非标自动化设计必备理念及技巧2019
第一章設計﹑加工理念
1 板件類零件規格及力學參數(標准庫中可直接調用參數化設計)
板材長﹑寬尺寸以100mm為起始基數﹐以100mm為遞增單位.
板材厚度尺寸以10mm為起始基數﹐以5mm為遞增單位.
基本板材加工精度及加工費用見表(1-1-1)
表(1-1-1)
板材件結構受力分析
當平板四周鉸接﹐受均布壓力時﹐如附(圖1-1-1)。其最大變形量f = C1 F b4 / E h3當平板四周鉸接﹐中部受壓力時﹐如附(圖Array 1-1-2)。其最大變形量f = C2 F b2 / E h3
f ﹕最大形變量 (mm)
C1﹑C2﹕平板系數值附(表1-1-2)
F ﹕外部施加力 (N) E : 彈性模量 (N/ mm 2
)
見附(表1-1-3) (表1-1-2)
h ﹕ 平板厚度 (mm) a ﹑ b ﹕ 平板長﹑寬 (mm)
(表1-1-3)
(圖1-1-1) (圖1-1-2) 2 孔類設計規范
孔的形式及尺寸規范﹐如附(圖1-2-1)及附(表1-2-1)。(標准庫中可以參數化調用)
(圖1-2-1)
(表1-2-1)
注解﹕
(1) 表(1-2-1)中各尺寸是對鋁制工件和鑄鐵件而言。
(2) 對鋼制工件作以下說明﹕
(2-1) 除﹑M3對應表中H
1=3mm外﹐其余為表中H
1
-4。
(2-2) 除﹑M3對應表中H
2=4mm外﹐其余為表中H
2
-5。
(2-3) 除﹑M3對應表中H
3=6mm外﹐其余為表中H
3
-5。
(3) 設計中所選板材厚度接近H
1
時﹐如無特殊要求則均按通孔處理。
(4) 如無特別原因﹐同一板件上孔規格盡可能一致,并規范為M6。
(5) 在不影響安裝及性能情況下﹐不得使用沉孔。
孔的位置規范﹐如附(圖1-2-2)。(標准庫中可以參數化調用)
(圖1-2-2)
注解﹕
(1)圖(1-2-2)孔位相對工件邊踞E= d+(5-10)。其中﹕d為連接螺栓的公稱直徑。
例﹕如選用M6的螺栓則d=6 mm
(2) 如無特別情況d=6 mm﹐E=15 mm。
(3) 孔間距F尺寸首先應遵循力學特性及功用來確定。如無特別要求則以100mm為遞增單位。
(4) 一般精度用孔的孔間距誤差±
3 螺栓力學參數及規格選用
螺栓力學參數
使用螺栓等級為級。
常見單個螺栓保証載荷(不發生永久變形的最大載荷)﹐見附表(1-3-1)。
表(1-3-1)
常見單個螺栓擰緊力矩(防止發生橫向滑動時扳手力矩)﹐見附表(1-3-2)
表(1-3-2)
螺栓規格選用
在無特別情況和要求前提下﹐各零﹑部件相互如采用螺栓連接﹐須首先選用M6的圓柱頭內六角螺栓。
螺栓數量應參照表(1-3-1)及表(1-3-2)的力學參數及設計結構性來確定。
4 零件加工等級
一般加工件精度選擇
對于配合公差要求很小﹐形狀精度要求很高的﹐配合性質比較穩定的應采用IT5級精度。
例如﹕精密機械及高速機械的軸頸﹐高精度分度盤軸頸﹐精密絲杠基准軸頸等
對于配合表面有較高均勻性﹐保証使用可靠并有相當高的配合性質的應采用IT6級精度。
例如﹕高精度配合的滾動軸承相關件的孔和軸﹐聯軸器﹑帶輪的孔徑﹐絲杠支撐軸頸等應用條件與IT6級相類似﹐但精度要求可略低的情況下應采用IT7級精度。
(表1-4-1) (表1-4-2) 鑄造件精度選擇
采用木模的鑄造件﹐用于非配合尺寸及不包括在尺寸鏈中的尺寸應采用IT15級精度,基本尺寸不大于16 mm時﹐公差取IT12基本尺寸在16~~25 mm時﹐公差取IT13,見附(表1-4-3)焊接件精度選擇
對于一般選用尺寸偏差選B級4mm/2m(1)﹐形位公差(直線度﹑平面度﹑平行度)采用F級2m 精度
各種常規加工所能達到的公差等級﹐見附(表1-4-1)。
優先配合選用, 見附(表1-4-2),優先采用基孔制﹐見附(表1-4-3)
注﹕導柱類如無特別情況規范為直徑為5的倍數設計﹐便于互換
(表1-4-3)
5 熱處理及零件表面處理規范
常見熱處理工藝及典型零件﹐見附(表1-5-1)
(表1-5-1)
熱處理技朮要求在圖紙上的表示方法
對于局部熱處理的工件﹐應用細點划線注明熱處理范圍﹐見附(圖1-5-1)
(圖1-5-1)
在技朮要求中明確熱處理的硬度值﹐HRC值波動單位為5﹐HB值波動單位為30~40.
必要時應標注硬化層深度指標及硬度檢測位置﹐見附(圖1-5-1)
(表1-5-2)
常見表面處理的種類及適用范圍﹐見附(表1-5-3)
常見表面處理的種類及適用范圍
(表1-5-3)
合作廠家部分熱處理及表面處理的收費標准見附(表1-1-1)。圖紙中關于熱處理名稱遵循上表名稱。
6 常用材料名稱﹑牌號的統一……………
金屬材料名稱﹑性能對照﹐見附(表1-6-1)…………..
(表1-6-1)
非金屬材料名稱﹑性能對照﹐見附(表1-6-2) (表1-6-3)…………
(表1-6-2)
(表1-6-3)
(圖1-7-1)
7 零件錐度﹑倒角﹑倒圓及T 形槽類規范
常件典型零件的錐度與錐角的規范﹐見附(表1-7-1)
(表1-7-1)
關于零件倒角﹑倒圓的規范﹐見附(圖1-7-1)。如設計過程中有特殊情況除外。
T形槽及螺母規范
T形槽圖面規范見附(圖1-7-2)及(表1-7-2)
(圖1-7-2)
(表1-7-2)
T形槽用螺母圖面規范﹐見附(圖1-7-3)及(表1-7-3),標准庫中有3D檔。
(圖1-7-3) (表1-7-3)
8 同步帶及同步帶輪系列選用(標准庫中可以調用)
材質選擇﹕如無特殊要求﹐同步帶輪選表面處理為本色陽極氧化處理的鋁合金材質﹐同步帶
選聚氨酯皮帶。
同步帶輪軸孔形狀﹕如無特別要求﹐同步帶輪軸孔形狀選鍵槽螺紋形式。
同步帶規格﹕如無特別要求﹐同步帶規格確定為公制高扭矩的S5M和S8M兩種規格
A B C H E F G d S K間距P偏差101782010.61M815640557030~~1000.3 14241025 1.50.6 1.5M122286080100100~2500.5
T形槽間距P偏差
T形槽及螺栓尺寸參數
注﹕如無特別情況﹐工作台面T形槽僅限該表內規格
T形槽間距P
螺栓頭部參數
T形槽尺寸參數
D B H1H f r
注﹕如無特別情況﹐工作台面T形槽用螺母僅限該表內規格
T形槽螺
母寬度A
A
公稱尺寸基本尺寸偏差值基本尺寸
T形槽用螺母尺寸參數
基本尺寸基本尺寸最大尺寸最大尺寸
10
14
M810
-0.3
-0.5
15612 1.50.3
M1214
-0.3
-0.5
22816 2.50.4
9 機加工對結構設計規范的要求﹐見附(表1-9-1)﹑ (表1-9-2)
(表1-9-1)
(表1-9-2)
設計人員在結構設計中應充分考慮零件加工的工藝性﹑結構設計的合理性﹐盡量減少加工輔助裝夾次數﹐并應符合設計基准與加工基准吻合的原則﹐同時兼顧加工精度對加工成本的影響。
10 潤滑
潤滑劑的種類和作用和性能
潤滑劑的種類分兩大類
1)潤滑脂﹕鋰皂基潤滑脂﹑尿素基潤滑脂。2)潤滑油﹕滑動面潤滑油﹑透平潤滑油。
潤滑劑的作用和性能
1)潤滑劑的性能﹕油膜強度高﹑摩擦小﹑耐磨損性高﹑熱穩定性強以及出色的耐腐蝕性和防鏽性。
2)潤滑劑的作用﹕可減少運動部分的摩擦﹑降低磨損﹔緩和滾動面表面應力﹐延長工件使用壽命﹔在工件表面形成防鏽膜。
潤滑劑選用的基本原則
1)高速運動件﹕應選用運動阻力小﹐發熱少的潤滑脂潤滑。
2)易發生微動磨損的運動件﹕應選用易形成油膜且具有良好耐微動磨損的潤滑脂。
3)有機床冷卻液飛濺的場合﹕應選用油膜強度大﹐不易被冷卻液乳化﹑流失﹐防鏽性能好的礦物油或合成油﹐耐水性好的潤滑脂。
適合我部門的潤滑方式
1)利用給脂槍手動定期給油潤滑
2)使用給油泵通過給油管集中強制給油
11焊接設計工藝性
11.1金屬常用焊接方法及應用﹐見附(表1-11-1)
(表1-11-1)
11.2焊接結構件未注尺寸偏差與形位公差﹐見附(表1-11-2)
(表1-11-2)
焊接筋板倒角型式及尺寸規范﹐見附(表1-11-3)
(表1-11-3)
鑄鐵的可焊接性
鑄鐵的焊接﹐主要用于修補鑄件缺陷(如氣孔﹑縮孔﹑砂眼﹑裂紋等)和損壞的鑄鐵零件。要求焊后變形小﹑不脆裂﹑不產生白口化﹑易于加工﹐同時補焊處無裂紋及氣孔。
鑄鐵焊接的特點﹕
1) 由于它的脆性大﹐焊接時不均勻加熱和冷卻都能促使鑄鐵白口化和產生裂紋﹔ 2) 熔化后的鑄鐵冷卻時﹐焊縫容易出現氣孔﹔ 3) 鑄鐵僅適合平焊。
12 鑄件設計的工藝性和結構要素
倒角形式倒角尺寸/mm
a
l 或r
>10~30>5~74050
>7~12
>30
筋板厚度<10<525
12.1灰鑄鐵的特性及應用﹐見附(表1-12-1)
(表1-12-1)
12.2鑄鐵件外壁﹑內壁與筋的厚度﹐見附(表1-12-2)
(表1-12-2)
12.3鑄造公差﹐見附(表1-12-3)
(表1-12-3)
鑄件表面上的粘砂﹑夾砂﹑飛邊﹑毛刺﹑澆冒口和氧化皮等應清理干淨。不允許有影響鑄件性能的裂紋﹑冷隔﹑縮孔﹑夾渣﹑穿透性氣孔等。圖面技朮條件可由供需雙方商定﹐并注明。
如有必要應注明驗收方式(磁粉探傷﹑超聲波檢驗﹑射線檢驗等)﹐供方應提供權利機構出據的檢驗報告書。
12.4鑄件設計的一般注意事項﹐見附(表1-12-4)
注意事項不合理的設計改進后的設計
1.應簡化模型設計。在滿
足使用要求的前提下﹐應
盡可能縮小輪廓尺寸﹐這
樣既可以降低制造工作兩
和造型費用﹐又可以使結
構更加緊湊。
2.易于造型及合理確定分
型面。結構設計應便于拔
模﹐防止出現造型困難的
死角(內凹)﹐減少分型面
的數量。
3.增強砂型強度。為便于
造型﹐可更改法蘭位置﹐
適當加厚法蘭厚度。對于
凸台應防止出現掉砂。
4.壁厚應盡可能均勻﹐避
免局部積聚和厚度突變﹐
否則容易形成縮孔﹑縮松
和裂紋等缺陷。交叉區域
應逐漸過渡﹐過渡圓過大
也會產生缺陷。另外合理
布置筋板位置和其厚度也
很重要。筋厚
SR=(0.6~0.8)S,
r=(1/3~1/4)Sr
結構設計中應使分型面安
置在加工面或加工面邊緣
上。平行布置的加工面﹐
應盡可能安放在一個平面
上
(表1-12-4)
在鑄件結構設計中必須針對不同的鑄造材料性能﹐鑄造的方法考慮合理的結構。對于結構中壁厚的設計也充分考慮結構整體受力情況和鑄造熱應力的對鑄件的影響﹐同筋板的設計一樣應防止肉厚帶來的鑄造缺陷的產生。除此之外還必須考慮結構對造型的影響﹐盡可能減少分型面和型芯﹐減少凸台數量防止掉砂等問題的出現。
13加工方法及表面粗糙度
不同加工方法可能達到的表面粗糙度﹐見附(表1-13-1)
(表1-13-1)
表面粗糙度的選用舉例﹐見附(表1-13-2)
(表1-13-2)
14 關于夾緊和定位 夾緊和定位的概念
定位﹕在金屬切削機床上進行加工時﹐為了保証工序精度的要求﹐在加工方法確定之后﹐必須正確裝夾工件﹐使其相對機床切削成形運動和刀具占有正確的加工位置﹐這個過程為工件的定位。 夾緊﹕為了不因為外力作用而破壞工件已定的位置﹐使其在加工過程中穩定不變﹐在加工前必須對工件施加一定的加緊力﹐該過程為夾緊。
裝夾﹕工件在機床上或夾具中定位與夾緊的過程。
夾具的分類﹐見附(圖1-14-1)
R ａ值不大于 ／ｕｍ
表面狀況
加工方法
應用舉例
25﹑5０明顯可見的刀痕
粗車﹑鏜﹑刨﹑鑽粗加工表面﹐焊接前的焊縫﹐粗鑽孔壁12.5可見刀痕粗車﹑刨﹑銑﹑鑽
非結合表面﹐如軸端面﹑倒角﹑齒輪及帶輪側面
6.3可件加工痕跡
車﹑鏜﹑刨﹑鑽﹑銑﹑銼﹑磨﹑粗鉸﹑銑齒
不重要零件的非配合面﹐如支柱﹑支架﹑外殼﹑襯套﹑軸﹑蓋的
端面。緊固件自由表面﹐內﹑外花鍵的非定心表面。3.2微見加工痕跡
車﹑鏜﹑刨﹑銑﹑銼﹑磨﹑
銑齒﹑刮１~~２點／cm2
和其他工件連接不形成配合的表面﹐如箱體﹑外殼﹑端蓋等零件
的端面﹐有定心及配合特性的支撐面如定心的軸肩﹐鍵和鍵槽的
工作表面﹐需要滾花或氧化處理的表面
1.6看不清加工痕跡
車﹑鏜﹑刨﹑銑﹑鉸﹑拉﹑磨﹑滾壓﹑刮１~~２點／cm 2
安裝直徑超過８０mm 的Ｇ級軸承的外殼孔﹐普通精度齒輪的齒面﹐定位銷孔﹐Ｖ帶輪表面﹐軸承的定中心凸軸肩表面等。
0.8可辨加工痕跡方向車﹑鏜﹑立銑﹑拉﹑磨﹑滾壓﹑刮３~~１０點／cm 2
要求保証定心及配合特性的表面﹐如錐銷和圓柱銷表面﹐與Ｇ級
滾動軸承配合的軸頸和外殼孔﹐中速轉動的軸頸﹐過盈配合ＩＴ
７級的孔（Ｈ７）﹐間隙配合ＩＴ８～ＩＴ９級孔（Ｈ８﹑Ｈ９）
0.4微辯加工痕跡方向
鉸﹑鏜﹑拉﹑磨﹑滾壓﹑刮３~~１０點／cm 2
要求長期保持配合性質穩定的配合表面﹐ＩＴ７級的軸﹑孔配合表面﹐精度較高的輪齒表面﹐與直徑小于８０mm 的Ｅ／Ｄ級軸
承配合的軸頸表面﹐與橡膠密封件接觸的軸表面等
0.2不可辯加工痕跡方向布輪磨﹑磨﹑研磨﹑超級加工
工作時受變應力作用的重要零件的表面﹐量具等0.1暗光澤面液壓傳動的孔表面﹐汽缸套的內表面﹐閥的工作面﹐量具等0.05亮光澤面保証高度氣密性的表面﹐如活塞和柱塞套和汽缸內表面﹐量具等
0.025鏡壯光澤面高壓柱塞泵中柱塞和柱塞套的配合表面﹐量具等等0.012
霧壯鏡面
儀器的測量表面和配合表面﹐塊規工作面等
超級加工
(圖1-14-1)
機床夾具組成﹐見附(圖1-14-2)
(圖1-14-2) ( 圖1-14-3)注﹕1)常見其他裝置如上下料裝置﹑頂出裝置等都是
2)定位﹑夾緊裝置直接與工件有關﹐設計時必須掌握與工件形狀﹑尺寸﹑技朮要求有關
的資料。
3)在設計對刀導向裝置時﹐應考慮加工所有刀具的類型﹑結構和尺寸。
4)應依據機床工作台或主軸的結構形式和尺寸來確定夾具的安裝位置。
工件定位的基本原理
六點定位原理
任何形狀的工件在夾具中未定位前﹐都可以看成為在空間直角坐標系中的自由物體﹐它可以沿X﹑Y﹑Z軸作移動和繞X﹑Y﹑Z軸作轉動﹐見附(圖1-14-3)。這被稱為工件的
六自由度。而對工件的定位就是根據加工要求來限制其自由度。
定位的分類
1)完全定位﹕完全限制了工件的六個自由度﹐當工件3個坐標方向都有加工位置尺寸
要求時﹐工件必須采用完全定位。
2)不完全定位﹕如果被加工表面只在兩個坐標方向甚至一個坐標方向有加工位置尺寸
要求時。夾具中所布置的定位支承點就可以少于六點﹐也能保証加工要求。
3)過定位﹕工件的一個或几個自由度被兩個定位元件重復限制的定位。一般不允許出現。
4)欠定位﹕既根據加工要求應限制的自由度而未被限制﹐以致使工件定位的實際支承點
數目少于理論應限制的自由度數﹐工件的正確位置無法保証。
定位基面選擇原則
定位副的構成﹐見附(圖1-14-4)
(圖1-14-4)
當工件是回轉表面(圓柱面﹑圓錐面﹑球面等)與夾具的定位元件接觸時﹐工件的回轉面就是定位基面﹐其軸線就是定位基准。對應定位芯軸的圓柱面就是限位基面﹐其心軸為限位基准。
定位基准與限位基准應重合﹐而定位基面與限位基面應接觸。
對定位元件的基本要求
工件在夾具中定位時﹐一般并不是把工件的定位基面直接與夾具體接觸﹐通常是放在定位元件上。對定位元件有如下要求﹕
1) 限位基面有足夠的精度﹐以適應加工要求。
2) 有足夠的強度和剛度﹐防止使用中變形和損壞。
3) 耐磨性好﹐防止應磨損而降低使用精度。限位基面應有足夠硬度(58~~64HRC)。
4) 工藝性要好﹐便于制造﹑裝配及維修和調試。
5) 限位基面應便于清除切屑。