內齒圈成組數(shù)控加工工藝及其鉆床夾具設計

內齒圈成組數(shù)控加工工藝及其鉆床夾具設計,內齒圈,成組,數(shù)控,加工,工藝,及其,鉆床,夾具,設計 內齒圈成組數(shù)控加工工藝及其鉆床夾具設計 內齒圈成組數(shù)控加工工藝及其鉆床夾具設計 摘 要 成組技術是把相似的問題歸類成組，尋求解決這一組問題相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以取得所期望的經濟效益。在本次設計中的零件為內齒圈，應用成組技術原理對零件進行分類編碼，結果得到4種零件編碼而且編碼相同，所以可以在應用成組技術加工時將其編為一組。編碼相同也就是形狀特征相同，所以可以編制出一套相同的加工工藝組織生產這批零件。在本次的夾具設計中主要設計成組鉆床夾具設計，由于4個零件的外型相似可以在此夾具中加工，由于尺寸不同、孔的位置度不一樣，可以通過鉆模和齒輪齒條來調節(jié)左右和上下的位置，用分度臺來保證孔的各個位置。內齒輪的外形加工主要在車床上加工，其精加工在CK6150上加工，而且為了方便操作還編制了數(shù)控宏程序（數(shù)控車的程序）。 通過自己對成組技術的學習及其應用，對這門學科有了深入的了解。在對工藝編制和數(shù)控程序的編制、夾具的設計也有了明顯的提高。得出了一些經驗教訓，也都做了粗淺的分析和總結。對以后在工作中也是一次鍛煉的機會。 關鍵詞：成組技術，分類編碼，位置度，宏程序 Gear group within NC machining and drilling Fixture Design ABSTRACT Group technology is similar to the problem fall into a group seeking solutions to the problems relatively uniform group the best option, to achieve the desired economic results. In the current design of the components within the ring gear, Group Technology Application of the principle components classification coding, Results of four parts coding and coding the same, the application of group technology at its processing classified as a group. Coding is the same as the shape of the same, it can produce the same set of processing production of these parts. In the current design of the fixture design group drilling fixture design, As the four components of similar appearance in this fixture can be processed, due to size, the hole location was not the same, through Jig gear rack and about to regulate the location and the next, with hours of Taiwan to ensure that the various hole locations. Gear appearance in the main processing lathe machining, finishing in CK6150 processing, And to facilitate the operation has produced a NC - (NC procedures). Through their own group to study the technology and its applications, this subject has in-depth understanding. Process for the preparation of the NC program and the establishment of the fixture design also has increased noticeably. Draw some lessons have done a very shallow analysis and summary. Right after the work is also a training opportunity. Keywords : Group technology, Coding, Location, Macro 前 言 成組技術是近幾年來國內外機械制造領域內得到迅速發(fā)展的另一種加工方式，通過成組技術的應用可以解決中小批量的零件加工，也是實現(xiàn)各種柔性制造方式并使之獲得最優(yōu)的技術經濟效益的重要學科。 本次畢業(yè)設計的題目是內齒輪成組數(shù)控加工藝及其鉆床夾具設計，是銀川起重機廠有關齒套類零件的成組數(shù)控加工工藝的設計課題的一部分。既然選擇了這個設計的課題，就要知道成組技術的基本原理，理解現(xiàn)代的加工技術和典型的機加工工藝。應用成組技術來解決這個課題，通過編碼分類來編制出形狀相似的零件我為一組，來編制出相近的一套加工工藝，不需要單獨對每個零件去編制工藝，這樣可以降低成本，節(jié)約時間，提高生產效率。 在加工中小批量的零件時，采用成組夾具，其夾具的范圍可以針對相似的零件進行設計，這樣減少專用夾具的設計，既省材料，又省時間，范圍也很廣。如本次設計的成組夾具，不僅針對內齒圈上分布的若干個孔進行加工，而且還能加工類似于內齒圈的回轉體。實心的回轉體在本夾具中還能以外圓定位，這樣大大減少了調整時間。 在本次設計中有的工序是要在數(shù)控機床上加工的，應用成粗技術，編制了成組數(shù)控加工程序，此設計的內容及方向對工廠的生產加工是有積極的意義的。 在設計中也參考了許多的文獻和資料，并對這些文獻、資料加以學習，應用這些所講的東西并且結合自己所想的、所理解的，編寫了成組技術在本次設計中的應用。 成組技術不僅是現(xiàn)有企業(yè)為適應多品種生產進行技術改造的有效手段，也是為實現(xiàn)企業(yè)高度現(xiàn)代化而采用高技術的一個重要基礎 。 畢業(yè)設計是綜合運用所學的知識的訓練過程，也是對自我學習能力的檢驗和創(chuàng)新能力、實踐能力及創(chuàng)業(yè)精神的重要環(huán)節(jié)。由于知識水平有限，設計經驗不足，設計中會出現(xiàn)不少錯誤，也誠懇希望老師和同學批評指正。 目 錄 摘要 1 前言 1 第一章成組技術簡介 7 1-1 成組技術概述 7 1-2 零件分類編碼系統(tǒng)在成組技術中的應用 10 1-3 零件分類系統(tǒng)實例分析 13 第二章零件的作用和結構工藝性分析及系統(tǒng)編碼組 16 2-1零件的工藝性分析 16 2-2應用OPITZ編碼系統(tǒng)對零件進行編碼分組 18 第三章成組加工工藝設計 21 3-1生產類型的確定 21 3-2毛胚的選擇及零件的加工工藝設計 22 第四章成組夾具設計 32 4-1夾具設計 32 4-2成組夾具設計 33 4-3 成組夾具的設計內容 34 4-4導向裝置 38 第五章數(shù)控加工程序編制 40 5-1數(shù)控機床的構成與工作原理 40 5-2數(shù)控編程 40 5-3數(shù)控宏程序 42 總結 49 參考文獻 50 第一章 成組技術簡介 §1-1成組技術概述 1-1．1成組工藝的概念 在現(xiàn)代機械工業(yè)中，多品種、中小批量生產占的比重很大，其特點是，在一個企業(yè)中，產品的品種多，而批量很小。在“批量法則”的主導下，使這類生產性質的企業(yè)，一直沿用著傳統(tǒng)和落后的技術和經營方式，這樣就形成了周期長、效率低、成本高、質量差和經營管理混亂等缺點。為了提高生產率、縮短生產周期和降低成本，逐漸推廣采用成組工藝。所謂成組工藝，就是把結構、形狀和尺寸相似，而加工工藝又相近的不同產品中的零件，規(guī)劃為一組（或一族），并為該組（族）零件制定典型的工藝過程及設計繼承性、可調性的工藝裝備。由于采用成組工藝，擴大了批量，使多品種、中小批量生產的企業(yè)，可以把經濟合理地采用先進工藝方法和高效率的自動化或機械化的工藝裝備。 1-1．2成組技術的基本原理及其經濟效益 在機械制造中，小批量生產占較大的比重，各類機器的生產大約70%～80%屬于單件、小批量生產。由于國內外市場競爭日益加劇和科技飛躍發(fā)展，要求產品不斷改進和更新，因此預計多品種、小批量方式的比重今后將有繼續(xù)增長的趨勢。統(tǒng)計資料表明，我們國家的機械工業(yè)亦有此發(fā)展趨勢。我國機械制造業(yè)也正朝著品種逐漸增多，批量逐漸減少的方向發(fā)展，這是適應當前對機械產品需求多樣化的發(fā)展趨勢的。 回顧傳統(tǒng)的做法，則是習慣于對每個事物采取孤立的原則和方法去解決相似 或相同的問題。結果，必然導致不必要的多樣化和重復性。例如：相同或相似功能的零部件，或者將其結構設計得完全不同，或者將其工藝編制成截然不同，這就是相同或相似功能零部件的結構和工藝的多樣化；或者不斷重復設計出完全相同的結構，不斷重復編制出完全相同的工藝，這就是相同或相似功能零部件的結構和工藝的重復性。多樣性將導致生產和管理的復雜化，而重復性則是徒然浪費資源。 因此，如何擺脫小批量、多品種所造成的困境，而使之獲得接近大批量生產的經濟效益是一個很值得重視的技術問題。為此，近代在組織上、技術上提出了不少措施和辦法，例如，生產專業(yè)化、產品設計的三化（標準化、系列化及通用化）及模塊化數(shù)控機床及加工中心的應用等等，這些都取得了一定的效果，但都有局限性。 成組技術的科學理論及其實踐表明，它能從根本上解決生產中由于品種多、產量小而帶來的矛盾。 成組技術（GT-Group Technology）是一門生產技術科學，研究如何識別和發(fā)掘生產活動中有關事物的相似性，并充分利用它，即把相似的問題歸類成組，尋求解決這一組問題相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以取得所期望的經濟效益。 成組技術應用于機械加工方面，乃是將多種零件按其工藝的相似性分類以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生產量匯集成較大的成組生產量，從而使小批生產能獲得接近于大批生產的經濟效果。 根據(jù)以上所述，可以把成組技術的原理歸結為：依靠設計標準而有效地保持不同產品之間的結構-工藝繼承性；通過工藝標準化而充分利用零部件之間的結構-工藝相似性。結構-工藝繼承性是設計標準化的前提，結構-工藝相似性則是工藝標準化的基礎。 就方法論的角度來看，成組技術不啻是一種雜亂無章事物合理化、系統(tǒng)化、標準化的有效方法。 成組技術的基本原理是符合辯證法的，所以它可以作為指導生產的一般方法。實際上，人們很早經來已應用成組技術的哲理指導生產實踐，諸如生產專業(yè)化、零部件標準化等皆可以認為成組技術在機械工業(yè)中的應用。現(xiàn)代發(fā)展了成組技術已廣泛應用于設計、制造和管理等各個方面，并取得了顯著的效果。 成組技術基本原理既然是要求充分認識和利用客觀存在著的有關事物的相似性，所以按一定的相似性標準將有關事物歸類成組是實施成組技術的基礎。目前，將零件分類成組常用的方法有：（1）視檢法；（2）生產流程法；（3）編碼分類法。 視檢法是由有生產經驗的人員通過對零件圖紙仔細閱讀和判斷，把具有某些特征屬性的一些零件歸結為一類。它的效果主要取決于個人的生產經驗，多少帶有主觀性和片面性。 生產流程法（PFA－Probucfion FIow Anaiysis）是以零件生產流程為依據(jù)的。為此，需要有較完整的工藝流程及生產設備明細表等技術文件。通過對零件生產流程的分析，可以把工藝過程相近的，即使用同一組機床進行加工的零件歸結為一類。采用此法分類的正確性是分析方法以及所依據(jù)的工廠技術資料有關。雖然，采用此法可以按工藝相似性將零件分類，以形成加工族。 按編碼分類法，首先需要將待分類和諸零件進行編碼，即將零件的有關設計、制造等方面的信息轉譯為代碼（代碼可以是數(shù)字或數(shù)字、字母兼用）。為此，需選用或制定零件分類編碼系統(tǒng)。由于零件有關信息的代碼化，將有助于應用計算機輔助成組技術的實施。 具統(tǒng)計成組技術能使產量提高成本降低，同時又使固定資產庫存資金和流動資金統(tǒng)統(tǒng)減少。因此，最終能使投資回收率增大。這就足以證明成組技術的經濟效益十分顯著。 在促使企業(yè)生產合理化和現(xiàn)代化的綜合改造中，成組技術無疑是一條投資小而效益大的首選綜合改造途徑。 1-1.3成組技術的發(fā)展 成組技術是50年代由前蘇聯(lián)c.n.米特洛方諾夫首先提出來的。當時稱作“成組技術”，主要用于零件的機械加工方面。米氏在工作中就發(fā)現(xiàn)由于產品品種和規(guī)格繁多、批量較小、產品更新頻繁，使得工藝準備工作十分繁重。但經過仔細分析和觀察，在機床加工零件時，零件具有一定的結構-工藝相似性。如果把這些相似的零件歸并成組，則同組零件的工藝過程便可進一步統(tǒng)一，然后有可能按照統(tǒng)一的工藝過程設計共用的凸輪，共用的刀具布置，并進行統(tǒng)一的調正。這樣就能顯著節(jié)約工藝準備時間，節(jié)約制造資源，節(jié)約因更換加工對象所花的調整時間。 50年代末，成組技術初級階段的成組加工迅速在前蘇聯(lián)以及東歐獲得推廣應用。與此同時，成組加工也被傳播到西歐。原來米氏只是把成組加工局限在機械加工領域，及至50年代末，卻逐漸從機械加工延伸到其他更加廣泛的領域。因此，成組加工也旋即改稱為成組工藝。 60年代初到60年代中期由原捷克斯伐克的卡洛茨和英國的伯別奇提出了分類編碼系統(tǒng)及提出了生產流程分析原理，借此找出工藝相似的零件組，以建立與 之對應生產單元，從而使企業(yè)的物流路線和生產流程更趨合理，有效的解決了多工序零件的成組加工問題，特別是生產管理問題。由此而使成組工藝進一步發(fā)展成為一種把生產技術與組織管理揉合成一體的綜合技術－成組技術。 通過世界各國具體而深入地應用和研究成組技術，極大地豐富和發(fā)展了米氏的原理，而使這更瑧完善。今天，成組技術已成為生產合理化和現(xiàn)代化的一項基礎技術。 §1-2零件分類編碼系統(tǒng)在成組技術中的作用 1-2.1零件分類編碼系統(tǒng)概述 零件分類編碼系統(tǒng)已經成為成組技術原理的重要組成部分，也是有效實施成組技術的重要手段，因此在實施成組技術的過程中，建立相應的零件分類編碼系統(tǒng)，也就成為一項首要的準備工作。 最早實施成組技術時并未采用零件分類編碼技術，那時對零件的分選主要用視檢法，顯然這種方法比較粗略。為此，隨著成組技術實踐的深入和應用的需要，又提出了零件的分類編碼技術和分類編碼系統(tǒng)。 就零件的分類編碼理論而言，可以說至今還未完備。因此，世界上的零件分類編碼系統(tǒng)層次不窮。但是，隨著人們的不斷實踐和總結經驗，產品零件的分類編碼理論必將日益完善，從而終將出現(xiàn)比較典型的通用分類編碼系統(tǒng)。 1-2.2零件分類編碼的作用 零件分類是成組技術的基礎，分類的合理與否直接影響到成組技術的效果，因此國外對成組技術的分類方法很重視。隨著電子計算機和電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的發(fā)展，以采用電子計算機進行零件的分類和編碼。 其作用為： 1） 提高設計工作的標準化與合理化 零件分類編碼后，可建立零件圖冊，實現(xiàn)產品零件的標準化、合理化，與擴大零件通用化的程度，減少設計工作量。 2） 有助于工件分類歸并成組（族），推行成組加工 利用適宜的零件分類系統(tǒng)，可以劃分零件組，制定成組零件的工藝路線，選擇設備進行成組加工。 3） 有利于生產管理科學化 利用分類編碼系統(tǒng)，可借助計算機實現(xiàn)生產管理科學化和現(xiàn)代化。 1-2.3零件分類原理和概念 分類是欲使相似或相同事物聚合在一起，而卻又使相異的事物彼此分開。它是人類認識客觀世界的重要工具，是科學賴以生產的基礎。 分類系統(tǒng)是為達到一定分類目的和要求而采用的相應分類原理規(guī)則和步驟所構成的一個體系總稱。 目前國內外在實施成組技術中已經采用的分類系統(tǒng)為數(shù)甚多，歸結起來有以下基本形式： 1.按橫向分類環(huán)節(jié)多少來分： （1）少環(huán)節(jié)分類系統(tǒng) 這類分系統(tǒng)的橫向分類環(huán)節(jié)數(shù)量一般≤9 。主要適用于手工分類場合，以便記憶和實際使用。 （2）多環(huán)節(jié)分類系統(tǒng) 這類分類系統(tǒng)的橫向公分類環(huán)節(jié)數(shù)量都在＞9 。主要宜于采用計算機輔助分類。因為橫向分類環(huán)節(jié)多則不便于人要記憶，所以易于發(fā)生分類差錯. 2．按橫向分類環(huán)節(jié)間的相互關系來分： （1）獨立環(huán)節(jié)的分類系統(tǒng) 若系統(tǒng)內各橫向分類環(huán)節(jié)這之間彼此完全獨立而互不相干，則這樣的橫向分類環(huán)節(jié)便是獨立環(huán)節(jié)。 （2）關聯(lián)環(huán)節(jié)的分類系統(tǒng) 一般地說，若系統(tǒng)中相鄰橫向分類環(huán)節(jié)之間有從屬關系而相互關聯(lián)，則這樣的橫向分類環(huán)節(jié)便稱作關聯(lián)環(huán)節(jié)。通常在關聯(lián)環(huán)節(jié)中，都是后面一個橫向分類環(huán)節(jié)從屬于前面一個橫向分類環(huán)節(jié)。 （3）混合環(huán)節(jié)的分類系統(tǒng) 這種分類系統(tǒng)中的橫向分類環(huán)節(jié)既有獨立環(huán)節(jié)又有關聯(lián)環(huán)節(jié)，因此屬于兼有鏈式結構和樹式結構的混合結構。 3．按分類系統(tǒng)的用途來分 （1）供設計檢索用的分類系統(tǒng) 這種系統(tǒng)的主要特點在于所選用的分類標志偏重在零件結構特征方面。 （2）供工藝標準化用的分類系統(tǒng) 這種主要偏重零件的工藝特點。 （3）設計與工藝兼顧的分類系統(tǒng) 目前許多分類系統(tǒng)都是制訂成設計與工藝兼顧的。 4．按分類系統(tǒng)結構的表達形式分 （1）表格式分類系統(tǒng) 這種用表格形式來表達的分類系統(tǒng)，是目前流行的表達形式。 （2）決策樹式分類系統(tǒng) 這是一種新的、有發(fā)展前途的表達形式。 1-2.4零件的編碼原理 1．編碼的目的 它是用規(guī)定的字符來代表復雜的概念 2.編碼的作用 （1）用于簡單的字符來代替對事物復雜的特征和屬性概念的描述，因此可以利用計算機作分類處理。 （2）便于信息的傳輸、存儲和檢索。 （3）相同編碼的信息可以避免重復存儲。 （4）便于共用數(shù)據(jù)庫。 3.編碼所用代碼的類型 （1）用阿拉伯數(shù)字作代碼 （2）用英文字母作代碼 （3）數(shù)字-字母混合作為代碼 4．選擇代碼的原則 （1）緊湊性 （2）易辨認性 （3）具有用計算機處理的可能性 §1-3零件分類系統(tǒng)的實例分析 1-3.1VUOSO零件分類編碼系統(tǒng) VUOSO零件分類編碼是成組技術中最早出現(xiàn)的零件的零件分類編碼系統(tǒng)。它是前捷克斯洛伐克金屬切削機床研究所在Koloc Dr.制定的。VUOSO是十進制四位代碼系統(tǒng)，有四個橫向分類環(huán)節(jié)，每個橫向分類環(huán)節(jié)下含十個縱向分類環(huán)節(jié)，其基本構成為： 類 ———→級 ———→組———→型 ↓ ↓ ↓ ↓ 基本環(huán)節(jié) 尺寸關系 形狀要素 材料 第一橫向分“類”環(huán)節(jié)下，設有8個縱向分類環(huán)節(jié)。其中代碼1～5供回轉體（指一般回轉體類和帶齒形或鍵的回轉體）零件用，6、7供非回轉體類（指不規(guī)則形體類和箱體類）零件用。8則供其他工藝方法制成的零件用。0和9空著可作備用。 第二環(huán)節(jié)“級”主要用來區(qū)分零件的重量和大小。借此也同時描述零件的基本形狀。有助于選擇加工時所用的機床型號和裝夾方法。 第三環(huán)節(jié)“組”，主要是在上述兩個分類環(huán)節(jié)所確定的零件基本形狀的基礎上，進一步描述零件結構形狀的細節(jié)。 第四環(huán)節(jié)“型”，主要用來表示零件所用的材料和毛胚種類，這是一個獨立的環(huán)節(jié)，并不屬于前面的橫向分類環(huán)節(jié)。 1-3.2 OPITZ零件分類編碼系統(tǒng) OPITZ系統(tǒng)是一個十進制的九位代碼和混合結構分類編碼系統(tǒng)。它由德國Aachen工業(yè)大學H.Opitz教授領導的機床和生產工程實驗室所開發(fā)。其主要結構為： Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ 零件類別碼 形狀尺寸碼 輔助碼 Ⅰ：按是否回轉體分類 Ⅱ：外形尺寸要素 Ⅲ：內形要素 Ⅳ：材料平面加工 Ⅴ：輔助孔及齒輪 Ⅵ：主要尺寸 Ⅶ：材料及熱處理 Ⅷ：毛胚原始材料及形狀 Ⅸ：精度 1-3.3 KK-3零件分類編碼系統(tǒng) KK-3系統(tǒng)是由日本通產省機械技術研究所提出草案。復經日本機械振興協(xié)會成組技術研究會下屬的零件編碼系統(tǒng)分多次討論修改的結果。 1-3.4 JLBM-1零件分類編碼系統(tǒng) JLBM-1系統(tǒng)是由我國機械工業(yè)部門為在機械加工中推行成組技術而開發(fā)的一種零件分類編碼系統(tǒng)。這一系統(tǒng)經過先后四次修訂已于1984年正式作為我國機械工業(yè)部的技術指導資料。 第二章 零件的作用和結構工藝性分析及系統(tǒng)編碼 §2-1零件的工藝性分析 2-1.1零件的作用 法蘭盤是一個統(tǒng)稱，通常是指在一個類似盤狀的金屬體色的周邊開上幾個固定用的孔用于連接其它東西，它的作用是連接及傳動。在此次設計內齒圈屬于齒輪法蘭盤系列，該產品是用于銀川起重機廠的起重機的一個傳動零件，該零件依靠內齒進行動力、力矩傳動，故齒部要求淬火硬度達到HRC33～HRC38，其中孔n-D8要和別的零件配合而精度要求。 圖2-1.1 由于起重機設備的型號各不相同，所以用到的內齒圈有4種不同的系列的尺寸。如表2-1.1 圖號 S31-72 S32-72 S33-72 S34-72 D0 φ100h9 φ120h9 φ140h9 φ170h9 D1 φ170 φ185 φ220 φ250 D2 φ105 φ120 φ150 φ175 D3 φ90H9 φ105H9 φ130H9 φ155H6 D4 φ94H12 φ105H9 φ134H12 φ160H12 D5 φ85 φ105 φ120 φ155 D6 φ71H9 φ91H9 φ115.2H9 φ139.2H9 D7 φ140 φ155 φ185 φ215 n－D8 6-φ13H9 6-φ13H9 6-φ17H9 8-φ17H9 D9 φ11 φ11 φ14 φ14 M×Z φ75 φ95 φ120 φ144 M M6-6H M6-6H M8-6H M8-6H L0 55.5 72.5 87.5 111.5 L1 22 23.5 24 29.5 L2 2.3 2.3 2.8 3.3 L3 2.7±0.06 3.2±0.08 3.2±0.08 3.2±0.08 L4 2 2 2 2 L5 17 17 20 20 L6 15.7 27 35.5 47 L7 8.5 8.5 10 10 鉆模 ZJ21193 ZJ21-194 ZJ21-200 ZJ21-197 L9 22 22 25 25 L8 10 10 10 10 表2-1.1 由表2-1.1可見這四種零件雖然尺寸不一樣,但是結構、形狀一致，故可以采用成組技術。可將這四種為一組，采用相同的加工方法來加工。 2-1.2零件的結構分析 該零件的材料為45鋼，剛度、硬度都比較大。可用于重載和承受較大圓周速度的傳動。該零件形狀簡單，由于是用在起重機上，所以一般為單件小批量生產，為了提高生產效率采用成組技術。在圖2-1.1中我們可以看到齒面的它是主要的受力面，用于傳動力矩，因此齒部要淬火。盤底孔n-D8的同軸度的要求不高，而且孔與孔之間的位置度要求也不高，屬于自由公差，但是在加工中還是一定要保證其精度。最好用鉆套和分度盤來加工，保證精度和位置度。又端面和G面的精度也較高，在精加工中可以在數(shù)控機床上加工。 §2-2應用OPITZ編碼系統(tǒng)編碼 2-2.1內齒圈的OPITZ分類編碼 OPITZ編碼系統(tǒng)部分內容前面我們已經提到過了，主要參考《成組技術》（許香蕙、蔡建國編著.機械工業(yè)出版社，1987.11） 它的編碼優(yōu)點有： ① 系統(tǒng)的結構比較簡單。僅有9個橫向分類環(huán)節(jié)，便于記憶和手 工分類； ② 系統(tǒng)的分類標志雖然形式上偏重于零件特征，但隱含著工藝信息； 不足之處有： ① 精度環(huán)節(jié)不夠； ② 系統(tǒng)分類標志尚欠嚴密和準確； ③ 總體結構看。系統(tǒng)簡單，但是局部十分復雜 碼位 零件 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ S35-71 0 1 9 0 6 5 4 7 2 S36-71 0 1 9 0 6 5 4 7 2 S37-71 0 1 9 0 6 5 4 7 2 S38-71 0 1 9 0 6 5 4 7 2 內齒圈零件組OPITZ分類編碼表2-2.1 由表2-2.1分析計算得出： Ⅰ位：都是回轉體，所以為“0”； Ⅱ位：外形都是規(guī)則的回轉體； Ⅲ位：有功能槽齒輪臺階； Ⅳ位：無平面加工要求； Ⅴ位：內孔有圓柱齒輪的齒； Ⅵ位：外圓最大直徑； Ⅶ位：材料為45鋼，需要局部熱處理； Ⅷ位：毛胚原始形狀，鍛件； Ⅸ位：外形有同軸度要求； 2-2.2零件碼域表 根據(jù)OPITZ編碼，畫出下表2-2.2： 碼 位 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 表2-2.2零件碼域表 分析零件編碼可知，該系列零件代碼相同，因而不用繪制頻譜圖來分析。該組零件夾具基本統(tǒng)一，只在加工時做一定的尺寸調整即可。 第三章 成組加工工藝設計 §3-1生產類型的確定 生產類型是指企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產專業(yè)化程度的分類。不同的生產類型決定了不同的毛胚制造方法，生產類型一般分為： 1．單件生產——單個地生產不同結構和不同尺寸的產品，并且很少重復。例如，重型機器制造、專用設備制造和新產品試制等。 2． 成批生產——一年中分批地制造相同的產品，制造過程有一定的重復性。例如，機床制造就是比較典型的成批生產。根據(jù)批量的大小，批量生產又可以：小批生產、中批生產和大批生產。 3. 大量生產——產品數(shù)量很大，大多數(shù)工作地點經常重復地進行某一個零件的某一道工序的加工。例如，汽車、拖拉機、軸承等的制造通常都是以大量生產的方式進行。 由于零件是用在起重機上的，根據(jù)上面的分類，可知本組零件為單件小批生產，雖然為單件小批生產，但是對這一組而言可以采用大批量生產來獲得更高的經濟效益。 §3-2毛胚的選擇及零件加工工藝設計 3-2.1毛胚的確定 毛胚的確定包括毛胚的種類和制造方法兩個方面，常用的毛胚種類有鑄件、鍛件、型材、焊接等。一般來說，鑄鐵材料毛胚均為鑄件，鋼材料毛胚一般為鍛件或型材。毛胚的制造方法越先進，毛胚精度越高，其形狀和尺寸越接近于成品零件，這就使機械加工的勞動量大為減少，材料的消耗也低，使機械加工成本降低；但毛胚的制造費用卻因采用了先進的設備而提高。 在本次設計中的零件為內齒圈，其中的內齒起著傳遞力矩的作用，材料又為45鋼，根據(jù)力學的性能要求，毛胚最好選用鍛件。 由于是單件小批量生產又結構簡單采用的鍛造方法可用自由鍛造，毛胚外型為單向臺階軸，且內部沖有一通孔。 毛胚所能達到的精度取決于毛胚的制造方法，精度越高，其尺寸、形狀、位置偏差及余量要求就越高，對毛胚的安裝誤差，裝夾可靠性影響越小。 圖3-2.1 3-2.2毛胚余量的確 參數(shù) S31-72 S32-72 S33-72 S34-72 H 55.5 72.5 87.5 111.5 D 170 185 220 250 A 7.5 8.3 9.5 10 毛胚大小 Ф178×63 Ф193×81 Ф229.5×97 Ф260×121.5 表3-2.2 ※注:用于鋼胚鍛造，其余按此表10%《金屬機械加工工藝人員手冊》 3-2.3擬訂機械加工工藝路線 1．加工方法的選擇 首先要根據(jù)每個加工表面的技術要求，確定加工方法及加工方案，選擇零件的表面加工方案，必須在保證零件達到圖紙要求方面是穩(wěn)定而可靠的，并在生產率和加工成本方面是最經濟合理的。其次任何一種加工方法獲得的精度只在一定范圍內才是經濟的，這種一定范圍內的加工精度即為該種加工方法的經濟精度。它是指在正常加工條件下（采用符合質量標準的設備、工藝裝備和標準等級的工人，不延長加工時間）所能達到的加工精度。相應的表面粗糙度稱為經濟粗糙度。 2．加工階段的劃分 按工序的性質不同，零件的加工可分為四個階段： （1）粗加工階段 其任務是切除毛胚上大部分多余的金屬，使毛胚在形狀和尺寸上接近零件成品，因此，主要目標是提高生產率。 （2）半精加工階段 其任務是使主要表面達到一定的精度，留有一定的精加工余量，為主要表面的加工做好準備。 （3）精加工階段 其任務是保證各主要表面達到規(guī)定的尺寸精度和表面粗糙度的要求。 （4）光整加工階段 對零件上精度和表面粗糙度要求很高的表面，需進行光整加工，其主要目標是提高尺寸精度、減小表面粗糙度。 3．工序的劃分 （1）工序劃分原則 工序的劃分可以采用兩種不同的原則，即工序集中原則和工序分散原則。 （2）工序劃分方法 工序劃分主要考慮生產綱領、所用設備及零件本身的結構和技術要求等因素。 在單件小批生產時，工序劃分通常采用集中原則；成批生產時，工序可按集中原則劃分，也按分散原則劃分，按具體情況定。 其方法有以下四種： ①按所用刀具劃分 即以同一把刀具完成的那一部分工藝過程為一道工序。 ②按安裝次數(shù)劃分 即以一次安裝完成的那一部分工藝過程為一道工序。 ③按粗、精加工劃分 即粗加工中完成的那一部分工藝過程為一道工序，精加工中完成的那一部分工藝過程為一道工序。 ④按加工部位劃分 即完成相同型面的那一部分工藝過程為一道工序。 4.加工順序的安排 零件的加工工序通常包括切削加工工序、熱處理工序和輔助工序等 。 （1） 按切削加工工序的安排 ①基面先行原則 ②先粗后精原則 ③先主后次原則 ④先面后孔原則 （2） 熱處理工序的安排 ①預備熱處理 目的是改善材料的切削加工性能，消除毛胚應力，改善組織。 ②消除殘余應力熱處理 ③最終熱處理 提高零件的強度、硬度和耐磨性。 （3） 輔助工序的安排 圖3-3.1零件加工圖 （4）工序銜接 由于本次的零件為內齒圈，又是應用在起重機上，因此為小批量生產，根據(jù)以上所述，工藝路線可以有兩種方案： 方案Ⅰ： 05 粗車 粗車左端面A； 粗車外圓D2且倒角； 粗鏜孔D6； 粗鏜孔D3； 一次完成鉤槽D4； 調頭粗車右端面B； 粗鏜孔D3； 10 正火 15 半精鏜 半精車右端面B； 半精車G面； 半精鏜孔D6； 20 鉆 鉆8個角度位置相差為45度的孔； 鉸8個角度位置相差為45度的孔； 倒角去毛刺； 25 鉆 鉆通孔D9； 锪孔D9深L8； 攻絲M8－6H深L9； 去毛刺； 30 插 插M×Z的齒； 35 檢驗 按圖紙技術要求項目檢驗； 40 熱處理 齒部淬火處理HRC33～38； 45 最終檢驗 方案Ⅱ： 05 粗車 粗車作端面A； 粗車外圓D2且倒角； 粗鏜孔D6； 粗鏜孔D3； 一次完成鉤槽D4； 10 粗車 粗車右端面B； 粗鏜孔D3； 15 正火 20 鉆 鉆8個角度位置相差為45度的孔； 鉸8個角度位置相差為45度的孔； 倒角； 25 鉗 去毛刺； 30 鉆 鉆通孔D9； 锪孔D9深L8； 攻絲M8－6H深L9； 35 鉗 去毛刺； 40 插 插M×Z的齒； 45 檢驗 按圖紙技術要求項目檢驗； 50 熱處理 齒部淬火處理HRC33～38； 55 最終檢驗 這是加工工藝的兩種方案，可以根據(jù)前面所說的，可以將兩種方案進行比較，因為零件的是單件小批量生產，為了提高生產率，減少裝夾次數(shù)和運輸量，應按集中原則劃分工序，方案Ⅰ就做到了工序集中，而方案Ⅱ的工序太分散裝夾次數(shù)太多，不僅費時，又費力，在方案Ⅱ又能看到，光去毛刺就為兩道工序，這樣不利于生產。 那么為甚么在粗加工后和插完齒有熱處理這一道工序呢？這是因為在粗加工后，要安排去應力的熱處理，以消除內應力，由前面知道零件的齒是工作量最大的，所以要安排齒面淬火，以增加齒面的硬度。 綜上所述，方案Ⅰ為最佳方案。 5.工序設計 工藝路線確定之后，各道工序的內容已基本確定，接下來便可著手工序設計。工序設計時所用機床不同，工序設計的要求也不一樣，對普通機床加工工序，有些細節(jié)問題可不必考慮，由操作人員在加工過程中處理。對數(shù)控機床加工工序，針對數(shù)控機床高度自動化、自適應性差的特點，要充分考慮到加工過程的每個細節(jié)。 工序設計的主要任務是為每道工序選擇機床夾具刀具及量具，確定定位夾緊方案、刀具的進給路線、加工余量、工序尺寸及公差切削用量和工時定額。 （1）機床的選擇 當工件表面的加工方法確定之后，機床的種類就基本上確定了，由于該零件的是按工序集中劃分的，則應選擇通用機床或數(shù)控機床，機床的主要規(guī)格尺寸應與工件的外形尺寸和加工表面的有關尺寸相適應，對精度高的表面應選用精度高的機床，如在內齒圈的粗車可在C6140上完成，而精車在CK6150上完成。 （2）定位基準與夾緊方案的確定 力求基準統(tǒng)一，減少基準不重合誤差和數(shù)控編程中的計算量，減少裝夾次數(shù)，提高加工表面之間的相互位置精度，避免采用占機人工調整式方案。 如在四組零件中以第四組的鉆孔的余量最大，因此應以第四組的孔的加工為例子作為計算的標準。 參考《金屬切削機床夾具設計手冊》可知切削孔的計算公式為： 切削力的計算公式為Px=68Ds0.7Kp 切削扭矩計算公式為M=34.5D2S 查該手冊表3-55得Kp=1 Px=368N M=2835N·m 夾緊力的公式為Q=KP 式中 Q——夾緊力； P——切削力； K——安全系數(shù)； 其中K=K0K1K2K3K4K5K6 查該手冊表3-20 K2=1.8 而K=4.86 Q=1788.48N 因此Q>PX，則可靠，所以最大的孔的加工的夾緊力可靠，以下三組孔的加工也可靠。 （3）夾具的選擇 在粗車、半精車和插齒中可選用三爪，而在鉆孔中采用成組夾具，這樣可以節(jié)省用費和縮短生產準備時間。 （4）刀具的選擇 在該零件中根據(jù)零件的精度和硬度都有合適的刀具，選用硬質合金刀具。 （5）量具的選擇 單件小批生產采用通用夾具，本零件所用的量具為游標卡尺、塞規(guī)、內徑百分表。 （6）進給路線的確定 進給路線是指刀具相對于工件運動的軌跡，在普通機床加工中，進給路線由操作者決定，在設計中，不必考慮。而在數(shù)控機床中，進給路線是由數(shù)控系統(tǒng)控制的，因此，必須擬訂好刀具的進給路線，以便編寫在數(shù)控加工程序中。 （7）工序余量與切削用量的確定 這是加工中重要的參數(shù)，對加工質量、加工效率生產成本等有著非常重要的影響，由于本組零件表面粗糙度要求較低，所以用量可較大。 由表3-2.2可知四組零件的鍛造出來的毛胚的尺寸，由于是單件小批量生產可采取經驗估算法，這種方法僅用于單件小批量生產。 切削用量在精加工時要注意，有的精加工要分幾次走。 工序余量 S31-72 S32-72 S33-72 S34-72 粗車 粗車左端面A 4 4 5 5 粗車外圓D2且倒角 7.5 8.3 9.5 10 粗鏜孔D6 5 6 7 7 粗鏜孔D3 19 14 14.8 15.8 一次完成鉤槽D4 4 4 5 調頭粗車右端面B 3 4 4 4 粗鏜孔D5 14 14 4.8 15.8 半精鏜 半精車右端面B 0.5 0.3 0.5 1 半精車G面 2 2 2 2 半精鏜孔D6 0.6 0.2 0.1 0.2 鉆 鉆8個角度位置相差為45度的孔 12 12 16 16 鉸8個角度位置相差為45度的孔 13 13 17 17 倒角去毛刺 2×45o 2×45o 2×45o 2×45o 鉆 鉆通孔D9 4 4 6 6 锪孔D9深L8 11 11 14 14 攻絲M－6H深L9 6 6 8 8 插 插M×Z的齒 4 4 4.8 4.8 表3-3.3工序加工余量表 （8）時間定額的確定 時間定額的是指在一定的生產條件下，規(guī)定生產一件產品或完成一道工序所需要消耗的時間。 完成一個零件的一道工序的時間定額，稱單件時間定額。它由以下幾部分組成： ① 基本時間Tb 是直接改變生產對象的尺寸、形狀、相對位置、表面狀態(tài)或材料性質等工藝過程所消耗的時間。 ② 輔助時間Ta 是為實現(xiàn)工藝過程所必須進行的各種輔助動作所消耗的時間。 ③ 布置工作時間Ts 是為實現(xiàn)加工正常進行，工人照管工作地所消耗的時間。 ④ 準備與終結時間 是工人在工作為了生產一批產品或零件，進行準備和結束工作所消耗的時間。 ⑤ 休息與生理需要的時間Tr 工人在工作班內為恢復體力和滿足生理上的需要所消耗的時間。 根據(jù)綜上所述，各道工序的時間定額為表3-3.3時間定額表（參考金屬機械加工工藝人員手冊表11-4 11-5 11-9） 工序 準終（min） 單件（min） 粗車 2 35 半精車 2 25 鉆 2 40 鉆 3 20 插 2 30 表3-3.3時間定額表 第四章 成組夾具設計 §4-1夾具設計 4-1.1機床夾具概述 在數(shù)控機床或普通機床上加零件時，為保證加工精度，必須先使工件在機床上占據(jù)一個正確的位置，既定位，然后將其夾緊。這種定位與夾緊的過程稱為工件的裝夾。用于裝夾工件的工藝裝備就是機床夾具。 1.機床夾具的分類 （1）按專業(yè)化程度分類 ①通用夾具 通用夾具是指已經標準化、無需調整或稍加調整就可用于裝夾不同工件的夾具。如三爪自定心卡盤和四爪單動卡盤、平口鉗、回轉工作臺、分度頭等。這類夾具主要用于單件、小批量生產。 ②專用夾具 專為某一工件的一定工序加工而設計制造的夾具。結構緊湊，操作方便，主要用于產品固定的大批量生產中。 ③可調夾具 可調夾具是指加工完一種工件后，通過調整或更換個別元件就可加工形狀相似、尺寸相近的工件。多用于中小批量生產。 ④組合夾具 組合夾具是指按一定的工藝要求，由一套預先制造好的通用標準元件和部件組合而成的夾具。這種夾具使用完后，可進行拆卸劃重新組裝夾具，具有縮短生產周期，減少專用夾具的品種和數(shù)量的優(yōu)點。適用于新產品的試制及多品種、小批量的生產。 ⑤隨行夾具 隨行夾具是在自動線加工中針對某一種工件而采用的一種夾具。除了具有一般夾具所擔負的裝夾工件的任務外，還擔負著沿自動線輸送工件的任務。 （2）按機床類型分類 可分為車床夾具、銑床夾具、鏜床夾具、加工中心機床夾具和其它機床夾具等。 （3）按驅動夾具工作的動力源分類 可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具及自夾緊夾具等 。 4-1.2機床夾具的的組成 1.定位裝置 定位裝置是由定位元件及組合而構成。 2.夾緊裝置 用于保證工件在夾具中的既定位置，使其在外力作用下不致產生移動。 3.夾具體 用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎件，以保證夾具的精度和剛度。 4.其它元件及裝置 如定位鍵、操作件和分度裝置，以及標準化連接元件. §4-2成組夾具的設計 4-2.1成組夾具的概念及其組成 在成組技術基本原理指導下，為執(zhí)行成組工序而設計、制造的夾具稱為成組夾具。它與專用夾具設計相比，其最本質的差異在于成組夾具的設計不是針對一種零件，而是針對同一工序加工的一組零件，即設計的成組夾具能適應用于這一組零件中的每一種零件。 成組夾具的是由兩部分組成：基礎部分和調整部分。 基礎部分是成組夾具的通用部分，一般包括夾具體、夾緊機構和傳動機構。 調整部分采用一定的調整的方式以適應零件組各種零件的安裝。 4-2.2成組夾具的調整方式及設計原則 1.調整方式 （1）更換式 （2）調節(jié)式 （3）綜合式 （4）組合式 2.設計的原則 （1）設計的成組夾具應具有良好的可調性； （2）夾具結構緊湊； （3）應保證同組零件的加工技術要求； （4）設計的成組夾具應與零件組成的成組生產量相適應； （5）夾具設計標準化； （6）設計的成組夾具應具有繼承性； 4-2.3成組夾具的結構特點及其分類 1.成組夾具由基礎部分和可調整部分組成。 2.成組夾具由于擴大了批量，就有條件采用先進結構。 3.成組夾具的夾具體是可調部分的基礎，鼓在夾具體上應設有T形槽、燕尾槽孔及凸臺等結構，供調整部分作為調整的基礎。 4.成組夾具要特別注意剛度問題。 根據(jù)成組夾具的特點可以把成組夾具分為以下四大類： 1.更換式成組夾具； 2.調節(jié)式成組夾具； 3.綜合調整式成組夾具； 4.配置多套定位式成組夾具； §4-3成組夾具的設計內容 4-3.1定位設計 針對本次設計的內齒圈鉆n-D8孔的要求，分析零件的各項尺寸精度等要求后，設計成組夾具。 本次夾具設計的是鉆孔的夾具，要考慮它的定位問題，因此要根據(jù)六點定位原理來考慮，即沿xyz三個坐標方向的移動自由度和 繞x、y、z三個坐標的轉動的自由度，因此，要完全確定工件的位置，就要按一定的要求布置六個支承點限制相應的一個自由度。 定位原理通常分為以下幾種： （1）完全定位——工件在夾具中的定位，六個自由度都被限制的定位。 （2）不完全定位——工件被限制的自由度少于六個，但不影響加工要求的定位。 （3）過定位——工件的一個或幾個自由度被不同的定位元件重復限制的定位。 （4）欠定位——按照加工要求應該限制的自由度沒有被限制的定位。 下圖該零件的定位情況： 圖4-3.1定位夾緊圖 在圖4-3.1中可以看到共限制了5個自由度，沒有限制Z的轉動，若Z的轉動被限制了，在夾具中只能加工一個孔，分度裝置也就沒有用了。所以這種屬于不完全定位。 4-3.2夾緊力的方向以及夾具的具體設計 1.針對本零件，夾緊力與重力、切削力的方向一致，所以夾緊力方向應從上到下，沿工件軸向夾緊在端面上。 2.夾具的工作原理 本夾具體的結構和工作原理相對簡單，就是在加工時根據(jù)零件的大小，可以通過齒輪、齒條機構來上下調節(jié)和左右調節(jié)，且齒輪和齒條的每個齒為45度，具有自鎖的特性，工件中有若干個孔，在夾具專門設計有回轉分度臺，且工作臺的每個齒夾角為15度，這樣就可以完成各個孔的加工。另外在回轉分度臺上有三個T型槽，這三個T型槽的作用是，若以外圓定位夾緊時，可以在工作臺上放三爪和V型塊，通過T型槽用壓板把定位元件壓緊。這樣夾具可以擴大加工范圍。 4-3.2自鎖原理圖 由圖4-3.2知這是一種圓錐鎖緊機構，是一種常用的齒輪齒條夾緊裝置的鎖緊機構，當轉動手柄時，帶動齒輪軸，使齒條產生夾緊力，齒輪和齒條是采用螺旋角為45度斜齒嚙合，因此當產生夾緊力后，其反作用力便使齒輪軸產生軸向力，使它與錐套接觸，當錐體斜角α小于錐面上的摩擦角時可以實現(xiàn)自鎖。通常取摩擦系數(shù)f =0.1，即摩擦角Ф為5度43分，所以一般應使α≦Ф。 在本夾具體中本來開始是不想用齒輪齒條機構，想用采用凸輪機構來上下調整，但是通過查閱資料和自己所學的知識，考慮到凸輪機構上下不穩(wěn)定，而且不好自鎖，工作效率沒有齒輪齒條高，所以未被采用。 3.夾具的部件調整 在本夾具的可調整元件的原則為簡單、可靠和省時，不需要費多大力就能調整。本夾具采用綜合調整法，鉆模板為調節(jié)件，它可以上下調節(jié)鉆套到工件的上下位置。 4-3.3誤差分析 1.定位誤差的分析 定位誤差是由于定位不準而造成的某一道工序在工序尺寸或位置要求方面的加工誤差或位置要求方面的加工誤差。對某一方案，經過分析計算其可能產生的定位誤差，只要小于工件有關尺寸或位置公差的1/3～1/5，一般就認為此定位方案能滿足該工序的加工要求。當工件的定位表面一旦與夾具上的定位元件相相接觸或相配合時，作為一個整體的工件的位置就定了。但對于一批工件來說，由于在各個工件的有關表面之間，彼此在尺寸及位置上均有在公差范圍的差異。這樣以來，工件雖然定位，但每個被定位工件的某些具體表面都會有自己的位置變動量，從而造成在工序尺寸和位置要求方面的誤差。 2.定位誤差的組成 通過以上分析定位誤差是由基準位移誤差和基準不重合誤差兩項組成的。 基準位移誤差是一批工件定位元件的位置最大變動量，而基準不重合誤差是定位基準與設計基準不重合時產生的誤差。 在夾具體中，要加工的零件的同軸度是很低的，在加之夾具的制造精度較高，所以在加工中可以保證，該零件的定位基準和設計基準是重合的，因此不存在基準不重合誤差。另外夾具中的定位心軸是可換元件，所以心軸與零件的配合為小間隙配合。 在夾具體中的分度臺的內的滾動鋼球，雖然在實際中的直徑不一樣，但通過制造精度可以減少誤差，保證其同軸度誤差，且每個鋼球都要淬火。以保證鋼、球在滾道中的滑動。 §4-4導向裝置 4-4.1導向裝置概述 在鉆床、鏜床及鉆、鏜組合機床上加工孔時，大都采用導向元件或導向裝置，用以引導刀具進入正確的加工位置，并在加工過程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的剛性，從而保證零件上孔的尺寸精度及各孔之間的相互位置精度，如同軸各孔的同軸度、各孔孔距精度及各孔軸線間的平行度。因此，導向裝置如同定位元件一樣，對于保證工件的加工精度有著十分重要的作用。 按導向所處的位置可分為：前導向、后導向、中間導向。 按導向的運動形式，可分為固定導向和旋轉導向。 4-1.2固定式導向 鉆床夾具上用的導套——鉆套。 鉆套按其結構可分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆