回轉體零件的加工工藝與夾具設計

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畢業(yè)設計（論文） 題 目： 回轉體的加工工藝與夾具設計 專業(yè)班級： 機械制造及自動化自考班 姓 名： 學 號： 指導教師： 助學單位： 摘要 本課題是對現(xiàn)有成套的角鐵類車床夾具設計進行分析，以便能夠解決這一類夾具的設計問題。分別用CAD和SOLIDWORKS畫出本套夾具的平面圖和三維圖。 為了解決角鐵類夾具的設計問題，本課題主要通過三類車床夾具進行分析。分別是，殼體零件鏜孔車端面夾具，鏜脫落蝸桿支架孔車床夾具，橫拉桿接頭內(nèi)孔車夾具，以及所給零件的工藝分析，計算、編寫各工件加工工藝；各工件的定位分析（自由度）；夾具夾緊力的分析與計算；各夾具的三維零件設計、三維裝配；夾具三維仿真等。 本課題根據(jù)車床夾具的特點，針對具體的回轉體工件進行一系列的設計。 關鍵詞： 回轉體 車床 夾具 仿真 Workpieces , and its angle iron of the rotary lathe fixture 3D design and simulation Abstract This topic is the analysis and appraisal of existing sets of angle iron class lathe fixture design,In order to be able to solve the problems of this type of fixture design.Fixture in this set of floor plans and 3D CAD and SOLIDWORKS draw. In order to solve the problem of angle iron fixture design,The main subject of three types of lathe fixture.They are,Shell parts boring car end fixture,Boring off the worm bracket hole lathe fixture,Tie rod connector hole car fixture,As well as to parts of the process,Calculated to write each workpiece processing ; workpiece positioning (DOF) , the fixture positioning error calculation ; analysis and calculation of the fixture clamping force ; 3D part design of the fixture , three-dimensional assembly ; fixtures dimensional simulation ; fixture drawings generation. The subject according to the characteristics of the lathe fixture,A series of design for a specific rotary workpiece. Keywords: rotary lathe fixture simulation 主要符號表 主 要 符 號 表 背吃刀量 每轉進給量 修正系數(shù) 安全系數(shù) 扭矩 切削力 工件與壓板間的圓周方向摩擦因數(shù)。 工件與V型塊間的圓周方向摩擦因數(shù)。 工件與壓板間的軸向摩擦因數(shù)。 工件與V型塊間的軸向摩擦因數(shù)。 d 內(nèi)孔直徑 D 外圓直徑 摩擦因數(shù) F 夾緊力(N) F 作用力(N) L 作用力臂(mm) d 螺桿直徑 α 螺紋升角 螺紋處摩擦角. 螺桿端部與工件間的摩擦角. 螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑 目錄 目 錄 摘要 I Abstract II 主 要 符 號 表 III 1 緒論 1 1.1課題意義和背景及其夾具的發(fā)展趨勢 1 1.2國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展狀況 1 1.2.1現(xiàn)代機床夾具的新要求 2 1.2.2現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 2 1.3夾具的作用及意義 3 1.3.1夾具的研究意義 3 1.3.2夾具的作用 3 1.4本課題研究的難點和重點 3 1.4.1研究難點 3 1.4.2研究重點 4 1.4.3研究目的 4 2 鏜脫落蝸桿支架孔車床夾具 5 2.1零件的設計 5 2.1.1零件圖的繪制 5 2.1.2零件加工工藝過程 5 2.1.3本工序工序 7 2.1.4加工要求 7 2.1.5工序參數(shù) 7 2.2零件定位設計 7 2.2.1基準的選擇 7 2.2.2定位元件設計 8 2.2.3定位誤差分析 9 2.3夾緊機構設計 9 2.3.1夾緊方式 9 2.3.2所需夾緊力的計算 9 2.3.3驗算夾緊力 10 2.4其它元件設計 11 2.4.1夾具體 11 2.5夾具的仿真 12 3 橫拉桿接頭內(nèi)孔車夾具設計 13 3.1零件的設計 13 3.1.1零件圖的繪制 13 3.1.2零件加工工藝過程 13 3.1.3本工序工序卡 13 3.1.4加工要求 14 3.1.5使用參數(shù) 14 3.2零件定位設計 14 3.2.1基準的選擇 14 3.2.2定位元件設計 15 3.2.3定位誤差分析 15 3.3夾緊機構設計 15 3.3.1 夾緊方式 15 3.3.2所需夾緊力的計算 16 3.3.3驗算夾緊力 16 3.4其它元件設計 17 3.4.1夾具體 17 3.4.2配重塊 17 3.5夾具的仿真 18 4 殼體零件鏜孔車端面夾具設計 19 4.1零件的設計 19 4.1.1零件圖的繪制 19 4.1.2零件加工工藝過程、 19 4.1.3本工序工序卡 20 4.1.4加工要求 20 4.1.5使用參數(shù) 20 4.2零件的定位設計 21 4.2.1基準的選擇 21 4.2.2定位元件設計 22 4.2.3定位誤差分析 22 4.3夾緊機構設計 22 4.3.1夾緊方式 22 4.3.2所需夾緊力的計算 23 4.3.3驗算夾緊力 23 4.4其它元件設計 24 4.4.1夾具體 24 4.4.2配重塊 24 4.5夾具 25 5結論 26 參考文獻 27 致謝 28 附錄 29 外文資料及譯文 30 1 前言 1 前言 1.1課題意義和背景及其夾具的發(fā)展趨勢 夾具最早出現(xiàn)在1787年，至今經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。第一階段表現(xiàn)為夾具與人的結合。在工業(yè)發(fā)展初期。機械制造的精度較低，機械產(chǎn)品工件的制造質量主要依賴勞動者個人的經(jīng)驗和手藝，而夾具僅僅作為加工工藝過程中的一種輔助工具；第二階段是隨著機床、汽車、飛機等制造業(yè)的發(fā)展，夾具的門類才逐步發(fā)展齊全。夾具的定位、夾緊、導向（或對刀）元件的結構也日趨完善，逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的主要工藝裝備之一；第三階段，即近代由于世界科學技術的進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具在系統(tǒng)中占據(jù)相當重要的地位。這一階段的主要特征表現(xiàn)為夾具與機床的緊密結合。 在機械制造工業(yè)中，為了達到保證產(chǎn)品質量，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)條件提高勞動生產(chǎn)率及降低勞動成本的目的，在工藝過程中，除機床等設備外，還大量使用著各種工藝裝備。它包括：夾具、模具、刀具、輔助工具及測量工具等。因此，廣義的說，夾具是一種保證產(chǎn)品質量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。不同的夾具，其結構形式、工作情況、設計原則都不同。但就其數(shù)量和在生產(chǎn)中所占的地位來說，應以“機床夾具”為首。 所謂機床夾具，就是機床上所使用的一種輔助設備，用它來準確的確定工件與刀具的準確位置，即將工件的定位及加緊，以完成加工所需的相對運動。所以機床夾具是用以使工件和夾緊的機床附加裝置[1]-[2]。 夾具的形式很多，可以按照不同的特點進行分類，現(xiàn)主要按以下類型來進行分類：a.通用夾具b.專用夾具c.可調夾具d.組合夾具e.自動線夾具[3-[4] 夾具是能夠使產(chǎn)品按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝置，它的主要用于保證產(chǎn)品的加工質量、減輕勞動強度、輔助產(chǎn)品檢測、展示、運輸?shù)?。保證穩(wěn)定可靠地達到各項加工精度要求，縮短加工工時，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，可由較低等級的工人進行加工，能擴大機床工藝范圍。應用機床夾具，有利于保證機床的加工精度、穩(wěn)定產(chǎn)品質量；有利于提高勞動生產(chǎn)率和降低成本；有利于改善工人勞動條件，保證安全生產(chǎn)。 1.2國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展狀況 我國國內(nèi)的夾具始于20世紀60年代，當時建立了面向機械行業(yè)的天津組合夾具廠，和面向航空工業(yè)的保定向陽機械廠，以后又建立了數(shù)個生產(chǎn)組合夾具元件的工廠。在當時曾達到全國年產(chǎn)組合夾具元件800萬件的水平[7]。20世紀80年代以后，兩廠又各自獨立開發(fā)了適合NC機床、加工中心的孔系組合夾具系統(tǒng)，不僅滿足了我國國內(nèi)的需求，還出口到美國等國家。當前我國每年尚 5 需進口不少NC機床、加工中心，而由國外配套孔系夾具，價格非常昂貴，現(xiàn)大都由國內(nèi)配套，節(jié)約了大量外匯。[5]-[6]從國際上看俄國、德國和美國是組合夾具的主要生產(chǎn)國[8]。當前國際上的夾具企業(yè)均為中小企業(yè)，專用夾具、可調整夾具主要接受本地區(qū)和國內(nèi)訂貨，而通用性強的組合夾具已逐步成熟為國際貿(mào)易中的一個品種。有關夾具和組合夾具的產(chǎn)值和貿(mào)易額尚缺乏統(tǒng)計資料，但歐美市場上一套用于加工中心的央具，而組合夾具的大型基礎件尤其昂貴。由于我國在組合夾具技術上有歷史的積累和性能價格比的優(yōu)勢，隨著我國加入WTO和制造業(yè)全球一體化的趨勢，特別是電子商務的日益發(fā)展，其中蘊藏著很大的商機，具有進一步擴大出口良好前景。 1.2.1現(xiàn)代機床夾具的新要求 國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右[9]?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3~4年就要更新50~80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10~20％左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（fms）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本；能裝夾一組具有相似性特征的工件；能適用于精密加工的高精度機床夾具；能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具；采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率；提高機床夾具的標準化程度[10]-[11]。 a.能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本； b.能裝夾一組具有相似性特征的工件； c.能適用于精密加工的高精度機床夾具； d.能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具； e.采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率； f.提高機床夾具的標準化程度。 1.2.2現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。 標準化機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：gb/t2148~t2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標準等[12]。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。 b.高效化高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率[13]。 c.精密化隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達0.1；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm[14]。 d.柔性化機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結構為可拆結構，發(fā)展可調夾具結構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向[15]。 1.3夾具的作用及意義 1.3.1夾具的研究意義 a.縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，降低加工成本。 b.保證加工精度穩(wěn)定加工質量。 c.降低對工人的技術要求，減輕工人的勞動強度，保證安全生產(chǎn)。 d.擴大機床的工藝范圍，實行一機多能。 1.3.2夾具的作用 a.縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率； b.可靠穩(wěn)定定位，提高了加工精度的穩(wěn)定性，便于實現(xiàn)工藝過程自動化； c.擴大機床使用范圍； e.降低對工人技術等級要求和減輕工a人勞動強度。 1.4本課題研究的難點和重點 1.4.1研究難點 a所給零件的工藝分析，計算、編寫各工件加工工藝； b各工件的定位分析（自由度）、夾具的定位誤差計算；夾具夾緊力的分析與計算； c各夾具的三維零件設計、三維裝配； d重點夾具三維仿真； e重點夾具工程圖生成； 1.4.2研究重點 分別用CAD和SOLIDWORKS畫出本套夾具的平面圖和三維圖。 1.4.3研究目的 通過介紹3種回轉體類零件夾具的設計，用以研究出回轉體類夾具設計的通用方法，解決這一類夾具的設計問 2 鏜脫落蝸桿支架孔車床夾具 2 鏜脫落蝸桿支架孔車床夾具 2.1零件的設計 2.1.1零件圖的繪制 脫落蝸桿支架零件圖如圖2.1所示。其中A圖為三維圖，B圖為二維簡圖。 A三維圖 B二維簡圖 圖2.1脫落蝸桿支架零件圖 2.1.2零件加工工藝過程 擬定工藝路線的出發(fā)點，應當是使兩件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用夾具，并盡量使工序集中，或采用數(shù)控機床、加工中心等提高生產(chǎn)率。 第一種工藝加工工藝過程如表2.1所示。 32 表2.1 第一種工藝加工工藝過程 工序 內(nèi)容 設備 1 鑄造 2 脫模，達到粗糙度要求 3 粗銑左端面，留加工余量0.5 銑床 4 精銑左端面 銑床 5 粗銑右端面，留加工余量0.5 銑床 6 精銑右端面 銑床 7 粗銑凸臺，留加工余量0.5 銑床 8 精銑凸臺 銑床 9 粗鏜孔，留加工余量0.5 車床 10 精鏜孔 車床 11 粗車前端面，留加工余量0.5 車床 12 精車前端面 車床 13 檢驗 14 入庫 第二種加工工藝過程如表2.2所示。 表2.2 第二種工藝加工工藝過程 工序 內(nèi)容 設備 1 鑄造 2 脫模，達到粗糙度要求 3 粗銑左端面，留加工余量0.5 銑床 4 精銑左端面 銑床 5 粗銑右端面，留加工余量0.5 銑床 6 精銑右端面 銑床 7 粗銑凸臺，留加工余量0.5 銑床 8 精銑凸臺 銑床 9 粗車前端面，留加工余量0.5 車床 10 精車前端面 車床 11 粗鏜孔，留加工余量0.5 車床 12 精鏜孔 車床 13 檢驗 14 入庫 加工工藝過程遵循先面后孔的原則，比較兩個工序過程可以發(fā)現(xiàn)，鑄造脫模銑端面都一樣，但在車床上裝夾后，第一個工藝過程是先孔后面，根據(jù)加工工藝遵循的先面后孔的原則，選擇第二個工藝過程比較合適。 2.1.3本工序工序 機械加工工序卡如表2.3所示。 表2.3 工序卡 序號 工序名稱 內(nèi)容 設備 1 粗車 粗車前端面，按照圖紙要求進行加工，留有0.5的加工余量 車床 2 精車 精車前端面，按照圖紙要求進行加工，達到加工尺寸公差要求。粗糙度等都達到要求。 車床 3 粗鏜 粗鏜孔，按照圖紙要求進行加工，留有0.5的加工余量 車床 4 精鏜 精鏜孔，按照圖紙要求進行加工，達到加工尺寸公差要求，粗糙度等都達到要求。 車床 2.1.4加工要求 加工中以大小外圓、端面和凸臺外形為定位基準，利用車床進行加工，加工過程中首先粗車，留有0.5的加工余量，然后進行精車，達到尺寸公差要求，并且行為公差中的平行度、平面度均應達到了圖紙要求。粗糙度達到了精車的要求。之后粗鏜，留有0.5加工余量，在精鏜，達到尺寸公差要求，并且行為公差中的平行度、平面度均應達到了圖紙要求。粗糙度達到了精車的要求。 2.1.5工序參數(shù) a設備：車床 b刀具：硬質合金焊接刀具 c加工余量：粗車為0.5，粗鏜為0.5 d切削用量：1mm e生產(chǎn)類型：機加工 2.2零件定位設計 2.2.1基準的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理是加工質質量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批量報廢，使生產(chǎn)無法正常運行。 1）.粗基準的選擇。如果必須首先保證工件某重要表面的余量均勻，就應該選擇該表面作為粗基準面。如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面之間的位置要求，則應以不加工表面作為粗基準面，如果工件上有好幾個不需要加工的表面，則應以其中與加工表面的位置精度要求比較高的表面為粗基面，以求壁厚均勻、外形對稱等。若零件上每個表面都要加工，則英愛以加工余量最小的表面最為粗基準面，使這個表面在以后的加工中不會留下毛坯表面而造成廢品。應該用毛坯制造中尺寸的位置比較可靠、平整光潔的表面作為粗基面。 2）.精基準的選擇。應盡可能選用設計基準作為定位基準，這稱為基準重合原則。特別在最后精加工時，為保證精度，更應該注意到這個原則。這樣可以避免以基準不重合而引起的定位誤差。應盡可能選用統(tǒng)一的定位基準面加工各表面，以保證各表面間的位置精度，稱為統(tǒng)一原則。還要遵循互為基準原則，反復加工原則。有些精加工工序要求加工余量小而均勻，以保證加工質量的提高生產(chǎn)率，這是就以加工面本身作為精基面，稱為自為基準原則。 脫落蝸桿支架零件三維圖如圖2.3所示。 圖2.3脫落蝸桿支架零件 根據(jù)粗基準選擇的原則和精基準選擇的原則，工件以35外圓、端面和65外圓及凸臺外形為基準。 2.2.2定位元件設計 任一剛體在空間都有六個自由度，即x、y、z三個坐標軸的移動自由度x、y、z，以及繞此三個坐標的轉動自由度。要使它在機床上（或夾具中）完全定位，就必須限制它在空間的六個自由。 夾具定位分析三維圖如圖2.4所示。 圖2.4定位元件三維圖 工件在V型架，定位塊，及兩個支撐釘上定位。工件的六個自由度都被約束，工件達到完全定位。X軸方向，V型塊約束了移動自由度和轉動自由度，Y方向上，支撐釘約束了移動自由度，定位銷和V型塊共同約束了轉動自由度。Z方向上，V型塊約束了移動自由度和轉動自由度。 2.2.3定位誤差分析 （1）定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為支撐釘和V型塊，該定位元件的尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時與其相配定位元件的尺寸與公差相同。 （2）零件圖樣規(guī)定:既最大側隙能滿足零件的精度要求。 （3）鏜內(nèi)孔是定位元件所引起的位置誤差。 2.3夾緊機構設計 2.3.1夾緊方式 本設計采用螺旋夾緊機構，即由螺桿等元件組成的夾緊機構 2.3.2所需夾緊力的計算 切削力及夾緊力計算 加工為在車床上鏜孔車端面 刀具：硬質合金焊接刀具 d=Φ80mm 所以 式中 --背吃刀量 --每轉進給量 --修正系數(shù) 工件在V型架，定位塊，及支撐釘上定位，查表可得實際所需夾緊力的公式為： 防止工件轉動： 防止工件移動： 式中 --安全系數(shù) --扭矩 --切削力 --工件與壓板間的圓周方向摩擦因數(shù)。 --工件與V型塊間的圓周方向摩擦因數(shù)。 --工件與壓板間的軸向摩擦因數(shù)。 --工件與V型塊間的軸向摩擦因數(shù)。 查表經(jīng)計算，所需夾緊力為524 如上所述，本設計采用螺旋夾緊機構，即由螺桿等元件組成的夾緊機構。 2.3.3驗算夾緊力 根據(jù)夾緊狀態(tài)下螺桿的受力情況和力矩平衡條件 FL= F= 式中 F——夾緊力(N) F——作用力(N) L——作用力臂(mm) d——螺桿直徑 α——螺紋升角 ——螺紋處摩擦角. ——螺桿端部與工件間的摩擦角. ——螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑(mm) 所以有F== ==3075.73N 顯然 F=3075.73N>524N=F 故本夾具可安全工作。 2.4其它元件設計 2.4.1夾具體 夾具體三維圖如圖2.5所示。 圖2.5夾具體 2.4.1夾具工作精度分析 工件以35外圓、端面和65外圓及凸臺外形為基準。工件在V型架，定位塊，及兩個支撐釘上定位。工件的六個自由度都被約束，工件達到完全定位。X軸方向，V型塊約束了移動自由度和轉動自由度，Y方向上，支撐釘約束了移動自由度，定位銷和V型塊共同約束了轉動自由度。Z方向上，V型塊約束了移動自由度和轉動自由度。擰緊螺釘，夾緊或松開工件。 證明該夾具能穩(wěn)定可靠地保證工件的加工技術要求，且結構簡單、操作方便，所以該夾具設計是可行的。 2.5夾具的仿真 利用模型復現(xiàn)實際系統(tǒng)中發(fā)生的本質過程，并通過對系統(tǒng)模型的實驗來研究存在的或設計中的系統(tǒng)，又稱模擬。這里所指的模型包括物理的和數(shù)學的，靜態(tài)的和動態(tài)的，連續(xù)的和離散的各種模型。所指的系統(tǒng)也很廣泛,包括電氣、機械、化工、水力、熱力等系統(tǒng),也包括社會、經(jīng)濟、生態(tài)、管理等系統(tǒng)。當所研究的系統(tǒng)造價昂貴、實驗的危險性大或需要很長的時間才能了解系統(tǒng)參數(shù)變化所引起的后果時，仿真是一種特別有效的研究手段。仿真的重要工具是計算機。仿真與數(shù)值計算、求解方法的區(qū)別在于它首先是一種實驗技術。仿真的過程包括建立仿真模型和進行仿真實驗兩個主要步驟。 3 橫拉桿接頭內(nèi)孔車夾具設計 3 橫拉桿接頭內(nèi)孔車夾具設計 3.1零件的設計 3.1.1零件圖的繪制 橫拉桿接頭零件圖如圖3.1所示。其中A圖為三維圖，B圖為二維簡圖。 A三維圖 B二維簡圖 圖3.1 橫拉桿接頭零件圖 3.1.2零件加工工藝過程 橫拉桿接頭零件加工工藝過程如表3.1所示。 表3.1 橫拉桿接頭零件加工工藝過程 工序 內(nèi)容 設備 1 脫模，到達工件粗糙度要求 2 粗車前端面，留加工余量0.5 車床 3 精車前端面 車床 4 粗鏜孔，留加工余量0.5 車床 5 精鏜孔 車床 6 攻內(nèi)螺紋 車床 7 檢驗 8 入庫 3.1.3本工序工序卡 本工序加工的工序卡如表3.2所示。 表3.2機械加工工藝卡 序號 工序名稱 內(nèi)容 設備 1 粗車 粗車前端面，按照圖紙要求進行加工，留有0.5的加工余量 車床 2 精車 精車前端面，按照圖紙要求進行加工，達到加工尺寸公差要求。粗糙度等都達到要求。 車床 3 粗鏜 粗鏜內(nèi)孔，按照圖紙要求進行加工，留有0.5的加工余量 車床 4 精鏜 精鏜孔，按照圖紙要求進行加工，達到加工尺寸公差要求，粗糙度等都達到要求。 車床 5 鉗 攻內(nèi)螺紋 車床 3.1.4加工要求 加工中以內(nèi)孔。端面和外圓為基準，利用車床進行加工，加工過程中首先粗車，然后進行精車，達到尺寸公差要求，并且行為公差中的平面度均應達到了圖紙要求。粗糙度達到了精銑的要求。之后粗鏜、精鏜，達到尺寸公差要求，并且行為公差中的平面度均應達到了圖紙要求。粗糙度達到了精銑的要求。最后功內(nèi)螺紋。 3.1.5使用參數(shù) （1）設備：普通車床 （2）刀具：車端面鏜孔用硬質合金焊接刀具 攻絲用絲錐 （3）加工余量：粗車為0.5 粗鏜為0.5 （4）切削用量：1mm （5）生產(chǎn)類型：機加工 3.2零件定位設計 3.2.1基準的選擇 橫拉桿接頭零件如圖3.2所示。 圖3.2橫拉桿接頭零件 根據(jù)粗基準選擇的原則和精基準選擇的原則，工件以內(nèi)孔、端面和外圓為基準。 3.2.2定位元件設計 定位元件分析三維圖如圖3.3所示。 圖3.3定位元件三維圖 工件以內(nèi)孔、端面和外圓在定位銷、夾爪上定位。工件六個空間自由度都被約束，達到完全定位。定位銷限制了除Z方向上轉動自由度以外的其他全部自由度，夾爪限制了Z方向的上的轉動自由度。 3.2.3定位誤差分析 （1）定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為壓板，該定位元件的尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時與其相配定位元件的尺寸與公差相同。 （2）零件圖樣規(guī)定:既最大側隙能滿足零件的精度要求。 （3）鏜內(nèi)孔是定位元件所引起的位置誤差。 3.3夾緊機構設計 3.3.1 夾緊方式 本設計采用螺旋夾緊機構，即由螺桿等元件組成的夾緊機構 3.3.2所需夾緊力的計算 切削力及夾緊力計算 加工為在車床上鏜孔 刀具：硬質合金焊接刀具 所以 式中 --背吃刀量 --每轉進給量 工件內(nèi)孔定位，端面夾緊工件，查表可得實際所需夾緊力的公式為： 式中 d--內(nèi)孔直徑 D--外圓直徑 --摩擦因數(shù) 查表經(jīng)計算，所需夾緊力為736 如上所述，本設計采用螺旋夾緊機構，即由螺桿、螺母、墊圈、壓板等元件組成的夾緊機構。 3.3.3驗算夾緊力 根據(jù)夾緊狀態(tài)下螺桿的受力情況和力矩平衡條件 FL= F= 式中 F——夾緊力(N) F——作用力(N) L——作用力臂(mm) d——螺桿直徑 α——螺紋升角 ——螺紋處摩擦角. ——螺桿端部與工件間的摩擦角. ——螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑(mm) 所以有F== ==2037.4N 顯然 F=2037.4N>736N=F 故本夾具可安全工作。 3.4其它元件設計 3.4.1夾具體 夾具體三維圖如圖3.6所示 圖3.6夾具體三維圖 3.4.2配重塊 配重塊三維圖如圖3.6所示 圖3.6配重塊三維圖 3.4.3夾具工作精度分析 工件以內(nèi)孔、端面和外圓在定位銷、夾爪上定位。工件六個空間自由度都被約束，達到完全定位。定位銷限制了除Z方向上轉動自由度以外的其他全部自由度，夾爪限制了Z方向的上的轉動自由度。擰緊螺母，夾緊或松開工件。證明該夾具能穩(wěn)定可靠地保證工件的加工技術要求，且結構簡單、操作方便，所以該夾具設計是可行的。 3.5夾具的仿真 4 殼體零件鏜孔車端面夾具設計 4 殼體零件鏜孔車端面夾具設計 4.1零件的設計 4.1.1零件圖的繪制 殼體零件圖如圖4.1所示。其中A圖為三維圖，B圖為二維簡圖。 A三維圖 B二維簡圖 圖4.1 殼體零件零件圖 4.1.2零件加工工藝過程、 擬定工藝路線的出發(fā)點，應當是使兩件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用夾具，并盡量使工序集中，或采用數(shù)控機床、加工中心等提高生產(chǎn)率。 殼體零件加工工藝過程如表4-1所示。 表4.1 殼體零件加工工藝過程 工序 內(nèi)容 設備 1 脫模，達到粗糙度要求 2 粗車前端面，留有加工余量單邊0.5 車床 3 精車前端面，達到尺寸要求，并且達到粗糙度要求 車床 4 粗鏜前端面的孔,留有加工余量雙邊0.6 車床 5 精鏜前端面的孔，到達尺寸要求，并且達到粗糙度要求 車床 6 檢驗 7 入庫 4.1.3本工序工序卡 本工序工序卡如圖4.2所示。 圖4.2工序卡 序號 工序名稱 內(nèi)容 設備 1 粗車 粗車前端面，按照圖紙要求進行加工，其中以底面為基準，留有0.6的加工余量 車床 2 精車 精車前端面，按照圖紙要求進行加工，達到尺寸要求，并且達到粗糙度要求 車床 3 粗鏜 粗鏜前端面孔，按照圖紙要求進行加工，其中以底面為基準，留有0.6的加工余量 車床 4 精鏜 粗鏜前端面孔，按照圖紙要求進行加工，達到尺寸要求，并且達到粗糙度要求 車床 4.1.4加工要求 加工中以底面和兩側面為基準，利用車床進行加工，加工過程中首先粗鏜，按照圖紙要求進行加工，雙邊留有0.6的加工余量，最后精鏜，按照圖紙要求進行加工，達到尺寸要求，并且達到粗糙度要求。 4.1.5使用參數(shù) a設備：車床 b刀具：車床刀具 c加工余量：分別為 d切削用量：1mm e生產(chǎn)類型：機加工 4.2零件的定位設計 4.2.1基準的選擇 由零件可知，工件以平面和兩孔進行定位；夾緊時，轉動螺母，帶動鉤形壓板下行，壓緊與工作面平行的工件前端后表面，從而將工件夾緊并保持夾緊力平衡。如圖4.3所示。 圖4.3殼體零件 基面選擇是工藝規(guī)程設計的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理是加工質質量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批量報廢，使生產(chǎn)無法正常運行。 1）.粗基準的選擇。如果必須首先保證工件某重要表面的余量均勻，就應該選擇該表面作為粗基準面。如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面之間的位置要求，則應以不加工表面作為粗基準面，如果工件上有好幾個不需要加工的表面，則應以其中與加工表面的位置精度要求比較高的表面為粗基面，以求壁厚均勻、外形對稱等。若零件上每個表面都要加工，則英愛以加工余量最小的表面最為粗基準面，使這個表面在以后的加工中不會留下毛坯表面而造成廢品。應該用毛坯制造中尺寸的位置比較可靠、平整光潔的表面作為粗基面。 2）.精基準的選擇。應盡可能選用設計基準作為定位基準，這稱為基準重合原則。特別在最后精加工時，為保證精度，更應該注意到這個原則。這樣可以避免以基準不重合而引起的定位誤差。應盡可能選用統(tǒng)一的定位基準面加工各表面，以保證各表面間的位置精度，稱為統(tǒng)一原則。還要遵循互為基準原則，反復加工原則。有些精加工工序要求加工余量小而均勻，以保證加工質量的提高生產(chǎn)率，這是就以加工面本身作為精基面，稱為自為基準原則。 選取底面作為基準。 4.2.2定位元件設計 任一剛體在空間都有六個自由度，即x、y、z三個坐標軸的移動自由度x、y、z，以及繞此三個坐標的轉動自由度。要使它在機床上（或夾具中）完全定位，就必須限制它在空間的六個自由。 定位元件分析三維圖如圖4.4所示。 圖4.4定位元件三維圖 工件以底平面及兩通孔定位。X軸方向，兩個定位銷約束了移動自由度和轉動自由度，Y軸方向，兩個定位銷約束了移動自由度和轉動自由度，Z軸方向，定位銷約束了轉動自由度，工作臺限制了移動自由度。 4.2.3定位誤差分析 （1）定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為鍥型壓板，該定位元件的尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時與其相配定位元件的尺寸與公差相同。 （2）零件圖樣規(guī)定:既最大側隙能滿足零件的精度要求。 （3）鏜端面孔是定位元件所引起的位置誤差。 4.3夾緊機構設計 4.3.1夾緊方式 本設計采用螺旋夾緊機構，即由螺桿等元件組成的夾緊機構 4.3.2所需夾緊力的計算 切削力及夾緊力計算 加工為在車床上鏜孔 刀具：硬質合金焊接刀具 所以 式中 --背吃刀量 --每轉進給量 工件多面同時受力，查表可得實際所需夾緊力的公式為： 查表經(jīng)計算，所需夾緊力為423.6 如上所述，本設計采用螺旋夾緊機構，即由螺桿、螺母、墊圈、壓板等元件組成的夾緊機構。 4.3.3驗算夾緊力 根據(jù)夾緊狀態(tài)下螺桿的受力情況和力矩平衡條件 FL= F= 式中 F——夾緊力(N) F——作用力(N) L——作用力臂(mm) d——螺桿直徑 α——螺紋升角 ——螺紋處摩擦角. ——螺桿端部與工件間的摩擦角. ——螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑(mm) 所以有F== ==3231.32N 顯然 F=3231.32N>423.6N=F 故本夾具可安全工作。 4.4其它元件設計 4.4.1夾具體 4.4.2配重塊 4.4.3夾具工作精度分析 工件以底平面及兩通孔定位。X軸方向，兩個定位銷約束了移動自由度和轉動自由度，Y軸方向，兩個定位銷約束了移動自由度和轉動自由度，Z軸方向，定位銷約束了轉動自由度，工作臺限制了移動自由度。擰緊兩個螺母，夾緊或者松開工件。證明該夾具能穩(wěn)定可靠地保證工件的加工技術要求，且結構簡單、操作方便，所以該夾具設計是可行的。 5結論 通過此次設計工作，根據(jù)自身的理解和查閱相關書籍和資料，從本課題介紹的三類回轉體工件夾具的設計中總結出這一類夾具該如何設計?，F(xiàn)總結出設計步驟如下： 首先研究原始資料，然后明確設計要求和生產(chǎn)條件，了解生產(chǎn)批量和對夾具的需用情況;零件圖及工序圖——了解工件情況、工序要求和加工狀態(tài)；零件的工藝規(guī)程——了解所用機床、刀具等的情況；夾具制造能力——了解夾具制造車間的生產(chǎn)條件和技術現(xiàn)狀;典型夾具結構及標準——同類型產(chǎn)品的夾具結構、有關夾具標準。 其次，也是最終的一部分，確定夾具的結構方案（總體方案）主要包括： （1）確定工件的定位方案，設計定位裝置。根據(jù)六點定位原理，確定工件的定位方式，選擇和設計定位元件，計算定位誤差。（2）確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置。確定夾緊力、夾緊機構及動力裝置。（3）確定其它元件或裝置的結構形式。定位鍵、分度裝置、連接元件等。（4）協(xié)調各裝置、元件的布局，確定夾具在機床上的安裝方式以及夾具體的結構型式。 最后，繪制夾具裝配圖及夾具零件圖。 按照國家制圖標準繪制，應清楚表達出夾具的結構及各裝置、元件之間的位置關系。主視圖應取操作者實際工作時的位置。具體方法和步驟如下：（1）在裝配圖上，工件看作透明體，用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面及加工表面繪制在各個視圖的合適位置上。（2）依次繪出定位元件或裝置、夾緊元件或裝置、其它元件、夾具體及連接元件。（3）標注必要的尺寸、公差和技術要求。（4）編制夾具明細表及標題欄。繪制夾具零件圖。畫出夾具中非標零件圖，并按夾具裝配圖的要求確定零件的尺寸、公差及技術要求。 參考文獻 參考文獻 [1] 朱耀祥，融亦鳴.柔性夾具與計算機輔助夾具設計技術的進展.制造技術與機床， 2000年第8期 [2] 宋冬芳.組合夾具CAD技術的研究進展。應用研究。太原科技2004年10月第5期。 [3] 崔鳳奎.Solid Works機械設計.北京:機械工業(yè)出版社，2004，3. 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[15] 王光斗，王春福.機床夾具設計手冊.第三版.上海:上海科學技術出版社，2005，1 致謝 致謝 經(jīng)過近三個多月的學習，最終完成了畢業(yè)論文。在這次畢業(yè)論文過程中，首先要感謝導師宋東亞老師，正因為他的關心、指導和教誨，我們最終才能出色的完成設計工作。宋東亞老師追求真理、獻身科學、嚴以律己、寬已待人的崇高品質對學生將是永遠的鞭策。 作者在攻讀學士學位期間的工作自始至終都是在宋東亞老師全面、具體的指導下進行的。宋東亞老師淵博的學識、敏銳的思維、民主而嚴謹?shù)淖黠L，使學生收益匪淺，終生難忘。 感謝宋東亞老師在課題研究中所給予的幫助。。 感謝我的學友和朋友們對我的關心和幫助。 附錄 附錄一 夾具體三維圖如圖所示 圖 夾具體三維圖 附錄二 夾具的仿真 附錄三 配重塊三維圖如圖所示 圖3配重塊三維圖 外文資料及譯文 Fixturefirst appeared in 1787,it has experiencedthree stages of development.The firststage wascombined with the fixtureand man.In the initial stage ofindustrialdevelopment.Precisionmachinery manufacturing,lowmanufacturingquality of mechanical products,the workpieceis mainly dependent on theindividualexperience andskills,andfixturejustas an auxiliary toolin the process;secondstage iswith the development of the machine tools,automobiles,aircraftmanufacturing,fixturecategorygraduallydevelopmentcomplete.The fixture positioning,clamping,guide(or tool)element structurehas gradually improved,gradually become one of themain processequipment system;the third stage,the modernworldisdue to the rapid improvementof science and technology,social productivity,fixturein the systemas theimportant positionoccupied.The mainfeature of this stageiscloselycombined with the fixtureandmachine tool. In mechanical manufacturing industry,in order to ensurethe quality of the products,improve working conditions,improve thelabor and production conditionsand improve labor productivityandreduce laborcosts,in the process,in addition tomachine tools and other equipment,but also extensive use of thevarious processes and equipment.It includes:fixture,mold,tool,auxiliarytools and measuringtools etc..Therefore,broadly speaking,the fixtureis a guarantee ofaprocess equipmentproduct qualityand to facilitateandaccelerate theprocess of.Different fixtures,its structure,workingprinciple,design ofdifferent.But thequantityand the proportion ofthe position in the production,should be based on"fixture"led. The so-calledmachine fixture,an auxiliaryequipmentisused on themachine tool,use it todetermine theaccurate positionof workpiece and cutter,andstepped uptothe workpiecepositioning,in order to complete therelative motionprocessingrequired.So themachine tool fixtureis used to makemachine tools