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夾具定位規(guī)劃中完整性評(píng)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(guó) 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(guò)程中的一個(gè)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(lái)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?tīng)顟B(tài) 如果它存在 可以識(shí)別給定定 位計(jì)劃 可以自動(dòng)識(shí)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(guò)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(guò)程中規(guī) 劃一個(gè)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(gè)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(dòng) 而 至少有一個(gè)定位不會(huì)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(gè)類 別 1 良好的約束 確定性 工件在一個(gè)獨(dú)特的位置進(jìn)行配合 工件表面 與 6 個(gè)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(guò)約束 工件自由度超過(guò) 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(wèn)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(guò)無(wú)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(gè)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 卡爾森 4 認(rèn)為 可能沒(méi)有足夠的應(yīng)用 如一些不是非棱柱的表面或相對(duì) 誤差近似的非小線性 他提出一個(gè)二階泰勒展開(kāi) 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(duì) 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(wú)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(jiàn)圖1 表面函數(shù)定義為 gi q 0是確定的 應(yīng)該有一個(gè)獨(dú)一無(wú)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(gè)解決辦法 3 在1個(gè)3 2 1定位計(jì)劃中 一個(gè)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(gè)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(guò)約束 這表 明存在至少一個(gè)定位等 而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài) 找出一個(gè)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(duì)這個(gè)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(jí) 數(shù)量的定位 地位 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(dòng)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(lái)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(cuò)誤 熊等人 8 提 出的等級(jí)檢查方法的定位矩陣 WL 見(jiàn)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 X 和位 置誤差 r 的工件定位相關(guān)如下 Under constrained X WL r 4 Well constrained X WTLWL 1WLT r 5 Over constrained X WLT WTLWL 1 r I6 6 WLT WTLWL 1WL 6 是任意一個(gè)向量 他們還介紹了從這些矩陣的幾個(gè)指標(biāo) 評(píng)價(jià)定位配置 其次是通過(guò)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(méi)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(píng)價(jià) 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(guò)度約束 是理想定 位需要的不必要的信息 而下約束時(shí) 所有有關(guān)知識(shí)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(píng)價(jià)狀態(tài) 見(jiàn)附件為獲得的定位矩 陣 確定需要六個(gè)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(gè)定位器 i 1 2 n n 6 定位矩陣可以確定如下 7 當(dāng)?shù)燃?jí) WL 6 n 6 時(shí) 是工件良好約束 當(dāng)?shù)燃?jí) WL 6 n 6 時(shí) 是工件過(guò)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(gè)簡(jiǎn)化的定位方案 定位方案 提供了確定性的位置 發(fā)達(dá)國(guó)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(gè)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(gè)定位器 4 如果等級(jí)不變 被刪除的 n 6 定位器是負(fù)責(zé)過(guò)約束狀態(tài) 這種方法可能會(huì)產(chǎn)生多種解決方案 并要求設(shè)計(jì)師來(lái)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?jí) WL 6 工件的限制約束 參考文獻(xiàn) 1 Asada H By AB 自動(dòng)重構(gòu)夾具的柔性裝配夾具的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 IEEE J 機(jī)器人 autom1985 RA 1 86 93 2 zhou YC Chandru V Barash MM 加工裝置的自動(dòng)配置的數(shù)學(xué)方法分析和綜合 反 ASME J 英工業(yè) 1989 111 299 306 3 Wang MY Liu T Pelinescu DM 夾具運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上充分接觸剛體模型 J 制造 業(yè) 科學(xué)與工程 2003 125 316 24 4 Carlson JS 剛性零件的裝夾和定位計(jì)劃的二次靈敏度分析 ASME J 制造業(yè) 2001 年 科學(xué)與工程 123 3 462 72 5 Marin R Ferreira P 確定性 3 2 1 定位計(jì)劃的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和綜合加工裝置 ASME J 制造 業(yè) 科學(xué)與工程 2001 年 123 708 19 6 Hu W 設(shè)置規(guī)劃和公差分析 博士論文中 伍斯特理工學(xué)院 2001 年 7 Kang Y Rong Y Yang J Ma W 計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)驗(yàn)證 大會(huì) Autom2002 22 350 9 8 Rong KY Huang SH Hou Z 先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì) 波士頓 愛(ài)思唯爾 2005 年 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào)學(xué)院 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 內(nèi)齒圈 零件名稱 內(nèi)齒圈 共 1 頁(yè) 第 1 頁(yè) 車(chē)間 工序號(hào) 工序名稱 材 料 牌 號(hào) 80 90 鉆孔攻絲 45 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺(tái) 件 數(shù) 型材 45 185 1 1 設(shè)備名 稱 設(shè)備型號(hào) 設(shè)備編號(hào) 同時(shí)加工件數(shù) 鉆床 Z525 Z525 1 夾具編號(hào) 夾具名稱 切削液 JIAJU001 專用夾具 乳化液 工序工時(shí) 分 工位器具編號(hào) 工位器具名稱 準(zhǔn)終 單件 QIJU001 專用器具 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 工步工時(shí)工步號(hào) 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 r min m min mm r mm 進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動(dòng) 輔助 80 鉆 6 M10 螺紋孔底孔 8 5 鉆床 800 500 2 200 16 0 5 12 1 90 攻絲 6 M10 螺紋孔 鉆床 200 100 0 5 200 16 0 5 12 1 1 17 7 1 17 7 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào)機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 產(chǎn)品名稱 內(nèi)齒圈 零件名稱 內(nèi)齒圈 共 1 頁(yè) 第 1 頁(yè) 材 料 牌 號(hào) 45 毛 坯 種 類 型材 毛坯外形 尺寸 45 185 每毛坯件數(shù) 1 每 臺(tái) 件 數(shù) 1 備 注 工時(shí) min 工 序 號(hào) 工序 名稱 工 序 內(nèi) 容 車(chē)間 工段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 準(zhǔn)終 單件 10 開(kāi)料 型材開(kāi)料 物料倉(cāng) 一 20 車(chē)端面 夾毛坯外圓 車(chē) 180 端面 金工 二 臥式車(chē)床 CA6140 硬質(zhì)合金車(chē)刀 游標(biāo)卡尺 30 粗車(chē) 夾毛坯外圓 粗車(chē) 180 外圓 留 1mm 加工余 量 金工 二 臥式車(chē)床 CA6140 硬質(zhì)合金車(chē)刀 游標(biāo)卡尺 40 精車(chē) 精車(chē) 180 外圓及倒角 達(dá)到圖紙尺寸公差要求 金工 二 臥式車(chē)床 CA6140 硬質(zhì)合金車(chē)刀 外徑千分 尺 50 車(chē)端面 掉頭 夾 180 外圓 車(chē)另一端面及倒角 金工 二 臥式車(chē)床 CA6140 車(chē)刀 外徑千分尺 60 鉆孔 鉆中心孔 金工 二 臥式車(chē)床 CA6140 硬質(zhì)合金內(nèi)孔車(chē)刀 內(nèi)徑 千分尺 70 車(chē)內(nèi)孔 車(chē)內(nèi)孔 129 金工 二 臥式車(chē)床 CA6140 麻花鉆 游標(biāo)卡尺 80 鉆底孔 鉆 6 M10 螺紋孔底孔 8 5 金工 二 立式鉆床 Z525 麻花鉆 擴(kuò)孔刀 游標(biāo) 卡尺 90 攻絲 攻絲 6 M10 螺紋孔 金工 二 立式鉆床 Z525 擴(kuò)絲錐 游標(biāo)卡尺 100 插內(nèi)齒輪 插內(nèi)齒輪 金工 二 插床 游標(biāo)卡尺 110 熱處理 熱處理RCRC 金工 二 淬火爐 12 鉗 去毛刺 清洗 金工 鉗工臺(tái) 絲錐 銼刀 游標(biāo)卡尺 13 終檢 入庫(kù) 設(shè) 計(jì) 日 期 校 對(duì) 日期 審 核 日期 標(biāo)準(zhǔn)化 日期 會(huì) 簽 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 I XX 大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 論 文 內(nèi)齒圈工藝加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 所 在 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 老 師 年 月 日 II 摘 要 內(nèi)齒圈零件加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是包括零件加工的工藝設(shè)計(jì) 工序設(shè)計(jì)以及專用 夾具的設(shè)計(jì)三部分 在工藝設(shè)計(jì)中要首先對(duì)零件進(jìn)行分析 了解零件的工藝再設(shè)計(jì)出 毛坯的結(jié)構(gòu) 并選擇好零件的加工基準(zhǔn) 設(shè)計(jì)出零件的工藝路線 接著對(duì)零件各個(gè)工 步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算 關(guān)鍵是決定出各個(gè)工序的工藝裝備及切削用量 然后進(jìn)行專 用夾具的設(shè)計(jì) 選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個(gè)組成部件 如定位元件 夾緊元件 引導(dǎo)元件 夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件 計(jì)算出夾具定位時(shí)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(jì)中注意改進(jìn) 關(guān)鍵詞 工藝 工序 切削用量 夾緊 定位 誤差 III 目 錄 摘 要 II 目 錄 III 第 1 章 序 言 1 第 2 章 零件的分析 2 2 1 零件的形狀 2 2 2 零件的工藝分析 2 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3 3 1 確定毛坯的制造形式 3 3 2 基面的選擇 3 3 3 制定工藝路線 3 3 3 1 工藝路線方案一 4 3 3 2 工藝路線方案二 4 3 3 3 工藝方案的比較與分析 5 3 4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 5 3 4 1 機(jī)床選用 5 3 4 2 選擇刀具 6 3 4 3 選擇量具 6 3 5 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6 3 6 確定切削用量及基本工時(shí) 7 第 4 章 夾具設(shè)計(jì) 15 4 1 設(shè)計(jì)要求 15 4 2 夾具設(shè)計(jì) 15 4 2 1 定位基準(zhǔn)的選擇 15 4 2 2 切削力及夾緊力的計(jì)算 15 4 3 定位誤差的分析 16 4 4 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 16 設(shè)計(jì)心得體會(huì) 18 參考文獻(xiàn) 19 1 第 1 章 序 言 內(nèi)齒圈零件加工工藝及鉆床夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制圖 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械工程材料等的基礎(chǔ)下 進(jìn)行的一個(gè)全面的考核 正確地解決一個(gè)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(wèn)題 并設(shè)計(jì)出專用夾具 保證尺寸證零件的加工質(zhì)量 本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力 因此本次設(shè) 計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng) 涉及知識(shí)面廣 所以在設(shè)計(jì)中既要注意基本概念 基本理論 又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要 只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合 才能很好的完成本次 設(shè)計(jì) 機(jī)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(jī)械 裝備的行業(yè) 機(jī)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(huì)上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品 我們的生活離不開(kāi)制造業(yè) 因此制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè) 是一個(gè)國(guó)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(jī)械制造水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力和科學(xué) 技術(shù)水平的重要指標(biāo) 本次設(shè)計(jì)水平有限 其中難免有缺點(diǎn)錯(cuò)誤 敬請(qǐng)老師們批評(píng)指正 2 第 2 章 零件的分析 2 1 零件的形狀 題目給的零件是內(nèi)齒圈零件 主要作用是起連接作用 零件的實(shí)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(jiǎn) 單 具體尺寸 公差如下圖所示 2 2 零件的工藝分析 由零件圖可知內(nèi)齒圈零件主要加工表面為 1 車(chē)外圓及端面 表面粗糙度 值為aR 3 2 2 車(chē)外圓及端面 表面粗糙度 值 3 2 3 鉆中心孔 表面粗糙度 值m aRm 3 2 4 半精車(chē)側(cè)面 及表面粗糙度 值 3 2 5 兩側(cè)面粗糙度 a值 6 3 12 5 法蘭面粗糙度 值 6 3 a 內(nèi)齒圈共有兩組加工表面 他們之間有一定的位置要求 現(xiàn)分述如下 1 左端的加工表面 這一組加工表面包括 左端面 180 外圓 倒角鉆孔并攻絲 這一部份只有端面 有 6 3 的粗糙度要求 其要求并不高 粗車(chē)后半精車(chē)就可以達(dá)到精度要求 2 右端面的加工表面 這一組加工表面包括 右端面 并帶有倒角 其要求也不高 粗車(chē)后半精車(chē)就 可以達(dá)到精度要求 3 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 假設(shè)年產(chǎn)量為 10 萬(wàn)臺(tái) 每臺(tái)車(chē)床需要該零件 1 個(gè) 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 45 考慮到零件在工作時(shí)要有高的耐磨性 所以選擇鑄鐵鑄造 依 據(jù)設(shè)計(jì)要求 Q 100000 件 年 n 1 件 臺(tái) 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)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 45 考慮到零件在使用過(guò)程中起連接作用 分析其在工作過(guò)程中所受 載荷 最后選用 45 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(dá) 成批生產(chǎn)水平 而且零件輪廓尺寸不大 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(jì)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(guò)程中的問(wèn)題百出 更有 甚者 還會(huì)造成零件大批報(bào)廢 使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行 粗基準(zhǔn)的選擇 對(duì)像內(nèi)齒圈這樣的零件來(lái)說(shuō) 選好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要的 對(duì)本零件 來(lái)說(shuō) 如果外圓的端面做基準(zhǔn) 則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對(duì)稱 按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則 即當(dāng)零件有不加工表面時(shí) 應(yīng)以這些不加工表面做粗基準(zhǔn) 若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí) 則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)應(yīng)位置精度較高的不加工 表面做為粗基準(zhǔn) 對(duì)于精基準(zhǔn)而言 主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問(wèn)題 當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí) 應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算 這在以后還要專門(mén)計(jì)算 此處不在重復(fù) 3 3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn) 應(yīng)當(dāng)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(wàn)能 性機(jī)床配以專用夾具 并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率 除此以外 還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì) 效果 以便使生產(chǎn)成本盡量下降 4 3 3 1 工藝路線方案一 工序號(hào) 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 10 開(kāi)料 型材開(kāi)料 20 車(chē)端面 夾毛坯外圓 車(chē) 180 端面 30 粗車(chē) 夾毛坯外圓 粗車(chē) 180 外圓 留 1mm 加工余量 40 精車(chē) 精車(chē) 180 外圓 達(dá)到圖紙尺寸公差要求 50 車(chē)端面 掉頭 夾 180 外圓 車(chē)另一端面 60 鉆孔 鉆中心孔 70 車(chē)內(nèi)孔 車(chē)內(nèi)孔 129 80 鉆底孔 鉆 6 M10 螺紋孔底孔 8 5 90 攻絲 攻絲 6 M10 螺紋孔 100 插內(nèi)齒輪 插內(nèi)齒輪 110 熱處理 熱處理RCRC 120 鉗 去毛刺 清洗 130 終檢 入庫(kù) 3 3 2 工藝路線方案二 工序號(hào) 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 10 開(kāi)料 型材開(kāi)料 20 車(chē)端面 夾毛坯外圓 車(chē) 180 端面 30 粗車(chē) 夾毛坯外圓 粗車(chē) 180 外圓 留 1mm 加工余量 40 精車(chē) 精車(chē) 180 外圓 達(dá)到圖紙尺寸公差要求 50 車(chē)端面 掉頭 夾 180 外圓 車(chē)另一端面 60 鉆孔 鉆中心孔 70 車(chē)內(nèi)孔 車(chē)內(nèi)孔 129 80 鉆底孔 鉆 6 M10 螺紋孔底孔 8 5 90 攻絲 攻絲 6 M10 螺紋孔 100 插內(nèi)齒輪 插內(nèi)齒輪 5 110 熱處理 熱處理RCRC 120 鉗 去毛刺 清洗 130 終檢 入庫(kù) 3 3 3 工藝方案的比較與分析 上述兩個(gè)方案的特點(diǎn)在于 方案一的定位和裝夾等都比較方便 但是要更換多臺(tái)設(shè)備 加工過(guò)程比較繁瑣 而且在加工過(guò)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(shí)更換刀具 因?yàn)橛行┕ば蛟谲?chē)床上也可以加工 鏜 鉆孔等等 需要換上 相應(yīng)的刀具 而且在過(guò)程有一定難度 要設(shè)計(jì)專用夾具 因此綜合兩個(gè)工藝方案 取 優(yōu)棄劣 具體工藝過(guò)程如下 工序號(hào) 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 10 開(kāi)料 型材開(kāi)料 20 車(chē)端面 夾毛坯外圓 車(chē) 180 端面 30 粗車(chē) 夾毛坯外圓 粗車(chē) 180 外圓 留 1mm 加工余量 40 精車(chē) 精車(chē) 180 外圓 達(dá)到圖紙尺寸公差要求 50 車(chē)端面 掉頭 夾 180 外圓 車(chē)另一端面 60 鉆孔 鉆中心孔 70 車(chē)內(nèi)孔 車(chē)內(nèi)孔 129 80 鉆底孔 鉆 6 M10 螺紋孔底孔 8 5 90 攻絲 攻絲 6 M10 螺紋孔 100 插內(nèi)齒輪 插內(nèi)齒輪 110 熱處理 熱處理RCRC 120 鉗 去毛刺 清洗 130 終檢 入庫(kù) 3 4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 3 4 1 機(jī)床選用 工序 和工序 是粗車(chē) 粗鏜和半精車(chē) 半精鏜 各工序的工步數(shù)不多 成批 6 量生產(chǎn) 故選用臥式車(chē)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(chē)床 參考根據(jù) 機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡(jiǎn)明手冊(cè) 表 4 2 7 工序 是鉆孔 選用 Z525 搖臂鉆床 3 4 2 選擇刀具 在車(chē)床上加工的工序 一般選用硬質(zhì)合金車(chē)刀和鏜刀 加工刀具選用 YG6 類硬質(zhì) 合金車(chē)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(jì)性 可選用可轉(zhuǎn)位車(chē)刀 GB5343 1 85 GB5343 2 85 鉆孔時(shí)選用高速鋼麻花鉆 參考 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 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) 磨具的選用 磨具通常又稱為砂輪 是磨削加工所使用的 刀具 磨具的性能 主要取決于磨具的磨料 結(jié)合劑 粒度 硬度 組織以及砂輪的形狀和尺寸 參考 簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè) 主編 徐圣群 表 12 47 選擇雙斜邊二號(hào)砂輪 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(jì) 量器具的不確定度選擇 二是按計(jì)量器的測(cè)量方法極限誤差選擇 采用其中的一種方 法即可 3 5 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 內(nèi)齒圈 零件材料為 45 查 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 以后簡(jiǎn)稱 工藝手冊(cè) 表 2 2 17 各種 45 的性能比較 45 的硬度 HB 為 143 269 表 2 2 2345 的物理性能 45 密度 7 2 7 3 計(jì)算零件毛坯的重量約為 2 3cmg kg 表 3 1 機(jī)械加工車(chē)間的生產(chǎn)性質(zhì) 同類零件的年產(chǎn)量 件 生產(chǎn)類別 重型 零件重 2000kg 中型 零件重 100 2000kg 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) 5 100 10 200 100 500 中批生產(chǎn) 100 300 200 500 500 5000 7 大批生產(chǎn) 300 1000 500 5000 5000 50000 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(shū)上的數(shù)據(jù) 該零件的月工序數(shù)不低于 30 50 毛坯重量 2 11 180 13 20 151 101 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 2 f 8 6 18 00 30 118 12 40 60 表 3 8 鉆頭 擴(kuò)孔鉆和鉸刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 1 后刀面最大磨損限度 mm 鉆頭 直徑 d0 mm 刀具材料 加工材料 20 高速鋼 鑄鐵 0 5 0 8 2 單刃加工刀具耐用度 T min 刀具直徑 d0 mm 刀具類型 加工材料 刀具材料 11 20 鉆頭 鉆孔及擴(kuò) 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 5 0 8mm 刀具耐用度 T 60 min 確定進(jìn)給量 查 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 孟少農(nóng) 主編 第二卷表 10 4 高速鋼鉆頭鉆孔的進(jìn)給量 為 f 0 25 0 65 根據(jù)表 4 13 中可知 進(jìn)給量取 f 0 60 zm rm 確定切削速度 14 查 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 孟少農(nóng) 主編 表 10 4 17 高速鋼鉆頭在球墨鑄鐵 190HBS 上鉆孔的切削速度軸向力 扭矩及功率得 V 12 參考 機(jī)械加工min 工藝手冊(cè) 孟少農(nóng) 主編 表 10 4 10 鉆擴(kuò)鉸孔條件改變時(shí)切削速度修正系數(shù) K 1 0 R 0 85 mvtv V 12 10 32 3 85 0 inm 17 則 131 3 nir 18 查表 4 2 12 可知 取 n 150 minr 則實(shí)際切削速度 11 8v實(shí) 確定切削時(shí)間 查 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 孟少農(nóng) 主編 表 10 4 43 鉆孔時(shí)加工機(jī)動(dòng)時(shí)間計(jì)算 公式 T 3 ifn llw1 19 其中 l l 5 l 2 3f2mdRKcot wm1m 則 t 9 13 s 3 6 5 2 確定鉆孔的切削用量 鉆孔選用機(jī)床為 Z525 搖臂機(jī)床 刀具選用 GB1436 85 直柄短麻花鉆 機(jī)械加工工 藝手冊(cè) 第 2 卷 根據(jù) 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 第 2 卷表 10 4 2 查得鉆頭直徑小于 10 的鉆孔進(jìn)給m 量為 0 20 0 35 rm 則取 rf30 確定切削速度 根據(jù) 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 第 2 卷表 10 4 9 切削速度計(jì)算公式為 3 minkfaTdcvvyxpmzv 20 查得參數(shù)為 刀具耐用度 T 3515 0 0 25 1 8 zcvvvv min 則 1 65 0125 0 2 337 in 所以 72n4 6mir 選取 i120 23 1 0dn 054 3 6 0573 15 所以實(shí)際切削速度為 2 6410 74 32 vmin 確定切削時(shí)間 一個(gè)孔 t s20 8 6 滾齒 由艾興 肖詩(shī)綱主編 切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社表 10 174 V 312 T0 33S0 5 N 0 124s0 9m1 7 D 又由文獻(xiàn) 2 表 10 175 10 177 S 2 5 T 240min m 4 代入上式得 V 32 4m min N 0 27kw 第 4 章 夾具設(shè)計(jì) 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn) 保證加工質(zhì)量 降低勞動(dòng)強(qiáng)度 需要設(shè)計(jì)專用夾具 下面 即為鉆 6 M10 孔的專用夾具 本夾具將用于 Z525 搖臂鉆床 4 1 設(shè)計(jì)要求 本夾具無(wú)嚴(yán)格的技術(shù)要求 因此 應(yīng)主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 降低勞動(dòng) 強(qiáng)度 面精度不是主要考慮的問(wèn)題 4 2 夾具設(shè)計(jì) 4 2 1 定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知 6 孔中 6 M10 在圓周上均勻分布尺寸精度為自由尺寸精度 16 要求 其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為兩對(duì)稱孔中心距 由于難以使工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)統(tǒng)一 只能 以 129 內(nèi)孔面作為定位基準(zhǔn) 為了提高加工效率及方便加工 決定鉆頭材料使用高速鋼 用于對(duì) 6 孔進(jìn)行 加工 準(zhǔn)備采用手動(dòng)夾緊 4 2 2 切削力及夾緊力的計(jì)算 刀具 高速鋼麻花鉆頭 尺寸為 8 5 則軸向力 見(jiàn) 工藝師手冊(cè) 表 28 4 F C d f k 1F0zFy 式中 C 420 Z 1 0 y 0 8 f 0 35FF k 7 1 92 13 FnHB F 420 05 08 N 轉(zhuǎn)矩 T C d f kT0ZTy 式中 C 0 206 Z 2 0 y 0 8TT T 0 206 34 17 35 18 2 M 功率 P mKWdV26 090 在計(jì)算切削力時(shí) 必須考慮安全系數(shù) 安全系數(shù) K K K K K1234 式中 K 基本安全系數(shù) 1 5 K 加工性質(zhì)系數(shù) 1 1 2 K 刀具鈍化系數(shù) 1 1 3 K 斷續(xù)切削系數(shù) 1 14 則 F KF 1 5 42391 1 N 鉆削時(shí) T 17 34 N M 切向方向所受力 F 1LT2670534 取 1 0 f F 4416f 1 N F Ff 所以 鉆削時(shí)工件不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 故本夾具可安全工作 17 4 3 定位誤差的分析 定位元件尺寸及公差的確定 本夾具的主要定位元件為孔銷配合 而該定位元件 的尺寸公差為 而孔徑尺寸為自由尺寸精度要求 可滿足加工要求 定位誤差分析 129H7 f8 根據(jù)配合公差 129H7 f8 0 04520 由以上可知 1max 0 074 2max 0 071 分析定位誤差 基準(zhǔn)不重合誤差 因鉆孔時(shí) 定位基準(zhǔn)為心軸的中心線 工序基準(zhǔn)也為心軸的中心線 故 jb 0 4 4 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 由于是大批大量生產(chǎn) 主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 因此設(shè)計(jì)時(shí) 需要更換零件加 工時(shí)速度要求快 本夾具設(shè)計(jì) 用平面定位三個(gè)自由度 短心軸定位兩個(gè)自由度 用 鍵槽定位最后一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度 手動(dòng)螺旋夾緊 18 19 設(shè)計(jì)心得體會(huì) 緊張而辛苦的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了 當(dāng)我快要完成老師下給我的任務(wù)的時(shí)候 我仿佛 經(jīng)過(guò)一次翻山越嶺 登上了高山之巔 頓感心曠神怡 眼前豁然開(kāi)朗 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練 這是我們邁向社會(huì) 從事職業(yè) 工作前一個(gè)必不可少的過(guò)程 千里之行始于足下 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì) 我深深體會(huì) 到這句千古名言的真正含義 我今天認(rèn)真地進(jìn)行課程設(shè)計(jì) 學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地地邁開(kāi)這一 步 就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 說(shuō)實(shí)話 畢業(yè)設(shè)計(jì)真是很累人 然而 當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)成果 仔細(xì)回味 這一周的心路歷程 一種少有的成功喜悅即刻使我倦意頓消 雖然這是我剛學(xué)會(huì)走完 的第一步 是我人生中的一點(diǎn)小小的勝利 然而它令我感到自己成熟了許多 令我有 了一種 春眠方覺(jué)曉 的感悟 通過(guò)課程設(shè)計(jì) 使我深深體會(huì)到 干任何事都必須有耐心 細(xì)致 課程設(shè)計(jì)過(guò)程中 許多計(jì)算優(yōu)勢(shì)不免令我感到心煩意亂 有兩次因?yàn)椴恍⌒奈矣?jì)算出錯(cuò) 只能毫不情愿 地重來(lái) 但一想起老師平時(shí)對(duì)我們耐心教導(dǎo) 想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任 想 到世界上應(yīng)為某些細(xì)小失誤而出現(xiàn)的令人無(wú)比震驚的事故 我不禁時(shí)刻提醒自己 一 定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé) 一絲不茍的良好習(xí)慣 這次課程設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到 了一次難得的磨練 做完畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正如此的貧乏 自己綜合應(yīng)用所 學(xué)專業(yè)知識(shí)的能力是如此不足 幾年來(lái)學(xué)習(xí)了這么多的課程 今天才知道自己并不會(huì) 用 想到這里 我真的有點(diǎn)心急了 老師卻對(duì)我說(shuō) 這說(shuō)明課程設(shè)計(jì)確實(shí)使你有收獲 了 老師的親切勉勵(lì)像春雨注入我的心田 使我更加自信了 最后 我要衷心地感謝老師 是您的嚴(yán)厲批評(píng)喚醒了我 是您的敬業(yè)精神感動(dòng)了我 是您的諄諄教誨啟發(fā)了我 是您的殷切期望鼓舞了我 我感謝老師您今天又為我增添 了一副堅(jiān)硬的翅膀 20 參考文獻(xiàn) 1 吳拓 方瓊珊編 機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 11 2007 9 重印 2 李益明主編 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 北京 機(jī)械工藝出版社 1994 3 艾興 肖詩(shī)剛主編 切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè) 北京 機(jī)械工藝出版社 1994 4 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 上海工業(yè)大學(xué)主編 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 上海 上海科學(xué)技術(shù)出版社 1983 5 李洪主編 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 北京 北京出版社 1990 6 王紹俊主編 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1987 7 劉紅普 張曉妍主編 機(jī)械加工技術(shù) 北京 中國(guó)人民大學(xué)出版社 2009