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文檔簡介
上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 端蓋數(shù)控工藝及夾具設(shè)計 摘 要該說明書是對端蓋類零件加工及其夾具的設(shè)計,通過一系列的具體設(shè)計步驟,完整的展示了對其零件和夾具的設(shè)計過程。首先主要是簡介數(shù)控技術(shù)應(yīng)用和該設(shè)計的課題背景,通過對其零件分析,明確了該零件的技術(shù)要求,為接下來的設(shè)計步驟做好鋪墊。該說明書主要分為零件設(shè)計和夾具設(shè)計兩大部分。在對其零件設(shè)計這部分中,主要是以對零件結(jié)構(gòu)進行分析的結(jié)果為基礎(chǔ),安排制定具體的加工工藝路線,數(shù)控加工的工藝內(nèi)容,數(shù)控設(shè)備的選用以及具體的工序工部路線等,并說明了加工時切削用量的選用及該零件的具體數(shù)控仿真編程。本次關(guān)于端蓋數(shù)控工藝與夾具設(shè)計介紹了端蓋數(shù)控加工的特點、加工工藝分析、數(shù)控編程以及夾具設(shè)計等,全面剖析了端蓋類零件加工的全過程。通過一定的實例詳細的介紹了端蓋數(shù)控加工工藝的分析方法。關(guān)鍵詞:發(fā)展,數(shù)控技術(shù),加工工藝,編程,端蓋端蓋數(shù)控工藝及夾具設(shè)計引言數(shù)控機床是數(shù)字控制機床(Computer numerical control)的簡稱,是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序,并將其譯碼,從而使機床動作并加工零件。數(shù)控加工,是指在數(shù)控機床上進行零件加工的一種工藝方法,數(shù)控機床加工與傳統(tǒng)機床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的,但也發(fā)生了明顯的變化。用數(shù)字信息控制零件和刀具位移的機械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等問題。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益,顯示了其在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用,并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標志。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用,給機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù)(IT)與制造技術(shù)(MT)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果?,F(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術(shù),都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)知識是現(xiàn)代機電類專業(yè)學(xué)生必不可少的。1課題背景1.1 背景 本次畢業(yè)設(shè)計的題目來源于生產(chǎn)第一線,為實踐型、設(shè)計類畢業(yè)設(shè)計課題。根據(jù)所給的圖紙和零件的具體技術(shù)要求,選擇刀具和合理的工藝參數(shù),確定裝夾方式和夾具,編制工藝路線,并借助UG軟件完成零件三維圖紙的繪制和編程。培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決本專業(yè)實際生產(chǎn)問題的能力。進一步培養(yǎng)調(diào)查研究、檢索和閱讀一些文獻資料、理論分析、夾具設(shè)計、計算機應(yīng)用及協(xié)作等各方面的綜合能力。使學(xué)生通過本次畢業(yè)實踐設(shè)計,能夠獨立對中等復(fù)雜程度的零件技術(shù)要求進行分析,并能根據(jù)零件圖進行專用工裝夾具設(shè)計,設(shè)計加工工藝,編寫數(shù)控加工程序并通過仿真加工測試。從而使學(xué)生養(yǎng)成認真刻苦的鉆研精神和嚴格細致的工作作風,對學(xué)生未來的工作和學(xué)習起著重要鋪墊作用。1.2 零件圖分析由零件圖可知,如圖1.1所示,定義加工零件的毛坯為12632,根據(jù)零件圖紙的要求,對于面及孔的精度要求則有數(shù)控機床完成,考慮到本零件的105外圓表面粗糙度要求為Ra0.8,磨特殊外圓的時候則需要使用專用夾具進行磨削。 圖1.1 零件二維圖 圖1.2 零件三維圖1.3 零件的技術(shù)要求考慮該零件的技術(shù)要求如下:1表面粗糙度:105的搖臂鎖緊孔內(nèi)表面粗糙度為0.8;其余表面粗糙度為6.3。2極限與配合:一般絕大多數(shù)配合孔的尺寸精度最高僅為7級,故錐孔的極限配合為H7。 3材料HT200。該材料具有較高的強度,耐磨性,耐熱性級減震性,適用于承受較大應(yīng)力,要求耐磨的零件。4調(diào)制處理,硬度HB220225。 2. 零件的加工工藝過程的分析2.1 零件的工藝分析由零件圖1.1和1.2可知,105外圓有很高的技術(shù)要求的,圓跳動的技術(shù)要求是相對于基準面A為0.02,其表面粗糙度要求很高,Ra為0.08,對于這么高精度的要求一般機床是無法做到的,考慮到該零件又是圓盤類零件,無法一般定位加工。所以要設(shè)計相關(guān)的夾具。其余平面及凹槽的加工則在一般數(shù)控機床可加工完成。1:4的錐形孔則可先鉆擴孔然后用鏜刀加工。根據(jù)該零件圖1.1和1.2,粗精加工105到尺寸,割槽3X2,掉頭粗精加工最大外圓113,粗精加工1:4的錐孔,銑32的凸臺,掉頭銑77的圓凹槽,磨105的外表面。此次加工中105外表面的粗糙度要求是難點,所以要設(shè)計專用夾具對此進行加工,以達到精度要求。2.2 擬定工藝路線機械加工工藝規(guī)程的制定,大體可分為兩個步驟。首先是擬定零件加工的工藝路線,然后再確定每一道工序的工序尺寸、所用設(shè)備和工藝裝備以及切削規(guī)范、工時定額等。這兩個步驟是互相聯(lián)系的,應(yīng)進行綜合分析。工藝路線的擬定是制定工藝過程的總體布局,主要任務(wù)是選擇各個表面的加工方法,確定各個表面的加工順序,以及整個工藝過程中工序數(shù)目的多少等。擬定工藝路線的一般原則如下:1、先加工基準面零件在加工過程中,作為定位基準的表面應(yīng)首先加工出來,以便盡快為后續(xù)工序的加工提供精基準。稱為“基準先行”。2、劃分加工階段加工質(zhì)量要求高的表面,都劃分加工階段,一般可分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。主要是為了保證加工質(zhì)量;有利于合理使用設(shè)備;便于安排熱處理工序;以及便于時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷等。3、主要表面的光整加工(如研磨、珩磨、精磨等),應(yīng)放在工藝路線最后階段進行,以免光整加工的表面,由于工序間的轉(zhuǎn)運和安裝而受到損傷。上述為工序安排的一般情況。有些具體情況可按下列原則處理:、為了保證加工精度,粗、精加工最好分開進行。因為粗加工時,切削量大,工件所受切削力、夾緊力大,發(fā)熱量多,以及加工表面有較顯著的加工硬化現(xiàn)象,工件內(nèi)部存在著較大的內(nèi)應(yīng)力,如果粗、粗加工連續(xù)進行,則精加工后的零件精度會因為應(yīng)力的重新分布而很快喪失。對于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前,還應(yīng)安排低溫退火或時效處理工序來消除內(nèi)應(yīng)力。、合理地選用設(shè)備。粗加工主要是切掉大部分加工余量,并不要求有較高的加工精度,所以粗加工應(yīng)在功率較大、精度不太高的機床上進行,精加工工序則要求用較高精度的機床加工。粗、精加工分別在不同的機床上加工,既能充分發(fā)揮設(shè)備能力,又能延長精密機床的使用壽命。、在機械加工工藝路線中,常安排有熱處理工序。熱處理工序位置的安排如下:為改善金屬的切削加工性能,如退火、正火、調(diào)質(zhì)等,一般安排在機械加工前進行。為消除內(nèi)應(yīng)力,如時效處理、調(diào)質(zhì)處理等,一般安排在粗加工之后,精加工之前進行。為了提高零件的機械性能,如滲碳、淬火、回火等,一般安排在機械加工之后進行。如熱處理后有較大的變形,還須安排最終加工工序(精磨)。該零件的工藝路線如下:工序1:備料。工序2:車。粗精加工105到尺寸,割槽3X2,掉頭粗精加工最大外圓113,粗精加工1:4的錐孔。工序3:銑。銑32的凸臺,掉頭銑77的圓凹槽。工序4:淬火。工序5:精磨。磨105的外表面工序6:檢驗。工序7:清理。工序8:防銹、入庫。3. 數(shù)控加工工藝分析3.1 數(shù)控加工內(nèi)容的確定根據(jù)零件圖1.1所示,定義毛坯為12632,粗精加工105到尺寸,割槽3X2,掉頭粗精加工最大外圓113,粗精加工1:4的錐孔,銑32的凸臺,掉頭銑77的圓凹槽,磨105的外表面。此次加工中105外表面的粗糙度要求是難點,所以要設(shè)計專用夾具對此進行加工,以達到精度要求。3.2 數(shù)控加工設(shè)備的選用車削毛坯外圓是可以使用CK6150車床進行加工。CK6150車床是一種小型臥式車床,可以車端面,外圓,割槽,車錐孔等。數(shù)控機床有如下特點:加工精度高,具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量;可進行多坐標的聯(lián)動,能加工形狀復(fù)雜的零件;加工零件改變時,一般只需要更改數(shù)控程序,可節(jié)省生產(chǎn)準備時間;機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量,生產(chǎn)率高(一般為普通機床的35倍); 機床自動化程度高,可以減輕勞動強度; 銑上下平面時則使用X52K或是X6132銑床進行加工。X52K機床是一種小型立式銑床,可以銑平面、銑側(cè)面、銑溝槽、銑特型面、銑齒條,與分度頭和掛輪配合還可以銑球面和螺旋傘齒輪等。X6132型銑床則是國產(chǎn)銑床中應(yīng)用最廣泛、最典型的一種臥式萬能升降臺銑床。其主要特征是銑床主軸軸線與工作臺臺面平行,該機床具有結(jié)構(gòu)可靠、性能良好、加工質(zhì)量穩(wěn)定、操作靈活輕便、行程大、加工范圍大、精度高、剛性好、通用性強等特點。用它可銑削平面、溝槽、成形面和螺旋槽等。另配置相應(yīng)附件,還可擴大機床加工范圍。如安裝萬能立銑頭,可使銑刀轉(zhuǎn)向任意角度,完成里銑床的工作;該機床還適于高速、高強度銑削,并具有良好的安全裝置和完善的潤滑系統(tǒng)。鉆孔時則使用Z3025 搖臂鉆床進行加工。 磨105外圓時可以使用T41-平行砂輪進行加工。T41磨床在磨削量的控制,自動測量控制,修正砂輪和補償?shù)确矫娑加歇毜街?。?shù)控外圓磨床砂輪頭一般分直型和角型兩種形式。直型適用于磨削砂輪兩側(cè)需要休整的工件,角型砂輪頭一般偏轉(zhuǎn)30度角,適合于磨削砂輪單側(cè)需要休整的工件,因此,選用直型砂輪頭的磨床。3.3 定位方案與夾具設(shè)計1六點定位原理工件在空間具有六個自由度,即沿x、y、z三個直角坐標軸方向的移動自由度和繞這三個坐標軸的轉(zhuǎn)動自由度 。因此,要完全確定工件的位置,就必須消除這六個自由度,通常用六個支承點(即定位元件)來限制工件的六個自由度,其中每一個支承點限制相應(yīng)的一個自由度。2六點定位原理的應(yīng)用六點定位原理對于任何形狀工件的定位都是適用的,如果違背這個原理,工件在夾具中的位置就不能完全確定。然而,用工件六點定位原理進行定位時,必須根據(jù)具體加工要求靈活運用,工件形狀不同,定位表面不同,定位點的布置情況會各不相同,宗旨是使用最簡單的定位方法,使工件在夾具中迅速獲得正確的位置。3工件的定位l)完全定位 工件的六個自由度全部被夾具中的定位元件所限制,而在夾具中占有完全確定的惟一位置,稱為完全定位。2)不完全定位 根據(jù)工件加工表面的不同加工要求,定位支承點的數(shù)目可以少于六個。有些自由度對加工要求有影響,有些自由度對加工要求無影響,這種定位情況稱為不完全定位。不完全定位是允許的,3)欠定位 按照加工要求應(yīng)該限制的自由度沒有被限制的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的。因為欠定位保證不了加工要求。4)過定位 工件的一個或幾個自由度被不同的定位元件重復(fù)限制的定位稱為過定位。當過定位導(dǎo)致工件或定位元件變形,影響加工精度時,應(yīng)該嚴禁采用。但當過定位并不影響加工精度,反而對提高加工精度有利時,也可以采用。所以說一個好的定位方案將直接關(guān)系到夾具的優(yōu)劣。根據(jù)零件的加工工藝來看,加工105外圓需要可靠固定的加工定位,才能達到技術(shù)上的要求。故所設(shè)計的夾具必須滿足以下定位條件:限制X、Y、Z三軸旋轉(zhuǎn)及移動。如圖3.1所示,就是為105外圓所設(shè)計的夾具。使加工105外圓更為可靠,達到其技術(shù)要求。 圖3.1 磨外圓及臺肩夾具 本夾具使用錐套定位,可以消除間隙,以保證工件外圓對錐孔的徑向跳動,使用快卸螺母夾緊工件,可以減少裝卸工件的輔助時間。工件以錐度1:4的錐孔和左端面為基準,在夾具的定位錐套6和定位支承4上定位,快卸螺母8通過壓板7夾緊工件。以收縮起到夾緊的作用,以限制零件X,Y,Z方向上的移動以及Y軸上的旋轉(zhuǎn)和Z軸的旋轉(zhuǎn)。3.4 加工工序的制訂該零件以粗,精加工劃分工序。該零件的加工工序制訂見附錄。3.5 加工工步的制訂工步順序安排的一般原則為:先粗后精,先近后遠,內(nèi)外交叉,保證工件加工剛度原則,同一把刀能加工內(nèi)容連續(xù)加工原則。該零件的加工工步制訂見附錄。3.6 進給路線確定進給路線也稱走刀路線,指數(shù)控機床加工過程中刀具相對零件的運動軌跡和方向。它不但包括工部的內(nèi)容,還反映出工部的順序。確定的主要原則為:1)首先安已定工部順序確定各表面加工進給路線的順序。2)所定進給路線應(yīng)能保證工件輪廓表面加工后的精度和粗糙度要求。3)尋求最短加工路線,減少行走時間以提高加工效率。4)要選擇工件在加工時變形小的路線。1:4錐形孔的加工進給路線制訂見附錄。磨105外圓的加工進給路線制訂見附錄。3.7 刀具的選擇刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調(diào)整方便,剛性好,耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下,盡量選擇較短的刀柄,以提高刀具加工的剛性。選取刀具時,要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中,平面零件周邊輪廓的加工,常采用立銑刀;銑削平面時,應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀;加工凸臺、凹槽時,選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時,可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀;對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工,常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。在大多數(shù)情況下,選擇好的刀具雖然增加了刀具成本,但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高,則可以使整個加工成本大大降低。一般刀具的選擇原則如下:粗車時,要選強度高、耐用度好的刀具,以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求。 精車時,要選精度高、耐用度好的刀具,以保證加工精度的要求。 為減少換刀時間和方便對刀,應(yīng)盡量采用機夾刀和機夾刀片。該零件的刀具選擇見附錄。3.8 切削用量的確定對于高效率的金屬切削加工來說,被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。 切削條件的三要素:切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高,刀尖溫度會上升,會產(chǎn)生機械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高20%,刀具壽命會減少1/2。 進給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進給量大,切削溫度上升,后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大,但在微小切深切削時,被切削材料產(chǎn)生硬化層,同樣會影響刀具的壽命。 用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。 最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。 然而,在實際作業(yè)中,刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時,需要根據(jù)實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說,可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。 該零件的切削用量選擇見附錄。
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