水泵葉輪工藝和十字槽立軸分度銑床夾具設(shè)計-分圖版本【全套含CAD圖紙】【GJ系列】
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機械原理基于局部平均分解的階次跟蹤分析及其在齒輪故障診斷中的應(yīng)用Junsheng Cheng, Kang Zhang, Yu Yang關(guān)鍵詞: 階次跟蹤分析 局部平均分解 解調(diào) 齒輪 故障診斷摘要:局部平均分解(LMD)是一種新的自適應(yīng)時頻分析方法,這種方法特別適合處理多分量的調(diào)幅信號和調(diào)頻(AM-FM)信號。通過使用LMD方法,可以將任何復雜的信號分解為一系列的產(chǎn)品功能PF分量(PFs),每個PF分量都是純調(diào)頻信號和包絡(luò)信號的乘積,且通過純調(diào)頻信號可以獲得具有物理意義的瞬時頻率。從理論上講,每個PF分量都是一個單分量的AM-FM信號。 因此,可以將LMD的過程看作是信號解調(diào)的過程。齒輪發(fā)生故障時,振動信號呈現(xiàn)明顯的AM-FM特征。因此,針對齒輪升降速過程中故障振動信號為多分量的調(diào)制信號,以及故障特征頻率隨轉(zhuǎn)速變化的特點,提出了一種基于LMD和階次跟蹤分析的齒輪故障診斷方法。齒輪箱的故障診斷實驗表明本文提出的方法能有效地提出齒輪故障診斷特征。1 引言齒輪傳動是機械設(shè)備中常見的傳動方式, 故對齒輪進行故障診斷具有重要意義。齒輪故障診斷的關(guān)鍵一步是故障特征的提取。一方面,傳統(tǒng)的齒輪故障診斷方法的重點在一個固定的旋轉(zhuǎn)速度檢測振動信號的頻譜分析。 而齒輪作為一種旋轉(zhuǎn)部件, 其升降速過程的振動信號往往包含了豐富的狀態(tài)信息, 一些在平穩(wěn)運行時不易反映的故障特征在升降速過程中可能會充分地表現(xiàn)出來1,此外,來自齒輪振動信號的暫態(tài)過程中,速度依賴性總是顯示非平穩(wěn)特征。如果頻譜分析直接應(yīng)用于非平穩(wěn)振動信號,混頻將不可避免的發(fā)生,這將對故障特征提取帶來不良影響。在以往的研究中,為了跟蹤技術(shù),通常利用振動信號中添加旋轉(zhuǎn)機械軸轉(zhuǎn)速信息,已經(jīng)成為一個在旋轉(zhuǎn)機械故障診斷2,3的重要途徑。從本質(zhì)上講,階次跟蹤分析技術(shù)可以在時域非平穩(wěn)信號轉(zhuǎn)換成角域靜止,可以突出的旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的振動信息和抑制無關(guān)的信息。因此,階次跟蹤分析是在助跑過程中齒輪的故障特征提取和運行了一個可取的方法 另一方面,當發(fā)生故障的齒輪振動信號,拿起在運行和運行過程中始終存在的振幅特性調(diào)制和頻率調(diào)制(AMFM)。為了提取齒輪故障振動信號的調(diào)制特征,解調(diào)分析是最流行的方法之一 4,5 。然而,傳統(tǒng)的解調(diào)方法,如希爾伯特變換解調(diào)和傳統(tǒng)包絡(luò)分析有其自身的局限性 6 。這些缺點包括兩個方面:(1)在實踐中大多數(shù)的齒輪故障振動信號都是多組分是調(diào)頻信號。這些信號,在傳統(tǒng)的解調(diào)方法,他們通常是通過帶通濾波器分解成單組分是調(diào)頻信號的解調(diào),然后提取的頻率和振幅信息。然而,這兩個數(shù)載波頻率的載波頻率成分和幅值都難以在實踐中被確定,所以帶通濾波器的中心頻率的選擇具有主體性,將解調(diào)誤差和使它提取機械故障振動信號的特征是無效的;(2)由于希爾伯特不可避免的窗口效應(yīng)變換,當使用希爾伯特變換提取調(diào)制信息,目前的非瞬時響應(yīng)特性,即,在調(diào)制信號被解調(diào)以及打破中間部分的兩端會再次產(chǎn)生調(diào)制,使振幅指數(shù)衰減的方式得到的波動,然后解調(diào)誤差將增加 7 。為了克服第一個缺點,一個合適的分解方法應(yīng)尋找獨立的多分量信號為多個單組分是調(diào)頻信號的包絡(luò)分析之前。由于EMD(經(jīng)驗模態(tài)分解)自適應(yīng)復雜多分量信號分解為一系列固有模態(tài)函數(shù)(IMF)的瞬時頻率的物理意義 8,9 ,基于EMD的階比跟蹤方法已廣泛應(yīng)用于齒輪故障診斷 13 。然而,仍然存在許多不足之處 14 ,如在EMD的端點效應(yīng)和模態(tài)混 15 ,仍在進行。此外,對原信號通過EMD分解,產(chǎn)生了由希爾伯特變換(上面提到的)缺點是不可避免的在IMF進行希爾伯特變換的包絡(luò)分析。此外,有時無法解釋的負瞬態(tài)頻率時會出現(xiàn)瞬時頻率計算每個IMF進行希爾伯特變換 16 局部均值分解(LMD)是一種新型的解調(diào)分析方法,特別適合于處理多組分的幅度調(diào)制和頻率調(diào)制(AM調(diào)頻)信號 16 。用LMD,任何復雜的信號可以分解成許多產(chǎn)品功能(PFS),每一種產(chǎn)品的包絡(luò)線信號(獲得直接由分解)的PF瞬時振幅可以得到一個純粹的頻率調(diào)制信號從一個良好定義的瞬時頻率可以計算。在本質(zhì)上,每個PF正是一種單組分我調(diào)頻信號。因此,LMD的程序可以,事實上,作為解調(diào)過程。調(diào)制信息可以通過頻譜分析的瞬時振幅(包絡(luò)信號,直接獲得通過分解)每個PF分量進行希爾伯特變換,而不是由PF分量。因此,當LMD和EMD方法分別應(yīng)用到解調(diào)分析,與EMD,LMD的突出優(yōu)點是避免希爾伯特變換。此外,LMD迭代過程中所采用的手段和當?shù)氐姆炔黄交牡胤接肊MD的三次樣條的方法,這可能帶來的包絡(luò)的誤差和影響的精度瞬時頻率和振幅。此外,與EMD端點效應(yīng)相比并不明顯,因為在LMD方法更快的速度和算法的迭代次數(shù)更少 17 。 基于以上分析,階次跟蹤和解調(diào)技術(shù),LMD最近的發(fā)展,科學相結(jié)合,并應(yīng)用于齒輪故障診斷過程中各軸速度。首先,訂單跟蹤技術(shù)被用于將從時間域的齒輪振動信號角域。其次,分解角域重采樣信號的PF系列LMD,因此組件和相應(yīng)的瞬時振幅和瞬時頻率可以得到的。最后,進行頻譜分析的故障信息含有顯性PF分量的瞬時幅值。從實驗的振動信號,表明該方法能有效地提取故障特征和分類準確齒輪工作狀態(tài)的分析結(jié)果。 本文的組織如下。第2節(jié)是一個給定的LMD方法理論。在第3節(jié)中的齒輪故障診斷方法中,以技術(shù)和LMD跟蹤相結(jié)合的提出和實踐應(yīng)用表明,提出的方法。此外,LMD和基于EMD的比較也在第3節(jié)提到了基礎(chǔ)的方法。最后,我們得出了第4部分的結(jié)論。2 LMD 方法 LMD方法的本質(zhì)是通過迭代從原始信號中分離出純調(diào)頻信號和包絡(luò)信號,然后將純調(diào)頻信號和包絡(luò)信號相乘便可以得到一個瞬時頻率具有物理意義的PF分量,循環(huán)處理直至所有的PF分量分離出來對任意信號x(t),其分解過程如16: ( 1) 確定原始信號第i個局部極值及其對應(yīng)的時刻,計算相鄰兩個局部極值和的平均值 (1) 將所有平均值點mi在其對應(yīng)的時間段,內(nèi)伸一線段,然后用滑動平均法進行0平滑處理,得到局均值m11(t) 。 ( 2) 采用局部極值點計算局部幅值 : =| -|/2 (2)將所有局部幅值點ai在其對應(yīng)的時間段,內(nèi)伸成一條線段,然后采用滑動平均法進行平滑處理,得到包估計函數(shù)a11(t) 。 ( 3) 將局部均值函數(shù)m11(t)從原始信號x(t)中分離來, 即去掉一個低頻成分,得到 h11(t)=x(t)-m11(t) (3) ( 4)用h11(t)除以包絡(luò)估計函數(shù)A11( t)以對h11(t)進行解調(diào),得到 s11(t)=h11(t)/A11(t) (4) 對s11( t)重復上述步驟便能得到s11(t)的包絡(luò)估計函數(shù)A12(t),若A12(t)不等于1,則s11( t)不是一個純調(diào)頻信號需要重復上述迭代過程n次,直至s1n(t)為一個純調(diào)頻信號,即 s1n(t)的包絡(luò)估計函數(shù) A1(n+1)(t)=1,所以,有 (5) (6)為理論上, 迭代終止的條件 (7) 在實踐中,一種變體會提前確定。如果1a1(n + 1)(t)1 +and1s1n(t)1,然后迭代過程將停止( 5) 把迭代過程中產(chǎn)生的所有包絡(luò)估計函數(shù)相乘便可以得到包絡(luò)信號( 瞬時幅值函數(shù)) : (8)( 6) 將包絡(luò)信號A1(t)和純調(diào)頻信號s1n(t)相乘便可以得到原始信號的第一個PF分量: PF1(t)=a1(t)s1n(t) ( 9)PF1(t)包含了原始信號中頻率值最高的成分,是一個單分量的調(diào)幅-調(diào)頻信號,PF1(t)的瞬時幅值就是包絡(luò)信號A1(t),PF1(t)的瞬時頻率f1(t)則可由純調(diào)頻信號s1n(t)求出,即: (10) ( 7)將第一個PF分量PF1(t)從原始信號x(t)中分離出來, 得到一個新的信號u1(t),將u1( t)作為原始數(shù)據(jù)重復以上步驟,循環(huán)k次,直到 uk為一個單調(diào)函數(shù)為止,即: (11) 原始信號x(t)能夠被所有的PF分量和uk重構(gòu),即: (12) 產(chǎn)品功能p的數(shù)量在哪里.此外,相應(yīng)的完整的時頻分布可以通過組裝瞬時幅度和瞬時頻率的PF組件。3 基于階次跟蹤分析與 L M D 的齒輪故障診斷3.1 階次跟蹤分析 階次跟蹤分析首先根據(jù)參考軸的轉(zhuǎn)速信息對時域信號進行等角度重采樣, 將時域非平穩(wěn)信號轉(zhuǎn)換為角域平穩(wěn)信號, 再對角域平穩(wěn)信號進行譜分析得到階次譜。階次跟蹤分析能夠提取信號中與參考軸轉(zhuǎn)速有關(guān)的信息, 同時抑制與轉(zhuǎn)速無關(guān)的信號, 因此非常適合分析旋轉(zhuǎn)機械在變轉(zhuǎn)速過程下的振動信號。實現(xiàn)階次跟蹤分析技術(shù)的關(guān)鍵在于, 如何實現(xiàn)被分析信號相對于參考軸的等角度重采樣, 即階次重采樣。常用的階次重采樣方法有硬件階次跟蹤法 6、計算階次跟蹤法 7和基于瞬時頻率估計的階次跟蹤法 8等。硬件階次跟蹤法直接通過專用的模擬設(shè)備實現(xiàn)信號的等角度重采樣,實時性好,但只適用于軸轉(zhuǎn)速較穩(wěn)定的情況,且成本很高;基于瞬時頻率估計的階次跟蹤法不需要專門的硬件設(shè)備,無需考慮硬件安裝問題,且成本較低, 但是不適用于分析多分量信號,而實際工程信號大多為多分量信號, 因此其實際應(yīng)用意義不大;COT法通過軟件的形式實現(xiàn)等角度重采樣,分析精度高, 對被分析的信號沒有特別的要求,并且無需特定的硬件, 因此是一種應(yīng)用廣泛的階次跟蹤分析方法。根據(jù)試驗條件采用COT法實現(xiàn)信號的階次重采樣,其具體步驟如下:1. 對振動信號和轉(zhuǎn)速信號分兩路同時進行等時間間隔(間隔為$t)采樣,得到異步采樣信號;2. 通過轉(zhuǎn)速信號計算等角度增量 $H 所對應(yīng)的時間序列ti ;3. 根據(jù)時間序列ti的值,對振動信號進行插值,求出其對應(yīng)的幅值,得到振動信號的同步采樣信號,即角域平穩(wěn)信號;4.使用LMD分解平衡角重采樣信號,因此sPF系列組件和相應(yīng)的瞬間振幅和瞬時頻率可以獲得5.光譜分析應(yīng)用于每個PF的瞬時振幅組件,然后我們有訂單譜3.2 齒輪故障診斷實例升降速過程中的齒輪故障振動信號通常是多分量的調(diào)幅-調(diào)頻信號,并且故障特征頻率會隨著轉(zhuǎn)速的變化而改變。針對升降速過程齒輪故障振動信號的這些特點, 提出了基于階次跟蹤分析和 LM D 的齒輪故障診斷方法。首先采用階次跟蹤分析將齒輪升降速過程的時域振動信號轉(zhuǎn)換成角域平穩(wěn)信號;然后對角域信號進行LMD分解,得到一系列PF分量,以及各個PF分量的瞬時幅值和瞬時頻率; 最后對各個PF分量的瞬時幅值進行頻譜分析,便可以有效地提取出齒輪故障特征。為了驗證方法的正確性,在旋轉(zhuǎn)機械試驗臺上進行了齒輪正常和齒根裂紋兩種工況的試驗。該系統(tǒng)中, 電機輸入軸齒輪齒數(shù)z1=55, 輸出軸齒輪齒數(shù)z2 = 75。在輸入軸齒輪齒根上加工出小槽,以模擬齒根紋故 障, 因此齒輪嚙合階次xm=55,故障特征階次xc=1。圖1和圖2所示分別為由轉(zhuǎn)速傳感器測得的輸入軸瞬時轉(zhuǎn)速n(t),以及由振動傳感器測得的齒輪故障 振動加速度a(t),其中采樣頻率為8192H z,采樣時間為20s從圖1可以看出,輸入軸轉(zhuǎn)速首先從150r/min逐漸加速至1410r/min, 然后再減速到820r/min,而加速度信號的幅值也隨著作出了相應(yīng)的變化。不失一般性,截取圖2中5 7s升速過程的信號 a1(t)進行分析。 圖 1 輸 入軸的瞬時轉(zhuǎn)速 n ( t )圖 2 齒輪故障振動加速度信號 a( t )值在秩序O=55和O=110相應(yīng)的齒輪嚙合秩序和雙。因此這意味著頻率混淆現(xiàn)象已經(jīng)在很大程度上消除。然而,為j1()仍然是一個多個組件MA-MF信號。因此,一邊頻帶反映故障特征頻率模糊。有效地提取故障特征,應(yīng)用LMD j - 1(),因此七PF組件和殘渣可以得到圖6所示,這意味著LMD解調(diào)的進展。因此,它是可以提取齒輪故障特性,利用頻譜分析的瞬時振幅PF組件包含主要故障信息。通過分析,我們知道失敗的主要信息包括在第一個PF組件。因此,無花果。7和8給瞬時振幅a1()的第一個PF組件PF 1()和相應(yīng)的秩序光譜的a1(),很明顯,有不同的光譜峰值在第一順序(O = 1)對應(yīng)齒輪階次跟蹤功能,符合齒輪的實際工況。圖9和圖10顯示轉(zhuǎn)速信號的n(t)和振動加速度信號的時域波形s(t)齒輪分別與破碎的牙齒,采樣率為8192 Hz和總樣品時間是20年代。斷齒故障引入輸入軸上的齒輪與激光切割槽的牙根。首先,一段信號s1(t)5 s-7年代為進一步分析的進步是攔截;其次,假設(shè)樣本點每旋轉(zhuǎn)400;第三,角域信號為j1()圖11所示可以通過執(zhí)行命令重采樣s1(t);第四,LMD適用于j-1();最后,相應(yīng)的秩序頻譜圖12所示的瞬時振幅首先PF組件PF 1()可以了,很明顯,有不同的光譜峰值(比在圖8)在第一順序(O = 1)階次跟蹤分析對應(yīng)于齒輪故障功能,符合齒輪的實際工況。同樣的,我們同樣可以做正常的齒輪。轉(zhuǎn)速信號n(t)和振動的時域波形加速度信號s(t)的正常齒輪分別列在無花果。13和14,采樣率為8192 Hz和總樣品時間是20多歲。在上述相同的方法應(yīng)用于原始信號圖14所示,結(jié)果無花果所示。15和16。圖15顯示了角域j - 1()執(zhí)行順序重采樣后的信號部分(5s-7年代在籌備進展)的原始信號。圖16顯示了相應(yīng)的瞬時振幅譜第一個PF組件,很難找到齒輪故障特征,也符合實際的工作狀態(tài)的裝備。目前,多組分的另一個競爭解調(diào)方法AM-FM信號,即經(jīng)驗模式分解(EMD)存在,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于信號解調(diào)分析(7、22)。為了比較兩個EMD方法,取代LMD,我們能做的同樣使用EMD進行重采樣信號無花果所示。圖4、11和15 圖 3 齒輪故障振動加速度信號的頻譜圖 4 階次重采樣后的齒輪故障振動 加速度信號圖5 j1()的階次譜分別,因此可以獲得一系列國際貨幣基金組織(IMF)組件。此外,相應(yīng)的瞬時振幅和國際貨幣基金組織每個組件的瞬時頻率可以通過希爾伯特變換計算。通過分析,我們知道,IMF主要特征信息包含在第一個組件。因此,只有應(yīng)用于瞬時頻譜分析第一個國際貨幣基金組織(IMF)組件的振幅。無花果。17日至19日給訂單頻譜對應(yīng)三種振動信號的破解斷層、斷齒故障和正常的齒輪,分別,很明顯,訂單跟蹤分析基于EMD也可以提取齒輪故障特性,確定齒輪的工作狀態(tài)。盡管EMD和LMD都可以分解原始信號實際上,兩種方法之間的差異仍然存在。EMD方法比較,如第一節(jié)中所述,LMD有更多迭代次數(shù)少等優(yōu)點,不明顯的效果和更少的瞬時頻率的虛假成分,可以使用更多的應(yīng)用在實踐中。 圖 6 角域信號j1( )的LMD分解結(jié)果圖 7 PF1()的瞬時幅值A(chǔ)1()圖 8 第1個PF分量的幅值譜圖 9 輸入軸的瞬時轉(zhuǎn)速 n(t)圖 1 0 正常齒輪的振動加速度信號 a(t)圖11 階次重采樣后的正常齒輪振動加速度信號j1()圖 12 第一個PF分量的幅值譜圖13 輸入軸轉(zhuǎn)速r(t)正常齒輪前和過程中圖圖14 齒輪的振動加速度信號(t)在正常狀態(tài)圖15 相應(yīng)的振動加速度信號為j1()角域通過應(yīng)用順序重采樣tos(t)圖14所示。圖17 第一個IMF分量的幅值譜 圖 18 第一個IMF分量的幅值譜3 結(jié)論 在齒輪故障診斷技術(shù)、階次跟蹤是一個著名的技術(shù),可用于故障檢測的旋轉(zhuǎn)機器采用振動信號。針對齒輪故障振動信號的調(diào)制特點在助跑和破敗的和缺點在齒輪經(jīng)??梢园l(fā)相關(guān)軸轉(zhuǎn)速在瞬態(tài)過程中,階次跟蹤和技術(shù)LMD相結(jié)合用于齒輪故障診斷。從理論分析和實驗結(jié)果以下幾點得出結(jié)論: ( 1) 在分析齒輪變轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的振動信號時,轉(zhuǎn)速波動會引起頻譜圖出現(xiàn)頻率混疊, 而階次跟蹤分析通過對信號進行階次重采樣能夠在很大程度上消除頻率混疊, 使頻譜圖的譜線清晰可讀。 ( 2) 齒輪故障時的振動信號為一多分量的調(diào)幅- 調(diào)頻信號, 采用LMD方法能將其分解為若干個PF分量之和,同得到各個PF分量的瞬時幅值和瞬時頻率, 實現(xiàn)了原信號的解調(diào)。對含有齒輪故障特征的PF分量的瞬時幅值進行頻譜分析, 能夠準確地提取出齒輪故障特征信息。 圖19 階次的第一個國際貨幣基金組織(IMF)組件的正常使用EMD齒輪 ( 3) 對齒輪正常和齒根裂紋兩種工況的振動信號進行了分析,分析結(jié)果表明, 本文方法能夠準確地反映出齒輪的實際工況。References1 S.K. 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Batista, On the HHT, its problems, and some solutions, Mechanical Systems and Signal Processing 22 (6) (2008) 13741394.學院機械加工工序卡片產(chǎn)品型號零件圖號產(chǎn)品名稱水泵葉輪零件名稱水泵葉輪共7頁第1頁車間工序號工序名稱材 料 牌 號機加工30銑HT200毛 坯 種 類毛坯外形尺寸每毛坯可制件數(shù)每 臺 件 數(shù)鑄件11設(shè)備名稱設(shè)備型號設(shè)備編號同時加工件數(shù)銑床X52K11夾具編號夾具名稱切削液1專用夾具普通乳化液工位器具編號工位器具名稱工序工時 (分)準終單件工步號工 步 內(nèi) 容工 藝 裝 備主軸轉(zhuǎn)速切削速度進給量切削深度進給次數(shù)工步工時/sr/minm/smm/rmm機動輔助1粗銑、精銑80底部端面銑夾具,量具,銑刀5001.270.831 設(shè) 計(日 期) 校 對(日期) 審 核(日期) 標準化(日期) 會 簽(日期)標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期學院機械加工工序卡片產(chǎn)品型號水泵葉輪零件圖號產(chǎn)品名稱水泵葉輪零件名稱水泵葉輪共7頁第2頁車間工序號工序名稱材 料 牌 號機加工40銑HT200毛 坯 種 類毛坯外形尺寸每毛坯可制件數(shù)每 臺 件 數(shù)鑄件11設(shè)備名稱設(shè)備型號設(shè)備編號同時加工件數(shù)銑床X52K11夾具編號夾具名稱切削液1專用夾具普通乳化液工位器具編號工位器具名稱工序工時 (分)準終單件22工步號工 步 內(nèi) 容工 藝 裝 備主軸轉(zhuǎn)速切削速度進給量切削深度進給次數(shù)工步工時/sr/minm/smm/rmm機動輔助1粗銑、精銑上端面銑夾具,量具,銑刀5001.270.8311510 設(shè) 計(日 期) 校 對(日期) 審 核(日期) 標準化(日期) 會 簽(日期)標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期學院機械加工工序卡片產(chǎn)品型號水泵葉輪零件圖號產(chǎn)品名稱水泵葉輪零件名稱水泵葉輪共7頁第3頁車間工序號工序名稱材 料 牌 號機加工50粗車HT200毛 坯 種 類毛坯外形尺寸每毛坯可制件數(shù)每 臺 件 數(shù)鑄件11設(shè)備名稱設(shè)備型號設(shè)備編號同時加工件數(shù)車床CA614011夾具編號夾具名稱切削液1專用夾具普通乳化液工位器具編號工位器具名稱工序工時 (分)準終單件22工步號工 步 內(nèi) 容工 藝 裝 備主軸轉(zhuǎn)速切削速度進給量切削深度進給次數(shù)工步工時/sr/minm/smm/rmm機動輔助1粗車內(nèi)孔,粗車各臺階及圓弧圓角,注意各留1mm的精車余量三爪卡盤, 盲孔偏刀,游標卡尺80012.70.5211510 設(shè) 計(日 期) 校 對(日期) 審 核(日期) 標準化(日期) 會 簽(日期)標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期學院機械加工工序卡片產(chǎn)品型號水泵葉輪零件圖號產(chǎn)品名稱水泵葉輪零件名稱水泵葉輪共7頁第4頁車間工序號工序名稱材 料 牌 號機加工70精車HT200毛 坯 種 類毛坯外形尺寸每毛坯可制件數(shù)每 臺 件 數(shù)鑄件11設(shè)備名稱設(shè)備型號設(shè)備編號同時加工件數(shù)車床CA614011夾具編號夾具名稱切削液1專用夾具普通乳化液工位器具編號工位器具名稱工序工時 (分)準終單件22工步號工 步 內(nèi) 容工 藝 裝 備主軸轉(zhuǎn)速切削速度進給量切削深度進給次數(shù)工步工時/sr/minm/smm/rmm機動輔助1精車內(nèi)孔,達到圖紙尺寸公差要求三爪卡盤,90度偏刀,外圓偏刀,游標卡尺57025.70.8211510 設(shè) 計(日 期) 校 對(日期) 審 核(日期) 標準化(日期) 會 簽(日期)標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期學院機械加工工序卡片產(chǎn)品型號水泵葉輪零件圖號產(chǎn)品名稱水泵葉輪零件名稱水泵葉輪共7頁第5頁車間工序號工序名稱材 料 牌 號機加工70粗車HT200毛 坯 種 類毛坯外形尺寸每毛坯可制件數(shù)每 臺 件 數(shù)鑄件11設(shè)備名稱設(shè)備型號設(shè)備編號同時加工件數(shù)車床CA614011夾具編號夾具名稱切削液1專用夾具普通乳化液工位器具編號工位器具名稱工序工時 (分)準終單件22工步號工 步 內(nèi) 容工 藝 裝 備主軸轉(zhuǎn)速切削速度進給量切削深度進給次數(shù)工步工時/sr/minm/smm/rmm機動輔助1車孔口槽三爪卡盤, 盲孔偏刀,游標卡尺5001.270.8311510 設(shè) 計(日 期) 校 對(日期) 審 核(日期) 標準化(日期) 會 簽(日期)標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期學院機械加工工序卡片產(chǎn)品型號水泵葉輪零件圖號產(chǎn)品名稱水泵葉輪零件名稱水泵葉輪共7頁第頁車間工序號工序名稱材 料 牌 號機加工80鉆HT200毛 坯 種 類毛坯外形尺寸每毛坯可制件數(shù)每 臺 件 數(shù)鑄件11設(shè)備名稱設(shè)備型號設(shè)備編號同時加工件數(shù)鉆床Z52511夾具編號夾具名稱切削液1專用夾具普通乳化液工位器具編號工位器具名稱工序工時 (分)準終單件22工步號工 步 內(nèi) 容工 藝 裝 備主軸轉(zhuǎn)速切削速度進給量切削深度進給次數(shù)工步工時/sr/minm/smm/rmm機動輔助1鉆鉸12孔鉆夾具,量具,麻花鉆80012.70.5211510 設(shè) 計(日 期) 校 對(日期) 審 核(日期) 標準化(日期) 會 簽(日期)標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期學院機械加工工序卡片產(chǎn)品型號零件圖號產(chǎn)品名稱水泵葉輪零件名稱水泵葉輪共7頁第7頁車間工序號工序名稱材 料 牌 號機加工90銑槽HT200毛 坯 種 類毛坯外形尺寸每毛坯可制件數(shù)每 臺 件 數(shù)鑄件11設(shè)備名稱設(shè)備型號設(shè)備編號同時加工件數(shù)銑床X52K11夾具編號夾具名稱切削液1專用夾具普通乳化液工位器具編號工位器具名稱工序工時 (分)準終單件工步號工 步 內(nèi) 容工 藝 裝 備主軸轉(zhuǎn)速切削速度進給量切削深度進給次數(shù)工步工時/sr/minm/smm/rmm機動輔助1銑十字槽銑夾具,量具,立銑刀5001.270.831 設(shè) 計(日 期) 校 對(日期) 審 核(日期) 標準化(日期) 會 簽(日期)標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期機械加工工藝過程卡片產(chǎn)品型號零件圖號產(chǎn)品名稱水泵葉輪零件名稱水泵葉輪共1頁第1頁材 料 牌 號HT200毛 坯 種 類鑄造毛坯外形尺寸每毛坯件數(shù)1每 臺 件 數(shù)1備 注 工 序 號 工序 名稱 工 序 內(nèi) 容車間 工段設(shè) 備工 藝 裝 備 工時/min 準終 單件10鑄造鑄造出毛坯鑄造車間一20熱處理毛坯熱處理,時效處理鑄造車間一30銑粗銑、精銑80底部端面機加工車間二X52K面銑刀,游標卡尺15min15min40銑粗銑、精銑上端面機加工車間二X52K面銑刀,游標卡尺15min15min50粗車粗車內(nèi)孔,粗車各臺階及圓弧圓角,注意各留1mm的精車余量機加工車間二CA6140三爪卡盤,盲孔偏刀,游標卡尺18min18min60精車精車內(nèi)孔,達到圖紙尺寸公差要求機加工車間二CA6140三爪卡盤,90度偏刀,外圓偏刀,游標卡尺11min11min70粗車車孔口槽機加工車間二CA6140三爪卡盤,盲孔偏刀,游標卡尺18min18min80鉆孔鉆鉸12孔機加工車間二Z525麻花鉆,游標卡尺5min5min90銑槽銑十字槽 機加工車間二X52K立銑刀,游標卡尺15min15min100鉗去毛刺,清洗金工鉗工臺絲錐,銼刀,游標卡尺110終檢終檢入庫 設(shè) 計(日 期) 校 對(日期) 審 核(日期) 標準化(日期) 會 簽(日期)標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期學院 畢業(yè)設(shè)計論文水泵葉輪機械加工工藝及夾具設(shè)計 所在學院專 業(yè)班 級姓 名學 號指導老師 年 月 日27摘 要水泵葉輪零件加工工藝及夾具設(shè)計是包括零件加工的工藝設(shè)計、工序設(shè)計以及專用夾具的設(shè)計三部分。在工藝設(shè)計中要首先對零件進行分析,了解零件的工藝再設(shè)計出毛坯的結(jié)構(gòu),并選擇好零件的加工基準,設(shè)計出零件的工藝路線;接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算,關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量;然后進行專用夾具的設(shè)計,選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件,如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件;計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差,分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處,并在以后設(shè)計中注意改進。關(guān)鍵詞:工藝,工序,切削用量,夾緊,定位,誤差Abstract The fixture design of a certain type of motor armature bracket parts processing and drilling machine is design process design, including the parts processing process design and the three part special fixture. In the process of design should first of all parts to analyze, understand parts of the process and then design a blank structure, and choose the good parts of the machining datum, designs the process routes of the parts; then the parts each step process dimension calculation, the key is to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then a special fixture, fixture for the various components of a design, such as the connecting part positioning device, clamping element, a guide element, clamp and the machine tool and other components; the positioning error caused calculate fixture when positioning, analysis of the rationality and deficiency of fixture structure, pay attention to improving and will design in.Keywords: process, process, cutting, clamping, positioning,目 錄摘 要IIAbstractIII目 錄IV第1章 序 言1第2章 零件的分析22.1零件的形狀22.2零件的工藝分析2第3章 工藝規(guī)程設(shè)計43.1 確定毛坯的制造形式43.2 基面的選擇43.3 制定工藝路線43.3.1 工藝路線方案一53.3.2 工藝路線方案二53.3.3 工藝方案的比較與分析53.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備63.4.1 機床選用63.4.2 選擇刀具63.4.3 選擇量具63.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定73.6確定切削用量及基本工時8第4章 銑十字槽設(shè)計204.1設(shè)計要求204.2夾具設(shè)計204.2.1 定位基準的選擇204.2.2 切削力及夾緊力的計算204.3 夾具的夾緊裝置和定位裝置204.4定位誤差的分析224.5 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)224.6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明24總 結(jié)25致 謝26參考文獻27 第1章 序 言機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品,并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用,也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備,社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè),因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè),是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講,機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術(shù)水平的重要指標。水泵葉輪零件加工工藝及夾具設(shè)計是在學完了機械制圖、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機械設(shè)計、機械工程材料等的基礎(chǔ)下,進行的一個全面的考核。正確地解決一個零件在加工中的定位,夾緊以及工藝路線安排,工藝尺寸確定等問題,并設(shè)計出專用夾具,保證尺寸證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設(shè)計中既要注意基本概念、基本理論,又要注意生產(chǎn)實踐的需要,只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合,才能很好的完成本次設(shè)計。本次設(shè)計水平有限,其中難免有缺點錯誤,敬請老師們批評指正。第2章 零件的分析2.1零件的形狀題目給的零件是水泵葉輪零件,主要作用是起分流作用。零件的實際形狀如上圖所示,從零件圖上看,該零件是典型的零件,結(jié)構(gòu)比較簡單。具體尺寸,公差如下圖所示。2.2零件的工藝分析由零件圖可知,其材料為HT200 ,該材料為HT200,具有較高強度,耐磨性,耐熱性及減振性,適用于承受較大應(yīng)力和要求耐磨零件。水泵葉輪零件主要加工表面為:1.銑端面,表面粗糙度值為3.2。2.車內(nèi)孔,表面粗糙度值3.2。3.鉆中心孔,表面粗糙度值3.2。水泵葉輪共有兩組加工表面,他們之間有一定的位置要求。現(xiàn)分述如下:(1)80底部端面的加工表面: 這一組加工表面包括:80底部端面。(2).上端面的加工表面: 這一組加工表面包括: 上端面。其要求也不高,粗車后精車就可以達到精度要求。(3).鉆12孔(4).銑十字槽第3章 工藝規(guī)程設(shè)計本水泵葉輪假設(shè)年產(chǎn)量為10萬臺,每臺車床需要該零件1個,備品率為19%,廢品率為0.25%,每日工作班次為2班。該零件材料為HT200 ,考慮到零件在工作時要有高的耐磨性,所以選擇鑄鋁鑄造。依據(jù)設(shè)計要求Q=100000件/年,n=1件/臺;結(jié)合生產(chǎn)實際,備品率和 廢品率分別取19%和0.25%代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領(lǐng) N=2XQn(1+)(1+)=238595件/年3.1 確定毛坯的制造形式零件材料為HT200 ,鑄件的特點是液態(tài)成形,其主要優(yōu)點是適應(yīng)性強,即適用于不同重量、不同壁厚的鑄件,也適用于不同的金屬,還特別適應(yīng)制造形狀復雜的鑄件??紤]到零件在使用過程中起連接作用,分析其在工作過程中所受載荷,最后選用鑄件,以便使金屬纖維盡量不被切斷,保證零件工作可靠。年產(chǎn)量已達成批生產(chǎn)水平,而且零件輪廓尺寸不大,可以采用砂型鑄造,這從提高生產(chǎn)效率,保證加工精度,減少生產(chǎn)成本上考慮,也是應(yīng)該的。3.2 基面的選擇基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一,基面選擇的正確與合理,可以使加工質(zhì)量得到保證,生產(chǎn)效率得以提高。否則,不但使加工工藝過程中的問題百出,更有甚者,還會造成零件大批報廢,使生產(chǎn)無法正常進行。粗基準的選擇,對像水泵葉輪這樣的零件來說,選好粗基準是至關(guān)重要的。對本零件來說,如果外圓的端面做基準,則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對稱,按照有關(guān)粗基準的選擇原則(即當零件有不加工表面時,應(yīng)以這些不加工表面做粗基準,若零件有若干個不加工表面時,則應(yīng)以與加工表面要求相對應(yīng)位置精度較高的不加工表面做為粗基準)。對于精基準而言,主要應(yīng)該考慮基準重合的問題,當設(shè)計基準與工序基準不重合時,應(yīng)該進行尺寸換算,這在以后還要專門計算,此處不在重復。3.3 制定工藝路線制定工藝路線的出發(fā)點,應(yīng)當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下,可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外,還應(yīng)當考慮經(jīng)濟效果,以便使生產(chǎn)成本盡量下降。3.3.1 工藝路線方案一10鑄造鑄造出毛坯20熱處理毛坯熱處理,時效處理30銑粗銑、精銑80底部端面40銑粗銑、精銑上端面50粗車粗車內(nèi)孔,粗車各臺階及圓弧圓角,注意各留1mm的精車余量60精車精車內(nèi)孔,達到圖紙尺寸公差要求70粗車車孔口槽80鉆孔鉆鉸12孔70銑槽銑十字槽 80鉗去毛刺,清洗90終檢終檢入庫3.3.2 工藝路線方案二10鑄造鑄造出毛坯20熱處理毛坯熱處理,時效處理30銑粗銑、精銑80底部端面40銑粗銑、精銑上端面50粗車粗車內(nèi)孔,粗車各臺階及圓弧圓角,注意各留1mm的精車余量60精車精車內(nèi)孔,達到圖紙尺寸公差要求70粗車車孔口槽80銑槽銑十字槽 90鉆孔鉆鉸12孔80鉗去毛刺,清洗90終檢終檢入庫3.3.3 工藝方案的比較與分析上述兩個方案的特點在于:方案一的定位和裝夾等都比較方便,但是要更換多臺設(shè)備,加工過程比較繁瑣,而且在加工過程中位置精度不易保證。方案二減少了裝夾次數(shù),但是要及時更換刀具,因為有些工序在車床上也可以加工,鏜、鉆孔等等,需要換上相應(yīng)的刀具。要設(shè)計專用夾具。因此綜合兩個工藝方案,取優(yōu)棄劣,具體工藝過程如下:10鑄造鑄造出毛坯20熱處理毛坯熱處理,時效處理30銑粗銑、精銑80底部端面40銑粗銑、精銑上端面50粗車粗車內(nèi)孔,粗車各臺階及圓弧圓角,注意各留1mm的精車余量60精車精車內(nèi)孔,達到圖紙尺寸公差要求70粗車車孔口槽80鉆孔鉆鉸12孔70銑槽銑十字槽 80鉗去毛刺,清洗90終檢終檢入庫3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備3.4.1 機床選用.工序是粗車、粗鏜和精車、精鏜。各工序的工步數(shù)不多,成批量生產(chǎn),故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大,精度要求屬于中等要求,選用最常用的CA6140臥式車床。參考根據(jù)機械制造設(shè)計工工藝簡明手冊表4.2-7。.工序鉆孔,選用Z525搖臂鉆床。3.4.2 選擇刀具.在車床上加工的工序,一般選用硬質(zhì)合金車刀和鏜刀。加工刀具選用YG6類硬質(zhì)合金車刀,它的主要應(yīng)用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟性,可選用可轉(zhuǎn)位車刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。.鉆孔時選用高速鋼麻花鉆,參考機械加工工藝手冊(主編 孟少農(nóng)),第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數(shù)。3.4.3 選擇量具本零件屬于成批量生產(chǎn),一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種:一是按計量器具的不確定度選擇;二是按計量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定“水泵葉輪” 零件材料為HT200 ,查機械加工工藝手冊(以后簡稱工藝手冊),表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較,HT200的硬度HB為143269,表2.2-23 HT200的物理性能,HT200 密度=7.27.3(),計算零件毛坯的重量約為2。表3-1 機械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì)生產(chǎn)類別同類零件的年產(chǎn)量件重型(零件重2000kg)中型(零件重1002000kg)輕型(零件重100kg)單件生產(chǎn)5以下10以下100以下小批生產(chǎn)510010200100500中批生產(chǎn)1003002005005005000大批生產(chǎn)30010005005000500050000大量生產(chǎn)1000以上5000以上50000以上根據(jù)所發(fā)的任務(wù)書上的數(shù)據(jù),該零件的月工序數(shù)不低于3050,毛坯重量21202506.04.0頂、側(cè)面底 面鑄孔的機械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機械加工余量選擇。根據(jù)上述原始資料及加工工藝,分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。3.6確定切削用量及基本工時切削用量一般包括切削深度、進給量及切削速度三項。確定方法是先是確定切削深度、進給量,再確定切削速度。現(xiàn)根據(jù)切削用量簡明手冊(第三版,艾興、肖詩綱編,1993年機械工業(yè)出版社出版)確定本零件各工序的切削用量所選用的表格均加以*號,與機械制造設(shè)計工工藝簡明手冊的表區(qū)別。 工序30粗銑、精銑80底部端面加工條件:工件材料: HT200,鑄造。機床:X52K立式銑床。查機械加工工藝師手冊表30-34選擇工藝裝備及確定切削用量。刀具:硬質(zhì)合金三面刃圓盤銑刀(面銑刀),材料:, ,齒數(shù),此為粗齒銑刀。因其單邊余量:Z=2mm。所以銑削深度 :。每齒進給量:根據(jù)機械加工工藝師手冊表2.4-75,取 。取銑削速度:參照機械加工工藝師手冊表30-34,取。由式3-1得機床主軸轉(zhuǎn)速:按照機械加工工藝師手冊表3.1-74可以查得機床與之接近的轉(zhuǎn)速為。實際銑削速度:進給量: 。 工作臺每分進給量:。 銑削寬度:根據(jù)機械加工工藝師手冊表2.4-81,取。刀具切出長度:取。走刀次數(shù)為1根據(jù)機械加工工藝師手冊:=249/(37.53)=2.21min。根據(jù)機械加工工藝師手冊表2.5-45可查得銑削的輔助時間。根據(jù)機械加工工藝師手冊切削工時:=249/(37.53)=2.21min。 工序40粗銑、精銑上端面已知加工材料為HT200鑄鐵,機床為床X52K銑床,工件裝在專用夾具中。刀具:YG8硬質(zhì)合金端銑刀。根據(jù)機械加工工藝師手冊第2版,表3.4-63,可選銑刀直徑=220mm,齒數(shù)Z=6。1)確定背吃刀量ap: 2)確定進給量f:根據(jù)機械加工工藝師手冊第2版,表3.4-15,可查得=0.200.29mm/z。選擇=0.20mm/z,故 3)確定切削速度v:根據(jù)機械加工工藝師手冊第2版,表3.4-25,可選擇=50m/min。 按X52k機床的轉(zhuǎn)速,選擇,所以實際切削速度v: 工作臺每分鐘進給量為: 按X52k機床工作臺進給量表,選擇=130mm/min。則實際每齒進給量為: 工額定時的計算: 工序50粗車內(nèi)孔,粗車各臺階及圓弧圓角,注意各留1mm的精車余量所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)切削用量簡明手冊表1.1,由于CA6140機床的中心高為200(表1.30),故選刀桿尺寸=,刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃傾角=,刀尖圓弧半徑=。.確定切削深度由于單邊余量為,可在一次走刀內(nèi)完成,故 = (3-1).確定進給量根據(jù)切削加工簡明實用手冊可知:表1.4刀桿尺寸為,工件直徑400之間時, 進給量=0.51.0按CA6140機床進給量(表4.29)在機械制造工藝設(shè)計手冊可知: =0.7確定的進給量尚需滿足機床進給機構(gòu)強度的要求,故需進行校驗根據(jù)表130,CA6140機床進給機構(gòu)允許進給力=3530。根據(jù)表1.21,當強度在174207時,=時,徑向進給力:=950。切削時的修正系數(shù)為=1.0,=1.0,=1.17(表1.292),故實際進給力為: =950=1111.5 (3-2)由于切削時進給力小于機床進給機構(gòu)允許的進給力,故所選=可用。.選擇刀具磨鈍標準及耐用度根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取為,車刀壽命=。.確定切削速度切削速度可根據(jù)公式計算,也可直接有表中查出。根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.11,當硬質(zhì)合金刀加工硬度200219的鑄件,切削速度=。切削速度的修正系數(shù)為=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(見表1.28),故: =63 (3-3) =120 (3-4)根據(jù)CA6140車床說明書選擇 =125這時實際切削速度為: = (3-5).校驗機床功率切削時的功率可由表查出,也可按公式進行計算。由切削用量簡明使用手冊表1.25,=,切削速度時, =切削功率的修正系數(shù)=0.73,=0.9,故實際切削時間的功率為: =1.7=1.2 (3-6)根據(jù)表1.30,當=時,機床主軸允許功率為=,故所選切削用量可在CA6140機床上進行,最后決定的切削用量為:=3.75,=,=,=工序60 精車內(nèi)孔,達到圖紙尺寸公差要求所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)切削用量簡明手冊表1.1,由于CA6140機床的中心高為200(表1.30),故選刀桿尺寸=,刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃傾角=,刀尖圓弧半徑=。.確定切削深度由于單邊余量為,可在一次走刀內(nèi)完成,故 = .確定進給量根據(jù)切削加工簡明實用手冊可知:表1.4刀桿尺寸為,工件直徑400之間時, 進給量=0.51.0按CA6140機床進給量(表4.29)在機械制造工藝設(shè)計手冊可知: =0.7確定的進給量尚需滿足機床進給機構(gòu)強度的要求,故需進行校驗根據(jù)表130,CA6140機床進給機構(gòu)允許進給力=3530。根據(jù)表1.21,當強度在174207時,=時,徑向進給力:=950。切削時的修正系數(shù)為=1.0,=1.0,=1.17(表1.292),故實際進給力為: =950=1111.5 由于切削時進給力小于機床進給機構(gòu)允許的進給力,故所選=可用。.選擇刀具磨鈍標準及耐用度根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取為,車刀壽命=。.確定切削速度切削速度可根據(jù)公式計算,也可直接有表中查出。根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.11,當硬質(zhì)合金刀加工硬度200219的鑄件,切削速度=。切削速度的修正系數(shù)為=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(見表1.28),故: =63 (3-12) =120 (3-13)根據(jù)CA6140車床說明書選擇 =125這時實際切削速度為: = (3-14).校驗機床功率切削時的功率可由表查出,也可按公式進行計算。由切削用量簡明使用手冊表1.25,=,切削速度時, =切削功率的修正系數(shù)=0.73,=0.9,故實際切削時間的功率為: =1.7=1.2 根據(jù)表1.30,當=時,機床主軸允許功率為=,故所選切削用量可在CA6140機床上進行,最后決定的切削用量為:=1.25,=,=,=.計算基本工時 (3-15)工序70車孔口槽所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)切削用量簡明手冊表1.1,由于CA6140機床的中心高為200(表1.30),故選刀桿尺寸=,刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃傾角=,刀尖圓弧半徑=。.確定切削深度由于單邊余量為,可在一次走刀內(nèi)完成.確定進給量根據(jù)切削加工簡明實用手冊可知:表1.4刀桿尺寸為,工件直徑400之間時, 進給量=0.51.0按CA6140機床進給量(表4.29)在機械制造工藝設(shè)計手冊可知: =0.7確定的進給量尚需滿足機床進給機構(gòu)強度的要求,故需進行校驗根據(jù)表130,CA6140機床進給機構(gòu)允許進給力=3530。根據(jù)表1.21,當強度在174207時,=時,徑向進給力:=950。切削時的修正系數(shù)為=1.0,=1.0,=1.17(表1.292),故實際進給力為: =950=1111.5 由于切削時進給力小于機床進給機構(gòu)允許的進給力,故所選=可用。.選擇刀具磨鈍標準及耐用度根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取為,車刀壽命=。.確定切削速度切削速度可根據(jù)公式計算,也可直接有表中查出。根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.11,當硬質(zhì)合金刀加工硬度200219的鑄件,切削速度=。切削速度的修正系數(shù)為=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(見表1.28),故: =63 (3-12) =120 (3-13)根據(jù)CA6140車床說明書選擇 =125這時實際切削速度為: = (3-14).校驗機床功率切削時的功率可由表查出,也可按公式進行計算。由切削用量簡明使用手冊表1.25,=,切削速度時, =切削功率的修正系數(shù)=0.73,=0.9,故實際切削時間的功率為: =1.7=1.2 根據(jù)表1.30,當=時,機床主軸允許功率為=,故所選切削用量可在CA6140機床上進行,最后決定的切削用量為:=1.25,=,=,=工序80鉆鉸12孔本工序采用計算法。表3-5高速鋼麻花鉆的類型和用途標準號類型直徑范圍(mm)用途GB1436-85直柄麻花鉆2.020.0在各種機床上,用鉆?;虿挥勉@模鉆孔GB1437-85直柄長麻花鉆1.031.5在各種機床上,用鉆模或不用鉆模鉆孔GB1438-85錐柄麻花鉆3.0100.0在各種機床上,用鉆模或不用鉆模鉆孔GB1439-85錐柄長麻花鉆5.050.0在各種機床上,用鉆?;虿挥勉@模鉆孔選用Z525搖臂鉆床,查機械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編,查機表2.4-37鉆頭的磨鈍標準及耐用度可得,耐用度為4500,表10.2-5標準高速鋼麻花鉆的直徑系列選擇錐柄長,麻花鉆,則螺旋角=30,鋒交2=118,后角a=10,橫刃斜角=50,L=197mm,l=116mm。表3-6 標準高速鋼麻花鉆的全長和溝槽長度(摘自GB6137-85) mm直徑范圍直柄麻花鉆ll111.8013.20151101表3-7 通用型麻花鉆的主要幾何參數(shù)的推存值(根據(jù)GB6137-85) ()d (mm)2f8.618.0030118124060表3-8 鉆頭、擴孔鉆和鉸刀的磨鈍標準及耐用度(1)后刀面最大磨損限度mm刀具材料加工材料鉆頭直徑d0(mm)20高速鋼鑄鐵0.50.8(2)單刃加工刀具耐用度T min刀具類型加工材料刀具材料刀具直徑d0(mm)1120鉆頭(鉆孔及擴孔)鑄鐵、銅合金及合金高速鋼60鉆頭后刀面最大磨損限度為0.50.8mm刀具耐用度T = 60 min.確定進給量查機械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編,第二卷表10.4高速鋼鉆頭鉆孔的進給量為f=0.250.65,根據(jù)表4.13中可知,進給量取f=0.60。.確定切削速度 查機械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編,表10.4-17高速鋼鉆頭在HT200(190HBS)上鉆孔的切削速度軸向力,扭矩及功率得,V=12,參考機械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編,表10.4-10鉆擴鉸孔條件改變時切削速度修正系數(shù)K=1.0,R=0.85。 V=12=10.32 (3-17)則 = =131 (3-18) 查表4.2-12可知, 取 n = 150則實際切削速度 = = =11.83.6.5.2 確定鉆孔的切削用量鉆孔選用機床為Z525搖臂機床,刀具選用GB1436-85直柄短麻花鉆,機械加工工藝手冊第2卷。根據(jù)機械加工工藝手冊第2卷表10.4-2查得鉆頭直徑小于10的鉆孔進給量為0.200.35。 則取確定切削速度,根據(jù)機械加工工藝手冊第2卷表10.4-9切削速度計算公式為 (3-20)查得參數(shù)為,刀具耐用度T=35則 =1.6所以 =72選取 所以實際切削速度為=2.64確定切削時間(一個孔) =工工序100 銑十字槽機床的選擇:X52K型銑床(1)選擇刀具:查,根據(jù)表2.1-72,因為銑削寬度 2)查,根據(jù)表2.1-20,選擇7:24錐柄立銑刀,標準系列L=198mm,標準系列l(wèi)=63mm,粗齒數(shù)為4。(2)選擇切削用量1)決定銑削深度 銑削深度由工序決定,因為每次的銑削深度不大,故均可以一次性走完,則粗銑削時為3.4mm。2)決定每齒進給量 查,根據(jù)表2.1-72,當銑削寬度=12mm時,銑刀的每齒進給量,取,所以。3)選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命 查,根據(jù)表2.1-75,可選擇高速鋼立銑刀,粗銑,后刀面的最大磨損限度為0.30.5mm,查,根據(jù)表2.1-76,可選用的高速鋼立銑刀,其耐用度T=90min。4)決定切削速度 查,根據(jù)表2.1-77可查得:=1.18,=1.0,=0.9,=1.2,=1.0,=1.25(銑削余量較小時,) 銑削速度計算公式: 查,根據(jù)表2.1-77可查得: 所以 m/min r/min 查,根據(jù)表3.30,X52K萬能銑床的使用說明書,選擇: 這時實際切削速度為 m/min工序110 插齒加工查,根據(jù)表2.1-77可查得:=1.18,=1.0,=0.9,=1.2,=1.0,=1.25(銑削余量較小時,) 銑削速度計算公式: 查,根據(jù)表2.1-77可查得: 所以 m/min r/min 查,根據(jù)表3.30,X52K萬能銑床的使用說明書,選擇: 這時實際切削速度為 m/min第4章 銑十字槽設(shè)計為了提高勞動生產(chǎn),保證加工質(zhì)量,降低勞動強度,需要設(shè)計專用夾具。下面即為銑床夾具十字槽的專用夾具,本夾具將用于X52K立式銑床。4.1設(shè)計要求本夾具無嚴格的技術(shù)要求,因此,應(yīng)主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率,降低勞動強度,精度不是主要考慮的問題。4.2夾具設(shè)計4.2.1 定位基準的選擇為了提高加工效率及方便加工,決定材料使用高速鋼,用于對進行加工,準備采用手動夾緊。4.2.2 切削力及夾緊力的計算4.3 夾具的夾緊裝置和定位裝置夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過,其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。僅僅定好位在大多數(shù)場合下,還無法進行加工。只有進而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝置對工件進行夾緊,才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù)。夾緊裝置的基本任務(wù)是保持工件在定位中所獲得的即定位置,以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下,不發(fā)生移動和震動,確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的,正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機構(gòu)即接受和傳遞原始作用力,使之變?yōu)閵A緊力,并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。他包括中間遞力機構(gòu)和夾緊元件。考慮到機床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。螺旋夾緊機構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式,利用螺旋桿直接夾緊元件,或者與其他元件或機構(gòu)組成復合夾緊機構(gòu)來夾緊工件。是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機構(gòu)。螺旋夾緊機構(gòu)中所用的螺旋,實際上相當于把契繞在圓柱體上,因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動螺旋,使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。典型的螺旋夾緊機構(gòu)的特點:(1)結(jié)構(gòu)簡單;(2)擴力比大;(3)自瑣性能好;(4)行程不受限制;(5)夾緊動作慢。夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置,在此套夾具中,中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊,通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn),通過螺栓夾緊移動壓板,實現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板,通過精確的圓弧定位,實現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單,便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動,以達到壓緊的目的。壓緊的同時,實現(xiàn)工件的定心,使其定位基準的對稱中心在規(guī)定位置上。在這次夾具設(shè)計中,定位是采用一根心軸和一個定位插銷來定位水平方向的。在垂直方向,用兩個同心半圓環(huán)來定位。當被加工零件放到夾具體同心圓環(huán)上后,用定位插銷把夾具上的鉆模板和零件通過先加工的孔進行定位,把壓板壓緊,之后取出定位插銷。刀具:銑刀。刀具有關(guān)幾何參數(shù): 由參考文獻55表129 可得銑削切削力的計算公式: 有:根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況,找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài),按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠,再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值,即: 安全系數(shù)K可按下式計算: 式中:為各種因素的安全系數(shù),查參考文獻5121可知其公式參數(shù): 由此可得: 所以 由計算可知所需實際夾緊力不是很大,為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。查參考文獻51226可知移動形式壓板螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算:螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有:式中參數(shù)由參考文獻5可查得: 螺旋夾緊力:該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu),用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件,受力簡圖如2.1.由表得:原動力計算公式 即: 由上述計算易得: 由計算可知所需實際夾緊力不是很大,為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。4.4定位誤差的分析制造誤差ZZ (1)中心線對定位件中心線位置精度. 取.(2)同軸度誤差(查表P297)故,則.知此方案可行。4.5 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)對夾具體的設(shè)計的基本要求(1)應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性在夾具體表面重要的面,如安裝接觸位置,安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的,足夠的精度,之間的位置精度穩(wěn)定夾具體,夾具體應(yīng)該采用鑄造,時效處理,退火等處理方式。(2)應(yīng)具有足夠的強度和剛度保證在加工過程中不因夾緊力,切削力等外力變形和振動是不允許的,夾具應(yīng)有足夠的厚度,剛度可以適當加固。(3)結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯夾較大的工件的外觀,更復雜的結(jié)構(gòu),之間的相互位置精度與每個表面的要求高,所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過程中,應(yīng)處理的工件,夾具,維修方便。再滿足功能性要求(剛度和強度)前提下,應(yīng)能減小體積減輕重量,結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單。(4)應(yīng)便于鐵屑去除在加工過程中,該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累,如果不及時清除,切削熱的積累會破壞夾具定位精度,鐵屑投擲可能繞組定位元件,也會破壞的定位精度,甚至發(fā)生事故。因此,在這個過程中的鐵屑不多,可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間:對切削過程中產(chǎn)生更多的,一般應(yīng)在夾具體上面。(5)安裝應(yīng)牢固、可靠夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心,夾具應(yīng)盡可能低,支撐面積應(yīng)足夠大,以安裝精度要高,以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的,識別特定的文件夾結(jié)構(gòu),然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。加工過程中,夾具必承受大的夾緊力切削力,產(chǎn)生沖擊和振動,夾具的形狀,取決于夾具布局和夾具和連接,在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具,積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠,所以夾具設(shè)計,必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外,夾點技術(shù),經(jīng)濟的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點,在設(shè)計中還應(yīng)考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具,切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠,所以夾具設(shè)計,必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑。4.6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明由于是大批大量生產(chǎn),主要考慮提高勞動生產(chǎn)率。因此設(shè)計時,需要更換零件加工時速度要求快???結(jié)畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束了,時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的,通過這次的設(shè)計使我們不再是只知道書本上的空理論,不再是紙上談兵,而是將理論和實踐相結(jié)合進行實實在在的設(shè)計,使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設(shè)計的步驟和要領(lǐng),使我們更好的利用圖書館的資料,更好的更熟練的利用我們手中的各種設(shè)計手冊和AUTOCAD等制圖軟件,為我們踏入社會打下了好的基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的,還應(yīng)該更好的做到理論和實踐的結(jié)合。因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導,使我們學到了很多,也非常珍惜大學給我們的這次設(shè)計的機會,它將是我們畢業(yè)設(shè)計完成的更出色的關(guān)鍵一步。致 謝這次畢業(yè)設(shè)計使我收益不小,為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎(chǔ)。但是,查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時,數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊,由于經(jīng)驗不足,在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題,不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見,在我遇到難題時給我指明了方向,最終我很順利的完成了畢業(yè)設(shè)計。這次畢業(yè)設(shè)計成績的取得,與指導老師的細心指導是分不開的。在此,我衷心感謝我的指導老師,特別是每次都放下他的休息時間,耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題,她嚴肅的科學態(tài)度,嚴謹?shù)闹螌W精神,精益求精的工作作風,深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到項目的最終完成,他都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜,他不僅在學業(yè)上給我以精心指導,同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷,除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外,他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣,并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。參考文獻1 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