优秀设计基于液压夹紧的专用夹具设计

【优秀设计】基于液压夹紧的专用夹具设计 毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题:1、题目 基于液压夹紧的专用夹具设计 2、专题 ?支架零件的工艺工装设计 二、课题来源及选题依据 课题来源为无锡某机械有限公司。该课题主要是为了培养学生开发、设计和创新机械产品的能力,要求学生能够结合常规机床与零件加工工艺,针对实际使用过程中存在的金属加工中所需要的三维造型、机床的驱动及工件夹紧问题,综合所学的机械三维造型、机械理论设计与方法、机械加工工艺及装备、液压与气动传动等知识,对高效、快速夹紧装置进行改进设计,从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。 在设计液压系统装置时,在满足产品工作要求的情况下,应尽可能多的采用标准件,提高其互换性要求,以减少产品的设计生产成本。三、本设计(论文或其他)应达到的要求: 该部件工作时,能运转正常; 熟悉有关标准、规格、手册和资料的应用; 拟定零件的机械加工工艺方案,并进行多方案对比分析,进行优化设计; 对现代加工机床所需的快速夹紧系统具有初步分析能力和改进设计的能力; 理论联系实际的工作方法和独立工作能力深化和提高; 设计绘制零件工作图若干;编制设计说明书1份。 四、接受任务学生:机械97 班 姓名 孙 皓五、开始及完成日期:自2012年11月12日 至72013年5月25日六、设计(论文)指导(或顾问):指导教师 签名 签名 签名 教研室主任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012年11月12日摘 要 本文是对支架零件的加工工艺规程进行设计,并针对其中某一道工序进行基于液压的专用夹具设计,并进行了另一工序的普通夹具设计。支架零件作为叉架类零件,其主要加工表面是平面及孔。按照机械加工工艺要求,遵循先面后孔的原则,并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以支架大外圆端面作为粗基准,以支架大外圆端面与两个工艺孔作为精基准,确定了其加工的工艺路线和加工中所需要的各种工艺参数。并按要求对其中一道工序进行了基于液压夹紧的专用夹具设计,在设计中计算了此道工序所受的切削力及切削力矩,进而确定了液压缸的负载,选定整个液压系统的压力,从而确定了液压缸的各参数,绘制了液压夹紧的专用夹具总图。整个加工过程均选用万能机床。 关键词 支架;加工工艺;液压;专用夹具Abstract This article is carries on the design of the bracket components machine process, and the clamp designed based on the hydraulic pressure which aimed at some working process, and has carried on another working procedure ordinary jig design. The bracket components take the boom trestle class components, its main processing surface is the plane and the hole. According to the machine-finishing technological requirement, after following the first surface, the hole principle, and is clear about the hole and the plane processing divides the rough machining and the precision work stage guarantees the working accuracy. The datum choice takes the thick datum by the support big outer annulus end surface, takes the fine datum by the support big outer annulus end surface with two craft holes, had determined in its processings craft route and the processing needs each technological parameter. And according to request to a working procedure has carried on based on the hydraulic pressure clamp unit clamp design. Entire processing process chooses all-purpose machine tool Key words: bracket; processing technic ;special fixture; hydraulic pressure目 录摘 要IIIAbstractIV目 录V1 绪论11.1 本课题的研究内容和意义11.2 国内外的发展概况11.3 本课题应达到的要求22 支架零件的三维造型33 零件的分析103.1 零件的作用103.2 零件的工艺分析104 工艺规程设计114.1 确定毛坯的制造形式114.2 工艺过程设计所应采取的相应措施114.3 定位基准面的选择114.3.1 粗基准的选择114.3.2 精基准的选择124.4 制定工艺路线124.4.1 工艺路线方案一:124.4.2 工艺路线方案二:124.4.3 工艺方案的比较与分析134.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定134.6 确定切削用量及基本工时154.6.1 工序三:铣的端面,铣的端面,铣2的端面。164.6.2 工序四:钻-扩-铰-精铰的孔。184.6.3 工序五:钻-扩-铰-精铰的孔。204.6.4 工序六:钻孔,锪孔,倒角。224.6.5 工序七:铣端面。234.6.6 工序八:粗镗-半精镗-精镗的孔。235 基于液压夹紧的专用夹具设计265.1 设计主旨265.2 夹具设计265.2.1 定位基准的选择265.2.2 定位误差分析265.2.3 铣夹具设计的基本要求275.3 液压缸的设计计算275.3.1 切削力及切削力矩的计算与分析275.3.2 确定系统的工作压力295.3.3 确定液压缸的几何参数305.4 确定液压泵规格和电动机功率及型号325.4.1 确定液压泵规格325.5 确定各类控制阀335.6 管道通径与材料及管接头的选用336 专用普通夹具设计356.1 设计主旨356.2 夹具设计356.2.1 定位基准的选择356.2.2 切削力及夹紧力计算356.2.3 钻套、衬套、钻模板设计366.2.4 活动V形块的设计366.2.5 夹具体的设计366.2.6 夹具精度分析366.2.7 夹具设计及操作的简要说明377 结论与展望387.1 结论387.2 不足之处及未来展望38毕业设计小结39致谢41参考文献421 绪论1.1 本课题的研究内容和意义 机械的加工工艺及夹具设计是在完成大学的全部课程之后,进行的一次理论联系实际的综合运用,使我对专业知识、技能有了进一步的提高,为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计,保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段,合理的机械加工工艺过程是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据,也是企业上品种、上质量、上水平,加速产品更新,提高经济效益的技术保证。 合理的机械加工工艺文件不仅能提高一个企业的技术革新能力,而且可以较大程度地提高企业的利润,因而合理地编制零件的加工工艺文件就显得时常重要。机械加工工艺文件的合理性也会受到企业各方面因素的制约,比如企业的生产设备、工人的技术水平及夹具的设计水平等,其中比较重要的是夹具的设计和生产。夹具是机械加工系统的重要组成部分,无论是传统的制造,或是现代制造系统,夹具设计都非常重要。优化夹具设计可以使产品劳动生产率得到提高,降低生产成本,使加工精度得到提高和保证,同时可以拓宽机床的使用范围,而且在保证精度的前提下可使产品效率提高、成本降低。在企业信息化和激烈的市场竞争的要求下,企业对夹具的设计及制造要求更高。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。 因而不仅要合理结合企业的生产实际来进行零件加工工艺文件的编制,而且还要根据零件的加工要求和先进的加工机床来设计先进高效的夹具。 该课题主要是为了培养学生开发、设计和创新机械产品的能力,要求学生能够结合常规机床与零件加工工艺,针对实际使用过程中存在的金属加工中所需要的三维造型、机床的驱动及工件夹紧问题,综合所学的机械三维造型、机械理论设计与方法、机械加工工艺及装备、液压与气动传动等知识,对高效、快速夹紧装置进行改进设计,从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。 在设计液压系统装置时,在满足产品工作要求的情况下,应尽可能多的采用标准件,提高其互换性要求,以减少产品的设计生产成本。1.2 国内外的发展概况 夹具从产生到现在,大约可以分为三个阶段:第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上,这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具,是加工过程加速和趋于完善;第二阶段,夹具成为人与机床之间的桥梁,夹具的机能发生变化,它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到,夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系,所以对夹具引起了重视;第三阶段表现为夹具与机床的结合,夹具作为机床的一部分,成为机械加工中不可缺少的工艺装备。 在夹具设计过程中,对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员考虑的一般都会比较周全,但夹具设计还是会遇到一些小的问题,这些问题要是处理不好,不仅给夹具的使用造成很多不便,还会影响工件的加工精度。 由于现代加工的高速发展,对传统的夹具提出了较高要求,如快速、高效、安全等。基于液压夹紧的专用夹具设计,必须计算加工工序所受的切削力及切削力矩,按照夹紧方式进行夹紧力的计算,进而可以确定液压缸的负载,通过选定整个液压系统的压力,最终可以确定液压缸的各参数。 随着机械工业的迅速发展,对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求,使多品种,中小批生产作为机械生产的主流,为了适应机械生产的这种发展趋势,必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中,应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具,尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。1.3 本课题应达到的要求 通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合,在对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论及液压与气动传动等相关知识充分掌握后,分析金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据,结合液压与气动传动的相关理论知识,完成液压传动方案分析及液压原理图的拟定,设计液压专用夹具的驱动、夹紧装置,并进行主要液压元件的设计与选择及传动系统的验算校核等,来达到产品的最优化设计。 针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题,综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识,设计出一套适合于实际的零件加工工艺路线,从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。2 支架零件的三维造型 打开AutoCAD,单击“视图”工具栏上的主视图标,画一条垂直的中心线,再画六条与垂直相交的水平中心线,上下间距上边为45mm下边为43mm。如图2.1所示: 由图2.1所确定的交点,以最下面第三个交点作为圆心分别作、的同心圆,再将所作两圆选中,并进行拉伸,拉伸高度为39mm。其作图过程如图2.2所示,拉伸结果如图2.3所示:(拉伸命令ext)。 选中所做的两个柱体,单击复制,以端面圆心为基点,移动39mm。分别如图2.4、2.5所示: 再按图2.1所确定的交点,以最上边第一个交点作为圆心分别作、的同心圆,再将两圆选中,进行拉伸,拉伸高度为72mm。其过程和结果分别如图2.6、2.7所示: 继续按图2.1所确定的第一个交点为圆心分别作、的同心圆,并选中所做的两圆,反向拉伸,高度为18mm。其结果分别如图2.8、2.9所示: 在刚刚拉伸的实体前端面确定为作图面,并确定圆心作圆,再选中的圆,进行拉伸,高度为18mm。其作图过程结果分别如图2.10、2.11所示: 选中刚刚拉伸的柱体,单击复制,以外端面圆心为基点,移动18mm,其作图过程结果分别如图2.12、2.13所示: 按图2.1所确定交点,以中间的交点为圆心作的圆,再选中的圆,进行拉伸,高度为36mm。其作图过程和结果分别如图2.14、2.15所示 。 以实体圆高度的对称位置作为基面,画出8846mm长方形的作为连接肋板的基面,再选中长方形进行拉伸,高度为6mm。其作图过程与结果分别如图2.16、2.17所示: 选中8846mm长方体,单击复制,以图2.1中最底下交点作为基点,移动6mm,其过程与结果分别如图2.18、2.19所示: 再以刚刚拉伸出的肋板背面作为基面,以中心线为中心确定8812mm的长方形作为另一个十字肋板的基面,选中此长方形,进行拉伸,高度为16mm,其作图过程与结果分别如图2.20、2.21所示。 接着选中刚拉伸出的8812mm长方体,单击复制,图2.1中最底下第三个交点作为基点,向前移动16mm,其作图过程与结果分别如图2.22、2.23所示。 在以图2.2中拉伸出的的圆柱实体作为基面,按坐标确定圆心分别作两个、的同心圆,并将此两圆选中,进行拉伸,其高度为32mm。作图过程与结果如图2.24、2.25所示。 再按坐标确定圆心作的圆,选中的圆进行拉伸,高度为23mm。其作图过程与结果分别如图2.26、2.27所示。 对拉抻好的实体进行孔的差集处理,再点合集,将所有外圆选中,然后右击,再点差集,选中外圆,按Enter键, 在选中所要除去的部分,按 Enter键。其作图结果分别如图2.28所示。 对造型好的零件进行倒角,点倒角,选择第一条直线,指定基面的倒角距离为1,与其他基面的倒角距离为1,选择倒角的边,按Enter键。结果如图2.29所示: 确定位置,作一直角三角形,单击面域,选中三角形的三条边,右击确定;单击旋转,选中三角形,右击确定,选中围绕旋转的轴,按Enter键,旋转角度,按Enter键。作图过程与结果分别如图2.30、2.31所示: 点差集,选中外圆,右击确定, 在选中所要除去的部分,按 Enter键。如图2.32、所示: 进行圆角的处理,选中所要倒的角的边,按Enter键,输入半径,按Enter键,再选中所要倒的角的边,按Enter键。如图2.33所示: 支架的最终造型如图2.34和2.35所示。3 零件的分析3.1 零件的作用 课题所给的零件属于叉架类零件,叉架类零件在机器中一般都是组成传力构件的,在工作中也是大部分承受较大的冲击载荷,受力情况比较复杂,由于这些零件在机器中起不同作用,其形状和结构有较大的差异,其共同点是:不易定位,外形复杂;大、小头是由细长的杆身连接的,所以弯曲刚性差,极易变形。 支架零件图如图3.1所示。 3.2 零件的工艺分析 支架由零件图可知共有两个加工表面,他们有一定的位置要求。现分述如下: 1、孔为中心的加工表面。 这一组加工表面包括:的端面和的端面铣削,尺寸为的孔,孔表面粗糙度要求为,尺寸为孔,倒角。其中,主要加工表面为的孔。 2、两个的孔为加工中心的加工表面。 这一组加工表面包括:的两个端面的铣削,尺寸为二孔。其中主要加工表面为二孔。 这两组加工表面之间并没有一定的位置要求,但对于这两组加工表面而言,可以先加工其中一组表面,然后借助于专用夹具加工另一组表面,这样就可以很好的进行加工。4 工艺规程设计4.1 确定毛坯的制造形式 根据零件的功用分析,可以确定零件的材料为HT200。考虑到零件在运行过程中所受冲击不大,零件结构比较简单,生产类型为大批量生产,故采用铸造毛坯。 考虑到零件在工作过程中有冲击载荷,并为了改善零件的切削加工性,故零件毛坯热处理采用正火。4.2 工艺过程设计所应采取的相应措施 由以上分析可知。该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说,保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此,对于该零件来说,加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度,处理好孔和平面之间的相互关系。 该类零件的加工应遵循先面后孔的原则:即先加工零件的基准平面,以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。换挡拨叉的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大,用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固,因而容易保证孔的加工精度。其次,先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件,便于对刀及调整,也有利于保护刀具。 换挡拨叉零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则,将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。4.3 定位基准面的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准选择得正确、合理,可以保证零件的加工质量,提升生产率。否则,就会使加工工艺过程问题百出,严重的还会造成零件大批报废,使生产无法进行。 4.3.1 粗基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求: (1) 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面,则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 (2) 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如:机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准,加工床身的底面,再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量,使表层保留而细致的组织,以增加耐磨性。 (3) 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 (4) 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准,以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准,必要时需经初加工。 (5) 粗基准应避免重复使用,因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 所以对于本零件来说,加工和两个的三孔时,采用两夹两顶的方法来加工,即利用一组共两个长V形块分别夹和的外轮廓面作主要定位,并在的外轮廓面和的端面用两个辅助支撑,达到完全定位。 4.3.2 精基准的选择 精基准的选择主要应该考虑基准重合问题。如果设计基准和工序基准不重合,那么应进行尺寸换算。4.4 制定工艺路线 制定工艺路线的出发点是使零件的尺寸精度、位置精度和几何形状等技术要求能得到合理的保证。在确定生产纲领为大批生产的情况下,可采用万能机床配用专用工夹具,并尽量用工序集中以使生产率得到提高。除此以外,还应考虑经济效果,以便降低生产成本。 初选的零件加工工艺路线如下: 4.4.1 工艺路线方案一: 工序一:铸造 工序二:热处理,正火。 工序三:粗铣-精铣两孔的端面。 工序四:钻-扩两孔.。 工序五:铣的端面。 工序六:粗铣-精铣两孔的端面。 工序七:钻、扩、铰孔.。 工序八:钻孔,锪孔,倒角。 工序九:钳工。 工序十:终检。 4.4.2 工艺路线方案二: 工序一:铸造。 工序二:热处理,正火。 工序三:铣的两端面。 工序四:铣的两端面。 工序五:钻的孔,2的孔。 工序六:扩的孔,2的孔。 工序七:钻孔,并锪孔,并倒角。 工序八:粗镗-精镗的孔。 工序九:粗磨-精磨的孔。 工序十:钳工。 工序十一:终检。 4.4.3 工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于:方案一是先粗铣-精铣两孔端面,钻-扩二孔,然后再铣的端面,粗铣-精铣二孔端面,钻、扩、铰孔.,最后钻孔,锪孔,倒角。而方案二先铣的两端面,铣的两端面,钻的孔,2的孔,扩的孔,2的孔,钻孔,并锪孔,并倒角,最后粗镗-精镗的孔,粗磨-精磨的孔。方案二比方案一在操作时减少装夹,节省时间,提高效率,但在镗孔前先铣的端面,而方案二又粗磨-精磨的孔,而没有在铣2的端面后,铣的端面再装夹粗镗-半精镗-精镗的孔,从而造成基准不重合的加工误差。故将钻-扩-铰-精铰的孔放在铣的端面前面。 因此最后的加工路线确定如下: 工序一:铸造。 工序二:热处理,正火。 工序三:铣的端面,铣的端面,铣2的端面。粗铣的端面,以的端面为基准,铣铣的端面,铣2的端面,选用X51立式铣床和专用夹具。 工序四:钻-扩-铰-精铰的孔。选用Z525立式钻床和和专用夹具。 工序五:钻-扩-铰-精铰的孔。选用Z525立式钻床和和专用夹具。 工序六:钻孔,锪孔,倒角。 工序七:铣的端面。以的端面为基准,选用X51立式铣床和专用夹具。 工序八:粗镗-半精镗-精镗的孔。选用Z525立式钻床和和专用夹具。 工序九:钳工。 工序十:终检。 以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡片。4.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “支架”零件材料HT200,硬度为148222HBS,生产类型为大批量生产,采用铸造毛坯。 选择工序间加工余量的主要原则: 1、应采用最小的加工余量,以求缩短加工时间,并降低零件的制作费用; 2、加工余量应能保证图纸上所规定的表面粗糙度及精度; 3、决定加工余量时应考虑零件热处理时引起的变形,否则可能产生报废; 4、决定加工余量时应考虑所采用的加工方法和设备,以及加工过程中零件可能发生的变形; 5、考虑零件的大小,零件越大,则加工余量也越大; 各种毛坯的表层厚度如表4-1所示。 表4-1 各种毛坯的表层厚度单位:mm自由锻件模锻件铸件磁 钢1.5磁 钢1灰口铸铁14合金钢24合金钢0.5铸钢25 根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下: 1、铣、和2的端面 考虑其表面粗糙度要求为,只要求粗加工,根据机械加工工艺手册表2.3-5,取2Z3mm已能满足要求。 2、加工的孔 考虑到其表面粗糙度的要求为,其加工方式可以分为钻,扩,铰三个步骤,根据机械加工工艺手册表2.3-48,确定工序尺寸及余量为:钻孔:扩孔: 2z1.5 mm铰孔:2z0.5 mm 3、加工22mm的孔 其表面粗糙度的要求较高为,其加工方式可以分为钻,扩,铰三个步骤,根据机械加工工艺手册表2.3-48,确定工序尺寸及余量为:钻孔:扩孔: 2z1.5 mm铰孔:2z0.5 mm 4、铣的端面 考虑到其表面粗糙度要求为,只要求粗加工即可,根据机械加工工艺手册表2.3-5,取2Z3mm已能满足要求。 5、加工的孔 其表面粗糙度要求较高为,其加工方式可以分为钻,扩,铰三步,根据机械加工工艺手册表2.3-48,确定工序尺寸及余量为:粗镗孔: 2z3 mm半精镗孔: 2z1.5 mm精镗孔: 2z0.5 mm 按以上原则确定的零件毛坯图如图4.1所示。 4.6 确定切削用量及基本工时 由第二章中分析可知,支架类零件主要由平面和孔所组成,而由肋板来进行孔与平面的连接,故从零件结构分析中可知:支架类零件的加工主要也是由铣削和钻削组成。 对于铣削加工,为了提高劳动生产率,常采用多齿铣刀进行加工,并且由切削设计手册可以查得各种铣削情况下每齿的进给量及铣削加工时的推荐铣削速度。 铣削时每齿进给量和铣削速度推荐表分别如表4-2和表4-3所示。表4-2 铣削每齿进给量f的推荐值刀具材料推荐进给量/(mm/z)高速钢圆柱铣刀钢0.100.15铸铁0.120.20端铣刀钢0.040.06铸铁0.150.20三面刃铣刀钢0.040.06铸铁0.150.25硬质合金铣刀钢0.100.20铸铁0.150.30表4-3 铣削速度V的推荐值工件材料铣削深度说 明高速钢铣刀硬质合金铣刀2020451501901、粗铣时取小值,精铣时取大值2、工件材料强度和硬度高时取小值,反之取大值3、刀具材料耐热性能好取大值,耐热性能差取小值45203512015040Cr15256090HT150142270100黄铜3060120200铝合金112300400600不锈钢162550100 4.6.1 工序三:铣的端面,铣的端面,铣2的端面。 加工条件: 工件材料:HT200,铸造 加工要求:铣的端面,铣的端面,铣2的端面,表面粗糙度值为。 机床:X51立式铣床。 刀具:高速刚圆柱形铣刀 粗齿数,细齿数。 铣削深度:。 每齿进给量:根据机械加工工艺师手册表30-13,取。 铣削速度:参照机械加工工艺师手册表30-23,取。 机床主轴转速n: 式(4-1) 取,代入公式(4-1)得 根据机械加工工艺师手册表11-4,取 实际铣削速度: 工作台每分进给量: 式(4-2) 取,代入公式(4-2)得: 取 (1) 铣的端面 根据机械加工工艺手册 被切削层长度:由毛坯尺寸可知 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间: 式(4-3) 取,代入公式(4-3)得: 故铣的端面机动工时为: (2) 铣的端面 根据机械加工工艺手册 被切削层长度:由毛坯尺寸可知 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间为: 取,代入公式(4-3)得: 故铣的端面机动工时为: (3) 铣2的的端面 根据机械加工工艺手册 被切削层长度:由毛坯尺寸可知 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间为: 取,代入公式(4-3)得: 故铣的端面机动工时为: 故本工序机动工时为: 4.6.2 工序四:钻-扩-铰-精铰的孔。 机床:Z525立式钻床 刀具:麻花钻、扩孔钻、铰刀 (1) 钻孔 切削深度: 进给量:根据机械加工工艺师手册表28-10,取。 取切削速度 取,代入公式4-1得 机床主轴转速:, 根据机械加工工艺师手册表9-3,取 实际切削速度: 被切削层长度: 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间: 4-4 取,代入公式(4-4)得: (2) 扩孔 切削深度: 进给量:根据机械加工工艺师手册表28-10,取。 取切削速度 取,代入公式得 机床主轴转速: 根据机械加工工艺师手册表9-3,取 实际切削速度: 被切削层长度: 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间为: 取,代入公式(4-4)得: (3) 铰的孔 切削深度: 进给量:根据机械加工工艺师手册表28-10,取。 取切削速度 取,代入公式得 机床主轴转速: 根据机械加工工艺师手册表9-3,取 实际切削速度: 被切削层长度: 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间为: 取,代入公式(4-4)得: 故本工序机动工时为: 4.6.3 工序五:钻-扩-铰-精铰的孔。 机床:Z525立式钻床 刀具:麻花钻、扩孔钻、铰刀 (1) 钻孔 切削深度: 进给量:根据机械加工工艺师手册表28-10,取。 取切削速度 取,代入公式4-1得 机床主轴转速:, 根据机械加工工艺师手册表9-3,取 实际切削速度: 被切削层长度: 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间: 4-5 取,代入公式(4-5)得: (2) 扩孔 切削深度: 进给量:根据机械加工工艺师手册表28-10,取。 取切削速度 取,代入公式得 机床主轴转速: 根据机械加工工艺师手册表9-3,取 实际切削速度: 被切削层长度: 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间为: 取,代入公式(4-5)得:(3)铰的孔 切削深度: 进给量:根据机械加工工艺师手册表28-10,取。 取切削速度 取,代入公式得 机床主轴转速: 根据机械加工工艺师手册表9-3,取 实际切削速度: 被切削层长度: 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间为: 取,代入公式(4-4)得: 故本工序机动工时为: 4.6.4 工序六:钻孔,锪孔,倒角。 机床:Z525立式钻床 刀具:麻花钻,锪钻 (1) 钻孔 切削深度: 进给量:根据机械加工工艺师手册表28-10,取。 取切削速度 取,代入公式4-1得 机床主轴转速:, 根据机械加工工艺师手册表9-3,取 实际切削速度: 被切削层长度: 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间: 4-5 取,代入公式(4-5)得: (2) 倒角。采用锪钻。为缩短辅助时间,取倒角是的主轴转速与扩孔时相同:,手动进给。 4.6.5 工序七:铣端面。 同工序三,故根据机械加工工艺手册 可得: 被切削层长度:由毛坯尺寸可知 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间为: 式(4-3) 取,代入公式(4-3)得: 故本工序机动工时为:4.6.6 工序八:粗镗-半精镗-精镗的孔。 机床:T68卧式镗床 刀具:镗刀、镗刀 (1) 粗镗孔 切削深度: 进给量:根据机械加工工艺师手册表28-10,取。 切削速度 取,代入公式4-1得 机床主轴转速:, 根据机械加工工艺师手册表9-3,取 实际切削速度: 被切削层长度: 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间: 4-5 取,代入公式(4-5)得: (2) 半精镗孔 切削深度: 进给量:根据机械加工工艺师手册表28-10,取。 切削速度 取,代入公式得 机床主轴转速: 根据机械加工工艺师手册表9-3,取 实际切削速度: 被切削层长度: 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间: 取,代入公式(4-5)得: (3)精镗的孔 切削深度: 进给量:根据机械加工工艺师手册表28-10,取。 取切削速度 取,代入公式得 机床主轴转速: 根据机械加工工艺师手册表9-3,取 实际切削速度: 被切削层长度: 刀具切入长度: 刀具切出长度: 走刀次数为1 机动时间: 取,代入公式(4-5)得: 故本工序机动工时为:5 基于液压夹紧的专用夹具设计 为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,通常需要设计专用夹具。 经过与指导教师协商,决定设计出铣外圆和两个外圆端面的液压夹紧式铣夹具及钻和两个的三孔的钻床夹具。铣外圆端面的液压夹紧式铣夹具用于立式铣床,适合于批量生产,铣刀采用立铣刀,其主切削刃有四个,也即是其有4个刀齿,其结构图如图5.1所示。钻和两个孔的钻床夹具用于立式钻床,适合于批量生产,刀具分别采用麻花钻、扩孔钻及铰刀,加工出来作为后续加工的工艺孔使用。5.1 设计主旨 本夹具主要用来铣外圆和两个外圆端面,从零件图中可以知道这两个端面有一定的粗糙度要求,对于尺寸精度与两表面间位置精度没有严格的要求。但是在加工本工序时没有任何孔来定位,也不能利用其端面来进行定位,且是进行过时效处理的毛坯件,为了方便三孔的加工及在以后的工序中孔的端面能起到定位作用,因此,本道工序主要是利用毛坯件的外圆表面来作为粗基准对零件实行定位与夹紧,并考虑通过液压夹紧来实现提高劳动生产率、降低劳动强度和安全高效等目的。5.2 夹具设计 5.2.1 定位基准的选择 由零件图可知,有外圆和外圆可以利用,因此采用V型块进行装夹,采用一个活动的V型块和一个固定的、宽V型块来进行定位装夹,这样总共限制6个自由度,并在外圆和外圆的下面采用辅助支承来进行辅助定位,因为从零件图的结构分析中可以知道,圆弧的壁厚比较薄,刚性比较差,因此辅助支撑可以把刚性差的问题避免了,活动V形块采用液压缸来进行驱动,通过快速油缸和固定V形块来对工件进行夹紧,实现快速、安全装夹, 提高劳动生产率。 5.2.2 定位误差分析 工件在夹具中的位置由定位基准与定位元件相接触或配合来确定的,然而工件与定位元件均有制造误差,就会使一批工件在夹具中的位置不一致,从而导致工件工序尺寸的误差,这就是定位误差。 该夹具由计算分析知道基准不重合误差为零,基准位移误差也为零所以没有定位误差。 因此能满足零件的加工要求。 5.2.3 铣夹具设计的基本要求 如前所述,在设计夹具时,为了提高劳动生产率,应着眼于机动夹紧,本道工序的铣床夹具就选择了用液压缸推动活动V形块对工件进行夹紧。本道工序由于是粗加工,切削力较大,为了夹紧工件,势必要增加系统压力或增大液压缸直径,系统压力增高不利于系统安全,而增大液压缸直径会使使整个夹具过于庞大。因此,应设法降低切削力。目前采取的措施有三个:一是提高毛坯的制造精度,使最大背吃刀量降低,以降低切削力;二是选择比较合适的液压缸结构,增大夹紧时的力臂以降低夹紧力;三是在可能的情况之下,适当提高夹紧力,来满足夹紧的要求。 夹具上还需要装有对刀块,可使夹具在一批零件加工之前与塞尺配合使用很好的对刀;同时,夹具体底面上的一对U型槽可使夹具在机床工作台上有一正确的安装位置,以利于铣削加工。5.3 液压缸的设计计算 设计要求是做任何设计的依据,液压与气动夹具设计时要明确液压与气动传动系统的动作和性能要求,这里一般要考虑以下几方面: 1)该设备中,哪些运动需要液压或气压传动完成,各执行机构的运动形式及动作幅度; 2)对液压或气压装置的空间布置、安装形式、重量、外形尺寸的限制等; 3)执行机构载荷形式和大小; 4)执行机构的运动速度,速度变化范围以及对运动平稳性的要求; 5)各执行机构的动作顺序,彼此之间的联锁关系,实现这些运动的操作或控制方式; 6)自动化程度、效率、温升、安全保护、制造成本等方面的要求; 7)工作环境方面的要求,如温度、湿度、振动、冲击、防尘、防腐、抗燃性能等; 另外对主机的功能、用途、工艺流程也必须了解清楚,力求设计的系统更加切合实际。 5.3.1 切削力及切削力矩的计算与分析 对执行元件的工况进行分析,就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律。通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值列表表示,必要时还应作出速度、负载随时间(或位移)变化的曲线图(称为速度循环图、负载循环图和功率循环图)。 在一般情况下,液压和气压系统中气缸承受的负载由六部分组成,即工作负载、导轨摩擦负载、功率、惯性负载、重力负载、密封负载和背压负载,前五项构成了液压缸所要克服的机械总负载。 这里为了方便起见,只是将铣削时产生的铣削力矩作为液压缸的工作负载,其余的负载这里没有考虑(只需要按照一定的工作方式进行计算即可)。 根据加工需要,该系统的工作循环也较为简单:快速前进?工进-快速后退?原位停止。 根据调查研究和工作系统要求,快速前进和快速后退的速度约为7.5m/min,工进速度约为1.5m/min,不考虑换向及启动时间、动静摩擦系数等因素,液压缸的机械效率取0.9。 由于本道工序主要完成外圆和两个外圆端面加工,为后续孔的加工及工件的定位提供良好的基准,但在铣削过程中由于铣刀所产生的铣削力对工件产生的附加转矩会造成工件的加工误差,因而必须对工件所受的铣削力和铣削力矩进行计算分析,从而设计出符合要求的夹紧装置。 对液压缸的设计计算主要是以铣削力矩为主进行理论计算,以工件加工中所需的夹紧力来设计液压缸的结构参数,以实现工件快速、高效、安全装夹所需要的行程来确定液压缸的理论行程,因而需要对工件所受的夹紧力和夹具的结构进行分析。 1) 切削力的计算 切削力的计算可通过试验的方法,测出各种影响因素变化是的切削力数据,加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式,称为切削力计算的经验公式。在实际中使用的切削力经验公式有两种:一是指数公式;二是单位切削力。这里为了方便起见,以单位切削力进行切削力的计算。单位切削力是指单位切削面积上的主切削力,用Fc表示。 由切削手册得主切削力公式: 式中:、是指切削用量的系数和指数,可查相关设计手册; ?铣削深度,mm; ?每齿进给量,mm/Z; ?铣削宽度,mm; ?铣刀齿数, ?铣刀每秒转速,m/s; ?铣刀直径,mm; ?切削条件改变时的修正系数; 代入数据可得工件所受的切削力:。 2) 铣削力矩计算 由切削手册得铣削力矩公式: 式中:?铣削力矩,; ?铣削力,; ?铣刀直径,; ?铣刀齿数, 代入数据可得:。 3)液压缸负载的计算 在夹具设计时采用了由液压缸带动一个固定V形块及一个活动的V形块对工件实施夹紧,工件所需要的夹紧力是由这个液压缸提供的,因此需要计算气缸所受的负载,液压缸所应提供的夹紧力Q可按如图5.2所示夹紧情况来进行计算。 由图5.2可知: 式中:M-铣削力矩,; F-夹紧力,; L?力臂,; 代入数据可得:F1025N。 5.3.2 确定系统的工作压力 工作压力是确定液压执行元件结构参数的主要依据,它的大小直接影响液压执行元件的尺寸和成本,甚至整个系统的功能。工作压力选得高,执行元件和系统和结构紧凑,但对液压执行元件的强度、刚度及密封要求高,且要采用较高压力的油液,整个系统消耗的功率也大,也不满足现在所提倡的绿色加工;反之,如果工作压力选得低,就会增大液压执行元件及整个系统的尺寸,使结构变得庞大。所以应根据实际情况选取适当的工作压力。液压执行元件的工作压力可以根据总负载的大小或主机设备类型进行选取。 因为夹紧液压缸的作用力最大,所以可以按其工作负载来选定系统的压力。 由表5-1可以初定系统的压力为0.81Mpa,为使液压缸体积紧凑,适当提高系统压力,可以