K02-I轴轴承座加工工艺和夹具设计【I轴法兰盘钻3Xφ9mm孔】（全套含CAD图纸）
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可持续夹具及固定装置的高精度安装的方法论 J. 国巴斯大学机械工程学系 摘要 在夹具安装阶段，夹具组件的精确测量能力决定其精确性，尤其是对大尺寸的产品和应用来说。大量定制一些在设计上有多样性的小批量产品和零部件是十分重要的。产品质量应该与迅速转换理念相互协调，对于敏感元器件及组件而言，以牺牲产品质量来提高速度是不明智的，例如在航空航天工业中所看到的那些零部件。提高精确性对于夹具的安装是很有必要的，为了要尽量少用，这可取决于夹具和夹具定位变化的耐受 性预算。在航空航天工业中，灵活和可重构夹具的概念的发展及固定装置是夹具的主要开销成本。吸引他们的是重构夹具的可重用性，可持续使用是由于那些零部件也能够被重新应用到许多种产品和装配中去。一直不佳的准确性和可靠性为这类夹具的缺点，这篇论文主要是研究可持续夹具主要零部件的精确定位，影响夹具性能的因素在安装阶段会得以审查。本文介绍了一种在灵活夹具中为了最大限度地减少定位和夹紧的不确定性的方法。 关键词 :可持续性夹具；夹具安装；校准不确定性；夹具的监测；计量； 可重复使用的夹具 1 引言 质量和可靠性等因素 早已经转换为新零件固有的特征。在他们的产品和服务范围内，近期市场趋势已经迫使制造业走向大规模定制。其次增加新陈品的多样化设计在部件和组件级别上遵循第二次高幅度的变化。有先进制造系统和技术的国家提供了更多的灵活性，能使设计师更加自由的发挥想象。例如在过去几十年发展起来的一种新的大体积测量方法，就能测量及公丈的距离。用来检测大尺寸零件的这些设备通常是由多个组装部件所制造出来的。在重组和装配期间，那些大尺寸产品的制造需要用到专用的夹具和固定装置，以便于他们的零部件能够被定位在设计基准上。对于大批量产品，在计算机辅 助软件上就能估算出其主要的花费需求，否则，在某些情况下或以其他方式生产的产品成本可能会是非常高的。这个问题与客户不断用钱来寻求具有更高价值的市场需求相互矛盾。用一种典型的变化产品可以创建一个更加具有持续性的商业，因为它能够满足相对比较大地市场需求。由支持产品变化的不同形状的产品而形成的灵活和可重构夹具及固定装置则是应对上述挑战关键的解决方案。灵活夹具的概念已经在研究领域存在了几年 1。然而，它们在很大程度上没有充分利用真正的生产设施，尤其是大尺寸产品的制造，如航空航天设备。这是由于关于它们的初始安装、校准 困难和可重复性等挑战往往超出公差要求。这些夹具和高品质关键部件装置的制造以及大量的集成计量系统，都可以减少上述限制。本文包括了有关安装的计量问题和灵活的夹具校准以及检测服务。 2 相关工作 型零件的制造和装配 通常把要精密制造的机械零件移动到机床工作台是必需的，先进行粗加工，然后精对准和夹紧。在这个阶段，一方面是准备用于加工高精度的关键所在，然而，这对于一些大尺寸或重的零部件并不总是可以实现的。大型产品是指那些与一些不经济的可能需要处理或在工厂周围移动的的组件一起来达到制造和装配的目的 2。制造业和 这些部件的装配工艺包括所需机器和系统的运动以及这些部件的位置和方向。这些零部件通常定位在大尺寸夹具及固定装置上该定位的位置。如果这些部件以小批量生产，在航空航天工业、高开销的情况下，每个产品将会出现。在设计和制造夹具上，已经有了许多尝试，以便于能够持有许多种组件的变种。然而，这方法是不可行的，因为敏感或关键的零部件完全是由它们的 高精度要求所决定的。与固定的夹具相比较，可调、可重构夹具会产生更低的重复性。固定夹具有固定的方式，可以通过焊接或铆接的接头固定在一起来实现。这些机械故障，例如夹具和固定装置由于疲劳和 塑料变形就是一个终止其服务的主要原因，发送它们再进行回收。小批量制造的需求是目前常见的淘汰不合格夹具，其使用寿命取决于产品的生命周期。换句话说，在制造变种零件停止不久之后，与之有关联的夹具和固定装置将会变得多余。即使夹具有工作顺序，但它们仍然有报废并送往循环再造。这种方法会带来高负担回收的能耗。在大尺寸零件下的固定夹具和夹具的漂移以及夹具都能影响大尺寸零件组装的精确性 5。对于大尺寸的夹具已经开发出了几种分析夹具刚性的方法，可用来评估振动的影响因素。在任何情况下更加可持续生产要通过选择性方案才能得以实现。 如图 图 型的大型夹具元件 用于制造所延误的时间是固定夹具的又一重大缺点，这些夹具应该在制造前就被订购，在生产计划和产品上市前还可以创建额外的复杂性。不管他们的类型，大型夹具有一些共同的元素，包括一个主框架、内在的框架，有可能有一个或数多个可移动的机制或更小的组件，如钳、套管、皮卡和可调螺丝 表 1。 性夹具 开发的柔性夹具的概念增加了其可持续性、快速转换以及降低了成本。现在可以使用现成的模块来设计和组装夹具。根据规定，只有极少数夹具的专用零件需要设计和制造。以这种概念看，大 多数散装部件、附件关节都应用的很具体。一旦产品设计变异完全制造出来，然后就可以拆卸上述组件和重组成一种新的元 件来与未来的设计变异相匹配。因为组装和组件范围上的设计都相当接近，所以这种方法是最能降低夹具成本的。 根据组件的变化水平和工作类型的需求，每一个不同比例的柔性夹具都需要被重新安排。为了增加使用这种类型夹具的效益，这个问题在设计阶段考虑是十分重要的。例如，在可能的情况下，皮卡车的位置和三维定位夹具上的组件的不同变种，甚至完全不同的部分应该是在靠近增加兼容性和夹具子系统间变性。夹具关键部件的收集在短期内能 保证所需夹具的可用性。另外，这些夹具的存储需要很少空间，因为拆除所有模块是可能的，通常以脚手架的形式并把它们彼此放在一起。目前在一些汽车公司应用到柔性夹具，因为它们的精度等级是足够满足的。大尺寸制造的夹具设施尽管没有许多柔性夹具那样操作灵活，比如航空航天设备。准确性和定位销的不确定性、夹具的可重复性以及夹具结构的漂移都出现这样一个事实，这些夹具在发电和航空航天等工业不能满足公差要求。一旦它们的精度问题得以解决，这些夹具在上述的工业中将会有很高的利用价值。 图 具与汽车行业中的可重构组件 大量的体积 计量系统和技术一直有许多新的发展。依靠计量系统和技术的现代激光技术现在就能够测量一些可接受精度的大尺寸产品甚至到几公丈的产品。在安装和初期安装调试期间，这些系统能够用来精确定位一些夹具的关键部件。 夹具的安装通常开始形成机架或主要框架，然后是那些大的部件和像皮卡和夹具那样逐渐更小的零部件。计量系统能够用于柔性夹具的主要框架和其内部框架的安装，从而来保证每个零部件彼此之间的准确定位。表 1 显示了这些大规模的测量系统数。跟踪系统能够测量基准点，它是实现这一目的的最合适的测量系统。一起跟踪球式反射镜在三维空间内都可 以认准所要记录的位置。球式反射镜可以直接练习目标对象来提供几何位置信息或可以在机械重复的球式反射镜下 应用，从这个角度用激光来跟踪目标或短期目标。像一些其他测量仪器的激光跟踪有时候不确定，在夹具的安装过程中需要做以说明。此外，激光跟踪和目标点之间的光线问题还应该考虑到。如果必要的话，多个跟踪职位都可以使用，在实际测量活动中，其结果必然是伴随着一个不确定的说明。经过测量，这些给定的分散的特征值是合理的，这个问题与一些夹具或夹具的安装及以后的审核都是一样的。这些知识阐明了一个给定的定位夹具的能力和装配任务。换句话 说，它表示在其相关流程中一套夹具是否能够满足公差要求。 具理论比较 为了用于多种生产装置和组装应用，在不同的公司也有大量不同形状和设计的夹具。这些夹具中的某一些的形式都是标准形式，然而另一些是经过专门设计和制造的特殊零部件。后者可以说是建立在产品的复杂性和大规模的基础上的，所以可能会是非常昂贵的 9。 无论成本和目的如何，制造和组装过程都可以完成，要么不使用夹具，要么用固定帧夹具或用可重构或柔性夹具。表 2 对它们的典型应用的这些方法做出了比较。 固定框夹具通常用于重型应用上，它们更适合于应用在能够减 轻花费开销的大量产品上。 对于制造业和大型组装及复杂产品来说，柔性夹具的应用有很多好处。特别是在研究和发展工作中，以及低容量产品的情况下，制造柔性夹具和夹具可能会是非常有益的。除了在时间和金钱上使利益均衡外，柔性夹具还会有一个更加灵活的设计思路。由于在夹具的制造和装配过程中，会直接和经常改变夹具的拓扑成本。与传统夹具相比较，这种类型的柔性夹具的可重用性和可重构性是一个主要的优点。这一点尤为重要，因为它在绿色制造方面符合行业的发展方向，通过回收使用系统的组成部件，为相关项目的工装费用降低了项目成本。 表 于验证夹具大量的例子、便携式测量仪器 仪器 辅助部件 测量类型 接触式 非接触式 图像 激光跟踪仪 赛立信探头 是 T 型探头 是 激光雷达 球形目标 是 摄影 目标 是 光投影 是 关节臂 三坐标测量机 基于激光扫描头 是 接触探头 是 性夹具的安装 本节中描述的夹具在安装过程中需要考虑一些问题。夹具元件安装在合适位置可以说是一种挑战，尤其是当定位公差比较小时，柔性夹具也应当被监测以便于开发和与传统夹具相比较它们的刚性。 给出了一个通用的描述阶段根据初步夹具安装在仿真软件环境和利用一些尺寸为 5m 4m 3m 的大尺寸夹具的实际实验结果来测量指令阶段。这是不论这个夹具是否是第一次安装在夹具中还是对已经存在的夹具只做外形上的更换，其都是为了定位不同的零部件。 根据其复杂性，一种典型的大尺寸夹具具有三至五个结构。通常除了有一个主框架之外，在每一个级别的基本水平， 也可以由一个或多个结构。这些结构用来作为参考以便于作为夹具基准来定位。在一个自动化固定的平台上，机器系统会进行多项任务，比如定位、加工和进行装配。因此机器人的工作基准与夹具的工作框架相联系。仔细考虑夹具的综合数据，会确保后续安装达到预期的公差要求。 试辅助柔性夹具的安装 柔性夹具的安装在第一次进行模拟仿真时有几个安装阶段。使用模拟演习，在这个工程中可以减少一些潜在的错误和返工。测量辅助安装过程是类似的跟踪对象位置的过程，是常见的大尺寸组件用到的。夹具的组件先用这种方法使其大致位置公差在 1，然后当所有的夹具组件被放到所设计的位置时，在 差内，它们可以使用适当的扭矩收紧。典型的计量协助柔性夹具安装阶段如下： 在出厂时设置初试参考结构； 测量初始参照系； 安装基地或其位置的主框架； 安装脱机内结构； 安装控股和定位； 在内框和主框架位置安装钳、套管和皮卡。 底座上安装内框； 重点定位元件的精细调整和紧固； 核查参照系和夹具； 对于夹具关键位置的服务监测。 这些阶段是从无到有夹具的完整安装。更不用说，在设计变化略有变化的情况下，一些下面的操作将被忽略。 表 同夹 具理念之间简明的比较 典型特征 固定框架 柔性夹具 夹具 应用 大批量产品 小批量产品 样机 优点 唯一性 可重复性 可重构性 成本效益 耐用性 非常高 高 低 刚度 非常高 刚性不确定 低 缺点 重量 重 中 低 可移植性 不可移植 难以在每一个安装中定位 难以进行 成本 非常高 中等 低 生产时间 长 中等 短 性夹具的安装 柔性夹具安装过程中采取了以下阶段： 安装夹具的主框架； 移动单元和子系统组装； 夹具内框架在夹具装配中的安装； 皮卡和夹具的装配。 主框 架通常是夹具的骨干。因此，它一般不会改变外形，和内框架及较小的元素如衬套、皮卡和夹具一样具有规律性。慎重考虑制造过程可以减少夹具元件 较大元素的重新排列，也会更进一步节约时间和成本。图 3 显示了三组不同活动小组对于柔性夹具的安装过程。在这个过程中，假定夹具的标准件是从可供选择的现成的部件和组件中选出来的，然后提前在大量的物理安装测试和调试时以降低测量不确定度来进行一次夹具安装。一旦达到可接受水平的不确定性的物理安装才能进行。 图 性夹具的测量辅助安装程序 在夹具安装过程中，它可能需要用到多个测量 系统或用到包括一套完整夹具安装关键点的测量系统。这应该包括在夹具维修期间放在工厂的地板和墙壁上的稳定性及漂移检查的目标参考点。 在夹具上定位的关键点、测量仪器的不确定性应该予以考虑。作为一个经验法则，每个夹具关键位置的定位的准确性应该是在 10 倍，甚至比所需的耐受性更好。换句话说，如果组件公差指定至 夹具定位精度至少应为 柔性夹具安装的最佳做法如下： 一个工厂的墙壁和地板上的初始参考点的位置是首选，以减少测量的不确定性； 应验证该仪器所在位置上经常使用初始参考点的基地； 在每个夹具的 大节上，为更好地具有跟踪和可重复性，可以附加多个球式反射跟踪系统； 夹具大型组件有关于弯曲或扭曲的测量应集中在角梁的中央部分，以减少定位误差； 内框架参考点应选择尽可能远的创建框的坐标系统。这可能会导致在内框坐标系时的较小的不确定性。 由于评估的结果旨在对于所描述物体真正价值范围内的评估定位，则不确定性被定义为胶 8。这里的不确定性来自两方面的审查，首先是与测量过程中有关的，其次是与夹具定位的不确定性有关。测量不确定性的一些因素，如灰尘、重力、温度、气压、湿度、测量仪器和相关软件中的系统误差 、操作人员的技能、接触探针或球式反射跟踪仪。基于胶 8的定义，测量结果应伴随着它的不确定性说明，这些错误详细来源的讨论超出了本文的范围。已经有多项研究来建立真正的不确定性的一些测量仪器 10、 11。 夹具关键点的测量结果应该包括相关的置信水平。除了最初的不确定性上升的测量仪器，夹具的不确定性还有其他方面的影响。夹具框架方面的应用由于产品重量以及制造工艺过程在夹具框架中能创建一些弹性变形。夹具有了集成化、自动化和移动部分，是这个问题变得更加复杂。 仔细考虑夹具设计阶段不确定性的来源可以在一个给定的情况下减 少过度使用公差预算的风险。夹具的精度和夹具的成本之间有着直接的关系。然而，整体的成本也应该被考虑在内。高数额的零部件有更长的使用寿命。换句话说，质量特征接近平均值是，在使用过程中会很少失效。朝六个方向靠近在安装时是很必要的，然后是在高精度夹具和敏感部位上的可重构、柔性夹具及夹具的监测。 柔性夹具适用于组装和在加工部分有不同的设计和几何参数。尤其是当这些部件之间的设计变化小时，这种类型的夹具被证明是具有成本效益和快速的解决方案，这是因为它可能会通过夹具重新配置到一个新的产品或组件的变种上。然而，当所 需的零件盒装配的设计完全不同时，可能需要不同尺寸夹具组件的完整地重排，因此，在设计一个新的零件和重组夹具的拓扑结构时应该考虑到要便于减少夹具的安装和重新配置的时间以及成本，并最大限度的重用现在的组件在当前的装配中。 一个柔性夹具有许多种装配方式，是由于其灵活性。在正确的安装顺序下选择合适的组件，可以最大限度的节约成本和时间。本次选择的过程中应该对未来产品的夹具的潜在的重用予以考虑。在产品不断变化的情况下，计划和设计夹具框架是很重要的。使用定制的夹具、紧固件、轴套和其他夹具元件都是降低成本的关键问题。 仿真软 件和工具的广泛使用，可以减少返工和浪费夹具材料相关的成本。例如测量仪器，其目标点之间的视线检查就会使用这些软件来辅助。图 4 显示了柔 性夹具安装在测量仿真软件中的第一个阶段。由于夹具正在兴建的模拟的效益越 来越明显，因此它可以突出仪器与目标测量点的水平视线的问题和不确定性。 由于关于夹具操作中重量和力使夹具元件的电位漂移和变形，则可以提前在仿真中分析以及在购买夹具元件方面的财政。更重要的是，这种工具允许更好的装配和制造等操作，因为它们能提前分析出夹具的长处和弱点，揭示其物理设置。 选择合适的测量仪器最重要的是要 协助夹具安装的的计量。一个连贯的计量系统，其测量结果的不确定性能够决定夹具的不确定性，也暴露了夹具和是否符合一个给定的公差范围内所需任务的能力。 图 量辅助夹具安装的模拟过程 由于关于夹具操作中重量和力使夹具元件的电位漂移和变形，则可以提前在仿真中分析以及在购买夹具元件方面的财政。更重要的是，这种工具允许更好的装配和制造等操作，因为它们能提前分析出夹具的长处和弱点，揭示其物理设置。 选择合适的测量仪器最重要的是要协助夹具安装的的计量。一个连贯的计量系统，其测量结果的不确定性能够决定夹具的不确定性 ，也暴露了夹具和是否符合一个给定的公差范围内所需任务的能力。 总 结 零件和装配体应该以尽量减少夹具成本的方式来设计，以满足使用标准组件。如果在夹具更新至下一产品时提前思考，则其速度和成本可能会增加。在夹具和固定装置的设计上有强大的总成本、碳足迹及其可持续性。它往往要求生产出只有极少数的典型设计或产品，子系统或组件，以满足产品的变化和客户的需求。对于大型产品的几何尺寸超出几米夹具的可能会造成重大的开销。此外，一旦所需的零部件倍制造出来，这些夹具则会变得多余。常规回收多余夹具是不经济的。因此，找到增加夹具的灵活 性才是所需求的方法。 柔性夹具和夹具的概念已存于二十余年。然而它们的潜能还没有真正发挥，是由于其精度可可重复性的不确定性。高精度计量系统现在能够用来对夹具进行初始安装和服务。然后使用该系统有可能重新设定夹具元素使其精确到一个新的拓扑结构，以便于定位不同几何位置的组件，允许几次使用夹具。 本文提出了一种对于大规模柔性夹具及夹具初始定位和安装的通用的算法。计量辅助夹具安装的新概念被证明对复杂的设置和夹具的安装是有益的。当完全装配好时，夹具的稳定性可以通过慎重考虑和选择夹具几何位置上的关键点来予以保证。这种方法将 应用于大尺寸元件和产品的制造以及装配件，尤其是应用于航空航天和发电工业中。 G. et (, of 149 78 011 . he to of of is in of in be in as is as in It is of to be in to of to in in to of of of as be of a or of of In of of is of a in of as to of to in in of is by a of at of to in of of to be of in to be in be by in or of be In a in a as it of a be in to of is a of in 1. to a in as is to to of as as to of as as 2 of to of it is to to At is of is or to to or in 2. of of to to in If in is to so a of of 3, 4. is or to J. 50 to or of to is a of it is to a as on of In of a s if in to be of in of a 5. 6 to of on In a be by : of ) to is be in of in to of a of or a of or a of as ). he of is as as It is to on a of be to be In of at in a is it is to in a to be a of in to as be of of of in on of in of on a of to be is to be at in to of of D of on of or be in to of of a of of of in a In to of as it is to in of to in of ) as is 51in in as of of of to of in : ) a of in of up to be to of of of or to as be of to of a of of 7. of a of be in be to or be a MR or in a of to be of be if be In be a of of to 8. is of or of a In it if a of a of in of in to be on of 9. of a or be no or or a of a of of in of of In as as be In to of a to to of of of is a . 52 of to is as it is in in of by a to of : of MR 9 9 9 9 9 9 9 3 he to be in in of in be a be in to of by on of an in of a m x 4m is in a is of is in or it is a of an a a on a to of at be or to in to In an as is of of of be in of of of is to to is In of mm at of of 1. in . of . of or in . of 5. of . of in on . of on 8. of 9. of 0. in of on to of to in of 53in of be : A ow in to he 1. of of . of . of on . of on is of is a of it in as as or of as of of of in in of of In it is of in of a of to in a of is of is : . 54 In it be to or a to of on d购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 设计（论文）题目 I 轴法兰盘加工工艺和夹具设计 2015 年 4 月 13 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 2 页 共 37 页 毕业 设计 原创性声明 本人所呈交的 毕业设计说明书 是 本人 在导师的指导下进行的 设计工作所取得的 成果。 据我所知，除 设计 中已经注明引用的内容外，本 设计不包含其他个人已经发表的成果。对本 设计 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 设计说明书 中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 3 页 共 37 页 摘 要 I 轴法兰盘 零件加工工艺及夹具设计 是包括零件加工的工艺设计、工序设计 以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词： 工艺 ， 工序 ， 切削用量 ， 夹紧 ， 定位 ， 误差 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 4 页 共 37 页 he is of In of of to of a of of is to of a of a as a of of to 第 5 页 共 37 页 第 6 页 共 37 页 第 7 页 共 37 页 第 8 页 共 37 页 第 9 页 共 37 页 第 10 页 共 37 页 第 11 页 共 37 页 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 12 页 共 37 页 目 录 1 序 言 . 13 2 零件的分析 . 14 件的形状 . 14 件的工艺分析 . 14 3 工艺规程设计 . 16 定毛坯的制造形式 . 16 位基准的选 择零件表面加工方法的选择 . 16 定工艺路线 . 17 择加工设备和工艺装备 . 17 床选用 . 17 择刀具 . 18 择量具 . 18 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 18 4 确定切削用量及基本时间 . 20 序 切削用量的及基本时间的确定 . 20 序 切削用量的及基本时间的确定 . 22 5 钻 3夹具设计 . 26 具的夹紧装置和定位装置 . 26 具的导向 . 27 削力及夹紧力的计算 . 27 孔与工件之间的切屑间隙 . 30 模板 . 31 位误 差的分析 . 31 套、衬套、钻模板设计与选用 . 31 定夹具体结构和总体结构 . 33 具设计及操作的简要说明 . 34 总 结 . 35 致 谢 . 36 参考文献 . 37 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 13 页 共 37 页 1 序 言 机械制造 业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 I 轴法兰盘 零件加工工艺及夹具设计 是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。正确 地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证尺寸证零件的加工质量。 本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。 第 14 页 共 37 页 2 零件的分析 件的形状 题目给的零件是 I 轴法兰盘 零件，主要作用是 起连接作用。 它主要用于轴与轴之间的连接，以 传递动力和转矩。 零件 的实际形状如上图所示， 从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单 。 具体尺寸，公差如下图所示 。 件的工艺分析 由零件图可知，其材料为 有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。 I 轴法兰盘 零件主要加工表面为： 面粗糙度.2 m 。面粗糙度.2 m 。 面粗糙度.2 m 。表面粗糙度.2 m 。 .3 m 、 12.5 m ，法兰面粗糙度.3 m 。 I 轴法兰盘 共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： 第 15 页 共 37 页 (1) 左端的加工表面： 这一组加工表面包括： 左端面， 120 和 116 外圆 左端面以及外圆面 倒角 钻孔。这一部份只有端面有 粗糙度要求，其要求并不高，粗车后半精车就可以达到精度要求。而钻工没有精度要求，因此一道工序就可以达到要求，并不需要扩孔、铰孔等工序。 (2) 这一组加工表面包括：右端面； 100、 62、 55 外圆 右端面 36、 60、 72 内圆 以及外圆面 的外圆并带 有倒角其要求也不高，粗车后半精车就可以达到精度要求。其中， 内 孔或内圆直接在上做镗工就行了。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 16 页 共 37 页 3 工艺规程设计 本 I 轴法兰盘 假设年产量为 10 万台，每台需要该零件 1 个，备品率为 111%，废品率为 每日工作班次为 2 班。 该零件材料为 虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择锻造。依据设计要求 Q=100000 件 /年， n=1 件 /台；结合生产实际，备品率 和 废品率 分别取 111%和 入公式得该工件的生产纲领 N=2+ )（ 1+ )=23134115 件 /年 定毛坯的制造形式 零件材料为 虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用 锻造 ，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，可以采用 锻造 ，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本上考虑，也是应该的。 位基准的选择零件表面加工方法的选择 待加工的两零件是盘状零件，孔是设计基准（也是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循 “ 基准重合 ” 的原则。具体而言，即选 110一端面作为精基准。 由于待加工的两零件全部表面都需加工，而孔作为精基准应先进行加工，对主动端而言，应选面积较大的外圆及其端面为粗基准；对从动端而言，应选面积较大190外圆及其端面为粗基准。 待加工的两零件的加工面有外圆、内孔、端面，材料为 。以公差等级和表面粗糙度要求，参考相关资料，其加工方法选择如下。 （ 1） 134外圆面 为未注公差尺寸，根据 1340 711 规定其公差等级按 面粗糙度为 车即可（表 5 （ 2）端面 本零件的 端面为回转体端面，尺寸精度的都要求不高，表面粗糙度为车即可。 第 17 页 共 37 页 定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 1 锻造 锻造 2 退火处理 退火处理 3 车 车左端面 4 车 车 右端面 5 车 车 120 和 116外圆 6 车 车 100， 62和 55外圆 7 车 车 36， 60 和 72 内孔 8 车 车宽 9 车 车 刀槽 10 钻 钻 3孔，锪 15孔 11 钻 钻 212 铣 铣距离 140面 13 铣 铣距离 137面 14 检验 检验，入库 择加工设备和工艺装备 床选用 工序是粗车、粗镗和半精车、半精镗。各工序的工步数不多，成批量生产，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求属于中等要求，选用最常用的 式车床。参考根据机 械制造设计工工艺简明手册表 钻孔，选用 臂钻床。 第 18 页 共 37 页 2 工序都为 式车床。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔。由于要求的精度较高，表面粗糙度较小，需选用较精密的机床才能满足要求，因此选用 式车床（表 5 择刀具 一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用 硬质合金车刀，它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率 及经济性 ,可选用可转位车刀 ( 考机械加工工艺手册（主编 孟少农），第二卷表 表 得到所有参数。 择量具 本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “ I 轴法兰盘” 零件材料为 机械加工工艺手册（以后简称 工艺手册），表 种铸铁的性能比较，硬度 143 2611，表 墨铸铁的物理性能，密度 =3，计算零件毛坯的重量约为 2 表 3械加工车间的生产性质 生产类别 同类零件的年产量 件 重型 （零件重 2000 中型 （零件重1002000 轻型 （零件重 120250 、侧面 底 面 铸孔的机械加工余量一般按浇注时位置处于顶面的机械加工余量选择。 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。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 20 页 共 37 页 4 确定切削用 量及基本时间 切削用量包括背吃刀量 给量 f 和切削速度 v。确定顺序是先确定 f、再确定 v。 序 切削用量的及基本时间的确定 削用量 车左端面 所选刀具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表 于床的中心高为 200表 故选刀杆尺寸 = 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 在一次走刀内完成 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400 之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 11）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30，床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045时，径向进给力： 1150N 。 切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 150 = （ 3 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选 f = 用。 根据切削用量简明使 用手册表 刀后刀面最大磨损量取为 车 第 21 页 共 37 页 刀寿命 T = 可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 6质合金刀加工硬度 2002111铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，故： 0V=tV 3 （ 3 m n =1000 =127481000 =120 （ 3 根据 床说明书选择 0n=125 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 3 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间的功率为： =W （ 3 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所选切削用量可在 床上进行，最后决定的切削用量为： f = n = r = V = m 第 22 页 共 37 页 为了缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与钻孔相同 换车刀手动进给。 . 计算基本工时 3 （ 3 序切削用量的及基本时间的确定 采用与工序确定切削用量的方法，得本工序的切削用量及基本时间如下： 掉头， 车右端面 见表 5 5 主动端工序的切削用量及基本时间 工步 mm f/mm v/ms 1 n/rs 1 s 粗车端面 2 111 粗车外圆134 68 倒角 手动 工序 5： 车 120 和 116 外圆 1）进给量 f 根据手册 表 8 取 f=r 2）切削速度 根据手册表 8 5m/) 确定机床主轴转速 000 d)=1000 85/(120)=225(r/4)切削工时 根据手册表 8 l+y+ )/15+1)/225 第 23 页 共 37 页 工序 6： 车 100， 62 和 55外圆 1）进给量 f 根据手册表 8 取 f=r 2）切削速度 根据手册 表 8 05m/) 确定机床主轴转速 000 d)=1000 105/(80)=418(r/4)切削工时 根据手册表 8 l+y+ )/40+1)/418 工序 7： 车 36， 60 和 72 内孔 1）进给量 f 根据手册表 8 取 f=r 2）切削速度 根据手册表 8 06m/) 确定机床主轴转速 000 d)=1000 106/(60)=560(r/4)切削工时 根据手册表 8 l+y+ )/40+1)/560 工序 8： 车 1）进给量 f 根据手册表 8 取 f=r 2）切削速度 根据手册表 8 25m/) 确定机床主轴转速 000 d)=1000 125/(52)=765(r/4)切削工时 根据手册表 8 l+y+ )/10+1)/765 工序 9： 车 刀槽 1）进给量 f 根据手册表 8 取 f=r 2）切削速度 根据手册表 8 第 24 页 共 37 页 25m/) 确定机床主轴转速 000 d)=1000 125/(52)=765(r/4)切削工时 根据手册表 8 l+y+ )/10+1)/765 工序 10：钻 3 孔，锪 15孔 机床：摇臂钻床 刀具：麻花钻 切削用量： 1. 钻三个通孔 9 刀具材料：麻花钻 1）进给量 f=r (见手册表 10) 2）切削速度 0(m/ (见手册表 10 3) 确定机床主轴转速 000 d)=1000 40/(9)=1150(r/4)切削工时 根据手册表 8 *(l+y+ )/5/(1150 2. 钻三个阶梯孔 15 刀具材料：高速钢。 1）进给量 f=r (见手册表 10) 2）切削速度 0(m/ (见手册表 10 3) 确定机床主轴转速 000 d)=1000 40/(15)=770(r/4) 切削工时 根据手册表 8 (l+y+ )/(770 0.1(工序 11：钻 2纹孔 机床：立式钻床 刀具：麻花钻 切削用量： 8 刀具材料：麻花钻 1）进给量 f=r (见手册表 10) 第 25 页 共 37 页 2）切削速度 0(m/ (见手册表 10 3) 确定机床主轴转速 000 d)=1000 40/(9)=1150(r/4)切削工时 根据手册表 8 *(l+y+ )/5/(1150 工序 12： 铣距离 140面 机床：立式铣床 具：镶齿三面刃铣刀（高速钢） 切削用量： 1）进给量 f=r (见手册表 13) 2）切削速度 0(m/ (见手册表 13 3）切削深度 (见手册 4) 确定机床主轴转速 000 d)=1000 20/(100)=65(r/5) 切削工时 根据手册表 8 l+y+ )/8/(65 工序 13： 铣距离 137面 1）进给量 f=r (见手册表 13) 2）切削速度 0(m/ (见手册表 13 3）切削深度 由于该工序余量较大（ 所以分四次铣削成型。 根据手册 常铸铁件铣削深度为 5以，前三次选用 四次选用 4) 确定机床主轴转速 000 d)=1000 20/(100)=65(r/5) 切削工时 根据手册表 8 (l+y+ )/00 4/(65 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 26 页 共 37 页 5 钻 3夹具设计 具的夹紧装置和定位装置 夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。 仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部 任务。 夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。 一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。 考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。 螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组 成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。 螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。 典型的螺旋夹紧机构的特点： （ 1）结构简单； （ 2）扩力比大； （ 3）自琐性能好； （ 4）行程不受限制； （ 5）夹紧动作慢。 夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置 ， 在此套夹具中 ， 中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧 ， 通过螺栓夹紧移动 压板。达到夹紧和定心作用。 工件通过定位销的定位限制了绕 通过螺栓夹紧移动压板 ， 实现对工件的夹紧 。 并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板 ， 通过精确的圆弧定位 ， 实现定心 。 此套移动压板制作简单 ， 便于手动调整 。 通过松紧螺栓实现压板的前后移动 ， 以达到压紧的目的 。 压紧的同时 ， 实现工件的定心 ， 使其定位基准的对称中心在规定位置上 。 第 27 页 共 37 页 在这次夹具设计中，定位是采用一根心轴和一个定位插销来定位水平方向的。在垂直方向，用两个同心半圆环来定位。当被加工零件放到夹具体同心圆环上后，用定位插销把夹具上的钻模板和 零件通过先加工的孔进行定位，把压板压紧，之后取出定位插销。 具的导向 在钻床上加工孔时 ， 大都采用导向元件或导向装置 ， 用以引导刀具进入正确的加工位置 ， 并在加工过程中防止或减少由于切削力等因素引起的偏移 ， 提高刀具的刚性 ，从而保证零件上孔的精度 ， 在钻床上加工的过程中 ， 导向装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等 ， 因此 ， 导向装置如同定位元件一样，对于保证工件的加工精度有这十分重要的作用 。 导向元件包括刀杆的导向部分和导向套。 在这套钻床夹具上用的导向套是钻套 。 钻套按其结构可分为固定钻套 ， 可换钻套 ， 快换钻套及特殊钻套。 因此套钻夹具加工量不大 ， 磨损较小，孔距离精度要求较高 ， 则选用固定钻套 。如图 直接压入钻模板或夹具体的孔中 。 图 套 钻模板与固定钻套外圆一般采用 H7/ 且必须有很高的耐磨性 ， 材料选择 20淬火 我选择的钻套 :25 相同的 ， 为了防止定位销与模板之间的磨损 ， 在模板定位孔之间套上两个固定衬套 。 选取的标准件代号为 12*18 材料仍选取 淬火 公差采用 H7/ 削力及夹紧力的计算 刀具： 钻头 9。 则轴向力：见工艺师手册表 =CF z 中： 420， f=第 28 页 共 37 页 ( 90200()190 F=420 1 . 0 0 . 89 0 . 3 5 1 . 0 7 2 1 2 3 ( )N 转矩 T=CT Z 式中 : = . 0 0 . 89 0 . 3 5 1 . 0 7 1 7 . 3 4 ( ) 功率 在计算切削力时 ,必须考虑安全系数 ,安全系数 K=2 4 式中 基本安全系数， 加工性质系数， 刀具钝化系数 , 断续 切削系数 , F/ =( 钻削时 T= M 切向方向所受力 : 671065 取 1.0f 4416 )( 所以 ,时工件不会转动 ,故本夹具可安全工作。 根据工件受力 切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 第 29 页 共 37 页 安全系数 ： ： 6543210 式中：60 全系数，查 参考文献 5表 121 可得： 1 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 3 1 . 0 1 . 0 1 . 5 6 1 . 2 1 . 2 1 . 0 5 1 . 2 1 . 3 1 . 0 1 . 0 2 . 3 6 1 . 2 1 . 2 1 . 0 1 . 2 1 . 3 1 . 0 1 . 0 2 . 2 5 所以有： 1 1 9 3 . 0 8 ( )K C F N 7 6 6 . 3 7 ( )K P F N 1 3 5 9 . 9 0 ( )K f F N 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则； 参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力 夹 向力： F 夹 N） 扭距： m 在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数321 由资料机床夹具设计手册查表 721 可得： 切削力公式：（ 式中 20D 查表 821 得： 9 0( )(实际所需夹紧力：由 参考文献 16机床夹具设计手册表 1121 得： 安全系数 式（ ： 6543210 第 30 页 共 37 页 式中：60 参考文献 16机床夹具设计手册表 121 可得： K 所以 )( 5 8 0 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用螺旋夹紧机构。 孔与工件之间的切屑间隙 钻套的类型和特点 : 1、固定钻套：钻套直接压入钻模板或夹具体的孔中，钻模板或夹具体的孔与钻套外圆一般采用 H7/合，主要用于加工量不大，磨损教小的中小
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