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摘要
根據第六屆全國工程能力大賽"s"型無碳小車的命題要求，設計了將重力勢能轉化為動能的無碳小車，并使用轉向機構達到自主繞樁的效果。該轉向機構為曲柄搖桿機構，為實現不同樁距可調，在曲柄上設有不同孔距的螺紋孔，通過對加工工藝的分析，制作一種專用夾具，輔助CAM進行編程，并通過數控銑床加工，最終滿足曲柄的加工精度和使用要求。
關鍵詞：專用夾具； CAM編程； 加工工藝；
abstract
According to the proposition requirements of "s" type carbon free car in the sixth national engineering capacity competition, a carbon free car is designed to convert the gravitational potential energy into kinetic energy, and the steering mechanism is used to achieve the effect of self winding pile. The steering mechanism is a crank rocker mechanism. In order to realize the adjustable distance between piles, the crank is equipped with threaded holes with different distance between holes. Through the analysis of the processing technology, a special fixture is made to assist the CAM programming, and through the CNC milling machine processing, the processing accuracy and use requirements of the crank are finally met.
Keywords: special fixture; CAM programming; processing technology;
目錄
1 小車曲柄結構設計-----------------------------------------------------------------1
2 小車曲柄加工--------------------------------------------------------------------2
2.1 加工工藝分析------------------------------------------------------------------3
2.2 毛坯選擇分析------------------------------------------------------------------4
2.3 加工方法確定------------------------------------------------------------------5
2.4 定位基準的分析-----------------------------------------------------------------6
2.5 制作工藝卡------------------------------------------------------------------7
2.6 夾具設計------------------------------------------------------------------8
2.7 零件加工------------------------------------------------------------------9
3 結論----------------------------------------------------------------------10
文內圖表
圖1 曲柄
圖2 零件尺寸
圖3 工藝卡
圖5 部分加工程序
圖6 加工實物
圖4 定位方式
參考文獻----------------------------------------------------------------------11
1 小車曲柄結構設計
小車通過曲柄連桿機構實現轉向，由于小車需要適應不同樁距的賽道，故小車的轉向機構需要具有可調性，以保證小車軌跡可調。通過在曲柄上設計不同孔距的螺紋孔，從而改變曲柄連桿機構中曲柄的長度，以實現小車所繞S型軌跡的周期調整。曲柄設計如圖1所示。
圖1 曲柄
2 小車曲柄加工
2.1 加工工藝分析
該零件為無碳小車的重要轉向傳動部件，與曲柄齒輪相連，通過曲柄齒輪與繞線軸上齒輪的配合轉動產生轉向力矩，同時螺紋孔與曲柄幾何中心的位置尺寸需嚴格保證，以保證小車所繞軌跡周期長度的準確性。通過分析零件結構，其主要由φ38mm、φ8mm、φ6mm的圓柱面和M3螺紋孔組成，其中φ6mm和φ38mm的圓柱面加工尺寸為關鍵尺寸，因而對其形位公差和表面粗糙度要求較高。因此在工藝分析上應以這些尺寸為加工主線，其他為次要加工面。
2.2 毛坯選擇分析
在機械制造中毛坯一般分為鑄件、鍛件、型材、焊接件等。型材主要有板材、棒材、線材等。常用截面形狀有圓形、方形、六角形和特殊截面形狀。冷拉型材尺寸較小，精度較高，主要用于毛坯精度要求較高的中小型零件。所加工的零件接近圓柱，所需精度較高，所以選擇棒狀型材。
在材料的選擇上，選擇2A12T4鋁材，2A12T4暴露在空氣中時可以在表面迅速形成致密的氧化膜，因為氧化膜的包裹，阻止了內部的鋁繼續與氧氣接觸，防止了繼續鋁的繼續氧化，所以這種材料據有了優異的耐腐性蝕和耐磨性。
在毛坯的外形尺寸選擇上，因為零件的設計尺寸，最大的外圓尺寸為Φ60,所以毛坯選用Φ65鋁棒。
圖2 零件尺寸
2.3 加工方法確定
該零件柱面較多且加工主線均為圓柱面，尺寸精度要求高，因此應先采用先粗車再精車的加工方法加工各端面及圓柱面，如圖2所示。再通過立式加工中心銑削外形、鉆螺紋底孔并去重。最后對零件進行攻絲及去毛刺，從而完成零件加工。
2.4 定位基準的分析
定位基準的選擇合理與否決定零件質量的好壞，對能否保證零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及對零件各表面間的加工順序安排都有很大影響，當用夾具安裝工件時，定位基準的選擇還會影響到夾具結構的復雜程度。在車削工序時采用前后頂尖定位。當進行銑削加工的時候，以φ38mm圓柱面端面為定位基準面。
2.5 制作工藝卡
根據加工方法確定、定位基準分析制作曲柄加工工藝卡，如圖3所示。
圖3 工藝卡
2.6 夾具設計
圖5 部分加工程序
車削加工選用通用夾具三爪卡盤，在銑削工序時，其主要工步為對其φ50mm圓柱面及環形去重孔進行外形銑削并鉆各螺紋底孔，而φ38mm及φ6mm圓柱面考慮到裝夾深度和直徑都不宜作為裝夾面直接裝夾于三爪卡盤上，因此特設計專用夾具如圖4所示。外輪廓與去重加工采用一面兩銷的定位方式，其中"一面"為φ38mm圓柱面端面，"兩銷"為圓周孔兩對稱孔。裝夾方式如圖4所示。
圖6 加工實物
圖4 定位方式
2.7 零件加工
零件在銑削工序時，其外形較為復雜且精度較高，因而宜采用CAM軟件進行自動編程。機床采用FANUC系統，編制零件的部分程序如圖5所示。
基于以上程序加工出的零件如圖6所示。
3 結論
通過對曲柄毛坯選擇分析、加工工藝的分析，加工方法的確定，定位基準的分析，制定出了合理的工藝規程，并對其中某一工序進行了結構合理緊湊的夾具設計，編制出相應的數控加工程序，最終加工出了合格的零件，其工藝可為其他相關零件作為參考。
參考文獻
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