（机械制造及其自动化专业论文）微电机壳专用夹具设计及其切削过程仿真研究.pdf

江苏大学工程硕士论文 摘要 机械制造是科学技术和国民经济发展的基石 它离不开金属切削机床 而机床夹具是制造业中不可或缺的工艺装备 它可以保证加工质量 实现自 动化及降低成本等 此外使用专用夹具还可以扩大原机床的使用范围 实现 一机多能 因此 夹具在机械加工中发挥着重要作用 而大量专用机床夹具 的使用为大批量生产提供了必要条件 本文对微电机壳进行了工艺分析 根据定位基准及加工方法等拟定了工 艺路线 进行了工艺计算 并设计了微电机壳加工中的车床专用夹具及钻床 专用夹具 夹具采用p r o e 创建三维实体模型并根据三维图绘制夹具二维装配 图和非标准零件图 该夹具结构简单 对于类似工件的大批量生产具有一定 的指导意义 为了研究微电机壳加工中的金属切削过程 建立了灰铸铁h t 2 5 0 的材料 本构方程 并利用d e f o r m 3 d 软件模拟了切削过程 通过模拟分析了工件 的应力分布及刀具的温度分布 研究了切削用量对切削力及切削温度的影n 向 并将模拟的切削力的值与理论计算值进行比较 两者能够很好的吻合 此外 建立了正交切削模拟试验 研究了切削用量对主切削力及切削温度影响因素 的主次关系 通过分析得出 背吃刀量对主切削力的影响最大 进给量次之 切削速度最小 而切削温度受切削速度的影响最大 进给量次之 背吃刀量 最小 金属切削过程的研究有助于改善表面质量 降低成本等 并为夹具的 设计 提供了依据 关键词 微电机壳 夹具设计 本构方程 切削模拟 江苏大学工程硕士论文 a b s t r a c t m a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n gi st h ef o u n d a t i o no ft e c h n o l o g ya n dd e v e l o p m e n to ft h e n a t i o n a le c o n o m y a n di t i s i n s e p a r a b l ef r o mm e t a l c u t t i n gm a c h i n et o o l s w h i l et h ef i x t u r ei s i n d i s p e n s a b l et ot h em a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t w h i c hc a ng u a r a n t e et h eq u a l i t y o fp r o c e s s i n g a c h i e v ea u t o m a t i o na n dr e d u c e c o s t s a d d i t i o n a l l y u s i n gd e d i c a t e df i x t u r ec a n a l s oe x p a n dt h es c o p eo ft h eo r i g i n a lm a c h i n e s r e a l i z em u l t i p l ef u n c t i o n sw i t ho n em a c h i n e t h e r e f o r e t h ef i x t u r ep l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nm e c h a n i c a lp r o c e s s i n g w h i l et h eu s eo f d e d i c a t e df i x t u r ep r o v i d e st h en e c e s s a r yc o n d i t i o n sf o rm a s sp r o d u c t i o n t h i sp a p e ra n a l y z e st h em i c r o m o t o rs h e l l d e v e l o p i n gt h e p r o c e s sr o u t e sa c c o r d i n gt o t h el o c a t i n gd a t u ma n d p r o c e s s i n gm e t h o d a n dd e s ig n st h ed e d i c a t e df i x t u r e sf o rl a t h ea n dd r i l l e r o ft h em i c r o m o t o rs h e l l t h ef i x t u r e sa d o p tp r o et oc o n s t r u c tt h r e e d i m e n s i o n a ls o l i dm o d e l o n w h i c ht w o d i m e n s i o n a l a s s e m b l yd i a g r a ma n dn o n s t a n d a r dp a r t sd r a w i n ga r eb a s e d t h e s t r u c t u r e so ft h ef i x t u r e sa r e s i m p l e e a s yt oo p e r a t ea n dr e l i a b l e w h i c hh a sc e r t a i nr e f e r e n c e f u n c t i o nt os i m i l a rw o r k p i e c e s h i g h v o l u m ep r o d u c t i o n i no r d e rt os t u d yt h ec u t t i n gp r o c e s so ft h em i c r o m o t o rs h e l l e s t a b l i s h i n gm a t e r i a l c o n s t i t u t i v e e q u a t i o n o fg r a yc a s t i r o n a n ds i m u l a t i n gt h em e t a l c u t t i n gp r o c e s s e sb y d e f o r m 一3 d a n da n a l y z i n gt h es t r e s sd i s t r i b u t i o no fw o r k p i e c ea n dt h e t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o no fc u t t i n gt o o l s t u d y i n gt h ei n f l u e n c eo fc u t t i n gp a r a m e t e r so nc u t t i n gf o r c ea n d t e m p e r a t u r e m o r e o v e r c o m p a r i n gt h er e s u l t so fs i m u l a t i o na n dc a l c u l a t i o n b o t hc a l lb eag o o d m a t c h i na d d i t i o n i no r d e rt os t u d yt h ec u t t i n gp a r a m e t e r so nc u t t i n gf o r c ea n dt e m p e r a t u r e b u i l d i n go r t h o g o n a lc u t t i n gs i m u l a t i o nt e s t w ec a nm a k eac o n c l u s i o nt h a tt h ei n f l u e n c eo f c u t t i n gd e p t ht ot h ec u t t i n gf o r c ei st h ef i r s t t h ec u t t i n gs p e e di st h es e c o n d a n dt h ef e e dr a t ei s t h et h i r d w h i l et h ei n f l u e n c eo ft h ec u t t i n gs p e e dt ot h et e m p e r a t u r ei st h ef i r s t t h ef e e dr a t ei s t h es e c o n d a n dt h ec u t t i n gd e p t hi st h et h i r d t h er e s e a r c ho fm e t a lc u t t i n gh e l p si m p r o v es u r f a c e q u a l i t y r e d u c et h ec o s t a n dp r o v i d e st h eb a s i sf o rf i x t u r ed e s i g n k e y w o r d s m i c r o m o t o rs h e l l f i x t u r ed e s i g n c o n s t i t u t i v ee q u a t i o n c u t t i n gs i m u l a t i o n 江苏大学工程硕士论文 第一章绪论帚一旱殖记 1 1 课题研究的背景及意义 机械制造业是制造业最重要组成之一 也是国民经济最重要的基础产业之一 它担 负着向国民经济的各个部门提供机械装备的任务 无论是传统制造业还是现代柔性制造 系统 由于大量的加工操作需要装夹 夹具就显得尤其重要 它直接影响加工质量 生 产效率及制造成本等 夹具是指机械加工 热处理及装配等工艺过程中 为了安装加工 工件 使之占有正确的位置 以保证零件和产品的质量 并提高生产效率所采用的工艺 装配1 1 好的夹具设汁可以提高产品生产率 保证加工精度 降低生产成本及减轻劳动 强度等 此外使用专用夹具还可以改变原机床的用途及扩大机床的使用范围 实现一机 多能 在一个柔性制造系统中 夹具设计制造的费用占到整个系统费用的l o 2 0 1 2 j 机床夹具在机械加工中发挥着重要的作用 大量专用机床夹具的使用为大批量生产 提供了必要的条件 例如 2 0 世纪之初美国只能生产数千辆汽车 福特汽车公司推出t 型轿车后订单急增 为了保证零件的互换性在当时精度较差的机床上如何保证孔距精度 成为提高生产率的瓶颈 钻模和随后出现的镗模有效地解决了这一问题 到了2 0 世纪 2 0 年代初 美国汽车工业的年产量己达到百万辆以上 普通通用机床 专用夹具 这 一生产方式拉开了近现代大批量生产的帷幕 3 在实际生产中 如果通用夹具在生产效 率 工件安装或加工精度等方面还不能满足工件加工的需要 或安装工件不方便时 就 必须设计专门为某一工件的某道工序所需要的夹具 其特点是结构紧凑 操作迅速方便 可以保证较高加工精度和生产率 但设计和制造周期长 制造费用高 在产品变更后无 法利用而导致报废 本课题的研究对象为微电机壳 其主要作用是对微电机壳内的定子及转子起保护作 用 并且与其它结构零件相配合 v 1 前 文泽军和伍先明一j 基于光洁冲裁原理 分析了 微电机壳端面的加工工艺并设计了了一套微电机壳装配基准面的光洁冲裁模 赵俊 5 j 对 电机壳的压铸模进行了研宄 姚小娟 杨翠微 6 j 针对电机壳车n d i 工过程中出现的止扣 孔椭圆变形 从夹紧力 切削力 切削热 工件内应力等各方面进行理论分析 提出切 实可行的解决方案 但是对于微电机壳加工中的切削研究的比较少 为了研究金属的切 江苏大学工程硕士论丈 削过程 就需要对被切削的材料进行研究 微电机壳的材料为灰铸铁 它具有较好的铸 造性能 消振性能 耐磨性能 切削加工性能以及较好的抗压强度 因而可以满足微电 机壳的设计性能要求 而灰铸铁的切削加工成本也是微电机壳加工成本的重要组成部 分 因此设计微电机壳的专用夹具及研究灰铸铁的切削性能具有十分重要的理论意义和 实用价值 1 2 国内外夹具技术现状及发展趋势 夹具最早出现在1 7 8 7 年 其发展经历了三个阶段 第一阶段表现为夹具与人的结 合 在t 业发展初期 机械制造的精度较低 机械产品的加工质量主要依赖于劳动者个 人的经验和手艺 而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具 第二阶段是随着机 床 汽车 飞机等制造业的发展 夹具的门类才逐步发展齐全 文具的定位 夹紧 导 向元件的结构也日趋完善 逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一 第三阶段是近代由 于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高 夹具在系统中占据相当重要的地位 该阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合 现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代 以适应激烈的市场竞争 尽管国 际生产研究协会的统计表明 多品种生产的工件己占工件种类的8 5 左右 然而目前 一般企业习惯于采用传统的专用夹具 在一个具有单一生产的能力工厂中约拥有 1 3 0 0 0 1 5 0 0 0 套专用夹具 另一方面 在多品种生产的企业中 约隔4 年就要更新8 0 左右的专用夹具 而夹具的实际磨损量只有1 5 左右 近年来柔性制造系统 f m s 数控机床 n c 加工中心 m c 和成组加工 g t 等新技术的应用和推广 使中小 批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的能力 随着制造技术的发展 产品的设计周期缩短 更新换代加快 因而传统的大批量生 产模式逐步被中小批量生产模式所取代 机械制造业须具备较高的柔性才能适应这种变 化 国外己把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段 并将其作为机械制造业的主要 发展方向 7 一般将组合夹具视为柔性夹具的代名词 组合夹具系统一般有两种类型 基于销钉和基于t 型槽系统 基于销钉的组合夹具主要是通过基座上的定位孔实现对 夹具元件精确定位和紧固作用 主要有 b l u o t e c h n i k 德国 美国 k i p p 德国 s t e v e n s 美国 s a f e 美国 t j m g s 中国 及c p i i 俄罗斯 基于t 型槽的组合夹具 是通过基座上互相垂直和平行的t 型槽实现对工件的精确定位 比较著名的系统有 江苏大学工程硕士论文 w h a r t o nu n i t o o l 英格兰 y c i i 俄罗斯 c a t i c 中国 h a l d e r 德国 s jo 而应 用组合夹具的关键技术是计算机辅助夹具设计技术 c a f d 它正朝着集成化 标准化 并行化及智能化方向发展 9 1 为了适应现代机械工业向高 精 尖方向发展的需要以及多品种 小批量生产的特 点 现代夹具正朝着精密化 高效化 柔性化 标准化四个方向发展 1 精密化 随着机械产品精度的提高 势必对其精度提f f j 更高的要求 精密化夹具的结构类型 繁多 例如分度可达 0 1 用于精密分度的多齿盘 用于精密车削的高精度三爪卡盘 其定心精度为5p m 2 高效化 高效化夹具可以减少工件加工的总时间 以便提高劳动生产率 减少工人劳动强度 常见的高效化夹具有 自动化夹具 高速化夹具 具有夹紧动力模块的夹具等 例如使 用电动虎钳装夹丁件 可使工件效率比普通虎钳提高5 倍左右 而高速卡盘则口j 保证卡 爪在转速9 0 0 0r m i n 的条件下能正常夹紧工件 使切削速度大幅度提高 3 柔性化 夹具的柔性化与机床的柔性化类似 它通过调组合方式以适应工艺可变因素 具有 柔性化的新型夹具种类主要有 组合夹具 通用可调夹具 成组夹具 模块夹具 数控 夹具等 在较长时间内 夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向 4 标准化 夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面 在制造典型夹具结构的基础上 首 先进行夹具元件和部件的通用化 建立典型尺寸系列或变型 以减少功能用途相近的夹 具元件 舍弃一些功能低劣的结构 目前 我国己有夹具零件 部件的国家标准 g b 2 1 4 8 2 2 4 9 8 0 g b 2 2 6 2 2 2 6 9 8 0 以及通用夹具标准 组合夹具标准等 夹具的标准 化也是夹具柔性化高效化的基础 作为发展趋势 这类夹具的标准化有利于夹具的专业 化生产及缩短生产周期 降低生产成本 1 3 有限元在金属切削中的应用 金属切削加工过程是一个高度的动态性 非线性的过程 其过程涉及到材料学 弹 塑性力学 断裂力学 热力学及摩擦学等许多问题 这阻碍了实验研究的进行 随着计 江苏大学工程硕士论文 算机技术的发展 有限元法开始被应用于切削工艺的模拟中 有限元方法最早被应用在切削工艺的模拟是在7 0 年代 与其它传统方法相比 它 大大提高了分析的精度 1 9 7 3 年美国i l l i n o i s 大学的b e k 1 锄e c 1 0 最先系统地研究了 金属切削加工中切屑形成的原理 1 9 8 0 年美国的n o r t h c a r o l i n a 州立大学的m r l a j c z o k l l l 应用有限元法初步分析了切削工艺 1 9 8 2 年 u s u i 和s h i r a k a s h i 1 2 1 为了建立稳 态的正交切削模型 第一次提出刀面角 切屑几何形状和流线等 预测了应力应变和温 度等参数 1 9 8 4 年 1 w a t a 1 3 j 等将材料假定为刚塑性材料 利用刚塑性有限元法分析了 低速切削 低应变速率时的稳态正交切削 但由于忽略了弹性变形 因而未能计算出残 余应力 s t r e b j i w s j u m 和c a r r o l l d 4 将工件材料假定为弹塑性 在工件和切屑之间采用绝 热模型 模拟了从切削开始到切屑稳定成形的过程 他们采用等效塑性应变作为切屑分 离的准则 而等效塑性应变值的选择影响了加工表面的应力分布 1 9 9 0 年 s t r e n k o w s k i 和m o o n 15 1 模拟了切屑形状 用e u l e r 有限元模型研究正交切削 忽略了弹性变形 预 测了工件 刀具以及切屑中的温度分布 k o m v o p o u l o s 和e r p e n b e c k l l6 j 用库仑摩擦定律 通过正交切削解析方法得到了刀具与切屑之间的摩擦力和法向力 用弹塑性有限元模型 研究了钢质材料正交切削中刀具侧面磨损 积屑瘤及工件中的残余应力等 f u r u k a w a 和m o r o n u k i 用实验方法研究了铝合金超精密切削中工件表面的光洁度对加工质量的影 响 n a o y oi k a w a i l j 用精密切削机床在实验中测量了红铜材料切屑形成和切削深度之间 的关系 t o s h i m i c h im o r i w a k i j 等用刚塑性有限元模型模拟了上述实验 他们模拟了切 削深度在毫米到纳米范围内红铜材料正交切削过程中的温度场 j v c s o u z a m c a n o n o m vr i b e i r o l9 j 等研究了氮化硅陶瓷刀具切削灰铸铁时刀具性能 并对切削用量 对切削力的影响进行了分析 国内研究切削加工的学者住模拟切削过程方面也取得了不少的研究成果 黄志超 2 0 等论述了有限元中网格划分技术 分析了各种网格生成方法的特点 并对有限元网格划 分技术的发展趋势进行展望 陈明 2 l 等在有限元环境下建立了三维铣削航空铝合金的温 度场模型 分析了切削速度 进给量对切削温度的影响 并通过红外热像仪的观测 验 证了仿真结果与试验结果的吻合度 武凯 2 2 j 等结合有限元技术和切削力数学模型 对薄 壁件加工变形进行了分析和计算 提出 r 研究薄壁件加工精度的系统方案 黄志刚 2 3 等建立金属正交切削加工的热力耦合有限元模型 并利用软件模拟了材料切削过程 通 过与试验结果的比较证明了有限元模型的正确性 随后他们继续利用铣削温度 铣削力 的分析模型求解了三维铣削加工的瞬态温度和瞬态切削力 将其作为动态载荷应用于三 江苏大学工程硕士论文 维切削模型 模拟了三维铣削加工过程 预测了零件的变形 梁文杰 2 4 以通用有限元软 件为平台 建立了刀具车削材料的二维热力耦合有限元模拟 阮景奎 2 5 通过对高速铣削 合金铸铁时的锯齿状切屑形成过程的仿真分析 提出了钼铬合金铸铁材料的高速铣削锯 齿状切屑是由绝热剪切和塑性断裂共同引起的观点 并研究了切削参数对锯齿状切屑形 成的影响规律 唐志涛 2 6 1 等人建立了基于有限变形理论 虚功原理和更新的拉格朗e t 公 式的热 弹塑性本构方程 导出了热一弹塑性大变形耦合控制方程 有效预测了正交切 削航空铝合金的切屑形态 切削力 切削温度以及应力场和应变场等物理场的分布 解 鹏 苏桂生 2 7 对钛合金进行仿真和实验研究 得出了切削力的的回归方程及最佳切削参 数 韦伟 任家隆 2 8 1 建立了热力耦合 平面应变模型和正交试验表 模拟了不锈钢的车 削加工过程 分析了刀具几何参数 切削参数以及换热系数对工件切削力和切削温度的 影响 聂宇宏 杜美憬 2 9 1 等研究了切削速度对切削过程温度分布的影响 得出刀屑接触 区及工件上的最高速度都随切削速度的增加而升高 但工件上温度升高的趋势较平缓 综上所述 切削加j r 有限元模型逐步得到改善 应用范围也逐步扩大 这些研究思 路及其成果为实际生产提供了一定的理论依据 但实际生产过程中的应用受到模拟过程 短暂性的制约 1 4 主要研究内容 本文选择的课题是微电机壳专用夹具设计及其切削过程仿真研究 针对微电机壳加 工中的车削及钻孔设计了车床及钻床两套专用夹具 并利用d e f o r m 一3 d 软件对车削过 程进行了有限元模拟 分析了不同切削参数对切削力及切削温度的影响 这对于微电机 壳的加工过程具有一定的指导意义 本文的主要研究内容为 1 介绍了夹具的设计过程 并针对微电机壳加工中的车削及钻孔设计了两套专 用夹具 即车床专用夹具及钻床专用夹具 此外绘制1 r 夹具的装配图及非标准零件图 2 建立灰铸铁材料的本构模型 利用d e f o r m 3 d 软件对灰铸铁的切肖0 过程进 行有限元模拟 对工件的应力及切削温度进行了分析 3 分析了切削速度 进给量及背吃刀量对切削力及切削温度的影响 并将模拟 所得的切削力值与理论计算值进行比较 此外 研究了不同冷却方式下的切削力和切削 温度以及切削不同材料时的切削力 4 设计了正交切削模拟试验 研究了切削力及切削温度受切削用量影响因素的 江苏大学工程硕士论文 主次关系 本文的研究对于微电机壳的加工过程具有一定的指导意义 本文的结构如下 1 5 本章小结 第一章绪论 ii 弋乡 i 第二章微电机壳加工工艺规程设计l 弋7 7 第三章专用夹具设计 l 弋 夕 第四章金属切削理论 il 弋夕 第五章切削过程有限元分析 上 第六章结论与展望 图1 1 文章结构图 本章简要阐述了国内外夹具的现状及发展趋势 并对有限元在金属切削过程中的应 用进行了详细的描述 最后对本文的主要研究内容进行了说明 并给出了文章的结构框 架图 江苏大学工程硕士论文 一 一 2 1零件简图 第二章微电机壳加工工艺规程设计 萁絷v 图2 1微电机壳零件图 图2 2 微电机壳三维实体图 7 江苏大擘工程硕士论丈 2 2 零件的分析与毛坯的设计 2 2 1 生产类型的确定 生产类型是指企业生产专业化程度的分类 它主要根据产品的大小 结构复杂程度 及生产纲领而确定 此次微电机壳的年产量n 5 0 0 0 件 年 查 机械制造技术基础 表 1 2 得此零件属于大批量生产 2 2 2 零件的工艺分析 1 以矽1 0 2 内圆柱孑l 为中心的加工表面 这一组加工表面包括 彩1 0 2 的内圆 6 个在圆内均布的凸台 以及凸台侧面的6 个m 5 的螺纹孔 位置要求 1 m 5 螺纹孔与矽1 0 2 圆的中心线的圆度公差为痧0 4m m 2 螺纹孔的深度为1 2m m 2 以矽8 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括 四个西8 孔 位置要求 矽8 孔相对于微电机壳底面的圆度要求为痧0 6m m 3 矽1 1 4 内壁的加工表面 这一组加工表面包括 一个西1 0 的通孔以及两个m 4 的螺纹通孑l 位置要求 m 4 螺纹孔的圆度要求为矽0 0 4m m 2 2 3 毛坯的选择与设计 毛坯的选择原则 1 铸件一般适用于形状复杂 生产批量较大的零件 2 机器 砂型铸造采用机械化代替手工操作 铸件精度和生产率有所提高 但需要一套造型设备 费用较高 且铸件重量受限制 3 当零件生产纲领较大时 应采用精度与生产率都比 较高的毛坯制造方法 以便减少材料消耗和机械加工费用 微电机壳受力较为单一 且 需要良好的抗震性 鉴于以上原则 故选用h t 2 5 0 为毛坯材料 机器砂型铸造 江苏大学工程硕士论文 2 3 工艺路线的拟定 2 3 1定位基准的选择 1 粗基准的选择原则 1 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则 2 合理分配加工余量的原则 3 便于装夹的原则 4 粗基准一一般不得重复使用的原则 本零件选用未加工的底座上表面作为粗基准 2 精基准的选择原则 1 基准重合 原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准 避免基准不重 合引起的定位误差 2 基准统一 原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位 以保证各表面 的位置精度 避免因基准变换产生的误差 3 自为基准 原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀 应选该 加工表面本身为精基准 该表面与其他表面之问的位置精度由先行工序保证 4 互为基准 原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸 形状精度都要求较高 时 可采用 互为基准 方法 反复加工 本零件是薄壁的微电机壳 选择精基准时应重点考虑基准重合原则及如何减少工件 的定位误差 保证加工精度 并使夹具结构简单 工件装夹方便 故选用底座的底面作 为精基准 2 3 2 表面加工方法和加工方案的选择 表面加工方法选择的依据 1 首先要根据每个加工表面的技术要求 确定加工方法及分几次加工 2 要考虑工件材料的性质 3 要考虑生产类型 即要考虑生产率和经济性的问题 4 要结合现场条件 本零件的加工面有端面 内孔及螺纹孔等 材料为h t 2 5 0 依公差等级和表面粗糙 江苏大学工程硕士论文 度要求 参考 实用机械加工工艺手册 有关资料 其加工方法选择如下 1 微电机壳底座的下表面为未注公差尺寸 根据g b g i l l 一7 9 规定其公差等级 为 t 1 4 表面粗糙度为r a l 2 5 需进行粗铣及半精铣 2 痧8 孔公差等级为i t 8 级 需进行钻 扩 铰 3 微电机壳两端面及彩1 0 2 的内孔微电机壳两端面为未注公差尺寸 表面粗糙 度为r a l 2 5 需进行粗车 移1 0 2 的内孔公差等级为i t 9 级 表面粗糙度为r a 3 2 需进 行粗车 精车 4 m 5 的螺纹孔需进行钻孑l 攻丝 5 m 4 的螺纹孔及痧1 0 的通孔m 4 的螺纹孔需进行钻孑l 攻丝 1 0 的通孔只 需要进行钻孔即可 2 3 3 零件各表面加工顺序的确定 在安排机械加二 工序时 应根据加工阶段的划分 基准的选择和被加工表面的主次 来决定 一般应遵循以下几个原则 1 先基准后其他 2 先粗后精 3 先主后次 4 先面后孔 微电机壳的加工包括端面及孔的加工 按照先加工基准面及先粗后精的原则 该零件加1 可按卜述工艺路线进行 其工艺路线安排如下 工序i 以微电机壳底座上表面定位 粗铣及半精铣底座下表面 工序i i 以精铣后的底座下表面及支承板定位 钻四个莎8 的孔 工序i i i 以精铣后的底座下表面及底座上的两个对角孔定位 粗车两端面及粗镗 1 0 2 的孔 工序i v 以精铣后的底座下表面及底座上的两个对角孔定位 精镗 1 0 2 的孔 工序v 以矽1 0 2 的孔及微电机壳的一个端面定位 钻两个端面上的6 个m 5 的螺 纹孔 工序 以精铣后的底座下表面及底座上的两个对角孔定位 钻矽11 4 壁上的两个 m 4 的螺纹通孔及痧1 0 的通孔 工序 质检 2 3 4 机床及工艺装备的选择 1 选择机床 江苏大学工程硕士论文 工序i 为粗铣和半精铣底座的下表面 应选立式铣床 考虑本零件属成批生产 所选机床使用范围较广为宜 故选x 5 0 1 2 型铣床能满足加工要求 工序i i v 为钻孔 可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工 其中工序 1 i v 选z 5 2 5 型立式钻床 工序 选z 5 1 5 型立式钻床 工序i i i 为粗车两端面及粗镗矽1 0 2 的孔 各工序的工步数不多 成批生产不要求 很高的生产率 故选用卧式车床就能满足要求 本零件外廓尺寸不大 精度要求不是很 高 故选用c a 6 1 4 0 型卧式车床即可 工序 为精镗孔 由于加工的零件外廓尺寸不人 又是回转体 故宜在车床上 镗孔 由于要求的精度较高 表面粗糙度数值较小 需选用较精密的车床才 i j m t n 足要求 因此选用c a 6 1 4 0 型卧式车床 2 选用夹具 本零件各工序均采用专用夹具 3 选择刀具 在车床上加工的工序 一般都选用硬质合金车刀和镗刀 加工铸铁类零件采用p 类硬质合金 粗加工用y t 5 半精加工用y t l 5 精加工用y t 3 0 为提高生产率及经济 性 应选用可转位车刀 g b 5 3 4 3 1 1 9 8 5 g b 5 3 4 3 2 1 9 8 5 铣底面时选用高速钢直柄立铣刀 钻矽8 孔时需要钻 扩 铰 分别选用钻头 扩孔钻 铰刀 而加工m 5 螺纹孔 时需要钻 攻丝 分别选用钻头和丝锥 4 选择量具 本零件属成批生产 一般情况下尽量采用通用量具 根据零什表面的精度要求 尺 寸和形状特点 参考 实用机械加工工艺手册 的有关资料 选择如下 铣底面时选用分度值为o 0 1m m 的外径千分尺 钻孔时选用分度值为o 0 1m m 的游标卡尺 攻丝时选用内径千分尺 车端面时选用游标卡尺 江苏大学工程硕士论文 2 4 工艺计算 2 4 1加工余量及工序尺寸的确定 用去除材料方法制造机器零件时 一般都要从毛坯上切除一层层材料之后才能制得 符合图样规定要求的零件 毛坯上留作加工用的材料层 称为加工余量 工序尺寸偏差 一般按 入体原则 标注 对被包容尺寸 上偏差为0 对包容尺寸 下偏差为0 各 工序加工余量及工序尺寸确定如下 1 工序i 一粗铣底座底平面 查 机械制造技术基础课程设计指南 表5 4 9 取加工余量z 为2m i l l 该底面的 表面粗糙度为r a l 2 5 取经济精度为i t l 2 按照 入体原则 标注 则该工序尺寸为8 2 工序i i 一钻 粗铰 精铰痧8 孔 查 机械制造技术基础课程设计指南 表 5 4 2 钻孔的经济精度取为i t l 2 按照 入 体原则 标注 则该工序尺寸为砂7 8 5 粗铰的经济精度取为i t 9 按照 入体原则 标注 则该工序尺寸为矽7 9 6 妯 精铰的经济精度取为i t 7 按照 入体原则 标注 则该工序尺寸为痧8 一j 5 3 工序i i i 一粗车端面及镗内孔 查 机械制造技术基础课程设计指南 表5 3 8 取加工余量z 为2m m 粗车端面 工步表面粗糙度为r a l 2 5 取经济精度为i t l 2 按照 入体原则 标注 则该工序尺 寸为 1 1 4 p 5 内孑l 的表面粗糙度为r a 3 2 取经济精度为i t l2 则粗镗的工序尺寸为 1 0 0 0 0 3 5 4 工序1 v 一精镗痧1 0 2 内孔 该工序内孔的表面粗糙度为r a 3 2 取经济精度为i t 8 则精镗的工序尺寸为 矽1 0 2 0 5 4 按照 入体原则 标注 则该工序尺寸为11 4 0 03 5 5 工序v 一钻螺纹底孔6 m 5 查 机械制造技术基础课程设计指南 表5 5 2 钻孔的经济精度取为i t l o 按照 入 体原则 标注 则该工序尺寸为4 5 4 8 6 工序 一钻通孔 1 0 及螺纹孑l2 m 4 查 机械制造技术基础课程设计指南 表5 4 2 及表5 5 2 钻 1 0 通孔的经济精度 1 2 江苏大学工程硕士论文 取为i t l 2 则该工序尺寸为矽1 0 5 钻螺纹孔2 x m 4 的经济精度取为i t 7 按照 入 体原则 标注 则该工序尺寸为3 5 0 0 坦 2 4 2 切削用量的选择 切削用量包括背吃刀量臼 进给量f 和切削速度k 选择切削用量的基本原则是 首先选取尽可能大的背吃刀量以 其次根据机床进给机构强度 刀杆刚度等限制条件 粗 加工时 或已加工表面粗糙度要求 精加工时 选取尽可能大的进给量f 最后根据 切削用量手册 查取或根据公式1 2 斋尼r 计算确定切削速度k 1 工序i 粗铣底座底平面 1 背吃刀量的确定 a p 1 2m m 2 进给量的确定 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 7 按机床功率 为5 1 0 k w 工件一夹具系统刚度为r t 一等条件选取 该工序的每齿进给量取为0 0 8m m z 3 铣削速度的汁算 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 9 按镶齿铣 刀d z 8 0 30 的条件选取 铣削速度v 司 取为4 0 5m m m i n 由公式所 1 0 0 0 v r e d 口j 求 得该工序铣刀的转速n 1 6 1r r a i n 参照 机械制造技术基础课程设计指导教程 表4 1 5 所列x 5 0 1 2 型立式铣床的主轴转速 取转速n 1 8 8r m i n 再将此转速代入公式可求得 该工序的实际铣削速度1 n z c d 1 0 0 0 4 7 2m m i m 2 工序i i 一钻 粗铰 精铰矽8 孔 1 钻孔工步 1 背吃刀量的确定 取口 7 8 m m 2 进给量的确定 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 2 2 选取该工 步的每转进给量厂 o 1 6m m r 3 切削速度的计算 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 2 2 按工件 材料为h t 2 5 0 选取 切削速度1 可取为2 0 m m i n 由公式咒 1 0 0 0 v z r d 可求得该工序钻 头转速胛 8 1 6 6r m i n 参照 机械制造技术基础课程设计指导教程 表4 9 所列z 5 2 5 型立式钻床的主轴转速 取转速玎 9 6 0r r a i n 再将此转速代入n 1 0 0 0 v r d 可求得该 工序实际钻销速度v n r d 10 0 0 9 6 0 3 1 4 7 8 1 0 0 0 2 3 5m m i n 2 耜铰工步 江苏大学工程硕士论文 1 背吃刀量的确定 取以 0 1 6m m 2 进给量的确定 由表 机械制造技术基础课程设计指导教程 5 3 1 选取该工步 的每转进给量厂 0 4m m r 3 切削速度的计算 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 3 1 切削速 度y 可取为3m m i n 由公式甩 1 0 0 0 v z d 可求得该工序铰刀转速n 1 2 0r m i n 参照 机 械制造技术基础课程设计指导教程 表4 9 所列z 5 2 5 型立式钻床的主轴转速 取转速 刀 1 4 0r r a i n 再将此转速代入n 1 0 0 0 v z r d 可求得该工序实际切削速度 1 n z d 1 0 0 0 1 4 0 3 1 4 x7 9 6 1 0 0 0 3 4 9m r n i n 3 精铰工步 1 背吃刀量的确定 驭口 o 0 4m m 2 进给量的确定 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 3 1 选取该工 步的每转进给量厂 0 3m m r 3 切削速度的计算 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 3 1 切削速 度v 可取为4m m i n 由公式 1 0 0 0 v z d 可求得该1 序铰刀转速 z 1 5 9 2r m i n 参照 机械制造技术基础课程设计指导教程 表4 9 所列z 5 2 5 型立式钻床的主轴转速 取 转速 2 1 9 5r r a i n 再将此转速代入 2 1 0 0 0 v z d 可求得该工序实际切削速度 v n z d 1 0 0 0 1 9 5 3 1 4 8 1 0 0 0 4 8 9m m i n 3 工序i i i 一粗车端面及镗内孔 1 粗车端面工步 1 背吃刀量的确定 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表2 2 2 单边余 量为lm m 即a 1m m 2 进给量的确定 选取该工步的每转进给量厂 0 5m m r 3 切削速度的计算 由公式v c2 孑苦k 计算确定 式中 c 产1 5 8 r 6 0m i n m 2 0 2 l x o 1 5 f 2 0 5 y o 4 k 1 1 0 8 1 o 9 7 0 7 8 6 则v 7 2m m i n 确定主轴转速饮 1 0 0 0 v c x d 1 0 0 0 7 2 3 1 4 1 0 2 2 2 4 8r r a i n 查 机械制造技 术基础课程设计指南 表5 5 6 参照c a 6 1 4 0 的主轴转速 取n 2 5 0r r a i n 故实际切削 速度y n z c d 1 0 0 0 8 0 0 7m r a i n 2 粗镗彩1 0 2 内孔 1 4 江苏大学x 程硕士论文 1 背吃刀量的确定 单边余量为1m m 即a p 1m m 2 进给量的确定 选取该工步的每转进给量f o 5m m r 3 切削速度的计算 由公式k2 斋t 计算确定 式中 g 1 5 8 丁 6 m i n m 0 2 a p 1 一 o 15 f 0 5 y o 4 k 1 1 0 8 1 0 9 7 0 7 8 6 则k2 7 2 m m i n 确定主轴转速恢 1 0 0 0 k z r d 1 0 0 0 x7 2 3 1 4x1 0 2 2 2 4 8r r a i n 查 机械制造技 术基础课程设计指南 表5 5 6 参照c a 6 1 4 0 的主轴转速 取门 2 5 0r r a i n 故实际切削 速度v n z d 1 0 0 0 8 0 0 7m m i n 4 工序i v 精镗莎1 0 2 内孔 1 背吃刀量的确定 单边余量为0 51 t i m 即口 0 5m m 2 进给量的确定 选取该工步的每转进给量厂 o 5m m r 3 切削速度的计算 由公式k2 奇e 计算确定 式中 c 1 5 8 丁 6 0m in m o 2 以 1 x 0 1 5 f 0 5 y 0 4 k 1 1 0 8 1 0 9 7 0 7 8 6 则v c 7 2m r a i n 确定主轴转速刀 1 0 0 0 v c z d 1 0 0 0 7 2 3 1 4 1 0 2 2 2 4 8r r a i n 查 机械制造技 术基础课程设计指南 表5 5 6 参照c a 6 1 4 0 的主轴转速 取玎 4 0 0r m i n 故实际切削 速度v n r d 1 0 0 0 1 2 8 1m m i n 5 工序v 钻螺纹底孔6 m 5 1 钻孔工步 1 背吃刀量的确定 取a p 4 5m m 2 进给量的确定 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 2 2 选取该工 步的每转进给量 o 1 m m r 3 切削速度的计算 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 2 2 切削速 度v 刚 取为2 0m m i n 由公式 1 0 0 0 v 万d 可求得该工序钻头转速门 1 3 2 6 9r m i n 参 照 机械制造技术基础课程设计指导教程 表4 9 所列z 5 2 5 型立式钻床的主轴转速 取转速 2 1 3 6 0r m i n 再将此转速代入 7 1 0 0 0 v 万d 可求得该工序实际钻销速度 v n z d 1 0 0 0 2 0 5m m i n 2 攻丝工步 1 背吃刀量的确定 取a o 5m m 江苏大学工程硕士论文 2 进给量的确定 由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距 选取该工步的每 转进给量厂 o 5m m r 3 切削速度的计算 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 3 7 切削速 度v 可取为6r n m i n 由公式玎 1 0 0 0 v j r d 可求得该工序钻头转速玎 3 8 2 2r m i n 参照 机械制造技术基础课程设计指导教程 表4 9 所列z 5 2 5 型立式钻床的主轴转速 取 转速刀 3 9 2r m i n 再将此转速代入聆 1 0 0 0 v r d 可求得该工序实际钻销速度 1 m r d 1 0 0 0 6 1 5m m i n 6 工序 一钻通孔矽1 0 及螺纹孔2 m 4 1 钻通孔彩1 0 工步 1 背吃刀量的确定 取a v 1 0 m m 2 进给量的确定 查 机械制造技术基础课程设计指南 表5 1 2 7 得厂 0 4 7 0 5 7 0 7 5 0 3 7 5m m r 3 切削速度的计算 查 机械制造技术基础课程设计指南 表5 1 3 3 得v 1 5m r a i n 由公式1 1 0 0 0 v n d 1 0 0 0 1 5 3 1 4 1 0 4 7 7 7r r a i n 参照 机械制造技术基础课程设 计指导教程 表4 9 所列z 5 2 5 型立式钻床的主轴转速 取转速 2 5 4 5r m i n 再将此转 速代入 2 1 0 0 0 v r e d 可求得该工序实际钻销速度v n r d 1 0 0 0 17 1m m i n 2 钻螺纹孔2 m 4 工步 1 背吃刀量的确定 取a 3 5m m 2 进给量的确定 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 2 2 选取该工 步的每转进给量厂 o 1m m r 3 切削速度的计算 由 机械制造技术基础课程设计指导教程 表5 2 2 切削速 度1 可取为2 0r n m i n 由公式n 1 0 0 0 v r d 可求得该工序钻头转速n 1 8 1 9 8r m i n 参 照 机械制造技术基础课程设计指导教程 表4 1 3 所列z 5 1 5 型台式钻床的主轴转速 取转速n 2 1 5 0r m i n 再将此转速代入n 1 0 0 0 v j r d 可求得该工序实际钻销速度 v n z c d 1 0 0 0 2 3 6m r a i n 3 攻螺纹孔2 m 4 工步 1 背吃刀量的确定 取以 o 5i i l m 2 进给量的确定 由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距 选取该工步的每 转进给量厂 0 5m m r 江苏大学z 程硕士论文 3 切削速度的计算 由 机械制造技术基