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夾具定位規(guī)劃中完整性評估和修訂
CAM實(shí)驗(yàn)室,機(jī)械工程學(xué)系,伍斯特理工學(xué)院研究院,100路,伍斯特,碩士01609,美國
2004年9月14日收稿;2004年11月9日修訂;2004年11月10日發(fā)表
摘 要
幾何約束是夾具設(shè)計(jì)中最重要的考慮因素之一。確定位置的解析擬訂已發(fā)達(dá)。然而,如何分析和修改在實(shí)際夾具設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中的一個非確定性的定位計(jì)劃尚未深入研究。在本文中,提出了一種方法來描述在限制約束下的重點(diǎn)夾具系統(tǒng)的幾何約束狀態(tài)。一種限制約束下狀態(tài),如果它存在,可以識別給定定位計(jì)劃??梢宰詣幼R別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案。這有助于改善逆差定位計(jì)劃,并為修訂提供指引,以最終實(shí)現(xiàn)確定性的定位。
關(guān)鍵詞:夾具設(shè)計(jì);幾何約束;確定性定位;限制約束;過約束
1.介紹
夾具是用于制造工業(yè)進(jìn)行工件牢固定位的一種機(jī)制。在零件加工過程中規(guī)劃一個關(guān)鍵的第一步,夾具設(shè)計(jì)需要,以確保定位精度和三維工件的精度。 3-2-1原則,在一般情況下,是最廣泛使用的指導(dǎo)原則發(fā)展的位置計(jì)劃。 V型塊和銷孔定位原則也常用。
一個加工夾具定位方案必須滿足一些要求。最基本的要求是,必須提供工件確定的位置。這種觀點(diǎn)指出,定位計(jì)劃生產(chǎn)的確定位置,工件不能移動,而至少有一個定位不會失去聯(lián)系。這一直是夾具設(shè)計(jì)的最根本的準(zhǔn)則之一,許多研究人員關(guān)于幾何約束狀態(tài)的研究表明,工件在任何定位計(jì)劃分為以下三個類別:
1、良好的約束(確定性):工件在一個獨(dú)特的位置進(jìn)行配合,工件表面與6個定位器取得聯(lián)系。
2、限制約束:不完全約束工件的自由度。
3、過約束:工件自由度超過6定位的制約。
在1985年,淺田[1]提出了滿秩為準(zhǔn)則雅可比矩陣的約束方程,基于分析形成了調(diào)研后,確定定位。周等[2]在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理論。結(jié)果表明,定位矩陣的定位需要壓力滿秩達(dá)到確定的位置。該方法的確定通過無數(shù)的研究。王等[3]考慮定位工件的接觸的影響,而采用點(diǎn)接觸面積。他們介紹了接觸矩陣,并指出,兩個接觸的機(jī)構(gòu)不應(yīng)該有平等的,但在接觸點(diǎn)曲率相反??柹璠4]認(rèn)為,可能沒有足夠的應(yīng)用,如一些不是非棱柱的表面或相對誤差近似的非小線性。他提出一個二階泰勒展開,其中也考慮到定位誤差相互作用。馬林和費(fèi)雷拉[5]應(yīng)用周對3-2-1的位置擬訂,制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃。盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置。
在淺田的擬定方案中,他們假設(shè)工件夾具元件和點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)無阻力。理想的位置q*,而應(yīng)放置工件表面和分片,可微函數(shù)是gi(見圖1)。
表面函數(shù)定義為:gi(q*)=0是確定的,應(yīng)該有一個獨(dú)一無二的解決方案為下列所有定位方程組。
gi(q)=0,i=1,2,...,n (1)
其中n是定位器的位置與方向,代表了工件的定位和方向。
只有考慮到目標(biāo)位置q*附近在處:
淺田表明
(2)
hi是幾何函數(shù)的雅可比矩陣,矩陣式所示(3)。確定定位
如果雅可比矩陣滿秩,可滿足要求。 (2)只有q=q*一個解決辦法
(3)
在1個3-2-1定位計(jì)劃中,一個約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如表1所示。如果定位是小于6,工件是限制約束的,即存在至少有一個工件自由定位議案不受限制的。如果矩陣滿秩,但定位大于6定位,工件是過約束,這表明存在至少一個定位等;而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài)。找出一個模型除了3-2-1,可以建立基準(zhǔn)框架提取等效的定位點(diǎn)。胡等[6]已經(jīng)發(fā)展出一種系統(tǒng)的方法,對這個用途。因此,這則能適用于所有的定位方案。
圖1 .夾具系統(tǒng)模型。
表1
等級 數(shù)量的定位 地位
<6 - Under-constrained
=6 =6 Well-constrained
=6 >6 Over-constrained
康等[7]遵循這些方法和他們實(shí)施制定的幾何約束分析模塊其自動化的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)的核查制度。他們的CAFDV系統(tǒng)可以計(jì)算出雅可比矩陣和它的排名來確定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯誤。熊等人[8]提出的等級檢查方法的定位矩陣WL(見附件)。他們還介紹了左/右邊的定位矩陣廣義逆理論,分析了工件的幾何誤差。結(jié)果表明,定位及發(fā)展方向誤差ΔX和位置誤差Δr的工件定位相關(guān)如下:
Under-constrained:ΔX=WLΔr, (4)
Well-constrained :ΔX=(WTLWL)-1WLTΔr, (5)
Over-constrained:ΔX=WLT(WTLWL)-1Δr+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL)λ, (6)
λ是任意一個向量。
他們還介紹了從這些矩陣的幾個指標(biāo),評價定位配置,其次是通過約束非線性規(guī)劃的優(yōu)化。然而,他們的研究分析,不涉及非確定性定位的修訂。目前,還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究。
2.定位完整性評價
如果不確定性的位置達(dá)到夾具系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求,設(shè)計(jì)師知道約束狀態(tài)是什么,以如何改善設(shè)計(jì)是非常重要的條件。如果夾具系統(tǒng)是過度約束,是理想定位需要的不必要的信息。而下約束時,所有有關(guān)知識約束工件的議案,可以引導(dǎo)設(shè)計(jì)師選擇額外的定位或使得修改定位計(jì)劃更有效。的總體戰(zhàn)略定位計(jì)劃表征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2。
在本文中,定位矩陣秩的幾何約束的施加評價狀態(tài)(見附件為獲得的定位矩陣)。確定需要六個定位器定位提供矩陣的滿秩定位WL:
如圖3所示,在給定的定位器數(shù)量n,定位法向量[ai,bi,ci]和定位的位置[xi,yi,zi]
每一個定位器,i=1,2,.....,n,n*6定位矩陣可以確定如下:
(7)
當(dāng)?shù)燃墸╓L)=6,n=6時,是工件良好約束。
當(dāng)?shù)燃墸╓L)=6,n>6時;是工件過約束。
這意味著(n-6)有不必要的定位在定位方案上。工件將不存在限制(n-6)定位器。這種狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示方法,那就是(n-6)在定位向量矩陣,可表示為線性組合的其他六行向量。
圖2 幾何約束狀態(tài)描述
圖3一個簡化的定位方案。
定位方案,提供了確定性的位置。發(fā)達(dá)國家的算法使用下列方法確定不必要的定位:
1、找到所有的(n-6)組合定位的。
2、為每個組合,從(n-6)定位器確定定位方案。
3、重新計(jì)算矩陣秩的定位為左六個定位器。
4、如果等級不變,被刪除的(n-6)定位器是負(fù)責(zé)過約束狀態(tài)。
這種方法可能會產(chǎn)生多種解決方案,并要求設(shè)計(jì)師來決定哪一套不必要的定位應(yīng)該被刪除以最佳定位性能。
當(dāng)?shù)燃墸╓L)<6,工件的限制約束。
參考文獻(xiàn)
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沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
摘 要
本設(shè)計(jì)說明書共分兩部分,內(nèi)容包括工藝規(guī)程設(shè)計(jì),其中包括零件的分析,分析毛坯余量,工藝規(guī)程設(shè)計(jì)以及一些常用的公式和表格等;另一部分是工藝裝備設(shè)計(jì),包括夾具設(shè)計(jì),專用刀具設(shè)計(jì),專用量具設(shè)計(jì)等。
本論文理論觀點(diǎn)清晰,設(shè)計(jì)特點(diǎn)突出,內(nèi)容詳盡,簡單易懂。論文的每一部分都是經(jīng)過我的詳細(xì)分析論證和計(jì)算,每一種設(shè)計(jì)都是有據(jù)可依的。此論文是在催老師的指導(dǎo)下,又經(jīng)過我的查閱資料,分析計(jì)算,編排匯總而來。
此論文能夠體現(xiàn)出我的獨(dú)特設(shè)計(jì)風(fēng)格,也能表現(xiàn)出我設(shè)計(jì)此套方案的價值觀。這也說明了我所學(xué)知識,說明我能夠?qū)⒆约旱闹R更好更充分的運(yùn)用與實(shí)際的工作實(shí)踐中。經(jīng)過了4年的大學(xué)學(xué)習(xí),我們是否有所收獲很大程度上都體現(xiàn)在了此次設(shè)計(jì)中,在我們即將走出校門的時候,我將充分發(fā)揮自己的才能,運(yùn)用自己的知識為培育我的老師,栽培我的學(xué)校留下自己的設(shè)計(jì)作品。
目錄
緒論――――――――――――――――――――――――(2)
1、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)――――――――――――――――――――(3)
1.1 零件分析―――――――――――――――――――――(3)
1.1.1零件的作用―――――――――――――――――――――――― (3)
1.1.2零件的工藝分析――――――――――――――――――――――(3)
1.2確定毛坯――――――――――――――――――――――(3)
1.3工藝規(guī)程設(shè)計(jì)――――――――――――――――――――(5)
1.3.1定位基準(zhǔn)的選擇―――――――――――――――――――――――(5)
1.3.2制定工藝路線――――――――――――――――――――――――(6)
1.3.3選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具―――――――――――――――――(8)
1.3.4確定加工余量和主要表面的工序尺寸――――――――――――――(8)
1.3.5加工工序設(shè)計(jì)――――――――――――――――――――――――(9)
1.3.5.1工序1粗銑底面和工序2精銑底面―――――――――――――(9)
1.3.5.2時間定額計(jì)算――――――――――――――――――――――(9)
2 、工藝裝備設(shè)計(jì)―――――――――――――――――――(10)
2.1夾具設(shè)計(jì)――――――――――――――――――――――――――(10)
2.1.1銑底面夾具設(shè)計(jì)――――――――――――――――――――――(10)
2.1.1. 1夾具設(shè)計(jì)的目的和條件―――――――――――――――――(10)
2 .1.1.2 確定設(shè)計(jì)方案―――――――――――――――――――――(10)
2.1.1.3 確定并設(shè)計(jì)對刀元件――――――――――――――――――(11)
2.1.1.4. 夾緊力的計(jì)算和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)―――――――――――――(11)
2.1.1.5 加工精度分析―――――――――――――――――――――(11)
2.1.1.6 夾具體的設(shè)計(jì)――――――――――――――――――――――(12)
2.1.1.7 繪制夾具裝配總圖――――――――――――――――――――(12)
2.1.2鉆底面孔夾具設(shè)計(jì)―――――――――――――――――――――-(12)
2.1.2.1 研究原始材料,明確設(shè)計(jì)任務(wù)―――――――――――――――(12)
2.1.2.2 確定夾具設(shè)計(jì)方案,結(jié)構(gòu),繪制結(jié)構(gòu)草圖――――――――――(12)
2.1.2.2.1 確定零件的定位方式,選擇定位元件――――――――――(12)
2.1.2.2.2 確定并設(shè)計(jì)導(dǎo)向元件―――――――――――――――――(13)
2.1.2.2.3 計(jì)算所需夾緊力,設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)――――――――――――(13)
2.2專用刀具設(shè)計(jì)――――――――――――――――――――――――――(14)
2.2.1 設(shè)計(jì)條件和要求――――――――――――――――――――――(14)
2.2.2 初選主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)―――――――――――――――――――――(14)
2.3專用量具設(shè)計(jì)――――――――――――――――――――(16)
2.3.1 工件螺紋的牙型尺寸――――――――――――――――――――(16)
2.3.2 自文獻(xiàn)(8)表6.4.3查的環(huán)規(guī)公差及截形有關(guān)尺寸――――――――(16)
2.3.3 計(jì)算螺紋環(huán)規(guī)的大,中,小徑尺寸―――――――――――――――(16)
畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)論――――――――――――――――――――――――――――(17)
致謝―――――――――――――――――――――――――――――――――(18)
畢業(yè)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)――――――――――――――――――――――――――(18)
緒論
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我學(xué)到了許多課堂上學(xué)不到的知識,增強(qiáng)了我的實(shí)踐能力和空間想象能力。這次設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)本專業(yè)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的需要,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識,獨(dú)立解決一般機(jī)械類技術(shù)問題的能力,樹立正確的設(shè)計(jì)思想和工作作風(fēng),為社會培養(yǎng)更多的人才。
本設(shè)計(jì)論文中包括工藝規(guī)程設(shè)計(jì)和工藝裝備設(shè)計(jì)兩大部分。并主要以閥體的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)和工藝裝備設(shè)計(jì)為重點(diǎn),闡述其設(shè)計(jì)原理和方案。我還設(shè)計(jì)了一套與之配套的專用刀具和量具及兩套夾具。在整個設(shè)計(jì)方案中,力求以經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)來指導(dǎo)設(shè)計(jì),并掌握一般夾具,刀具,量具的設(shè)計(jì)方法,使工藝科學(xué)性強(qiáng),并在此基礎(chǔ)上貫穿了自己的整個設(shè)計(jì)思想。
在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中,我得到了催廣臣等老師的熱情指導(dǎo)和幫助,及廣大同學(xué)提出了寶貴的意見,在此對他們的關(guān)心和幫助表示最衷心的感謝。
編者:吳飛
1工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
1 .1 零件分析
1.1.1 零件的作用:
閥體是東風(fēng)汽車等內(nèi)燃機(jī)的一個主要零件, 內(nèi)燃機(jī)通過該零件的安裝平面既低面與閥體相連,用四個螺栓固定,實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)車的正確連接,底面上4個直徑11毫米孔為螺栓連接孔,由于沒有定位銷定位,故對它的位置要求0.25毫米。
1.1.2 零件的工藝分析:
有零件圖可知,其材料為QT40-10,該材料具有較高的韌性、塑性,在低溫下有較低的韌性——脆性轉(zhuǎn)變,溫度及較高的低溫沖擊值,且有一定抗溫度急發(fā)性,耐腐蝕性。適用于承受較好韌性,要求耐腐蝕的零件。該零件的主要加工面為直徑43、45、27、41的錐孔,M48X2螺紋,直徑26、20,M32X2螺紋,直徑36,2—M12螺紋孔,4個直徑11孔的底面。底面的加工精度直接影響閥體與其他零件的接觸精度及密封,在加工底面時,應(yīng)有一定的精度要求。直徑43凸臺面是與其他零件的接觸表面,直接影響該零件與其他工件之間的接觸精度。2-M12MM,4個直徑11毫米的孔是用于鏈接的表面,在加工它們時,應(yīng)有一定的精度要求?!?
直徑41的錐孔是該零件中精度要求最高的表面,因而具有較高的加工精度要求。
由參考文獻(xiàn)1中有關(guān)面和孔加工經(jīng)濟(jì)精度及機(jī)床能達(dá)到的位置精度可知,上述技術(shù)要求是可以達(dá)到的,零件的結(jié)構(gòu)工藝性也是可行的。
1.2 確定毛坯:
根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件又由設(shè)計(jì)任務(wù)書已知零間的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5000-10000件/年,該零件質(zhì)量約為2.85千克,由參考文獻(xiàn)2表1-4,表1-3可知,其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn),毛坯的鑄造方法選用砂型及其造型。又由于閥體零件的內(nèi)腔及內(nèi)孔均需鑄出,故應(yīng)安放型芯。此外,為消除殘余應(yīng)力,鑄造后應(yīng)安排人工時效和檢驗(yàn)。參考文獻(xiàn)2表12-5、表12-3可知,該種鑄件的尺寸公差等級CT為8-10級,加工余量等級MA為G級,?。茫詾椋保凹?,MA為G級?!?
鑄件分型面選擇通過直徑26毫米,直徑27毫米孔軸線且與底面垂直的面,澆冒口位置分別位于底面和直徑43毫米凸臺兩側(cè)。參考文獻(xiàn)2表12-2,用查表法確定各表面的總余量如下表所示:
加工表面
基本尺寸(mm)
加工余量等級
加工余量數(shù)值(mm)
說明
安裝平面
10
G
3.0
側(cè)面:單側(cè)加工
直徑26端面
107
G
3.5
側(cè)面:單側(cè)加工
直徑27孔
27
H
2.5
孔降一級,雙側(cè)加工
凸臺面
10
G
3.0
側(cè)面:單側(cè)加工
直徑41孔端面
22
G
3.0
側(cè)面:單側(cè)加工
M42X2螺紋
48
G
3.0
側(cè)面:單側(cè)加工
直徑35孔
30
H
2.5
孔降一級,雙側(cè)加工
M33X2螺紋
33
G
3.0
側(cè)面:雙側(cè)加工
直徑20孔
20
H
2.5
孔降一級,雙側(cè)加工
直徑36外圓
36
G
2.5
側(cè)面:雙側(cè)加工
參考文獻(xiàn)3表12-4得主要毛坯尺寸及公差
主要面尺寸
零件尺寸(MM)
總余量(MM)
毛坯尺寸(MM)
公差CT
N底面輪廓尺寸
10
10
1
N底面直徑26 孔端面尺寸
107
3.5
110.5
2
C面距直徑26孔端面尺寸
21
3.0
24.0
1
凸臺面表面距直徑43空軸線中心尺寸
10
3.0
13.0
1
大孔深
22
3.0
25
1
直徑27孔
27
2.5+2.5
22
1
直徑20孔
20
2.5+2.5
15
1
直徑35孔
35
2.5+2.5
30
1.5
M42X2外徑尺寸
48
3.0+3.0
54
1.5
M33X2外徑尺寸
33
3.0+3.0
39
1.5
直徑36外徑尺寸
36
3.0+3.0
42
1.5
1.3 工藝規(guī)程設(shè)計(jì):
1.3.1定位基準(zhǔn)的選擇:
精基準(zhǔn)的選擇:閥體底面是裝配基準(zhǔn),又是設(shè)計(jì)基準(zhǔn),用它做精基準(zhǔn),遵循基準(zhǔn)重合原則,實(shí)現(xiàn)閥體零件一面二孔的定位方式,其余各面和孔的加工也能用它定位,這樣就遵循了基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。此外,底面的面積較大,定位比較穩(wěn)定,夾緊也比較簡單,可靠,操作方便。
粗基準(zhǔn)的選擇:選擇底面的對面D面作為粗基準(zhǔn);1.保證各加工表面均有加工余量的前提下,使重要孔的加工余量盡可能均勻;2.其他零件與閥體有足夠的間隙。
兩定位夾緊方案:
方案一:用D面定位限制3個自由度,側(cè)面用一個支撐板限制2個自由度,這種夾緊方案簡單,但不適合大批量生產(chǎn),加工穩(wěn)定性不高。
方案二;在小孔處以銷定位限制兩個自由度,側(cè)面用3個支撐釘限制3個自由度,底面本生限制一個自由度,這種定位準(zhǔn)確、可靠、隨行夾具簡單,適用于大批量生產(chǎn),所以該方案可行。
1.3.2 制定工藝路線
方案一:根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度,確定各表面的加工方法如下:
底面: 粗銑——精銑 兩側(cè)面:粗銑 直徑35孔:粗銑
底面孔4-11、4-20: 鉆——锪 直徑41內(nèi)錐孔: 粗車--半精車-精車
直徑27大孔: 粗鏜 ?。停矗福兀玻捍周嚕刖嚕嚕ヂ菁y
直徑20小孔: 粗鏜 直徑26孔: 粗鏜
M33X2: 粗車-半精車-精車-攻螺紋
凸臺面直徑43、直徑35孔: 粗車-半精車
2-M12: 鉆孔-攻螺紋
根據(jù)先面后孔,先主要表面后次要表面,先粗加工后精加工的原則,將底面,兩側(cè)面級底面空的加工放前面,后鉆4-11孔,2-10.2孔,螺紋孔M48X2、M33X2、2-M12等次要表面放在最后加工。
工序過程排列如下:
方案一:
工序號
工序內(nèi)容
鑄造
時效
涂漆
1
粗銑底面
2
精銑底面
3
銑兩側(cè)面
4
鉆底面孔4——11,锪盤4——22
5
車大孔,車端面,車直徑27內(nèi)孔,車直徑41錐孔,粗車直徑48外圓,半精車直徑48外圓,精車直徑48外圓,倒1.5X45度角,車半徑3毫米圓弧,車M48X2螺紋
6
車小孔(車端面,車直徑20內(nèi)孔,車直徑36外圓,車直徑33外圓,車3.5溝槽,倒1X45度角,倒1.5X45度角,車M33X2螺紋)
7
車凸臺面(車直徑43端面,車直徑43外圓,車直徑35內(nèi)孔)
8
鉆凸臺面孔(鉆2——10.2孔)
9
攻絲2——M12
10
成品檢查
方案二:
工序號
工序內(nèi)容
鑄造
時效
涂漆
1
車底面
2
銑兩側(cè)面
3
鉆底面孔4——11,锪盤4——22
4
車大孔,車端面,車直徑27內(nèi)孔,車直徑41錐孔,倒1.5X45度角,車半徑3毫米圓弧
5
粗車直徑48外圓,車M48X2螺紋
6
車小孔(車端面,車直徑20內(nèi)孔,車直徑36外圓,車3.5溝槽,倒1X45度角,倒1.5X45度角)
7
粗車直徑33外圓,車M33X2螺紋
8
車凸臺面(車直徑43孔,車直徑35孔)
9
鉆凸臺面孔)
10
攻絲2——M12
11
成品檢查
方案二所制定的工序存在許多問題,,須進(jìn)一步討論。如車底面,因工件和夾具的寸較大,在臥式車床上加工時,它們的慣性力較大,平衡較空難,又由于底面不是連續(xù)的圓環(huán)面,車削中出現(xiàn)斷續(xù)切削,容易引起工藝系統(tǒng)的震動,故改用銑削加工較好。工序4、5、6、7都分別采用車削,它們應(yīng)該采用工序集中原則,因此方案一比較好。
1.3.3 選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具:
由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn),所以加工設(shè)備以通用機(jī)床為主,工件在各機(jī)床上的裝卸及各機(jī)床間的傳送均由人工完成。
銑底面:考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問題,采用立銑,選擇X53K立銑床,參考文獻(xiàn)2表4——3,選擇直徑50毫米的立銑刀,專用夾具和游標(biāo)卡尺。
銑兩側(cè)面:采用立銑,選擇銑床X53K,直徑53毫米的立銑刀,銑夾具和游標(biāo)卡尺。
鉆底面孔:采用搖臂鉆床Z35,選擇直徑11毫米的錐柄麻花鉆,锪盤專用夾具、專用夾具和游標(biāo)卡尺。
車大孔:采用CA6140,選擇端面車刀,45度彎頭車刀,外圓車刀,螺紋車刀,游標(biāo)卡尺,螺紋量規(guī)和專用夾具。
車小孔:采用CA6140,選擇端面車刀,45度彎頭車刀,外圓車刀,螺紋車刀,游標(biāo)卡尺,螺紋量規(guī)和專用夾具。
車凸臺面:采用CA6140,選擇端面車刀,45度彎頭車刀,外圓車刀,螺紋車刀,游標(biāo)卡尺,專用夾具。
鉆凸臺面孔:采用搖臂鉆床Z35,選擇直徑10.2毫米鉆頭,游標(biāo)卡尺,專用夾具。
攻絲2——M12:采用搖臂鉆床Z35,選擇M12X1的機(jī)用絲錐,選擇螺紋量規(guī),絲錐專用夾具。
成品檢查:檢查主要尺寸,選擇游標(biāo)卡尺,螺紋量規(guī)和角度尺。
1.3.4 確定加工余量和主要表面的工序尺寸
根據(jù)參考文獻(xiàn)1
直徑41錐孔,半精膛,工序余量Z=1.7mm
直徑27mm孔,粗鏜,工序余量Z=2.5mm
直徑26mm孔,粗鏜,工序余量Z=6mm
直徑20mm孔:粗車,工序余量Z=5mm
直徑35mm孔:粗車,工序余量Z=5mm
直徑43mm凸臺面:粗車,工序余量Z=7mm
平面:粗車,工序余量Z=2mm
1.3.5 加工工序設(shè)計(jì)
1.3.5.1工序1粗銑底面和工序2精銑底面:
查文獻(xiàn)1表13——27平面加工余量,的精加工余量Z1JING WEI 1.0mm,知1面總余量Z1總為3mm故粗加工Z1粗=3-1=2mm
查文獻(xiàn)1表4—21得粗加工公差等級為T11,其公差T粗=0.24mm
校核精銑余量:Z1精
Z1精min=X1粗min-X1精min=(11-0.24)-(10+0.035)=0.725mm<1mm―――――1.1
故余量足夠。
參考文獻(xiàn)1表14-69,取粗銑的每齒進(jìn)給量Fz為0.3mm/r,粗銑走刀一次,Ap=3mm,精銑走刀一次,Ap=1.0mm
in,相應(yīng)切削速度分別為:
V粗=3.14D/1000=3.14X125X150/1000=58.88m/min――――――――――1.2
V精=3.14ND/1000=3.14X125X300/1000=117.75m/min―――――――――1.3
1.3.5.2時間定額計(jì)算
(1)機(jī)動時間:
粗銑:T1=(L+L1+L2)/FmI――――――――――――――――――――1.4
取L1=3min L2=32min
T1=115+32+3/0.3X1500=0.33mim
精銑:T2=(L+L1+L2)/FmI―――――――――――――――――――1.5
取L1=3min L2=32min
T2=115+32+3/0.5X300=1min
所以機(jī)動時間T=T1+T2=0.33+1=1.33min
(2)輔助時間
參考文獻(xiàn)4表2-5確定如下:
操作內(nèi)容
每次所需時間
粗銑
精銑
操作次數(shù)
時間min
操作次數(shù)
時間min
主軸變速
0.025
1
0.025
變換進(jìn)給量
0.025
1
0.025
1
0.025
卡尺測量
0.1
1
0.1
1
0.1
開停車
0.015
主軸運(yùn)轉(zhuǎn)
0.02
清除銑削
0.04
各工步輔助時間分別為:粗銑:0.125min,精銑:0.15min裝卸工件時間參數(shù)取1.5min。
所以輔助時間:
Ta=0.125+0.15+1.5X2=3.275min
(3)作業(yè)時間:
Tb=Ta+T1=3.275+1.33=4.605min
(4)布置工地時間Ts,參考文獻(xiàn)(1)取a=3%
則:Ts=Tb*a=4.608x3%=0.138min
(5)休息與生理需要時間Tr:
參考文獻(xiàn)(1)取B=3%,則Tr=Tb*B=4.608X3%=0.138min
(6)準(zhǔn)備與終結(jié)時間Te,取各部分時間為:
中等件:33min
對刀:7min
2工藝裝備設(shè)計(jì)
2.1 夾具設(shè)計(jì)
2.1.1 銑底面夾具設(shè)計(jì)
2.1.1.1 夾具設(shè)計(jì)的目的和條件:
設(shè)計(jì)第五道工序粗銑、精銑安裝平面的銑夾具。該夾具選擇用機(jī)床型號為X30K。
2.1.1.2 確定設(shè)計(jì)方案:
由于該道工序是機(jī)械加工的第一道工序,要進(jìn)行粗基準(zhǔn)的選擇。夾具設(shè)計(jì)必須遵循夾具設(shè)計(jì)方案的原則即“在確保加工質(zhì)量的前提下,結(jié)構(gòu)竟可能簡單,操作省力,高效,安全,經(jīng)濟(jì)合理,并盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元件”。
根據(jù)以上,擬定方案如下:
方案一:選用D面作為主要定位表面限制3個自由度,再以側(cè)面輔以定位,限制2個自由度,再在前后方向上用一個支撐釘限制1個自由度。主軸順時針正轉(zhuǎn)進(jìn)行銑削加工。在側(cè)面用一壓板壓緊,運(yùn)用聯(lián)動機(jī)構(gòu)一次加工兩個工件,夾緊力由液壓缸通過拉桿提供。
方案二:以小孔內(nèi)圓毛坯面及端面定位,再輔以側(cè)面定位。其中長定位心軸及小孔端面限制了4個自由度,側(cè)面定位限制2個自由度,在側(cè)面方向上采用螺栓施加夾緊力。
對以上兩種方案進(jìn)行分析比較如下:
方案一:由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合,沒有基準(zhǔn)不從合誤差,當(dāng)毛坯鑄造精度不高時,不會產(chǎn)生安裝平面與小孔軸線不垂直的缺陷,不易保證孔加工余量均勻,定位元件尺寸較小,剛性較差,手動夾緊,輔助時間長,工人勞動強(qiáng)度高,生產(chǎn)率較低,但便于設(shè)計(jì)和制造,成本較低,適用于小批量生產(chǎn)。
方案二:所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合,存在的不重合誤差不易保證,各孔的加工余量均勻,由于心軸定位并承受主要切削力,心軸尺寸不大,易變形,但采用液壓夾緊時,輔助時間短,一次加工兩個元件減少了作業(yè)時間,工人勞動強(qiáng)度低,生產(chǎn)率也高,其設(shè)計(jì)制造較復(fù)雜,要求較高,適用于大批量生產(chǎn)。
綜上,優(yōu)先選用方案一。
2.1.1.3 確定并設(shè)計(jì)對刀元件:
為迅速正確地確定銑刀與工件的相對位置,設(shè)置了塊。借助平塞尺進(jìn)行對刀,控制端銑刀的中心位置和銑削深度,對刀塊安裝在夾具體上。
2.1.1.4 夾緊力的計(jì)算和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu):
(1)夾具選用液壓裝置夾緊,用一根定位心軸連接液壓缸缸桿,帶動連接在心軸上的壓板夾緊工件。
(2)夾緊力的計(jì)算:
粗銑時切向切削力Py為最大
銑削切削力,由參考文項(xiàng)(5)表1-29得:
Py=490TSzDBZ
T-銑削深度 取T=2
S-每齒進(jìn)給量 S=0.3
D-銑刀直徑 D=120
B-銑削寬度 B=115
Z-齒數(shù) Z=12
所以:Py=2876.89N
2.1.1.5 加工精度分析:
(1)夾具外形的最大輪廓尺寸為:605X196X233mm
(2)與安裝有關(guān)的技術(shù)要求△A:
由于銑床夾具是依靠夾具體底面和定位鍵側(cè)面與機(jī)穿工作臺的平面T形槽連接,對安裝平面的加工尺寸無影響故△A=0
(3)對刀誤差△T:
△T=△S+△h
△S-塞尺的制造誤差
△h-對刀塊工作到定位元件的尺寸公差
△T=0.018=0.036=0.054mm
(4)制造誤差△Z:
由夾具總圖的技術(shù)要求可知: △Z=0.05mm
2.1.1.6 夾具體的設(shè)計(jì):
由于工件形狀復(fù)雜且不規(guī)則,夾緊選用的是液壓連動夾緊,故選擇鑄造夾具體為宜底座設(shè)有兩個耳座槽,用T形螺栓固定與銑床工作臺上,在中間最遠(yuǎn)距離處安裝有兩個定向件,用以確定夾具與刀具的正確位置。
2.1.1.7 繪制夾具裝配總圖:
此銑床夾具的裝配總圖上應(yīng)將定位襯套,液壓夾緊裝置,輔助支撐與夾具體的連接表達(dá)清楚。
2.1.2鉆底面孔夾具設(shè)計(jì)
2.1.2.1 研究原始材料,明確設(shè)計(jì)任務(wù):
根據(jù)任務(wù)書可知此零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5000-10000件/年,根據(jù)零件的工藝規(guī)程和本工序的具體要求及前后工序的相互聯(lián)系,可知本工序所選用的刀具為鉆頭,要選用一把平挫,量具用游標(biāo)卡尺,由于被加工孔是均勻分布在同一圓周上的平行孔系,所以采用固定式鉆模在搖臂鉆床在Z35上進(jìn)行加工。
2.1.2.2 確定夾具設(shè)計(jì)方案,結(jié)構(gòu),繪制結(jié)構(gòu)草圖:
在確定夾具設(shè)計(jì)方案時應(yīng)根據(jù)夾具設(shè)計(jì)的基本原則:在確保零件的加工質(zhì)量基礎(chǔ)上,結(jié)構(gòu)盡量簡單,操作方便高效,制造成本低廉,綜合分析。
2.1.2.2.1 確定零件的定位方式,選擇定位元件:
在分析零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn),尺寸,精度,數(shù)量的基礎(chǔ)上,根據(jù)6點(diǎn)定位原則,結(jié)合實(shí)際加工精度的要求,選擇以工件的外圓表面,所加工的4個小孔中心軸線所在的平面及側(cè)面作為定位基面。在工件的外圓表面用一V型塊實(shí)現(xiàn)定位,由于所用的是短V型快,因而用它定位限制了兩個自由度,定位支撐板用圓銑刀銑成圓形,由于該支撐板圓環(huán)部分較大,因而用它定位限制了3個自由度,為使該夾緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)完全定位,再在側(cè)面用一支撐釘定位限制另一自由度,從而實(shí)現(xiàn)工件的完全定位。
2.1.2.2.2 確定并設(shè)計(jì)導(dǎo)向元件:
為了迅速,準(zhǔn)確地確定刀具與夾具的相對位置,鉆模上設(shè)計(jì)引導(dǎo)刀具且防止其在加工過程中發(fā)生偏移的元件——鉆套,由于所加工的孔為均布于同一圓表面的4個孔,故選用4個鉆套,用以保證被加工孔的位置精度及提高工藝系統(tǒng)的剛度。
2.1.2.2.3計(jì)算所需夾緊力,設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu):
(1) 由于工件質(zhì)量不大,產(chǎn)量為批量生產(chǎn),所以采用手動夾緊裝置。
選擇用夾角成120度的V型塊夾緊工作,為了裝卸工件方便,需要V型塊在X方向上能夠平移,所以采用壓緊螺釘與V型塊相連,在支撐的槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)X方向的平移,把帶孔滾花螺母與壓緊螺釘相連,承受主要夾緊力,在側(cè)面輔助夾緊的支撐釘定位方向上用一球形夾緊螺栓夾緊,從而實(shí)現(xiàn)工件的手動夾緊。
(2) 計(jì)算夾緊力:
W=2QL/[Dtg(a+&)+rtga2]―――――――――――2.1
W-夾緊力
Q-原始作用力一般取80-100N
L-作用力臂,一般?。蹋剑保磀
D-螺紋中徑
a-螺紋升角,?。扯?
&-螺紋處摩擦角,取20度
a2-螺釘端部與V型塊的摩擦角
r-螺釘端部與V型塊的當(dāng)量摩擦半徑
把以上數(shù)據(jù)代入公式得:W=34400N
為了保證工件裝夾可靠,因?qū)⒗碚搳A緊力乘以安全系數(shù)K,K值由手冊查得,一般?。?5-2.5.所以K2=2.5X34400=86000N
滿足夾緊力要求,所以此裝置可行。
(3) 夾具體的設(shè)計(jì):
夾具體須將定位,導(dǎo)向,夾緊裝置連接成一體,并能正確地安裝在機(jī)床上。此方案采用鑄造夾具體的鉆床夾具。此方案安裝穩(wěn)定,成本較低,生產(chǎn)率高,夾緊可靠。
(4) 繪制夾具裝配總圖:
鉆模的裝配總圖上應(yīng)將定位V型塊,定位支撐板及鉆模板與夾具體的連接及夾緊部分的連接表達(dá)清楚。
裝配總圖中定位用的V型快,用兩個螺釘與夾具體連接,定位支撐板用3個螺釘與夾具體相連,并且支撐板用圓銑刀銑成圓弧形起防轉(zhuǎn)作用,鉆模板與夾具體用4個內(nèi)六角圓柱頭螺釘和4個銷釘連接。夾緊裝置用V型塊夾緊工作,用壓緊螺釘伸入V型塊內(nèi),可使V型塊在支板的槽內(nèi)沿X方向平移,以至于裝卸工件。夾具裝配時,待轉(zhuǎn)模板位置調(diào)整準(zhǔn)確后再擰緊螺釘,然后配鉆,鉸銷釘孔,打入銷釘定位。
裝配總圖中鉆套孔徑的尺寸和公差應(yīng)根據(jù)刀具的種類和被加工孔的尺寸精度而定。由于此工序中選用的刀具是由于此工序中選用的刀具是標(biāo)準(zhǔn)的尺寸刀具,所以鉆套內(nèi)徑按及軸制選取。刀具與鉆套為間隙配合,鉆套孔徑按F7制造。
(5) 加工精度分析:
(1) 夾具外形的最大輪廓尺寸為:
347X242X189mm
(2)夾局的的定位誤差△D:
△D=0.1XCOS45/2SIN60=0.0408mm
(3)夾具安裝誤差△A:
由于鉆模的安裝基面為平面,所以△A=0
(4)夾具制造誤差△Z:
由夾具裝配總圖中的技術(shù)要求可知△Z=0.006mm
2.2 專用刀具設(shè)計(jì):
2.2.1 設(shè)計(jì)條件和要求:
工件材料:QT42-10,工作寬度a=115mm,加工余量是3-4 mm,表面粗糙度Ra=3.2um,銑床功率足夠,要求設(shè)計(jì)硬質(zhì)合金右切端銑刀。
2.2.2 初選主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
孔徑D根據(jù)銑刀受力大小及主軸尺寸,取D=30mm。
序號
項(xiàng)目
數(shù)據(jù)來源或公司計(jì)算
結(jié)果
1
銑刀直徑D
D=(1.4-1.6)Ae=1.4X115=161mm
參考文獻(xiàn)(7)表3.5.15
D=160mm
2
銑刀厚度B
參考文獻(xiàn)(7)表3.5.15
B=60mm
3
銑刀齒數(shù)Z
Z=(0.04-0.062)D=0.05X160=8
Z=8
4
刀齒尺寸、截面
尺寸HXB、伸出量h、
刀片型號
參考文獻(xiàn)(7)表3.5.15
HXB=14X20
h=12mm
D115Z
5
確定端銑刀的幾何角度;
前角r后角a1副后角a;
刀傾角J; 主偏角K,負(fù)偏角K1
參考文獻(xiàn)(7)表3.5.18
R=5
a1= a=10
J=-15
K=60;K1=10
6
計(jì)算刀槽位置參數(shù);刀槽斜角B;
偏距e;刀槽傾角S;刀體端面上刀槽底距銑刀軸線的距離H
Tgr=tgr1*sink-tgl*cosk= tg5*sin60-tg(-15)*cos60=0.2097;
Tgr=tgr1*cosk-tgl*sink= tgr5*cos60-tg(-15)*sin60=-0.1883
TgB=tgr2*cosr3 =tgr(-10.66)*cosr11.85=-0.1842
E=2/dsir3+htgB+H/cosB=160/2sin11.85+12tg(-10.44)+14/cos(-10.44)=
28.453
參考文獻(xiàn)(7)表3.5.18
M=B/2=20/2=10mm
H=(D/2cosr3-h/cosBtgs-m/coss)coss1-(d/2sinr3+tgb)sins1=(160/2cos11.85-12/cos(-10.44)tg10-10/cos10)cos1.83-(160/2sin11.85+12tg(-10.44))sin1.83=65.5mm
K=60;
K1=10;
R3=11.85;
R2=-10.66
B=10.44;
E=28.453mm;
S=10;
S1=1.83;
m=10mm;
h=63.5mm
7
刀齒幾何角度的計(jì)算
8
刀體外直徑
9
刀齒夾固形式及尺寸
2.3 專用量具設(shè)計(jì):
2.3.1 工件螺紋的牙型尺寸:
螺距P=3mm es=-0.048mm
Td=0.2mm Td1=0.375mm
2.3.2 自文獻(xiàn)(8)表6.4.3查的環(huán)規(guī)公差及截形有關(guān)尺寸:
Tr=14um Tcp=8um m=15um Zr=2um
Wgo=16um Wng=12um Tpl=9um
自表4.6.4查得 Ta/2=9分 Ta1/2=13分
自表4.6.5中查得:Tp=0.005mm
自表4.6.6中查得:bmax=0.4mm Rmax=0.217mm
自表4.6.7中查得:F1=0.3mm F2=0.45mm b3=1±0.08mm
自表4.6.8中查得S=0.08mm(偏移量)
自表4.6.9中查得:h3=0.73±0.208
同一齒槽兩牙側(cè)面牙型高度的最大差值0.28mm
Tr---通端和止端螺紋環(huán)規(guī)的中徑公差
Tcp---校對環(huán)規(guī)的中徑公差
m--- 由通端和止端螺紋環(huán)規(guī)的中徑公差帶的中心線分別到ZT,TT中徑公差帶中心線間的距離
Zr由通端螺紋環(huán)規(guī)公差帶的中心線到ZT,到工件外螺紋中徑上偏差之間的距離
Td---工件外螺紋大徑公差
Wgo---由通端螺紋公差帶的中心線到其磨損極限之間的距離
Wng---由止端螺紋公差帶的中心線到其磨損極限之間的距離
Tpl---通端和止端螺紋環(huán)規(guī)的中徑公差
2.3.3 計(jì)算螺紋環(huán)規(guī)的大,中,小徑尺寸
自文獻(xiàn)(8)表4.6.10查得通端螺紋環(huán)規(guī):大徑≥D+es+Tpl=33-0.048+0.009=32.961mm
具有間隙槽寬Bmax=0.4mm
中徑≥(D2+es-ZR)±TR/2=(32-0.048-0.002)±0.014/2=31.95±0.007mm
磨損極限尺寸:
(D2+es-ZR)+Wgo=31.95+0.016=31.966mm――――――――――2.2
小徑≥(D1+es-ZR)±TR/2=(31-0.048)±0.014/2=30.952±0.007mm
止端螺紋環(huán)規(guī):
大徑≥d+es+Tpl=33-0.048+0.009=32.961mm
具有間隙槽寬b3=1±0.08mm
中徑≥(d2+es-Td2-Tr/2) ±TR/2=(32-0.048-0.2-0.014/2) ±0.014/2=31.745±0.007mm
磨損極限尺寸:
(d2+es-Td2-Tr/2
中徑≥(D2+es-ZR)±TR/2=(32-0.048-0.002)±0.014/2=31.95±0.007mm
畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)論
經(jīng)過幾個月的努力,我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了,它是我們4大學(xué)生活的尾聲,但也是非常重要的結(jié)局。畢業(yè)設(shè)計(jì)對學(xué)生而言是我們對4年所學(xué)知識的綜合運(yùn)用和實(shí)踐,對學(xué)校,對老師而言是對學(xué)生的全面考察。
這些日子的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對設(shè)計(jì)工作有了一個更深刻,更全面的認(rèn)識,也使我深深的愛上了設(shè)計(jì)工作。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我開始真正的設(shè)計(jì)工作的第一步,它不僅培養(yǎng)了我對設(shè)計(jì)工作的興趣,也使我有了一個好的設(shè)計(jì)開端。機(jī)械設(shè)計(jì)工作復(fù)雜煩瑣,是一項(xiàng)有高深難度的腦力勞動,不僅要求設(shè)計(jì)工作者有非常豐富的設(shè)計(jì)知識,還要求設(shè)計(jì)工作者有積極創(chuàng)新的空間想象能力,同時設(shè)計(jì)者也必須在設(shè)計(jì)工作中能夠做到認(rèn)真負(fù)責(zé)。
通過本次設(shè)計(jì),我提高了自身分析和解決問題的能力,使我實(shí)現(xiàn)了從理論向?qū)嵺`的過度,同時也進(jìn)一步加深了我對以前所學(xué)知識的理解。在以后走出校門的歲月里我會更加努力的,我一定會做一名合格的設(shè)計(jì)者的。
致謝
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我學(xué)到了很多書本上無法學(xué)到的知識,鍛煉了我獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù),獨(dú)立解決問題的能力,培養(yǎng)了我對機(jī)械設(shè)計(jì)的濃厚興趣。通過這次設(shè)計(jì),我更堅(jiān)定了自己對設(shè)計(jì)工作的信念,我相信此次設(shè)計(jì)工作對我的一生都會有深遠(yuǎn)的影響。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我得到的催廣臣老師的熱情指導(dǎo),催老師不遺余力的幫助使我能夠順利完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì),在此我向催老師表示最忠心的感謝,同時我也感謝學(xué)校為我們的設(shè)計(jì)工作提供了便利的條件。
畢業(yè)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)
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