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机械零件制造
摘要
传统机械机械零部件设计的特点是以长期经验积累为基础,通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据,运用条件性计算或类比等方法进行设计。
文章面的结构设计图,阐述了进口机械设备及引进技术装备中关键零件生产的重要性,给出了设备分解、零件测绘、尺寸处理、材料分析等反求技术的一般方法及步骤。
得出公式及各种有关面的结论!
传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多问题:
零部件容易腐蚀损坏;零部件容易疲劳损坏,断裂、表面剥落等;零部件容易摩擦损坏等等。
这些问题的出现,都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。
因此把多个零部件设计设计成一个完整的零件使零件不容易断裂和表面脱了,本次设计把多个零件设计成一个完整的零件是加工更容易,减少了加工者的体力劳动。
械零部件设计的本质是创造和革新。
现代机械机械零部件设计强调创新设计,要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力,利用最新科技成果,在现代设计理论和方法的指导下,设计出更具有生命力的产品。
针对传统机械零部件的设计局限性,提出了创新思维机械零部件的设计思想。
关键词:
机械制造、零部件设计、创新、加工
第一部分绪论
1.机械零部件传统的设计局限
传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多问题:
零部件容易腐蚀损坏;零部件容易疲劳损坏,断裂、表面剥落等;零部件容易摩擦损坏等等。
这些问题的出现,都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。
机械零部件设计是人类为了实现某种预期的目标而进行的一种创造性活动。
传统机械零部件设计的特点是以长期经验积累为基础,通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据,运用条件性计算或类比等方法进行设计。
传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高,目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法,但是它有很多局限:
在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验,通过计算、类比分析等,以收敛思维方式,过早地确定方案。
这种方案设计既不充分又不系统,不强调创新,因此很难得到最优方案;在机械零部件设计中,仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算,其他零部件只作类比设计,与实际工况有时相差较远,难免造成失误;传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现,忽略人―机―环境之间关系的重要性;传统设计采用手工计算、绘图,设计的准确性差、工作周期长、效率低。
2.创新思维机械零部件的设计思想
机械零部件设计的本质是创造和革新。
现代机械零部件设计强调创新设计,要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力,利用最新科技成果,在现代设计理论和方法的指导下,设计出更具有生命力的产品。
2.1运用创造思维
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现,它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。
其中想象能力和思维能力是创造力的核心,它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换,创造表达出新成果的整个创造活动的中心。
创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。
设计者不是把设计工作当成例行公事,而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动,掌握必要创新方法,加强学习和锻炼,自觉开发创造力,成为一个符合现代设计需要的创新人才。
2.2运用发散思维
发散思维又称辐射思维或求异思维等。
它是以欲解决的问题为中心,思维者打破常规,从不同方向,多角度、多层次地考虑问题,求出多种答案的思维方式。
例如,若提出“将两零部件联结在一起”的问题,常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等,但运用发散思维思考,可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。
发散思维是创造性思维的主要形式之一,在技术创新和方案设计中具有重要的意义。
2.3运用创新思维
创造力的核心是创新思维。
创新思维是一种最高层次的思维活动,它是建立在各类常规思维基础上的。
人脑在外界信息激励下,将各种信息重新综合集成,产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。
机械零部件设计的过程是创新的过程。
设计者应打破常规思维的惯例,追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等,在求异和突破中体现创新。
3.科学的进行机械零部件设计
3.1把握机械零部件设计的主要内容
机械零部件设计是机械设计的重要组成部分,机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图,同时它也是机械总体设计的基础。
机械零部件设计的主要内容包括:
根据运动方案设计和总体设计的要求,明确零部件的工作要求、性能、参数等,选择零部件的结构构形、材料、精度等,进行失效分析和工作能力计算,画出零部件图和部件装配图。
机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的,机械零部件设计应满足的要求为:
在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等;在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便;在经济性上的要求主要指生产成本要低。
此外,还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。
这些要求往往互相牵制,需全面综合考虑。
3.2严格计算机械零部件的失效形式
机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效,其失效形式很多,主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。
为了保证零部件能正常工作,在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析,预估失效的可能性,采取相应措施,其中包括理论计算,计算所依据的条件称为计算准则,常用的计算准则有:
一是强度准则。
强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。
强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。
二是刚度准则。
刚度是指零部件在载荷的作用下,抵抗弹性变形的能力。
刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。
三是振动稳定性准则。
对于高速运动或刚度较小的机械,在工作时应避免发生共振。
振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。
四是耐热性准则。
机械零部件在高温工作条件下,由于过度受热,会引起润滑油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题,使零部件失效或机械精度降低。
因此,为了保证零部件在高温下正常工作,应合理设计其结构及合理选择材料,必要时须采用水冷或气冷等降温措施。
五是耐磨性准则。
耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。
当零部件过度磨损后,将改变其结构形状和尺寸,削弱其强度,降低机械精度和效率,以致零部件失效报废。
③正确选择机械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标,是检验零部件表面质量的主要依据;它选择的合理与否,直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。
机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种,即计算法、试验法和类比法。
在机械零部件设计工作中,应用最普通的是类比法,此法简便、迅速、有效。
应用类比法需要有充足的参考资料,现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。
最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。
在通常情况下,机械零部件尺寸公差要求越小,机械零部件的表面粗糙度值也越小,但是它们之间又不存在固定的函数关系。
在实际工作中,对于不同类型的机器,其零部件在相同尺寸公差的条件下,对表面粗糙度的要求是有差别的。
这就是配合的稳定性问题。
在机械零部件的设计和制造过程中,对于不同类型的机器,其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。
第二部分总体设计
1.零件分析
1.1零件特性
由图纸可知零件是由外轮廓、槽、斜面以及孔,等组成。
其中底面是基准面、有平面度要求,上表面、底面有平行度要求,应先加工底面以保证其加工精度;零件多个尺寸有公差要求,在加工过程中应保证其尺寸精度;孔表面粗糙度要求较高,在利用麻花钻进行过加工之后,再进行铰孔。
1.2工艺分析
工艺编排一般采取工序集中原则,尽可能缩短工艺流程。
根据零件的工作状态,球面部分需淬火处理,毛坯宜采用锻件,所以零件的加工工艺可按以下路径进行:
1.Φ50面铣刀铣削平面,刀具路径平面铣削。
2.Φ10平底刀铣削外形,刀具路径外形铣削。
3.Φ10平底刀铣削凸台,刀具路径外形铣削。
4.Φ10平底刀铣削凹槽,刀具路径标准挖槽。
5.Φ10麻花钻钻孔,刀具路径钻孔。
6.Φ12铰刀钻孔,刀具路径钻孔。
1.2.1确定装夹方案
该零件毛坯的外形比较规则,因此选择精密平口虎钳进行夹紧。
1.2.2确定定位方案
根据基准重合原则和基准统一原则以工件下表面和工件一侧面进行定位,采用合适垫铁和虎钳固定钳口保证定位。
1.2.3孔加工方案的选择
孔加工前,为便于钻头引正,先用中心钻加工中心孔然后再钻孔。
内表面的加工方案在很大程度上取决于内孔表面本身的尺寸精度的粗糙度。
对于精度较高,粗糙度Ra值较小的表面,一般不能一次加工到规定的尺寸,而要划分加工阶段逐步进行。
该零件孔系加工方案的选择如下;
孔¢12,Ra1.6,选择“钻—铰”方案。
1.2.4确定加工顺序及走刀路线
按照基面先行,先面后孔,先粗后精的原则确定加工顺序详见下表数控加工工序卡。
数控机床反向间隙很小,并且具有间隙补偿功能,顺铣可以提高工件表面粗糙度,同时对工件有一个向下的作用力,使工件不易松动,同时还可以提高刀具寿命,因此数控机床采用顺铣。
并且为保证切入切出处没有接刀痕,最好采用圆弧切入切出,或在工件延长线上切入切出。
表1数控加工工步表
第一次数控加工
工步
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速(r/min)
进给速度(mm/min)
1
铣底平面
T1
Φ50面铣刀
1200
150
2
外形铣
T2
Φ10平底铣刀
3000
500
第二次数控加工
工步
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速(r/min)
进给速度(mm/min)
1
凸台外形铣
T1
Φ10平底刀
3000
500
2
表面凹槽加工
T3
Φ10平底铣刀
3500
500
3
点钻中心孔
T4
Φ5中心钻
1200
100
4
钻Ф10孔
T5
Φ10麻花钻
1200
100
6
铰Ф12孔
T6
Φ12铰刀
500
40
1.3技术要求
零件材料为硬铝,没有经淬火加时效处理的硬铝强度和硬度较低,加工时容易出现变形和粘刀等不易于加工的性能,因此在粗加工前先退火,粗加工完后,再进行淬火加时效处理,然后才能半精,精加工。
这样才可以满足零件的加工要求和使用要求。
硬铝的耐腐蚀性差,通常会在其表面包裹一层纯铝以曾强其耐腐蚀性。
2.实体造型
首先双击桌面图标进入工作界面所示
2.1绘制矩形
点击矩形形状设置命令命令,弹出子菜单,按图中输入相应参数,然后点击OK。
这时工作界面出现一个正方形如图1所示,
图1
点击菜单中选项中的固定的位置,将正方形至于工作原点(如图1)。
2.2绘制轮廓内凸台
根据所给参数画出图示图,为零件凸台轮廓,如图2
图2
2.4挤出实体
挤出实体单击菜单实体对话框,单击挤出实体,弹出对话框,串联轮廓线,弹出实体挤出的设置对话框,输入相应值,单击确定。
如图3
图3该零件图的实体造型。
3.零件加工
3.1设定毛坯
选定机床类型,选择铣床,默认。
点击属性中材料设置,输入如图参数值,单击实体,选定所画实体,如图4所示:
图4
3.2对刀建立工件坐标系
用寻边器对刀。
用寻边器碰工件左边,然后在机床工件坐标系G54X项中输入寻边器与工件半径的和值,用同样的方法建立Y轴坐标系。
Z轴坐标用每把刀试切工件上表面建立。
3.3粗铣平面
选取刀具路径,外形铣削,单击。
弹出对话框刀具路径,选取直径为50的平面铣刀。
根据图给参数改变刀具路径参数。
生成刀具路径,选定,验证所生成刀具路径。
如图
3.4外形铣削
串联轮廓,选取直径为10的平面铣刀。
根据图给参数改变刀具路径参数。
生成刀具路径,选定,验证所生成刀具路径。
如图5
图5
3.5粗铣凸台
串联轮廓,选取直径为10的面铣刀。
改变粗加工参数及精加工参数,根据图给参数改变刀具路径参数。
生成刀具路径,选定,验证所生成刀具路径。
图6
3.6标准挖槽
选取直径12的键槽铣刀,选取逆铣方向切削。
粗加工点击等距环切,进刀模式为螺旋形进刀。
并有次数为五间距为3的精加工去除余量。
3.7钻孔加工
粗加工,先用直径10的麻花钻粗加工,再用直径12的铰刀进行精加工,以此保证孔的加工精度。
图中心圆加工也用同样方法。
改变参数,用深孔啄钻,铰刀也根据参数改变数值,如图6
图7
3.8模拟加工
选定所有刀具路径,进行模拟加工,生成刀具路径图
图8
4.生成程序
N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
N104T1M6
N106G0G90G54X-162.5Y62.498A0.S0M5
N108G43H1Z65.
N110Z45.
N112G1Z28.F0.
N114X112.5F.3
N116G0Z53.
N118X-162.5Y31.249
N120Z33.
N122G1Z28.F0.
N124X112.5F.3
N126G0Z53.
N128X-162.5Y0.
N130Z33.
N132G1Z28.F0.
N134X112.5F.3
N136G0Z53.
N138X-162.5Y-31.249
N140Z33.
N142G1Z28.F0.
N144X112.5F.3
N146Y-62.498
N148X-162.5
N150G0Z53.
N152M5
N154G91G28Z0.
N156A0.
N158M01
N160T2M6
N162G0G90G54X-130.Y10.A0.S0M5
N164G43H2Z65.
N166Z45.
N168G1Z0.F0.
N170X-120.F.3
N172G2X-110.Y0.I0.J-10.
N174G1Y-60.
N176G3X-105.Y-65.I5.J0.
N178G1X0.
N180X55.
N182G3X60.Y-60.I0.J5.
N184G1Y60.
N186G3X55.Y65.I-5.J0.
N188G1X0.
N190X-105.
N192G3X-110.Y60.I0.J-5.
N194G1Y0.
N196G2X-120.Y-10.I-10.J0.
N198G1X-130.
N200G0Z65.
N202X-125.
N2638X-43.425Y-1.248Z30.732
N2640X-43.404Y-1.398Z30.724
N2642X-43.387Y-1.549Z30.716
N2644X-43.374Y-1.7Z30.708
N2646X-43.364Y-1.851Z30.7
N2648X-43.358Y-2.002Z30.692
N2650X-43.356Y-2.154Z30.684
N2652X-43.358Y-2.306Z30.676
N2654X-43.364Y-2.458Z30.668
N2656X-43.374Y-2.61Z30.66
N2658X-43.387Y-2.761Z30.652
N2660X-43.404Y-2.912Z30.644
N2662X-43.426Y-3.063Z30.636
N2664X-43.451Y-3.212Z30.628
N2666X-43.479Y-3.362Z30.62
N2668X-43.512Y-3.51Z30.612
N2670X-43.548Y-3.658Z30.604
N2672X-43.588Y-3.804Z30.596
N2674X-43.632Y-3.95Z30.588
N2676X-43.679Y-4.094Z30.58
N2678X-43.73Y-4.238Z30.572
N2680X-43.784Y-4.38Z30.564
N2682X-43.843Y-4.52Z30.557
N2684X-43.904Y-4.659Z30.549
N2686X-43.97Y-4.796Z30.541
N2688X-44.038Y-4.932Z30.533
N2690X-44.11Y-5.066Z30.525
N2692X-44.186Y-5.198Z30.517
N2694X-44.264Y-5.328Z30.509
N2696X-44.347Y-5.456Z30.501
N2698X-44.432Y-5.581Z30.493
N2700X-44.52Y-5.705Z30.485
N2702X-44.612Y-5.826Z30.477
N2704X-44.706Y-5.945Z30.469
N2706X-44.804Y-6.062Z30.461
N2708X-44.904Y-6.176Z30.453
N2710X-45.008Y-6.288Z30.445
N2712X-45.114Y-6.396Z30.437
N2714X-45.222Y-6.502Z30.429
N2716X-45.334Y-6.606Z30.421
N2718X-45.448Y-6.706Z30.413
N2720X-45.565Y-6.804Z30.405
N2722X-45.684Y-6.898Z30.397
N2724X-45.805Y-6.99Z30.389
N2726X-45.929Y-7.078Z30.381
N2728X-46.054Y-7.163Z30.373
N2730X-46.182Y-7.246Z30.365
N2732X-46.312Y-7.324Z30.357
N2734X-46.444Y-7.4Z30.349
N2736X-46.578Y-7.472Z30.341
N2738X-46.714Y-7.54Z30.333
N2740X-46.851Y-7.606Z30.325
N2742X-46.99Y-7.667Z30.317
N2744X-47.13Y-7.726Z30.31
N2746X-47.272Y-7.78Z30.302
N2748X-47.416Y-7.831Z30.294
N2750X-47.56Y-7.878Z30.286
N2752X-47.706Y-7.922Z30.278
N2754X-47.852Y-7.962Z30.27
N2756X-48.Y-7.998Z30.262
N2758X-48.148Y-8.031Z30.254
N2760X-48.298Y-8.059Z30.246
N2762X-48.447Y-8.084Z30.238
N2764X-48.598Y-8.106Z30.23
N2766X-48.749Y-8.123Z30.222
N2768X-48.9Y-8.136Z30.214
N2770X-49.052Y-8.146Z30.206
N2772X-49.204Y-8.152Z30.198
N2774X-49.356Y-8.154Z30.19
N2776X-49.508Y-8.152Z30.182
N2778X-49.66Y-8.146Z30.174
N2780X-49.812Y-8.136Z30.166
N2782X-49.963Y-8.123Z30.158
N2784X-50.114Y-8.106Z30.15
N2786X-50.265Y-8.084Z30.142
N2788X-50.414Y-8.059Z30.134
N2790X-50.564Y-8.031Z30.126
N2792X-50.712Y-7.998Z30.118
N2794X-50.86Y-7.962Z30.11
N2796X-51.006Y-7.922Z30.102
N2798X-51.152Y-7.878Z30.094
N2800X-51.296Y-7.831Z30.086
N2802X-51.44Y-7.78Z30.078
N2804X-51.582Y-7.726Z30.07
N2806X-51.722Y-7.667Z30.063
N2808X-51.861Y-7.606Z30.055
N2810X-51.998Y-7.54Z30.047
N2812X-52.134Y-7.472Z30.039
N2814X-52.268Y-7.4Z30.031
N2816X-52.4Y-7.324Z30.023
N2818X-52.53Y-7.246Z30.015
N2820X-52.658Y-7.163Z30.007
N2822X-52.783Y-7.078Z29.999
N2824X-52.907Y-6.99Z29.991
N2826X-53.028Y-6.898Z29.983
N2828X-53.147Y-6.804Z29.975
N2830X-53.264Y-6.706Z29.967
N2832X-53.378Y-6.606Z29.959
N2834X-53.49Y-6.502Z29.951
N2836X-53.598Y-6.396Z29.943
N2838X-53.704Y-6.288Z29.935
N2840X-53.808Y-6.176Z29.927
N2842X-53.908Y-6.062Z29.919
N2844X-54.006Y-5.945Z29.911
N2846X-54.1Y-5.826Z29.903
N2848X-54.192Y-5.705Z29.895
N2850X-54.28Y-5.581Z29.887
N2852X-54.365Y-5.456Z29.879
N2854X-54.448Y-5.328Z29.871
N2856X-54.526Y-5.198Z29.863
N2858X-54.602Y-5.066Z29.855
N2860X-54.674Y-4.932Z29.847
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- 机械零件 制造