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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) 一種限制約束下狀態(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(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(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 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(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 愛思唯爾 2005 年 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 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(jiǎn)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(lái) 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(jià)值觀 這 也說明了我所學(xué)知識(shí) 說明我能夠?qū)⒆约旱闹R(shí)更好更充分的運(yùn)用與實(shí)際的工作實(shí)踐 中 經(jīng)過了 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(shí)候 我將充分發(fā)揮自己的才能 運(yùn)用自己的知識(shí)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) 零件分析 零件的作用 零件的工藝分析 確定毛坯 3 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 5 定位基準(zhǔn)的選擇 5 制定工藝路線 選擇加工設(shè)備及刀 夾 量具 確定加工余量和主要表面的工序尺寸 8 加工工序設(shè)計(jì) 工序 1 粗銑底面和工序 2 精銑底面 時(shí)間定額計(jì)算 工藝裝備設(shè)計(jì) 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 夾具設(shè)計(jì) 銑底面夾具設(shè)計(jì) 10 夾具設(shè)計(jì)的目的和條件 10 2 確定設(shè)計(jì)方案 10 確定并設(shè)計(jì)對(duì)刀元件 夾緊力的計(jì)算和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu) 加工精度分析 夾具體的設(shè) 計(jì) 繪制夾具裝配總 圖 鉆底面孔夾具設(shè) 計(jì) 研究原始材料 明確設(shè)計(jì)任 務(wù) 確定夾具設(shè)計(jì)方案 結(jié)構(gòu) 繪制結(jié)構(gòu)草 圖 確定零件的定位方式 選擇定位元 件 確定并設(shè)計(jì)導(dǎo)向元 件 計(jì)算所需夾緊力 設(shè)計(jì)夾緊機(jī) 構(gòu) 專用刀具設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)條件和要 求 初選主要結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 專用量具設(shè) 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 計(jì) 工件螺紋的牙型尺 寸 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 計(jì)算螺紋環(huán)規(guī)的大 中 小徑尺 寸 畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié) 論 致 謝 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn) 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(shí) 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(shí) 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(huì)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(gè)設(shè)計(jì)方案中 力求以經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)來(lái)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(gè)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(duì)他們的關(guān)心和幫助表示最衷心的感 謝 編者 吳飛 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 零件分析 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 零件的作用 閥體是東風(fēng)汽車等內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)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(gè)螺栓固定 實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)車的正確連接 底面上 4 個(gè)直徑 11 毫米孔 為螺栓連接孔 由于沒有定位銷定位 故對(duì)它的位置要求 0 25 毫米 零件的工藝分析 有零件圖可知 其材料為 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 的錐孔 螺紋 直徑 螺 紋 直徑 螺紋孔 個(gè)直徑 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(shí) 應(yīng)有一定的精度要求 直徑 凸臺(tái)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 個(gè)直徑 毫米的孔是用于鏈接的表面 在加工它們時(shí) 應(yīng)有一 定的精度要求 直徑 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) 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 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 件 年 該零件質(zhì)量約為 千克 由參考文獻(xiàn) 表 表 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(shí)效和檢驗(yàn) 參考文獻(xiàn) 表 表 可知 該種鑄件的 尺寸公差等級(jí) 為 級(jí) 加工余量等級(jí) 為 級(jí) 取 為 級(jí) 為 級(jí) 鑄件分型面選擇通過直徑 毫米 直徑 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 毫米凸臺(tái)兩側(cè) 參考文獻(xiàn) 表 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 加工余量等級(jí) 加工余量數(shù)值 說明 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 mm mm 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(jí) 雙側(cè)加工 凸臺(tái)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(jí) 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(jí) 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(tái)面表面距直 10 3 0 13 0 1 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 徑 43 空軸線中心 尺寸 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 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 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(jiǎn)單 可靠 操作方便 粗基準(zhǔn)的選擇 選擇底面的對(duì)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(gè)自由度 側(cè)面用一個(gè)支撐板限制 2 個(gè)自由度 這種夾緊 方案簡(jiǎn)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(gè)自由度 側(cè)面用 3 個(gè)支撐釘限制 3 個(gè)自由度 底面 本生限制一個(gè)自由度 這種定位準(zhǔn)確 可靠 隨行夾具簡(jiǎn)單 適用于大批量生產(chǎn) 所 以該方案可行 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 大孔 粗鏜 粗車 半精車 精車 攻螺紋 直徑 小孔 粗鏜 直徑 孔 粗鏜 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 粗車 半精車 精車 攻螺紋 凸臺(tái)面直徑 直徑 孔 粗車 半精車 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(jí)底面空的加工放前面 后鉆 孔 孔 螺紋孔 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(hào) 工序內(nèi)容 鑄造 時(shí)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(tái)面 車直徑 43 端面 車直徑 43 外圓 車直徑 35 內(nèi)孔 8 鉆凸臺(tái)面孔 鉆 2 10 2 孔 9 攻絲 2 M12 10 成品檢查 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 方案二 工序號(hào) 工序內(nèi)容 鑄造 時(shí)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(tái)面 車直徑 43 孔 車直徑 35 孔 9 鉆凸臺(tái)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(shí) 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(dòng) 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 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 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 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(tái)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(tái)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 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(tái)面 粗車 工序余量 Z 7mm 平面 粗車 工序余量 Z 2mm 加工工序設(shè)計(jì) 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(jí)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 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 故余量足夠 參考文獻(xiàn) 1 表 14 69 取粗銑的每齒進(jìn)給量 F 為 r 粗銑走刀一次 精銑走刀一次 相應(yīng)切削速度分別為 粗 3 14D 1000 3 14X125X150 1000 58 88 精 1000 3 14X125X300 1000 117 75m min 時(shí)間定額計(jì)算 1 機(jī)動(dòng)時(shí)間 粗銑 T1 L L1 L2 FmI 取 L1 3min L2 32min T1 115 32 3 0 3X1500 0 33mim 精銑 T2 L L1 L2 FmI 取 L1 3min L2 32min T2 115 32 3 0 5X300 1min 所以機(jī)動(dòng)時(shí)間 T T1 T2 0 33 1 1 33min 2 輔助時(shí)間 參考文獻(xiàn) 4 表 2 5 確定如下 粗銑 精銑操作內(nèi)容 每次所需時(shí) 間 操作次數(shù) 時(shí)間 min 操作次數(shù) 時(shí)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(cè)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(shí)間分別為 粗銑 0 125min 精銑 0 15min 裝卸工件時(shí)間參數(shù)取 1 5min 所以輔助時(shí)間 Ta 0 125 0 15 1 5X2 3 275min 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 3 作業(yè)時(shí)間 Tb Ta T1 3 275 1 33 4 605min 4 布置工地時(shí)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(shí)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(shí)間 Te 取各部分時(shí)間為 中等件 33min 對(duì)刀 7min 工藝裝備設(shè)計(jì) 夾具設(shè)計(jì) 銑底面夾具設(shè)計(jì) 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(hào)為 X30K 確定設(shè)計(jì)方案 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 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(jiǎn)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(gè)自由度 再以側(cè)面輔以定位 限制 2 個(gè) 自由度 再在前后方向上用一個(gè)支撐釘限制 1 個(gè)自由度 主軸順時(shí)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(dòng)機(jī)構(gòu)一次加工兩個(gè)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(zhǎng)定位心軸及小孔端 面限制了 4 個(gè)自由度 側(cè)面定位限制 2 個(gè)自由度 在側(cè)面方向上采用螺栓施加夾緊力 對(duì)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(shí) 不會(huì)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(dòng)夾緊 輔助時(shí)間長(zhǎng) 工人勞動(dòng)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(shí) 輔助時(shí)間短 一次加工兩個(gè)元件減少了作業(yè)時(shí)間 工人勞動(dòng)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 確定并設(shè)計(jì)對(duì)刀元件 為迅速正確地確定銑刀與工件的相對(duì)位置 設(shè)置了塊 借助平塞尺進(jìn)行對(duì)刀 控制端 銑刀的中心位置和銑削深度 對(duì)刀塊安裝在夾具體上 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(dòng)連接在心軸上的 壓板夾緊工件 2 夾緊力的計(jì)算 粗銑時(shí)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 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 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 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(tái)的平面 T 形槽連接 對(duì)安 裝平面的加工尺寸無(wú)影響故 A 0 3 對(duì)刀誤差 T T S h S 塞尺的制造誤差 h 對(duì)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 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(dòng)夾緊 故選擇鑄造夾具體為宜底座 設(shè)有兩個(gè)耳座槽 用 T 形螺栓固定與銑床工作臺(tái)上 在中間最遠(yuǎn)距離處安裝有兩個(gè)定向 件 用以確定夾具與刀具的正確位置 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 鉆底面孔夾具設(shè)計(jì) 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 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 用固定式鉆模在搖臂鉆床在 Z35 上進(jìn)行加工 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(shí)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(jiǎn)單 操作方便高效 制造成本低廉 綜合分析 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(gè)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(gè)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(gè)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 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(duì)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(gè)孔 故 選用 4 個(gè)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 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(dòng)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(dòng)夾緊 2 計(jì)算夾緊力 W 2QL Dtg 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 K 1 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 2s in11 85 12tg K 60 K1 10 R3 11 85 R2 10 66 B 10 4 4 E 28 4 53mm 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 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 2co s11 85 12 cos 10 44 tg10 10 cos10 cos1 83 160 2sin11 85 12tg 10 44 sin1 83 65 5mm S 10 S1 1 8 3 m 10mm h 63 5 mm 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 專用量具設(shè)計(jì) 工件螺紋的牙型尺寸 螺距 P 3mm es 0 048mm Td 0 2mm Td1 0 375mm 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(duì)環(huán)規(guī)的中徑公差 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 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 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 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(gè)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(duì)學(xué)生而言是我們對(duì) 4 年所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用和實(shí)踐 對(duì)學(xué)校 對(duì)老師而言是 對(duì)學(xué)生的全面考察 這些日子的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)設(shè)計(jì)工作有了一個(gè)更深刻 更全面的認(rèn)識(shí) 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(duì)設(shè)計(jì)工作的興趣 也 使我有了一個(gè)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(dòng) 不僅要求設(shè) 計(jì)工作者有非常豐富的設(shè)計(jì)知識(shí) 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(shí)設(shè)計(jì)者也必 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 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(shí) 也進(jìn)一步加深了我對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的理解 在以后走出校門的歲月里我會(huì)更加努力的 我一定會(huì)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(wú)法學(xué)到的知識(shí) 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(duì)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(duì)設(shè)計(jì)工作的 信念 我相信此次設(shè)計(jì)工作對(duì)我的一生都會(huì)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(shí)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) 1 鄭修本 馮冠大主編 機(jī)械制造工藝學(xué) 機(jī)械工業(yè)出版社 2 許堅(jiān) 張崇德主編 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 東北大學(xué)出版社 3 張龍勛主編 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書及習(xí)題 機(jī)械工業(yè)出版社 4 趙如福主編 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) 上?？萍汲霭嫔?文廣成主編 刀具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 東北大學(xué)出版社 李慶壽編 機(jī)械制造工藝裝備設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) 寧夏人民出版社 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) 修訂組編 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) 上海科技出版社 周誦明編 畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 華中理工人學(xué)出版社