YTP26A型气腿式凿岩机气缸工艺及夹具设计.doc
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1、大学本科生毕业设计(论文)第一章 前言在毕业设计的过程中,我对湘潭风动机械厂进行了参观实习,在他们那里了解到了许多关于凿岩机的相关性能与气缸的内部结构等。通过与风动机械厂员工的交流与学习,我了解了很多凿岩机的信息:湖南省湘潭风动机械厂始建于1969年,为国有中二型企业,是工程机械和环保设备的专业制造商,主要产品有凿岩机械、工业除尘设备、通风机械和精密铸造件。企业以“创一流质量,保用户满意”作为永恒的追求,牢固树立全员质量意识,1999年通过了ISO90001质量体系认证产品设计全面应用CAD/CAM计算机辅助设计和制造技术,具有较强的产品开发能力。该厂专业从事环保产品的开发、设计、制造、安装、
2、服务有二十多年的历史,是国内生产除尘设备较早的厂家之一,为中国环保机械协会首批会员,中国环保产业协会成员。现主要生产布袋式、旋风式、静电式除尘器等十个类别二百多个品种。生产的通风机械产品有离心通风机系列、锅炉引通风机系列和轴流风机系列。各类产品型号规格齐全,均已形成了系列化、规模化,产品除在国内有广阔的市场外,还远销欧美、东南亚、非洲等国家和地区。图1.1 YTP26A型气腿式凿岩机目前影响工人健康、严重污染环境的十大工业噪声源,它们是风机、空压机电机、柴油机、织机、冲床、圆锯机、球磨机、高压放空排气以及凿岩机。这些噪声源设备,普遍使用于各工业部门,产生的声级高,影响面大。我国在控制这些噪声问
3、题方面,虽已积累了相当丰富的经验但仍存在许多实际问题,尚待研究解决。风动凿岩机噪声在矿山井下高达120dBA,甚至更高,对操作工人危害很大.其噪声频谱较宽,主要呈中低频性.主要噪声源是:排气噪声;活塞撞击钎尾及钎头撞击岩石产生的撞击声;风动凿岩机零部件间的撞击、磨擦以及机件振动所产生的机械性噪声。其中排气噪声为主要成分。解决风动凿岩机噪声的途径在于,研制高效的排气消声器,并对机械性噪声采取有效的减振阻尼措施。对于多机凿岩台车,应设隔声操作室。遗憾的是,目前国内在控制凿岩机噪声方面,尚无很成功的经验。随着信号分析处理技术、声强测量技术在我国获得深入应用以及新型降噪材料和新型噪控装置的不断出现,噪
4、声源的控制水平可望进入更高的层次。解决风动凿岩机噪声的途径在于研制高效的排气消声器,并对机件性噪声采取有效的减振阻尼措施。对多机凿岩台车,应设隔声操作室。对高效排气消声的要求是:1 消声器的消声值在20dBA以上;2 体积小;3 背压低;4 不产生结冰现象;国内有不少单位在研究能满足这些要求的消声器,可惜目前尚未获得满意的结果。风动凿岩机噪声问题到今仍基本上没有得到解决,许多研究工作值得深入下去。本课题来自于实践,夹具在机械加工中具有重要的作用,它能保证加工精度,提高产品质量,减轻工人的劳动强度,保证安全,提高劳动生产率,能以优质、高效、低耗的工艺去完成零件的加工和产品的装配。而使用了分度钻的
5、好处在于, 可采用多工位加工,能使加工工序集中,从而减轻工人的劳动强度和提高生产率。使用夹具的最根本目的是获得好的经济效益。所以设计夹具也和其它技术工作一样,不仅是一个技术问题,而且是个经济问题。每当设计一套夹具之前,都要进行必要的技术经济分析,使所设计的夹具获得最佳的经济效果。第二章 YTP26A型凿岩机介绍2.1 产品的基本信息2.1.1 产品执行的标准JB/T1674 气腿式凿岩机MT/T903 煤矿用气动凿岩机通用技术条件QJ/XF02.231 YTP26型气腿式凿岩机技术条件2.1.2 产品型号的表示方法YTP26凿岩机,其中Y表示凿岩机,T表示气腿式,P表示高频,26表示机器的重量
6、。2.2 使用范围YTP26A型凿岩机供矿山采矿和巷道掘进钻凿爆破炮眼,操作机构集中,启动灵活,气水联动,使用方便,维修简易。节能高效,零件寿命长,通用率高,.可靠性好。YTP26A型凿岩机活塞的往返运动采用了双气路无阀配气,它利用活塞的筒状尾部在活塞行程中自行配气,并且有部分活塞行程利用了压缩空气的膨胀功,因而节省了压缩空气的消耗量,提高了使用的经济性。广泛使用于煤炭、冶金、铁道、交通、水利、基建和国防等石方工程中,是采掘工业的高效设备。本机与FT170型气腿配套,适用于中硬和硬岩上钻凿水平和倾斜的炮眼,亦可与环形吊架配套钻凿垂直炮眼,配置手持手把,还可作手持凿岩机使用。钻凿炮眼直径一般为3
7、646毫米,深度可达5米以上。2.3 技术参数2.3.1凿岩机质量:26.5kg长度宽度:680mm250mm气缸直径:95 mm活塞行程:50 mm气管内径:25 mm水管内径:13 mm钎尾规格:B22 mm108 mm(亦可按订货要求提供B25mm108mm的)使用气压:0.40.65Mpa使用水压:0.20.4Mpa(应低于气压)性能参数见表2.1表2.1 性能参数工作气压冲击能量冲击频率耗气量扭矩04 Mpa53J40Hz60L/s14N.m0.5 Mpa63J42 Hz75 L/s18 N.m0.63 Mpa45 Hz45 Hz85 L/s21 N.m2.3.2 气腿质量 长腿:1
8、7.5kg 短腿:14.5 kg气缸直径 67mm收缩状态总长 长腿:1690 mm 短腿:1330 mm可伸缩长度 长腿:1235 mm 短腿:900 mm2.2.3 FY200A型注油器质量 1.2 kg储油量 200ml2.4 工作原理YTP26型凿岩机活塞的往返运动采用了双气路无阀配气,它利用活塞的筒状尾部在活塞行程中自行配气,并且有部分活塞行程利用了压缩空气的膨胀功,因而节省了压缩空气的消耗量,提高了使用的经济性。第三章 气缸机械加工工艺规程设计采用机械加工的方法,改变毛坯的形状、尺寸、相互位置关系和表面质量,使其成为可完成某种使用要求的零件的过程,称为机械加工工艺过程。机械加工工艺
9、规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。机械加工工艺规程是指导生产活动的重要文件。设计零件的机械加工工艺规程应按如下步骤和内容1)根据零件图和产品装备图,对零件进行工艺分析;2)计算零件的生产纲领,确定生产类型;3)确定毛坯的种类和制造方法;4)确定毛坯的尺寸和公差;5)拟定工艺路线;6)确定个工序的加工余量,计算工序尺寸及公差;7)选择个工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备;8)确定各工序的切削用量和时间定额;9)编制工艺文件。3.1 零件的工艺分析3.1.1 了解凿岩机气缸的用途设计工艺规程时,首先应分析零件图以及该零件所在部件或总成的装备图,掌握该零件在部件或总成中
10、的位置、功用以及部件或总成对该零件提出的技术要求,明确零件的主要工作表面,以便在拟定工艺规程时采取措施施予以保证。YTP26A型凿岩机供矿山采矿和巷道掘进钻凿爆破炮眼,广泛适用于煤炭、冶金、铁道、交通、水利、基建和国防等石方工程中,是采掘工业的高效设备。3.1.2 分析零件的技术要求对零件的技术要求进行分析,应包括如下内容:1)掌握零件的结构形状、材料、硬度及热处理等情况,了解该零件的主要工艺特点,形成工艺规程设计的总体构想。该凿岩机气缸的材料是由铸钢组成,它的主要工作表面包括大孔内腔,横孔内壁以及左右断面。2)分析零件上有哪些表面需要加工,以及各加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗
11、糙度及热处理等方面的技术要求;明确哪些表面是只要加工表面,以便在选择表面光加工方法及拟定工艺路线时重点考虑;对全部技术要求应进行归纳整理。凿岩机气缸主要加工表面包括大孔内壁、横孔内壁、左右端面以及排气槽等,这些表面的加工精度要求很高,需要经过粗加工、精加工以及磨削加工等工序。3.1.3 审查零件的结构工艺性1)审查零件图样上的视图、尺寸公差和技术要求是否正确、统一、完整。图3.1 气缸零件简图2)审查零件的结构工艺性,是否有利于机械加工、装配、热处理及毛坯制造等方面。如发现有不合理之处应及时提出,并同有关人员商讨图样修改方案。3.2 确定零件的生产类型3.2.1 生产类型的定义与确定的方法零件
12、的生产类型是指企业(或车间、工段、班组、工地等)生产专业化程度的分类,它对工艺规程的制定具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型,不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。零件的年生产纲领N可按下式计算:N=Qm(1+a%)(1+b%)式中 N零件的生产纲领(件/年); Q产品的年产量(台、辆/年); m每台(辆)产品中该零件的数量(件/台、辆); a%备品率,一般取2%4%; b%废品率,一般取0.3%0.7
13、%。根据上式课计算求得零件的年生产纲领,再通过查表,就能够确定该零件的生产类型。3.2.2 生产类型以及生产纲领的确定1、生产类型的确定零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类.它对工艺规程的制定具有决定性的影响.机械制造业的生产类型一般可分为大量生产,成批成产和单件生产.其中成批生产又可以分为:大批生产,中批生产和小批生产.显然生产量越大,生产专业化程度应该越高.按重型机械,中型机械和轻型机械的年产量有如下表格表3.1 生产纲领与生产类型关系生产类型零件的年生产纲领/件/年重型机械中型机械轻型机械单件生产520100小批生产5-10020-200100-500中批生产100-300200-
14、500500-5000大批生产300-1000500-50005000-50000大量生产1000500050000零件的生产类型是由零件的年生产纲领和产品特征来确定的,根据本人的任务书可知,YTP26A型凿岩机气缸零件的年产量为1万件,每台YTP26A机器中有1个这样的零件,结合生产实际:备品率a和废品率b分别取值3%和0.5%,所以由上面所列式可知:N=100001(1+3%)(1+0.5%)=10351.5又根据下表该机械属于重型机械,重量为26Kg,所以通过查表可知该零件属于轻型零件,所以该零件生产类型为大批生产。表3.2 不同机械产品的零件质量型别表机械产品类型加工零件的质量/kg重
15、型零件中型零件轻型零件电子工业机械30430501550200010020001003.3 确定毛坯的种类和制造方法零件的材料在产品设计时已经确定,在制定零件机械加工工艺规程时,毛坯的选择主要是选定毛坯的制造方法。3.3.1 确定毛坯的种类机械加工中毛坯种类很多,如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等,同一种毛坯又可能有不同的制造方法。最常用的毛坯是铸件和锻件,下面就对两种毛坯进行简要的介绍。1、铸件毛坯形状复杂的毛坯宜用铸件。用于铸造的材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、铸钢、有色金属合金等。目前,多数铸件采用砂型铸造,少数优质铸件采用特种铸造。砂型铸造中,木模手工造型生产
16、率低,铸件精度低、加工余量大、适用于单件小批生产;金属模机器造型生产率较高、铸件精度高、表面质量与机械性能均好,适用于大批大量生产。所以根据该零件的生产类型以及它的表面加工精度要求不是很高,所以该零件选择砂型铸造,用的材料是铸钢,因为该气缸需要承受在工作过程中比较大的压强压力。2、锻件毛坯当零件承受重载荷、冲击载荷或交变载荷时,其毛坯宜选用锻件,因为锻件的强度与冲击韧度较高。锻件的材料主要是各种碳钢与合金钢。锻造方法有自由锻、模锻与胎膜锻和精密锻造等几种。其中,自由锻生产率低、锻造精度低、表面质量差、加工余量小、可锻制较复杂的锻件,但成本较高,适用于成批大量生产中小型锻件;胎膜锻介于自由锻与模
17、锻之间,适用于中小批生产小型锻件。3.3.2 毛坯制造方法考虑因素提高毛坯制造质量,可以减少机械加工劳动量,降低机械加工成本,但往往会增加毛坯的制造成本。一般地,选择毛坯的制造方法应考虑以下几个因素。1、材料的工艺性能材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。例如,铸铁、铸造青铜等脆性材料不能锻造与冲压,由于可焊性很差,也不宜用焊接方法制造组合毛坯,而只能铸造。低碳钢的铸造性能差,很少用于铸造;但由于可锻性均好,低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件、挤压件及组合毛坯等。2、毛坯的尺寸、形状和精度要求毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料;直
18、径相差较大的宜采用锻件。尺寸很大的毛坯,通常不宜采用模锻或压铸、特种铸造方法制造,而宜采用自由锻造或砂型铸造。形状复杂的毛坯不宜采用型材或自由锻件,可采用锻件、模锻件、冲压件或组合毛坯。3、零件的生产纲领选择的毛坯制造方法,只有与零件的生产纲领相适应,才能获得最佳的经济效益。生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法,如木模砂型铸造及自由锻造。4、采用新材料、新工艺、新技术的可能性确定了毛坯的制造方法后,就可以查表求得毛坯的尺寸和公差。5、生产批量此零件为大批量生产,宜采用精度和生产率高的毛坯制造方法,以减少材料消耗和机械加工工作量。该凿岩机气缸零件的毛坯采用熔模铸造。所谓熔模铸造工艺,
19、简单说就是用易熔材料制成可熔性模型,在其上涂覆若干层特制的耐火涂料,经过干燥和硬化形成一个整体型壳后,再用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型,然后把型壳置于砂箱中,在其四周填充干砂造型,最后将铸型放入焙烧炉中经过高温焙烧(如采用高强度型壳时,可不必造型而将脱模后的型壳直接焙烧),铸型或型壳经焙烧后,于其中浇注熔融金属而得到铸件。综上所述,该气缸零件的材料选用ZG20CrMo,毛坯采用熔模铸造。用蜡模,在蜡模外制成整体的耐火质薄壳铸型。加热熔掉蜡模后,用重力浇注。压型制造费用高,工序繁多,生产率较低。手工操作时,劳动条件差。铸件表面粗糙度Ra为12.51.6um,结晶较粗。应用范围为各种生产批量,以碳钢
20、、合金钢为主的各种合金和难于加工的高熔点合金复杂零件。零件重量和轮廓尺寸不能过大,一般铸件重量小于10kg,用于刀具,刀杆,叶片,风动工具,自行车零件,机床零件等。气缸属风动工具一类。3.4 拟定工艺路线工艺路线的拟定包括:定位基准的选择;各表面加工方法的确定;加工阶段的划分;工序集中程度的确定;工艺顺序的安排。3.4.1 选择定位基准拟定工艺路线的第一步是选择定位基准。为使所选的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行,通常应考虑如何选择精基准来加工表面,然后考虑如何选择粗基准把座位精基准的表面先加工出来。1、精基准的选择原则选择精基准时应重点考虑如何减少工件的定位误差,保证加工精度,并使
21、夹具结构简单,工件装夹方便。因此,选择精基准一般应遵循下列原则:(1)基准重合原则 应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准,也就是说应尽量使定位基准与设计基准相重合。这样可避免由于基准不重合而产生的定位误差。(2)基准统一原则 若工件以某一组表面作为精基准定位,可以比较方便地加工大多数其他表面,则应尽早地把这一组基准表面加工出来,并达到一定精度,在后续工序均以其作为精基准加工其他表面。这称之为基准统一原则。采用基准统一原则可以避免基准转换所产生的误差;可以减少夹具数量和简化夹具设计;可以减少装夹次数,便于工序集中,简化工艺过程,提高生产率。(3)互为基准原则 对于某些位置精度要求很高的表面,
22、常采用互为基准反复加工的方法来保证其位置精度,这就是互为基准原则。(4)自为基准原则 有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀,在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准,这就是自为基准原则。(5)便于装夹原则 应选定位可靠、装夹方便的表面作基准。所选的精基准应该是精度较高、表面粗糙度较小、支承面积较大的表面。所以根据以上原则考虑,以及凿岩机气缸的加工情况、加工条件的限制,所以选择N面,也就是远离横孔的端面为精基准,因为这边远离横孔,便于装夹,并且也符合其他的一些精基准选择原则,所以选择N面为精基准。下面如图所示,就是N面所在的位置以及它最后要加工出的精度。图3.2 精基准N面所在的位置2、粗
23、基准选择原则选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准,以便为后续工序提供精基准。粗基准的选择对保证加工余量的均匀分配和加工面与非加工面(作为粗基准的非加工面)得位置关系具有重要影响。因此,在选择粗基准时,一般应遵循下列原则:(1)保证相互位置要求原则 对于同时具有加工表面与不加工表面的工件,为了保证不加工表面与加工表面相互位置要求较高的表面作粗基准。如果零件上有多个不加工表面,则应以其中与加工表面相互位置要求较高的表面作粗基准。(2)保证加工表面加工余量合理分配的原则 如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时,应选择该表面的毛坯面作为粗基准。(3)便于工件装夹原则 选择粗基准应使定
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