度 切削参数 进给量刀具编号 mm r min mm r 1 5 2000 0 05 1 车床 CA6140 2 3 夹具 专用夹具 4 游标卡尺 50 分度 名称 编号 规格序 号 工艺装备 标 识 编制 校对 审核 共 7 页 日期 日期 日期 第 5 页 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 江苏科技大学 产品代号或型号 部套号 材料 材料硬度 工时 min 零件名称 零件号机械加工工序卡片 HT200 下轴 工序名称 粗铣宽度为 16 的槽 设备型号 X52K 设备名称 铣床 设备编号 车间号 工段号 工序号 35 程序编号 切削液 切削深度 切削参数 进给量刀具编号 mm r min mm r 1 5 2000 0 05 1 铣床 X52K 2 3 夹具 专用夹具 4 游标卡尺 50 分度 名称 编号 规格序 号 工艺装备 标 识 编制 校对 审核 共 7 页 日期 日期 日期 第 6 页 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 江苏科技大学 产品代号或型号 部套号 材料 材料硬度 工时 min 零件名称 零件号机械加工工序卡片 HT200 下轴 工序名称 精铣宽度为 16 的槽 设备型号 X52K 设备名称 铣床 设备编号 车间号 工段号 工序号 40 程序编号 切削液 切削深度 切削参数 进给量刀具编号 mm r min mm r 1 5 2000 0 05 1 铣床 X52K 2 3 夹具 专用夹具 4 游标卡尺 50 分度 名称 编号 规格序 号 工艺装备 标 识 编制 校对 审核 共 7 页 日期 日期 日期 第 7 页 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 更改 标记 更改 数量 通知单编号 更改者 日期 江苏科技大学 I XX 大 学 课程设计 课 题 下轴的工艺及夹具设计 铣 16 开口槽 专 题 专 业 机 械 制 造 及 自 动 化 学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 完 成 时 间 II 摘 要 本设计是基于下轴零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计 下轴零件的 主要加工表面是平面及槽系 一般来说 保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精 度容易 因此 本设计遵循先面后槽的原则 并将孔与平面的加工明确划分成粗加工 和精加工阶段以保证槽系加工精度 基准选择以下轴的输入轴和输出轴的支承孔作为 粗基准 以结合面与两个工艺孔作为精基准 主要加工工序安排是先以支承孔系定位 加工出顶平面 再以顶平面与支承孔系定位加工出工艺孔 在后续工序中除个别工序 外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面 夹具选用专用夹具 夹紧方式多选 用气动夹紧 夹紧可靠 机构可以不必自锁 因此生产效率较高 适用于大批量 流 水线上加工 能够满足设计要求 关键词 下轴类零件 工艺 夹具 III ABSTRACT The design is based on the body parts of the processing order of the processes and some special fixture design Body parts of the main plane of the surface and pore system In general the plane guarantee processing precision than that of holes machining precision easy Therefore this design follows the surface after the first hole principle Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of holes to ensure machining accuracy Datum selection box input shaft and the output shaft of the supporting hole as a rough benchmark with top with two holes as a precision technology reference Main processes arrangements to support holes for positioning and processing the top plane and then the top plane and the supporting hole location hole processing technology In addition to the follow up processes individual processes are made of the top plane and technological hole location hole and plane processing Supported hole processing using the method of coordinate boring The whole process of processing machine combinations were selected Selection of special fixture fixture clamping means more choice of pneumatic clamping clamping reliable institutions can not be locked so the production efficiency is high suitable for large batch line processing can meet the design requirements Key words Angle gear seat parts fixture IV 目 录 摘 要 II ABSTRACT III 第一章 加工工艺规程设计 1 1 1 零件的分析 1 1 1 1 零件的作用 1 1 1 2 零件的工艺分析 1 1 2 下轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 2 1 2 1 孔和平面的加工顺序 2 1 2 2 加工方案选择 2 1 3 下轴加工定位基准的选择 3 1 3 1 粗基准的选择 3 1 3 2 精基准的选择 3 1 4 下轴加工主要工序安排 3 1 5 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 5 1 6 确定切削用量及基本工时 机动时间 6 1 7 时间定额计算及生产安排 15 第 2 章 铣 16 开口槽夹具设计 17 2 1 设计要求 17 2 2 夹具设计 17 2 2 1 定位基准的选择 17 2 2 2 切削力及夹紧力的计算 17 2 3 定位误差的分析 20 2 4 夹具设计及操作的简要说明 21 结 论 22 参考文献 23 致 谢 25 1 第一章 加工工艺规程设计 1 1 零件的分析 1 1 1 零件的作用 题目给出的零件是下轴 下轴的主要作用是调换各传动挡 保证各轴 各挡轴能正常运行 并保证部件与部件正确安装 因此下轴零件的加工质 量 不但直接影响的装配精度和运动精度 而且还会影响工作精度 使用 性能和寿命 图 1 下轴 1 1 2 零件的工艺分析 由下轴零件图可知 下轴是一个轴类零件 它的外表面上有 2 个平面 需要进行加工 此外各表面上还需加工一系列螺纹孔 因此可将其分为 三组加工表面 它们相互间有一定的位置要求 现分析如下 1 以 12 外圆面为主要加工表面的加工面 这一组加工表面包括 12 外圆面的加工 端面面的加工 其中面有表面粗糙度要求为 mRa 2 3 2 以 U 型槽为主要加工面的加工面 这一组加工表面包括 U 型槽 面的铣削加工粗糙度为 mRa 2 3 3 以 10 为主要加工表面的加工面 这一组加工表面包括 12 外圆面 粗糙度为 2 4 其他倒角圆角的加工 1 2 下轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 由以上分析可知 该下轴零件的主要加工表面是平面及孔系 一般来 说 保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易 因此 对于下轴 来说 加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度 处理好孔 和平面之间的相互关系 由于的生产量很大 怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑 因素 1 2 1 孔和平面的加工顺序 下轴类零件的加工应遵循先面后孔的原则 即先加工下轴上的基准平 面 以基准平面定位加工其他平面 然后再加工孔系 下轴的加工自然应 遵循这个原则 这是因为平面的面积大 用平面定位可以确保定位可靠夹 紧牢固 因而容易保证孔的加工精度 其次 先加工平面可以先切去铸件 表面的凹凸不平 为提高孔的加工精度创造条件 便于对刀及调整 也有 利于保护刀具 下轴零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则 将孔与平面的加工 明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度 1 2 2 加工方案选择 下轴孔系加工方案 应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及 设备 除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外 也要适当考虑经济因 素 在满足精度要求及生产率的条件下 应选择价格最底的机床 根据下轴零件图所示的下轴的精度要求和生产率要求 当前应选用在 组合机床上用镗模法镗孔较为适宜 1 用坐标法镗孔 在现代生产中 不仅要求产品的生产率高 而且要求能够实现大批量 多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求 镗模法由于镗模生产成 本高 生产周期长 不大能适应这种要求 而坐标法镗孔却能适应这种要 求 此外 在采用镗模法镗孔时 镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔 用坐标法镗孔 需要将下轴孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺 寸及公差 然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镗孔 在大批量生产中 下轴孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行 加工 镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的 当镗刀杆通过镗 套的引导进行镗孔时 镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度 3 采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性 因此 可以用几 把刀同时加工 所以生产效率很高 但镗模结构复杂 制造难度大 成本 较高 且由于镗模的制造和装配误差 镗模在机床上的安装误差 镗杆和 镗套的磨损等原因 用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制 1 3 下轴加工定位基准的选择 1 3 1 粗基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求 1 保证各重要支承孔的加工余量均匀 2 保证装入下轴的零件与箱壁有一定的间隙 为了满足上述要求 应选择的主要支承孔作为主要基准 即以下轴的 输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准 也就是以前后端面上距顶平面最近 的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度 再以另一个主要支承孔定位 限制第五个自由度 由于是以孔作为粗基准加工精基准面 因此 以后再 用精基准定位加工主要支承孔时 孔加工余量一定是均匀的 由于孔的位 置与箱壁的位置是同一型芯铸出的 因此 孔的余量均匀也就间接保证了 孔与箱壁的相对位置 1 3 2 精基准的选择 从保证下轴孔与孔 孔与平面 平面与平面之间的位置 精基准的 选择应能保证下轴在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位 从下 轴零件图分析可知 它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大 适于作精基准使用 但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度 如 果使用典型的一面两孔定位方法 则可以满足整个加工过程中基本上都采 用统一的基准定位的要求 至于前后端面 虽然它是下轴的装配基准 但 因为它与下轴的主要支承孔系垂直 如果用来作精基准加工孔系 在定位 夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难 所以不予采用 1 4 下轴加工主要工序安排 对于大批量生产的零件 一般总是首先加工出统一的基准 下轴加工 的第一个工序也就是加工统一的基准 具体安排是先以孔定位粗 精加工 顶平面 第二个工序是加工定位用的两个工艺孔 由于顶平面加工完成后 一直到下轴加工完成为止 除了个别工序外 都要用作定位基准 因此 结合面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来 后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则 先粗加工平面 4 再粗加工孔系 螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出 因切削力较大 也应该 在粗加工阶段完成 对于下轴 需要精加工的是支承孔前后端平面 按上 述原则亦应先精加工平面再加工孔系 但在实际生产中这样安排不易于保 证孔和端面相互垂直 因此 实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系 然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面 这样容易保证零件图纸上规定 的端面全跳动公差要求 各螺纹孔的攻丝 由于切削力较小 可以安排在 粗 精加工阶段中分散进行 加工工序完成以后 将工件清洗干净 清洗是在 的含c 908 0 4 1 1 苏打及 0 25 0 5 亚硝酸钠溶液中进行的 清洗后用压缩空 气吹干净 保证零件内部杂质 铁屑 毛刺 砂粒等的残留量不大于 mg20 根据以上分析过程 现将下轴加工工艺路线确定如下 工艺路线一 0 毛坯 5 清理毛坯 10 车 10 端面 15 粗车 10 外圆及台阶 20 掉头 粗车 12 外圆及端面 保证全长 25 精车 10 外圆及台阶 30 精车 12 外圆 小头侧 35 粗铣宽度为 16 的槽 40 精铣宽度为 16 的槽 HT200 表面喷漆 50 检验入库 工艺路线二 0 毛坯 5 清理毛坯 10 粗铣宽度为 16 的槽 15 精铣宽度为 16 的槽 20 车 10 端面 25 粗车 10 外圆及台阶 30 掉头 粗车 12 外圆及端面 保证全长 5 35 精车 10 外圆及台阶 40 精车 12 外圆 小头侧 HT200 表面喷漆 50 检验入库 以上加工方案大致看来合理 但通过仔细考虑 零件的技术要求及可能 采取的加工手段之后 就会发现仍有问题 采用互为基准的原则 先加工上 下两平面 然后以下 下平面为精 基准再加工两平面上的各孔 这样便保证了 上 下两平面的平行度要求 同时为加两平面上各孔保证了垂直度要求 从提高效率和保证精度这两个前提下 发现该方案一比较合理 综合选择方案一 0 毛坯 5 清理毛坯 10 车 10 端面 15 粗车 10 外圆及台阶 20 掉头 粗车 12 外圆及端面 保证全长 25 精车 10 外圆及台阶 30 精车 12 外圆 小头侧 35 粗铣宽度为 16 的槽 40 精铣宽度为 16 的槽 HT200 表面喷漆 50 检验入库 1 5 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 1 毛坯种类的选择 零件机械加工的工序数量 材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯 的选择有关 因此 正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义 根据该零 件的材料为 HT200 生产类型为批量生产 结构形状很复杂 尺寸大小中 等大小 技术要求不高等因素 在此毛坯选择型材成型 2 确定毛坯的加工余量 根据毛坯制造方法采用的型材造型 查取 机械制造工艺设计简明手册 表 2 2 5 下轴 零件材料采用灰铸铁制造 材料为 HT200 硬度 HB 为 170 241 生产类型为大批量生产 采用型材毛坯 6 1 结合面的加工余量 根据工序要求 结合面加工分粗 精铣加工 各工步余量如下 粗铣 参照 机械加工工艺手册第 1 卷 表 3 2 23 其余量值规定为 现取 表 3 2 27 粗铣平面时厚度偏差取 m4 3 70 2 m28 0 精铣 参照 机械加工工艺手册 表 2 3 59 其余量值规定为 1 2 面的加工余量 根据工序要求 结合面加工分粗 精铣加工 各工步余量如下 粗铣 参照 机械加工工艺手册第 1 卷 表 3 2 23 其余量值规定为 现取 表 3 2 27 粗铣平面时厚度偏差取 m4 3 710 2 m28 0 精铣 参照 机械加工工艺手册 表 2 3 59 其余量值规定为 1 差等级选用 CT7 再查表 2 3 9 可得铸件尺寸公差为 6 1 6 确定切削用量及基本工时 机动时间 工序 0 工序 5 无切削加工 无需计算 工序 10 车 10 端面和粗车 10 外圆及台阶 已知工件材料 HT200 型材 有外皮 机床 CA6140 普通车床 工件用内钳式卡盘固定 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 CA6140 机床的中心高为 200 表 1 30 故选刀杆尺寸m 刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽HB m25165 4 带倒棱型前刀面 前角 后角 主偏角 副偏角0V120 6vK09 刃倾角 刀尖圆弧半径 vK0s sr8 1 粗车 10 外圆 7 确定切削深度 pa 由于单边余量为 可在一次走刀内完成m2 确定进给量 f 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 1625 pam4 10 进给量 0 5 1 0fr 按 CA6140 机床进给量 表 4 2 9 在 机械制造工艺设计手册 可 知 0 7fr 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 1 30 CA6140 机床进给机构允许进给力 3530 maxFN 根据表 1 21 当强度在 174 207 时 HBSp4 f75 0 时 径向进给力 950 rmrK045R 切削时 的修正系数为 1 0 1 0 1 17 表fFroFfKsFf krFfK 1 29 2 故实际进给力为 950 1111 5 1 2 f17 N 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 f 可用 rm7 0 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 5 1Tmin60 确定切削速度 V 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6YG 度 200 219 的铸件 切削速度 HBSpa4 frm75 0V min63 切削速度的修正系数为 1 0 0 92 0 8 1 0 tvKvsvKTv 1 0 见表 1 28 故 Kv tVv 63 1 0 0 184 920 1 3 min 8 120 1 nDVc 1012748 minr 4 根据 CA6140 车床说明书选择 1250nir 这时实际切削速度 为 cV 1 5 cV10cD 1257 min 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HBS160245pam3 fr75 0 时 min5V CPKW7 1 切削功率的修正系数 0 73 0 9 故实际切削时间的功率krcPcr0 为 1 7 1 2 1 CP73 0 6 根据表 1 30 当 时 机床主轴允许功率为 nmi125r EPKW9 5 故所选切削用量可在 C620 1 机床上进行 最后决定的切削用C E 量为 3 75 pafr7 0ni25rsr08 Vmin50 工序 20 掉头 粗车 12 外圆及端面 保证全长 已知工件材料 HT200 型材 有外皮 机床 CA6140 普通车床 工件用内钳式卡盘固定 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 CA6140 机床的中心高为 200 表 1 30 故选刀杆尺寸m 刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽HB m25165 4 带倒棱型前刀面 前角 后角 主偏角 副偏角0V120 6vK09 刃倾角 刀尖圆弧半径 vK0s sr 1 粗车 10 外圆 9 确定切削深度 pa 由于单边余量为 可在一次走刀内完成m2 确定进给量 f 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 1625 pam4 10 进给量 0 5 1 0fr 按 CA6140 机床进给量 表 4 2 9 在 机械制造工艺设计手册 可 知 0 7fr 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 1 30 CA6140 机床进给机构允许进给力 3530 maxFN 根据表 1 21 当强度在 174 207 时 HBSp4 f75 0 时 径向进给力 950 rmrK045R 切削时 的修正系数为 1 0 1 0 1 17 表fFroFfKsFf krFfK 1 29 2 故实际进给力为 950 1111 5 1 2 f17 N 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 f 可用 rm7 0 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 5 1Tmin60 确定切削速度 V 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6YG 度 200 219 的铸件 切削速度 HBSpa4 frm75 0V min63 切削速度的修正系数为 1 0 0 92 0 8 1 0 tvKvsvKTv 1 0 见表 1 28 故 Kv tVv 63 1 0 0 184 920 1 3 min 10 120 1 nDVc 1012748 minr 4 根据 CA6140 车床说明书选择 1250nir 这时实际切削速度 为 cV 1 c1cD 1257 min 5 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HBS160245pam3 fr75 0 时 min5V CPKW7 1 切削功率的修正系数 0 73 0 9 故实际切削时间的功率krcPcr0 为 1 7 1 2 1 CP73 0 6 根据表 1 30 当 时 机床主轴允许功率为 nmi125r EPKW9 5 故所选切削用量可在 C620 1 机床上进行 最后决定的切削用C E 量为 3 75 pafr7 0ni25rsr08 Vmin50 工序 25 精车 10 外圆及倒角 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 CA6140 机床的中心高为 200 表 1 30 故选刀杆尺寸m 刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽HB m25165 4 带倒棱型前刀面 前角 后角 主偏角 副偏角0V120 6vK09 刃倾角 刀尖圆弧半径 vK0s sr8 确定切削深度 pa 11 由于单边余量为 可在一次走刀内完成m1 确定进给量 f 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 1625 pam4 10 进给量 0 5 1 0fr 按 CA6140 机床进给量 表 4 2 9 在 机械制造工艺设计手册 可 知 0 7fr 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 1 30 CA6140 机床进给机构允许进给力 3530 maxFN 根据表 1 21 当强度在 174 207 时 HBSp4 f75 0 时 径向进给力 950 rmrK045R 切削时 的修正系数为 1 0 1 0 1 17 表fFroFfKsFf krFfK 1 29 2 故实际进给力为 950 1111 5 f17 N 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 f 可用 rm7 0 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 5 1Tmin60 确定切削速度 V 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15YT 度 200 219 的铸件 切削速度 HBSpa4 frm7 0V min63 切削速度的修正系数为 1 0 0 92 0 8 1 0 tvKvsvKTv 1 0 见表 1 28 故 Kv tVv 63 3 12 0 0 184 920 1 min 120 3 nDc 1748r 13 12 根据 CA6140 车床说明书选择 1250nmir 这时实际切削速度 为 cV 3 c1D 1257 in0 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HBS160245pam3 fr75 0 时 min5V CPkw7 1 切削功率的修正系数 0 73 0 9 故实际切削时间的功率rcPcrK0 为 1 7 1 2 C73 k 根据表 1 30 当 时 机床主轴允许功率为 nmi125r EPkw9 5 故所选切削用量可在 CA6140 机床上进行 最后决定的切削用量CP E 为 1 25 pafr7 0ni125rsr08 Vmin50 工序 35 精车 12 外圆 小头侧 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 CA6140 机床的中心高为 200 表 1 30 故选刀杆尺寸m 刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽HB m25165 4 带倒棱型前刀面 前角 后角 主偏角 副偏角0V120 6vK09 刃倾角 刀尖圆弧半径 vK0s sr8 确定切削深度 pa 由于单边余量为 可在一次走刀内完成 确定进给量 f 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 m1625 pam4 10 进给量 0 5 1 0fr 13 按 CA6140 机床进给量 表 4 2 9 在 机械制造工艺设计手册 可 知 0 7frm 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 1 30 CA6140 机床进给机构允许进给力 3530 maxFN 根据表 1 21 当强度在 174 207 时 HBSp4 f75 0 时 径向进给力 950 rmrK045R 切削时 的修正系数为 1 0 1 0 1 17 表fFroFfKsFf krFfK 1 29 2 故实际进给力为 950 1111 5 f17 N 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 f 可用 rm7 0 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 5 1Tmin60 确定切削速度 V 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15YT 度 200 219 的铸件 切削速度 HBSpa4 frm7 0V min63 切削速度的修正系数为 1 0 0 92 0 8 1 0 tvKvsvKTv 1 0 见表 1 28 故 Kv tVv 63 3 12 0 0 184 920 1 min 120 3 nDc 7r 13 根据 CA6140 车床说明书选择 1250nmir 这时实际切削速度 为 cV 3 c1D 1257 in 14 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HBS160245pam3 fr75 0 时 min5V CPkw7 1 切削功率的修正系数 0 73 0 9 故实际切削时间的功率rcPcrK0 为 1 7 1 2 C73 k 根据表 1 30 当 时 机床主轴允许功率为 nmi125r EPkw9 5 故所选切削用量可在 CA6140 机床上进行 最后决定的切削用量CP E 为 1 25 pafr7 0ni125rsr08 Vmin50 工序 5 粗 精铣 16 槽 机床 铣床 KX2 刀具 错齿三面刃铣刀 粗铣 16 槽 切削深度 pa8m 根据参考文献 3 表 查得 进给量 根据参考文2 476 0 6 famz 献 1 表 查得切削速度 30 inV 机床主轴转速 n 102 1 i3 45rd 按照参考文献 3 表 3 1 74 取 7n 实际切削速度 v 0 5 106nms 进给量 fV 8 13ffaZ 工作台每分进给量 m 8 infVs 被切削层长度 由毛坯尺寸可知 l 20l 刀具切入长度 1 0 5 lD 15 63mm 刀具切出长度 取2lm 走刀次数为 1 机动时间 jt120631 05min8jmlf 精铣 16 槽 切削深度 pa 0 根据参考文献 3 表 查得 进给量 根据参考文2476 0 8 faz 献 1 表 查得切削速度 30 3 inV 机床主轴转速 n 1045 mi 160rd 按照参考文献 3 表 3 1 74 取 7nn 实际切削速度 v3 0 s 进给量 fV0 824 5 61 39ffaZn 工作台每分进给量 m8 minfVs 被切削层长度 由毛坯尺寸可知 l 0l 刀具切入长度 1 0 5 2 lD 81mm 刀具切出长度 取2lm 走刀次数为 1 机动时间 2jt12081 23min 6jmlf 本工序机动时间 125 jjtt 工序 45 终检 无切削计算 工序 50 入库无切削计算 1 7 时间定额计算及生产安排 假设该零件年产量为 10 万件 一年以 240 个工作日计算 每天的产 量应不低于 417 件 设每天的产量为 420 件 再以每天 8 小时工作时间计 算 则每个工件的生产时间应不大于 1 14min 16 参照 机械加工工艺手册 表 2 5 2 机械加工单件 生产类型 中 批以上 时间定额的计算公式为 大量生产时 Ntktt zfjd 1 0 Ntz 因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为 ttfjd 其中 单件时间定额 基本时间 机动时间 jt 辅助时间 用于某工序加工每个工件时都要进行的各种ft 辅助动作所消耗的时间 包括装卸工件时间和有关工步 辅助时间 k 布置工作地 休息和生理需要时间占操作时间的百分比 值 工序 粗 精铣结合面 机动时间 jtmin73 1 j 辅助时间 参照 机械加工工艺手册 表 2 5 43 取工步辅助时间f 为 由于在生产线上装卸工件时间很短 所以取装卸工件时间为min15 0 则 in25 01 ftk 根据 机械加工工艺手册 表 2 5 48 13 k 单间时间定额 dt min14 i2 25 0731 ktfjd 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工 当布置两台机床时 min4 i2 14 2 dt 即能满足生产要求 工序 粗铣 U 型槽 机动时间 jtin53 0 j 辅助时间 参照 机械加工工艺手册 表 2 5 HT200 取工步辅助f 时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短 所以取装卸工件时min31 0 间为 则 min41 03 ftk 根据 机械加工工艺手册 表 2 5 48 13 k 单间时间定额 dt 17 min14 i06 13 4 053 1 kttfjd 因此布置一台机床即能满足生产要求 工序 精铣 U 型槽 机动时间 jtmin53 0j 辅助时间 参照 机械加工工艺手册 表 2 5 HT200 取工步辅助f 时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短 所以取装卸工件时in31 0 间为 则in1 0min41 03 ftk 根据 机械加工工艺手册 表 2 5 48 3k 单间时间定额 dt in14 i06 1 4 053 1 ktfjd 因此布置一台机床即能满足生产要求 第 2 章 铣 16 开口槽夹具设计 2 1 设计要求 为了提高劳动生产 保证加工质量 降低劳动强度 需要设计专用 夹具 本夹具将用于 X52k 铣床 成批生产 任务为设计一铣 16 槽夹具 本夹具无严格的技术要求 因此 应主要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 2 2 夹具设计 2 2 1 定位基准的选择 为了提高加工效率及方便加工 决定材料使用高速钢 用于对 进行加工 准备采用手动夹紧 由零件图可知 进行加工前 左右端面进行了粗 精铣加工 进行了 粗 精加工 因此 定位 夹紧方案有 18 方案 选下凸台面平面 和侧面和 V 型块定位夹紧方式用操作简单 通用性较强的移动压板来夹紧 方案 选一面两销定位方式 2 面用挡销 夹紧方式用操作简单 通用性较强的移动压板来夹紧 分析比较上面二种方案 方案 中的定位是不正确的 挡销的位置是 固定 且定位与夹紧应分开 因夹紧会破坏定位 通过比较分析只有方案 满足要求 孔其加工与孔的轴线间有尺寸公 差 选择小头孔和大头孔来定位 从而保证其尺寸公差要求 为了使定位误差达到要求的范围之内 这种定位在结构上简单易操作 2 2 2 切削力及夹紧力的计算 刀具 16 槽铣刀 硬质合金 刀具有关几何参数 015 001 顶 刃 0n 侧 刃 6 01 5 3rK2 Lm2Z 8 famzmap 2 由参考文献 5 5 表 1 2 9 可得铣削切削力的计算公式 0 8 10 35pzFafDBzn 有 9 8 1 10 1254836 2 N 根据工件受力切削力 夹紧力的作用情况 找出在加工过程中对夹紧 最不利的瞬间状态 按静力平衡原理计算出理论夹紧力 最后为保证夹紧 可靠 再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值 即 FKW 安全系数 K 可按下式计算 6543210 式中 为各种因素的安全系数 查参考文献 5 1 2 1 可知6 其公式参数 123456 0 3KK 由此可得 1 10 31 056 所以 845 WFN 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 夹紧力的确定 19 夹紧力方向的确定 夹紧力应朝向主要的定位基面 夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向 1 夹紧力作用点的选择 a 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内 b 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上 这样可以防止或 减少工件变形变形对加工精度的影响 c 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面 3 夹紧力大小的估算 理论上确定夹紧力的大小 必须知道加工过程中 工件所受到 的切削力 离心力 惯性力及重力等 然后利用夹紧力的作用应与上述各 力的作用平衡而计算出 但实际上 夹紧里的大小还与工艺系统的刚性 夹紧机构的传递效率等有关 而且 切削力的大小在加工过程中是变化的 因此 夹紧力的计算是个很复杂的问题 只能进行粗略的估算 估算的方法 一是找出对夹紧最不利的瞬时状态 估算此状态下所需 的夹紧力 二是只考虑主要因素在力系中的影响 略去次要因素在力系中 的影响 估算的步骤 a 建立理论夹紧力 FJ 理与主要最大切削力 FP 的静平衡方程 FJ 理 FP b 实际需要的夹紧力 FJ 需 应考虑安全系数 FJ 需 KFJ 理 c 校核夹紧机构的夹紧力 FJ 是否满足条件 FJ FJ 需 夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的 定位问题 已在前面研究过 其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度 仅仅定好位在大多数场合下 还无法进行加工 只有进而在夹具上设 置相应的夹紧装置对工件进行夹紧 才能完成工件在夹具中装夹的全部任 务 夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置 以便在 切削力 重力 惯性力等外力作用下 不发生移动和震动 确保加工质量 和生产安全 有时工件的定位是在夹紧过程中实现的 正确的夹紧还能纠 正工件定位的不正确 20 一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分 夹紧机构即接受和传 递原始作用力 使之变为夹紧力 并执行夹紧任务的部分 他包括中间递 力机构和夹紧元件 考虑到机床的性能 生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动 夹紧 螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式 利用螺旋杆直接夹紧元件 或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件 是应用最广泛的一 种夹紧机构 螺旋夹紧机构中所用的螺旋 实际上相当于把契绕在圆柱体上 因此 他的作用原理与斜契是一样的 也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧 工件的 不过这里上是通过转动螺旋 使绕在圆柱体是的斜契高度发生变 化来夹紧的 典型的螺旋夹紧机构的特点 1 结构简单 2 扩力比大 3 自琐性能好 4 行程不受限制 5 夹紧动作慢 夹紧装置可以分为力源装置 中间传动装置和夹紧装置 在此套夹具 中 中间传动装置和夹紧元件合二为一 力源为机动夹紧 通过螺栓夹紧 移动压板 达到夹紧和定心作用 工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转 通过螺栓夹紧移动压板 实现对工件的夹紧 并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的 移动压板 通过精确的圆弧定位 实现定心 此套移动压板制作简单 便 于手动调整 通过松紧螺栓实现压板的前后移动 以达到压紧的目的 压 紧的同时 实现工件的定心 使其定位基准的对称中心在规定位置上 查参考文献 5 1 2 26 可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计 算 螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有 210 tgtQLWz 式中参数由参考文献 5 可查得 6 2 76zr 901052 29 螺旋夹紧力 048 N 该夹具采用夹紧机构 由上述计算易得 KW 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 21 方便 决定选用手动螺旋夹紧机构 2 3 定位误差的分析 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 所规定的尺寸公差 gwj 与机床夹具有关的加工误差 一般可用下式表示 j MjjWDAZWj 定位误差 11minDWd 2i 2min DdJarctgL 其中 10 52Dm 20D d 3d in in4 夹紧误差 cos minaxyj 其中接触变形位移值 1 9 62nHBZyRaZkNl 查 5 表 1 2 15 有 10 4 0 42 0 7zKC cos8jym 磨损造成的加工误差 通常不超过Mj 5 夹具相对刀具位置误差 取AD01 误差总和 0 853jw 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 2 4 夹具设计及操作的简要说明 由于是大批大量生产 主要考虑提高劳动生产率 因此设计时 需要 更换零件加工时速度要求快 本夹具设计 用移动夹紧的大平面定位三个 自由度 定位两个自由度 用定位块定位最后一个转动自由度 夹具体是夹具的基础件 夹具体上所有组成部分都必须最终通过这一 22 基础件连接成一个有机整体 为了满足加工要求 夹具体应有足够的刚度 和强度 同时结构工艺性要好 由于铸造工艺性好 几乎不受零件大小 形状 重量和结构复杂程度 的限制 同时吸振性良好 抗压能力好 故此选用铸造夹具体 材料选取 HT200 铸造成型后时效处理 以消除内应力 由于工件采用 V 型块定位 20mm 外圆面 这就要求 V 型块固定在一 个与水平面成 HT200 的支撑面上 我们可以采用加工一有 HT200 面的 支撑块固定在夹具体上 经过切削加工达到我们要求的定位尺寸 结 论 通过近一个月的课程设计 使我们充分的掌握了一般的设计方法和步 骤 不仅是对所学知识的一个巩固 也从中得到新的启发和感受 同时也 提高了自己运用理论知识解决实际问题的能力 而且比较系统的理解了液 压设计的整个过程 在整个设计过程中 我本着实事求是的原则 抱着科学 严谨的态度 主要按照课本的步骤 到图书馆查阅资料 在网上搜索一些相关的资料和 相关产品信息 这一次设计是大学四年来最系统 最完整的一次设计 也 是最难的一次 在设计的时候不停的计算 比较 修改 再比较 再修改 23 我也付出了一定的心血和汗水 在期间也遇到不少的困难和挫折 幸好有 老师的指导和帮助 才能够在设计中少走了一些弯路 顺利的完成了设计 本设计研究过程中仍然存在不足之处 有的问题还待于进一步深入 具体如下 1 缺乏实际工厂经验 对一些参数和元件的选用可能不是非常合 理 有一定的浪费 2 与夹具相关的刀具和量具的了解还不太清楚 3 系统的设计不太完善 在与计算机配合进行精确的数据采集和 控制上还有一些不足 4 使用有一定的局限 人工操作多 零部件磨损度在实际中尚不 明确 24 参考文献 1 刘德荣 组合夹具结构简图的初步探讨 组合夹具 1982 1 2 孙已德 机床夹具图册 M 北京 机械工业出版社 1984 20 23 3 贵州工学院机械制造工艺教研室 机床夹具结构图册 M 贵阳 贵州任命出版社 1983 42 50 4 刘友才 机床夹具设计 北京 机械工业出版社 1992 5 孟少龙 机械加工工艺手册第 1 卷 M 北京 机械工业出版社 1991 6 金属机械加工工艺人员手册 修订组 金属机械加工工艺人员 手册 M 上海 上海科学技术出版社 1979 7 李洪 机械加工工艺师手册 M 北京 机械工业出版社 1990 8 马贤智 机械加工余量与公差手册 M 北京 中国标准出版社 1994 9 上海金属切削技术协会 金属切削手册 M 上海 上海科学技 术出版社 1984 10 周永强 高等学校课程设计指导 M 北京 中国建材工业出版 社 2002 11 薛源顺 机床夹具设计 第二版 M 机械工业出版社 2003 1 12 余光国 马俊 张兴发 机床夹具设计 M 重庆 重庆大学出 版社 1995 13 东北重型机械学院 洛阳农业机械学院 长春汽车厂工人大学 机床夹具设计手册 M 上海 上海科学技术出版社 1980 14 李庆寿 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 15 廖念钊 莫雨松 李硕根 互换性与技术测量 M 中国计量出 43 版社 2000 9 19 16 哈尔滨工业大学 哈尔滨市教育局 专用机床夹具设计与制造 黑农 江人民出版社 1979 12 17 乐兑谦 金属切削刀具 机械工业出版社 2005 4 17 18 Machine Tools N chernor 1984 19 Machine Tool Metalworking John L Feirer 1973 20 Handbook of Machine Tools Manfred weck 1984 21 Sors l fatigue design of machine components oxford pergramon press 1971 26 致 谢 在本文完成之际 首先向我最尊敬的导师老师致以最诚挚的敬意和最衷心的感谢 几个月以来 他不遗余力地对我的设计进行了指导 在我课程设计这段时间 无论在 学习还是在生活上 恩师都给予了我无微不至的关怀 他以其渊博的知识 宽厚的胸 怀 无私的敬业精神以及严谨的治学态度和开拓进取的精神激励着我 并言传身教 身体力行地不断培养我独立思考 深入探索 解决实际问题的能力 使我受益匪浅 老师给与了该设计关键性的技术指导 并指明了研究的方向 虽然平日里工作繁多 但在我做课程设计的过程中 特别在说明书的撰写和修改上给予了我悉心的指导 特 此向老师表示衷心的感谢和敬意 课程设计虽已完成了 但由于知识水平的局限 实际经验缺乏 设计还存在许多 不足 有很多地方需要改进 对于这些不足 我将在以后的工作中利用尽自已所能的 去补充和完善 让自己成为对社会作更多的贡献 成为有用之才 此外还要感谢那些给予过我关心 帮助的老师和同学 正是有了大家的关怀 鼓 力和我自己的努力 此设计才得以顺利完成