基于CAPP的汽車制動(dòng)器鉗體工藝過(guò)程設(shè)計(jì)
基于CAPP的汽車制動(dòng)器鉗體工藝過(guò)程設(shè)計(jì),基于CAPP的汽車制動(dòng)器鉗體工藝過(guò)程設(shè)計(jì),基于,capp,汽車,制動(dòng)器,工藝,過(guò)程,進(jìn)程,設(shè)計(jì)
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
工藝規(guī)程設(shè)計(jì)是機(jī)械制造技術(shù)的基本內(nèi)容之一，在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)械產(chǎn)品都要經(jīng)過(guò)一定的工藝過(guò)程才能制成。生產(chǎn)前用它做生產(chǎn)的準(zhǔn)備，生產(chǎn)中用它做生產(chǎn)的指揮，生產(chǎn)后用它做生產(chǎn)的檢驗(yàn)。機(jī)械加工車間生產(chǎn)的計(jì)劃、調(diào)度、工人的操作，零件的加工質(zhì)量檢驗(yàn)，加工成本的核算，都是以工藝規(guī)程為依據(jù)的。因此，工藝規(guī)程設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)際有著密切的聯(lián)系。
分析哈飛“賽馬”汽車前剎車制動(dòng)器鉗體零件圖，利用Pro/E軟件進(jìn)行三維實(shí)體零件的精確建模,直觀地再現(xiàn)了零件，準(zhǔn)確體會(huì)設(shè)計(jì)意圖。通過(guò)分析三維零件實(shí)體，為零件以后的工藝安排提供依據(jù)。Pro/E軟件的Pro/Mechanica模塊和ANSYS軟件結(jié)合起來(lái),對(duì)加工方法進(jìn)行有限元分析,為切削用量和刀具尺寸的選擇提供可靠的依據(jù)。最后利用CAPP制訂工藝路線和工序設(shè)計(jì)在內(nèi)的完整工藝文件。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要完成定位基準(zhǔn)的選擇，工藝路線的擬訂，公差及工序尺寸的確定，加工工序設(shè)計(jì)等一系列問(wèn)題，最后給出了生產(chǎn)該零件的生產(chǎn)線布置格局。
關(guān)鍵詞：Pro/E；制造；分析；制造工藝過(guò)程；工藝；
ABSTRACT
Technological design is a fundamental element of the machinery manufacturing technology, the actual production, mechanical products through certain processes must be completed. Production is used before it is ready to do production, production used it to command production production, using it to the test. [1]Mechanical processing workshop production plan, dispatch, and workers operate, spare parts processing quality testing, processing of accounts, based on the statute are to craft. [2]Therefore, the design and production processes are closely linked to the actual.
Analysis Ha Fei "race" car before braking brakes tongs body parts, using Pro/E software 3D modelling entities precision parts, visual depicts the parts, and accurately understand the design intent. By analysing 3D parts entities, the processes for spare parts after arrangements basis. Pro/E software Pro/Mechanica ANSYS software modules and integrated analysis of a limited processing methods for cutting usage and cutlery size options provide reliable basis. Capp routes and techniques used to develop the final design process, the integrity processes.
This graduate design completed baseline positioning options craft line up, size and business processes defined, a series of manufacturing processes for the design, giving the final parts of the production line layout production patterns.
Keywords ：Pro/E; Mechanica;Ansys;CAPP;Technological regulations
III
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論………………………………………………………………………………1
1.1本次設(shè)計(jì)的目的及意義……………………………………………………………1
1.2汽車制動(dòng)裝置………………………………………………………………………2
1.3制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位………………………………………………………4
1.4軟件的應(yīng)用…………………………………………………………………………5
1.4.1 Pro/ENGINEER軟件……………………………………………………………5
1.4.2 ANSYS軟件………………………………………………………………………5
1.4.3 CAPP軟件………………………………………………………………………6
1.4.4 Pro/EA、NSYS和CAPP軟件在課本題中的應(yīng)用………………………………6
1.5本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容………………………………………………………………6
第2章 零件工藝性分析及基準(zhǔn)選擇………………………………………………7
2.1零件的結(jié)構(gòu)分析……………………………………………………………………7
2.2毛坯類型的確定……………………………………………………………………8
2.3確定生產(chǎn)類型、加工設(shè)備及工藝設(shè)備……………………………………………9
2.4基準(zhǔn)的選擇……………………………………………………………………9
2.4.1粗基準(zhǔn)的選擇…………………………………………………………………9
2.4.2精基準(zhǔn)的選擇…………………………………………………………………9
2.5本章小結(jié)……………………………………………………………………………9
第3章 機(jī)械加工工序的安排………………………………………………………10
3.1機(jī)械加工工序的安排原則…………………………………………………………10
3.2工藝路線設(shè)計(jì)………………………………………………………………………10
3.2.1工藝路線的提出………………………………………………………………10
3.2.2兩種方案的比較分析…………………………………………………………11
3.3最終工藝路線的確定………………………………………………………………11
3.4關(guān)鍵表面的加工方法分析…………………………………………………………12
3.4.1三面刃銑刀加工過(guò)程分析……………………………………………………12
3.4.2油槽和密封槽加工過(guò)程分析…………………………………………………14
3.4.3三面刃銑刀銑削加工中的工件變形問(wèn)題……………………………………16
3.5本章小結(jié)……………………………………………………………………………20
第4章 加工余量的計(jì)算及夾具設(shè)計(jì)………………………………………………21
4.1加工余量的計(jì)算……………………………………………………………………21
4.2專用夾具設(shè)計(jì)…………………………………………………………………24
4.3本章小結(jié)……………………………………………………………………………25
第5章 切削用量和時(shí)間定額的確定及生產(chǎn)線布置……………………………26
5.1切削用量的選擇……………………………………………………………………26
5.1.1背吃刀量ap的選擇……………………………………………………………26
5.1.2進(jìn)給量f的選擇………………………………………………………………26
5.1.3切削速度v的選擇……………………………………………………………26
5.2工時(shí)定額的制定……………………………………………………………………27
5.3生產(chǎn)率………………………………………………………………………………29
5.4生產(chǎn)線布置…………………………………………………………………………29
5.5本章小結(jié)……………………………………………………………………………29
結(jié)論………………………………………………………………………………………30
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………31
致謝………………………………………………………………………………………32
第1章 緒 論
1.1本次設(shè)計(jì)的目的及意義
隨著我國(guó)汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,特別是轎車工業(yè)的發(fā)展,合資企業(yè)的引進(jìn)，國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)入，汽車上采用盤式制動(dòng)器配置正逐步在我國(guó)形成規(guī)模。特別是在提高整車性能、保障安全、提高乘車者的舒適性等方面都發(fā)揮了很大的作用。在轎車、微型車、輕卡、SUV及皮卡方面，在從經(jīng)濟(jì)與實(shí)用的角度出發(fā)，一般采用了混合的制動(dòng)形式，即前車輪盤式制動(dòng)，后車輪鼓式制動(dòng)。
???? 中國(guó)的工程師和用戶還停留在前盤后鼓的理念上，而前、后盤式制動(dòng)器的應(yīng)用才是商用車提高制動(dòng)性能的最佳方案。由于后鼓式制動(dòng)器在溫度升高后，制動(dòng)性能衰減很大，導(dǎo)致前軸上盤式制動(dòng)器承受不應(yīng)承擔(dān)的過(guò)多負(fù)載，致使盤式制動(dòng)器的過(guò)載，制動(dòng)片壽命的縮短。因轎車在制動(dòng)過(guò)程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%－80%，所以前輪制動(dòng)力要比后輪大。采用前盤后鼓式混合制動(dòng)器，這主要是出于成本上的考慮。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，普通消費(fèi)者對(duì)汽車安全和環(huán)保要求日益提高，微型汽車行業(yè)從微型貨車起步，過(guò)渡到微型客車，再提升到使用微型轎車作為代步工具，成為歷史發(fā)展的必然；另一方面，所有微型汽車企業(yè)已將主要資金和力量轉(zhuǎn)向微型轎車行業(yè)，推出適應(yīng)消費(fèi)者不同需求的微型轎車產(chǎn)品，一些民營(yíng)企業(yè)也將微型轎車作為進(jìn)入汽車市場(chǎng)的突破口，不斷的價(jià)格大戰(zhàn)，使得微型轎車價(jià)格已不再“曲高和寡”，開(kāi)始貼近普通百姓。
盤式制動(dòng)器主要有鉗盤式和全盤式兩種，現(xiàn)代汽車上應(yīng)用最多的就是鉗盤式制動(dòng)器，它的旋轉(zhuǎn)元件是制動(dòng)盤，固定元件是制動(dòng)鉗。而根據(jù)制動(dòng)鉗的運(yùn)動(dòng)方式又可分為定鉗盤式制動(dòng)器、滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器和鉗盤式制動(dòng)器，其中滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器應(yīng)用更廣。鉗盤式制動(dòng)器的工作原理就類似于自行車上的剎車，在制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)鉗將制動(dòng)塊擠壓到制動(dòng)盤上，隨著制動(dòng)盤和襯塊之間的摩擦逐漸的將速度降下來(lái)。而滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器就是制動(dòng)鉗可以相對(duì)制動(dòng)盤作軸向滑動(dòng)；只在制動(dòng)盤的內(nèi)側(cè)設(shè)置油缸，而外側(cè)的制動(dòng)塊則附裝在鉗體上。盤式制動(dòng)器在使用過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)故障，其中比較常見(jiàn)的有氣阻、制動(dòng)力不足和制動(dòng)時(shí)有噪聲等。
盤式制動(dòng)器的發(fā)熱部位集中在很窄的制動(dòng)襯塊上，其單位壓力又比鼓式制動(dòng)器大，制動(dòng)襯塊和鉗體的活塞直接接觸，因此制動(dòng)時(shí)的熱量極易傳給制動(dòng)液。這樣，使盤式制動(dòng)器容易產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象。但是，若采取相應(yīng)的措施，也可防止氣阻現(xiàn)象的發(fā)生。
微型及普及型汽車在我國(guó)有很大市場(chǎng)，近年來(lái)內(nèi)需擴(kuò)大帶動(dòng)了對(duì)微型汽車市場(chǎng)需求量的增加。有關(guān)部門認(rèn)為中國(guó)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)進(jìn)入適度增長(zhǎng)的平臺(tái)，這必將拉動(dòng)汽車市場(chǎng)的穩(wěn)定增長(zhǎng)。去年，中國(guó)各企業(yè)效益好轉(zhuǎn)，居民可支配收入增加，致使個(gè)人對(duì)汽車需求提高；國(guó)家實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，對(duì)微車市場(chǎng)無(wú)疑也是巨大的潛在需求。從0.9L到1.6L，價(jià)格適合我國(guó)國(guó)情,適合正在發(fā)展的中國(guó)的現(xiàn)況。汽車制動(dòng)器鉗體支架是汽車重要零件之一，隨著現(xiàn)在設(shè)計(jì)加工制造技術(shù)的發(fā)展，制動(dòng)器鉗體支架的材料及加工手段等也在不斷發(fā)展，確定加工工藝與裝夾方案及設(shè)計(jì)，從而達(dá)到對(duì)汽車制動(dòng)器鉗體支架加工工藝進(jìn)一步更深了解；
該畢業(yè)設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)常用工具AutoCAD和CAPP軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的過(guò)程。
1.2汽車制動(dòng)裝置
汽車的制動(dòng)性是汽車的主要性能之一。自從汽車誕生之日起，汽車的制動(dòng)性就顯得至關(guān)重要；并且隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和汽車行駛車速的提高，其重要性也顯得越來(lái)越明顯。制動(dòng)性直接關(guān)系到交通安全，重大交通事故往往與制動(dòng)距離太長(zhǎng)，緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑等情況有關(guān)。所以，汽車的制動(dòng)性是汽車行駛的重要保障。車輛的制動(dòng)裝置對(duì)安全行車是至關(guān)重要的，靈敏的制動(dòng)裝置可以避免很多事故。
汽車制動(dòng)裝置中有兩種形式：盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器。盤式制動(dòng)器在液力助力下制動(dòng)力大且穩(wěn)定，在各種路面都有良好的制動(dòng)表現(xiàn)，其制動(dòng)效能高于鼓式制動(dòng)器，而且空氣直接通過(guò)制動(dòng)盤，故盤式制動(dòng)器的散熱性很好。但是盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)相對(duì)于鼓式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，對(duì)制動(dòng)鉗、管路系統(tǒng)要求也較高，而且造價(jià)高于鼓式制動(dòng)器。相對(duì)于盤式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，鼓式制動(dòng)器由于散熱性不好，鼓式制動(dòng)器存在熱衰退現(xiàn)象。
盤式制動(dòng)器又稱為碟式制動(dòng)器，顧名思義是取其形狀而得名。它由液壓控制，主要零部件有制動(dòng)盤、分泵、制動(dòng)鉗、油管等。制動(dòng)盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。分泵固定在制動(dòng)器的底板上固定不動(dòng)。制動(dòng)鉗上的兩個(gè)摩擦片分別裝在制動(dòng)盤的兩側(cè)。分泵的活塞受油管輸送來(lái)的液壓作用，推動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤發(fā)生摩擦制動(dòng)，動(dòng)作起來(lái)就好象用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤子，迫使它停下來(lái)一樣。這種制動(dòng)器散熱快，高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車，盤式制動(dòng)比鼓式制動(dòng)更容易在較短的時(shí)間內(nèi)令車停下。有些盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤上還開(kāi)了許多小孔，加速通風(fēng)散熱提高制動(dòng)效率。[4]
盤式制動(dòng)器的發(fā)熱部位集中在很窄的制動(dòng)襯塊上，其單位壓力又比鼓式制動(dòng)器大，制動(dòng)襯塊和鉗體的活塞直接接觸，因此制動(dòng)時(shí)的熱量極易傳給制動(dòng)液。這樣，使盤式制動(dòng)器容易產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象。但是，若采取相應(yīng)的措施，也可防止氣阻現(xiàn)象的發(fā)生。微型及普及型汽車在我國(guó)有很大市場(chǎng)，近年來(lái)內(nèi)需擴(kuò)大帶動(dòng)了對(duì)微型汽車市場(chǎng)需求量的增加。有關(guān)部門認(rèn)為中國(guó)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)進(jìn)入適度增長(zhǎng)的平臺(tái)，這必將拉動(dòng)汽車市場(chǎng)的穩(wěn)定增長(zhǎng)。去年，中國(guó)各企業(yè)效益好轉(zhuǎn)，居民可支配收入增加，致使個(gè)人對(duì)汽車需求提高；國(guó)家實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，對(duì)微車市場(chǎng)無(wú)疑也是巨大的潛在需求。從0.9L到1.6L，價(jià)格適合我國(guó)國(guó)情,適合正在發(fā)展的中國(guó)的現(xiàn)況。汽車制動(dòng)器鉗體支架是汽車重要零件之一，隨著現(xiàn)在設(shè)計(jì)加工制造技術(shù)的發(fā)展，制動(dòng)器鉗體支架的材料及加工手段等也在不斷發(fā)展，確定加工工藝與裝夾方案及設(shè)計(jì)，從而達(dá)到對(duì)汽車制動(dòng)器鉗體支架加工工藝進(jìn)一步更深了解。
對(duì)專用夾具的設(shè)計(jì)要遵循幾個(gè)步驟：首先要充分地了解零件的結(jié)構(gòu)，材質(zhì)，加工工藝，裝配工藝和工作原理，然后還需要了解夾具在零件的哪一道加工工序上使用，該加工工序工件的加工完成情況和零件的定位基準(zhǔn)和夾持方式。此零件中含有幾個(gè)相互平行的平面，對(duì)它們之間的位置尺寸精度要求為±0.05mm的公差。通用量具無(wú)法檢測(cè)。
為了滿足生產(chǎn)和檢測(cè)的要求，根據(jù)被測(cè)零件的結(jié)構(gòu)和精度的要求，設(shè)計(jì)了一種比較測(cè)量這些位置尺寸數(shù)據(jù)的專用夾具，這種專用夾具的重復(fù)性精度≤0.01mm，示值誤差為0.01。
（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
這種夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確性高，可靠性好，操作方便。工件的定位和安裝可以在幾秒鐘時(shí)間內(nèi)完成，大大縮減了檢測(cè)的時(shí)間，提高了勞動(dòng)效率。該夾具適合于類似零件批量生產(chǎn)是對(duì)有相對(duì)位置的錯(cuò)開(kāi)的面之間有嚴(yán)格尺寸要求的情況下使用。
（2）工件在夾具上的定位和安裝
工件在夾具上的定位是檢測(cè)零件中非常重要的一步。復(fù)雜的零件都有工藝基準(zhǔn)孔或基準(zhǔn)面。加工零件是就是以這些基準(zhǔn)孔或基準(zhǔn)面來(lái)定位和安裝零件，所以也用此對(duì)定位和安裝的零件進(jìn)行檢測(cè)。也就是要滿足基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。除此之外，還要考慮到零件安裝是所占的空間，設(shè)計(jì)夾具是要留出工件安裝是所占的空間和取放零件是的路徑空間，以及檢測(cè)是測(cè)量一起側(cè)頭所走的路徑空間等。
時(shí)下我們開(kāi)的大部分轎車，如本課程設(shè)計(jì)的哈飛賽馬汽車制動(dòng)器，采用的還不完全是盤式制動(dòng)器，而是前盤后鼓式混合制動(dòng)器(即前輪采用盤式制動(dòng)器、后輪采用鼓式制動(dòng)器)，這主要是汽車設(shè)計(jì)者從經(jīng)濟(jì)與實(shí)用的角度出發(fā)，一般轎車采用了混合的形式，前輪盤式制動(dòng)，后輪鼓式制動(dòng)。四輪轎車在制動(dòng)過(guò)程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%－80%，因此前輪制動(dòng)力要比后輪大。轎車生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用前輪盤式制動(dòng)，后輪鼓式制動(dòng)的方式。當(dāng)然，前后輪都使用盤式制動(dòng)器是趨勢(shì)。
1.3制造業(yè)在國(guó)名經(jīng)濟(jì)中的位置
制造業(yè)在世界工業(yè)化進(jìn)程中始終起著基礎(chǔ)和主導(dǎo)的作用。制造業(yè)源于手工業(yè), 伴隨人類文明的發(fā)展而發(fā)展。一個(gè)國(guó)家的整體制造業(yè)實(shí)力在很大程度上決定著該國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及其國(guó)際地位。歷史上各個(gè)時(shí)期的制造業(yè)中心也是那個(gè)時(shí)期無(wú)可爭(zhēng)議的最發(fā)達(dá)國(guó)家。因此, 對(duì)制造業(yè)在一國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位和作用應(yīng)提升到國(guó)家層面, 并制定切實(shí)可行的發(fā)展藍(lán)圖。不僅如此, 制造業(yè)也是解決我國(guó)當(dāng)前就業(yè)矛盾和提高就業(yè)水平的重要領(lǐng)域, 并且對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他部門具有很強(qiáng)的帶動(dòng)和輻射作用。
隨著我國(guó)汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,特別是轎車工業(yè)的發(fā)展,合資企業(yè)的引進(jìn)，國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)入，汽車上采用盤式制動(dòng)器配置正逐步在我國(guó)形成規(guī)模。特別是在提高整車性能、保障安全、提高乘車者的舒適性等方面都發(fā)揮了很大的作用。在轎車、微型車、輕卡、SUV及皮卡方面，在從經(jīng)濟(jì)與實(shí)用的角度出發(fā)，一般采用了混合的制動(dòng)形式，即前車輪盤式制動(dòng)，后車輪鼓式制動(dòng)。
中國(guó)的工程師和用戶還停留在前盤后鼓的理念上，而前、后盤式制動(dòng)器的應(yīng)用才是商用車提高制動(dòng)性能的最佳方案。由于后鼓式制動(dòng)器在溫度升高后，制動(dòng)性能衰減很大，導(dǎo)致前軸上盤式制動(dòng)器承受不應(yīng)承擔(dān)的過(guò)多負(fù)載，致使盤式制動(dòng)器的過(guò)載，制動(dòng)片壽命的縮短。因轎車在制動(dòng)過(guò)程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%－80%，所以前輪制動(dòng)力要比后輪大。生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用了前輪盤式制動(dòng)，后輪鼓式制動(dòng)的混合匹配方式。采用前盤后鼓式混合制動(dòng)器，這主要是出于成本上的考慮。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，普通消費(fèi)者對(duì)汽車安全和環(huán)保要求日益提高，微型汽車行業(yè)從微型貨車起步，過(guò)渡到微型客車，再提升到使用
當(dāng)前, 我國(guó)制造業(yè)技術(shù)水平、勞動(dòng)生產(chǎn)率及工業(yè)增加值率低；自主的或具有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)創(chuàng)新能力十分薄弱；制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理等。為扭轉(zhuǎn)這一局面, 必須著手進(jìn)行制造業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)升級(jí)方面的努力, 這需要國(guó)家、企業(yè)、個(gè)人三方面都要圍繞這一問(wèn)題, 群策群力, 充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì), 形成有效合力, 盡快使我國(guó)步入世界制造業(yè)強(qiáng)國(guó)行列。
我國(guó)加入WTO后，積極參與世界經(jīng)濟(jì)的分工和協(xié)作，已逐漸發(fā)展成為世界產(chǎn)品制造基地之一，制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位更加重要。伴隨工業(yè)產(chǎn)品性能和質(zhì)量的提高，傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)正逐步為以數(shù)控加工技術(shù)為代表的先進(jìn)制造技術(shù)所代替。數(shù)控加工已成為提升制造水平、實(shí)現(xiàn)制造自動(dòng)化的主要技術(shù)手段。我國(guó)要實(shí)現(xiàn)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，必須全面提升制造水平。因此,研究汽車剎車片鉗體加工工藝具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值.本文主要是針對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)---鉗體的生產(chǎn)工藝過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì),形成可用于生產(chǎn)的完整工藝文件。
1.4軟件的應(yīng)用
1.4.1 Pro/ENGINEER軟件
Pro/E軟件能將設(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起,所有的用戶能夠同時(shí)進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工作,即實(shí)現(xiàn)所謂的并行工程。Pro/E系統(tǒng)用戶界面簡(jiǎn)潔,概念清晰,符合工程人員的設(shè)計(jì)思維習(xí)慣。整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)上,具有完整而統(tǒng)一的模型,Pro/E建立在工作站上,系統(tǒng)獨(dú)立于硬件,便于移植。[5]
Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。
1．參數(shù)化設(shè)計(jì)，相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無(wú)論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。
2． 基于特征建模
Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。
3．單一數(shù)據(jù)庫(kù)（全相關(guān)）
Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。
采用Pro/E軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì),可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性并大大縮短產(chǎn)品研發(fā)、模具設(shè)計(jì)和加工周期,從而降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、模具設(shè)計(jì)成本。
1.4.2 ANSYS軟件
ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)(包括結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)分析、熱譜分析、非線性分析等) 、熱、流體、聲學(xué)于一體的大型有限元通用分析軟件, 它歷經(jīng)30多年的不斷完善和修改, 現(xiàn)成為全球工程中最受歡迎的應(yīng)用程序。[6]該軟件20 世紀(jì)90 年代開(kāi)始在我國(guó)的機(jī)械制造、航空航天、汽車交通、石油化工、能源等領(lǐng)域得到應(yīng)用, 并得到中國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)的認(rèn)證。它運(yùn)行的主要流程是前置處理、解題程序及后置處理。可以有效快速地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析研究, 可對(duì)多種工況進(jìn)行快速分析得出結(jié)果, 尋找到結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)下的變化規(guī)律。[7]
軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；
1.4.3 CAPP軟件
計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì),即Computer Aided Process Planning縮寫為CAPP。利用CAPP能夠迅速編制出包括制訂工藝路線和工序設(shè)計(jì)在內(nèi)的完整工藝文件。[8]在現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè),CAPP的應(yīng)用為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)并行工作創(chuàng)造了條件,極大地提高了工藝設(shè)計(jì)工效,縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,尤其在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件下,CAPP除了具備傳統(tǒng)的CAPP工藝管理與設(shè)計(jì)功能外,還強(qiáng)調(diào)了與CAD、ERP(即,企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng),是將企業(yè)所有資源進(jìn)行整合集成管理,簡(jiǎn)單的說(shuō)是將企業(yè)的三大流:物流、資金流、信息流進(jìn)行全面一體化管理的管理信息系統(tǒng))等跨平臺(tái)信息系統(tǒng)的信息關(guān)聯(lián)、溝通和共享,為企業(yè)建立適應(yīng)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力提供了幫助,因此,CAPP在企業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越普及。[9]
1.4.4 Pro/E、ANSYS和CAPP軟件在本課題中的應(yīng)用
本課題采用Pro/E軟件來(lái)完成三維實(shí)體零件設(shè)計(jì), 比較直觀地再現(xiàn)了零件，準(zhǔn)確體會(huì)設(shè)計(jì)意圖。通過(guò)分析零件三維實(shí)體，為零件以后的工藝安排以及加工過(guò)程提供依據(jù)。
做有限元分析時(shí)， Pro/E軟件的Pro/Mechanica模塊和ANSYS軟件結(jié)合起來(lái),分析加工過(guò)程中產(chǎn)生的最大位移和最大應(yīng)力,為切削用量的選擇提供可靠的依據(jù)。[10]
為了適應(yīng)將來(lái)發(fā)展的需要，本課題利用CAPP軟件迅速編制出包括制訂工藝路線和工序設(shè)計(jì)在內(nèi)的完整工藝文件，提高了工藝的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化,提高了工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量，并且通過(guò)工藝的不斷優(yōu)化和工藝經(jīng)驗(yàn)的不斷積累,使工藝水平得以迅速提高。
1.5本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
分析哈飛“賽馬”汽車前剎車制動(dòng)器鉗體零件圖，利用Pro/E軟件進(jìn)行三維實(shí)體零件的精確建模，直觀地再現(xiàn)了零件，準(zhǔn)確體會(huì)設(shè)計(jì)意圖。通過(guò)分析三維零件實(shí)體，為零件以后的工藝安排提供依據(jù)。Pro/E軟件的Pro/Mechanica模塊和ANSYS軟件結(jié)合起來(lái)，對(duì)加工方法進(jìn)行有限元分析，為切割用量和道具尺寸的選擇提供可靠的一句。最后利用CAPP制定工藝路線和工序設(shè)計(jì)在內(nèi)的完整工藝文件。
第2章 零件工藝性分析及基準(zhǔn)選擇
2.1 零件的結(jié)構(gòu)分析
本零件是哈飛公司“賽馬”汽車前制動(dòng)器上的鉗體,剎車片連接在前輪軸上，通過(guò)液壓油的控制，使鉗體內(nèi)的活塞和與之配合的支架夾緊或放松剎車片以達(dá)到制動(dòng)的目的。
分析零件圖并結(jié)合工廠提供的視頻資料(如下圖2-1中a、b)，零件的重要工作表面有與油路活塞相配合的φ內(nèi)圓面；與該內(nèi)圓面?zhèn)让鍯有位置精度要求的尺寸為60 0+0.25 的側(cè)面B(如圖a)，與支架連接的兩螺紋孔尺寸M15×1.5—6H以及與該螺紋孔有位置精度要求的兩孔端面(如圖b)。另外，由于鑄造精度較高，并且為了降低生產(chǎn)成本，提高效率，在滿足零件要求的前提下，零件加工盡量采用一次加工切削得到。
(a)
(b)
圖2-1 零件圖
2.2 毛坯類型的確定
技術(shù)要求：
(1)未注公差按IT13級(jí)執(zhí)行；
(2)未注鑄造圓角R2—R3；
(3)鑄件不允許有氣孔、疏松等缺陷；
(4)石墨球化不差于三級(jí)；
(5)鑄件經(jīng)人工時(shí)效處理，硬度：HB160—210
毛坯的種類及其質(zhì)量對(duì)機(jī)械加工有著密切的關(guān)系，提高毛坯質(zhì)量，減少機(jī)械加工勞動(dòng)量，可大大提高材料的利用率，降低機(jī)械加工成本。根據(jù)工件的技術(shù)要求，經(jīng)過(guò)分析，確定采用精密鑄造的方法得到毛坯，完全可以達(dá)到零件的要求。
2.3 確定生產(chǎn)類型、加工設(shè)備及工藝裝備
本產(chǎn)品屬于輕型零件，按輕型零件的生產(chǎn)類型劃分為：?jiǎn)渭a(chǎn)（<100件）、小批量（100-500件）、中批（500-5000件）、大批（5000-50000件）、大量生產(chǎn)為（>50000件），而本產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)為每8小時(shí)400件，而且每天三班倒，依其此計(jì)算，零件的年生產(chǎn)能力為438000>50000件，所以屬大量生產(chǎn)。
本產(chǎn)品產(chǎn)量很大，應(yīng)廣泛地使用高效機(jī)床，先進(jìn)的設(shè)備。如加工中心，多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床等等。現(xiàn)在，隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與普及，汽車生產(chǎn)當(dāng)中，數(shù)控機(jī)床的使用量，越來(lái)越多。使用數(shù)控機(jī)床以及加工中心來(lái)加工汽車零件，不但占地面積小，精度保證也很好；而且適應(yīng)產(chǎn)品品種變化的能力強(qiáng)，柔性好。依據(jù)廠家現(xiàn)階段的設(shè)備條件及客戶的要求，本課題當(dāng)中將盡量采用數(shù)控機(jī)床。[11]
由于零件的工藝性較好，并且生產(chǎn)批量較大，工廠的現(xiàn)代化設(shè)備較完善，鑒于產(chǎn)量的要求，為了降低成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，達(dá)到工件精度，可廣泛使用專用夾具、專用刀具及量具。
2.4 基準(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)的選擇對(duì)保證加工面的位置精度，確定零件加工順序具有決定性影響，同時(shí)也影響到工序數(shù)量、夾具結(jié)構(gòu)等問(wèn)題。[12]因此，必須根據(jù)基準(zhǔn)選擇原則，認(rèn)真分析思考。
2.4.1粗基準(zhǔn)的選擇
考慮到設(shè)計(jì)上要求保證加工表面與不加工表面之間的位置要求和合理分配各加工表面的余量，同時(shí)為后續(xù)工序提供精基準(zhǔn)，并結(jié)合粗基準(zhǔn)選擇所遵循的原則。[13]零件的生產(chǎn)批量大、形位精度高，應(yīng)在一次裝夾中完成多道工序的加工，這樣可以保證零件有較高的精度，誤差只取決于定位與機(jī)床精度。分析零件的結(jié)構(gòu)尺寸以及位置要求，本零件上有很多不加工表面，應(yīng)以其中與加工表面相互位置精度較高的表面作為粗基準(zhǔn)。
2.4.2精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)保證加工精度和裝夾可靠方便，根據(jù)基準(zhǔn)重合原則以及精基準(zhǔn)選擇的原則，選擇加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，可以直接保證設(shè)計(jì)精度，避免基準(zhǔn)不重合誤差。
2.5本章小結(jié)
對(duì)零件工藝進(jìn)行分析，從零件的結(jié)構(gòu)到毛坯到最后確定生產(chǎn)的類型，對(duì)粗基準(zhǔn)考慮設(shè)計(jì)要保證加工表面與不加工表面之間的位置要求和合理分配各加工表面的余量。
第3章 機(jī)械加工工序的安排
3.1 機(jī)械加工工序的安排原則
如圖3-1，根據(jù)基面先行的原則，首先以粗基準(zhǔn)定位加工出精基準(zhǔn)，故可以確定鉗體零件加工的第一道工序?yàn)橐源只鶞?zhǔn)A定位加工出B面為后續(xù)工序基準(zhǔn);再由先主后次的原則，先安排主要表面（裝配基面工作表面等）的加工，再安排次要的表面的加工，因此零件加工的第一步應(yīng)該是R1300+0.50的弧面和端面B、C，而把圓面φ、油槽、密封槽、2—M15、M10等螺紋孔和其它表面安排在其后;由先面后孔這一原則，可以確定出，螺紋加工時(shí)先加工其端面，后加工底孔及攻螺紋。
3.2 工藝路線設(shè)計(jì)
3.2.1 工藝路線的提出
根據(jù)生產(chǎn)類型，擬定提出以下二種工藝路線，分別如下：
工藝路線1
工序Ⅰ 銑削端面B和C面及R1300+0.50的弧面。采用三面刃銑刀，刀具半徑為130mm，兩次走刀完成加工，一次銑削B面和部分R1300+0.50的弧面；下次銑削C面和剩下R1300+0.50的弧面。
工序Ⅱ 鏜削加工φ內(nèi)圓面、油槽和密封槽，由于油槽和密封槽表面形狀復(fù)雜，可以使用成形車刀一次加工完成。
工序Ⅲ 銑削加工2-M15螺紋底孔端面，同一工位繼續(xù)加工M10螺紋底孔端面及R12的圓弧面。可采用R12的立銑刀兩次走刀完成2-M15螺紋孔端面加工，同時(shí)R12的立銑刀可一次走刀完成M10螺紋孔端面及R12的圓弧面的加工，減少換刀次數(shù);接下來(lái)銑削距離7.50-0.20的槽。
工序Ⅳ 鉆削加工2-M15螺紋底孔，采用兩把鉆頭同時(shí)加工，保證了兩孔軸線的尺寸精度。然后同一工位同時(shí)加工兩個(gè)锪孔，攻2—M15螺紋，同樣采用兩孔同時(shí)加工，故可以保證了兩個(gè)螺紋軸線的平行度。再鉆M10螺紋底孔換刀攻螺紋，完成這一工位所有的加工內(nèi)容。
工序Ⅴ 鉆削加工φ3孔，然后加工M7螺紋底孔，這樣可以使φ3孔起到導(dǎo)向的作用，防止加工M7螺紋底孔時(shí)軸線容易歪斜的問(wèn)題。同一工位锪孔，換刀攻螺紋。
工藝路線2
工序Ⅰ 用立式銑床銑削端面B和C面及R1300+0.50的弧面。采用三面刃銑刀，刀具寬度為60mm，則端面B和C尺寸為600+0.25由刀具本身來(lái)保證；刀具半徑為130mm,沿R1300+0.50的弧面的半徑方向進(jìn)給，完成R1300+0.50的弧面的加工。換立式銑刀銑削φ，使用成形銑刀一次加工完成油槽和密封槽。
工序Ⅱ 銑削加工2-M15螺紋底孔端面，同一工位繼續(xù)加工M10螺紋底孔端面及R12的圓弧面。為了節(jié)省工時(shí)，可采用R12的立銑刀兩次走刀完成2-M15螺紋孔端面加工,同時(shí)R12的立銑刀可一次性同時(shí)M10螺紋底孔端面及R12的圓弧面，接下來(lái)銑削距離7.50-0.20的槽。
工序Ⅲ 鉆削加工2-M15螺紋底孔，采用兩把鉆頭同時(shí)加工，則孔軸線與其端面的垂直度由機(jī)床和夾具的精度保證，同時(shí)保證了兩孔軸線的尺寸精度。然后同一工位同時(shí)加工兩個(gè)锪孔，攻2—M15螺紋，同樣采用兩孔同時(shí)加工，故可以保證了兩個(gè)螺紋軸線的平行度。再鉆M10螺紋底孔換刀攻螺紋，完成這一工位所有的加工內(nèi)容。
工序Ⅳ 為了避免深孔加工過(guò)程中出現(xiàn)排屑困難，刀具冷卻困難，可以選擇先加工M7的螺紋底孔。在此基礎(chǔ)上加工φ3孔可極大地縮短了走刀長(zhǎng)度。最后攻M7螺紋。
3.2.2 兩種方案的比較分析
上述兩種加工方案，原則上都可以滿足生產(chǎn)要求，但詳細(xì)分析比較其內(nèi)在過(guò)程，會(huì)發(fā)現(xiàn)仍存在一定問(wèn)題。
方案1的工序過(guò)多，需要多次裝夾，裝夾時(shí)產(chǎn)生誤差，工件的形位公差難以保證。工序Ⅰ中R1300+0.50的弧面需要兩次走刀完成加工，第二次走刀結(jié)束位置很難控制，很可能R1300+0.50的弧面不連續(xù)。工序Ⅱ采用鏜床加工，由于工件是很不規(guī)則的零件，給裝夾帶來(lái)不便。
方案2的工序Ⅰ綜合了方案1的工序Ⅰ和工序Ⅱ，減少了一次裝夾，在一次裝夾中完成側(cè)面B和φ的內(nèi)圓的加工，可以達(dá)到垂直度的要求。經(jīng)過(guò)查閱資料，查得一般的數(shù)控加工中心不能帶R130的銑刀，因?yàn)樵诩庸さ臅r(shí)候沒(méi)有足夠的空間可供其運(yùn)動(dòng)，而且刀庫(kù)的空間不夠。只有一些大型的加工中心才可以，但是價(jià)格很高。工序Ⅲ的工步多，需要多次換刀，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且使輔助時(shí)間過(guò)多?？梢钥紤]本工序采用加工中心，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省輔助時(shí)間，加工精度也能滿足。工序Ⅳ先加工M7的螺紋底孔，再加工φ3，雖然縮短了走刀長(zhǎng)度，但是容易引起軸線歪斜的問(wèn)題，不如方案1的工序Ⅴ好。
3.3 最終工藝路線的確定
哈飛汽車公司系一家規(guī)模較大，現(xiàn)代化程度較高的汽車生產(chǎn)廠家，設(shè)備完備，并擁有數(shù)個(gè)先進(jìn)的加工中心，故零件的工序可遵循工序集中的原則，即在同一機(jī)床，同一工位上實(shí)現(xiàn)多種加工方式，多面的加工。由于加工量大，為了節(jié)省加工時(shí)間，可以采用旋轉(zhuǎn)夾具，首先側(cè)面B水平朝下，定位夾緊工件，銑削加工端面B和C面及R1300+0.50的弧面及內(nèi)孔；然后夾具旋轉(zhuǎn)1800，側(cè)面B水平朝上，完成2-M15螺紋和M10螺紋的加工。綜合考慮方案1和方案2的優(yōu)、缺點(diǎn)，鉗體零件的工藝路線分析如下:
工序Ⅰ 加工設(shè)備是數(shù)控加工中心，采用專用夾具和量具。
工步1 采用三面刃銑刀銑削端面B和C面及R1300+0.50的弧面。
工步2 立式銑刀粗銑φ的內(nèi)圓。
工步3 立式銑刀半精銑φ的內(nèi)圓。
工步4 成形銑刀一次加工完成油槽和密封槽。
工步5 立銑刀銑削2-M15螺紋底孔端面。
工步6 立銑刀銑削M10螺紋底孔的端面和R12的圓弧面。
工步7 立銑刀銑削寬7.5的槽
工步8 麻花鉆鉆削2-M15螺紋底孔。
工步9 麻花鉆鉆削M10螺紋底孔。
工步10锪2-φ17的沉頭孔。
工步11攻2-M15螺紋。
工步12攻M10螺紋。
工序Ⅱ 加工設(shè)備是數(shù)控加工中心，采用專用夾具和量具。
工步1 麻花鉆鉆削φ3孔。
工步2 锪M7螺紋底孔。
工步3倒角1X450。
工步4 攻M7螺紋。
3.4 關(guān)鍵表面的加工方法分析
3.4.1 三面刃銑刀加工過(guò)程分析
第一道工序是銑削端面B和C面及R1300+0.50的弧面，采用三面刃銑刀，刀具軸線圍繞R130弧面的軸線做圓弧運(yùn)動(dòng)，完成加工。如果刀柄半徑過(guò)大或刀具半徑過(guò)小，那么就使刀柄與工件尾部撞擊，不能加工（如圖3-1）。4-2 圓弧面加工示意圖
現(xiàn)對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)分析：加工過(guò)程（如圖3-2）所示，刀具寬度為60mm，刀具半徑為80mm,刀柄半徑為25 mm，刀具軸線圍繞R130圓弧軸線做R50的圓弧運(yùn)動(dòng)，刀桿的最大外圓運(yùn)動(dòng)軌跡為?150圓弧，與工件尾部最小距離是13mm，不能發(fā)生撞擊問(wèn)題。故此三面刃加工過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)。
圖3-1 干涉圖
3-2 圓弧面加工示意圖
3.4.2 油槽和密封槽加工過(guò)程分析
銑削φ內(nèi)圓面結(jié)束，開(kāi)始銑削油槽和密封槽的過(guò)程中，選用成形銑刀加工，刀桿軸線與內(nèi)圓軸線有一定的偏移，刀桿軸線繞著內(nèi)圓軸線做圓周運(yùn)動(dòng)，如果刀桿與R21圓弧發(fā)生干涉，則油槽和密封槽不能用銑削加工。（如圖3-3）。
圖4-3 干涉圖
現(xiàn)就這一問(wèn)題進(jìn)行研究。銑削油槽和密封槽過(guò)程如圖3-4所示。選用刀具外圓直徑為φ50、刀桿直徑為φ20的成型銑刀，為提高加工效率，刀具上四組切削刃。銑削前位置如圖3-4（b）所示，刀桿與R21圓弧底不發(fā)生干涉，有11mm的距離，刀具可以進(jìn)入。銑削結(jié)束如圖3-4（c）所示，刀具軸線饒內(nèi)圓φ的軸線做半徑為8mm的圓周運(yùn)動(dòng)，刀桿與R21圓弧底最小距離為3mm，不發(fā)生干涉。故次方案可行。
3-3干涉圖
（a）進(jìn)刀路線 （b）加工前位置
（c）加工到最小距離位置 （d）刀具尺寸
圖3-4 油槽加工示意圖
3.4.3 三面刃銑刀銑削加工中的工件變形問(wèn)題
端面B與內(nèi)圓φ軸線有垂直度的要求，三面刃銑刀銑削端面B和C面及R1300+0.50的弧面時(shí)產(chǎn)生切削力，工件尾部相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，在工件軸向的切削分力使工件尾部發(fā)生變形,如果切削引起的變形量超出了垂直度的要求，則此加工方法不可行。哈飛公司制造本零件時(shí)就存在這樣的問(wèn)題，最后他們采用了補(bǔ)救措施，增加了一道工序，才滿足了垂直度的要求。這樣不但增加了加工時(shí)間，而且提高了成本。我所做的研究是證明我的這種加工方案直接可以達(dá)到垂直度的要求，不用補(bǔ)救措施。3.4.3.1 尾部定位與受力情況
為了分析的方便，把工件的尾部與主體割開(kāi)（如圖3-5）。約束面3的六個(gè)自由度，就可以將尾部固定住，也符合工件原來(lái)的特性。面2為夾緊面，受夾緊力作用，面4為加工表面，受反切削力的作用。由于工件尾部有加強(qiáng)筋，通過(guò)分析比較，當(dāng)三面刃銑刀加工到線1的位置時(shí)，尾部的軸向變形最大。分析尾部變形。
線1 面2
面4 面3
圖3-5 定位和受力圖
3.4.3.2 力的求解
用直徑為160mm，齒數(shù)Z=12，主偏角kv=150硬質(zhì)合金三面刃銑刀銑削端面B和C面及R1300+0.50的弧面，切削用量為t=2mm,S分=502.4mm/分，n=165轉(zhuǎn)/分，B=118mm。
平均切削厚度
a平均=[14] （3-1）
==0.059毫米
金屬切除率
Zw=S分?t?B=502.4x2x118 （3-2）
=1.19×105 毫米3/分
查圖表查得單位切削功率在（3.8-4.38）x105千瓦/（毫米3/分）范圍內(nèi)，考慮到工件材料強(qiáng)度不高，取Ns=4.0x10-0.5千瓦/（毫米3/分）。于是切削功率為
N切=Ns ?Zw=4.0×10-0.5 ×1.19×105 （3-3）
=4.76千瓦
按刀具直徑及轉(zhuǎn)速計(jì)算切削速度
V==82.9米/分 （3-4）
主切削力
===1870牛頓 （3-5）
主切削力對(duì)R130的圓弧圓心的力矩為
A=PZ?R=1870×130=243100牛頓?毫米 （3-6）
則尾部面1所受夾緊力為
===7597牛頓 （3-7）
主切削力占總切削力功率的90%以上，軸向切削分力
Fx=F×=1870×0.21=390牛頓 （3-8）
則面2所受的反切削力為Fx=390牛頓。
3.4.3.3加工中的有限元分析
Pro/E軟件主要包括Pro/E和Pro/Mechanica 2部分,以往工程人員用Pro/E進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，利用Pro/Mechanica對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，找出結(jié)構(gòu)薄弱的地方，從而加強(qiáng)局部強(qiáng)度。
我是在Pro/E環(huán)境中建立該零件的模型,然后用Pro/Mechanica和ANSYS軟件對(duì)工件尾部進(jìn)行有限元分析,通過(guò)分析找出工件尾部在加工過(guò)程中產(chǎn)生的最大位移和最大應(yīng)力及對(duì)應(yīng)的位置,為刀具尺寸和切削用量的選擇提供了可靠的依據(jù)。
分析過(guò)程：
1、指定材料為球墨鑄鐵。
2、添加約束：限制面3的六個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)尾部約束。
3、添加載荷：面2受到夾緊力作用，大小為7597牛頓；線1受反切削力的作用，大小為390牛頓。
4、劃分網(wǎng)格：網(wǎng)格的作用是將工件細(xì)化，作出若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)，分析這些測(cè)試點(diǎn)的受力位移情況。將尾部網(wǎng)格化，，作出九百多個(gè)點(diǎn)（如圖3-6），生成ANS文件，保存分析結(jié)果。
圖3-6 分析過(guò)程圖
5、數(shù)據(jù)處理：將在Pro/ E 的MECHANICA 模塊中對(duì)模型進(jìn)行前處理后生成的ANS 文件與ANSYS 軟件相連接，建立結(jié)果觀察窗口觀察尾部的受力和變形情況。選擇結(jié)果創(chuàng)建尾部的總應(yīng)力云圖（圖3-7a）和總變形云圖（圖3-7b）。
φ內(nèi)圓軸線與側(cè)面B有公差為0.10垂直度的要求，分析總變形云圖（圖3-7b）尾部翹曲0.013609，小于所要達(dá)到的垂直度要求，滿足要求。根據(jù)我所選擇的刀具尺寸及切削用量進(jìn)行加工，完全滿足要求。避免了實(shí)際加工中的問(wèn)題。
（a） 總應(yīng)力云圖
（b）總應(yīng)變?cè)茍D
圖3-7總應(yīng)力與總應(yīng)變?cè)茍D
從以上分析可看出, 利用Pro/ E軟件和ANSYS 分析軟件, 在合理建模, 正確加載與約束下, 可以有效快速地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析研究, 可對(duì)多種工況進(jìn)行快速的分析而得出結(jié)果, 以使尋找結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)下規(guī)律變化成為可能, 這是解析法等方法難以做到的, 設(shè)備的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜, 越能顯示出其優(yōu)越性。
3.5本章小結(jié)
本章主要提供了工件的兩種工藝路線并確定了最終的工藝路線。然后又對(duì)關(guān)鍵表面進(jìn)行加工方法的分析，在對(duì)工件變形問(wèn)題上進(jìn)行力的求解及有限元的分析。
第4章 加工余量的計(jì)算及夾具設(shè)計(jì)
4.1加工余量的設(shè)計(jì)
加工余量是為了保證零件規(guī)定的質(zhì)量,在加工過(guò)程中從其表面上切除的多余金屬層[15]。本工件毛坯采用精密鑄造，精度較高，為降低生產(chǎn)成本, 除了內(nèi)圓的表面粗糙度較高，須半精加工，其他表面均由一次切削加工得到，工序的加工余量即是工件的加工余量。
本工件采用誤差復(fù)映法計(jì)算加工余量，其定義是：外表面加工時(shí)，其最小加工余量（Zbmin）是被加工零件相鄰兩工步的兩個(gè)最小極限尺寸之差;其最大加工余量（Zbmax）是被加工零件相鄰兩工步的兩個(gè)最大極限尺寸之差。內(nèi)表面加工時(shí)，其最小加工余量是被加工零件相鄰兩工步的最大極限尺寸之差;其最大加工余量是被加工零件相鄰兩個(gè)工步的最小極限尺寸之差。
最小余量計(jì)算公式如下：[16]
對(duì)外表面加工 Zbmin=aamin-abmin
對(duì)外圓面加工 2Zbmin=damin-dbmin
對(duì)內(nèi)表面加工 2Zbmin=aamax-abmax
對(duì)內(nèi)孔加工 2Zbmin=damax-dbmax
式中 ZBMIN—本工序單面最小余量
2Zbmin—本工序雙面最小余量或直徑余量
aamin,damin,aamax,damax----前一工步（毛坯）最小和最大極限尺寸
abmin,dbmin,abmax,dbmax----本工步（加工后）最小和最大極限尺寸
最小余量可以從手冊(cè)中查出的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算
Zbmi=R2a+T缺a+pa+εb
回轉(zhuǎn)表面加工時(shí)的最小余量:
2 Zbmi=2[ Zbmi=R2a+T缺a+（p2a+ε2b）1/2]
式中
R2a T缺a pa—所研究表面上工步的微觀不平度，表面缺陷深度，空間偏差的向量和空間偏差;
εb—本工步的毛坯安裝誤差
最大余量的計(jì)算公式：
Zbmax=Zbmin+Ta+Tb
2Zbmax=2Zbmin+Tda+Tdb
Ta,Tda—上工序的尺寸公差，直徑公差
Tb,Tdb—本工序的尺寸公差，直徑公差
根據(jù)以上公式及查表,工件的各工序工步的余量計(jì)算表5-1
毛坯：Ⅱ級(jí)精度鑄件 材料：球墨鑄鐵 HB160—210
表4-1 各工序工步的余量計(jì)算
加工工序和工步
余量組成
計(jì)算余量
Zmin（μm)
計(jì)算尺寸(mm)
公差T
(μm)
極限尺寸
ρ
εb
Rz T缺
max
min
銑側(cè)面b
毛坯
銑削
128.8①
—
—
100
—
1029②
58.53
57.5
1600
190
60.1
57.69
58.5
57.5
800
銑側(cè)面c
毛坯
銑削
128.8
—
—
100
—
1029
6.53
5.5
1000
1000
7.5
6.00
6.5
5.00
800
銑R130弧面
毛坯
銑削
128.8
—
—
100
—
1029
128.97
130
1000
50
129.0
130.50
128.0
130.0
800
粗銑削φ內(nèi)圓面
毛坯
銑削
1000③
—
—
140
—
2*1809.7
50.35
53.40
1000
80
50.3
54.03
49.3
53.95
800
半精銑削φ內(nèi)圓面
半成尺寸銑削
1000③
—
60
1809.7
50.40
53.97
1000
80
50.35
53.47
49.3
53.97
800
銑M15的端面
毛坯
銑削
128.8
—
—
100
800
—
1029
16.03
15.00
1000
110
7.0
15.1
16.0
15.00
銑M10的 端面及R12弧面
毛坯
銑削
128.8
—
—
100
—
1029
6.03
5.00
1000
75
7.0
5.00
6.0
4.93
800
銑寬7.5的槽
毛坯
銑削
128.8
—
—
140
—
1068.8
8.58
7.5
1000
90
9.6
7.50
8.6
7.41
800
M15x1.5-6H
毛坯
鉆孔
锪孔
攻絲
—
100
—
—
128
27.9
④
—
800
—
—
—
2*1236.7
0
12.53
17.0
15.0
0
180
60
0
12.5
15.06
0
12.3
15
M10*1-6H
毛坯
鉆孔
攻絲
128.8
26.01
—
—
100
—
110
__
__
__
0
9.00⑥
10.00
0
150
50
0
9.0
10.05
0
8.9
10.00
70
鉆φ3孔
毛坯
鉆削
128.8
23.26
100
800
80
__
__
0
3
0
60
0
3
0
2.94
800
M7*1-6H
毛坯
鉆削
攻絲
128.8
26.01
—
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