基于 ProE的液压泵变量活塞Ⅰ零件的工装设计.doc
GY02-058@基于 ProE的液压泵变量活塞Ⅰ零件的工装设计
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机械毕业设计全套
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GY02-058@基于 ProE的液压泵变量活塞Ⅰ零件的工装设计,机械毕业设计全套
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1 1 绪 论 1.1 CAD 技术的发展历程及趋势 1.1.1 CAD 简介 CAD（计算机辅助设计， Computer Aided Design）；是指工程技术人员以计算机为工具，应用自身的知识和经验，对产品进行包括方案构思总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等一切设计活动的总称。 CAD是一个设计的过程，它是“在计算机环境下完成产品创造、分析和修改，以达到预期设计目标”的过程。 一般认为， CAD 系统具有几何建模、工程分析、模拟仿真、工程绘图等主要功能。就目前 CAD 技术可实现的功能而言， CAD作业过程在设计人员进行产品概念设计的基础上从事产品的几何造型，完成产品几何模型的建立；提取模型中的相关数据进行工程分析和计算，例如有限元分析、仿真模拟等；根据计算结果决定对设计结果的修改，满意后编辑全部设计文档，输出工程图的一个完整过程。从 CAD作业过程可以看出， CAD技术也是一项产品建模技术，它是将产品的物理模型转化为计算机内部的数据模型，以供后续的产品开发活动所共享，驱动产品生命周期的全过程。 一个功能完备的 CAD系统包括设计数据库、应用程序库和多功能交互图形库。产品 设计数据库储存有各类标准规范、计算公式、经验曲线等产品设计信息；应用程序库包括有常规的设计程序，优化方法、有限元分析、可靠性分析等通用和专用的设计分析和计算程序；多功能交互图形库用于图形处理，工程图绘制、标准零部件图库的建立等图形处理作业。 在 CAD系统中，若加入人工智能技术，用计算机模拟人类专家解决问题的思路和方法进行设计过程中的推理和决策。可大大提高设计过程自动化水平，对产品进行功能设计、总体方案设计等产品的概念设计的过程，以实现对产品设计全过程提供有力的支持。 1.1.2 CAD 技术的发展历程 nts 2 CAD技术起源于美国，它经历一个由二维设计技术向三维设计技术发展的过程，早期的二维机械 CAD技术实际上是计算机辅助绘图（ Computer Aided Prafting），它只是起到了一个电子图版的作用，因为二维机械 CAD 技术没能很好地解决设计中最别扭的几个问题，机构几何关系和运动关系的分析讨论问题、设计的更新与修改问题、设计工程管理问题等，所以二维机械 CAD 没有起到真正的计算机辅助设计的作用。于是人们渴望三维 CAD技术的出现。 到目前为止，三维 CAD技术的发展经历了四次技术革命。第一次技术革命是曲面造型系统。 20 世纪 60年代出现的三维 CAD系统只是极为简单的线框式系统，由于缺乏形体的表面信息， CAM及 CAE均无法实现。进入 70年代后，世界发达国家的汽车及飞机工业飞速发展，此时在飞机和汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，由于当时制作出来的样品与设计者想象的形状有很大差异，于是出现的曲面造型系统 CATIA 为人类带来了第一次 CAD 技术革命， CATIA改变了以往只能借助油泥模型里近似表达曲面的工作方式使人们可以用计算机进行曲线、曲面的处理操作。它的出现首次实现了计算机完整扫描产品零件主要信息的功能，同时也使得 CAM技术的 开发有了现实的基础，但是曲面造型技术只能描述零件形体的表面信息，难以准确表达零件的其他特性，如质量、重心、转动惯量等，对 CAE技术十分不利，而且该时期的造型技术基本上是以表面及线框造型技术为代表的无约束自由造型技术。由于软件操作复杂，价格极其昂贵，中小企业根本无力问津，因此难以得到普及。于是 1979年，美国的 SDRC公司推出了世界上第一个基于实体造型技术的大型 CAD/CAM软件 I-DEAS。实体造型技术是 CAD 技术上的第二次技术革命。由于实体造型技术能够准确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一 CAD、 CAE、 CAM 的模型表达，给设计带来了极大的方便，然而带来了数据计算量的极度膨胀。在当时硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很慢，因而实体造型技术没有迅速在整个行业中全面推广。在以后，美国的 CV 公司最先在曲面算法上取得了突破，计算速度提高较大，另外，由于 CV公司提出了集成各种软件为企业提供了全方位解决方案，采取了将软件的运行平台向价格较低的小型机转移的有利措施，一跃成为 CAD领域的领导者。 进入 20世纪 80年代中期后，参数技术公司 PTC（ Parametric Technology Corp），开始研制被命名 为 Pro/ENGINEER 的参数化软件。“参数化”技术的出现，nts 3 使僵硬的曲面、实体造型技术获得了“智能化”弹性修改的魅力，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上的简便易行的优势，因而赢得了众多中小企业的亲眯，使得它在 20世纪 90年代前后几乎成为 CAD业界的标准，称之为 CAD技术的第三次革命。 PTC（ Parametric Technology Corp）的 Pro/E主导了这一潮流。 参数化造型技术特点是：基于特征、全尺寸约束、尺寸修改、全数据相关。只要按照系统规定的方式去操作，系统保证生成的设计的正确性及效率性 ，否则系统拒绝操作。其造型过程类似模拟工程师读图样的过程，由关键尺寸、形体尺寸、定位尺寸一直到参考尺寸，无一遗漏全部看懂（输入计算机）后，形体自然在脑子里（在屏幕上）形成。 Pro/ENGINEER 也于 1990前后成为 CAD 业界的标准。早期的 Pro/E 软件性能低，只能完成简单的工作，但由于第一次实现了尺寸驱动零件设计修改，使人们看到了它给设计者带来的方便性。 80年代末，计算机技术迅速发展，硬件成本大幅度下降， CAD技术硬件平台成本从二十几万美元降到几万美元，许多中小企业也开始有能力使用 CAD技术。由于他们的 设计工作量并不大，零件形状也不复杂，更重要的是他们无钱投资大型高档软件，因此他们把目光投向了中低档的 Pro/E软件。 PTC也正是因为瞄准了这一中档市场，才迎合众多中小企业在 CAD上的需求，一举取得成功。进入 90年代，参数化技术变的比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件，零部件设计上存在的简便易行的优势。 PTC也因此先行挤占了低端 AutoCAD市场，继而， PTC公司又试图进入高端 CAD市场，与 CATIA、 SDRC、CV、 UG等群雄在汽车及飞机制造业市场逐鹿。目前， PTC在 CAD市场份额排名也名列前茅。 SDRC公司的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术 变量技术。作为今后的开发方向，它保留了参数化技术基于特征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的优点，但在约束定义方面做了根本性的改变，将参数化技术中所需定义的尺寸“参数”进一步区分为形状约束和尺寸约束。操作者可先决定所感兴趣的形状，然后再给出一些必要的尺寸，尺寸是否注全，不影响后续操作。同时又克服了它的许多不利之处，它的成功应用，将为CAD技术的发展提供更大的空间和机遇，目前被视为 CAD技术的第四次技术革命。SDRC的 IDEASMaster Series 堪称该技术的代表作。变量化技术不仅可以做到尺nts 4 寸驱动，也可以实现约束驱动，即由工程关系来驱动几何形状的改变。 三维 CAD技术符合人的设计思维习惯，整个设计可以完全在三维模型上讨论，直观形象。另外，应用三维 CAD设计能建立充分和完整的设计数据库，并以此为基础，进一步进行应力 /应变分析、质量属性分析、空间运动分析、装配干涉分析、模具设计与 NC 可加工性分析、高效率及高正确率的二维工程图生成、外观效果和造型效果评价等工作，因而三维 CAD 技术才是真正意义上的计算机辅助设计技术（ Computer Aided Design）。 1.1.3 CAD 技术的发展趋势 围绕创新设计能力的提高和网络计算环境的普及， CAD技术的发展趋势主要围绕以下七个方面： 标准化：除了 CAD支撑软件逐步实现工业标准，面向标准构件（零部件库）标准化方法也已成为 CAD技术的必备内容，是向着合理化的程度设计的应用方向发展。 并行化：并行化是机械设计的大趋势， CAD技术提供对并行设计的支撑是 CAD技术的一个重要发展方向。 集成化：集成化主要体现在 CAX/PDM/ERP 技术经过集成，形成企业一体化的技术或系统，进而打主动企业信息化的进 程。 自动化：传统的 CAD系统已经实现了自动化进行结构分析，但这些还远远不够，至少还包括这样几个方面，自动设计方案，自动获取资料，三维实体的自动重建。必须推出的是 CAD技术的发展目标不是实现“完全的自动化”，而是以一种符合设计人员习惯的方式，帮助他们完成设计工作。 开放性： CAD 系统目前广泛建立在开放式操作系统（ Windows窗口系统、 UNIX平台、 LINUX平台）之上；此外，各种成熟的 CAD系统还为终端用户提供了 3次开发环境，使用户可根据需要定制自己的 CAD系统。 网络化：网络技术是计算机技术和翻译技术相 互渗透而又紧密结合产物， CAD的智能化特性主要体现在 CAD系统本身的智能化特性、人机智能交互接口、设计工程和设计结果的智能显示。 因此我们发现智能 CAD技术发展的必然方向，知识工程与 CAD 技术的有机集nts 5 成是实现智能 CAD 的必然途径，智能 CAD 系统是基于知识驱动的 CAD 系统。 1.2 Pro/ENGINEER 简介 Pro/ENGINEER 是美国参数技术公司（ PTC）推出的新一代 CAD/CAE/CAM 软件，它具有基于特征全参数、全相关，单一数据库特点，自推出以来，由于强大的功能它很快得到业内人士的普遍欢迎，并迅速成为当 今世界最为流行的 CAD软件之一。目前， Pro/ENGINEER 已成为易学易用的百万级 CAD/CAE/CAM应用软件，并风靡世界各地。在中国，自 20世纪 90年代中期以来，许多大型企业开始选用Pro/ENGINEER，至今该软件已拥有相当大的用户群。同时国内许多大学也纷纷运用 Pro/ENGINEER 作为教学和研究开发的基础软件平台。 参数化实体造型技术是 Pro/ENGINEER 系统的核心技术，其主要特点是基于、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改及全数据相关。 基于特征：将某些具有代表性实体几何形状定义为特征，并将其所 有尺寸存为可变参数，以此为基础来进行更为复杂的几何形体构造。 222 全尺寸约束：将形状尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。造型必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能漏标尺寸（欠约束），不能多标尺寸（过约束）。 尺寸驱动设计修改：通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。 全数据相关：尺寸参数的修改导致其他相关模块中的相关尺寸得以全盘更新。采用参数化技术的好处在于它彻底改变了自由建模的无约束状态，几何形状均以尺寸的形式被有效控制，如打算修改零件形状，只需编辑一下尺寸的数值，即可实现形状的改变 。尺寸驱动已经成为当今造型系统的基本功能，无此功能的造型系统已基本不存在了。 Pro/ENGINEER与传统的仅提供绘图工具的 CAD系统有着极大的不同。前者提供了一个完整的机械产品解决方案，包括工业设计、机械设计、模具设计，加工制造，机构分析、有限元分析和产品数据库管理，基本包括产品生命周期的管理等。 Pro/ENGINEER 是建立在单一数据库的 CAD/CAM/CAE软件，它不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的数据全部来自一个数据库，使得多个独立用户可以同时为一个产 品的造型而工作。换言之，nts 6 在整个设计过程中的任何一处发生参数改动，可以反应至整个设计过程的相关环节，此种功能称之为全相关。举例来说，如果二维工程图有所改变，零件的三维模型会相应改变， NC加工路径也会自动更新。单一数据库技术和全相关功能，为并行工程的实施提供了一个很好的软件平台。 nts 7 2 基于 Pro/E 的液压泵变量活塞零件的三维建模 2.1 建立零件的毛坯模型 在工具栏中点击“新建”按钮，出现新增对话框，在类型下选取“零件”并取名“ maopei”。单击“确定”按钮，进如草绘环境界面，如图 2-1 。单击菜单管理器上（如图 2-2）的“特征”、“创建”、“加材料”、“旋转”、“完成”、“完成”，选“ Top平面”、“正向”、“缺省”，依次在菜单管理器中单击“ 360”、“完成”，最后在伸出项：旋转对话框中单击“确定”，完成的三维实体模型如图 2-3： 图 2-1 草绘环境界面 nts 8 图 2-2 菜单管理器 图 2-3 创建的毛坯 2.2 零件的三维建模 第一步 ： 新建文件 单击窗口上部工具栏中的“创建新对象”按钮， 打开新建对话框，在名称栏中输入“ Huosai”作为文件名，单击“确定”按钮，打开“新文件”选项，进入草绘环境界面，如图 2-4所示。 图 2-4 草绘环境界面 nts 9 第二步 ：以拉伸方式创建加材料特征 在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“加材料”、“旋转”、“完成”、“单侧”、“完成”后，点 Top平面，再单击“正向”、“缺省”，进入二维草图绘制界面，如图 2-5 所示。 图 2-5 绘制草绘图 图 2-6 创 建的圆柱面特征 然后点击 ，在菜单管理器当中依次单击“ 360”、“完成”、“确定”后， 完成的模型如图 2-6。 第三步：以旋转方式创建切减材料特征槽 （ 1）在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“旋转”、“完成”，接受缺省选项，选 Top 平面，再点击“正向”、“缺省”，进入二维草图绘制界面，绘制草绘图。点击 ，在菜单管理器当中点击“ 360”、“完成”，再从切剪：旋转对话框中点击“缺定”按钮。 （ 2）复制槽：在菜单管理器当中依次点击“复制”、“移动”、“ 完成”，选取平移的特征后，点击“完成”、“平移”、“曲线 /边 /轴”，用查询方式选取 A-1（轴）： F5（伸出项），点击查询列表中“接受”按钮，再点击“反向”、“正向”。从草绘界面输入偏距距离为 5，点击 ，在菜单管理器当中依次点击“完成”、 “移动”、 “完成”，从组元素对话框中点击“确定“按钮。 （ 3）阵列槽：在菜单管理器当中依次点击“阵列”， 选取上一次复制的特征后，点击“完成”，在草绘环境界面中输入尺寸增量 5，点击“完成”，完成小外圆处的槽如图 2-7。 nts 10 图 2-7 创建的小外圆槽特征 图 2-8 创建的大外圆槽特征 （ 4）以同样的方式创建大外圆处的槽，完成的特征如图 2-8。 第四步：以旋转方式创建切减材料特征孔 22孔 在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“旋转”、“完成”，接受缺省选项，选 Top平面，再点击“正向”、“缺省”，进入二维草图绘制界面，绘制草绘图。点击 ，在菜单管理器当中依次单击“正向”、“ 360”、“完成”后，在切剪：旋转对话框中点击“确定”按钮，创建的特征如图 2-9。 图 2-9 创建的 22 孔特征 图 2-10 创建的平面 C 特征 第五步：以拉伸方式创建切减材料特征平面 C。 nts 11 在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“旋转”、“完成”，接受缺省选项，选取直径为 54 的外圆的截面为草绘平面，再点击“正向”、“缺省”，进入二维草图绘制界面，绘制草绘图。点击 ，在菜单管理器当中依次单击“正向”、“至曲面”、“完成”， 选取直径为 55 的外圆的右段截面，创建的特征如图 2-10。 第六步：以拉伸方式创建切 减材料特征 7.7平面 在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“拉伸”、“完成”，接受缺省选项，再点击“完成”、“产生基准”、“偏距”、选取 Front为参考平面，绘制草绘图。点击 ，在菜单管理器当中依次单击“正向”、“完成”，输入值 7.7。在切剪：拉伸对话框中点击“确定”按钮，创建的特征如图2-11。 图 2-11 创建的特征 7.7 平面 图 2-12 绘制 M5-6H 底孔草绘图 第七步：以拉伸方式创建切减材料特征 M5-6H孔 在菜单管理器 当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“拉伸”、“完成”，接受缺省选项，再点击“完成”，选取 7.7平面，点击“正向”、“缺省”，进入二维草图绘制界面，绘制草绘图如图 2-12所示。点击 ，在菜单管理器当中点击“完成”，输入深度值 12，在切剪：拉伸对话框中点击“确定”按钮，创建的特征如图 2-13。 nts 12 图 2-13 创建特征 M5-6H 底孔 图 2-14 创建特征 M5-6H 第八步：以螺旋扫描方式创建螺纹特征 在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材 料”、“高级”、“完成”、“ 螺旋扫描”、“完成”，接受缺省选项，再点击“完成”、“产生基准”、“穿过”、“ A-11轴”、“完成”、“正向”， 进入二维草图绘制界面，绘制草绘图。点击 ，输入节距值为 1，绘制草绘图。点击 ，在菜单管理器当中点击“正向”，在切剪：螺旋扫描对话框中点击“确定”按钮，创建的特征如图 2-14。 第九步：以旋转方式创建切减材料特征孔 25孔 在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“旋转”、“完成”，接受缺省选项，选 Top平面，再点击“正向”、“缺省”，进入二 维草图绘制界面，绘制草绘图。点击 ，在菜单管理器当中依次单击“正向”、“ 360”、“完成”后，在切剪：旋转对话框中点击“确定”按钮，创建的特征如图 2-15。 图 2-15 创建 25 孔 图 2-16 创建活塞零件 nts 13 第十步：进行倒角 在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“边”、“ 45 d”，输入倒角尺寸为 1，点击 ，再选取倒角的边，点击倒角对话框中“确定”按钮，完成的模型如图 2-16。 上述是完成的产品即是变量活塞，完成 这个零件要分十步。可以知道在 Pro/E当中如何绘制这种零件的。它可以带来很多方便，也很形象让人知道实体是怎么来的。 第十一步：创建剖视图 在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“偏距”、“完成”输入截面名称 A，创建的截面如图 2-17。同理也要创建截面名称 B，创建的截面如图 2-18。 图 2-17 A 截面 图 2-18 B 截面 第十二步：进入工程图模式 在工具栏上点击“新建”、“绘图”、输入名称“ Huosai”，再点击“确定”。 在新制图对 话框中如图 2-19，在缺省模型中点“浏览”选中刚创制的“ HUOSAI. PRT”，在指定模版中点击“空”，在标准大选 A4。单击“确定”，进入工程图模式如图2-20。 nts 14 图 2-19 新制图对话框 图 2-20 菜单管理器 第十三步：创建三视图 （ 1）在菜单管理器当中依次单击“视图”、“增加视图”、“截面”、“部分视图”、“完成”，接受其它缺省选项，再点击“完成”，在定位对话框中选取参照 1：水平轴，单击“确定”，选取截面名称 A，单击“完成”，在窗口图框内 的左上角单击，放置视图。 （ 2）在菜单管理器当中依次单击“增加视图”、“截面”、“部分视图”、“完成”，接受其它缺省选项，再点击“完成”， 选取截面名称 B，单击“完成”，在窗口图框内的右上角单击，放置视图。 （ 3）在菜单管理器当中依次单击“增加视图”、“投影”、“完成”，在绘图区域中选择绘制的视图的中心点将出现俯视图。 （ 4）在菜单管理器当中依次单击“增加视图”、“一般”、“完成”，在绘图区域中选择绘制的视图的中心点将出现三维模型图。最后创建的工程图如图2-21： 图 2-21 创建的三视图nts 15 3 液压 泵变量活塞零件的工艺规程设计 3.1 零件的分析 3.1.1 零件的作用 液压泵变量活塞是一个很重要的零件。它的加工要求较高，尤其两外圆的精度很高，既要保证间隙 0.015mm 0.025mm，又要保证与件 701相配合。 活塞两端的截面积不等，由 P=F S知 ,缸内油的压强通过活塞来控制 ,进而调节油的流量 ,而七槽用于减少油的摩擦及挤压 . 3.1.2 零件的工艺分析 由液压件厂加工的要求 ,材料是 40Cr,该材料是合金调质钢 ,调质后强度比碳钢高 ,用于制造在重载荷作用下同时受冲击载荷作用的一些重要零件 ,要求 零件具有高强度、高韧性相结合的良好综合性能。 该零件的主要加工表面有： 55外圆、 40外圆、 54外圆、 39外圆、 25孔、 7.7平面及平面 C。 55外圆与 40外圆圆柱度都为 0.0025mm， 55外圆与 40 外圆轴心线的同轴度为 0.006mm，且两端保证间隙 0.015mm 0.025mm，保证与件 701相配合； 55外圆与 40 外圆要求经济精度公差等级为 IT6，经济粗糙度 Ra 值为 0.1mm； 22孔与 25孔钻孔后要求有退刀槽，以保证加工精度，不留毛刺。 3.2 工艺规程设计 3.2.1 确定毛坯的制造形式和机械加工余量 根据零件材料确定为锻件，生产纲领为中批量生产。毛坯锻造方法选用模锻件，是在锻锤或压力机上通过专用锻模而锻制成形的锻件。它的的精度和表面质量均比自由锻造好，可以使毛坯形状更接近工件形状，加工余量小。同时由于模锻件的材料纤维组织分布好，锻制件的机械强度高。而且模锻件的生产效率高，需要专用的模具，因此，主要适用于批量较大的中小型零件。 由参考文献 1表 2.3-5，用查表法确定各表面的总余量如表 2-1所示。 表 2-1加工表面总余量（ mm） nts 16 加工表面 基本尺寸 加工余量值 A面轮廓尺寸 250 4 B面轮廓尺寸 250 4 55外圆 55 5 54外圆 54 5 39外圆 39 5 40外圆 40 5 由参考文献 1表 2.3-9可得锻件的主要尺寸的公差如表 2-2 所示。 表 2-2 主要毛坯尺寸（ mm） 主要面尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 A面轮廓尺寸 250 4 254 A面轮廓尺寸 250 4 254 55外圆 55 5 60 54外圆 54 5 59 39外圆 39 5 44 40外圆 40 5 45 3.2.2 基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分。零件开始加工时，所有面均未加工，只能毛坯面作定位基准。这种以毛坯面作定位基准的称为粗基准；以后加工必须以加工的表面作定位基准，以加工的表面作定位基准的称为精基准。 3.2.2.1 精基准的选择原则 选择精基准时，重点考虑是如何减少工件的定位误差，保证工件的加工精度，同时，也要考虑工件装卸方便、夹具结构简单，一般遵守下列原则： （ 1） 基准统一的原则（ 2）基准重合原则（ 3）自为基准原则（ 3）互为基准原则（ 4）装夹方便原则 以上几项原则，每项原则只能说明 一个方面的问题，理想的情况是使基准既“重nts 17 合”又“统一”。同时又能使定位稳定、可靠，操作方便，夹具结构简单。但实际运用中往往出现相互矛盾的情况，就要从技术和经济方面进行综合分析，抓住主要的矛盾，进行合理分析。 因此，由液压泵变量活塞的加工要求及精度，应选两端面上的中心孔为精基准，符合基准重合原则，即轴心线作为设计基准，两端面上的中心孔为定位基准，遵循基准重合原则，同时，又较好的保证各个加工面的位置精度，各工序所用夹具定位方式统一，可减少夹具的设计、制造工作量，遵循基准统一原则。 3.2.2.2 粗基准的选择 原则 选择粗基准时，重点考虑如何保证加工面都能分配到合理的加工余量，保证加工面与不加工面的位置尺寸和位置精度，同时还要为后续工序提供可靠精基准。具体选择应遵循下列原则： （ 1） 为了保证零件各个加工面都能分配到足够的加工余量，应选加工余量小的面为粗基准。 （ 2） 为了保证零件加工面与不加工面的相对位置要求，应选不加工面为粗基准。 （ 3） 为了保证零件重要表面加工余量均匀，应选重要表面为粗基准。 （ 4） 为了使定位可靠、稳定，应选毛坯尺寸和位置比较可靠平整光洁面作粗基准。 （ 5） 粗基准应尽量避免重复使用，特别在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次。 因此分析活塞零件的加工要求及精度，应选 54外圆为粗基准，依次在两端车端面及打中心孔。 3.2.3 制定工艺路线 根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下： 各外圆都需要粗车、精车、粗磨的加工方法，以达到经济粗糙度为 0.1mm 的要求； 25孔采用在车床上钻孔，再扩、铰，以便达到经济粗糙度为 1.6mm的要求，然后在车床上车退刀槽； 22孔在车床上先钻孔，再车退刀槽。 因为以顶尖孔定位，可粗车、精车出各外圆，在一次装夹下，加工出来保证加工精度。 nts 18 根据先面后孔，先 主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将各外圆先粗车出来，再精车，最后磨各外圆。 25孔先钻出来，在热处理后再进行扩、铰孔，以达到尺寸的要求。 初步拟订加工工艺路线如下： 工序号 工 序 内 容 1 锻 造 2 正 火 3 车两端面、钻中心孔 4 粗车各外圆、倒角 5 车右端各外圆及槽 6 车左端各外圆及槽 7 钻 22孔、切槽 4 0.5 8 铣平面 C 9 车 25孔、切槽 4 0.5 10 铣 7.7 平面 11 扩、铰 25孔 12 钻 、攻 M5-6H 13 热处理：淬火 HRC40 14 粗 磨 各 外 圆 15 检 验 16 入 库 上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。 工序 7应在工序 6之前完成。因为钻 22孔在车床上进行，当工序 5完成之后就加工 22孔。 工序 12应安排在工序 10后。因为铣 7.7平面后，可在钻床上加工螺纹孔并攻丝。 nts 19 工序号 工序内容 1 锻造 2 正火 3 车两端面、打中心孔 4 粗车各外圆，留 2余量，倒角 5 以中心 孔定位，车右端各外圆及槽，留磨削余量 0.3 6 在车床上车 22孔，切槽 4 0.5 7 车左端外圆及槽，留磨削余量 0.3 8 铣平面 C 9 用专用夹具装夹，车 25 孔及槽，倒角 10 扩、铰 25孔 11 铣 7.7平面 12 钻，攻 M5-6H 13 热处理，表面高频淬火 HRC40 14 磨各外圆至图纸尺寸 15 清理、入库 3.3 加工设备及刀、夹、量具的选择 因为生产为中批量生产，故以通用机床、专用夹具为主，可以提高生产效率，夹具的精度与工序的加工精度。工件在各 机床间的传递均由人工完成。 刀具是影响切削加工的重要工具，合理的选用刀具是保证产品质量和提高切削效率的重要条件。在选择刀具型式和结构时，应考虑以下主要因素： (1)生产性质 (2)机床类型 (3)工艺方案 (4)工件的形状和尺寸 (5)加工精度 (6)加工表面的粗糙度 (7)工件的材料 (8)生产率 常用的刀具材料主要是高速钢和硬质合金刚两大类。应选用硬质合金刚材料的刀具。 车端面、倒角、车槽都可以用 CA6140车床加工完成（参考文献 3：表 9 6）。选择 YT15硬质合金车刀（参考文献 3：表 18 20）、通用夹具 、游标卡尺。 nts 20 铣 7.7的平面。选择 X62W卧式铣床（参考文献 1：表 3.1 73）。选择直径D为 23mm硬质合金螺旋齿直柄立铣刀（参考文献 3：表 21-21）、专用夹具和游标卡尺。 钻螺纹孔并攻丝。所加工的最大钻孔直径 5mm，选用摇臂钻床 Z3025（参考文献 1：表 3.1 30）。钻孔用锥柄麻花钻（参考文献 3：表 20 2），采用专用夹具。攻螺纹选用摇臂钻，采用机用丝锥（参考文献 1：表 4.6-3）、丝锥夹头、专用夹具和螺纹塞规。 铣平面 C。选择 X62W卧式铣床（参考文献 1：表 3.1 73）。 选择与工序 4相同的刀具，采用专用夹具及游标卡尺。 钻 22孔并切槽 4 0.5。用 CA6140 车床加工完成（参考文献：表 9 6）。选用锥柄麻花钻（参考文献 3：表 20 2）、采用通用夹具及游标卡尺、塞规。 钻、扩、铰 25孔。用 CA6140车床加工完成（参考文献 3：表 9 6）。选用锥柄麻花钻（参考文献 3：表 20 2），选用锥柄机用铰刀。扩孔选用高速钢锥柄扩孔钻（参考文献 3：表 20 23）。选用专用夹具、快换夹头、游标卡尺、塞规。 磨各外圆选用外圆磨床 M1412（参考文献 2：表 14 16），选 用专用夹具、游标卡尺。 3.4 加工工序设计 （ 1）车端面、车槽及倒角 查文献 1:3.2 2，车外圆加工余量：粗车加工余量为 2.5mm，精车的加工余量为 2.3mm，又根据表 2-1加工表面总余量知 3pa mm。查文献 2:1-10，硬质合金车刀粗车外圆的进给量 0.4mm/r，精车进给量为 0.2mm/r。又由参考文献2：表 1-12取 110m/min，实际的切削速度是通过机床转速来实现的计算式为： 1 0 0 0 / 1 0 0 0 1 1 0 / 3 . 1 4 6 0 / m i n 5 7 4 / m i nj c wn v d r r 根据机床主轴变速表可知，实际主轴转速为 560r/min，故实际切削速度为 ： . / 1 0 0 0 / 3 . 1 4 6 1 6 0 / 1 0 0 0 / 1 0 7 /c e w ev d n r s r s r s 同理可计算 40外圆，实际的切削速度是通过机床转速来实现的，计算式为1 0 0 0 / 1 0 0 0 1 1 0 / 3 . 1 4 4 6 / m i n 7 6 1 / m i nj c wn v d r r 。 其实际主轴转速为nts 21 710r/min。故实际切削速度为 : . / 1 0 0 0 / 3 . 1 4 4 5 7 1 0 / 1 0 0 0 / 1 0 2 /c e w ev d n r s r s r s 按上述的方法所选择的切削用量，校核其切削功率是小于机床许用功率。 （ 2） 工序 10 铣 7.7 平面及工序 8 铣平面 C 由于锻件的要求铣 C平面加工余量为 7mm，参考文献 1表 2.4-73，取粗铣的每齿进给量zf为 0.2mm/z，粗铣走刀一次， 3.5pa mm。参考文献 1表3.1-74，取粗铣的主轴转速为 118r/min，选定铣刀直径 D为 23mm，相应的切削速度为 3 . 1 4 2 3 1 1 8 / m i n 8 . 7 / m i n1 0 0 0 1 0 0 0dnv m m 粗， 校核机床功率，参考文献 1表 2.4-96的切削功率为 5 0 . 9 0 . 7 41 6 7 . 9 1 0m p z e p mp a f a z n k，取 z=10个齿，120 2/60n r s ， 168ea mm ， 3.5pa mm ， 0 .2 /zf m m z ， 1mkp ，代入得6.2mp kw 。参考文献 1表 3.1-73的机床功率为 7.5kw，若取效率为 0.85，则7.5 0.85=6.375kw 6.62kw，机床功率足够。铣 7.7平面，选择铣刀直径为 10mm，相应切削速度为： 3 . 1 4 1 0 1 2 0 / m i n 3 . 8 / m i n1 0 0 0 1 0 0 0dnv m m 粗（ 3） 工序 6 钻 22 孔及工序 9 车 25 孔、工序 14 扩、铰 25 孔 钻 22孔因一次钻出，故其钻削余量为 22 112z m m钻， 25 孔的扩、铰余量参考文献 1表 2.3-48取 0.9z mm扩， 0.1z mm铰，由此可算出25 0 . 9 0 . 1 1 1 . 2 52z m m 钻。 各工步的余量如下表 2-3 表 2-3个工步余量（ mm） 加工表面 加工方法 余量 22孔 钻孔 11 25孔 钻孔 11.25 25孔 扩孔 0.9 25孔 铰孔 0.1 由参考文献 1表 11-10，并参考 CA6140 机床说明书，取钻 22孔的进给量f=0.4mm/r。钻 25 孔的进给量 f=0.45mm/r。参考文献 2表 11-12，用插入法求得钻 22孔的切削速度 V=0.25m/s=15m/min。由此计算出转速为：1 0 0 0 1 0 0 0 1 5 2 1 7 / m i n3 . 1 4 2 2vnrd ，按机床实际转速取 n=200r/min，则实际切削速度为 3 . 1 4 2 2 2 1 7 1 4 . 9 7 / m i n1000vm，同理：用插入法求得钻 25孔的nts 22 V=0.3m/s=18m/min，由此算出转速为 1 0 0 0 1 0 0 0 1 8 2 3 0 / m i n3 . 1 4 2 5vnrd ，按机床实际转速取，则实际的切削速度为 3 . 1 4 2 5 2 5 0 1 9 . 6 / m i n1000vm 扩 24.3孔，参考文献 1表 24-50，并参考机床实际进给量，取 f=0.3mm/s（因扩的是盲孔，所以进给量取得较小）。参考文献 4表 3-54，扩孔的切削速度为， 1123v钻（ ），故取 11 1 9 . 6 / m i n 9 . 8 / m i n22v v m m 扩 钻,由参此算出转速1 0 0 0 1 0 0 0 9 . 8 1 3 8 / m i n3 . 1 4 2 4 . 3vnrd 。按机床实际转速取 n=140r/min。参考文献 1表 2.4-58，取铰孔的进给量取 f=0.3mm/r（因铰的是盲孔，所以进给量取的较小）。 参考文献 1表 2.4-60，铰孔的切削速度为 v=0.3m/s=18m/min，由此算出转速 1 0 0 0 1 0 0 0 1 8 2 3 0 / m i n3 . 1 4 2 5vnrd ，按机床实际转速取 250r/min，则实际切削速度为 3 . 1 4 2 5 2 5 0 1 9 . 6 / m i n1 0 0 0 1 0 0 0dnvm 。 （ 4） 工序 11 钻螺纹孔并攻丝 由于钻螺纹孔一次钻出，故其钻削余量为 5 2 .52z m m钻，参考文献 2表11-10，孔的进给量取 f=0.3mm/s，参考文献 2表 11-12，用插入法求得钻孔的切削速度 v=0.2m/min，由此计算出转速为 1 0 0 0 1 0 0 0 1 2 7 7 0 / m i n3 . 1 4 5vnrd ，按机床实际转速取 780r/min，则实际切削速度为 3 . 1 4 5 7 8 0 1 2 . 2 /1000v m s。 （ 5） 工序 13 磨外圆至图纸尺寸 参考文献查 333-42，可知纵进给粗磨外圆磨削 用量为 0.3mm，工件速度为24m/min，常规磨削时磨削深度小于 0.02mm，而进给量极大为 0.05 5m/s，砂轮主轴转速为 1110r/min。 3.5 夹具设计 正确设计和合理使用夹具，对保证加工质量和提高生产效率，扩大机床使用范围及减轻劳动强度都有重要的意义。同时，使用夹具还有助于工人掌握复杂或精密零件的加工质量及解决较为复杂的工艺问题。 本次设计的夹具为第 6道工序 钻 25孔，孔口倒角。该夹具适用于CA6140车床。 3.5.1 确定设计方案 工件自由度的限制，为保证工件在夹具中正确 、稳定的定位，需要限制工件夹具的自由度。按照基准重合原则并考虑到各外圆已加工，为避免重复使用粗基nts 23 准，应用两个 V形快分别支撑 55外圆和 40外圆，并固定在模体上，可限制四个自由度，用支撑板定位毛坯左端面，可限制两个自由度。这种方案定位可靠，夹紧也很方便，用铰链压板压在 40外圆上。 3.5.2 定位元件的设计 根据本工序的加工要求 ，选择的定位元件有 ： V形快、支撑板、定向挡柱等，通过它们使工件在夹具中占据正确的位置。 V形快定位的最大优点就是对中性好，它可使一批工件的定位基准轴线对中在 V形快两斜面的对称 平面上，而不受定位基准直径误差的影响。 V形快的另一个特点是无论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用 V形快定位。附图 3.1、附图 3.2以及 3.3 附图 3.1 上 V 形快 KA9 0 0.81.61.60.80.8702- ? 11942-?8H75212292912261 1 02-?8H72-M86H6541?5452491620nts 24 附图 3.2 下 V 形快 附图 3.3 定向挡柱 0.80.8A0.81.6nts 25 3.5.3 夹紧装置的设计 工件在定位元件上定好位好后 ，还需要采用一些装置将工件牢固的夹紧，保证工件在加工过程中不因外力作用 而发生位移或移动。工价的加工精度、表面粗糙度及夹紧时间的 长短都与夹紧装置有关，所以夹具装置在夹具设计中占有重要的地位。夹紧装置主要由力源装置、中间传机构、夹紧元件构成。 根据本工序的加工要求 ，考虑夹紧不破坏工件在夹具中有正确的位置 ，以及不产生夹紧变形，夹紧机构操作方便、省力，使用标准件如： M8 25与 M1050螺钉， M10 70 螺栓， M10代肩 螺母和 M12 螺母以及垫圈、 8 55锥销和 825锥销。采用螺旋压板夹紧机构，又由于夹具转动，故采用手动夹紧装置，螺旋压板夹紧机构。附图 3.4 附图 3.4 压板 3.5.4 计算夹紧力并确定螺杆直径 参考文献 3表 1-2-11，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力 F夹与切削力 F之间的关系 F KF夹。 式中 K为安全系数。参考文献 6，当夹紧力与切削力方向相反时，取 K=3。由前面的计算可知 F=2616N，由于采用了铰链压板 ，其受力6 . 36 . 33 4 5 nts 26 07848 392422FFN 夹 。参考文献 3表 1-24，从强度考虑，因一个 M10的螺栓能承受 3924N的许用夹紧力，所以用 M10 的螺栓能完全满足强度要求。 3.5.5 夹具体的设计以及绘制夹具装配图 夹具体是整个夹具的的基体。在夹具上要安装成该夹具所需要的各种元件、机构、装置等；还有 考虑便于装卸工件以及在机床上的固定。因此，夹具体的行政和尺寸 主要取决于夹具上各组成的分布情况、工件的形状、尺寸及加工性质等。 根据机床工作台或主轴的结构，夹具与机床采用螺栓和销联结。考 虑夹具体结构工艺性和使用性，便于制造、装配和使用。夹具体上与定位件、支撑件等相接触的表面要凸起，夹具体与机床工作台面相接触的底面中部应挖空。同时还有考虑设计结构简单，操作方便、安全。设计详见附图 3.5、 3.6 附图 3.5 模体的设计 AB0.50.80.8孔
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