万向节工艺及其夹具设计Word格式.docx
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KeyWords:
GimbalComponentsanalysisJigdesignComponentsbasicprocessing
引言
毕业设计根据万向接头的作用、加工工艺和数控加工等方面编写而成。
本设计的主要内容为:
万向接头的作用、加工工艺分析、毛坯的确定、加工夹具设计和加工操作等方面内容。
在学完了两年的基础课程后,我根据机械制造基础、数控机床以及机械设计基础等课程,和在学院里对所学专业的实践的应用,我可以独立的设计和完成毕业设计。
设计要求学生全面地综合运用课程的理论知识和实践知识,进行零件加工工艺的设计和机床夹具的设计,以及数控加工的自动和手动编程能力。
其根本的原因在于培养学生的独立设计和加工能力。
我们运用课程中涉及的工程材料与热处理、机械设计、公差与技术测量、刀具、夹具等知识,并结合在校期间的实践而得出的知识,掌握独立和解决工艺问题的能力,而使我们初步的具备了一个中等复杂程度零件加工工艺规程的能力,运用这个能力我们来完成这本设计。
根据被加工零件的技术要求,运用夹具设计的基本原理和方法,学会设计基本夹具,从而提高零件加工的方便性。
在设计过程中充分的利用周围所能涉及到的能源知识来补充自己在设计中欠缺的知识来进一步的完美的完成毕业设计。
本设计内容完成,简洁明了。
设计中运用足够插图来合理的讲解了“万向接头”的零件分析,加工工艺和加工过程等内容。
并在设计中体现出了现代数控加工的先进性和优越性。
其中知识体现了现代学习要求具有足够的理论知识和一定的实践的能力,这样才能在此领域充分的发挥。
机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学(含机床夹具设计)和大部分专业课,并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论,并结合生产实习中学到的实践知识,独立地分析和解决工艺问题,初步具备了设计一个中等复杂程度零件(万向接头)的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法,拟订夹具设计方案,完成夹具结构设计的能力,也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会,为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。
由于能力所限,经验不足,设计中还有许多不足之处,希望各位老师多加指教。
1零件的分析
1.1零件的作用
万向接头主要起连接作用,是机械领域中非常常见的零件,在部分机械中都要应用它来连接,而且万向接头因为其特征和结构而能适应多种形式的连接,因此很受大多数机械的应用。
1.2零件的工艺性分析
万能接头的零件图纸:
图纸表现出了各方面的加工要求:
在图纸中我们可以得知零件的材料,该材料具有较高的强度和韧性。
其材料的特性直接体现出它所适用于何种强度的连接。
零件的结构设计也能充分的体现出其工艺性,其工艺满足了一些机械的连接要求,能提供多个方向的连接是一种很使用的机械零件。
2确定零件毛坯、画毛坯图纸
2.1零件毛坯的确定
根据零件材料确定毛坯为铸件。
又由题目已知零件的生产纲领为6000件/月。
通过计算,该零件质量约为1kg。
由参考文献〔5〕表1-3、表1-4可知,其生产类型为大批生产。
参考文献〔1〕表2.3-5,该种铸件的尺寸公差等级CT为8~10级,加工余量等级MA为G级。
故取CT为10级,MA为G级。
。
根据零件图纸我们可知部分加工尺寸公差等级。
2.2零件毛坯图纸
毛坯图纸01
毛坯图纸02
根据毛坯图纸可以得出该零件的重点加工在于几个孔的精度,毛坯采用铸造毛坯,其中的两个大型孔可以直接字铸造过程中加工出来。
这样在接下来的加工过程中可以剩下不好时间。
毛坯零件成型后与实际零件的尺寸相比应留有余量,雨量留取多少,应该遵循正规标准。
3工艺规程设计
3.1定位基准的选择
工件上某一方向自由度的限制往往会有几个定位基准可选择,此时提出了如何正确选择定位基准的问题。
定位基准有粗基准和精基准之分。
在加工起始工序中,用毛坯上未曾加工过的表面作为定位基准,该表面称为粗基准。
利用已加工过的表面作为定位基准,该表面称为精基准。
表铸件尺寸公差数值(摘自GB6414—86)
精基准的选择:
零件的R24的孔中轴线既是装配基准,又是设计基准,用它们作精基准,能使加工遵循“基准重合”的原则,零件其余各面和孔的加工也能用它定位,这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。
粗基准的选择:
考虑到以下几点要求,选择轴套零件的重要孔(即R24孔)与外平面作粗基准:
在保证各加工面均有加工余量的前提下,使重要孔的加工余量尽量均匀;
此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。
最先进行机械加工的表面是精基准面和孔,这时可有两种定位夹紧方案:
方案:
用一浮动圆锥销伸人毛坯孔中限制二个自由度;
用三个支承钉支承在与面平行的毛坯面上,限制三个自由度;
再以面本身找正限制一个自由度。
这种方案适合于大批大量生产类型中,在加工面及其面上各孔和凸台面及其各孔的自动线上采用随行夹具时用。
方案二用一根两头带反锥形(一端的反锥可取下,以便装卸工件)的心棒插入毛坯孔中并夹紧,粗加工N面时,将心棒置于两头的V形架上限制四个自由度,再以N面本身找正限制一个自由度。
这种方案虽要安装一根心棒,但由于下一道工序(钻扩铰砂孔)还要用这根心棒定位,即将心棒置于两头的U形槽中限制两个自由度,故本道工序可不用将心棒卸下,而且这一“随行心棒”比上述随行夹具简单得多。
又因随行工位少,准备的心棒数量就少,因而该方案是可行的。
3.2制定工艺路线
生产过程是指产品由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。
它不仅包括毛坯制造、零件加工、装配调试、检验出厂,而且包括生产准备阶段中生产计划编制、工艺文件制订、刀夹量具准备,生产辅助阶段中原料与半成品运输和保管,设备维修和保养、刀具刃磨、生产统计与核算等。
生产过程中,按一定顺序逐渐改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质,使其成为成品或半成品的过程,称为工艺过程。
总的工艺过程又可分为铸造、锻压、冲压、焊接、机械加工、热处理、电镀、装配等工艺过程。
本章主要讨论机械加工工艺过程中的一系列问题。
零件依次通过的全部加工过程称为工艺路线或工艺流程,它表明先做什么后做什么的工作顺序。
工艺路线是制订工艺过程和进行车间分工的重要依据。
万向接头加工工艺基本路线
1
磨锻
根据零件图纸设计锻造模具,之后进行锻造毛坯生产,磨削保证精度。
2
钻孔
用
钻头钻
孔,注意加工深度。
3
粗车
车
孔和倒角,留适当余量。
4
精车
孔和倒角,去除余量达到精度。
5
钻头钻另另面孔,注意加工深度
6
翻面装夹,以刚将工表面为基准,加工另面
孔留有余量。
7
精加工
孔和倒角。
8
用直径10的钻头钻直径18H9孔加工深度适当
9
粗车一端
孔和倒角
10
精加工此端孔和倒角
11
将工件掉头装夹、找正,粗加工18H9孔和倒角
12
13
用直径6的钻头为M10-7H深10打中心孔,加工深度适当
14
M10-7H深9为螺纹加工,粗车该孔和倒角到适当余量
15
加工
螺纹
加工螺纹到标准尺寸,
16
用直径3的钻头加工小孔到标准位置
17
检验
工件完成加工,由检验人员多零件进行检验是否合格
18
入库
统计
工件合格后统计入库
3.3选择加工设备及刀、夹、量具
加工设备:
铸造模具机加磨床数控车床
加工刀具:
数控车内圆车刀内径罗纹车刀直径18mm钻头直径10mm钻头
直径5mm钻头直径3mm钻头中心钻
加工夹具:
数控加工专用夹具1专用夹具2专用夹具3
钻头尾套
加工量具:
游标卡尺内径千分尺角度尺
3.4加工工序过程加工工序设计
根据零件的图纸和加工工艺过程设计出加工工艺过程综合卡和典型工序加工设计卡,在卡片中可清晰的反映零件的图形和加工方法。
(1)加工工艺过程综合卡
(2)万向接头加工工序和部分工序设计卡:
毛坯的生产:
零件为批量生产其外型结构比较复杂切加工要求高,在此采用磨锻的方法来加工零件毛坯(零件毛坯图如设计前端提供的毛坯图)零件毛坯锻造结束毛坯经过磨削加工处理得到标准外型毛坯。
锻造:
对金属坯料(不含板材)施加外力,使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能,用以制造机械零件、工件、工具或毛坯的成形加工方法。
锻造的种类和特点:
当温度超过300-400℃(钢的蓝脆区),达到700-800℃时,变形阻力将急剧减小,变形能力也得到很大改善。
根据在不同的温度区域进行的锻造,针对锻件质量和锻造工艺要求的不同,可分为冷锻、温锻、热锻三个成型温度区域。
原本这种温度区域的划分并无严格的界限,一般地讲,在有再结晶的温度区域的锻造叫热锻,不加热在室温下的锻造叫冷锻。
在低温锻造时,锻件的尺寸变化很小。
在700℃以下锻造,氧化皮形成少,而且表面无脱碳现象。
因此,只要变形能在成形能范围内,冷锻容易得到很好的尺寸精度和表面光洁度。
只要控制好温度和润滑冷却,700℃以下的温锻也可以获得很好的精度。
热锻时,由于变形能和变形阻力都很小,可以锻造形状复杂的大锻件。
要得到高尺寸精度的锻件,可在900-1000℃温度域内用热锻加工。
另外,要注意改善热锻的工作环境。
锻模寿命(热锻2-5千个,温锻1-2万个,冷锻2-5万个)与其它温度域的锻造相比是较短的,但它的自由度大,成本低。
工件的基本加工:
根据零件图纸可看出零件加工的要求,零件为复杂零件,因此加工过程应设计专用的零件夹具以便于定位和加工。
首先设计零件专用夹具1(夹具图纸在下章夹具设计中以列出)来加工零件的直径31H9的孔,根据图纸得知零件需要两面加工,并且需要做倒角而且孔中间有5mm肋板。
零件外形以磨锻加工到一定精度,选择A面为粗基准来开始加工。
选择粗基准的原则:
1)保证相互位置精度要求的原则
如要保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求,应以不加工面为粗基准。
如图所示。
2)保证加工表面加工余量合理分配的原则
如要首先保证工件某重要表面的余量均匀,应选择该表面的毛坯面为粗基准。
3)便于工件装夹的原则
选择粗基准时,必须考虑定位准确,夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等。
这样要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和足够大的尺寸,不允许有锻造飞边,浇铸浇口,或其他缺陷。
4)粗基准一般不得重复使用的原则
若能采用精基准定位,粗基准一般不应被重复的使用
因为要加工零件的内腔因此首先要用中心钻来定位,再用钻头钻一定深度之后加工。
钻削一定深度后安装数控车刀开始零件的车削加工。
零件的加工设计卡如下。
在钻中心孔时给定主轴适当的速度,利用数控车床的尾座来加工工件中心孔和完成直径18mm孔的钻削。
钻孔到一定深度能有利于内孔车刀的车削。
将刀对好后通过编制数控加工程序来加工工件。
粗车时编制的程序应留出适当的余量,以使精车能很好的完成。
粗车结束后用游标卡尺来测量下工件的尺寸,对应图纸可知还有多少余量。
直到加工到适当余量后才进行精加工。
对零件A面加工完成后需将零件翻转加工零件另一侧同样的结构,零件的加工尺寸如设计前面提供的数据,零件的加工要保证精度,两面加工时选好基准以便两面的内孔的同轴度等适当技术要求能得到很好的保证。
工件翻转后定位以A面为精基准定位,并始终保证以“基准统一”的原则来做。
以保证工件的整体精度高。
本工序所用的数控加工程序将在下一小节里列出。
上一步工序加工完成后,在此基础上来加工第二工序的内容。
加工设计如下面的设计卡。
这步加工时应选择专用夹具2来加工,并也同样要加工两个面,两面加工的时候选择同一基准以保证技术要求。
零件在这步加工中选择基准的时候应以上一步加工而得到的精加工基准为基本,这样才能很好的保证零件的工艺性和适用性。
主要取决于基准的选择与转换。
在设计时遵循以下原则:
基面先行精基准选定后,机械加工首先要选定粗基准把精基准面加工出来。
例如:
在加工轴类零件时,一般是以外圆为粗基准来加工中心孔,再以中心孔为精基准来加工外圆、端面等。
(1)先主后次零件的主要工作表面、装配基面应先加工,从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。
次要表面可穿插进行,放在主要表面加工到一定的精度之后,最终精加工之前进行。
(2)先粗后精通过划分加工阶段,各个表面先进行粗加工,再进行半精加工,最后进行精加工和光整加工。
从而逐步提高表面的加工精度与表面质量。
(3)先面后孔对于箱体、支架等类零件,平面的轮廓尺寸较大,一般先加工平面以作精基准,再加工孔和其它表面。
有些表面的最后精加工安排在部装或总装过程中进行,以保证较高的配合精度。
加工零件所用夹具2在下面夹具设计中以列出。
加工完两个孔之后,该加工一个比较复杂的孔了,这个孔首先应该在夹具的设计上做足够的准备,因为该螺纹孔的轴度和A面上的孔的有一定的角度,不能直接的加工,应该在夹具设计上做好,以保证零件装夹上后能使该小孔的轴线于车床的主轴平行这样才能加工这个孔的尺寸。
该小孔应该先打中心钻之后用5mm钻头钻削一定深度之后再用粗车刀加工,直到孔内还留有部分的余量(螺纹加工余量)。
之后选择适当的螺纹车刀来加工该孔的M10螺纹。
当螺纹孔加工完成后根据图纸要求还有一个直径为3mm的小孔要加工,可以用一个直径为3mm的钻头来钻削,并在钻取后用绞刀加工到标准尺寸。
用数控车车削螺纹的时候应注意些基本事情,螺纹的加工应一次成型,中间过程不能停刀,那样将不能保证螺纹螺距,所以在开始螺纹的加工时一定要对工件和机床和刀具等的状态做完全的了解,以免中间过程失败导致整个工件的加工失误。
在加工过程中应对零件的加工划分加工阶段,通过划分加工阶段,首先可以逐步消除粗加工中由于切削热和内应力引起的变形,消除或减少已产生的误差,减小表面粗糙度。
其次,可以合理使用机床设备。
粗加工时余量大,切削用量大,可在功率大、刚性好、效率高而精度一般的机床上进行,充分发挥机床的潜力。
精加工时在较为精密的机床上进行,既可以保证加工精度,也可延长其使用寿命。
此外,通过划分加工阶段,便于安排热处理工序,充分发挥每一次热处理的作用。
消除粗加工时产生的内应力、改变材料的力学、物理性能。
还可以及时发现毛坯的缺陷,及时报废或修补,以免因继续盲目加工而造成工时浪费。
这部工件的加工工序设计卡如下图,其中部分数控加工程序将在后面列出。
通过几个工序的加工完成,将结束整个零件的加工工作,零件的个部分尺寸要求和粗糙度如下面的零件图,整体零件的加工技术要求可以参考零件的图纸。
3.5部分工序加工程序
加工程序1:
(工序卡一中内腔数控车加工程序)
程序所用刀具
T0101粗车刀T0202精车刀
(粗加工程序)
G21G99G97
S1200M03
T0101
M08
G00X33Z10
G71U7.5R3
G71P10Q20U0.5W0.5F0.15
N10G01X33Z0F0.15
G01X31Z-1
G01Z-7.5
G01X29
N20G01Z5F0.2
G00X150Z150
M05
M09
T0100
M30
(精加工程序)
T0202
S1500M03
G01Z0F0.15
X31Z-1
Z-7.5
X29
Z10F0.2
T0200
工件翻转装夹,加工程序相同。
加工程序2:
(工序卡二中内腔加工程序)
G00X18Z10
G71U4R2
G71P10Q20U0.5W0.5S1200
N10G01Z0F0.15
G01X17Z-0.5
G01Z-16
G01X15
N20G01Z10F0.2
G01Z10
M05
(工件的另一面加工程序同上)
加工程序3:
(工序卡三中的加工程序)
T0101粗车刀T0202螺纹车刀
G00X8Z10
G01X7Z-1
G01Z-10
G01X5
G01Z10F0.2
(螺纹加工程序)
S1000M03
G00X10Z10
G92X8Z-10F1
X10
加工程序以列出,部分工艺加工过成可参照上面的程序来加工。
本程序可适用于FANUC系统。
4夹具设计
4.1夹具设计基础
夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备,分为机床夹具、焊接夹具、冲压夹具、热处理夹具、装配夹具及检验夹具等。
各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备,称机床夹具,如车床上使用的三爪自定心卡盘,铣床上使用的机床用平口虎钳等。
用夹具装夹工件有下列优点:
(1)能稳定地保证工件的加工精度
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- 万向节 工艺 及其 夹具 设计