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外文翻譯
譯文題目 一種自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)方法
原稿題目A Clamping Design Approach for Automated Fixture Design
原稿出處 Int J Adv Manuf Technol (2001)18:784–789
一種自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)方法
塞西爾
美國(guó),拉斯克魯塞斯,新墨西哥州立大學(xué),,工業(yè)工程系,虛擬企業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室(VEEL)
在這片論文里,描述了一種新的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)方法。對(duì)于一個(gè)給定的工件,這種夾具設(shè)計(jì)方法包含了識(shí)別加緊表面和夾緊位置點(diǎn)。通過(guò)使用一種定位設(shè)計(jì)方法去夾緊和支撐工件,并且當(dāng)機(jī)器正在運(yùn)行的時(shí)候,可以根據(jù)刀具來(lái)正確定位工件。該論文還給出了自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)的詳細(xì)步驟。幾何推理技術(shù)被用來(lái)確定可行的夾緊面和位置。要識(shí)別所完成工件和定位點(diǎn)就還需要一些輸入量包括CAD模型的技術(shù)要求、特征。
關(guān)鍵詞:夾緊;夾具設(shè)計(jì)
1. 動(dòng)機(jī)和目標(biāo)
夾具設(shè)計(jì)是連接設(shè)計(jì)與制造間的一項(xiàng)重要任務(wù)。自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)(夾具CAD)是下一代制造系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵。在這片論文里,討論了一種夾具設(shè)計(jì)的方法,這種方法有利于在目前環(huán)境下夾具設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。
夾具設(shè)計(jì)方法的研究已成為國(guó)內(nèi)多家科研工作的重點(diǎn)。作者:周在[1]中對(duì)工件的穩(wěn)定和總需求約束了雙重標(biāo)準(zhǔn),突出重點(diǎn)的工作。在夾具設(shè)計(jì)中廣泛的運(yùn)用了人工智能(AI)以及專家系統(tǒng)。部分CAD模型幾何信息也被用于夾具設(shè)計(jì)。Bidanda [4]描述了一個(gè)基于規(guī)則的專家系統(tǒng),以確定回轉(zhuǎn)體零件的定位和夾緊。夾緊機(jī)制同時(shí)用于執(zhí)行定位和夾緊功能。其他研究者(如DeVor等,[5,6])分析了切削力鉆井機(jī)械和建筑模型及其他金屬切削加工。康有為等在[2]中定義了裝配約束建模的模塊化與夾具元件之間的空間關(guān)系。一些研究人員采用模塊化夾具設(shè)計(jì)原則,用以生成[2,7-11],另一些夾具設(shè)計(jì)工作者已經(jīng)報(bào)告了[1,3,9,12-23]??梢栽赱21,24]中找到夾具設(shè)計(jì)相關(guān)的大量的審查工作。
在第二節(jié)中,對(duì)夾具設(shè)計(jì)任務(wù)中各種步驟進(jìn)行了概述。在第3節(jié)和第四節(jié)中描述了工件的加工過(guò)程,要夾緊工件表面,否則將面臨工件的全面自動(dòng)測(cè)定。第5節(jié)討論了對(duì)工件的夾緊點(diǎn)的測(cè)定。
2. 夾具設(shè)計(jì)的整體方法
在本節(jié)中,描述了整體夾緊的設(shè)計(jì)方法。通常對(duì)較理想的位置的那一部分進(jìn)行夾緊,并減低切削力的影響。夾緊的位置和夾具設(shè)計(jì)中定位的位置是高度相關(guān)的。通常,夾緊和定位可以通過(guò)同樣的方法來(lái)完成。但是,不明白這兩個(gè)是夾具設(shè)計(jì)中不同的方面,可能導(dǎo)致夾具設(shè)計(jì)的失敗。多數(shù)人的在規(guī)劃過(guò)程中首先解決定位問(wèn)題,這樣可以使開(kāi)發(fā)的定位與設(shè)計(jì)的定位相契合。不過(guò),整體定位及設(shè)計(jì)方法不在本文討論范文內(nèi)。
除了零件的設(shè)計(jì)(為此夾具設(shè)計(jì)有待開(kāi)發(fā)),公差規(guī)格,過(guò)程序列,定位點(diǎn)和設(shè)計(jì)等因素外,還應(yīng)投入CAD模型到夾具設(shè)計(jì)方法中。這樣的夾具可以?shī)A緊并支撐定位器。指導(dǎo)使用的主要內(nèi)容應(yīng)盡量不抵制切割或加工過(guò)程和中所涉及的操作。相反,應(yīng)定位夾具,使切削力在正確的方向,這將有助于保持在一個(gè)特定的部分加工操作安全。通過(guò)引導(dǎo)對(duì)定位器的切割力量,部分(或工件)被固定,固定定位點(diǎn),因此不能移動(dòng)的定位器。
在這里討論的夾具的設(shè)計(jì)方法必須在整體夾具設(shè)計(jì)方法的范圍內(nèi)。在此之前進(jìn)行定位器/支撐和夾具設(shè)計(jì)的初步階段,涉及到的分析和識(shí)別的功能、相關(guān)的公差和其他規(guī)范是必要的。根據(jù)初步的評(píng)估和測(cè)定,定位/支撐設(shè)計(jì)與夾具設(shè)計(jì)結(jié)果的在此基礎(chǔ)上可以同時(shí)進(jìn)行。本文對(duì)所描述夾具設(shè)計(jì)的方法討論基于定位器/支撐設(shè)計(jì)與先前已經(jīng)確定的假設(shè)(包括適當(dāng)?shù)亩ㄎ缓椭С譁y(cè)定一個(gè)工件的定位,以及識(shí)別和夾具,如V元素的支持面塊,基礎(chǔ)板,定位銷等)。
(1) 夾具設(shè)計(jì)的輸入
輸入包括對(duì)特定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)翼邊模型,公差信息,提取的特征,過(guò)程順序和部分在給定的每一個(gè)設(shè)計(jì)的相關(guān)特性的加工方向,面向的位置和定位裝置,以及加工過(guò)程中的各種工序,須出示每個(gè)相應(yīng)的功能。
(2)夾具設(shè)計(jì)的方法
圖一是自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)主要步驟總結(jié)圖。對(duì)這些步驟概述如下:
第1步:設(shè)置配置清單以及相關(guān)的[進(jìn)程_功能]條目。
第2步:確定方向和夾緊力。輸入必要的加工方向向量mdv1,mdv2……mdvn,面對(duì)nvs的支持力,并確定法向量。如果加工方向向下(對(duì)應(yīng)的方向向量[0,0,-1]),和面的支持向量平行于加工方向,那么,夾緊力方向平行向下加工方向[0,0,-1]。如果必需要側(cè)面夾緊并沒(méi)有可夾緊的地方,那么在其中放置一個(gè)夾具夾緊下調(diào),然后邊鉗方向計(jì)算如下。讓sv和tv輔助常規(guī)的向量代替次要的和三級(jí)定位孔。然后,使用夾緊機(jī)構(gòu)夾緊一個(gè)方向,例如,av應(yīng)平行于這兩個(gè)法向量,即,正常向量應(yīng)分別與每塊表面的sv和tv向量平行。側(cè)面夾緊面應(yīng)該是一對(duì)分別平行于面sv和tv的平面孔。
第三步:從列表中選出最大有效加工力。這樣能夠有效的平衡各加工力。
第四步:利用計(jì)算出的最高有效加工力,才能確定用來(lái)支撐工件加工的面積的夾具尺寸(例如,一個(gè)帶夾子可以作為一個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)使用)。
第五步:確定給定工件的夾緊面。這一步在第4步中所述過(guò)。
第六步:該夾具的夾緊面的實(shí)際位置自動(dòng)在第5節(jié)中確定。考慮接下來(lái)的步驟并返回第一步。
3. 判斷夾具尺寸
在這項(xiàng)工作中所用到的夾具都來(lái)自一個(gè)系列。夾具的原理與圖二相同。在這一節(jié)里,描述了一個(gè)自動(dòng)化夾具。鎖模力所需的有關(guān)螺桿的螺紋裝置大小或保存到位鉗。夾緊力平衡加工工件使工件保持恰當(dāng)?shù)奈恢谩W屾i模力為W和螺桿直徑為D。各種螺絲夾緊力大小,可以按以下方式確定:最初,極限拉伸強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度)和該夾具的材料(供應(yīng)情況而定)可以從數(shù)據(jù)檢索庫(kù)檢索。各種材料有不同的拉伸強(qiáng)度。該夾具材料的選擇,也可直接采用啟發(fā)式規(guī)則進(jìn)行。例如,如果部分材料是低碳鋼,那么鉗材料可低碳鋼或機(jī)器鋼。為了確定設(shè)計(jì)應(yīng)力,抗拉強(qiáng)度值應(yīng)除以安全系數(shù)(如4或5)。根區(qū)的螺絲格A1(如一個(gè)螺絲鉗)可以被確定:[鎖模力/設(shè)計(jì)應(yīng)力]。隨后,螺栓截面全面積可以計(jì)算為等于{格A1 /(65%),}(因?yàn)槁萁z的地方可能會(huì)發(fā)生根切面積約為65%螺栓的總面積) 。螺釘?shù)闹睆紻可以被確定等同于(D2的3.14 / 4)。另一項(xiàng)涉及可用于方程有關(guān)的寬度B,高度H和跨度的鉗L的螺絲直徑為D(B,H和L可以為不同的值計(jì)算D):d2 =4/3 BH2/L.
4. 判斷夾緊表面
確定夾具經(jīng)常出現(xiàn)的相關(guān)參數(shù)包括了產(chǎn)品的CAD模型,提取的特征信息,特征尺寸,定位面和定位器的選擇??紤]所有潛在的加緊面,如圖3。最關(guān)鍵的是夾緊表面不應(yīng)重疊或與該面相交,如圖4所示。夾緊面積是與工件表面(或PCF)接觸的是一個(gè)二維輪廓線段組成的(見(jiàn)圖6)。利用線段相交測(cè)試,可以測(cè)定在給定的光子晶體光纖的任何范圍內(nèi)是否可能有接觸面夾緊面重疊。
夾緊面的確定可以如下所示:
第1步:鑒別平行于二級(jí)和三級(jí)定位面(lf1和lf2)是分別到lf1和tcj最遠(yuǎn)的距離的面。如下所示:(一)鑒別面tci,tcj,使面tci和 tcj平行l(wèi)f1和tcj平行l(wèi)f2。(二)在TCF中列出面對(duì)tci的面。(三)通過(guò)檢查所有TCF中面對(duì)tci的面,確定的面對(duì)tci和tcj的面是到lf1和lf2分別最遠(yuǎn)的面,并舍棄所有其他TCF中的面。
第2步:鑒別平行面的位置,除了不相鄰的附加面。最好是選擇一個(gè)不與其他定位面垂直相鄰的面。這一步如下所示:
(a) 考慮TCF列表中的tci面,獲得與每個(gè)tci面垂直或相鄰的面然后,在FCF列表中插入每個(gè)fci面。
(b) 檢查每個(gè)FCI面,并執(zhí)行以下測(cè)試:如果FCI是相鄰、垂直于lf1或lf2,然后從列表中舍棄它并插入NTCF列表中。
第3步:確定加緊面都在有效的加緊面上,如下所述夾緊面:
例1:如果沒(méi)有條目在列表NTCF中,就使用TCF中的面并繼續(xù)執(zhí)行步驟4。如果任何面發(fā)現(xiàn),垂直于第二,第三位置的面孔lf1和lf2,這將要面臨的是下次選擇可行的夾具。在這種情況下,唯一剩下的選擇是重新審視在列表NTCF的面。
例2:如果列表中NTCF條目數(shù)為1時(shí),可行夾緊面為FCI。與TCI的法向量垂直相鄰的相應(yīng)軸是夾緊軸。
例3:如果在列表NTCF項(xiàng)數(shù)大于1,確定最大的TCI加緊面再進(jìn)行步驟4。
例4::夾緊力的方向可以是[1,0,0]或[0,1,0],可以?shī)A緊TCI面的中心位置。
在其他幾何位置可確定使用零件幾何形狀和拓?fù)湫畔?,這在下一節(jié)中描述。
5. 判斷夾緊表面上的夾緊點(diǎn)
確定夾緊面后,必須確定實(shí)際夾緊位置。輸入夾具側(cè)面積,沿著[x,Y,Z]和潛在的夾緊面CF方向。容下使用CF幾何獲得夾具側(cè)面積:
第一步是確定一個(gè)箱體的大小,這是用來(lái)測(cè)試它是否包含在它里面的任何部分。相交測(cè)試也可以在前面介紹的方法使用。如果相交測(cè)試返回一個(gè)負(fù)的結(jié)果,那么有部分箱體與夾具相交,如圖4所示。如果相交測(cè)試返回一個(gè)正的結(jié)果,可以執(zhí)行下列步驟:
1. 劃分成更小的矩形大小條(1 W)夾框輪廓(圖5和圖6)。
2. 執(zhí)行指定與功能配置文件出現(xiàn)在CF面的零件設(shè)計(jì)的相交測(cè)試。
3. 沒(méi)有功能相交的條形區(qū)域,都是可行夾緊區(qū)域。如果有一個(gè)以上的長(zhǎng)方形候選
面,矩形配置文件,向中沿軸夾緊CF面點(diǎn)的是夾緊配置文件(夾點(diǎn))。
如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)配置文件,夾具寬度可減少一半,夾具數(shù)可以增加兩個(gè)。使用這些修改過(guò)的夾具尺寸,執(zhí)行前面描述的特征相交測(cè)試。如果此測(cè)試也失敗了,那么可以用相鄰的面作為夾緊面用于執(zhí)行端夾緊。這面可以重復(fù)進(jìn)行PCF和功能相交測(cè)試。
:
5.1試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)
輸入需要的二維輪廓P1、P2,使用下列方法可以自動(dòng)確定該配置文件的交集。每一個(gè)輸入的資料組成一個(gè)封閉環(huán)。此配置文件測(cè)試的步驟如下:
(T1) 考慮P1線段中的L(i,1)和P2線段中的L(2,j)。
(T2) 采用L(i,1)線段和L(2,j)線段的相交段。如果邊緣相交測(cè)試返回一個(gè)正值,那么特征面和潛在面相交。如果它返回一個(gè)負(fù)值,繼續(xù)執(zhí)行步驟3。
(T3)重復(fù)與步驟(T1)相同的部分或者緩慢走過(guò)其余P1中的(Li,1)段直到P2中的 [(L2, j+1) till j =n–1]段。
(T4) 其余部分邊和P1中的L12、L13到L1n段重復(fù)(T1)和(T2)步驟。
如果特征面與夾緊面重復(fù),線相交測(cè)試將決定該事件。相交的邊可以進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)兩個(gè)面是否相互交叉。輸入所需的邊L12{連接 (x1, y1) 和 (x2, y2)}和L34{連接 (x3, y3) 和(x4, y4)}。
L12型方程的可表示為:
F(x,y) =0 (1)
L34型方程的可表示為:
H(x,y) =0 (2)
. 第一步:使用等式(1)計(jì)算R3 =F(x3, y3),用X和Y取代X3和Y3;計(jì)算R4 =F(x4, y4),用X和Y取代X4和Y4。
第二步:如果R3和R4都與0不相等,但R3與R4結(jié)果相同(R1與R2在相同的一邊),則邊L12與L34不相交。如果這樣不滿足條件,那么進(jìn)行第三步。
第三步:使用等式(2)計(jì)算R1 =H(x1, y1)。接著,計(jì)算R2 =G(x2, y2)再進(jìn)行第四步。
第四步:如果R1與R2都不等于0,且R1與R2的結(jié)果相同,那么把R1與R2放在相同的一邊并輸入不相交。如果,這個(gè)也不滿足條件,那么進(jìn)行第五步。
第五步:給定相交線段。這樣就完成了測(cè)試??紤]如圖7所示的一部分樣品。將要生產(chǎn)一個(gè)盲孔。起初,完成定位設(shè)計(jì)。定位器的(或主要定位器)是一個(gè)基盤(放在F4面)和二級(jí)和三級(jí)定位器面臨F6和F5(對(duì)應(yīng)到定位面lf1和lf2在第4節(jié)中討論)。一個(gè)輔助定位器也被使用,這是一個(gè)V型塊(對(duì)F3和F5面輔助定位),如圖8所示。在前面討論的夾具設(shè)計(jì)方法中所述的步驟的基礎(chǔ)上,候選面孔(這是平行的,并在從lf1和lf2最遙遠(yuǎn)的距離)是面對(duì)F3和F5面。沒(méi)有面孔,這是平行到定位面,但他們不相鄰。在這種情況下使用的優(yōu)先權(quán)規(guī)則(如步驟3第4步討論),剩余的候選面面對(duì)的是F2面。夾具方向向下的V型塊徑向定位器和其他與對(duì)工件夾緊底面提供所需位置。
根據(jù)第五步選擇夾具的位置。如果沒(méi)有功能發(fā)生在面F2上,那么也沒(méi)有必要進(jìn)行相交測(cè)試確定夾具優(yōu)美加緊。夾具位置應(yīng)遠(yuǎn)離V型定位器(這是輔助定位位置)的夾緊面毗鄰輔助定位面(這確保了更好的快速夾緊)。最終位置和夾具的設(shè)計(jì)如圖8所示。
本文討論的方法,毫不遜色于其他夾具設(shè)計(jì)文獻(xiàn)中討論的方法。本文所討論的方法的獨(dú)特性是零件的夾緊面的幾何形狀,拓?fù)浜凸δ馨l(fā)生了被加工為基礎(chǔ)的系統(tǒng)鑒定。其他方法都沒(méi)有利用了定位器的位置,該方法使用定位器在對(duì)持有一級(jí),二級(jí)和三級(jí)定位器加工的工件。這種方法的另一個(gè)好處是在可行的候選面上確定在面上用夾具面交點(diǎn)測(cè)試(如前所述),并迅速和有效地確定潛在的下游過(guò)程中可能出現(xiàn)問(wèn)題,夾緊和加工的功能檢測(cè)。
6. 總結(jié)
在這篇論文中,對(duì)在一個(gè)夾具設(shè)計(jì)方法的總體框架內(nèi)進(jìn)行了夾具設(shè)計(jì)方面的討論。
設(shè)計(jì)定位器,規(guī)范零件設(shè)計(jì),和其他相關(guān)被用來(lái)確定夾緊面和夾緊方向。并討論了各種自動(dòng)化步驟。
專業(yè)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書
設(shè)計(jì)題目 變速叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)
設(shè) 計(jì) 者
指導(dǎo)教師
臺(tái)州學(xué)院機(jī)電與建筑工程學(xué)院
2008年9月21日
專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書
題目: 變速叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)
原始圖紙(見(jiàn)附頁(yè))
生產(chǎn)類型:中批或大批生產(chǎn)
設(shè)計(jì)內(nèi)容:
1、零件圖 1張
2、毛坯圖 1張
3、機(jī)械加工工藝過(guò)程卡 1份
4、機(jī)械加工工序卡 1份
5、夾具裝配圖 1套
6、夾具零件圖 若干
7、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1份
班 級(jí) 05機(jī)械自動(dòng)化(2)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
目錄
前言………………………………………………………………………………(4)
一、零件的分析………………………………………………………………(4)
(一)零件的作用……………………………………………………………(4)
(二)零件的工藝分析………………………………………………………(4)
二、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)…………………………………………………………(4)
(一)確定毛坯的制造形式 ……………………………………………(4)
(二)基準(zhǔn)的選擇……………………………………………………………(4)
(三)工藝路線的擬定及工藝方案的分析……………………………(4)
(四)機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定………………(5)
(五)各工序的定位夾緊方案及切削用量的選擇…………………(7)
(六)各工序基本工時(shí)……………………………………………………(10)
三、專用夾具的設(shè)計(jì)………………………………………………………(10)
(一)設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方案的比較;…………………………………(10)
(二)定位分析與定位誤差的計(jì)算;…………………………………(10)
(三)對(duì)刀與導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì);……………………………………………(10)
(四)夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算;…………………………………(11)
(五)夾具操作動(dòng)作說(shuō)明?!?1)
四、總結(jié)…………………………………………………………………………(13)
五、主要參考文獻(xiàn)……………………………………………………………(14)
前言
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)使我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的.這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練,因此,它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
本課題是變速叉的機(jī)械加工工藝規(guī)程的編制及工藝裝備的設(shè)計(jì),需進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)與裝配。生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批及大批量生產(chǎn)。
就我個(gè)人而言,我希望能通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練,從中鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
由于能力所限,設(shè)計(jì)尚有許多不足之處,懇請(qǐng)各位老師給予指導(dǎo)。
一、零件的分析
(一)零件的作用
變速叉主要用于調(diào)節(jié)各種機(jī)器的速度檔位。
(二)零件的工藝分析
變速叉共有兩組加工表面,它們之間有一定的位置要求。現(xiàn)分述如下:
(1)第一個(gè)加工表面為軸外圓,此主要加工孔12。
(2)第二個(gè)加工表面為孔12,以孔12定位來(lái)加工個(gè)端面及銑槽和鉆小孔8。
二、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
(一)確定毛坯的制造形式
零件的材料為ZG45??紤]零件在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中所受沖擊不大,零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單,故選擇鑄件毛坯。
(二)基準(zhǔn)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?;孢x擇得正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證,生產(chǎn)率得以提高。否則,加工工藝過(guò)程中回問(wèn)題百出,更有甚者,還會(huì)造成零件的大批報(bào)廢,是生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。
(1)粗基準(zhǔn)的選擇。對(duì)于零件而言,盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對(duì)有若干個(gè)不加工表面的工件,則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)基準(zhǔn)選擇原則,現(xiàn)選取φ12孔的不加工外輪廓表面作為粗基準(zhǔn),利用V形塊限制4個(gè)自由度,再以支承塊限制1個(gè)自由度,擋銷限制最后1個(gè)自由度,達(dá)到完全定位,進(jìn)行鉆孔。
(2)精基準(zhǔn)的選擇。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,這在以后還要專門計(jì)算,此處不再重復(fù)。
(三)工藝路線的擬訂及工藝方案的分析
制定工藝路線得出發(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)已確定的情況下,可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此之外,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。
1.工藝路線方案一:
工序1:鑄造毛胚并清洗。
工序2:退火。
工序3:油漆。
工序4:鉆絞φ12孔。
工序5:銑兩端面,保證總長(zhǎng);粗銑7的兩端面及側(cè)面;粗銑19的兩端面。
工序6:精銑7的兩端面及側(cè)面;精銑床19的兩側(cè)面;
工序7:粗銑19的頂端;粗銑13.5槽;精銑13.5槽。
工序8:劃線φ8及φ3孔的中心線。
工序9:鉆絞φ8及φ3孔。
工序10:粗磨7的兩側(cè)面;精磨7的兩側(cè)面。
工序11:去毛刺,倒角,清理。
工序12:檢驗(yàn)入庫(kù)。
2.工藝路線方案二:
工序1:鑄造毛胚并清洗。
工序2:退火。
工序3:油漆。
工序4:銑兩端面,保證總長(zhǎng);粗銑7的兩端面及側(cè)面;粗銑19的兩端面。
工序5:鉆絞φ12孔。
工序6:精銑7的兩端面及側(cè)面;精銑床19的兩側(cè)面;
工序7:粗銑19的頂端;粗銑13.5槽;精銑13.5槽。
工序8:劃線φ8及φ3孔的中心線。
工序9:鉆絞φ8及φ3孔。
工序10:粗磨7的兩側(cè)面;精磨7的兩側(cè)面。
工序11:去毛刺,倒角,清理。
工序12:檢驗(yàn)入庫(kù)。
3.工藝方案的比較與分析。兩個(gè)方案的工序雖都為十二道,但是考慮到方案一中4、5、6工序都是在銑床上加工,集中在一起,可以使效率更快。而且先加工孔12在以孔12定位加工7的兩側(cè)面,這時(shí)的位置精度較易保證,因此選用方案一。以上工藝過(guò)程詳見(jiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程卡和機(jī)械加工工序卡片。
(四)機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
變速叉零件材料為ZG45,硬度207~241HBS,毛皮重量約為1.5kg,生產(chǎn)類型大批量,鑄造毛坯。
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(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:
1.內(nèi)孔φ12。毛坯為實(shí)心,不沖孔。工序尺寸加工余量:
鉆孔:2Z=0.3mm。
鉸孔:2Z=0.1mm。
精鉸:2Z=0mm。
2.各端面的工序加工余量
1)外圓表面延軸線方向長(zhǎng)度方向的加工余量及公差(φ23端面)。
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》(以下稱《工藝手冊(cè)》)表2.2~2.5,取φ23端面長(zhǎng)度余量均為2(均為雙邊加工)。
銑削加工余量為:
粗銑:2Z=0mm。
2)19的頂端。
銑削加工余量為:
粗銑:2Z=0mm。
3)19的兩側(cè)5.5mm。
銑削加工余量為:
粗銑:2Z=0mm。
4)7的兩端76.4mm。
銑削加工余量為:
粗銑:2Z=1.2 mm。
精銑:2Z=0mm。
5)7的兩側(cè)7mm。
銑削加工余量為:
粗銑:2Z=1.6 mm。
精銑:2Z=0.6mm。
磨削加工余量:
粗磨:2Z=0.1mm。
精磨:2Z=0mm。
6)孔8:
鉆孔:2Z=0.2mm。
絞孔:2Z=0mm。
7)孔3:
鉆孔:2Z=0.1mm。
絞孔:2Z=0mm。
3.其他尺寸直接鑄造得到
由于本設(shè)計(jì)規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn),應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計(jì)算最大最小加工余量時(shí)應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認(rèn)。
最后的毛坯圖如下:
(五)各工序的定位夾緊方案及切削用量的選擇
1.各工序的定位夾緊方案:各工序的定位夾緊方式見(jiàn)各工序圖。
工序4:鉆絞φ12孔。
工序5:銑兩端面,保證總長(zhǎng);粗銑7的兩端面及側(cè)面;粗銑19的兩端面
工序7:粗銑19的頂端;粗銑13.5槽;精銑13.5槽
工序10:粗磨7的兩側(cè)面;精磨7的兩側(cè)面
2.切削用量的選擇:切削用量一般包括切削深度、進(jìn)給量及切削速度三項(xiàng)。確定方法是先確定切削深度、進(jìn)給量,再確定切削速度。由于各工序?qū)η邢饔昧康倪x擇都大致相同,所以本人只認(rèn)真地分析了一道工序,其他工序不再贅述。
2.1 工序4:鉆絞φ12孔。
本工序采用計(jì)算法確定切削用量。
加工條件:
1.工件材料:ZG45,鑄造
2.加工要求:鉆絞Φ12(0.045~0.105),表面粗糙度值Ra 為5。
3.機(jī)床:Z525立式鉆床。
4.刀具:直柄麻花鉆和直柄機(jī)用絞刀 。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》,由于Z525機(jī)床的中心高為250㎜(《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-14),根據(jù)表3.1-5,鉆刀幾何形狀為L(zhǎng)=142,l=94,d=11.8。根據(jù)表3.1-16,絞刀幾何形狀為d=11.8,L=142,l=41。
(1)確定切削深度ap ap=12/2=6mm
(2)確定進(jìn)給量f 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》及Z525機(jī)床進(jìn)給量(《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》4.2-16),選擇f=0.17㎜/r。
(3)選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.12,選擇車刀后刀面最大磨損量為0.8㎜,耐用度T=15min。
(4)確定切削速度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.13 v=17m/min ,n=1082r/min。選擇主軸實(shí)際完成轉(zhuǎn)速。
(六)各工序基本工時(shí)
基本時(shí)間Tj是指直接用于改變工件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量等所消耗的時(shí)間。它包括刀具的趨近、切入、切削和切出等時(shí)間?;緯r(shí)間又稱機(jī)動(dòng)時(shí)間。由于各工序?qū)竟r(shí)的選擇都大致相同,所以本人只認(rèn)真地分析了一道工序,此工序即為(五)中的工序4,其他工序不再贅述。
確定鉆絞Φ12的基本時(shí)間 根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》,鉆孔基本時(shí)間為
Tj=L/(f?n)=(l+l?+l?)/(f?n)
式中 l=83.5mm l?=(D-d)/2xctgKr+(1~2)
D=12mm,d=11.8mm,
Kr=90 l1=2mm,l2=l3=0
f=0.17mm/r n=18r/s i=1
則 Tj=27.9s
三、專用夾具的設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,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。經(jīng)過(guò)與指導(dǎo)老師協(xié)商,決定設(shè)計(jì)第4道工序——鉆Φ12孔的鉆床專用夾具。本夾具將用于Z525立式鉆床。刀具為麻花鉆。
(一)設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方案的比較;
1.本夾具主要用來(lái)鉆Φ12孔。因此,在本道工序加工時(shí),主要應(yīng)考慮如何用較簡(jiǎn)單的夾具體來(lái)滿足這較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低勞動(dòng)強(qiáng)度。使用的方案:用一個(gè)支承塊和V形塊及擋銷來(lái)定位和夾緊外圓柱面。
(二)定位分析與定位誤差的計(jì)算;
1.定位元件尺寸及公差的確定。根據(jù)零件外圓尺寸Φ23以及《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版)表2-2-27得:V形塊的規(guī)格及主要尺寸為N=24mm,D=23mm,B=37mm,L=45mm,T=48mm,T公差為0.045~0.105。
2.定位誤差的計(jì)算。由于所設(shè)計(jì)的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)重合,此時(shí)?B=0,只有基準(zhǔn)位移誤差,故影響工序尺寸的定位誤差為:
?D=?Y=δd/(2 x sin) 其中δd=0.105-0.045=0.06mm。
?D=0.085mm。
(三)對(duì)刀與導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì);
根據(jù)Φ12中心線到V形塊底端距離T=48mm,公差為0.045~0.105,以及鉆套中心到V形塊底端距離T′=48mm,公差為0.015~0.035,在通過(guò)夾具上的定位銷及其端面即可確定了工件在夾具中的正確位置。
(四)夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算;
刀具:直柄麻花頭,尺寸為11.8。
則軸向力:見(jiàn)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版)表1-2-7
式中: 根據(jù)零件材料的硬度HB207-233及鉆孔直徑D為Φ12,查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.7 得f=0.32
根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版)表1-2-8 得
切削力
Ff=2200N,
切削扭矩 M=26.4J由于扭矩很小,計(jì)算時(shí)可忽略。
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
式中:根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版)表1-2-1 ,查得
—基本安全系數(shù),1.5;—加工性質(zhì)系數(shù),1.2;
—刀具鈍化系數(shù), 1.0;—斷續(xù)切削系數(shù), 1.2;
—夾緊力的穩(wěn)定性,1.3;
則 F=Ff ? K=6185N ,因此采用楔槽式快速夾緊裝置來(lái)夾緊。
(五)夾具操作動(dòng)作說(shuō)明;
夾具上裝有可換鉆套,可使夾具在一批零件的加工之前很好地保證其規(guī)定的尺寸和相互位置精度關(guān)系,有利于鉆孔。螺桿1上開(kāi)有直槽,轉(zhuǎn)動(dòng)手柄松開(kāi)工件,再將直槽轉(zhuǎn)至螺釘2處,即可迅速拉出螺桿,以便裝卸工件。
楔槽式快速夾緊裝置圖如下:
鉆床夾具零件圖:
四、總結(jié)
足足三個(gè)星期的夾具設(shè)計(jì),讓我學(xué)到了很多知識(shí),對(duì)以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一次預(yù)備訓(xùn)練。在這次設(shè)計(jì)中,學(xué)到了以下幾點(diǎn):
(1)加強(qiáng)了御用機(jī)械制造工藝學(xué)及有關(guān)課程的知識(shí),結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中學(xué)到的知識(shí),能獨(dú)立地分析并解決工藝問(wèn)題,使自己初步具備水機(jī)一個(gè)中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程能力。
(2)使自己能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求,運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法,學(xué)會(huì)了擬訂夾具設(shè)計(jì)方案,完成夾具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
(3)加強(qiáng)了熟悉并運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、圖表等技術(shù)資料的能力。
(4)進(jìn)一步加強(qiáng)識(shí)圖、制圖、運(yùn)算和編寫技術(shù)文件等基本技能。
在這次設(shè)計(jì)中,雖有老師的鼎立協(xié)助,但是由于時(shí)間倉(cāng)促,我的設(shè)計(jì)仍有很多的不足,不過(guò),我不會(huì)放棄再思考,因?yàn)閷W(xué)習(xí)是無(wú)止境的。最主要的是,通過(guò)這次專業(yè)課程設(shè)計(jì),讓我找到了一種作為工程設(shè)計(jì)師的感覺(jué),讓我的思維得到了大步地提升,讓我初步具備了這方面設(shè)計(jì)的技能。
在此,對(duì)指導(dǎo)教師的辛勤指導(dǎo),表示衷心的感謝。
五、主要參考文獻(xiàn)
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5.王光斗 王春福主編《機(jī)械夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版)上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2000.11
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8.浦林祥主編《金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1984.12
9.廖念釗 主編《互換性與技術(shù)測(cè)量》(第四版)北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2000.1
10.艾興 肖詩(shī)綱編《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》(第3版)北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999
11.許毓潮等編《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)》北京:中國(guó)電力出版社,1998.5
15
機(jī)械加工工藝過(guò)程卡
(廠名)
機(jī)械加工過(guò)程卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零部件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零部件名稱
變速叉
共 1 頁(yè)
第 1頁(yè)
材料牌號(hào)
ZG45
毛坯種類
鑄造
毛坯外形尺寸
每毛坯可制作件數(shù)
1
每件臺(tái)數(shù)
1
備注
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
車間
工段
設(shè)備
工藝裝備
工 時(shí)
準(zhǔn)備
單件
1
鑄
鑄造毛胚并清洗
2
熱
退火
3
漆
油漆
4
鉆
鉆絞¢12孔
鉆床
鉆刀絞刀
5
銑
銑兩端面,保證總長(zhǎng);粗銑7的兩端面及側(cè)面;粗銑19的兩端面
銑床
銑刀
6
銑
精銑7的兩端面及側(cè)面;
銑床
銑刀
7
銑
粗銑19的頂端;粗銑13.5槽;
精銑13.5槽
銑床
銑刀
8
鉗
劃線¢8及¢3孔的中心線
鉗工臺(tái)
量具
9
鉆
鉆絞¢8及¢3孔
鉆床
鉆刀絞刀
10
磨
粗磨7的兩側(cè)面;精磨7的兩側(cè)面
磨床
磨刀
11
鉗
去毛刺,倒角,清理
12
檢
檢驗(yàn)入庫(kù)
5
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
5
頁(yè)
第
1
頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
4
鉆
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
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
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
1
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
鉆¢12孔留余量0.3mm,
鉆刀 專用夾具
1500
17
0.17
6
2
粗絞¢12孔留余量0.1mm
絞刀 專用夾具
1500
17
0.17
6
3
精絞¢12孔至圖尺寸
絞刀 專用夾具
1500
17
0.17
6
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
6
頁(yè)
第
2
頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
5
銑
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
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)
銑床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
2
銑床夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
銑兩端面,保證83.5mm總長(zhǎng)
銑刀 銑床夾具
2
粗銑7的兩端面各留0.6余量;
銑刀 銑床夾具
3
粗銑7的側(cè)面各留0.8余量
銑刀 銑床夾具
4
粗銑19的兩端面符圖
銑刀 銑床夾具
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
6
頁(yè)
第
3
頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
6
銑床
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
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)
銑床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
3
銑床夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
精銑7的兩端面保證76.4精度符圖
銑刀 銑床夾具
2
精銑7的側(cè)面各留磨量0.3mm
銑刀 銑床夾具
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
6
頁(yè)
第
4
頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
7
銑
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
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)
銑床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
4
銑床夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
粗銑19的頂端符圖
銑刀 銑床夾具
2
粗銑13.5槽留余量0.7mm
銑刀 銑床夾具
3
精銑13.5槽符圖
銑刀 銑床夾具
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
6
頁(yè)
第
5
頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
9
鉆
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
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
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
5
鉆床夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
鉆¢8孔留0.2mm;
鉆床夾具 鉆刀
2
鉆¢3孔留0.1mm
鉆床夾具 鉆刀
3
絞¢8孔、¢3孔符圖
鉆床夾具 絞刀
4
絞¢3孔
鉆床夾具 絞刀
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
6
頁(yè)
第
6
頁(yè)
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
10
磨
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
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)
磨床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
6
磨床夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
粗磨7的兩側(cè)面各留0.1mm余量
磨床夾具 磨刀
2
精磨7的兩側(cè)面符圖
磨床夾具 磨刀
10