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机械加工工艺类论文 基于PROE的轴架的机械加工工艺及夹具设计

2018-12-10 11:45:51来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘要

  我选择此课题是来自于日常生产实践,机械工具在我们的平常的生产活动中有着重要的作用,在我们的现代生产活动中中的各个角落都有机器的的身影,小到手表,大到航天领域,军事领域,对于这些领域的工具需要零件的组成,零件的制造离不开模具夹具的设计,我们本课题索要研究的主题就是机械加工工艺及夹具设计,我们通过所学的知识工程制图,机械原理,机械制造技术基础来做本课题,通过PROE,UG,CAD等制图软件来完成夹具的绘图,完成轴架零件工艺过程的设计。

  随着我们对所研究的课题的进一步了解,我们可以更加熟练地对综合使用所学的知识越来越熟练了。对于轴架设计,我们需要确定工艺路线工序尺寸的确定,夹具夹紧定位的确定,还有对工艺路线的分析。这些东西都能检验我们大学四年所学到的东西是否被我们牢牢地掌握以及我们是否能够熟练的使用我们所学的知识。我们需要根据零件的特点及要求来选择合适的夹具。研究夹具的设计和工艺路线地拟定可以节约生产成本,提高生产效率。为我国的社会主义发展献出自己的一份绵薄之力

  关键词:轴架 夹具 装配图 工艺

  第一章 引言

  我这次毕业设计的选题是基于PROE的轴架的机械加工工艺及夹具设计,目前机械加工是体现一个国家的工业发展水平,世界上机械加工工艺的发展在五六十年代就飞速发展了,而我国的工业发展起步由于一系列发展的原因比较晚,我们国家的工艺发展水平基本上是从上世纪八十年代改革开放之后才快速发展起来的,这个时候我们国家的加工工艺水平已经落后于世界发达国家好远。但是我们国家在改革开放之后,特别注重我们的经济与工业发展,此后 我国的发展水平快速提高,在很多方面已经达到了世界的先进水平,但是我们依然要明白,我们的制造业,机械加工工艺水平与世界发达国家仍然有很大的差距。为什么现在世界各国都特别注重人才,因为人才可以推动科技的发展。机械工业的发展水平体现着一个国家的工业发展水平,是一个国家经济发展的主要支撑部分。现在的生活中到处都体现着机械自动化,小到交通工具,大到航天领域,军事领域,每一项的发展都离不开制造业的发展,越是高端产业的发展越是离不开精密加工的发展。

  机械制造加工过程中每一个零件的生产加工都离不开夹具的设计,每一个机器都是由每一个小零件的组成的,夹具对于每一个小零件的加工精度有着很大的影响,夹具设计的合理,可以提高生产效率,方便加工,减少生产成本。夹具一般都是给特定零件专门制作的,当零件生产完成后,此夹具就不能给其他的零件使用了,这就造成了生产成本的提高与资源的浪费。

  这次毕业设计的重点就是根据零件的形状尺寸来分析设计零件的加工工艺流程,确定好工艺路线,确定加工时各个工序所需要的加工方法,机床,刀具,夹具的选择,定位基准面的选择

  第二章 零件的分析

  2.1 零件的作用

  轴架是我们生活中所遇到各种类型机器的最基础的零件,轴架是把机器和各部件中的轴、套、齿轮等所有有关的零部件件连接起来,并且要保证他们在正确的位置,一次可以传递转矩或改变转速来实现预期的运动。所以,轴架的加工质量的好坏对机器的性能、精度和寿命有很大的影响[3]。

  2.2 零件的工艺分析

  设计的零件图纸中会规定一些技术要求:(查表1.4-28《机械制造工艺设计简明手册》),也就是轴架总共有三组加工面,它们之间需要一定的技术要求。现在经过分析如下:

  2.2.1 把轴架上下表面当作中心地加工表面

  这组加工表面包括:轴架上下表面、铣铰凸孔以及两个销孔,其中,主要加工表面为轴架上下表面。

  2.2.2 以孔为中心的加工表面

  这组加工表面包括:¢45A3、¢76。

  2.2.3 以另外平面为中心的加工表面

  其中这组加工表面就涵盖:2-¢10销孔。

  第三章 工艺规程设计

  关于机器中的其中一个零件,我们能够采用几种不一样的工艺过程完成。在条件一定的情形下,我们会找到相对比较合理的工艺规程,把这工艺规程用文件形式来规定起来,这样得到地工艺文件就称为工艺规程[2]。

  工艺规程是生产准备、组织、计划调度地重要参照物,也是用来指导工人操作的技术文件,同时也是生产部门进行设计或者技术改造的重要资料。工艺规程的制作需要按规定的程序进行,且随着科学的进步和企业发展,不定期的修改完善[3]。

  3.1 确定毛坯的制造形状

  因为轴架产量大约是为36000件每年,属于大批生产的类型,而且零件的外形尺寸不是很大,其次想到到方法生产工艺简单、、比较适合批量生产的类型,因此能够采用铸造成型的模式,为了提高生产率、保证加工精度上来说,也是说的过去的。想要除去压铸后的残余应力的影响,可以在压铸完成后在铸件低温加热的过程中使合金产生强化,从而除去应力即人工时效[1]。

  3.2 基面的选择

  基准面选取是工艺规程设计中的一项重要步骤。想要提高生产率,保证加工产品的质量,就要合理的选取基面,要不然,加工工艺规程中会出现许多的问题,更严重的是零件大批报废,让生产没有办法正常继续[1]。

  3.3 工艺路线的拟定

  工艺路线的拟定是确定机械加工工艺规程的一项重要工作,制定工艺路线的时候时需要处理几个问题:确定每个加工表面的加工方法;规划好加工阶段;工序的先后顺序需要安排好;把工序的集中和分散程度确认下来[6]。

  拟定工艺路线时所要考虑的问题有:如何选取定位基准,如何选取加工方法,确定热处理的工序、检验等工序。制订工艺路线时,应当根据零件轮廓的设计质量要求、先确定下最终精加工方法,再根据各个加工表面尺寸精度及位置精度要求,确定其加工次数和方法。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下,是能够考虑用加工中心配上专用工夹具,可以把工序集中从而提高生产率。不仅如此,我们还需要考虑经济效果,尽量降低生产成本[6]。

  工艺路线一

  工序 = 1 \* ROMAN I 铸造,去除浇口、毛刺、飞边。

  工序 = 2 \* ROMAN II 喷砂。

  工序 = 3 \* ROMAN III 铸检。

  工序 = 4 \* ROMAN IV 加工轴架上下表面。

  工序 = 5 \* ROMAN V 加工孔¢20。

  工序 = 6 \* ROMAN VI 加工孔¢13。

  工序 = 7 \* ROMAN VII 加工孔¢45A3。

  工序 = 8 \* ROMAN VIII 加工孔¢76。

  工序 = 9 \* ROMAN IX 加工孔¢26孔。

  工序 = 10 \* ROMAN X 去刺、清洗、检入库。

  工艺路线二

  工序 = 1 \* ROMAN I 铸造,去除浇口、毛刺、飞边。

  工序 = 2 \* ROMAN II 喷砂。

  工序 = 3 \* ROMAN III 铸检。

  工序 = 4 \* ROMAN IV 加工轴架上下表面。

  工序 = 5 \* ROMAN V 加工成孔。

  工序 = 6 \* ROMAN VI 加工销孔。

  工序 = 7 \* ROMAN VII 铣削下端面。

  工序 = 8 \* ROMAN VIII 钻¢20的孔。

  工序 = 9 \* ROMAN IX 钻¢13的孔。

  工序 = 10 \* ROMAN X 钻¢6的孔。

  工序 = 11 \* ROMAN XI 钻¢10的孔。

  工序 = 12 \* ROMAN XII 去刺、清洗、检入库。

  两种方案的比较分析

  上面两个方案不同点是:方案一(工序 = 1 \* ROMAN I)加工轴架上下表面后依然是以本来加工上下表面的定位基准作为基准来加工空,(工序 = 6 \* ROMAN VI)加工孔以后依然是以原先加工的定位基准作为基准来加工孔;而方案二在加工轴架上下表面后就不再以原来的定位基准进行加工,而是重新选取定位基准加工销孔;加工后也不再使用本来的定位基准进行加工。拿两种方案对比能够看出,把方案一里面的的工序 = 1 \* ROMAN I(加工轴架上下表面)分离为两道工序相对合理些,把加工轴架上下几个表面、定位基准内加工是不符合基准选择原则、更无法保证相应的加工精度要求。因此把方案二中的工序 = 1 \* ROMAN I加工轴架上下表面依然改为两道工序来加工。

  3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

  轴架的材料一般是铝合金,硬度≥HB80,试样的抗拉强度σb≥270Mpa。生产类型为大批生产,采用高压浇注毛坯[7]。

  根据上述的加工工艺,分别确定下来各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸:

  3.4.1 轴架上下表面

  参照«机械制造工艺设计简明手册»表2.3-9,轴架设计的基本尺寸200~300mm,铸造毛坯通常会采用尺寸公差等级为7级和加工余量等级为D级进行高压浇注[7],因此毛坯的加工余量为Z=0.9mm ~1.5mm。轴架结合面处的粗糙度最大只能取1.6um,经过查书«机械制造工艺学»,要求必须是精铣加工,轴架的上下两个表面的加工长度要小于等于300mm,宽度加工不大于100mm,因此加工余量Z=1.5mm。所以,我们只需要进行一次精加工就可以达到加工的要求。

  3.4.2 ¢20mm的孔

  轴承孔的加工采用镗销加工,因为轴孔的精度要求较高且轴孔并不是盲孔。

  曲轴孔的直径为¢20mm,如图。轴承孔所允许的最大表面粗糙度值Ra为0.8um,经查书参考«机械制造工艺学»表1-11,要求加工精度为IT6-IT7级,即为精加工,经查书参考«机械制造工艺设计简明手册»表2.3-8可以确定曲轴孔的加工余量分配:

  半精镗: ¢19mm 2Z=1.1mm

  精镗: ¢20mm 2Z=1mm

  3.4.3 销孔

  (1) 销孔¢10mm,考虑到其表面粗糙度要求为Ra的最大允许值为6.3um,参照«机械制造工艺学»表1-12,只要粗刮加工,分两次加工,根据相关手册,此时直径余量2Z=1.5mm已能满足加工要求。

  (2) 销孔底孔¢6mm,考虑到其表面粗糙度要求为Ra的最大允许值为6.3um,精度要求不是佷高,参照«机械制造工艺学»表1-12,加工精度为IT11-IT12级,只要粗加工,一次钻销(此时加工余量2Z=1.5 mm)就已能满足加工要求。

  (3) 销孔2-¢10mm,其表面粗糙度要求为Ra的最大允许值为1.6um,参照«机械制造工艺学»表1-11,加工精度为IT8-IT9级,要求精加工才能达到精度要求,参照«机械制造工艺设计简明手册»表2.3-9确定销孔的加工余量分配:

  钻孔 ¢7.8mm 2Z=2.8mm

  铰孔 ¢10mm 2Z=0.2mm

  3.4.4 ¢45A3mm 的孔

  端面所允许的最大表面粗糙度值要求Ra为1.6um,孔的表面所允许的最大粗糙度要求为Ra为1.6um,为了达到精度要求,我们复合刀加工,参照«机械制造工艺学»表1-12,加工精度确定为IT11级,要求达到半精镗加工,参照«机械制造工艺设计简明手册»表2.3-9确定的加工余量分配:

  (复合刀)镗削: ¢40mm 2Z=1.3mm

  精镗: ¢45A3mm 2Z=0.25mm

  3.4.5 粗精铣缸体上下表面

  因为表面粗糙度所允许的最大值Ra为1.6um,参照«机械制造工艺学»表1-11,由于没有很高的精度要求,所以选取加工精度为IT8- IT9级,参照«机械制造工艺设计简明手册»表2.3-9,铣削一次就能满足精度加工要求。此时的加工余量2Z=1.5mm。

  3.4.6 ¢6mm

  因为表面粗糙度所允许的最大值Ra为1.6um,参照«机械制造工艺学»表1-11,可以确认加工精度为IT8-IT9级,参照«机械制造工艺设计简明手册»表2.3-9确定加工余量分配:

  钻孔: ¢5.8mm 2Z=1.3mm

  铰孔: ¢6 2Z=0.2mm

  3.5 确定切削用量及基本工时

  时间定额就是在生产条件确定的情况下,一件产品的生产或者一道工序的完成所需要的时间。是否能够合理的安排时间定额,对工人的生产技能的提高和技术熟练程度的不断提高有很大影响,对能否充分调动工人的积极性也有很大的影响,间接地对促进生产向前发展和提高劳动生产率也产生了影响。时间定额是安排生产计划、成本核算的主要依据,在设计新厂时,又是计算设备数量、布置车间、计算工人数量的依据[2]。

  工序 = 1 \* ROMAN I: 铸造,去除浇口、毛刺、飞边。

  工序 = 2 \* ROMAN II: 喷砂。

  工序 = 3 \* ROMAN III:铸检。

  工序 = 4 \* ROMAN IV :铣端面加工销孔、钻孔毛坯孔轴架结面定位;选用加工中心VF-O。本工序采用查表法和计算法确定切削用量。

  (1) 加工条件

  工件材料:铝合金,试样抗拉强度σb≥270Mpa、高压浇注。

  加工要求:铣端面加工销孔、钻孔毛坯孔轴架结面定位。机床:VF-O加工中心。

  刀具:复合刀,加长立铣刀,中心钻,直钻,铣铰刀。

  刀具材料:高速钢(YT15)。

  (2) 计算切削用量

  铣曲轴箱上下表面

  铣端面

  (a) 在已经确定轴架上下表面方向毛坯厚度的加工余量的大小是Z=1.5mm,由于轴架上下两表面轮廓并不是很规则的形状,但是我们可以把他当做长方形的形状来考虑加工,我们所采用的高压浇注的出毛坯本身就有很高的精度,因此我们只需一次加工,ap =1.5mm计。

  (b) 进给量 根据«切削用量简明手册»表3.5,当要求达到表面粗糙度Ra=1.6um时,圆柱铣刀每转进给量=0.4mm/r~0.6mm/r,而用于盘铣刀时进给量应该减小一半,=0.2mm/r~0.3mm/r。

  kv (3-1)

  刮平销孔孔口¢10mm孔口

  (a) 我们已经知道孔口毛坯厚度方向的加工余量和公差分别为Z=1.0mm,0.3mm,由于所允许的最大表面粗糙度Ra为6.3um,查书参考«机械制造工艺学»表1-12,当进行一次粗刮加工后直径余量为2Z=1.5mm就达到了加工要求。

  因此只需要进行一次加工,ap =1.5mm计。

  (b) 进给量 根据«机械加工切削数据手册 »表2.44, =0.39mm/r

  (c) 切削速度 (见《机械加工切削数据手册》表2.44), =60m/min

  (d) 确定主轴速度

  根据3-2式,

  (3-2)

  ≈2123r/min

  因为选取的机床是加工中心,按机床选取=2123 r/min。所以实际切削速度=60m/min.

  (e) 切削工时,

  (3-3)

  根据3-3式,

  式中: mm, mm, mm

  所以,

  =mm

  (a) 我们已经知道轴承孔毛坯厚度的加工余量是Z=1.5mm,考我们知道轴承孔的轮廓是规则的形状,因此我们能够使用复合刀加工,因为表面的粗糙度Ra的最大允许值为0.8um,因此即使高压浇注的毛坯精度本身较高但是依然不够,所以为了达到精度要求,本工序必须经过半精镗-精镗加工。

  即, 半精镗:2Z=1.0mm 单边余量Z=0.50mm 一次就要镗去全部余量,ap =0.50mm 精镗:2Z=0.20mm单边余量Z=0.10mm 一次就要镗去全部余量,ap =0.10mm

  (b) 进给量 根据«机械加工切削数据手册 »表3.24,当要求达到表面粗糙度Ra=0.8um时,粗镗每转进给量=0.39mm/r,精镗每转进给量=0.013mm/r

  (c) 计算切削速度 按«机械加工切削数据手册»表3.9,粗加工时的切削速度为=46m/min,精加工时的切削速度为=230m/min。

  (d) 确定机床主轴转速 EQ 

  根据3-2式,

  半精镗加工时的机床主轴转速:≈516r/min

  精镗加工时的机床主轴转速:≈2579r/min

  由于在加工是在加工中心上进行,因此我们不用去考虑机床主轴转速有没有这一挡。

  (e) 切削工时,

  根据3-3式,

  式中: mm, mm, mm

  所以,

  半精镗切削工时,切削工时:

  =min

  精镗切削工时,切削工时:

  =min

  所以镗¢45A3mm轴承孔的总切削工时t =0.159+0.954=1.113min。

  (a) 进给量 根据《机械加工切削数据手册》, =0.18mm/r

  (b) 切削速度 根据《机械加工切削数据手册》, =30m/min

  (c) 确定主轴速度

  根据3-2式,

  ≈955r/min

  因为选取的机床是加工中心,根据机床相关要求选取n=955r/min。所以实际切削速度=30m/min。

  (d) 切削工时,

  根据3-3式,

  式中: mm, mm, mm

  所以,

  =mm

  所以,钻¢6孔的总切削工时t=0.105min

  (a) 已知需加工的销孔加工余量为Z =1.0mm,公差为0.3mm,则ap =1.0mm,加工一次就可以满足要求。

  (b) 进给量 根据《机械加工切削数据手册》表2.4, =0.18mm/r

  (c) 切削速度 根据《机械加工切削数据手册》表2.4, =30m/min

  (d) 确定主轴速度

  根据3-1式,

  ≈1426r/min

  (e) 切削工时,

  根据3-3式,

  式中: mm, mm, mm

  所以,

  =min

  所以,钻削孔2-¢10孔的总切削工时t =0.0972=0.194 min

  (1) 加工条件

  工件材料:铝合金,试样抗拉强度σb≥270Mpa、高压浇注。

  刀具:复合刀,加长立铣刀,中心钻,直钻,铣铰刀。

  刀具材料:高速钢(YT15)。

  (2) 计算切削用量

  镗¢45A3()mm

  (a) 已知轴承孔毛坯厚度方向的加工余量为Z=1.5mm,考虑到轴承孔的形状规则,可以用复合刀加工,尽管高压浇注的毛坯精度本身较高,但在此工序需要经过半精镗-精镗加工才能达到Ra的最大允许值为0.8um的精度要求。

  所以, 半精镗:2Z=1.1mm 单边余量Z=0.55mm 一次镗去全部余量,ap =0.55mm 精镗:2Z=0.2mm单边余量Z=0.1mm 一次镗去全部余量,ap =0.1mm

  (b) 进给量 根据«机械加工切削数据手册 »表3.24,当要求达到表面粗糙度Ra=0.8um时,粗镗每转进给量=0.39mm/r,精镗每转进给量=0.013mm/r

  (c) 计算切削速度 按«机械加工切削数据手册»表3.9,粗加工时的切削速度为=46m/min,精加工时的切削速度为=230m/min。

  (d) 确定机床主轴转速 EQ 

  根据3-2式,

  半精镗加工时的机床主轴转速:≈236r/min

  精镗加工时的机床主轴转速:≈1181r/min

  因在加工中心上加工,所以无需考虑机床主轴转速没有这一挡。

  (e) 切削工时,

  根据3-3式,

  式中: mm, mm, mm

  所以,

  半精镗切削工时,切削工时:

  =min

  精镗切削工时,切削工时:

  =min

  所以镗¢45A3mm轴承孔的总切削工时t =0.35+2.08=2.43min。

  如上所求:切削工时t=13*0.02=0.26 min

  (a) 进给量根据《机械加工切削数据手册》, mm/r

  (b) 切削速度 根据《机械加工切削数据手册》, m/min

  机床转速

  r/min

  切削工时

  =min

  (a) 已知需加工的销孔加工余量为Z =1.0mm,公差为0.3mm,则ap =1.0mm,加工一次就可以满足要求。

  (b) 进给量 根据《机械加工切削数据手册》表2.4, =0.18mm/r

  (c) 切削速度 根据《机械加工切削数据手册》表2.4, =30m/min

  (d) 确定主轴速度

  根据4-1式,

  ≈1911r/min

  (e) 切削工时,

  根据3-3式,

  式中: mm, mm, mm

  所以,

  =min

  加工¢13工时为0.064。

  (a) 切削速度的计算 参照有关手册可知刀具寿面T =60m/min,采用高速钢螺纹刀,由于高压浇注毛坯精度已较高,又因粗牙螺纹,

  所以,

  R =0.2m/s=12m/min

  所以 r/min

  由于仍在加工中心上加工,所以按相关要求选取r/min 则

  切削速度

  m/min

  (b) 计算切削工时

  切削工时,

  根据3-3式,

  式中: mm, mm, mm

  所以,

  =min

  min

  加工孔的总切削工时0.064+0.055+0.042=0.24+0.25+0.08=0.57min

  考虑到其表面粗糙度要求为Ra的最大允许值为6.3um,参照«机械制造工艺学»表1-11,其加工精度为IT11- IT12级,精度要求不是佷高,参照«机械制造工艺设计简明手册»表2.3-9,一次钻销即可满足要求。此时加工余量2Z=1.5mm。

  (a) 进给量 根据《机械加工切削数据手册》, =0.2mm/r

  (b) 切削速度 根据《机械加工切削数据手册》, =30m/min

  (c) 确定主轴速度

  ≈1365r/min

  因为选取的机床是加工中心,按机床选取=3821r/min。所以实际切削速度=84m/min.

  (d) 切削工时,

  根据3-2式,

  式中: mm, mm, mm

  所以,

  =min

  所以钻¢6mm的孔总切削工时t =0.0952=0.19min。

  钻¢6的孔

  加工孔¢6,以一销孔和轴架上下表面定位;

  (a) 进给量 根据《机械加工切削数据手册》, =0.2mm/r

  (b) 切削速度 根据《机械加工切削数据手册》, =30m/min

  (c) 确定主轴速度

  ≈1365r/min

  (d) 切削工时

  =min

  所以,钻上下表面的孔切削工时t =0.06+0.18+0.033=0.273min

  铣上下表面

  (a) 已知轴架上下表面毛坯厚度方向的加工余量为Z=1.5mm,但考虑到轴架上下表面毛坯长度方向不是规则形状,因此可以把其考虑为长方形的形状考虑,又由于高压浇注的毛坯精度本身就较高,所以只要加工一次就行,ap =1.5mm计。

  (b) 进给量 根据«切削用量简明手册»表3.5,当要求达到表面粗糙度Ra=1.6um时,圆柱铣刀每转进给量=0.4mm/r~0.6mm/r,而用于盘铣刀时进给量应该减小一半,=0.2mm/r~0.3mm/r。

  =0.3mm/r

  (c) 计算切削速度 按«切削用量简明手册»表3.27,切削速度的计算公式 (寿命T=60min)

  kv

  其中:CV = 31, qv = 0.25, xv = 0.1, yv =0.4, uv =0.3,

  pv =0.1, m = 0.2。修正系数kv见«切削用量简明手册»表1.28,

  即

  kMv=1.0, kSv=1.0, kKv=1.0, krv=0.8, kBv=0.8。

  所以

  m/min

  (d) 确定机床主轴转速 EQ 

  r/min

  按机床说明书(见«切削用量简明手册»表3.30),与456.47r/min相近的立式铣床转速为355r/min及510r/min。现取n=510r/min。如果取n=480r/min,则速度损失太大。

  所以实际切削速度

  ≈96m/min

  (e) 检验机床功率

  根据«切削用量简明手册»表3.23,当硬度

  近似为Pcc=2.3KW。

  故Pcc

  即=0.3 mm/r, ap =1.5mm, =510r/min,=96m/min。

  (f) 切削工时,

  按«机械制造工艺设计简明手册»表6.2-7,

  式中: mm, mm, mm

  所以,

  =min

  铣铰销孔2-¢10()mm深35

  (a) 根据轴架工序过程卡有关资料介绍,在铰孔时,进给量取0.18mm/r,即=0.18mm/r,=30m/min

  (b) 确定主轴速度

  根据3-2式,

  ≈1194r/min

  根据有关资料介绍,

  由于选取的机床是加工中心,根据加工中心的相关要求选取n =1194r/min。所以实际切削速度=30m/min。

  (c) 切削工时计算:

  根据3-3式,

  =

  所以,铣铰销孔2-¢10mm的总切削工时t =0.1952=0.39min

  (a) 已知孔口毛坯厚度方向的加工余量为Z=1.0mm,公差为0.3mm,考虑到其表面粗糙度要求为Ra的最大允许值为6.3um,参照«机械制造工艺学»表1-12,只要粗刮加工,此时直径余量2Z=1.5mm已能满足加工要求。

  所以只要加工一次就行,ap =1.5mm计。

  (b) 进给量 根据«机械加工切削数据手册 »表2.44, =0.39mm/r

  (c) 切削速度 (见《机械加工切削数据手册》表2.44), =30m/min

  (d) 确定主轴速度

  根据3-2式,

  ≈1062r/min

  因为选取的机床是加工中心,按机床选取=1062r/min。所以实际切削速度=30m/min.

  (e) 切削工时,

  根据3-3式,

  式中: mm, mm, mm

  所以,

  =mm

  r/min

  计算切削工时

  =min

  所以¢20,¢,13用时0.037 min

  第四章 夹具的设计

  机械加工工艺中比较重要的应该就是夹具了,夹具的设计对零件的加工有很大的影响,这个我们可以制造工艺系统的组成就能看出开来。特别是在一批零件需要的生产类型为大批量生产。夹具是加工机床和毛坯件之间的连接装置,让毛坯件相对于机床或刀具能够在对的位置上。被加工件表面精度会受到夹具的影响,因此夹具设计是机械加工和装配设计中的重要组成部分 ,夹具在加工过程中是比较活跃的,是一种在金属切削机床上实现装夹任务的工艺装备,是机械加工工艺系统的一个重要组成部分[8]。

  夹具的选择需要考虑多个方面,要把生产效率提高,确保所加工零件的质量,减少工人的劳动强度。通过自己的思考及查找资料又通过听找老师的建议,我第一道工序加工夹具设计决定使用铣削轴架上下表面的铣床专用夹具。

  本夹具将用于X52K型铣床。刀具为一把高速钢四齿盘铣刀[8]。

  4.1 问题的提出

  在机床上进行加工时,为了使工件的外形轮廓及相互之间的位置的尺寸还有加工表面的粗糙度达到要求,当我们把加工的方法定下来以后,我们还需处理其他的问题是如何让毛坯件对于刀具和机床占有正确的加工位置并且把毛坯件牢牢地固定住,以保证这个确定了的位置在加工过程中稳定不变(即工件的夹紧)就是工件在上的正确安装[8]。

  因为毛坯件的表面粗糙度要求不是那么的高,所以当我们采用散搭子定位并加紧毛坯件作为基准就能够达到精度和尺寸的要求

  又因为工件的外形轮廓不规则,又轴架上下两表面不是平直的,因此我们在夹具设计的时要想到铣刀和轴架的上下两个端面成九十度,且我们使用简单有效率高的的方式来做夹具设计,所以,这此道工序加工精度方面的问题并不是我们主要考虑的,主要是如何把生产效率提高,减少工人的劳动时间和强度。

  4.2 夹具设计

  4.2.1 定位基准的选择

  因为轴架的结构并没有那么简单,轴架的壁比较薄且厚度并不均匀,因此如果夹紧所使用的那个力偏大或者说不合适,都会造成工件的损坏变形。在这种状态下加工加工的工即使件“合格”,当取消夹紧力之后,工件就会变回应有的模样,加工好的精度就会被损坏,在加工轴架的过程中,需要考虑夹紧力对工件的影响,为了确保加工精度符合要求需要采取一定的手段。

  当我们选择夹紧位置的时候需要选择的地方一定要有足够大的刚度,且要确保夹紧力是定位面上起作用。

  提高接触刚度孔系加工时 ,应尽量提高轴架基准面与夹具定位元件的接触刚度。

  如图中所示,我们把定位点和夹紧位置点设计在一条垂线上,这种夹紧定位有几个有优点如刚性比较好还有夹紧的时候变形比较小。到现在为止,比较普通的最容易见到的夹紧方式有三种:机械夹紧、液压夹紧、气压夹紧,三种方式的特点对比如下表。

  表2 机械夹紧、液压夹紧、气压夹紧三种方法的比较

  比较项目机械夹紧液压夹紧气压夹紧夹紧力较大最大中等动作快慢慢较慢较快环境要求一般较高适应性好构造一般复杂简单载荷变化影响没有有一些稍有远距离操纵短距离短距离中距离工作寿命一般一般长维护简单要求高一般价格一般稍贵便宜综上所述,气动夹紧载荷变化影响不大,夹紧力适中,是铝合金轴架加工件的理想夹紧方式[11]。

  我们从零件图中可以得到,这个轴架表面对轴承孔有平面度及倾斜度有一定的要求,我们把轴架的毛丕孔及三搭子当轴孔的设计基准。我们为了尽量使定位误差减少到零,就需要选用三搭子定位和夹紧的夹具。能够使劳动生产率有所提升,我们准备选取四齿盘铣刀对轴承孔上下面进行加工。还有为了减少辅助时间,方便于操作和更换,夹紧装置准备选取气动杠杆夹紧机构。

  气动杠杆夹紧机构就是一种应用杠杆把原始动力转换成夹紧力的机构,其原理是 当动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积时,杠杆平衡。杠杆平衡时杠杆处于静止状态或者匀速转动状态。这就是杠杆的工作原理[12]。

  杠杆夹紧机构优点也有缺点,优点就是能够快速的夹紧工件,还能达到提高力的作用,缺点是自锁能力不好,在受到剧烈晃动时就容易造成松动,因此常需要气压或液压作夹紧力源或与其它夹紧元件组成复合夹紧机构[13]。

  4.2.2 切削力及夹紧力计算

  刀具:高速钢(YT15)四齿盘铣刀,¢60mm,z=4

  (见《切削用量简明手册》表3.28) (5-1)

  其中:CF =650, ap =1.5mm, xF =1.O, fz =0.4 yF =0.72, ae =50mm (在加工面上测的近似值) uf =0.086, do =60mm, qF =0.86, wF =0, Z=4

  所以

  N

  水平分力:FH=1.1 F实=1540N

  垂直分力:Fv=0.3 F实=420N

  当我们计算切削力时,我们首先要把安全系数给计算好。安全系数K=K1K2K3K4。

  其中:K1为基本安全系数1.5;

  K2为加工性质系数1.1;

  K3为刀具钝化系数1.1;

  K4为断续切削系数1.1;

  所以, F′=KFH=1.51.11.11.11540=3074.6N

  选用气缸—杠杆夹紧机构。其结构形式选用 = 4 \* ROMAN IV型,则扩力比i=0.6。

  为克服水平切削力,实际夹紧力N应为

  N()=KFH (5-2)

  所以,

  其中及为夹具定位面及夹具面上的摩擦系数,==0.5。则

  N

  气缸选用¢50mm。当压缩空气单位压力P =0.5MPa时,气缸推力为r2P =3.140.031520.5106=1157N[14]。由于已知斜楔机构的扩力比i =1,故由气缸生产的实际夹紧力为

  N气=11573i=115730.6=2082N

  因为实际夹紧力的值大于所需要的预紧力,所以次夹具安全系数达到,能够在安全范围内工作。

  4.2.3 定位误差的分析

  因为此夹具并没有牵连定位误差,故我们在这里不需要去分析它。

  4.2.4 夹具设计及操作的简要说明

  由上面的叙述可以知道,在我们设计夹具的同时我们需要考虑劳动生产效率的问题。首先我们应该考虑的是机动夹紧装置而不是选用手动夹紧装置。原因就是这种方法可以大大滴提高生产效率。我们考虑到毛坯料是铝合金,且切削力小,而且又是精加工,想要把工件夹紧,就需把气缸直径扩大,如果扩大气缸的直径就会使夹具体积变大。因此,第一步我们需要把切削力减小。现在通常索要采用的的方案有三种:第一种,减小切削深度,以此来减小低切削力;第二种方案选取一种比较合适的的杠杆夹紧机构;第三种在可能的情况下,增高压缩空气的工作压力(由0.4MPa增至0.5MPa),来提高气缸推力。我这个是气动夹具首先气缸的活塞下降压板抬起,使得工件可以放进去。压板下面的三个支撑杆一个可以活动两个固定的,将轴架放在支撑杆上,通过调节可以活动的螺母使得所要加工的轴架表面处于一个水平位置,此时有一个三角形结构限制了X,Y的转动和移动,又使用了一个支撑销限制了Z轴的移动,最后使用一个螺母限制了Z轴的转动。最后气缸活塞上升使得压板下降从而压紧工件 [15]。

  气动夹紧的气动原理图如下图5.1所示:

  图5.1气动原理图

  结束语

  1 该毕业设计是培养我综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题的能力。

  2 完成毕业设计以后,我们再回头看看,这次设计其实本身是有那么一些难度的,但这个毕设重要的是在学习过程中找到快乐。

  3 从这次毕业设计中我们可以学到很多东西,培养了自己思考分析和解决问题的能力,而且我们要学会把书本上的知识运用到日常生活中

  4 此次做毕业设计的过程会把我们的优缺点都给暴露出来,有许多不足的地方需要我以后更加注意。

  5 这次毕设的完成过程可能并不是那么顺利,在老师的辛勤指导下,在同学们的帮助下,当然还有自己的辛勤努力,熬过了多少个日夜才把毕设完成。

  6 从这次毕设中我得出了一个结论,我们往往不能只依靠书本上的知识,还需要亲身的实践,还需要提高独立解决问题的能力。

  这一次的毕设让我学到了许多自己在书本上学不到的东西,首先做事情的时候要认真,其次就是做任何事都要自己去努力坚持,不要中途放弃。

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