空压机吸气阀盖头加工工艺编程及夹具设计.docx
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空压机吸气阀盖头加工工艺编程及夹具设计
摘要
本文通过分析支架零件、空压机吸气阀盖头以及支承受套的结构特点和加工要求,制定了一套较合理的夹具设计,从而保证该零件的加工精度。
通过对各种定位夹紧装置的分析比较,选择并设计了一套既能够满足加工要求的夹紧装置,并对各工步进行数控编程。
根据六点定位原理对产品进行恰当的定位。
关键词:
工艺流程;工艺装备;夹具设计
ABSTRACT
Thisarticlethroughtheanalysissupportcomponents,theaircompressorsniftingvalvelidaswellasthesupportingtheuniquefeatureandtheprocessingrequestwhichwraps,hasformulatedasetofreasonablejigdesign,thusforguaranteedthemachiningaccuracyofparts.Throughtoeachkindoflocalizationclampanalysiscomparison,choseandcombinesasetbothtobeabletosatisfytheprocessingrequest,andthequitesuccinctinstallment,andcarriedonthenumericalcontrolprogrammingtoeachstepworkingprocedure.Thistopictotheoppositesexbody,thecomplexcurve,themulti-craftrecombineprocessingcarriesontheexploration,designsthreepracticalandfeasibletechnicalprocessesandthecraftequipment.Intheproductprocessingprocess,theworkpieceappearsinjiglocalizationandtheclampspeciallyimportantly.Mustactaccordingtosixlocalizationsprincipletocarryontheappropriatelocalizationtotheproduct.Becausethemassiveprocessingoperationneedstoinstallclamps,thejigdesignchangescanitbethattheconstantweightinthemanufacturesystemtowant,itaffectstheprocessingqualitydirectly,theproductivityandtheproductioncost.
Keyword:
technicalprocess;craftequipment;fixturedesign
目录
第1章绪论1
1.1数控加工技术概述1
1.1.1数控加工技术的发展1
1.2数控加工工艺的特点2
1.3数控机床与普通机床相比具有的优越性3
1.4夹具的发展趋势4
1.5课题的研究意义5
1.6研究内容5
第2章机床夹具设计6
2.1设计夹具的目的6
2.2夹具的分类6
2.3专用夹具的组成7
2.4典型的定位元件8
2.5夹具中的夹紧机构9
第3章空压机吸气阀盖头工艺分析及夹具设计11
3.1零件加工工艺分析11
3.1.1零件的结构特点11
3.1.2加工内容要求12
3.2毛坯的选择12
3.3数控加工工艺分析及工序设计13
3.4夹具设计16
第4章总结与展望18
参考文献19
致谢20
附录A21
第1章绪论
1.1数控加工技术概述
1.1.1数控加工技术的发展
随着科技的进步,机械制造业也正日新月异地变化着,对机械产品的要求也日趋严格,特别是在加工精度方面。
为了保证产品的精度要求,必须协调产品加工中的每一个方面,因为任一方面的误差累积起来,将对产品的精度产生间接的影响。
制造业中尤其是机械制造业,在产品生产过程中按照特定工艺,不论其生产规模如何,都需要种类繁多的工艺装备,而制造业产品的质量、生产率、成本无不与工艺装备有关。
随着不规则形状零件在现代制造业中的广泛应用,如何保证这类零件的加工精度就显得尤为重要。
高效率、高精度加工是数控机床加工最主要特点之一。
数控加工取代传统加工占据生产制造的主导地位已成为一种趋势,但由于历史的原因,传统的加工设备与先进的数控机床并存,是目前乃至今后很长一段时期内大多数制造企业的设备现状。
如何从工艺的角度根据各企业的设备现状、产品生产规模、零件结构形式与加工精度要求等方面来合理地进行产品工艺方案设计,充分发挥企业现有数控设备与传统设备的加工效率,使企业设备资源与人力资源得到充分利用,需要从多个方面来探讨。
其中数控编程系统正向集成化,网络化和智能化方向发展。
数控加工的发展趋势是高速和精密,另一个发展趋势是完整加工,即在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。
数控加工中的程序编制也随着数控机床的更新而改变。
50年代,MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言,称为APT(AutomaticallyProgrammedTool)。
其后,APT几经发展,形成了诸如APTII、APTIII(立体切削用)、APT(算法改进,增加多坐标曲面加工编程功能)、APTAC(Advancedcontouring)(增加切削数据库管理系统)和APT/SS(SculpturedSurface)(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版。
采用APT语言编制数控程序具有程序简练,走刀控制灵活等优点,使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级,上升到面向几何元素.APT仍有许多不便之处:
采用语言定义零件几何形状,难以描述复杂的几何形状,缺乏几何直观性;缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段;难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接;不容易作到高度的自动化,集成化。
针对APT语言的缺点,1978年,法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC加工一体化的系统,称为CATIA。
随后很快出现了像EUCLID,UGII,INTERGRAPH,MasterCAM,Pro/Engineering及NPU/GNCP等系统,这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示,交互设计、修改及刀具轨迹生成,走刀过程的仿真显示、验证等问题,推动了CAD和CAM向一体化方向发展。
到了80年代,在CAD/CAM一体化概念的基础上,逐步形成了计算机集成制造系统(CIMS)及并行工程(CE)的概念。
目前,为了适应CIMS及CE发展的需要,数控编程系统正向集成化,网络化和智能化方向发展。
如文献[1,2]。
1.2数控加工工艺的特点
数控加工工艺具有以下特点:
(1)数控加工的工艺内容十分具体
(2)数控加工的工艺工作十分严密。
数控加工是按事先编好的程序自动进行,在不具备完善的诊断与自适应功能情况下,一旦出现故障或事故将可能导致进一步扩大化,因此数控加工必须考虑每个微小细节,避免事故发生。
(3)工序相对集中。
缩短加工工艺路线和生产周期,减少加工设备,工装和工件运输工作量。
(4)采用轨迹法。
提高了生产率,而且简化了刀具,避免了成形刀宽刃切削容易振动等问题,进一步提高加工质量。
(5)采用先进高效的工艺装备。
高效率、高精度加工是数控机床加工最主要特点之一。
利用数控机床加工,其产品加工的质量一致性好,加工精度和效率均比普通机床高出很多,尤其是在轮廓不规则、复杂空间曲面、多工艺复合化加工和高精度要求的产品加工时,其优点是传统机床所无法比拟的。
数控加工另一个特点是产品装夹定位灵活,同一产品零件可能有多种加工方案。
然而正是其灵活性和高精度要求对其高效应用带来了的局限性,如存在数控程序的编制、刀具工装夹具的准备周期长等不利因素。
数控工艺的合理性与高质量数控程序的快速编制是限制数控加工的瓶颈问题之一。
数控加工的成本相对较高也是制约其广泛应用的一个因素。
数控加工对技术人员的水平要求相当高,数控工艺和程序的质量是保证产品加工质量合格最主要和最关键的因素。
数控加工时,产品的质量完全靠数控工艺和数控程序来保证。
产品加工的具体细节在进行工艺设计和程序编制时必须全面考虑,只有设计正确才能保证产品加工的质量要求。
在数控加工朝高速、超高速和复合化加工方向发展的趋势下,对技术人员就提出了更高的要求。
1.3数控机床与普通机床相比具有的优越性
普通机床加工时,其加工成本相对较低,工序较长,且工步中很多具体细节由技术工人来完成,对技术工人的水平要求相对较高。
数控机床加工工艺相比较普通机床加工工艺的优越性有以下几点:
(1)数控加工工艺的“内容十分具体、工艺设计工作相当严密”。
数控机床加工工艺与普通机床加工工艺相比较,由于采用数控机床加工具有加工工序少,所需专用工装数量少等特点,克服了普通传动工艺方法的弱点,一般说来,数控加工的工序内容要比普通机床加工的工序内容复杂。
从编程来看,加工程序的编制要比普通机床编制工艺规程复杂。
(2)数控加工的工艺“复合性”。
采用数控加工后,工件在一次装夹下能完成镗、铣、铰、攻丝等多种加工,因此,数控加工工艺具有复合性特点,也可以说数控加工工艺的工序把传统工艺中的工序“集成”了,这使得零件加工所需的专用夹具数量大为减少,零件装夹次数及周转时间也大大减少了,从而使零件的加工精度和生产效率有了较大的提高。
数控加工工艺设计是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作,无论是手工编程还是自动编程,这项工作必须在程序编制工作以前完成。
为了优化数控程序设计、提高编程效率、合理使用数控机床,我们有必要对数控加工工艺设计等技术问题加以分析、研究,以做好数控机床加工前的技术准备工作。
数控加工取代传统加工占据生产制造的主导地位已成为一种趋势,但由于历史的原因,传统的加工设备与先进的数控机床并存,是目前乃至今后很长一段时期内大多数制造企业的设备现状。
数控工艺与普通工艺结合的好坏直接影响到数控机床与普通机床加工效率的发挥,进而影响到生产计划任务的完成。
提高产品机械加工工艺与数控程序的编制质量,是早日实现制造业产品的高精度、高效率、高质量加工必需解决的问题之一。
因此,寻求传统加工工艺与数控加工工艺的合理衔接途径与措施,对于提高企业的经济效益是非常有意义的。
数控工艺与普通工艺结合的途径和措施,具体可从以下几个方面来实施:
(1)产品的设计状态与生产批量。
(2)粗精加工与加工精度的结合。
(3)精密设备与一般设备的结合。
(4)加工工种之间的结合。
(5)技术交流和技术创新相结合。
1.4夹具的发展趋势
夹具是机械加工不可缺少的部件,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,夹具技术正朝着标准化、精密化、高效化、通用化、柔性化方向发展。
随着机床加工精度的提高,为了降低定位误差,提高加工精度,对夹具的制造精度要求更高。
高精度夹具的定位孔距精度高达±5μm,夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm,平行度高达0.01mm/500mm。
为了提高机床的生产效率,双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。
为了减少工件的安装时间,各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等,快速夹紧功能部件不断地推陈出新。
新型的电控永磁夹具,加紧和松开工件只用1~2秒,夹具结构简化,为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。
夹具元件模块化是实现组合化的基础。
利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件,快速组装成各种夹具,已成为夹具技术开发的基点。
省工、省时,节材、节能,体现在各种先进夹具系统的创新之中。
模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础,应用CAD技术,可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库,进行夹具优化设计,为用户三维实体组装夹具。
夹具的通用性直接影响其经济性。
采用模块、组合式的夹具系统,一次性投资比较大,只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强,应用范围广,通用性好,夹具利用率高,收回投资快,才能体现出经济性好。
1.5课题的研究意义
数控加工技术已经经历了五十多年的发展历程,它不仅给传统的制造业带来了革命性的变化,而且随着其技术水平的持续提高和应用领域的不断扩大,对其他重要行业的发展也起着越来越重要的作用。
本课题通过分析支架零件、空压机吸气阀盖头以及支承受套的结构特点和加工要求,制定了一套较合理的夹具设计,从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备,具有一定的实用价值。
通过对各种定位夹紧装置的分析比较,选择并组合了一套既能够满足加工要求的,又比较简洁的装置,并对各工步进行数控编程。
1.6研究内容
在本次毕业设计中,要完成的是分析支承套、支架零件、空压机吸气阀盖头三个零件的加工工艺并为它们各设计一套工艺装备,但所要加工的内容不同,零件本身的形状复杂程度也不同,所以要设计出合适每个零件的最简洁的专用夹具并且制定加工工序。
支承套使用专用框式夹具,采用V型块和支撑板定位,翻页板螺钉夹紧;支架零件采用圆柱销,菱形销一面两销孔定位,并设计了专门装夹零件的过渡真空平台,以压板螺栓辅助定位;空压机吸气阀盖头使用两道工序,均采用一面两销孔定位,压板螺栓夹紧,只不过两次装夹时压板位置不同。
在制订工艺流程和选择工艺元件时参考了一些相关书籍和机械设计手册,并比较了多种工艺方案最终决定了各零件的最终加工工艺流程。
第2章机床夹具设计
在机械制造的过程中,使用着大量的夹具。
夹具是一种装夹工件的工艺装备,它的主要功用是实现工件定位和夹紧,使工件加工时相对于机床,刀具有正确的位置,以保证工件的加工精度。
2.1设计夹具的目的
用夹具装夹工件时,能稳定的保证工件的加工精度,同时减少辅助工时,提高劳动生产率,能减轻工人的劳动强度,扩大机床的使用范围,实现以一机多能,减少生产准备时间,缩短新产品开发周期。
2.2夹具的分类
1.通用夹具
通用夹具是指已经标准化的,在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。
例如,车床上的三爪卡盘和四爪卡盘、顶尖鸡心夹头;铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。
其特点是适应性广,生产效率低,工件的加工质量受操作者水平限制,因此主要适用于单件小批量的生产。
如文献[14]。
2.专用夹具
专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而专门设计的夹具,具有结构紧凑,操作迅速、方便等优点。
专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计和制造,适用于产品固定且批量较大的生产中。
3.组合夹具
组合夹具是指按零件的加工要求,由一套事先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。
这些元件和合件的用途、形状和尺寸规格各不相同,具有较好的互换性,能根据工件的加工要求,很快的组装出所需要的夹具。
4.拼装夹具
拼装夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求,由标准化、系列化的夹具元件,直接按专用夹具的装配方法(销钉定位、螺栓紧固)装配成的专用夹具。
采用拼装夹具大大缩短了专用夹具的设计与制造周期,而且当产品改型时原来夹具的大部分元件仍可拆下重新使用,适用于多品种、小批量生产中。
5.通用可调夹具
通用可调夹具是指根据不同尺寸或种类的工件,调整或更换个别定位元件或夹紧元件而形成的专用夹具。
加工对象不很确定,通用范围较大,适用于多品种、小批量生产中。
6.成组夹具
成组夹具是指在采用成组加工时,为每个零件组设计制造的夹具。
加工对象明确,只需调整或更换个别定位元件或夹紧元件便可使用,调整范围只限于本零件组被的工件,适用于成组加工。
7.随行夹具
随行夹具是一种在自动线上使用的移动式夹具。
该夹具既要起到装夹工件的作用,又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位,进行不同工序的加工。
2.3专用夹具的组成
1.定位元件
定位元件与工件的定位基准相接触,用于确定工件在夹具中的正确位置,从而保证加工时工件相对刀具和机床占有一个相对正确的位置。
2.夹紧装置
它的作用是将工件压紧夹牢,并保证在加工过程中工件的正确位置不变。
3.对刀导向元件
这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。
用于确定刀具在加工前正确位置的元件,称为对刀元件,如对刀块。
4.连接元件
夹具连接元件是指夹具与机床相连接的元件,用于保证机床与夹具之间的相互位置关系。
5.其他元件及装置
有些夹具根据工件的加工要求,要有分度转位装置、靠模装置、工件抬起装置和辅助支撑等装置。
6.夹具体
用于连接夹具各元件及装置,使其成为一个整体的基础件,并与机床有关部位连接,以确定夹具相对于机床的位置。
2.4典型的定位元件
1.工件以平面定位
(1)固定支承
有支承釘和支承板两种形式,在使用过程中他们都是固定不动的。
当工件以粗糙不平的粗基准定位时,采用球头支承釘。
齿纹头支承釘用在工件的侧面,它能增大摩擦因数,防止工件滑动。
当工件以加工过的平面定位时,可采用平头支承釘或支承板。
为保证各固定支承的定位表面严格共面,装配后,需将其工作表面一次磨平。
支承钉与夹具体孔的配合采用H7/r6或H7/n6,当支承需要经常更换时,应加衬套。
衬套外径与夹具体孔的配合一般采用H7/n6或者H7/r6,衬套内径与支承钉的配合选用H7/s6。
支撑板有较大的接触面积,工件定位稳固。
一般较大的精基准平面定位多用支撑板作为定位元件。
(2)可调支承是指可调支撑的顶端位置可以在一定的范围内调整。
(3)自位支承(浮动支承)在定位过程中,支承本身所处的位置随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应。
(4)辅助支承
辅助支承是在工件实现定位后才参与支承的定位元件,不起定位作用,只能提高工件加工时的刚度或起辅助定位作用。
2.工件以圆孔定位
(1)定位销
定位销的工作部分直径可按g5、g6、f6、f7制造,定位销和夹具体的配合可用H7/r6、H7/n6,衬套与夹具体选用过渡配合H7/n6,其内径和定位销为间隙配合H7/h6、H7/h5。
其可分为三类:
圆柱销、削边销、圆锥销。
(2)圆柱心轴
其特点是装卸工件方便,但定心精度不高。
定位部分直径按h6、g6或f6制造,装卸工件方便,但定心精度不高。
为了减少因配合间隙而造成的工件的倾斜,工件常以孔和端面联合定位,因而要求工件定位孔和端面有较高位置精度。
(3)圆锥销限制了X、Y、Z三个自由度。
(4)圆锥心轴(小锥度心轴)
当工件既要求定心精度高,又要装卸方便时,以圆柱孔在小锥度心轴上定位。
这种定位方式的定心精度较高,不用另设夹紧装置,但工件的轴向定位误差较大,传递的扭矩较小,适用于工件定位孔不低于IT7的精车和磨削加工,不能加工端面。
3.工件以外圆柱面定位
(1)V形块
它有固定式和活动式两种。
其定位的优点是:
对中性好,既能使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称平面上,在左右方向上不会发生偏移,且安装方便;应用范围较广。
不论定位基准是否经过加工,不论是完整的圆柱面还是局部的圆弧面,都可采用V形块定位。
(2)定位套它结构简单,容易制造,但定心精度不高,一般适用于精基准定位。
(3)半圆套这种定位方式主要用于大型轴类零件及不便于轴向装夹的零件。
定位基面的精度不低于IT8-IT9,半圆的最小内径取工件定位基面的最大直径。
2.5夹具中的夹紧机构
夹具中的夹紧装置一般由动力装置和夹紧机构两个部分组成。
动力装置是产生原始作用力的部分,如用人的体力对工件进行夹紧,称为手动夹紧;若采用气动,液动,电动以及机床的运动等动力装置来代替人力进行夹紧,则称为机动夹紧。
夹紧机构是接受和传递原始作用力,使其变为夹紧力并执行夹紧任务的部分,包括中间传递力机构和夹紧元件。
中间传递力机构把来自人力或者动力装置的力传给夹紧元件,再由夹紧元件直接与工件受压面接触,最终完成夹紧任务。
1.基本的夹紧机构
(1)斜锲夹紧机构:
斜锲夹紧机构是夹紧机构中最基本的形式之一,它主要是利用斜面移动时所产生的压力来直接或间接的夹紧工件,常用于气动或液压夹具中。
(2)螺旋夹紧机构:
利用螺杆直接夹紧工件,或者与其他元件组成复合夹紧机构夹紧工件,由于螺旋夹紧机构具有结构简单,容易制造,夹紧可靠,扩力比较大和夹紧行程不受限制等特点,所以在手动夹紧装置中被广泛使用。
(3)偏心夹紧机构:
是斜锲夹紧机构的一种变形。
它是通过偏心轮直接夹紧工件或与其他元件组合夹紧工件的。
主要为圆偏心夹紧机构,由于偏心圆的夹紧力小,自锁性能又不是很好,故只使用于切削负荷不大而且无很大震动的场合。
第3章空压机吸气阀盖头工艺分析及夹具设计
本章节重点对零件的加工工艺进行了分析,制定了了空压机吸气阀盖头的工艺方案,确定了定位方案,对夹具进行了设计。
3.1零件加工工艺分析
3.1.1零件的结构特点
该零件是某空压机产品的吸气阀盖头,上加工中心加工前已用其它加工设备加工定位面和定位孔。
零件结构图见图4.1。
图3.1空压机吸气阀盖头结构示意图
3.1.2加工内容要求
1.精铣B面。
2.钻、扩、铰2-
14H7孔成。
3.粗、半精、精镗
85K6孔成。
4.镗
50孔成。
5.半精、精镗
55K6孔成。
6.钻14-
13孔成。
7.镗
100H8孔成。
8.钻攻4-M6螺孔。
零件材料为45号钢,属于中碳钢,其强度与球铁相近,但其冲击韧性和疲劳极限却比球铁高得多,其铸造工艺性介于低碳钢和高碳钢之间,可进行热处理,以获得所需要的机械性能。
3.2毛坯的选择
毛坯的选择包括选择毛坯的种类和确定毛坯的制造方法两个方面。
由于零件机械加工的工序数量、材料消耗、加工劳动量等都在很大程度上与毛坯的选择有关,故正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。
常用的毛坯种类有:
铸件、锻件、型件、焊接件、冲压件等,而相同种类的毛坯又可能有不同的制造方法。
详细铸造特点及应用范围见表3.1。
表3.1铸造特点及应用范围表
毛坯种类
制造精度(1T)
加工余量
原材料
工件尺寸
工件形状
适用
生产类型
生产成本
型材
大
各种材料
小型
简单
各种类型
低
型材焊接件
一般
钢材
大、中型
较复杂
单件
低
砂型铸造
13级以下
铸铁、青铜为主
各种类型
较低
自由锻造
13级以下
大
钢材为主
各种尺寸
复杂
单件小批
较低
普通模锻
大
钢、缎铝、铜等
较简单
中批、大批量
一般
钢模铸造
11—15
一般
铸铝为主
各种尺寸
一般
中批、大批量
一般
精密锻造
10~12
钢材、锻铝等
较复杂
较高
压力铸造
8—11
较小
铸铁、铸钢、青铜
中、小型
大批量
较高
熔模铸造
8—11
较小
铸铁、铸钢、青铜
中、小型
较复杂
中批、大批量
高
由于零件材料为45号钢,形状不规则,且批量生产,根据表3.1选择熔模铸造。
用金属铸型,在
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