濾油器體工藝及鉆11斜出油孔夾具設(shè)計【含CAD圖紙、工藝工序卡、說明書】
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XX大學
課程設(shè)計
濾油器體工藝夾具設(shè)計
21
目 錄
1 零件的分析及生產(chǎn)類型的確定 2
1.1零件的作用 2
1.2 零件的工藝分析 3
1.3 零件的生產(chǎn)類型 3
2 零件毛坯的設(shè)計 3
2.1 選擇毛坯 3
2.2 毛坯尺寸公差與機械加工余量的確定 4
2.3 確定毛坯尺寸 4
2.4 設(shè)計毛坯圖 6
3 零件的加工工藝設(shè)計 7
3.1 定位基準的選擇 7
3.2 零件表面加工方法的選擇 7
3.3 擬訂工藝路線 7
3.4 工藝方案的比較與分析 9
3.5 工序設(shè)計 10
3.5.1 選擇加工設(shè)備與工藝裝備 10
3.5.2 確定工序尺寸 12
4 夾具的設(shè)計 15
4.1 工件的定位 15
4.2 夾緊裝置 17
4.3 定位誤差分析 17
4.4 對刀裝置 18
4.5 設(shè)計小結(jié) 18
參考文獻 20
1 零件的分析及生產(chǎn)類型的確定
1.1零件的作用
“CA6140車床濾油器體”如圖1所示。它位于車床主軸箱上
圖1:CA6140車床濾油器體零件圖
面,主要作用是給主軸箱內(nèi)供油及對油液起沖作用,零件的兩段有兩孔用于油液的進出,零件的中間有一個48h6的外圓柱面,用于與主軸箱以基軸制形式聯(lián)接。
1.2 零件的工藝分析
“CA6140車床濾油器體”的各表面:
(1)、零件的左端面(用于精基準加工其他表面);
(2)、螺栓孔3-9(用于聯(lián)接車床主軸箱,起固定作用);
(3)、中心孔38(用于過濾及緩沖油液);
(4)、進出油孔2-11(用于聯(lián)接進出油裝備,流通油液);
(5)、外圓柱面48h6(用于與車床主軸箱聯(lián)接)。
各表面的相互精度要求有:
(1)、外圓柱面48h6為基軸制聯(lián)接,尺寸精度為IT6;
(2)、其他表面無特殊精度要求,除保證其表面粗糙度外,尺寸精度為IT14。
1.3 零件的生產(chǎn)類型
依設(shè)計題目知:Qn=8000件/年;
結(jié)合生產(chǎn)實際,備品率和廢品率可以取為=5%,=0.5%。由此可得,該零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)
C6140車床濾油器體的質(zhì)量為1.1kg,查表可知其屬輕型零件,生產(chǎn)類型為中大批量生產(chǎn)。
2 零件毛坯的設(shè)計
2.1 選擇毛坯
根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)可知,CA6140濾油器體屬中大批量生產(chǎn),零件形狀為非全圓柱體,可選零件材料為灰口鑄鐵,毛坯制造選用鑄造毛坯,這樣毛坯與成品相似,加工方便,省工省料。為了提高生產(chǎn)率,鑄造方法選用砂型鑄造,且為機器造型。
2.2 毛坯尺寸公差與機械加工余量的確定
(1)、求最大輪廓尺寸
根據(jù)零件圖輪廓尺寸,可知,CA6140濾油器體最大輪廓尺寸為102mm。
(2)、選取公差等級CT
鑄造方法按機器造型、鑄件材料按灰鑄鐵,查表得,公差等級CT范圍是8~12級,取為10級。
(3)、求鑄件尺寸公差
根據(jù)加工面的基本尺寸和鑄件公差等級CT,查表得,公差帶相對與基本尺寸對稱分布。
(4)、求機械加工余量等級
鑄造方法按機器造型、鑄件材料按灰鑄鐵,查表得,機械加工余量等級范圍是E~G級,取為F級。、
(5)、求RAM(要求的機械加工余量)
對所有的加工表面取同一個數(shù)值,由最大輪廓尺寸102mm、機械加工余量等級為F級,得RAM數(shù)值為1.5mm。
2.3 確定毛坯尺寸
上面查得的加工余量適用于機械加工表面粗糙度Ra1.6m。Ra1.6m的表面,余量要適當增大。
分析零件,各加工表面均為Ra1.6m,因此這些表面的毛坯尺寸只需要將零件的尺寸加上余量值即可。
零件上孔3-9和進出有口尺寸較小,鑄成實心;A面為單側(cè)加工,則
38盲孔屬內(nèi)腔加工,根據(jù)零件分析,38深度為65不變,徑向為
30盲孔屬內(nèi)腔,且此孔為非配合孔,用鉆床锪出即可,所以30盲孔鑄成實心。
48h6外圓柱面的加工,即
如圖2所示,由于38孔的深度和三角形臺階肩寬度的余量和A面余量有關(guān),A面增量a=105.3-102=3.3mm;所以38孔的毛坯深度=65+3.3=68.3mm;三角形臺階肩寬度=34+3.3=37.3mm。
圖2:根據(jù)零件尺寸計算的毛坯尺寸
綜合上述,確定毛坯加工部分的尺寸,見表1所示。
表1:CA6140車床濾油器體毛坯(鑄件)尺寸。單位:mm。
項目
A面
38徑向
38軸向
48徑向
三角肩寬
3-9
2-11
30
公差等級CT
10
10
10
10
10
—
—
—
加工面基本尺寸
102
38
65
48
34
—
—
—
鑄件尺寸公差
3.6
2.6
同A面
2.8
同A面
—
—
—
機械加工余量等級
F
F
同A面
F
同A面
—
—
—
RMA
1.5
1.5
同A面
1.5
同A面
—
—
—
毛坯基本尺寸
105.3
33.7
68.3
52.4
37.3
0
0
0
2.4 設(shè)計毛坯圖
(1) 、確定圓角半徑
外圓角半徑 r=1mm;
內(nèi)圓角半徑 R=1mm;
以上所取圓角半徑數(shù)值能保證各表面的加工余量。
(2)、確定拔模斜度
本鑄件最大尺寸為h=105.3mm,屬25~500mm的鑄件,所以查表,取拔模斜度為1:20。
(3) 、確定分型面
由鑄件結(jié)構(gòu)分析,選擇左端面作為砂模鑄造機器造型的分型面。
(4)、確定毛坯的熱處理方式
灰鑄鐵濾油器毛坯鑄造后應(yīng)安排人工時效,溫度,進行消除殘余應(yīng)力,從而改善加工性。
綜合上述,所設(shè)計的毛坯圖如圖3所示。
圖3: CA6140車床濾油器體毛坯
3 零件的加工工藝設(shè)計
3.1 定位基準的選擇
本零件是不規(guī)則多孔零件體,其左端面是設(shè)計基準(亦是裝配基準和測量基準),為了避免由于基準不重合而產(chǎn)生的誤差,應(yīng)選左端面為定位基準,即遵循“基準重合”的原則。
在加工中還可遵循“互為基準”的原則,重復加工38孔和48外圓柱面,使其中心線重合度較高,減小圓跳動度。
3.2 零件表面加工方法的選擇
本零件有平面、內(nèi)孔、外圓柱面、螺紋等加工,材料為HT15-33。以公差等級和表面粗糙度要求,參考本指南有關(guān)資料,其加工方法選擇如下:
(1) 、左端面
左端面為精基準加工其它表面,表面粗糙度為Ra1.6,加工方法為先車后磨。
(2)、38mm內(nèi)孔
未注公差尺寸,根據(jù)GB1800-79規(guī)定其公差等級按IT14,表面粗糙度為Ra6.3,由于毛坯上已經(jīng)鑄造出孔留出加工余量,所以選擇先擴孔再鉸孔即可達到要求。
(3)、3-9孔
未注公差尺寸,根據(jù)GB1800-79規(guī)定其公差等級按IT14,表面粗糙度為Ra6.3,只需用9mm麻花鉆直接在其位置鉆孔即可。
(4)、48外圓柱面
公差等級為IT6,表面粗糙度為Ra1.6,加工方法可采用粗車——精車——精磨。
(5)、進出油孔(2-11)
這兩個孔用于聯(lián)接油管,用于輸通油液,密封性需要比較高。連結(jié)部分采用螺紋聯(lián)接。由于毛坯中這兩孔是鑄為實心,所以此部分的加工為先锪沉頭孔,然后在其位置鉆11孔,接著擴孔到16深18mm,最后攻絲M18。
3.3 擬訂工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點,應(yīng)當是使其零件的幾何形狀,尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)中已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下,可以考慮采用通用機床配以專用夾具,除此之外,應(yīng)當考慮經(jīng)濟效果,以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
濾油器體加工包括各圓柱面、孔及端面的加工。按照先加工基準面及先粗后精的原則,該零件加工可按下述工藝路線進行。
(1) 、工藝路線方案一
工序ⅰ 機器砂型鑄造毛坯;
工序ⅱ 檢驗,清砂;
工序ⅲ 熱處理;
工序ⅳ 磨左端面;
工序ⅴ 鉆38內(nèi)孔及3-9孔;
工序ⅵ 粗車外圓48;
工序ⅶ 加工出油口;
工序ⅷ 加工進油口;
工序ⅸ 磨48外圓柱面;
工序ⅹ 檢驗。
(2)、工藝路線方案二
工序ⅰ 機器砂型鑄造毛坯;
工序ⅱ 檢驗,清砂;
工序ⅲ 熱處理;
工序ⅳ 磨左端面;
工序ⅴ 車48外圓柱面;
工序ⅵ 磨48外圓柱面;
工序ⅶ 鉆3-9孔;
工序ⅷ 銑30內(nèi)孔面;
工序ⅸ 擴、鉸38孔;
工序ⅹ 38孔的倒角;
工序ⅹⅰ 锪平26;
工序ⅹⅱ 加工進油口;
工序ⅹⅲ 加工出油口;
工序ⅹⅳ 檢驗。
(3)工藝路線方案三
工序ⅰ 機器砂型鑄造毛坯;
工序ⅱ 檢驗毛坯、清砂;
工序ⅲ 熱處理;
工序ⅳ 粗車左端面;
工序ⅴ 先锪30內(nèi)孔面,再擴38內(nèi)孔;
工序ⅵ 粗車48外圓,切退刀槽;
工序ⅶ 鉸38內(nèi)孔,內(nèi)孔倒角;
工序ⅷ 精車48外圓;
工序ⅸ 鉆3-9通孔;
工序ⅹ 磨左端面;
工序ⅹⅰ 加工出油孔;
工序ⅹⅱ 加工進油孔;
工序ⅹⅲ 去毛刺;
工序ⅹⅳ 精磨48外圓;
工序ⅹⅴ 檢驗。
3.4 工藝方案的比較與分析
上述三個工藝方案的特點在于:方案一,將工序集中,但需要專用機床才能達到加工要求。方案二,工序分散,但工藝按排的加工達不到精度要求。方案三,也是分散工序,工藝安排合理,能滿足用通用機床加工并達到精度的要求,除了選擇萬能性通用機床加工外,還要設(shè)計一些專用夾具,提高加工要求和質(zhì)量。因此選用第三個方案較合理,具體如下:
工序ⅰ 機器造型砂模鑄造毛坯;
工序ⅱ 清砂,檢驗毛坯各尺寸,不得有砂眼缺陷;
工序ⅲ 熱處理,人工時效溫度,消除殘余應(yīng)力;
工序ⅳ 夾外圓,粗車左端面;
工序ⅴ 先锪30內(nèi)孔面,再擴38內(nèi)孔;
工序ⅵ 粗車48外圓,切退刀槽;
工序ⅶ 鉸38內(nèi)孔,內(nèi)孔倒角;
工序ⅷ 精車48外圓;
工序ⅸ 鉆3-9通孔;
工序ⅹ 磨左端面;
工序ⅹⅰ 加工出油孔(锪26平面,鉆11孔,擴16孔深18mm,攻絲M181.5深14mm);
工序ⅹⅱ 加工進油孔(锪26平面,鉆11孔,擴16孔深18mm,攻絲M181.5深12mm);
工序ⅹⅲ 用鉗工去毛刺;
工序ⅹⅳ 精磨48外圓;
工序ⅹⅴ 檢驗,是否達到要求的精度和粗糙度。
3.5 工序設(shè)計
3.5.1 選擇加工設(shè)備與工藝裝備
(1)、選擇機床
根據(jù)不同的工序選擇機床。
① 工序ⅰ、ⅱ、ⅲ
屬于備坯階段,不屬于切削加工,由專門的 車間負責。
② 工序ⅸ
粗車左端面,選用臥式車床就能滿足要求。本零件外廓尺寸不大,精度要求不是很高,根據(jù)工廠內(nèi)的現(xiàn)有設(shè)備一般最常用CA6140型臥式車床加工。
③ 工序ⅴ
先锪30內(nèi)孔面,再擴38內(nèi)孔,精度要求不高,選用立式鉆床進行加工。
④ 工序ⅵ
粗車48外圓柱面,在切退刀槽。加工中需要換刀具,刀架最好是換位的,所以選擇CA6140最經(jīng)濟。
⑤ 工序ⅶ
鉸38內(nèi)孔,內(nèi)孔倒角,選鉆床進行加工。
⑥ 工序ⅷ
精車48外圓,選用CA6140進行加工。
⑦ 工序ⅸ
鉆3-9通孔,由于是通孔,刀具進給深度可以不嚴格控制,在其位置鉆通孔即可。選用立式加工中心,只要在專用夾具上設(shè)計好對刀塊,然后執(zhí)行程序就可以加工出3個9通孔了。
⑧ 工序x
磨左端面,表面粗糙度Ra1.6mm,沒有要求與中心線的垂直度,所以選用普通的端面磨床即可加工達到要求。
⑨ 工序ⅹⅰ、ⅹⅱ
加工進(出)油口孔,選用搖臂鉆床進行加工。
⑩ 工序ⅹⅳ
精磨48外圓,公差等級為IT6,表面粗糙度為Ra1.6mm,精度要求比較高,所以這里選用外圓磨床進行加工。
(2)、選擇夾具
工序ⅳ 選用三爪自定心卡盤。
工序ⅴ、ⅵ、ⅶ、ⅷ、ⅸ、ⅹ、ⅹⅰ、ⅹⅱ、ⅹⅳ 都選用專用夾具。
(3)選擇刀具
根據(jù)不同的工序選擇刀具。
①在車床上加工的工序
一般選用硬質(zhì)合金車刀。切刀槽宜選用高速鋼。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟性,應(yīng)選用可轉(zhuǎn)位車刀架。
②在鉆床上機加工的工序
麻花鉆,锪頭鉆,倒孔鉆等。
(4) 選擇量具
① 加工部分的量具
工序ⅳ 卡尺;
工序ⅴ 卡尺;
工序ⅵ 卡尺;
工序ⅶ 卡尺;
工序ⅷ 卡尺;
工序ⅸ 卡尺;
工序ⅹ 卡尺; ;
工序ⅹⅰ 卡尺,螺紋塞規(guī);
工序ⅹⅱ 卡尺,螺紋塞規(guī);
工序ⅹⅳ 千分尺。
② 檢驗部分的量具
檢查內(nèi)容 測量工具
砂眼、清砂是否干凈、裂縫 觀察表面及磁力探傷;
軸向尺寸 卡尺;
外圓徑向尺寸 外徑千分尺;
角度 角度卡尺;
孔內(nèi)徑 內(nèi)徑千分尺;
檢查粗糙度 專用儀器;
檢查配合表面精度 專用儀器。
綜合上述,CA6140車床濾油器體的工藝過程如表2所示。
表2:CA6140車床濾油器體的工藝過程及設(shè)備
工序號
工序內(nèi)容
機床
備注
00
機器砂型鑄造毛坯
——
附表2
05
檢驗毛坯、清砂
——
附表3
10
熱處理
——
附表4
20
粗車左端面
CA6140
附表5
30
先锪30內(nèi)孔面,再擴38內(nèi)孔
立式鉆床
附表6
40
粗車48外圓,車退刀槽
CA6140
附表7
50
鉸38內(nèi)孔,倒角
搖臂鉆床
附表8
60
精車48外圓
CA1640
附表9
70
鉆3-9通孔
立式加工中心
附表10
80
磨左端面
端面磨床
附表11
90
加工出油孔
搖臂鉆床
附表12
100
加工進油孔
搖臂鉆床
附表13
110
去毛刺
——
附表14
120
精磨48外圓
外圓磨床
附表15
130
檢驗
——
附表16
3.5.2 確定工序尺寸
根據(jù)各原始資料及制定的零件加工工藝路線,采用計算與查表相結(jié)合的方法確定各工序加工余量,中間工序公差按經(jīng)濟精度選定,上下偏差按入體原則標注,確定各加工表面的機械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下:
“CA6140車床濾油器體”零件材料為灰口鑄鐵,硬度HB207~233,毛坯的重量約為1.1千克。生產(chǎn)類型為中批或大批,采用機械砂型鑄造毛坯。
(1)、確定圓柱面的工序尺寸
①38,30,11,3-9由于無特殊加工精度等,在滿足其表面粗糙度的條件下直接鉆孔或擴孔來完成。
②外圓柱面46h6和46:
46粗糙度為Ra6.3,精度等級為IT14,考慮其長度為14mm,因為砂型鑄造等級為IT14左右,能滿足加工需求,因此直接鑄造成型。
48h6所需精度要求高,需進行粗車—精車—精磨。精車此時直徑余量為0.9mm,精磨此時直徑余量為0.1mm, 剩下的粗車時直徑余量為52.4-48-0.9=3.4mm,能滿足加工要求,考慮48h6長度為40,精度等級為14,由鑄造直接完成。48h6的外圓柱面的加工余量表如下。
表3:48h6外圓柱面的加工工序尺寸(單位:mm)
工序名稱
工序雙邊余量
工序公差
工序基本尺寸
工序尺寸及公差
精磨
0.1
IT6(0-0.016)
48
精車
0.9
IT7(0-0.025)
48.1
粗車
3.4
IT11(0-0.160)
49
毛坯
F(0-3.6)
52.4
(2)確定軸向工序尺寸
綜合上述,加工的工序尺寸如表4所示。
表4:各加工工序的工序尺寸
工序
工位
工位尺寸
I鑄造毛坯
機器砂型鑄造毛坯
參見毛坯圖所示
II備坯
檢驗毛坯、清砂
——
Ⅲ熱處理
人工時效
——
Ⅳ車左端面
粗車左端面
保長102.5mm
Ⅴ锪30內(nèi)孔,擴38內(nèi)孔
先锪30內(nèi)孔平面
锪30內(nèi)孔保長70.5mm
再擴38內(nèi)孔
擴內(nèi)孔至37,保長65.5mm
Ⅵ車48外圓和退刀槽
粗車48外圓
車外圓至49
車退刀槽
3x1.5mm
Ⅶ鉸38內(nèi)孔和倒角
鉸38內(nèi)孔
鉸內(nèi)孔至38,保長65.5mm
內(nèi)孔倒角
1C
Ⅷ精車48外圓
精車48外圓
精車外圓至48.1
Ⅸ鉆3-9通孔
鉆3-9通孔
鉆3-9通孔
Ⅹ磨左端面
磨左端面
保長102mm
Ⅺ加工出油口
空口锪平
锪平26
鉆孔
鉆11孔深32mm
擴孔
擴孔至16孔,深18mm
攻絲
攻絲M18x1.5,深14
Ⅻ加工進油口
孔口锪平
锪平26
鉆孔
鉆11孔通至下一平面
擴孔
擴孔至16孔 8mm
攻絲
攻絲M18x1.5,深12
XIII去毛刺
去毛刺
——
XⅣ精磨48外圓
精磨48外圓
精磨外圓至48
XⅤ檢驗
檢驗
——
4 夾具的設(shè)計
本夾具是工序XII用11麻花鉆直接鉆斜孔的專用夾具,在Z39搖臂鉆床是加工出11斜孔(通孔)。所設(shè)計的夾具裝配圖如附圖3所示,夾具體零件圖如附圖4所示。有關(guān)說明如下:
4.1 工件的定位
(1)、定位方案
所加工的11孔是一斜孔,本工序加工要求保證的位置精度主要是11中心線與26沉頭孔平面的交點F到A面的尺寸94IT14;即。根據(jù)基準重合原則,應(yīng)選端面A為主要定位基準。該工序鉆斜孔時受力不大,但受力不平衡,所以要實現(xiàn)完全定位,在此可以用“一面兩孔”定位原則,已知端面A為主要定位基準,然
圖6:工件的定位與夾緊
后可以再選38孔和下面的9孔作為定位孔。端面A可以限制3個自由度,38孔與定位銷配合可以限制2個自由度,9孔與定位銷配合可限制1個自由度,即實現(xiàn)完全定位。
(2) 計算定位銷尺寸
(a) (b)
圖7:定位銷
38孔選用圓柱銷定位,9孔選用菱形銷定位。下面只計算定位銷的配合尺寸,其余尺寸按標準查表。
①、確定兩銷中心距
按IT14查表,得9孔的公差為0.36mm,38孔的公差為0.62mm。取孔的中心偏差等于孔的公差的1/5,則9孔的中心偏差為,38孔的中心偏差為。那么兩孔中心距偏差為。兩孔偏差較大,那么兩銷中心距的偏差為。
②、確定圓柱定位銷直徑尺寸
取
③、確定菱形銷寬度b和B值
如圖7(b)所示的菱形銷。查表可得
b=4mm , B=7mm
④計算菱形銷的直徑尺寸
取偏差為g6,查表得mm
上述式中的:
——削邊銷與孔配合的最小間隙,單位為mm;
b——削邊銷的寬度,單位為;
——分別為工件上兩孔中心距公差和夾具上兩銷中心距公差,單位為mm;
——工件上削邊銷定位孔直徑,單位為mm;
——削邊銷直徑尺寸,單位為mm。
4.2 夾緊裝置
入圖8所示,這是專門設(shè)計的夾緊元件。參見夾具裝配圖,把夾緊元件套入零件的外圓柱面,然后順時針旋轉(zhuǎn)將套筒的兩翼卡入夾具體的契形口中,契形口是按一定角度設(shè)計的,可讓兩翼受力時產(chǎn)生摩擦力而自鎖,達到夾緊作用。
圖8:契形雙翼套筒
4.3 定位誤差分析
如圖6所示。
所加工的是11斜孔,本工序加工要求保證的位置精度主要是11孔中心線與沉頭孔平面的交點到左端面A的尺寸。
由于左端面A是主要定位基準,那么定位基準與工序基準重合;
由于定位副制造誤差引起的定位誤差是受兩定位銷影響的;在左端面A平面方向移動的定位誤差由38圓柱銷確定,由于圓柱銷與38孔為過盈配合,所以。繞端面A的垂直線旋轉(zhuǎn)方向的定位誤差由9菱形銷確定,9孔的尺寸為,菱形銷為mm,那么。由上述得,由三角函數(shù)關(guān)系換算成尺寸方向得。那么,該方案的定位誤差小于該工序尺寸制造公差087mm的1/3 (),該定位方案可行。
4.4 對刀裝置
如裝配圖所示,由專用夾具的定位與夾緊,11變?yōu)樨Q直孔,只要讓鉆頭豎直進給加工就可以了。
由于零件是斜著安裝到夾具上的,為了方便裝卸工件,把鉆模板設(shè)計成鉸鏈翻開式的。
已知生產(chǎn)類型為中大批量生產(chǎn),而且鉆好11孔后好要進行擴孔與攻絲,就需要更換刀具,所以選用快換鉆套比較合適。
2、 夾具體
工件的定位是由夾具體的斜面和兩個可換定位銷連接起來的。然后通過雙翼套筒卡在夾具體的契形口里實現(xiàn)夾緊。通過鉆模板連接套筒和夾具體,實現(xiàn)對刀。這樣該夾具便有機連接起來,實現(xiàn)了定位、夾緊、對刀等功能。
3、 結(jié)構(gòu)特點
該夾具結(jié)構(gòu)簡單,操作方便。
夾緊是通過雙翼套筒的契形自鎖實現(xiàn)的,而鉆模板用鉸鏈翻開式,解決了空間問題,使工件裝卸變得方便。
本夾具更換鉆套后,又可以進行16擴孔和M18X1.5mm攻絲的工位。
4.5 設(shè)計小結(jié)
這是我大學期間,在學完全部課程和生產(chǎn)實習之后的又一次實踐性學習。經(jīng)過了3個星期努力,我終于完成了任務(wù)。
在這次畢業(yè)設(shè)計中,使我懂得了運用學過的知識,把理論融入到實踐中。以前在課本中不明白的很多問題,也得到了徹底的解決。
這次畢業(yè)設(shè)計主要是根據(jù)要求設(shè)計工藝和某道工序的專用夾具。設(shè)計工藝與設(shè)計夾具,我都是第一次實踐,經(jīng)過老師的指導,我都順利完成了。
在畢業(yè)設(shè)計中,我懂得了解決問題并不是只有一種方法的道理,要實事求是,要以花錢少辦好事為原則,這樣才能成為一名優(yōu)秀的設(shè)計人員。
在此,感謝學校和各位老師給了我這個難得的學習機會,我將會更努力地完成我的學業(yè),為校爭光!
參考文獻
〈〈機械制造技術(shù)基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計指南〉〉
主編:宗凱 化學工業(yè)出版社
〈〈機械制造工藝學〉〉
主編:陳明 機械工業(yè)出版社
〈〈機械制造技術(shù)基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計指導教程〉〉
主編:鄒青 機械工業(yè)出版社
〈〈機械設(shè)計畢業(yè)設(shè)計手冊〉〉
主編:吳宗澤、羅圣國 高等教育出版社
畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯
系 別: 機電信息系
專 業(yè): 機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)
班 級:
姓 名:
學 號:
外文出處: 機器人和計算機集成制造
21(2005)368-378
附 件: 1. 原文; 2. 譯文
2013年3月
夾具定位規(guī)劃中完整性評估和修訂
CAM實驗室,機械工程學系,伍斯特理工學院研究院,100路,伍斯特,碩士01609,美國
2004年9月14日收稿;2004年11月9日修訂;2004年11月10日發(fā)表
摘 要
幾何約束是夾具設(shè)計中最重要的考慮因素之一。確定位置的解析擬訂已發(fā)達。然而,如何分析和修改在實際夾具設(shè)計實踐過程中的一個非確定性的定位計劃尚未深入研究。在本文中,提出了一種方法來描述在限制約束下的重點夾具系統(tǒng)的幾何約束狀態(tài)。一種限制約束下狀態(tài),如果它存在,可以識別給定定位計劃。可以自動識別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案。這有助于改善逆差定位計劃,并為修訂提供指引,以最終實現(xiàn)確定性的定位。
關(guān)鍵詞:夾具設(shè)計;幾何約束;確定性定位;限制約束;過約束
1.介紹
夾具是用于制造工業(yè)進行工件牢固定位的一種機制。在零件加工過程中規(guī)劃一個關(guān)鍵的第一步,夾具設(shè)計需要,以確保定位精度和三維工件的精度。 3-2-1原則,在一般情況下,是最廣泛使用的指導原則發(fā)展的位置計劃。 V型塊和銷孔定位原則也常用。
一個加工夾具定位方案必須滿足一些要求。最基本的要求是,必須提供工件確定的位置。這種觀點指出,定位計劃生產(chǎn)的確定位置,工件不能移動,而至少有一個定位不會失去聯(lián)系。這一直是夾具設(shè)計的最根本的準則之一,許多研究人員關(guān)于幾何約束狀態(tài)的研究表明,工件在任何定位計劃分為以下三個類別:
1、良好的約束(確定性):工件在一個獨特的位置進行配合,工件表面與6個定位器取得聯(lián)系。
2、限制約束:不完全約束工件的自由度。
3、過約束:工件自由度超過6定位的制約。
在1985年,淺田[1]提出了滿秩為準則雅可比矩陣的約束方程,基于分析形成了調(diào)研后,確定定位。周等[2]在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理論。結(jié)果表明,定位矩陣的定位需要壓力滿秩達到確定的位置。該方法的確定通過無數(shù)的研究。王等[3]考慮定位工件的接觸的影響,而采用點接觸面積。他們介紹了接觸矩陣,并指出,兩個接觸的機構(gòu)不應(yīng)該有平等的,但在接觸點曲率相反??柹璠4]認為,可能沒有足夠的應(yīng)用,如一些不是非棱柱的表面或相對誤差近似的非小線性。他提出一個二階泰勒展開,其中也考慮到定位誤差相互作用。馬林和費雷拉[5]應(yīng)用周對3-2-1的位置擬訂,制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃。盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置。
在淺田的擬定方案中,他們假設(shè)工件夾具元件和點之間的聯(lián)絡(luò)無阻力。理想的位置q*,而應(yīng)放置工件表面和分片,可微函數(shù)是gi(見圖1)。
表面函數(shù)定義為:gi(q*)=0是確定的,應(yīng)該有一個獨一無二的解決方案為下列所有定位方程組。
gi(q)=0,i=1,2,...,n (1)
其中n是定位器的位置與方向,代表了工件的定位和方向。
只有考慮到目標位置q*附近在處:
淺田表明
(2)
hi是幾何函數(shù)的雅可比矩陣,矩陣式所示(3)。確定定位
如果雅可比矩陣滿秩,可滿足要求。 (2)只有q=q*一個解決辦法
(3)
在1個3-2-1定位計劃中,一個約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如表1所示。如果定位是小于6,工件是限制約束的,即存在至少有一個工件自由定位議案不受限制的。如果矩陣滿秩,但定位大于6定位,工件是過約束,這表明存在至少一個定位等;而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài)。找出一個模型除了3-2-1,可以建立基準框架提取等效的定位點。胡等[6]已經(jīng)發(fā)展出一種系統(tǒng)的方法,對這個用途。因此,這則能適用于所有的定位方案。
圖1 .夾具系統(tǒng)模型。
表1
等級 數(shù)量的定位 地位
<6 - 在受限
=6 =6 約束
=6 >6 過分約束
康等[7]遵循這些方法和他們實施制定的幾何約束分析模塊其自動化的計算機輔助夾具設(shè)計的核查制度。他們的CAFDV系統(tǒng)可以計算出雅可比矩陣和它的排名來確定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯誤。熊等人[8]提出的等級檢查方法的定位矩陣WL(見附件)。他們還介紹了左/右邊的定位矩陣廣義逆理論,分析了工件的幾何誤差。結(jié)果表明,定位及發(fā)展方向誤差ΔX和位置誤差Δr的工件定位相關(guān)如下:
在受限:ΔX=WLΔr, (4)
約束:ΔX=(WTLWL)-1WLTΔr, (5)
過分約束:ΔX=WLT(WTLWL)-1Δr+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL)λ, (6)
λ是任意一個向量。
他們還介紹了從這些矩陣的幾個指標,評價定位配置,其次是通過約束非線性規(guī)劃的優(yōu)化。然而,他們的研究分析,不涉及非確定性定位的修訂。目前,還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設(shè)計系統(tǒng)的研究。
2.定位完整性評價
如果不確定性的位置達到夾具系統(tǒng)設(shè)計的要求,設(shè)計師知道約束狀態(tài)是什么,以如何改善設(shè)計是非常重要的條件。如果夾具系統(tǒng)是過度約束,是理想定位需要的不必要的信息。而下約束時,所有有關(guān)知識約束工件的議案,可以引導設(shè)計師選擇額外的定位或使得修改定位計劃更有效。的總體戰(zhàn)略定位計劃表征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2。
在本文中,定位矩陣秩的幾何約束的施加評價狀態(tài)(見附件為獲得的定位矩陣)。確定需要六個定位器定位提供矩陣的滿秩定位WL:
如圖3所示,在給定的定位器數(shù)量n,定位法向量[ai,bi,ci]和定位的位置[xi,yi,zi]
每一個定位器,i=1,2,.....,n,n*6定位矩陣可以確定如下:
(7)
當?shù)燃墸╓L)=6,n=6時,是工件良好約束。
當?shù)燃墸╓L)=6,n>6時;是工件過約束。
這意味著(n-6)有不必要的定位在定位方案上。工件將不存在限制(n-6)定位器。這種狀態(tài)的數(shù)學表示方法,那就是(n-6)在定位向量矩陣,可表示為線性組合的其他六行向量。
圖2 幾何約束狀態(tài)描述
圖3一個簡化的定位方案。
定位方案,提供了確定性的位置。發(fā)達國家的算法使用下列方法確定不必要的定位:
1、找到所有的(n-6)組合定位的。
2、為每個組合,從(n-6)定位器確定定位方案。
3、重新計算矩陣秩的定位為左六個定位器。
4、如果等級不變,被刪除的(n-6)定位器是負責過約束狀態(tài)。
這種方法可能會產(chǎn)生多種解決方案,并要求設(shè)計師來決定哪一套不必要的定位應(yīng)該被刪除以最佳定位性能。
當?shù)燃墸╓L)<6,工件的限制約束。
3。算法的開發(fā)和實施
在這里待開發(fā)的算法,將致力于提供信息的不受限運動工件在不足的約束狀態(tài)。假設(shè)有n個定位器之間的關(guān)系的工件的位置/定向誤差和定位誤差可以表示為如下
其中,DX; DY,DZ,AX,AY,AZ沿X,Y,Z軸和X,Y,Z軸的旋轉(zhuǎn),分別是位移。直接還原鐵
第i個定位器的幾何誤差。 WIJ的定義是正確的廣義逆的定位矩陣WR?WTL
eWLWTL
為了找出所有未受限運動的工件,V =dxi ; dyi ; dzi; daxi; dayi; dazi介紹了V DX = 0.
由于 rank(△X)<6必須存在有非零V滿足式,每個非零的解決方案的V代表一個無約束
運動。每學期的V代表該運動的一個組成部分。例如,[0; 0; 0; 3; 0; 0] 說繞x軸的旋轉(zhuǎn)不約束裝置 ,[0; 1; 1; 0; 0; 0 ] 工件可以沿著由下式給出的方向向量[0; 1; 1 ] 有可能是無限的解決方案。解空間,然而,可以構(gòu)造6- rank(WL)基本的解決方案,致力于以下分析,找出基本的解決方案。
示出,Wr的行向量之間的依賴關(guān)系:在特殊情況下,例如,所有W1J等于零,
V具有一個明顯的解決方案,[1,0,0,0,0,0],表示沿x軸的位移還沒有限制。這是很容易理解,因為△=0在此情況下,這意味著相應(yīng)的工件的位置誤差是不依賴任何定位錯誤。因此,相關(guān)的動議未約束的定位器。此外,結(jié)合動議不約束,如果是△X的元素之一,可以作為其他元素的線性組合表示。然而,它
可以移動向量定義的x-和y-軸之間的沿對角線
為了找到解決辦法一般情況下,以下策略:
1. 在定位矩陣消除依賴的行(S)。
2。計算6不正確的修改后的定位矩陣的廣義逆
3
4規(guī)范的自由運動空間。
5計算未定的V
6. 基于該算法,一個C ++程序的目的是為了查明受限的狀態(tài)下,不受約束的
運動。
實施例1。在一個表面的磨削操作中,位于一個工件的夾具系統(tǒng)上,如示于圖。 正常矢量和每個定位器的位置如下:
因此,定位矩陣被確定。
在有限的定位方案
這種定位系統(tǒng)提供了根據(jù)有限的定位因為rank(WL)=5<6,該程序,然后計算
正確的定位矩陣的廣義逆
第一行是公認的依賴行,因為這一行的去除不影響矩陣的秩?!捌渌迮攀仟毩⒌男?。發(fā)現(xiàn)根據(jù)獨立的行的線性組合規(guī)定下約束狀態(tài)的程序的步驟5。這種特殊情況下的解決方案是顯而易見的,所有系數(shù)均為零。因此,所述un-約束運動的工件可以被確定為V=[100000]這表明,工件可沿x方向移動?;谶@個結(jié)果,一個額外的定位器應(yīng)該是采用約束沿x軸的工件位移。
實施例2。圖5示出了鉸接3-2-1定位系統(tǒng)。的法線矢量和每個定位器的位置,在這最初的設(shè)計如下:
這種配置的定位矩陣是
610真正的設(shè)計修改
修改定位矩陣變?yōu)?
修改后的定位矩陣是正確的廣義逆
檢查的程序依賴行,每一行是依賴其它五個行。不失概括性的,第一行被視為依賴行。 5×5改進的逆矩陣
根據(jù)第5步中,計算五個未確定的V條件
該矢量表示的位移的組合定義的自由運動,沿[1,0,1.713]方向結(jié)合旋轉(zhuǎn)[0.0432,0.0706,0.04]。要修改這個定位的配置,另一種定位器被添加到限制這種自由運動的工件,假設(shè)定位L1刪除在步驟1中。該程序可以也算自由運動的工件,如果一個定位器以外L1刪除在步驟1中。這提供了多的設(shè)計師的修訂選項。
4.總結(jié)
確定性的位置是一個重要的要求夾具定位方案設(shè)計。分析標準決定性的地位已經(jīng)確立。為了進一步研究非確定性狀態(tài),提出了一種用于檢查幾何約束的狀態(tài)已經(jīng)研制成功。該算法可以識別欠約束狀態(tài),并指示不受限運動的工件。它也承認過約束的狀態(tài)和不必要的定位器。輸出信息,可以幫助設(shè)計師來分析和改進現(xiàn)有的定位方案。
參考文獻
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