基于SolidWorks的焊鉗X-M型靜臂的工藝工裝優(yōu)化設(shè)計-鉆6-φ14.5光孔【三維SW】【8張cad圖紙+文檔全套資料】

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The important content of this thesis includes: design background and purpose, research status at home and abroad, research methods, the advantage of using the SolidWorks 3 D design software, some characteristics of the resistance spot welding electrode holder, electrode holder quiet arm parts of process planning, through the modeling design of assembly parts assembly, explosion diagram is generated, and the finite element analysis, on the basis of the 3D drawing output 2D engineering drawing, Key words Resistance point electrode holder、SolidWorks modeling、finite element analysis、Process planning、Special fixture 目錄 第一章 緒論 1 1.1設(shè)計的背景與目的 1 1.2國內(nèi)外的研究狀況和已有的研究成果 1 1.3課題的研究方法、構(gòu)成和研究方法 2 1.4選用Solidworks三維制圖軟件的優(yōu)勢 3 第二章 XM型焊鉗靜臂的加工工藝規(guī)程的制定 4 2.1 XM焊鉗靜臂的工藝分析 4 2.1.1 XM焊鉗靜臂的用途 4 2.1.2 XM焊鉗靜臂的技術(shù)要求 4 2.1.3 審查XM焊鉗靜臂的工藝性 5 2.1.4 確定XM焊鉗靜臂的生產(chǎn)類型 7 2.2 確定毛坯，繪制毛坯簡圖 7 2.2.1 零件的材料分析 7 2.2.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 7 2.3 擬定XM焊鉗靜臂的工藝路線 7 2.3.1 定位基準的選擇 7 2.3.2 各表面的加工方案的確定 9 2.3.3 加工階段的劃分和先后順序的安排 9 2.3.4 工序的集中與分散 9 2.3.5 工序的安排 9 2.3.6 機床設(shè)備及工藝裝備的選用 11 2.3.7確定工藝路線 11 2.4 加工余量、工序尺寸和公差的確定 11 2.4.1加工余量的概念、分類及選用原則 11 2.4.2工序10——鉆底座上6個φ14.5光孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定 13 2.5 切削用量與時間定額的計算 13 2.5.1 切削用量的計算 14 2.5.2 時間定額的計算 14 第三章 使用Solidworks繪制零件的三維模型 16 第四章 專用夾具的設(shè)計 19 4.1 夾具設(shè)計的基礎(chǔ)知識 19 4.2 專用夾具設(shè)計方案的確定 19 4.2.1 夾具設(shè)計任務(wù) 19 4.2.2 確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 19 4.2.3 夾具裝配體三維圖，裝配體二維圖 23 4.2.4夾具裝配圖上標注尺寸、配合及技術(shù)要求 23 4.2.5 其他說明 25 第五章 零件的有限元分析 28 5.1 為零件添加夾具 28 5.2 為零件添加載荷 28 5.3 選擇零件的材料 28 5.4 對模型進行運行模擬 28 5.5 顯示并分析最大應(yīng)力 29 5.6 顯示并分析最大位移 31 第六章 結(jié)論 32 致謝 33 參考文獻 34 附錄 35 第一章 緒論 1.1設(shè)計的背景與目的 隨著我國汽車品種的不斷增加，對焊接裝置的要求越來越高，點焊鉗是懸掛式點焊機的重要組成部分，如何提高點焊鉗的性能、增加品種，以適應(yīng)各種車型、各個工位的焊接需要，是焊機設(shè)計人員不可忽視的問題。 本次課題是在給定XM型電阻點焊鉗靜臂部件圖紙的基礎(chǔ)上，利用Solidworks三維設(shè)計軟件，通過參考實體零件以及畢業(yè)設(shè)計訓(xùn)練，使我們熟悉掌握電阻點焊鉗的功能、用途和結(jié)構(gòu)特點，分析制定其主要零件的機械加工工藝路線，重點進行工序工裝夾具的三維建模設(shè)計與優(yōu)化。并且使用Solidworks對夾具模型進行有限元分析、干涉檢查等相關(guān)分析，最后生成二維工程圖。目的是希望通過各方面的研究使其國產(chǎn)化。 1.2國內(nèi)外的研究狀況和已有的研究成果 電阻點焊因其質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、易于實現(xiàn)自動化及大規(guī)模生產(chǎn)等一直是汽車車身最主要的焊接連接方式，一般一臺車身有3000 ~ 6000個焊點。汽車車身焊裝生產(chǎn)線使用的點焊機一般由以下三個主要部分組成。 (1)以阻焊變壓器為主，包括電極及二次回路組成的焊接回路； (2)由機架和有關(guān)夾持焊件及施加壓力的傳動機構(gòu)組成的機械裝置，包括焊鉗/焊槍； (3)能按要求接通電源，并可以控制焊接程序中各段時間及調(diào)節(jié)焊接電流的控制電路。 通常的點焊機都需根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同專門設(shè)計，屬于非標設(shè)備，故其結(jié)構(gòu)形式和分類方法也多種多樣。 焊機和焊鉗的分類及應(yīng)用 常用的點焊機一般可分為手工普通點焊機、多點 或單點間定焊機和點焊機器人等。其中多點固定焊機完全針對特別的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計，通用性比較差,單點焊機需要手持并移動工件實現(xiàn)點焊，只適用于焊點位置要求較低,零件較小的情況，目前兩者在汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用均比較少，其焊鉗設(shè)計也相對簡單。 而普通的點焊機和點焊機器人是汽車車身焊裝動化生產(chǎn)線上完成汽車車身點焊的主要設(shè)備，適用于尺寸較大、 形狀較復(fù)雜、不便于移動的大型薄壁車身結(jié)構(gòu)，其配套的焊鉗分別稱為手工焊鉗和自動焊鉗，二者除了使用對象以及相應(yīng)的技術(shù)要求有所差異外，結(jié)構(gòu)形式很是類似。 如圖1-1，為X型電阻點焊鉗的實體圖。該焊鉗靜臂選用的材料是鉻鋯銅（CuCr1Zr）。 圖1-1 X型電阻點焊鉗 該合金同時具有高強度（抗拉強度Rm≥450MPa、屈服強度Rp0.2≥360MPa）高導(dǎo)（導(dǎo)電率IACS：75%~83%）的優(yōu)良性能，且耐熱耐磨，防變形能力強。廣泛用作汽車、宇航工業(yè)的鋼板和不銹鋼板的接觸焊機點焊，滾焊焊炬最理想的電極材料，高壓開關(guān)焊點材料和斷路器材料，也廣泛用于IC框架引線材料。該材料的特性見表1-1。 表1-1 鉻鋯銅（CuCr1Zr）的物理特性 密度 g/cm3 抗拉強度 MPa 硬度 HRB 導(dǎo)電率 AICS（%） 熱導(dǎo)率 W/mk 延伸率 % 89 455~545 78~83 ≥75 330 ≥15 1.3課題的研究方法、構(gòu)成和研究方法 在本次課題的研究中，查閱有關(guān)文獻資料，了解電阻點焊鉗在汽車工業(yè)上的用途，熟悉電阻點焊鉗的工作原理，組成結(jié)構(gòu)及設(shè)計特點；分析焊鉗靜臂的材料特性和結(jié)構(gòu)特性，了解工藝工裝的有關(guān)內(nèi)容；接著與生產(chǎn)廠家聯(lián)系，幾次親身到工廠，實際的觀察零件，了解X型點焊鉗的結(jié)構(gòu)，從而獲得與課題有關(guān)的信息。 在接著的研究過程中，根據(jù)所給的零件圖，具體的研究方法如下： （1）查閱資料，在以前做過的機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計的基礎(chǔ)之上，確定此次課題的切入點； （2）學(xué)習(xí)Solidworks三維設(shè)計軟件，對零件、毛坯、夾具及裝配體進行三維建模并對零件進行簡單的有限元分析； （3）參考各種資料，查閱Solidworks的設(shè)計方案，提出零件的建模方案及裝配方案； （4）查閱資料，制定該零件的工藝規(guī)程。 （5）根據(jù)老師的意見和自己的計算分析、比較，確定最終方案； 本課題主要由三部分構(gòu)成：第一部分是對零件進行工藝設(shè)計，制定其工藝規(guī)程；第二部分是所有零件的建模設(shè)計，即最終的機械裝配圖紙的輸出；第三部分是結(jié)構(gòu)的分析，零件及夾具體的有限元分析，裝配過程的動畫制作，生成爆炸圖，最終完成整個設(shè)計的任務(wù)，并編寫設(shè)計說明書。 1.4選用Solidworks三維制圖軟件的優(yōu)勢 Solidworks軟件具有強大的裝配功能，它可以使零部件靈活的配對、定位并保持關(guān)聯(lián)性，對裝配完成后模型還可以進行裝配干涉分析，發(fā)現(xiàn)問題后可以及時修改。Solidworks軟件提供了重合、角度、平行、垂直、中心、距離、相切等定位方式來實現(xiàn)模型的蓄力裝配。 1、 Solidworks菜單少，使用直觀、簡單，界面友好。 2、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口豐富，轉(zhuǎn)換成功率高。 3、 Solidworks與I-DEAS、ANSYS、Pro-e、AutoCAD等之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換均非常成功、流暢。 4、Solidworks具有很好的設(shè)計柔性，使設(shè)計過程靈活、方便修改。 第二章 XM型焊鉗靜臂的加工工藝規(guī)程的制定 2.1 XM焊鉗靜臂的工藝分析 2.1.1 XM焊鉗靜臂的用途 X型焊鉗靜臂零件如圖2-1所示，該焊鉗靜臂在電阻點焊鉗中主要連接電極接桿和氣缸，其在X 型電阻點焊鉗中的連接方式如圖1-1所示。由于焊鉗靜臂需要傳導(dǎo)電流和壓緊焊接材料，所以采用CuCrlZr這種材料(該材料的特性見表，因為使用這種材料可以提高導(dǎo)電率和強度，減弱靜臂的發(fā)熱。該零件的主要工作面為底平面，φ75mm圓端面和φ45mm光孔，在設(shè)計工藝規(guī)程時應(yīng)重點予以保證。 圖2-1 焊鉗靜臂的實體零件 2.1.2 XM焊鉗靜臂的技術(shù)要求 該X型焊鉗靜臂形狀和結(jié)構(gòu)都較簡單，屬于一般類零件。為實現(xiàn)良好的滑動要求，底平面和圓端面粗糙度要求為Ra為1.6μm，且為增強耐磨性，滑動部分需要鍍鉻，φ25mm光孔和底平面的平行度要求為0.02mm，φ45mm光孔和底平面的垂直度要求為0.02mm。只是φ6mm光孔，其深度較深，鉆套過長，實際加工時很難同時保證其精度和深度，不過它只是和G1/4螺孔連通就行了，沒有必要保證公差等級。因為該孔只起到導(dǎo)向作用。故將該孔公差等級去掉較合理。如圖2-2及圖2-3所示。 綜上所述，該焊鉗靜臂的各項技術(shù)要求制定的都比較合理，符合該零件所起到的作用，故方案可行，該焊鉗靜臂的各項技術(shù)要求見表2-1。 表2-1 焊鉗靜臂的技術(shù)要求 加工表面 尺寸及 偏差/mm 公差及 精度等級 表而粗糙度 Ra/μm 形位公差 /mm 底座下平面 15±0.02 IT7 1.6 - 底座上平面 15±0.02 IT7 1.6 - φ45mm光孔 φ45J7 IT7 0.8 ⊥ 0.02 φ28mm光孔 φ28H7 IT7 0.8 - φ8mm螺孔 M8 IT10 6.3 - φ6mm光孔 φ6 IT10 6.3 - φ75mm圓端面 60h7 IT7 0.8 - φ30mm圓端面 66 IT8 3.2 - φ25mm光孔 φ25H7 IT7 0.8 ∥ 0.02 φ8mm螺孔 M8×1D IT10 6.3 - φ11mm光孔 φ11+0-1.5 IT10 6.3 - φ18mm沉頭孔 φ18 IT13 12.5 - 側(cè)面φ10mm螺孔 M10×1.5D IT10 6.3 - 6個φ14.5mm光孔 φ14.5 IT10 6.3 - 2個G1/4螺孔 G1/4 IT10 6.3 - 斜塊上平面 18 IT13 12.5 - 斜塊上φ11mm光孔 φ11mm IT10 6.3 - φ4mm螺孔 M4 IT10 6.3 - 3mm槽 3-0.5+1 IT13 12.5 - 2.1.3 審查XM焊鉗靜臂的工藝性 機械產(chǎn)品設(shè)計的工藝性評價包裹毛坯制造工藝性評價。熱處理工藝性評價。機械加工工藝性評價和裝配工藝性評價。 圖2-2 焊鉗靜臂零件半剖視圖 圖2-3 焊鉗靜臂零件的階梯剖視圖 分析該焊鉗靜臂零件可知，挖掉部分焊鉗鉗身的中間的材料可以減輕零件重量，節(jié)約材料，降低成本，更有利于零件的裝配。該焊鉗靜臂零件除了主要的工作面（底座平面、φ25H7mm光孔、φ45mmH7光孔以及φ75mm圓端面）外，其余表面及孔的加工精度均比較低，一般粗加工即可達到加工要求，主要工作面雖然加工精度相對比較高，但是均屬于一般難度的加工類型，正常的生產(chǎn)條件下即可完成這些加工要求。由此可見，該零件的工藝性比較復(fù)雜，加工不是很方便，但是方案可行。 2.1.4 確定XM焊鉗靜臂的生產(chǎn)類型 按設(shè)計要求，該零件屬于輕型零件，該零件的生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)。 2.2 確定毛坯，繪制毛坯簡圖 2.2.1 零件的材料分析 由于點焊鉗的靜臂在焊接過程中會通入低壓高頻的電流，所以焊接時靜臂的溫度會很高，這就要求滑臂材料有很好的導(dǎo)電性；同時滑臂在焊接時還要傳導(dǎo)力把焊接材料擠壓在一起，這就要求靜臂材料的強度要很好，否則焊鉗靜臂在焊接后就可能會發(fā)生變形。 原來的焊鉗靜臂是從法國進口的，其材料為黃銅（H62)，但H62的導(dǎo)電率較低， IACS約 22%? 28 %。為獲得較大電流，節(jié)省電能，降低焊鉗靜臂的發(fā)熱，現(xiàn)在焊鉗所用材料為導(dǎo)電率較高的鉻鋯銅（其表達式為CuCr1Zr），該合金同時具有高強度（抗拉強度Rm≥450MPa、屈服強度Rp0.2≥360MPa）高導(dǎo)（導(dǎo)電率IACS：75%~83%）的優(yōu)良性能，且耐熱耐磨，防變形能力強。廣泛用作汽車、宇航工業(yè)的鋼板和不銹鋼板的接觸焊機點焊，滾焊焊炬最理想的電極材料，高壓開關(guān)焊點材料和斷路器材料，也廣泛用于IC框架引線材料。 2.2.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 該零件的外輪廓尺寸為223.4mm×127mm×199.1mm。 該零件存在毛坯余量的待加工部位及其毛坯尺寸分別是底平面（21mm）、φ75mm圓端面凸臺（66mm）、φ30mm圓端面凸臺（72mm）、φ45mm光孔（φ38mm）、斜塊厚度（21mm）。如圖2-4及圖2-5所示。 2.3 擬定XM焊鉗靜臂的工藝路線 2.3.1 定位基準的選擇 定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后確定粗基準。 1.精基準的選擇 根據(jù)該焊鉗靜臂零件的技術(shù)要求和裝配要求，選擇φ45mm光孔、底平面、φ75mm圓端面和φ25mm光孔作為精基準，符合“基準重合”原則；同時，零件上的很多表面和孔都可以采用它們作基準進行加工，又遵循了“基準統(tǒng)一”原則。底平面是設(shè)計基準， 圖2-4 焊鉗靜臂毛坯主視圖 選用其做精基準定位加工φ45mmJ7光孔和φ25mmH7光孔，有利于保證被加工表面的垂直度和平行度；選用φ45mmJ7光孔做為精基準同樣是服從了“基準重合”原則，因為該焊鉗靜臂在軸向方向上的尺寸多以該斷面做設(shè)計基準；另外由于該零件比較長，受力易產(chǎn)生彎曲變形，為了避免在機械加工中產(chǎn)生夾緊變形，根據(jù)夾緊力應(yīng)垂直于主要定位基面，選擇φ75mm圓端面做精基準，夾緊可作用在圓端面上，夾緊穩(wěn)定可靠，不易變形。 2.粗基準的選擇 作為粗基準的表面應(yīng)平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面欠缺。本課題中選擇擇φ30mm圓端面和φ60mm圓端面做粗基準。 2.3.2 各表面的加工方案的確定 根據(jù)焊鉗靜臂零件各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度的要求，查閱《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》的相關(guān)規(guī)定，確定加工各表面的加工方案并列于表2-2中。 2.3.3 加工階段的劃分和先后順序的安排 在選定焊鉗靜臂的各表面加工方法后，就需進一步確定這些加工方法在工藝路線中 圖2-5 焊鉗靜臂毛坯左視圖 的順序及位置，這就涉及加工階段劃分方面的問題。對于精度要求較高的表面，總是先粗加工后精加工，但工藝過程劃分成幾個階段是對整個加工過程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。該焊鉗靜臂的加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段劃分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。 在粗加工階段，首先將精基準(底平面)準備好，使后續(xù)工序都可釆用精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求；在精加工階段，對φ45mm光孔和φ25mm光孔進行精加工，對φ75mm圓端面和底平面進行精加工。 2.3.4 工序的集中與分散 工序的集中與分散確定了工序內(nèi)容的多與少，它直接影響整個工藝路線的工序數(shù)目及設(shè)備、工裝的選用等一系列主要問題。由于本課題的焊鉗靜臂的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，確定選用工序集中與工序分散相結(jié)合的原則組織工序內(nèi)容，一方面可以采用萬能、通用機床配以及專用夾具加工，以提高生產(chǎn)率；另一方面也可以減少工件的裝夾次數(shù)，有利于保證各加工表面之間的相互位置精度，并可以縮短輔助時間。 2.3.5 工序的安排 1.機械加工工序 （1）按照“先基準后其他”原則，首先加工精基準——焊鉗靜臂的底平面和φ45mmJ7的光孔。 表2-2 焊鉗靜臂零件各表面加工方案 加工表面 經(jīng)濟精度 表而粗糙度 Ra/μm 加工方案 備注 底座下平面 IT7 1.6 粗銑-精銑 - 底座上平面 IT7 1.6 粗銑-精銑 - φ45mm光孔 IT7 0.8 粗鏜-半精鏜-精鏜 - φ28mm光孔 IT7 0.8 粗鏜-半精鏜-精鏜 - φ8mm螺孔 IT10 6.3 鉆-擴 - φ6mm光孔 IT10 6.3 鉆-擴 - φ75mm圓端面 IT7 0.8 粗銑-精銑-磨 - φ30mm圓端面 IT8 3.2 粗銑-半精銑 - φ25mm光孔 IT7 0.8 鉆-擴-鉸 - φ8mm螺孔 IT10 6.3 鉆-擴 - φ11mm光孔 IT10 6.3 鉆-擴 - φ18mm沉頭孔 IT13 12.5 鉆 - 側(cè)面φ10mm螺孔 IT10 6.3 鉆-擴 - 6個φ14.5mm光孔 IT13 12.5 鉆 - 2個G1/4螺孔 IT10 6.3 鉆-擴 - 斜塊上平面 IT13 12.5 粗銑 - 斜塊上φ11mm光孔 IT10 6.3 鉆-擴 - φ4mm螺孔 IT10 6.3 鉆-擴 - 3mm槽 IT13 12.5 粗銑 - （2）按照“先粗后精”原則，對各加工表面都是先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （3）按照“先主后次”原則，先加工主要面——焊鉗靜臂的底座下平面、φ45mmJ7的光孔、φ75mm的圓端面及φ25mmH7的光孔；后加工次要表面——焊鉗靜臂的底座上平面和φ30mm的圓端面。 （4）按照“先面后孔”原則，先加工φ75mm的圓端面，再加工φ25mmH7的孔；先加工底座的上平面，再加工6個φ14.5mm的光孔；先加工斜塊上平面，在加工斜塊上的φ11mm的孔。 2.輔助工序 半精加工后，安排去毛刺、中檢工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。 綜上所述，該焊鉗靜臂的工序安排順序為：基準加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——主要表面精加工，其間穿插一些輔助工序（參見表2-3） 2.3.6 機床設(shè)備及工藝裝備的選用 1.機床設(shè)備的選用 在中批量生產(chǎn)條件下，可以選用通用萬能設(shè)備和數(shù)控機床設(shè)備。被課題各工序所選用機床設(shè)備詳見表2-3。 2工藝裝備的選用 工藝裝備主要包括刀具、夾具、量檢具和輔具等。本課題各工序所選用刀具、量具詳見表2-3。夾具均采用專用機床夾具。 2.3.7確定工藝路線 歸納以上考慮，制定了焊鉗靜臂的藝路線，詳見表2-3。 2.4 加工余量、工序尺寸和公差的確定 2.4.1加工余量的概念、分類及選用原則 1. 加工余量的概念 為保證零件加工質(zhì)量，一般都要從毛坯上切除一層材料。毛坯上留作加工用的材料層，稱為加工余量。 2. 加工余量的分類 （1）總余量和工序余量 加工余量有總余量和工序余量之分?？傆嗔渴侵改骋槐砻婷鞒叽缗c零件設(shè)計尺寸之差。工序余量是指相鄰兩道工序尺寸之差。 表2-3 焊鉗靜臂的工藝路線及設(shè)備、工裝的選用 工序號 工序名稱 機床設(shè)備 刀具 量具 1 鑄造 - 游標卡尺，塞規(guī) 2 粗精銑底座下平面 立式銑床X51 立銑刀 游標卡尺，刀形平尺 3 粗精銑底座上平面 立式銑床X51 立銑刀 游標卡尺，刀形平尺 4 粗精鏜φ45mmJ7的光孔 臥式鏜床T68 單刃鏜刀 內(nèi)徑百分表，卡尺，塞規(guī) 5 鉆擴鉸φ28mmH7的光孔，鉆擴φ8螺孔和φ6光孔 立式鉆床Z535 麻花鉆，擴孔鉆，鉸刀 內(nèi)徑百分表，卡尺，塞規(guī) 6 粗精銑側(cè)面φ75圓端面 X62型臥式萬能銑床 Φ80高速鋼面銑刀 游標卡尺，刀形平尺 7 粗銑，半精銑側(cè)面φ30圓端面 立式銑床X51 莫氏錐柄立銑刀 游標卡尺，刀形平尺 8 鉆擴鉸φ25光孔，鉆擴φ8螺孔和φ11光孔，鉆φ18沉頭孔 立式鉆床Z535 麻花鉆，擴孔鉆，鉸刀，锪鉆 內(nèi)徑百分表，卡尺，塞規(guī) 9 鉆擴側(cè)面φ10螺孔，鉆φ18沉頭孔 立式鉆床Z535 麻花鉆，擴孔鉆，锪鉆 卡尺，塞規(guī) 10 鉆底座上6個φ14.5光孔 立式鉆床Z525 硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆 卡尺，塞規(guī) 11 鉆擴兩個G1/4螺孔 立式鉆床Z535 麻花鉆，擴孔鉆 卡尺，塞規(guī) 12 粗銑斜塊上平面 立式銑床X51 三面刃銑刀 游標卡尺 13 鉆擴斜塊上φ11光孔 立式鉆床Z535 麻花鉆，擴孔鉆 卡尺，塞規(guī) 14 粗銑3mm寬的槽 立式銑床X51 莫氏錐柄槽銑刀 游標卡尺 15 鉆擴側(cè)面上φ4螺孔 搖臂鉆床Z3025 麻花鉆，擴孔鉆 卡尺，塞規(guī) 16 倒圓角，去毛刺 虎鉗 - - 17 清洗 清洗機 - - 18 檢驗 - - 內(nèi)徑百分表，游標，塞規(guī)等 （2）單邊余量和雙邊余量 對于非對稱表面，工序余量是單邊的，稱單邊余量。以一個表面為基準加工另一個表面時相鄰兩工序尺寸之差就是該工序的工序余量。對于具有對稱結(jié)構(gòu)的表面，工序余量是雙邊的，稱雙邊余量，相鄰兩工序的直徑尺寸之差就是加工外圓（內(nèi)孔）表面的雙邊余量。 （3）最大余量和最小余量 由于各工序尺寸都有公差，所以各工序?qū)嶋H切除的余量值是變化的，因此工序余量有公稱余量、最大余量和最小余量之分。相鄰兩工序的基本尺寸之差即是公稱余量。公稱余量的變動范圍稱為余量公差。 3. 加工余量的選用原則 （1）為縮短加工時間，降低制造成本，應(yīng)采用最小的加工余量。 （2）所采用的加工余量應(yīng)保證能得到工序圖上所規(guī)定的精度和表面粗糙度。 （3）要考慮被加工零件尺寸大小，尺寸越大，加工余量越大。 2.4.2工序10——鉆底座上6個φ14.5光孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定 該工序的加工過程為：鉆底座上6個14.5光孔至設(shè)計尺寸。 由于該孔表面粗糙度要求不高，一次鉆就可以完成要求?！稒C械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》表2-20可得：鉆孔余量Z鉆=14.5。查標準公差數(shù)值表2-30可確定其公差值為：0.27mm。綜上所述，該工序的工序尺寸及公差為:鉆孔工序尺寸d1=φ14.5±0.13mm，關(guān)系如圖2-2及圖2-3。 圖2-2 鉆φ14.5mm孔加工示意圖 圖2-3 6個孔在零件上的位置 2.5 切削用量與時間定額的計算 切削用量的選擇，對生產(chǎn)效率、加工成本和加工質(zhì)量均有重要影響。所謂合理的切削用量是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能取得較高的生產(chǎn)效率和較低成本的切削用量。 約束切削用量的選擇的主要條件：工件的加工要求（加工質(zhì)量要求和生產(chǎn)效率要求）；刀具材料的切削性能；機床的性能（動力特性和運動特性）；刀具的壽命的要求。 2.5.1 切削用量的計算 切削速度vc(m/min)、進給量f (mm/r)和背吃刀量ap(mm),常被稱為切削用量三要素。 1.切削用量的選擇原則 （1）首先選取盡可能大的背吃刀量ap ; （2） 其次是根據(jù)機床進給機構(gòu)強度、刀桿剛度等限制條件（粗加工時）或已加工表面粗糙度要求（精加工時），選取盡可能大的進給量f； （3）最后根據(jù)切削用量手冊查取或根據(jù)公式計算確定切削速度。 2. 確定背吃刀量ap 因為該工序只是一步粗加工，可以一次鉆削就能達到零件的要求，因此，選用金肯那個大的背吃刀量，即ap=14.5mm。 3．確定進給量f 查閱《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》表5-22，確定選取f=0.2~0.3mm/r。 然后查閱該書表4-10立式鉆床進給量，確定選取f=0.25mm/r。 4. 計算切削速度 查表5-22，確定切削速度范圍為18~25m/min，選取切削速度vc= 22m/min。由公式n=1000v/∏d可以計算n=1000×2/∏14.5r/min=483r/min，查表4-9，對照該工序所選Z535立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速系列，取轉(zhuǎn)速n=530r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式，可求出該工序的實際鉆削速度v=n∏d/1000=530×3.14×14.5/1000=23.3m/min。該速度在切削范圍內(nèi)，符合要求。 2.5.2 時間定額的計算 時間定額是在一定的生產(chǎn)條件下，規(guī)定生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所消耗的時間，用tj表示。時間定額是安排生產(chǎn)計劃、成本核算的主要依據(jù)。它由以下5個部分組成： 1）基本時間。 直接改變生產(chǎn)對象的尺寸、形狀、相對位置、表面狀態(tài)或材料性質(zhì)等工藝過程所消耗的時間，用tj表示。 2）輔助時間。為實現(xiàn)工藝過程所做的各種輔助動作所消耗的時間，用tf表示。 3）布置工地時間。用tb表示，一般為作業(yè)時間的2%~7%。 4）休息和生理所需時間。用tx表示，一般為作業(yè)時間的2%~4%。 5）準備與終結(jié)時間。用tz/m表示，一般為作業(yè)時間的3%~5%。 1.基本時間tj 根據(jù)表5-45，鉆孔的基本時間可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得。公式中l(wèi)=15mm，取l2為2mm，l1=D/2cotkr+（1~2）=14.5/2×cot54。+1=6.3mm。又f=0.25mm/r，n=530r/min。將上述結(jié)果代入公式。則該工序的基本時間tj=（15+6.3+2）/（0.25×530）=0.17min=10.6s。 2. 輔助時間tf 根據(jù)課程設(shè)計指導(dǎo)書所述，輔助時間tf 與基本時間tj之間的關(guān)系為tf=（0.15~0.2）tj=（0.15~0.2）×10.6=1.58~2.11s，本次課題取tf=2s。 3. 其他時間tb+tx+tz/m 本次課題中三者的比例分別取4%，4%和3%。則tb+tx+tz/m=（4%+4%+3%）×（10.6+2）s=11%×12.6s=1.38s。 4. 單件時間定額tdj的計算 根據(jù)公式，課題中單件時間tdj= tj + tf +tb+ tx +（tz/m），則該工序的時間定額為：tdj=10.6+2+1.38=13.98s。 因此，工序10的單件計算時間tdj=13.98s。 第三章 使用Solidworks繪制零件的三維模型 使用Solidworks繪制出零件的三維模型，是我們對零件的結(jié)構(gòu)特點有清楚的了解，為制作夾具和生成二維圖提供準備。Solidworks中的零件模型不僅形象逼真、色彩豐富，而且能將復(fù)雜形體的內(nèi)腔隨意剖切開來展示，能使我們更清楚地認識零件的結(jié)構(gòu)。對于裝配體中零件之間的連接、裝配關(guān)系也可充分地展示出來，并能進行裝拆動畫演示，是我們更好地分析設(shè)計中所存在問題。 焊鉗靜臂零件的三維模型的繪制過程見圖3-1至3-5。 圖2-3是先畫出零件的三個基準面中對稱部位的一半。 圖3-1 焊鉗建模步驟一 圖2-4是將對稱部位進行鏡像特征，畫出另外一半，這樣可以簡化畫圖過程，提高效率。 圖2-5是重新建立與底面有10°的位置關(guān)系的另外一個基準面。然后在此基準面上作圖，畫出此部分的零件特征。至此，零件的大體輪廓已經(jīng)畫完，下面的任務(wù)就是對細節(jié)部分進行修改。 圖2-6是對零件模型的細節(jié)部位進行修改，比如說各個部位的螺紋孔、沉頭孔，凸臺、各種圓角以及所多余的部分。 圖2-7是最后完成的焊鉗靜臂的零件模型。 圖3-2 焊鉗建模步驟二 圖3-3 焊鉗建模步驟三 圖3-4 焊鉗建模步驟四 圖3-5 最終焊鉗建模模型 第四章 專用夾具的設(shè)計 4.1 夾具設(shè)計的基礎(chǔ)知識 工件在加工之前必須安放在夾具中，使其得到一個確定的位置或方向，并使其在加工過程中即使受到切削力及其它外力的影響，仍能保證正確位置或方向。 確定工件在機床上或夾具中有正確位置的過程，稱為定位。 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作，稱為夾緊。 將工件在機床上或夾具中定位、夾緊的過程，稱為裝夾。 機床夾具的用途： （1）保證產(chǎn)品質(zhì)量； （2）提高勞動生產(chǎn)率； （3）擴大機床的工藝范圍，解決復(fù)雜或困難的工藝問題； （4）改變原機床的用途，擴大機床使用范圍； （5）減輕操作的勞動強度，盡量做到安全生產(chǎn)。 4.2 專用夾具設(shè)計方案的確定 專用夾具的基本要求： （1）穩(wěn)定地保證工件的加工精度； （2）提高機械加工的勞動生產(chǎn)率和降低工件的制造成本； （3）結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，省力和安全，便于排屑； （4）具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，便于夾具的制造、裝配、檢驗、調(diào)整與維修； （5）夾具的構(gòu)造應(yīng)與其用途及生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)； （6）注意夾具與機床、輔助工具、刀具、量具之間的聯(lián)系。 4.2.1 夾具設(shè)計任務(wù) 如圖4-1，所示為在焊鉗靜臂底座上鉆6個φ14.5的光孔的工序簡圖。已知：工件的材料為CuCr1zr，毛坯為鑄造件，所選用的機床為立式鉆床Z535，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)。為該鉆孔工序設(shè)計一鉆床夾具。 4.2.2 確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 1．定位元件及夾具體的確定 夾具體的一般要求： （1）要有足夠的剛度和強度； （2）較輕的重量； （3）安裝要穩(wěn)定； 圖4-1鉆孔工序的加工簡圖 （4）保證裝卸工件方便； （5）工藝性要好； （6）便于清理切削與臟物； （7）要保證使用的安全性。 根據(jù)工序簡圖規(guī)定的定位基準，采用兩面一銷定位方案。其中夾具體上定位平面限制工件的三個自由度，分別是“沿X軸方向的旋轉(zhuǎn)、沿Y軸方向的旋轉(zhuǎn)和沿Z軸方向的移動”；圓柱形定位平面因為接觸面積很小，作用相當(dāng)于是一個支撐板，限制了工件的兩個自由度，分別是“沿X軸方向的移動和沿Z軸方向的旋轉(zhuǎn)”；菱形銷限制了工件的一個自由度，是“沿Y軸方向的移動”?？偣蚕拗屏斯ぜ?個自由度，沒有過定位及欠定位的情況，實現(xiàn)工件正確定位。定位方案如圖4-2所示。 孔與定位銷的配合尺寸為φ27的螺紋配合，定位方案合理可行。 2.導(dǎo)向裝置的確定 采用鉆套的目的： （1）保證被加工孔的位置精度； （2）避免刀具損壞； （3）提高加工表面的光潔度和幾何精度； （4）保證可靠地完成鉆孔后的第二步工作，如鉸孔等。 本工序只有一步加工——鉆φ14.5的光孔，因此本夾具可以選用固定鉆套來作為刀具的導(dǎo)向元件，如圖4-3所示為固定鉆套的三維圖及零件圖。 圖4-2 定位方案 圖4-3 固定鉆套 3.夾緊機構(gòu)的確定 設(shè)計夾緊裝置的基本要求： （1） 夾緊力絕對不能破壞工件在夾具中的正確位置。 （2） 夾緊力的大小必須合適。既要保證工件在加工中不會產(chǎn)生位移和振動，又要保證工件在加工過程的變形和受壓表面損傷不超出允許范圍。 （3） 夾緊動作要迅速，操作簡單省力、使用安全。 （4） 結(jié)構(gòu)比較簡單，制造相對容易，體積不能很大并且剛度要很好。 （5） 夾緊行程一定要足夠，還要保證裝卸工件的間隙。 一般夾緊元件可分為：螺旋夾緊機構(gòu)，斜鍥夾緊機構(gòu)和偏心輪夾緊機構(gòu)。針對該零件的生產(chǎn)類型，此夾具選用螺旋夾緊機構(gòu)，如圖4-4所示。該夾緊機構(gòu)中的各零件均采用標準夾具元件。 夾緊力計算 夾緊力的大小對加工精度影響很大，夾緊力過小，工件夾不緊；夾緊力過大會使工件產(chǎn)生變形。因此，正確計算夾緊力是十分必要的。在切削過程中，由于加工余量、硬度不同，刀具磨損等因素的影響，使切削力產(chǎn)生變化，而且在切削過程中切削力的方向、作用點也是變化的，因此要準確計算夾緊力是困難的，只能按切削力P粗略估計。 Q=K×P 公式中：Q——夾緊力，N； P——切削力，N； 圖4-4 夾緊方案 Ｋ——安全系數(shù)，一般取k=1.5~3； 　　　　　　　粗加工時k=2.5~3；精加工時k=1.5~2。 查閱機械加工工藝師手冊可知鉆削時的軸向力的計算公式為： F＝CFd0ZFfyFkF； 鉆削時轉(zhuǎn)矩的計算公式為： T=CTd0ZTfyTkT； 查表可知CF＝410，ZF＝1.0，yTkT＝0.8，CT＝0.117，ZT＝2，又已知d0＝14.5mm，f＝0.25mm/r。代入公式可得： F＝410×14.51.0×0.160.8＝1372N； F×d1=F1×d2； F1=Fd1/d2=1372×7.25/18=552.6N； F夾緊=K×F1=2.5×552.6=1381N； 螺旋夾緊機構(gòu)的夾緊力的計算公式為： W=2QL/[d2tan（α+ψ）+2Rcotβ/2f] ； 查《機床夾具設(shè)計手冊》表2-18，得：Q=15N，L=350mm，d0=23.752mm,查表1-2-21及表1-2-22，得：α= 2° 29，，得ψ=9° 50。，f=tgψ=0.16，β=120°。 W=2×15×350/[ d2tan(2°29+9°50)+2×25cot60f]=10500/3.2924=3189N。 又F夾緊=1381N＜W=3189N，故該夾緊機構(gòu)能滿足鉆孔要求。 4.2.3 夾具裝配體三維圖，裝配體二維圖 通過夾具體把夾具各組成部分連接起來，并將連接部分剖視。如圖4-5~4-8別是夾具總裝圖的三維模型和二維裝配圖。 4.2.4夾具裝配圖上標注尺寸、配合及技術(shù)要求 （1）夾具裝配圖上要標注的尺寸：根據(jù)前面工序簡圖上所規(guī)定的被加工孔的加工精度要求，可以確定鉆套的中心線與夾具體上用來定位的銷子之間的尺寸取為（45±0. 05) mm。工件上孔的中心距為90mm和62.5mm，該尺寸為自由公差，又兩鉆套的中心距公差取為工件相應(yīng)尺寸公差的 1/3,為（1/3×0.2)mm=0. 068mm，對稱標注為（90土0.034) mm和（62.5土0.034）mm。鉆套中心線對定位銷中心線的垂直度公差取為0.02mm。定位銷中心線與夾具底面的平行度公差取為0.02mm。 （2）夾具裝配圖上要標注的配合尺寸：菱形銷與定位孔的配合尺寸φ25H7 / f6 。鉆套與鉆模板的配合尺寸為φ22H7/n6。夾緊螺釘與襯套的配合尺寸為φ27H7/n6。定位銷與鉆模板的配合為φ6H7/h7。夾具最大外形尺寸350mm×240mm×325mm。 （3）夾具裝配圖上的技術(shù)要求： 圖4-5 夾具總裝圖三維模型 圖4-6 裝配體主視圖 圖4-7 裝配體俯視圖 1、裝配前所有零件進行清洗。 2、定位銷與夾具體定位誤差不得大于0.01mm。 3、固定鉆套中心線與夾具體垂直度誤差不得大于0.01/100。 圖4-8 裝配體剖視圖 4.2.5 其他說明 該方案有一個定位元件定位元件不是標準件，其三維模型圖及二維零件圖如圖4-9及圖3-10。 圖4-9 面銷定位件三維模型 圖4-10面銷定位件零件圖 該夾具的總裝中還包含一些其他的非標準件，其三維模型和二維零件圖分別如圖3-11~3-12。 為了能直觀地看到裝配過程，我還制作了裝配體的爆炸視圖，如圖4-13所示。 圖4-11 夾具體三維模型 圖4-12 鉆模板三維模型 圖4-13 裝配體爆炸視圖 第五章 零件的有限元分析 Solidworks simulation是一個與Solidworks完全集成的有限元分析系統(tǒng)，它提供了單一屏幕解決方案來進行應(yīng)力分析、頻率分析、熱分析和優(yōu)化分析。 它憑借強大的功能支持，可以簡捷地對機械零件進行多項功能分析，從而實現(xiàn)降低設(shè)計費用，縮短設(shè)計周期和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的，大大縮短產(chǎn)品上市時間。 5.1 為零件添加夾具 添加夾具用來阻止增加載荷時零件發(fā)生移動。如圖5-1所示，為零件添加夾具的方案。 圖5-1 為零件添加夾具 5.2 為零件添加載荷 在零件上模擬實際加工中零件所受到的力，為分析提供參數(shù)。如圖5-2所示，為零件添加力。 5.3 選擇零件的材料 選擇出該零件的材料。已知該零件所選材料為鉻鋯銅（CuCr1Zr）。如圖5-3所示，為該材料的特性。 5.4 對模型進行運行模擬 模型已經(jīng)建立，已經(jīng)可以使用軟件對該模型進行運算模擬。如圖5-4所示，為該模型運算模擬的結(jié)果。 圖5-2 為零件添加力 圖5-3 零件所用材料的特性 5.5 顯示并分析最大應(yīng)力 顯示該模擬結(jié)果中的有關(guān)最大應(yīng)力的結(jié)果，并進行分析，以保證該方案所產(chǎn) 圖5-4 該模型的模擬結(jié)果 圖5-5 該模型的最大應(yīng)力的結(jié)果。 生的應(yīng)力不會超過該零件材料的應(yīng)力范圍。如圖5-5所示，為該模型出現(xiàn)最大應(yīng)力的位置以及最大應(yīng)力的大小。 從圖中可以看出，該模型最大應(yīng)力遠小于該零件的屈服強度（415MPa）。因此，就應(yīng)力方面分析，該方案可行。 5.6 顯示并分析最大位移 顯示該模擬結(jié)果中的有關(guān)最大位移的結(jié)果，并進行分析，以保證該方案所產(chǎn)生的位移不會超過該零件材料的范圍。如圖5-6所示，為該模型出現(xiàn)最大位移的位置以及最大位移的大小。 圖5-6 該模型有關(guān)位移的結(jié)果 由圖可以看出，位移在允許范圍內(nèi)，故該方案就位移方面分析是可行的。 第六章 結(jié)論 在本次畢業(yè)設(shè)計中，我是基于大三所完成的機械制造技術(shù)基礎(chǔ)的課程設(shè)計。我更加系統(tǒng)地完成了一個零件的工藝工裝設(shè)計和二維圖的輸出。按照老師的建議，我先是自學(xué)SolidWorks三維設(shè)計軟件。從認知了解零件圖到繪制毛坯圖，再到繪制零件三維模型。然后就是專用夾具的設(shè)計以及零件的有限元分析。在這過程中，我到工廠參觀，認真記錄并查閱大量的資料；然后選擇機床設(shè)備、選擇刀具，確定切削用量三要素等，完成零件加工工藝規(guī)程的制作；最后制作其中一道工序的專用夾具，并用SolidWorks三維設(shè)計軟件繪制出夾具的總裝圖，并對該裝配體進行干涉檢查、生成爆炸視圖等。最終完成了夾具裝配體三維模型圖。 在設(shè)計過程中也不可避免地遇到了許多問題，首先就是設(shè)計經(jīng)驗不足，對于實際加工中經(jīng)常采用的加工模式不是很了解，對于常見的工藝流程也不熟悉。在專用夾具設(shè)計中，由于我們看過的實體夾具比較少，所以剛開始設(shè)計的夾具很不合理，這就需要我進行多次修改，最后在老師的指導(dǎo)下終于完成夾具的設(shè)計。本次設(shè)計中的模型以及圖紙都是采用SolidWorks繪制，由于以前基本沒有接觸過該軟件，所以要從零開始，很多命令不很熟悉，尤其是在生成二維工程圖過程中遇到很多問題，給我們帶來了很大困難，但最終通過努力使這些問題都得到了解決。也是我學(xué)會了Solidworks的使用方法。 本次畢業(yè)設(shè)計為我提供了一次難得的學(xué)習(xí)機會，設(shè)計中不但運用了我大學(xué)四年所學(xué)的知識，還有更加深入的擴展。在做完本次設(shè)計后，我積累了大量該類工作的經(jīng)驗。同時學(xué)會了Solidworks這款功能強大的軟件?？偠灾?，本次畢業(yè)設(shè)計讓我受益匪淺。 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計是在尊敬的文秀蘭老師的悉心指導(dǎo)下才能夠完成的，文秀蘭老師在畢業(yè)設(shè)計的這段日子里，不僅耐心的指導(dǎo)我設(shè)計過程中所遇到的各種各樣的問題，而且對我們這組人無論是考研還是即將工作的同學(xué)都給予了很高的期望和指導(dǎo)，這些無微不至的關(guān)懷一直激勵著我們努力做好自己的設(shè)計工作。文秀蘭老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，平易近人的人格魅力對我影響深遠。文老師在我們設(shè)計過程中耐心地指導(dǎo)，同時幫我們聯(lián)系參觀工廠的實體零件，糾正我的設(shè)計過程中所出現(xiàn)的問題。十分感謝文老師！ 在課題的設(shè)計過程中，同組的成員也給予了我許多幫助，我們共同面對在設(shè)計過程 中遇到的問題，然后齊心協(xié)力解決，在此深表感謝！ 在論文完成之際，我的心情萬分激動。從本次畢業(yè)設(shè)計的選題、資料的收集到設(shè)計說明書的撰寫以及出二維工程圖的整個過程中，我得到了許多的熱情幫助。再次向幫助過我的老師和同學(xué)致以深深的謝意與祝福！ 參考文獻 [1] 于駿一、鄒青主編.機械設(shè)計制造基礎(chǔ)第二版。北京：機械工業(yè)出版社，2009 [2] 鄒青、呼詠主編.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程第二版。北京：機械工業(yè)出版社，2009 [3] 王先逵、李旦主編.機械加工工藝手冊第一卷第二版。北京：機械工業(yè)出版社，2007 [4] 楊叔子主編.機械加工工藝師手冊第二版。北京：機械工業(yè)出版社，2012 [5] 王伯平主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)第三版。北京：機械工業(yè)出版社，2008 [6] 李旦、邵向東、王杰主編.機床專用夾具圖冊。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004 [7] 于永泗、齊民主編.機械工程材料第八版。大連：大連理工大學(xué)出版社，2010 [8] 劉國良主編.Solidworks2007完全學(xué)習(xí)寶典。北京：電子工業(yè)出版社，2007 [9] 劉小年、郭克希主編.機械制圖（機械類、近機類）第三版。北京：機械工業(yè)出版社，2004 [10] 王昆、何小柏、汪信遠主編.機械設(shè)計、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計。北京：高等教育出版社，1996 [11] 王敏.電阻焊在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。電焊機，第33卷，第1期 [12] 林文煥、陳本通主編.機床夾具設(shè)計。北京：國防工業(yè)出版社，1987 [13] 江洪、陸利鋒、魏崢等編著. 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