X53K機床變速箱體的加工工藝及鏜削縱向孔φ50φ30孔 夾具設(shè)計

X53K機床變速箱體的加工工藝及鏜削縱向孔φ50φ30孔 夾具設(shè)計,X53K機床變速箱體的加工工藝及鏜削縱向孔φ50,φ30孔,夾具設(shè)計,x53k,機床,變速,箱體,加工,工藝,縱向,50,30,夾具,設(shè)計 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯 學(xué)院 (系)： 機械學(xué)院 專 業(yè)： 機械制造及自動化 姓 名： 余磊 學(xué) 號： 1001010136 (用外文寫) 外文出處： International Joumal of Machine Tools & Manufacture 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 注：請將該封面與附件裝訂成冊。 附件1：外文資料翻譯譯文 國際機床與制造39（1999）33-53 一個立體的CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)空心冷擠壓模具的雕塑表面 許進忠 模具工程系，國立高雄技術(shù)學(xué)院。415建公路，高雄807，臺灣，中華名國 于1997年6月30日收，于1998年1月28日定 摘要 在本文中，一個CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)的空心冷擠壓模具的曲面已經(jīng)研制了利用C語言的Windows。一個曲面模型變量的控制點與一般的三維流場分析擠壓過程相結(jié)合。該產(chǎn)品的配置和鋼坯在CAD模塊中產(chǎn)生的。擬合點的生成是限定產(chǎn)品的分布和鋼坯。控制點的初始猜測是通過使用相應(yīng)的擬合點的軸向偏移而創(chuàng)建的。自動變化的控制點采用上限法和優(yōu)化程序來獲得最佳的模具表面。凸輪模塊通過優(yōu)化模具表面模型生成刀具位置。刨削區(qū)的工具路徑檢測與刪除。計算刀具位置是通過刀具路徑模擬驗證的。利用免費刨的刀具位置自動生成數(shù)控代碼，然后直接發(fā)送到一個三軸數(shù)控機床中心來制造EDM電極。擠壓模具型腔是由使用EDM加工過程制造的。擠壓實驗驗證了所提出的CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)是成功的。 關(guān)鍵詞：CAD/CAM/CAE集成；上限；冷擠壓；雕塑表面 命名法 a,b,c,d,e,h 速度場的最佳參數(shù) p,q 控制點的入口邊界優(yōu)化之前和優(yōu)化之后 增量出口部分 出口邊界的控制點 埃爾米特形式混合功能 ，形狀函數(shù)的Z向速度 內(nèi)齒翅片管的高度 允許的最大尖端高度 共擠出功耗 總耗能模具長度和模具相對長度 定的剪切摩擦系數(shù) 所需的擠出壓力 成分的位置，U-，V-導(dǎo)數(shù)和向量 雕塑表面的擬合點 擬合點的表面補丁 擬合點的入口和出口邊界，分別 雕塑表面模型 模具表面 翅片管的基圓半徑 ，芯棒坯的半徑 縱向平均速度 平均縱向速度的導(dǎo)數(shù)W,R,T,Z 在R向，Z向，U向速度 內(nèi)存速度和出口速度 內(nèi)部力量，摩擦的模具表面和芯棒 圓柱坐標(biāo) 表面模型的歸一化參數(shù) 沿著U向的低和上的集成 平面的出口部分 在出口處平均有效的應(yīng)變部分 應(yīng)變集成在一個常數(shù)的最后流線型結(jié)構(gòu) 應(yīng)變速率組件 應(yīng)變速率組件 有效的應(yīng)變率 有效和平均有效壓力流 Ω(θ, z) 1. 介紹 對于非軸對稱擠壓模具的傳統(tǒng)設(shè)計是一個圓錐形或平面模。結(jié)果是,高擠壓載荷是必須的，物質(zhì)流控制不好。設(shè)計面模是非常依賴于經(jīng)驗和耗時的。CAD／CAM／CAE一體化系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)，以縮短模具設(shè)計和制造的交貨時間。 有研究人員提出了許多模具設(shè)計和材料流預(yù)測方法。該上限法是一種簡單而適用的方法來分析物料流擠出工藝。Kiuchi et al. [1-4]提出了一種線性收斂的模具，用假設(shè)軸向均勻流來分析許多非軸對稱部分?jǐn)D壓。Nagpal et al.[5]有用一個多項式函數(shù)來設(shè)計一個精簡的“T”模具的部分?jǐn)D壓。Hoshino 和Gunasekera [6,7]提出多邊形擠出速度與線性收斂和立方流線型模具的申請。Yang 和 Lange[8]提出了一個更一般的速度字段具有均勻的軸向速度的假設(shè)。 Yang et al. [9?11]提出了一種可以由一個解析函數(shù)來表示通用三維速度場的模具表面。Yang et al. [9]使用傅里葉級數(shù)展開的方法來描述該模具的表面，也不能解析表達。Yang et al. [12]曾提出了一個一般的三維速度場預(yù)測去解析表達模具表面的中空擠壓工藝。線性匯聚模具有突然的速度間斷，并需要額外的剪切消費。模具表面與解析函數(shù)描述中的應(yīng)用有其局限性。立方流線型模具忽略模具的幾何形狀在圓周上的物料流動方向的影響。傅立葉級數(shù)展開的方法是靈活的，但模具表面切割路徑的生成卻呈現(xiàn)的不自然。Sheu et al. [13]提出了張力參數(shù)曲面模型并通過一個通用的三維速度場預(yù)測固體擠壓工藝。在本文中，具有可變控制點的復(fù)雜曲面模型被用來設(shè)計空心擠壓的模具表面。它是方便靈活地描述產(chǎn)品的形狀和模具的幾何形狀。曲面模型的NC刀具路徑計算也非常發(fā)達。該最佳的模具表面數(shù)據(jù)直接用于規(guī)劃刀具路徑和在CAM模塊中計算刀具位置。表面模型使CAD / CAE / CAM一體化系統(tǒng) 順利的被提出。 產(chǎn)生切割位置和數(shù)控碼有許多方法和注意事項用于三維表面的制造。Faux and Pratt [14]提出了偏移曲面法計算刀具位置。Broomhead [15]考慮了在前向和側(cè)方向上的公差，在切割方向上計算的步長和使用迭代方法鄰近刀具路徑。Loney and Ozsoy [16]應(yīng)用弦誤差的方法來確定沿切割路徑刀具中心的增量。該相鄰路徑切割步驟是考慮扇貝高度來確定。干擾路徑被除去，以產(chǎn)生氣刨 - 自由切割位置（Choi et al.[17]）。 在本文中，NC刀具路徑復(fù)雜曲面的參數(shù)空間的規(guī)劃。前進方向的參數(shù)增量設(shè)定為0.05，然后通過使用弦偏差法過濾。切割位置法線矢量的計算來優(yōu)化模具表面。刀具路徑的刨區(qū)域是通過曲率檢查和自我循環(huán)檢測來檢查和去除。顯示刀具位置的痕跡圖形模擬切割過程。切削條件，如切割器的進給速度和刀具的位置都使用CAM模塊生成NC代碼自動完成。 2. 該集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 所提出的集成系統(tǒng)的框圖如圖所示。 1。一般的圖形用戶界面（GUI）已經(jīng)建立與用戶溝通，并顯示的CAD / CAE/ CAM模塊結(jié)果采用C語言編寫。該產(chǎn)品與鋼坯訪問使用直線和圓弧實體繪制。生成的擬合點和對應(yīng)的控制點自動在CAD模塊產(chǎn)生的表面模型進行內(nèi)插的訪問和控制的V型衍生物。表面模型是注冊成立的速度場，在CAE模塊中利用上限法和優(yōu)化過程來優(yōu)化模具表面。最佳模具表面用陰影算法或刪除隱藏線時方案顯示。該材料特性和潤滑條件在CAE模塊中輸入。電源法被用來呈現(xiàn)該材料的流動應(yīng)力。恒定的剪切摩擦系數(shù)m ，是用來考慮摩擦的條件。模具長度可以在模具表面優(yōu)化程序中是固定的或變化的。一個優(yōu)化的模具表面是在CAE模塊中使用上結(jié)合分析，以最小化時的擠載荷自動設(shè)計的。刀具的幾何形狀和切割參數(shù)，就像在CAM模塊中輸入容差和切削速度。最佳模具表面的數(shù)據(jù)直接使用CAM模塊來規(guī)劃所述切割路徑，并計算刀具的位置。用干涉檢查和拆卸程序來檢測和刪除刀的計量。 NC程序是通過欺詐無刀位置和切削參數(shù)自動生成的。數(shù)控碼被發(fā)送到一個三軸數(shù)控加工中心制造電火花加工電極。 模具表面（陰影，隱線） 擠壓參數(shù)（摩擦，滑塊速度） 優(yōu)化（速度場，模具表面） 具有可變控制點面模型 上界分析（物料流） CAE模塊 NC代碼生成 干涉檢查 切削仿真 刀位計算 切割路徑規(guī)劃 切削條件 刀具幾何 CAM模塊 Windows 95的圖形用戶界面 圓坯 產(chǎn)品簡介 DXF接口 圖（線，?。? CAD模塊 圖1 所提出的CAD / CAM/ CAE一體化系統(tǒng)的示意圖 3. 可變控制點的曲面模型 用復(fù)雜曲面模型變量控制點來描述模幾何。用圖片格式來表示雕刻表面和嵌合點的示意圖。2.所述表面模型是由裝配點和修補程序組成。在表面上表示它通過使用參數(shù)空間的U方向和V方向曲面曲線（U，V）。該雕塑表面的數(shù)學(xué)表達式如下： （1a） 其中，為埃爾米特形式的混合函數(shù)給定為 (1b) （1c） 在方程（1c）中，擬合點的扭轉(zhuǎn)矢量被設(shè)置為零，以獲得光滑的模具表面。 U和v衍生物的載體是通過相鄰的色塊和邊界條件的斜率連續(xù)性要求獲得的。在U方向表示模具表面的圓周方向。擬合點的U衍生物通過使用該產(chǎn)品和坯料剖面的樣條擬合得到的。 V方向指模具表面軸向的縱向方向延伸。裝配點的v型衍生物是通過改變對應(yīng)的控制點的位置來控制。最佳的模具表面通過改變控制點的位置獲得較低的能量消耗。圖3顯示出了擬合點和對應(yīng)的控制點 在V型曲線的方向上。在x， y坐標(biāo)控制點是一樣的記者擬合點，但z坐標(biāo)是不同的。該控制點z坐標(biāo)上的變化，改變了對應(yīng)的v型衍生物的配合點和作為一個結(jié)果，在模具表面被改變。原來v型曲線上的控制點由實線和不同的V形曲線表示，對照的的點在圖3中用虛線表示?？刂泣c的z坐標(biāo)是被除以模頭長度L得到的歸一化參數(shù)，從而表面優(yōu)化。該控制點的最終位置是通過使用一個優(yōu)化過程和上限分析確定的。 點 U方向 參數(shù)空間 一個修補程序 點 v方向 圖2 雕刻的表面和擬合點的示意圖 隱藏線移除和渲染方案是用來更加全面的顯示最佳模具表面。眾所周知的z緩沖區(qū)方案被采用，以除去隱藏線。發(fā)達的Gourand陰影算法通過恒定著色進行渲染表面和消除強度的不連續(xù)性。 4.上界分析 上界分析方法采用模擬空心冷擠壓工藝。表面模型中裝有機動容許速度場[12]預(yù)測物料流。速度場應(yīng)滿足材料擠出過程中的邊界條件和體積穩(wěn)定性。在以下假設(shè)得出速度場： 模具長度 模具出口 模具入口 軸 軸 可變的控制點 圖3 表面優(yōu)化的表面曲線的可變控制點 1.該材料在模具入口處的橫截面和模具出口都是平面 2.該材料是不可壓縮的，服從馮米斯屈服準(zhǔn)則 3.材料的變形跟隨剛塑性模型 通過參照在圖4中的符號，并使用上述的假設(shè)，速度字段如下獲得： (a)該非均勻的軸向速度（縱向速度）被假定為 (2a) (2b) (2c) (2d) (2e) (2f) 出 進 圖4 動可容速度場的表示法和邊界 中空擠出速度形函數(shù) 圖5 對中空擠壓z方向上的速度的形狀函數(shù) 其中是在模具表面上，Rm是心軸的半徑，是平均縱速度，是ram速度，a，b，c，d，e，h，p是速度場的最佳參數(shù)，是的形狀的功能。圖5示出中空擠壓軸向速度的形狀函數(shù)。通過將不可壓縮的情況下，參數(shù)a，b和c是不獨立的，關(guān)系由下式給出： (3a) (3b) （b）該角速度假定為 (4) （c）該徑向速度從不可壓縮假設(shè)派生和由下式給出 (5a) (5b) (5c) (5d) 其中，（′）指z的一階導(dǎo)數(shù)。為了獲得平滑的模具表面，該模具入口與模具出口v方向的切向量在模的入口和出口邊界應(yīng)為零，其結(jié)果是，裝配點和對應(yīng)的控制點應(yīng)該具有相同的（X，Y）坐標(biāo)。應(yīng)變速率場是由上述推導(dǎo)得到輸入的速度場，給出如下： (6a) (6b) (6c) 速度場是在入口和出口連續(xù)部分并沒有剪切功耗消失在這里。所需的總功率擠壓由內(nèi)部電源和摩擦力由下式給出 (7) 變形的內(nèi)部功耗由下式給出 (8) 其中L是模具長度，電子是應(yīng)變率分量和是平均有效壓力對于加工硬化的材料，并且和下面的公式近似： (9) 其中是平均總有效應(yīng)變出口段，并獲得 (10) 其中是由有效應(yīng)變率沿一個恒定的流線整合的最終應(yīng)變。摩擦功率沿模具表面消散由下式給出 (11) 其中m是坯料和模具表面之間的恒定剪切摩擦系數(shù)。摩擦 電源與芯棒表面消散由下式給出 (12) 其中m是坯料和所述心軸的表面之間的摩擦系數(shù)。的參數(shù)速度場和模具表面參數(shù)的確定是通過使用優(yōu)化的方法，以減少所需的擠壓力。這里，采用變量度量優(yōu)化方案[18]來獲得優(yōu)化模具表面。由此得到的擠出壓力 (13) 5.數(shù)控刀具路徑規(guī)劃和刀位計算 刀具路徑是以圓周方向順時針轉(zhuǎn)動。粗加工刀具路徑計劃在恒定的Z平面。平頭立銑刀，用于粗加工，以便獲得一個高材料去除率。精加工的刀具路徑是沿著流線產(chǎn)生恒v參數(shù)。球頭立銑刀是通過精加工操作使表面順利進行建模。精切削的刀具位置是通過計算表面正常偏移。弦誤差的容差用于確定在圓周切割步驟 方向。該算法如下： 1.生成的測試點：所產(chǎn)生的插補點在兩個接頭點間與一個小U間隔（0.05） 2.計算內(nèi)插點的偏差：發(fā)現(xiàn)對插的弦偏差相對于線下實體點建設(shè)的起點和行軍點 3.過濾插補點：如果弦偏差小于公差，內(nèi)插點旁邊的行進點被設(shè)置為一個新的行進點 4.重復(fù)（2）和（3）：迭代直到和弦偏差大于公差，前點向行進的一點是該步驟的終止點，并開始點下一步 在z方向上的切割步驟是通過檢查該近似尖點來確定，即在切割工序必須比較小，其中是允許的風(fēng)口浪尖高度。刀具位置的干擾區(qū)域通過檢查主曲率淘汰和最小曲率[17]。 6.實驗 缸鐓粗試驗和環(huán)壓試驗，進行了確定模具材料接口之間的的鋁1100 F和恒定剪切摩擦系數(shù)m的流應(yīng)力。從壓縮試驗中鋁1100 F中的流動應(yīng)力是兆帕，摩擦系數(shù)0.18。進行擠出實驗驗證了理論結(jié)果。圖6中所示的鷺宮100噸液壓機負(fù)載， 速度和位移控制被用于壓縮和擠壓試驗。空心鋼坯擠壓測試，分別為30mm外徑，50mm高，10mm、14 mm或18mm內(nèi)徑。心軸的直徑為10、14或18mm。擠出模頭組的部件被顯示在圖7，包括容器，沖壓，心軸，加強和模腔。 7.結(jié)果與討論 7.1.產(chǎn)品概要文件的描述和模具表面的優(yōu)化設(shè)計 圖8顯示了齒輪樣條的配置文件和擬合點創(chuàng)建使用CAD功能所提出的系統(tǒng)。Z軸控制點的坐標(biāo)會自動變化，以找到最佳的模具的幾何形狀，以盡量減少所需的擠壓力。圖9示出了自動取得最佳的模具表面具有在模具入口處和模具出口處平穩(wěn)過渡。模具 圖6 鷺宮的100噸液壓機進行壓縮和擠壓測試 表面的不同意見和底紋結(jié)果顯示，以幫助修真的設(shè)計師。這兩個數(shù)字顯示系統(tǒng)所提出的使用的CAD和CAE模塊的模具表面自動設(shè)計的功能。 7.2.模具制造 在圖10（a，b）中顯示切割操作的刀具路徑模擬。扁平頭立銑刀用于粗切削和一個球頭立銑刀用于精切削。主軸轉(zhuǎn)速是1200轉(zhuǎn)，進給速度為100毫米/分鐘，精加工的津貼為0.1毫米。切割的凝視點位于電極的頂部中心。在切割位置的 圖7 擠壓模具集（集裝箱，沖壓，心軸，加強和模腔）的組成部分 圖8 該產(chǎn)品與鋼坯訪問和齒輪花鍵的嵌合點 干涉在精切削應(yīng)予刪除。圖11（a）顯示出了刀具路徑的計量發(fā)生在精加工操作的過渡區(qū)域。圖11（b）顯示濾波干擾后，沒有計量的切刀位置。在NC代碼發(fā)送到三軸數(shù)控機床中心通過使用RS 232接口用電火花電極切割。圖12顯示出了精切削操作。機械加工后，電極研磨，以獲得更精細(xì)的表面質(zhì)量。對模腔的內(nèi)壁進行拋光，并進行熱處理，以獲得光滑和堅硬的模具表面。 圖9 最佳的模具表面的齒輪花鍵的空心擠壓 7.3.擠壓實驗 固體和空心管坯被用于擠壓試驗。在圖13中，上半部分示出了鋼坯，下半部示出了擠壓的結(jié)果。該產(chǎn)品是直的，不彎曲或扭轉(zhuǎn)。這意味著該物質(zhì)流量使用建議表面模具已順利通過控制。在圖14中顯示了理論的壓力和實驗結(jié)果的比較相對于不同面積減少率的結(jié)果。擠壓力的理論傾向相對于該區(qū)域的減速比與實驗結(jié)果吻合。理論曲線比實驗曲線高是因為上限法被采用。 7.4.的模具表面設(shè)計的翅片管擠出應(yīng)用 一種模具表面的翅片管式擠出是考慮到演示申請的提出制度。擠壓力的關(guān)系 ，有效應(yīng)變和面積的減少對于相對齒高度在圖15中表示。擠出壓力的傾向和有效應(yīng)變正在下降而相對齒高在增加，直到相對齒高達到0.2。擠出壓力和有效應(yīng)力的傾向，然后上升而增加的相對齒的高度。它表明面積的減少占主導(dǎo)地位 平頭 刀盤直徑 粗加工模擬 圖10 （a）粗切削的電極制造刀具路徑模擬 （b）刀具路徑模擬 的完成切割的電極制造 在相對低齒高的情況下變形，即較高的面積減少需要更高擠壓力。有效應(yīng)變增大后的相對齒高度大于0.2，擠壓力的趨勢也是往上走。這意味著鄰近非均勻流動的牙齒主導(dǎo)的材料變形。在圖16（a，b）中顯示變形網(wǎng)格和速度場的零度截面。在圖16（C，D）中顯示變形網(wǎng)格和速度場45度的截面。這些數(shù)字表明附近 齒頂物質(zhì)流不像近圓形區(qū)域物質(zhì)流動的順風(fēng)順?biāo)?。一種非均勻的軸向速度被觀察，因為有在模具材料的區(qū)域和模芯材料界面摩擦的效果。 ‘ 干擾（計量） 避免干擾（計量刪除） 圖11 （a）完成刀具路徑無干擾消除（計量發(fā)生） （b）完成刀具路徑與干擾去除（無計量發(fā)生） 圖12 電火花加工（球頭立銑刀）電極的精加工 8.結(jié)論 一個CAD / CAE / CAM一體化系統(tǒng)的雕塑表面的設(shè)計和制造 冷擠壓模具已經(jīng)研制成功。用可變控制點提出的雕塑表面與是能夠自動設(shè)計的空心冷擠壓模具表面。利用上限法和優(yōu)化技術(shù)來優(yōu)化雕塑模具的表面，以得到較低的功耗。切刀的位置被計算和干擾刀具路徑的區(qū)域?qū)⒈粍h除。電火花加工電極順利晉級核實所提出的適用于表面的立體裁剪系統(tǒng)產(chǎn)生的NC代碼。理論結(jié)果的趨勢是與擠壓試驗吻合良好。模具表面翅片管擠壓的設(shè)計是考慮到驗證了該系統(tǒng)的應(yīng)用。 致謝 筆者要感謝國科會的資助，項目編號為NSC85-2212-E-269-001。 圖13 空心坯和擠壓產(chǎn)品具有不同的內(nèi)半徑 參考文獻 [1] M. 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