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可持續(xù)夾具及固定裝置的高精度安裝的方法論 J Jamshidi P G maropoulos 英國巴斯大學(xué)機械工程學(xué)系 摘要 在夾具安裝階段 夾具組件的精確測量能力決定其精確性 尤其是對大尺 寸的產(chǎn)品和應(yīng)用來說 大量定制一些在設(shè)計上有多樣性的小批量產(chǎn)品和零部件 是十分重要的 產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該與迅速轉(zhuǎn)換理念相互協(xié)調(diào) 對于敏感元器件及組 件而言 以犧牲產(chǎn)品質(zhì)量來提高速度是不明智的 例如在航空航天工業(yè)中所看 到的那些零部件 提高精確性對于夾具的安裝是很有必要的 為了要盡量少用 這可取決于夾具和夾具定位變化的耐受性預(yù)算 在航空航天工業(yè)中 靈活和可 重構(gòu)夾具的概念的發(fā)展及固定裝置是夾具的主要開銷成本 吸引他們的是重構(gòu) 夾具的可重用性 可持續(xù)使用是由于那些零部件也能夠被重新應(yīng)用到許多種產(chǎn) 品和裝配中去 一直不佳的準(zhǔn)確性和可靠性為這類夾具的缺點 這篇論文主要 是研究可持續(xù)夾具主要零部件的精確定位 影響夾具性能的因素在安裝階段會 得以審查 本文介紹了一種在靈活夾具中為了最大限度地減少定位和夾緊的不 確定性的方法 關(guān)鍵詞 可持續(xù)性夾具 夾具安裝 校準(zhǔn)不確定性 夾具的監(jiān)測 計量 可重復(fù) 使用的夾具 1引言 質(zhì)量和可靠性等因素早已經(jīng)轉(zhuǎn)換為新零件固有的特征 在他們的產(chǎn)品和服 務(wù)范圍內(nèi) 近期市場趨勢已經(jīng)迫使制造業(yè)走向大規(guī)模定制 其次增加新陳品的 多樣化設(shè)計在部件和組件級別上遵循第二次高幅度的變化 有先進制造系統(tǒng)和 技術(shù)的國家提供了更多的靈活性 能使設(shè)計師更加自由的發(fā)揮想象 例如在過 去幾十年發(fā)展起來的一種新的大體積測量方法 就能測量及公丈的距離 用來 檢測大尺寸零件的這些設(shè)備通常是由多個組裝部件所制造出來的 在重組和裝 配期間 那些大尺寸產(chǎn)品的制造需要用到專用的夾具和固定裝置 以便于他們 的零部件能夠被定位在設(shè)計基準(zhǔn)上 對于大批量產(chǎn)品 在計算機輔助軟件上就 能估算出其主要的花費需求 否則 在某些情況下或以其他方式生產(chǎn)的產(chǎn)品成 本可能會是非常高的 這個問題與客戶不斷用錢來尋求具有更高價值的市場需 求相互矛盾 用一種典型的變化產(chǎn)品可以創(chuàng)建一個更加具有持續(xù)性的商業(yè) 因 為它能夠滿足相對比較大地市場需求 由支持產(chǎn)品變化的不同形狀的產(chǎn)品而形 成的靈活和可重構(gòu)夾具及固定裝置則是應(yīng)對上述挑戰(zhàn)關(guān)鍵的解決方案 靈活夾 具的概念已經(jīng)在研究領(lǐng)域存在了幾年 1 然而 它們在很大程度上沒有充分利 用真正的生產(chǎn)設(shè)施 尤其是大尺寸產(chǎn)品的制造 如航空航天設(shè)備 這是由于關(guān) 于它們的初始安裝 校準(zhǔn)困難和可重復(fù)性等挑戰(zhàn)往往超出公差要求 這些夾具 和高品質(zhì)關(guān)鍵部件裝置的制造以及大量的集成計量系統(tǒng) 都可以減少上述限制 本文包括了有關(guān)安裝的計量問題和靈活的夾具校準(zhǔn)以及檢測服務(wù) 2相關(guān)工作 2 1大型零件的制造和裝配 通常把要精密制造的機械零件移動到機床工作臺是必需的 先進行粗加工 然后精對準(zhǔn)和夾緊 在這個階段 一方面是準(zhǔn)備用于加工高精度的關(guān)鍵所在 然而 這對于一些大尺寸或重的零部件并不總是可以實現(xiàn)的 大型產(chǎn)品是指那 些與一些不經(jīng)濟的可能需要處理或在工廠周圍移動的的組件一起來達到制造和 裝配的目的 2 制造業(yè)和這些部件的裝配工藝包括所需機器和系統(tǒng)的運動以及 這些部件的位置和方向 這些零部件通常定位在大尺寸夾具及固定裝置上該定 位的位置 如果這些部件以小批量生產(chǎn) 在航空航天工業(yè) 高開銷的情況下 每個產(chǎn)品將會出現(xiàn) 在設(shè)計和制造夾具上 已經(jīng)有了許多嘗試 以便于能夠持 有許多種組件的變種 然而 這方法是不可行的 因為敏感或關(guān)鍵的零部件完 全是由它們的高精度要求所決定的 與固定的夾具相比較 可調(diào) 可重構(gòu)夾具 會產(chǎn)生更低的重復(fù)性 固定夾具有固定的方式 可以通過焊接或鉚接的接頭固 定在一起來實現(xiàn) 這些機械故障 例如夾具和固定裝置由于疲勞和塑料變形就 是一個終止其服務(wù)的主要原因 發(fā)送它們再進行回收 小批量制造的需求是目 前常見的淘汰不合格夾具 其使用壽命取決于產(chǎn)品的生命周期 換句話說 在 制造變種零件停止不久之后 與之有關(guān)聯(lián)的夾具和固定裝置將會變得多余 即 使夾具有工作順序 但它們?nèi)匀挥袌髲U并送往循環(huán)再造 這種方法會帶來高負 擔(dān)回收的能耗 在大尺寸零件下的固定夾具和夾具的漂移以及夾具都能影響大 尺寸零件組裝的精確性 5 對于大尺寸的夾具已經(jīng)開發(fā)出了幾種分析夾具剛性 的方法 可用來評估振動的影響因素 在任何情況下更加可持續(xù)生產(chǎn)要通過選 擇性方案才能得以實現(xiàn) 如圖 2 1所示 圖 2 1 典型的大型夾具元件 用于制造所延誤的時間是固定夾具的又一重大缺點 這些夾具應(yīng)該在制造 前就被訂購 在生產(chǎn)計劃和產(chǎn)品上市前還可以創(chuàng)建額外的復(fù)雜性 不管他們的 類型 大型夾具有一些共同的元素 包括一個主框架 內(nèi)在的框架 有可能有 一個或數(shù)多個可移動的機制或更小的組件 如鉗 套管 皮卡和可調(diào)螺絲 表 1 2 2柔性夾具 開發(fā)的柔性夾具的概念增加了其可持續(xù)性 快速轉(zhuǎn)換以及降低了成本 現(xiàn) 在可以使用現(xiàn)成的模塊來設(shè)計和組裝夾具 根據(jù)規(guī)定 只有極少數(shù)夾具的專用 零件需要設(shè)計和制造 以這種概念看 大多數(shù)散裝部件 附件關(guān)節(jié)都應(yīng)用的很 具體 一旦產(chǎn)品設(shè)計變異完全制造出來 然后就可以拆卸上述組件和重組成一 種新的元件來與未來的設(shè)計變異相匹配 因為組裝和組件范圍上的設(shè)計都相當(dāng) 接近 所以這種方法是最能降低夾具成本的 根據(jù)組件的變化水平和工作類型的需求 每一個不同比例的柔性夾具都需 要被重新安排 為了增加使用這種類型夾具的效益 這個問題在設(shè)計階段考慮 是十分重要的 例如 在可能的情況下 皮卡車的位置和三維定位夾具上的組 件的不同變種 甚至完全不同的部分應(yīng)該是在靠近增加兼容性和夾具子系統(tǒng)間 變性 夾具關(guān)鍵部件的收集在短期內(nèi)能保證所需夾具的可用性 另外 這些夾 具的存儲需要很少空間 因為拆除所有模塊是可能的 通常以腳手架的形式并 把它們彼此放在一起 目前在一些汽車公司應(yīng)用到柔性夾具 因為它們的精度 等級是足夠滿足的 大尺寸制造的夾具設(shè)施盡管沒有許多柔性夾具那樣操作靈 活 比如航空航天設(shè)備 準(zhǔn)確性和定位銷的不確定性 夾具的可重復(fù)性以及夾 具結(jié)構(gòu)的漂移都出現(xiàn)這樣一個事實 這些夾具在發(fā)電和航空航天等工業(yè)不能滿 足公差要求 一旦它們的精度問題得以解決 這些夾具在上述的工業(yè)中將會有 很高的利用價值 圖 2 2 夾具與汽車行業(yè)中的可重構(gòu)組件 大量的體積計量系統(tǒng)和技術(shù)一直有許多新的發(fā)展 依靠計量系統(tǒng)和技術(shù)的 現(xiàn)代激光技術(shù)現(xiàn)在就能夠測量一些可接受精度的大尺寸產(chǎn)品甚至到幾公丈的產(chǎn) 品 在安裝和初期安裝調(diào)試期間 這些系統(tǒng)能夠用來精確定位一些夾具的關(guān)鍵 部件 夾具的安裝通常開始形成機架或主要框架 然后是那些大的部件和像皮卡 和夾具那樣逐漸更小的零部件 計量系統(tǒng)能夠用于柔性夾具的主要框架和其內(nèi) 部框架的安裝 從而來保證每個零部件彼此之間的準(zhǔn)確定位 表 1顯示了這些 大規(guī)模的測量系統(tǒng)數(shù) 跟蹤系統(tǒng)能夠測量基準(zhǔn)點 它是實現(xiàn)這一目的的最合適 的測量系統(tǒng) 一起跟蹤球式反射鏡在三維空間內(nèi)都可以認準(zhǔn)所要記錄的位置 球式反射鏡可以直接練習(xí)目標(biāo)對象來提供幾何位置信息或可以在機械重復(fù)的球 式反射鏡下應(yīng)用 從這個角度用激光來跟蹤目標(biāo)或短期目標(biāo) 像一些其他測量 儀器的激光跟蹤有時候不確定 在夾具的安裝過程中需要做以說明 此外 激 光跟蹤和目標(biāo)點之間的光線問題還應(yīng)該考慮到 如果必要的話 多個跟蹤職位 都可以使用 在實際測量活動中 其結(jié)果必然是伴隨著一個不確定的說明 經(jīng) 過測量 這些給定的分散的特征值是合理的 這個問題與一些夾具或夾具的安 裝及以后的審核都是一樣的 這些知識闡明了一個給定的定位夾具的能力和裝 配任務(wù) 換句話說 它表示在其相關(guān)流程中一套夾具是否能夠滿足公差要求 2 3夾具理論比較 為了用于多種生產(chǎn)裝置和組裝應(yīng)用 在不同的公司也有大量不同形狀和設(shè) 計的夾具 這些夾具中的某一些的形式都是標(biāo)準(zhǔn)形式 然而另一些是經(jīng)過專門 設(shè)計和制造的特殊零部件 后者可以說是建立在產(chǎn)品的復(fù)雜性和大規(guī)模的基礎(chǔ) 上的 所以可能會是非常昂貴的 9 無論成本和目的如何 制造和組裝過程都可以完成 要么不使用夾具 要 么用固定幀夾具或用可重構(gòu)或柔性夾具 表 2對它們的典型應(yīng)用的這些方法做 出了比較 固定框夾具通常用于重型應(yīng)用上 它們更適合于應(yīng)用在能夠減輕花費開銷 的大量產(chǎn)品上 對于制造業(yè)和大型組裝及復(fù)雜產(chǎn)品來說 柔性夾具的應(yīng)用有很多好處 特 別是在研究和發(fā)展工作中 以及低容量產(chǎn)品的情況下 制造柔性夾具和夾具可 能會是非常有益的 除了在時間和金錢上使利益均衡外 柔性夾具還會有一個 更加靈活的設(shè)計思路 由于在夾具的制造和裝配過程中 會直接和經(jīng)常改變夾 具的拓撲成本 與傳統(tǒng)夾具相比較 這種類型的柔性夾具的可重用性和可重構(gòu) 性是一個主要的優(yōu)點 這一點尤為重要 因為它在綠色制造方面符合行業(yè)的發(fā) 展方向 通過回收使用系統(tǒng)的組成部件 為相關(guān)項目的工裝費用降低了項目成 本 表 2 1 用于驗證夾具大量的例子 便攜式測量儀器 儀器 輔助部件 測量類型 接觸式 非接觸式 圖像 賽立信探頭 是激光跟蹤儀 T型探頭 是 激光雷達 球形目標(biāo) 是 目標(biāo) 是攝影 光投影 是 基于激光掃描頭 是關(guān)節(jié)臂 三坐標(biāo)測量 機 接觸探頭 是 2 4 柔性夾具的安裝 本節(jié)中描述的夾具在安裝過程中需要考慮一些問題 夾具元件安裝在合適 位置可以說是一種挑戰(zhàn) 尤其是當(dāng)定位公差比較小時 柔性夾具也應(yīng)當(dāng)被監(jiān)測 以便于開發(fā)和與傳統(tǒng)夾具相比較它們的剛性 給出了一個通用的描述階段根據(jù)初步夾具安裝在仿真軟件環(huán)境和利用一些 尺寸為 5m 4m 3m的大尺寸夾具的實際實驗結(jié)果來測量指令階段 這是不論這 個夾具是否是第一次安裝在夾具中還是對已經(jīng)存在的夾具只做外形上的更換 其都是為了定位不同的零部件 根據(jù)其復(fù)雜性 一種典型的大尺寸夾具具有三至五個結(jié)構(gòu) 通常除了有一 個主框架之外 在每一個級別的基本水平 也可以由一個或多個結(jié)構(gòu) 這些結(jié) 構(gòu)用來作為參考以便于作為夾具基準(zhǔn)來定位 在一個自動化固定的平臺上 機 器系統(tǒng)會進行多項任務(wù) 比如定位 加工和進行裝配 因此機器人的工作基準(zhǔn) 與夾具的工作框架相聯(lián)系 仔細考慮夾具的綜合數(shù)據(jù) 會確保后續(xù)安裝達到預(yù) 期的公差要求 2 4 1 測試輔助柔性夾具的安裝 柔性夾具的安裝在第一次進行模擬仿真時有幾個安裝階段 使用模擬演習(xí) 在這個工程中可以減少一些潛在的錯誤和返工 測量輔助安裝過程是類似的跟 蹤對象位置的過程 是常見的大尺寸組件用到的 夾具的組件先用這種方法使 其大致位置公差在 1mm以內(nèi) 然后當(dāng)所有的夾具組件被放到所設(shè)計的位置時 在 0 1mm至 0 15mm公差內(nèi) 它們可以使用適當(dāng)?shù)呐ぞ厥站o 典型的計量協(xié)助柔 性夾具安裝階段如下 在出廠時設(shè)置初試參考結(jié)構(gòu) 測量初始參照系 安裝基地或其位置的主框架 安裝脫機內(nèi)結(jié)構(gòu) 安裝控股和定位 在內(nèi)框和主框架位置安裝鉗 套管和皮卡 底座上安裝內(nèi)框 重點定位元件的精細調(diào)整和緊固 核查參照系和夾具 對于夾具關(guān)鍵位置的服務(wù)監(jiān)測 這些階段是從無到有夾具的完整安裝 更不用說 在設(shè)計變化略有變化的 情況下 一些下面的操作將被忽略 表 2 2 不同夾具理念之間簡明的比較 典型特征 固定框架 柔性夾具 夾具 應(yīng)用 大批量產(chǎn)品 小批量產(chǎn)品 樣機 唯一性 可重復(fù)性 可重構(gòu)性 成本效益 耐用性 非常高 高 低 優(yōu)點 剛度 非常高 剛性不確定 低 重量 重 中 低 可移植性 不可移植 難以在每一個安 裝中定位 難以進行 成本 非常高 中等 低 缺點 生產(chǎn)時間 長 中等 短 2 4 2 柔性夾具的安裝 柔性夾具安裝過程中采取了以下階段 安裝夾具的主框架 移動單元和子系統(tǒng)組裝 夾具內(nèi)框架在夾具裝配中的安裝 皮卡和夾具的裝配 主框架通常是夾具的骨干 因此 它一般不會改變外形 和內(nèi)框架及較小 的元素如襯套 皮卡和夾具一樣具有規(guī)律性 慎重考慮制造過程可以減少夾具 元件較大元素的重新排列 也會更進一步節(jié)約時間和成本 圖 3顯示了三組不 同活動小組對于柔性夾具的安裝過程 在這個過程中 假定夾具的標(biāo)準(zhǔn)件是從 可供選擇的現(xiàn)成的部件和組件中選出來的 然后提前在大量的物理安裝測試和 調(diào)試時以降低測量不確定度來進行一次夾具安裝 一旦達到可接受水平的不確 定性的物理安裝才能進行 圖 2 3 柔性夾具的測量輔助安裝程序 在夾具安裝過程中 它可能需要用到多個測量系統(tǒng)或用到包括一套完整夾 具安裝關(guān)鍵點的測量系統(tǒng) 這應(yīng)該包括在夾具維修期間放在工廠的地板和墻壁 上的穩(wěn)定性及漂移檢查的目標(biāo)參考點 在夾具上定位的關(guān)鍵點 測量儀器的不確定性應(yīng)該予以考慮 作為一個經(jīng) 驗法則 每個夾具關(guān)鍵位置的定位的準(zhǔn)確性應(yīng)該是在 10倍 甚至比所需的耐受 性更好 換句話說 如果組件公差指定至 0 1mm 則夾具定位精度至少應(yīng)為 0 01mm 柔性夾具安裝的最佳做法如下 一個工廠的墻壁和地板上的初始參考點的位置是首選 以減少測量的不確 定性 應(yīng)驗證該儀器所在位置上經(jīng)常使用初始參考點的基地 在每個夾具的大節(jié)上 為更好地具有跟蹤和可重復(fù)性 可以附加多個球式 反射跟蹤系統(tǒng) 夾具大型組件有關(guān)于彎曲或扭曲的測量應(yīng)集中在角梁的中央部分 以減少 定位誤差 內(nèi)框架參考點應(yīng)選擇盡可能遠的創(chuàng)建框的坐標(biāo)系統(tǒng) 這可能會導(dǎo)致在內(nèi)框 坐標(biāo)系時的較小的不確定性 3 不確定性 由于評估的結(jié)果旨在對于所描述物體真正價值范圍內(nèi)的評估定位 則不確 定性被定義為膠 8 這里的不確定性來自兩方面的審查 首先是與測量過程中 有關(guān)的 其次是與夾具定位的不確定性有關(guān) 測量不確定性的一些因素 如灰 塵 重力 溫度 氣壓 濕度 測量儀器和相關(guān)軟件中的系統(tǒng)誤差 操作人員 的技能 接觸探針或球式反射跟蹤儀 基于膠 8 的定義 測量結(jié)果應(yīng)伴隨著它 的不確定性說明 這些錯誤詳細來源的討論超出了本文的范圍 已經(jīng)有多項研 究來建立真正的不確定性的一些測量儀器 10 11 夾具關(guān)鍵點的測量結(jié)果應(yīng)該包括相關(guān)的置信水平 除了最初的不確定性上 升的測量儀器 夾具的不確定性還有其他方面的影響 夾具框架方面的應(yīng)用由 于產(chǎn)品重量以及制造工藝過程在夾具框架中能創(chuàng)建一些彈性變形 夾具有了集 成化 自動化和移動部分 是這個問題變得更加復(fù)雜 仔細考慮夾具設(shè)計階段不確定性的來源可以在一個給定的情況下減少過度 使用公差預(yù)算的風(fēng)險 夾具的精度和夾具的成本之間有著直接的關(guān)系 然而 整體的成本也應(yīng)該被考慮在內(nèi) 高數(shù)額的零部件有更長的使用壽命 換句話說 質(zhì)量特征接近平均值是 在使用過程中會很少失效 朝六個方向靠近在安裝時 是很必要的 然后是在高精度夾具和敏感部位上的可重構(gòu) 柔性夾具及夾具的 監(jiān)測 4 討論 柔性夾具適用于組裝和在加工部分有不同的設(shè)計和幾何參數(shù) 尤其是當(dāng)這 些部件之間的設(shè)計變化小時 這種類型的夾具被證明是具有成本效益和快速的 解決方案 這是因為它可能會通過夾具重新配置到一個新的產(chǎn)品或組件的變種 上 然而 當(dāng)所需的零件盒裝配的設(shè)計完全不同時 可能需要不同尺寸夾具組 件的完整地重排 因此 在設(shè)計一個新的零件和重組夾具的拓撲結(jié)構(gòu)時應(yīng)該考 慮到要便于減少夾具的安裝和重新配置的時間以及成本 并最大限度的重用現(xiàn) 在的組件在當(dāng)前的裝配中 一個柔性夾具有許多種裝配方式 是由于其靈活性 在正確的安裝順序下 選擇合適的組件 可以最大限度的節(jié)約成本和時間 本次選擇的過程中應(yīng)該對 未來產(chǎn)品的夾具的潛在的重用予以考慮 在產(chǎn)品不斷變化的情況下 計劃和設(shè) 計夾具框架是很重要的 使用定制的夾具 緊固件 軸套和其他夾具元件都是 降低成本的關(guān)鍵問題 仿真軟件和工具的廣泛使用 可以減少返工和浪費夾具材料相關(guān)的成本 例如測量儀器 其目標(biāo)點之間的視線檢查就會使用這些軟件來輔助 圖 4顯示 了柔性夾具安裝在測量仿真軟件中的第一個階段 由于夾具正在興建的模擬的 效益越 來越明顯 因此它可以突出儀器與目標(biāo)測量點的水平視線的問題和不確定性 由于關(guān)于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形 則可以提前 在仿真中分析以及在購買夾具元件方面的財政 更重要的是 這種工具允許更 好的裝配和制造等操作 因為它們能提前分析出夾具的長處和弱點 揭示其物 理設(shè)置 選擇合適的測量儀器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計量 一個連貫的計量系 統(tǒng) 其測量結(jié)果的不確定性能夠決定夾具的不確定性 也暴露了夾具和是否符 合一個給定的公差范圍內(nèi)所需任務(wù)的能力 圖 4 1 測量輔助夾具安裝的模擬過程 由于關(guān)于夾具操作中重量和力使夾具元件的電位漂移和變形 則可以提前 在仿真中分析以及在購買夾具元件方面的財政 更重要的是 這種工具允許更 好的裝配和制造等操作 因為它們能提前分析出夾具的長處和弱點 揭示其物 理設(shè)置 選擇合適的測量儀器最重要的是要協(xié)助夾具安裝的的計量 一個連貫的計 量系統(tǒng) 其測量結(jié)果的不確定性能夠決定夾具的不確定性 也暴露了夾具和是 否符合一個給定的公差范圍內(nèi)所需任務(wù)的能力 總結(jié) 零件和裝配體應(yīng)該以盡量減少夾具成本的方式來設(shè)計 以滿足使用標(biāo)準(zhǔn)組 件 如果在夾具更新至下一產(chǎn)品時提前思考 則其速度和成本可能會增加 在 夾具和固定裝置的設(shè)計上有強大的總成本 碳足跡及其可持續(xù)性 它往往要求 生產(chǎn)出只有極少數(shù)的典型設(shè)計或產(chǎn)品 子系統(tǒng)或組件 以滿足產(chǎn)品的變化和客 戶的需求 對于大型產(chǎn)品的幾何尺寸超出幾米夾具的可能會造成重大的開銷 此外 一旦所需的零部件倍制造出來 這些夾具則會變得多余 常規(guī)回收多余 夾具是不經(jīng)濟的 因此 找到增加夾具的靈活性才是所需求的方法 柔性夾具和夾具的概念已存于二十余年 然而它們的潛能還沒有真正發(fā)揮 是由于其精度可可重復(fù)性的不確定性 高精度計量系統(tǒng)現(xiàn)在能夠用來對夾具進 行初始安裝和服務(wù) 然后使用該系統(tǒng)有可能重新設(shè)定夾具元素使其精確到一個 新的拓撲結(jié)構(gòu) 以便于定位不同幾何位置的組件 允許幾次使用夾具 本文提出了一種對于大規(guī)模柔性夾具及夾具初始定位和安裝的通用的算法 計量輔助夾具安裝的新概念被證明對復(fù)雜的設(shè)置和夾具的安裝是有益的 當(dāng)完 全裝配好時 夾具的穩(wěn)定性可以通過慎重考慮和選擇夾具幾何位置上的關(guān)鍵點 來予以保證 這種方法將應(yīng)用于大尺寸元件和產(chǎn)品的制造以及裝配件 尤其是 應(yīng)用于航空航天和發(fā)電工業(yè)中 畢業(yè)設(shè)計 論文 中期報告 題目 手柄座零件機械加工工藝及典型 夾具設(shè)計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 2013 年 3 月 17 日 1 設(shè)計 論文 進展?fàn)顩r 1 1 針對課題在網(wǎng)上搜集資料 在圖書館查閱書籍 熟悉機械制造工程學(xué)中對機械加 工工藝和夾具設(shè)計部分內(nèi)容的講解 1 2 根據(jù)導(dǎo)師所給的零件圖 機械制造工程學(xué)中的加工準(zhǔn)則 先粗后精 先主后次 先基面后孔 對零件進行了工藝分析 主要確定零件各個加工表面的位置要求 另 外 制定出兩套工藝方案 為了保證加工精度和裝夾次數(shù) 經(jīng)過對比后確定出最終 方案如下 工序一 備料 工序二 鑄造毛坯 工序三 粗銑 半精銑 凸臺端面 選用 X51 立式銑床 45 工序四 銑 半精銑大端面 工序五 鉆 擴 鉸 內(nèi)孔 選用 Z535 立式鉆床 82H 工序六 鉆 粗鉸 精鉸 孔 選用 Z525 立式鉆床 710 工序七 銑槽 mm 選用 X63 臥式銑床 4 01 工序八 鉆 粗鉸 精鉸 螺紋孔 選用 Z525 立式鉆床 工序九 鉆底孔 攻螺紋孔 M10 H7mm 選用 Z525 立式鉆床 工序十 鉆 錐銷通孔 選用 Z525 立式鉆床 5 工序十一 拉鍵槽 6H9mm 工序十二 鉆槽底通孔鉆 選用 Z525 立式鉆床 5 工序十三 終檢 1 3 查 機械制造工藝設(shè)計簡明手冊 各加工表面的機械加工余量 計算切削用量 根據(jù)切削速度和主軸的轉(zhuǎn)速選取合適的機床 1 4 對第 IV 道工序 鉆孔 14H7 進行夾具設(shè)計 包括定位分析 選取 孔825H 的下端面作為粗基準(zhǔn) 利用一組共兩塊 V 形塊分別支承 和 作主要定位面 825H 13R 限制 5 個自由度 再以一個銷釘限制最后 1 個自由度 達到完全定位 夾具的定位 誤差計算 本工序選用的工件以圓孔在定位銷上定位 定位銷為水平放置 由于定位副間 存在徑向間隙 因此必將引起徑向基準(zhǔn)位移誤差 在重力作用下定位副只存在單邊 間隙 即工件始終以孔壁與心軸上母線接觸 故此時的徑向基準(zhǔn)位移誤差僅存在 Z 軸方向 且向下 1 5 在數(shù)據(jù)庫中查找外文翻譯并準(zhǔn)確翻譯為中文 1 6 初步繪制二維夾具裝配圖 書寫工序卡片 工藝卡片 2 存在問題及解決措施 2 1 存在問題 夾具的選取 裝配圖的繪制 注 1 正文 宋體小四號字 行距 20 磅 單面打印 其他格式要求與畢業(yè)論文相同 2 中期報告由各系集中歸檔保存 不裝訂入冊 2 2 解決措施 查閱相關(guān)資料書籍熟悉夾具設(shè)計 積極向老師和同學(xué)交流 溝通 加 強練習(xí) 熟練二維 CAD 裝配圖繪制 3 后期工作安排 3 1 完善前期所有的零件分析和計算 零件圖 按照導(dǎo)師要求設(shè)計所有夾具 完成裝 配圖繪制等 第 10 周 第 13 周 3 2 整理檢查計算過程 撰寫畢業(yè)論文 第 14 周 第 15 周 3 3 準(zhǔn)備最后答辯 第 16 周 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 題目 手柄座零件機械加工工藝及典型 夾具設(shè)計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 2012 年 12 月 23 日 1 1 畢業(yè)設(shè)計 論文 綜述 題目背景 研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1 1 題目背景 機械加工工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè) 也是一個國家發(fā)展的重要經(jīng)濟來源 在 機械零件的加工過程中 機械加工工藝是相當(dāng)重要的一環(huán) 因為機械工藝對產(chǎn)品的 質(zhì)量控制起著重要作用 直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率 以及價格的高低 所以作為一名機械設(shè)計者 應(yīng)該具備以下基本要求 零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本合理 制 定良好的加工工藝路線 在此基礎(chǔ)上盡可能優(yōu)化結(jié)構(gòu) 降低成本 提高生產(chǎn)率 1 2 研究意義 1 對于機械產(chǎn)品的設(shè)計可以從到零件到裝配有一個完整的了解和初步的掌握 以 進一步的熟練掌握 Pro E 和 CAD 的運用 2 鍛煉自己的獨立思考能力和創(chuàng)造能力 進一步將所學(xué)知識和實踐結(jié)合 為更好更快的適應(yīng)工作作準(zhǔn)備 1 3 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1 3 1 國內(nèi)發(fā)展情況 目前國內(nèi)機械行業(yè)的基本情況是 隨著工業(yè)及汽車制造業(yè)的迅發(fā)展 機械設(shè)計 制造日漸受到人們的廣泛關(guān)注 已形成一個熱門行業(yè) 但是我國機械加工行業(yè)缺乏 技術(shù)人員 存在制造周期長 壽命短 供不應(yīng)求 目前存在的主要問題是 1 從設(shè)計結(jié)構(gòu)上看 我們的設(shè)計還不夠細致 許多細節(jié)考慮的欠周到 以至于 零件使用受命不長 特別是加工工藝和熱處理技術(shù) 在這方面與國外的差距更大 2 從零件材料看 我國的機械加工行業(yè)起步時間不長 而國際上產(chǎn)品的材料品 種則有很多可供選擇 目前 我國雖然也有個別品種諸如高速鋼具有較好的質(zhì)量 但應(yīng)用較少 主要是國產(chǎn)的鉆頭 端銑刀等切削工具難以切削諸如HRC40等很硬的 鋼 3 從加工工藝水平看 主要是設(shè)備水平不高 專門設(shè)備使用的少 加工出來的 零件表面精度很難達到國外水平 檢測手段落后 裝配水平不高 導(dǎo)致容易出現(xiàn)報 廢或裂痕現(xiàn)象 為了提高企業(yè)的設(shè)計水平和加工能力 國家推薦適合于機械企業(yè)用 的CAD CAM 系統(tǒng) 但國內(nèi)優(yōu)秀的 CAD CAM系統(tǒng)很少 只有少數(shù)適合應(yīng)用 而國外 購買的雖有強大的三維曲面造型能力 強大的結(jié)構(gòu)有限元分析能力 強大的計算機 輔助制造能力 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理能力等 但價格昂貴 一般企業(yè)難以支持 1 3 2 國外的發(fā)展情況 進入21世紀 發(fā)達國家把機械制造工藝裝置于更為優(yōu)先發(fā)展的重要地位 機械 制造工藝的基礎(chǔ)地位毫不動搖 機械制造工藝位居工業(yè)的核心地位 擔(dān)負著為國民 經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)提供技術(shù)裝備的責(zé)任 是工業(yè)化國家的主導(dǎo)地位 工業(yè)發(fā)達國 家不斷加大對機械制造工藝的研發(fā)投入 持續(xù)加強核心技術(shù)創(chuàng)新 增強高技術(shù)在機 2 械制造工藝發(fā)展的影響力和滲透力 從而更加凸顯了現(xiàn)代機械制造工藝對于推動產(chǎn) 業(yè)技術(shù)升級和國民經(jīng)濟發(fā)展的重要性 2 本課題的研究內(nèi)容 要求 目的及擬采用的工藝路線 2 1 本課題的研究內(nèi)容 課程設(shè)計題目通常定為 設(shè)計手柄座零件的機械加工工藝規(guī)程及專用夾具設(shè)計 零件圖樣 生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)條件是設(shè)計的主要原始資料 由指導(dǎo)教師提供給學(xué)生 零件復(fù)雜程度以中等為宜 生產(chǎn)類型為成批生產(chǎn) 學(xué)生根據(jù)教師設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定 的設(shè)計題目 按照所給零件編寫出相應(yīng)的加工工藝規(guī)程 設(shè)計出其中由教師指定的 一道重要工序 如 工藝規(guī)程中所要求的車 銑 鉆夾具中的一種 的專用夾具 并撰寫說明書 學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下 參考設(shè)計指導(dǎo)書 認真地 有計劃地 獨立按時完成設(shè)計任務(wù) 具體設(shè)計內(nèi)容如下 1 對零件進行工藝分析 擬定工藝方案 繪制零件工作 圖 1 張 如下圖 1 圖 2 2 確定毛坯種類及制造方法 繪制毛坯圖 1 張 3 擬 定零件的機械加工工藝過程 選擇各工序加工設(shè)備及工藝裝備 刀具 夾具 量具 輔具 確定某一代表工序的切削用量及工序尺寸 編制機械加工工藝規(guī)程卡片 工 藝過程卡片和工序卡片 1 套 4 設(shè)計重要工序中的一種專用夾具 繪制夾具裝配 總圖和大件零件圖 通常為夾具體 各 1 張 5 撰寫設(shè)計說明書 1 份 圖 1 3 圖 2 2 2 本課題的研究要求 1 繪圖要求 用 AutoCAD 和 Pro E 軟件 繪制零件圖 二維及三維圖 2 編寫 15000 字左右論文一篇 3 工藝分析 計算編寫加工工藝 各夾具的定位分析 設(shè)計計算 2 3 本課題的研究目的 1 鞏固與擴充 機械制造 機械設(shè)計 等課程所學(xué)的內(nèi)容 掌握夾具設(shè)計的方 法和步驟 檢驗理論知識掌握情況 將理論與實踐結(jié)合 2 掌握進行夾具設(shè)計的方法 過程 為將來走向工作崗位進行科技開發(fā)工作 和撰寫科研論文打下基礎(chǔ) 3 掌握零件及夾具設(shè)計的基本技能 如計算 繪圖 查閱設(shè)計資料和手冊 熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 2 4 本課題擬采用的工藝路線 2 4 1 工藝路線一 工序一 備料 工序二 鑄造毛坯 工序三 粗銑上 下表面 精銑下表面 工序四 鉆 孔 825H 工序五 插鍵槽 6H9 工序六 銑槽 14 43mm 工序七 鉆 拉孔 710 工序八 鉆孔 5 工序九 鉆 擴 螺紋孔 4H 4 工序十 鉆 鉗 錐銷通孔 M10 7H 5 工序十一 終檢 2 4 2 工藝路線方案二 工序一 備料 工序二 鑄造毛坯 工序三 鉆 825H 工序四 粗銑上 下表面 工序五 精銑下表面 工序六 插鍵槽 6H9mm 工序七 銑槽 14 mm 43mm 工序八 鉆孔 5 工序九 鉆 拉孔 710H 工序十 鉆 擴 4 工序十一 鉆 鉗 錐銷通孔 M10 7H 工序十二 終檢 2 4 3 工藝方案的分析比較 上述兩個工藝方案的特點在于 方案一是先加工上下表面為中心的一組工藝 然后加工 的孔 再以 的孔的孔為基準(zhǔn)加工 的孔 方案二則是先825H 825H 710H 加孔 后再加工上下表面 再加工孔 此時方案二采用車床加工工序一 710 這樣有利提高效率 節(jié)省成本 經(jīng)比較可知 先加工上下表面 再以上下表面為基 準(zhǔn)加工 及插鍵槽 最后完成對 的孔的定位 顯然方案一比方案二的裝 夾次數(shù)減少了 同時也更好的保證了精度要求 綜上所述 零件的具體工藝過程如下 工序一 備料 工序二 鑄造毛坯 工序三 粗銑 半精銑 凸臺端面 選用 X51 立式銑床 45 工序四 銑 半精銑大端面 工序五 鉆 擴 鉸 內(nèi)孔 選用 Z535 立式鉆床 82H 工序六 鉆 粗鉸 精鉸 孔 選用 Z525 立式鉆床 710 工序七 銑槽 mm 選用 X63 臥式銑床 4 01 工序八 鉆 粗鉸 精鉸 螺紋孔 選用 Z525 立式鉆床 工序九 鉆底孔 攻螺紋孔 M10 H7mm 選用 Z525 立式鉆床 工序十 鉆 錐銷通孔 選用 Z525 立式鉆床 5 工序十一 拉鍵槽 6H9mm 5 工序十二 鉆槽底通孔鉆 選用 Z525 立式鉆床 5 工序十三 終檢 2 5 夾具初步設(shè)計 氣缸聯(lián)動夾緊裝置 比較高效和省力 故采用了氣缸推動壓塊夾 緊裝置 3 本課題研究的重點及難點 前期已開展工作 3 1 本課題研究的重點及難點 本課題的重點是 CA6140 手柄座的機械加工工藝與工裝設(shè)計 通過畢業(yè)設(shè)計 全面復(fù)習(xí) 鞏固機械制造工藝學(xué) 機械制造裝備設(shè)計以及相關(guān)課程的基本知識 并 運用所學(xué)知識解決機械加工中的工藝 工藝裝備等實際設(shè)計問題 提高分析問題 解決問題的能力 難點包括 機械制造工藝規(guī)程的設(shè)計方法 切削用量的確定 刀 具與機床的選用 熱處理方法的確定 夾具設(shè)計的基本原理和方法 用 CAD 軟件進 行模具設(shè)計 鏜模夾具裝配圖與零件圖設(shè)計等等 3 2 前期已開展的工作 深入理解課題的內(nèi)涵 廣泛搜集國內(nèi)外相關(guān)的文獻資料 進行學(xué)習(xí)和研究 了 解國內(nèi)外機械加工工藝現(xiàn)狀 借閱相關(guān)書籍 對這次設(shè)計將要用到的基礎(chǔ)知識進行 學(xué)習(xí)和了解 初步制定設(shè)計的方案 4 設(shè)計進度安排和周計劃排列 1 1 3 周 查閱資料學(xué)習(xí)相關(guān)知識 完成基礎(chǔ)知識的積累和開題報告 2 4 6 周 典型工件的工藝分析 計算 編寫各工件加工工藝 3 7 8 周 各夾具的設(shè)計計算 定位分析 設(shè)計中存在的問題 4 第 9 周 中期檢查 5 10 13 周 繪制各夾具的裝配圖 部分零件工程圖 6 14 15 周 完成畢業(yè)論文 7 第 16 周 答辯 5 指導(dǎo)教師意見 對課題的深度 廣度及工作量的意見 指導(dǎo)教師 年 月 日 6 6 所在系審查意見 系主管領(lǐng)導(dǎo) 年 月 日 7 參考文獻 1 唐增寶 何永然 劉安俊 機械設(shè)計課程設(shè)計 第二版 華中科技大學(xué)出版社 1995 3 2 施平 機械工程專業(yè)英語 第五版 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2003 10 3 王洪潢 成本會計 中國農(nóng)業(yè)出版社 1993 3 4 聶桂平 錢可強 工業(yè)設(shè)計表現(xiàn)技法 機械工業(yè)出版社 1998 12 5 李貴軒 設(shè)計方法學(xué) 世界圖書出版社 1989 7 6 周忠龍 工業(yè)設(shè)計模型制作工藝 北京理工大學(xué)出版社 1995 7 鐘志華 周彥偉 現(xiàn)代設(shè)計方法 武漢理工大學(xué)出版社 2001 8 8 東北重型機械學(xué)院 洛陽農(nóng)業(yè)機械學(xué)院 長春汽車廠工人大學(xué) 機床夾具手冊 上海科學(xué)技 術(shù)出版社 1980 1 9 濮良貴 紀名剛 機械設(shè)計 第六版 高等教育出版社 1996 10 薛源順 機床夾具設(shè)計 第二版 機械工業(yè)出版社 2003 1 11 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱市教育局 專用機床夾具設(shè)計與制造 黑龍江人民出版社 1979 12 12 上海交通大學(xué) 610 教研組 機械制造工藝及裝備設(shè)計 3 機床夾具設(shè)計 1977 13 李貴軒 翻譯 聯(lián)邦德國迪茨教授來華講學(xué)資料 阜新礦業(yè)學(xué)院 1986 8 14 Patton WJ Mechanical Power Transmission New Jersey Printice Hall 1980 15 Sors l fatigue design of machine components oxford pergramon press 1971 16 Bokor J Advanced Lithography for ULSI J 1996 IEEE Circuit Devices 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 題目 手柄座零件機械加工工藝和典型夾具設(shè) 計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 學(xué) 生 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2013 年 5 月 I 手柄座零件機械加工工藝和典型夾具設(shè)計 摘要 手柄座零件是車床操縱部分的組成零件之一 該手柄座的作用相當(dāng)于一個連桿 車床外部手柄的運動是通過車床手柄座傳遞到車床內(nèi)部實現(xiàn)人為對機床的操縱 在設(shè) 計中 主要目的是根據(jù)零件選擇合理的工藝路線 然后制定出一套可行的夾具 本文 涉及兩大部分 第一部分是對手柄座零件的分析及工藝規(guī)程的制定 第二部分是對于 零件中的兩次鉆孔加工采用不同的定位 夾緊方式進行典型夾具的設(shè)計 通過設(shè)計一 方面使我們更進一步熟悉了產(chǎn)品加工設(shè)計的全過程 在制定加工方案的時候 充分考 慮其經(jīng)濟性和可行性 另一方面通過對手柄座零件的機械加工工藝規(guī)程設(shè)計和鉆孔用 夾具設(shè)計 試圖找出一種簡單 實用的加工方法 以供生產(chǎn)同類零件的企業(yè)參考 關(guān)鍵字 手柄座 工藝 夾具 II Handle Parts Machining Process and Typical Fixture Design Abstract Handle seat parts is one of the component parts of lathe parts manipulation the handle seat ACTS as a connecting rod Movement is handle by lathe external handles to the lathe internal implementation artificial control for machine tools In the design the main task is according to the parts during the design and calculation including processing machine tools spindle speed the three elements of cutting the reasonable selection of the processing technology as well as the typical fixture design This article involves two parts the first part is the analysis of the handle seat parts and processing procedures Two drilling in the second part is for parts with different way of positioning clamping typical fixture design Through the design on the one hand make us more familiar with the whole process of the product processing design at the time of processing plan formulation give full consideration to its economical efficiency and feasibility On the other hand through the handle parts of the machining process planning design and drilling fixture design trying to find out a simple and practical processing methods to provide the reference for the manufacture of similar parts Key words the handle seat process fixture III 目錄 1 緒 論 1 1 1 前 言 1 1 2 題目背景及意義 1 1 3 國內(nèi)外相 關(guān)研究情況 1 1 4 本課題研究 內(nèi)容 2 1 5 夾 具分類 2 2 零件的分析 4 2 1 生產(chǎn) 綱領(lǐng) 4 2 2 零件作用 4 2 3 零件工藝 分析 5 3 工藝規(guī)程設(shè)計 6 3 1 毛 坯制造 6 3 2 基面選擇 6 3 2 1 粗基準(zhǔn) 選擇 6 3 2 2 精基準(zhǔn)選擇 6 3 3 制定工 藝路線 6 3 3 1 工藝路線方案一 6 3 3 2 工藝路線方案二 7 3 3 3 工藝方案分析 7 3 4 加工余量 確定 8 3 5 確立切削用 量及基本工時 8 4 鉆螺紋 孔夾 具設(shè)計 18 4 1 任務(wù)提出 18 4 2 定位方案及定位裝置設(shè)計 18 4 2 1 定位方案確定 18 4 2 2 定位元件設(shè)計 18 4 2 3 定位誤差分析 18 4 3 導(dǎo)引元 件 裝置 設(shè)計 18 4 4 夾緊方 案設(shè)計 19 4 4 1 夾緊方案確定 19 4 4 2 夾緊力大 小分析 19 4 4 3 夾緊機構(gòu)及 裝置設(shè)計 19 IV 4 5 夾具操作及維護簡 要說明 19 5 鉆孔夾具設(shè) 計 21 5 1 任務(wù)提出 21 5 2 定位方案及定位裝置 設(shè)計 21 5 2 1 定位方案確定 21 5 2 2 定位元件及裝置設(shè)計 21 5 2 3 確定最佳 定位方式 22 5 2 4 定位誤差 分析 22 5 2 5 定位元件型號尺寸和安裝方式 22 5 3 夾緊方 案確定 23 5 4 夾具的操作及維護 24 6 結(jié) 論 26 參考文獻 28 致謝 29 畢業(yè)設(shè)計 論文 知識產(chǎn)權(quán)聲明 30 畢業(yè)設(shè)計 論文 獨創(chuàng)性聲明 31 1 緒論 1 1 緒論 1 1 前言 在機械制造的機械加工 檢驗 裝配 焊接和熱處理等冷 熱工藝過程中 使用 著大量的夾具 所謂夾具就是一切用來固定加工對象 使之占有正確位置 接受施工 或者檢測的裝置 在機械制造中采用大量的夾具 機床夾具就是夾具中的一種 它裝 在機床上 使工件相對刀具與機床保持正確的相對位置 并能承受切削力的作用 機 床夾具的作用主要有以下幾個方面 較容易 較穩(wěn)定地保證加工精度 因為用夾具裝 夾工件時 工件相對機床 刀具 的位置由夾具來保證 基本不受工人技術(shù)水平的影 響 因而能較容易 較穩(wěn)定地保證工件的加工精度 提高勞動生產(chǎn)率 因為采用夾具后 工件不需要劃線找正 裝夾也方便迅速 顯著地減少了輔助時間 提高了勞動生產(chǎn)率 擴大機床的使用范圍 因為使用專用夾具可以改變機床的用途 擴大機床的使用范圍 例如 在車床或搖臂鉆床上安裝鏜模夾具后 就可以對箱體孔系進行鏜削加工 改善 勞動條件 保證生產(chǎn)安全 因為使用專用機床夾具可以減輕工人的勞動強度 改善勞 動條件 降低對工人操作技術(shù)水平的要求 保證安全 所以設(shè)計機床夾具顯得尤為重 要 1 1 2 題目背景及意義 機械加工工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè) 也是一個國家發(fā)展的重要經(jīng)濟來源 在機 械零件的加工過程中 機械加工工藝是相當(dāng)重要的一環(huán) 因為機械工藝對產(chǎn)品的質(zhì)量 控制起著重要作用 直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率 以及價格的高低 所以 作為一名機械設(shè)計者 應(yīng)該具備以下基本要求 零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本合理 制定良好 的加工工藝路線 在此基礎(chǔ)上盡可能優(yōu)化結(jié)構(gòu) 降低成本 提高生產(chǎn)率 對于機械產(chǎn)品的設(shè)計可以從到零件到裝配有一個完整的了解和初步的掌握 以進 一步的熟練掌握 Pro E 和 CAD 的運用 鍛煉自己的獨立思考能力和創(chuàng)造能力 進一步 將所學(xué)知識和實踐結(jié)合 為更好更快的適應(yīng)工作作準(zhǔn)備 1 3 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 a 國內(nèi)發(fā)展情況 目前國內(nèi)機械行業(yè)的基本情況是 隨著工業(yè)及汽車制造業(yè)的迅速 發(fā)展 機械設(shè)計制造日漸受到人們的廣泛關(guān)注 已形成一個熱門行業(yè) 但是我國機械 加工行業(yè)缺乏技術(shù)人員 存在制造周期長 壽命短 供不應(yīng)求的現(xiàn)狀 目前存在的主要問題是 畢業(yè)設(shè)計 論文 2 1 從設(shè)計結(jié)構(gòu)上看 我們的設(shè)計還不夠細致 許多細節(jié)考慮的欠周到 以至于 零件使用受命不長 特別是加工工藝和熱處理技術(shù) 在這方面與國外的差距更大 2 從零件材料看 我國的機械加工行業(yè)起步時間不長 而國際上產(chǎn)品的材料品 種則有很多可供選擇 目前 我國雖然也有個別品種諸如高速鋼具有較好的質(zhì)量 但 應(yīng)用較少 主要是國產(chǎn)的鉆頭 端銑刀等切削工具難以切削 諸如HRC40等很硬的鋼 3 從加工工藝水平看 主要是設(shè)備水平不高 專門設(shè)備使用的少 加工出來的 零件表面精度很難達到國外水平 檢測手段落后 裝配水平不高 導(dǎo)致容易出現(xiàn)報廢 或裂痕現(xiàn)象 為了提高企業(yè)的設(shè)計水平和加工能力 國家推薦適合于機械企業(yè)用的 CAD CAM系統(tǒng) 但國內(nèi)優(yōu)秀的CAD CAM系統(tǒng)很少 只有少數(shù)適合應(yīng)用 而國外購買的雖 有強大的三維曲面造型能力 強大的結(jié)構(gòu)有限元分析能力 強大的計算機輔助制造能 力 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理能力等 但價格昂貴 一般企業(yè)難以支持 b 國外的發(fā)展情況 進入21世紀 發(fā)達國家把機械制造工藝裝置置于更為優(yōu)先發(fā) 展的重要地位 機械制造工藝的基礎(chǔ)地位毫不動搖 機械制造工藝位居工業(yè)的核心地 位 擔(dān)負著為國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)提供技術(shù)裝備的責(zé)任 是工業(yè)化國家的主導(dǎo)地 位 工業(yè)發(fā)達國家不斷加大對機械制造工藝的研發(fā)投入 持續(xù)加強核心技術(shù)創(chuàng)新 增 強高技術(shù)在機械制造工藝發(fā)展的影響力和滲透力 從而更加凸顯了現(xiàn)代機械制造工藝 對于推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級和國民經(jīng)濟發(fā)展的重要性 1 4 本課題研究內(nèi)容 本設(shè)計題目為 設(shè)計手柄座零件的機械加工工藝規(guī)程及專用夾具設(shè)計 零件圖樣 生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)條件是設(shè)計的主要原始資料 由指導(dǎo)教師提供給學(xué)生 零件復(fù)雜程度 以中等為宜 生產(chǎn)類型為成批生產(chǎn) 根據(jù)教師設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定的設(shè)計題目 按照所 給零件編寫出相應(yīng)的加工工藝規(guī)程 設(shè)計出其中由教師指定的一道重要工序 如 工 藝規(guī)程中所要求的車 銑 鉆夾具中的一種 的專用夾具 并撰寫說明書 并在指導(dǎo) 教師的指導(dǎo)下 參考相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計指導(dǎo)書 認真地 有計劃地 獨立按時完成設(shè)計 任務(wù) 具體設(shè)計內(nèi)容如下 1 對零件進行工藝分析 擬定工藝方案 繪制零件工作圖 1 張 2 確定毛坯種類及制造方法 繪制毛坯圖 1 張 3 擬定零件的機械加工工藝過 程 選擇各工序加工設(shè)備及工藝裝備 刀具 夾具 輔具 確定某一代表工序的切削 用量及工序尺寸 編制機械加工工藝規(guī)程卡片 工藝過程卡片和工序卡片 1 套 4 設(shè)計重要工序中的一種專用夾具 繪制夾具裝配總圖和大件零件圖 通常為夾具體 各 1 張 5 撰寫設(shè)計說明書 1 份 畢業(yè)設(shè)計 論文 3 1 5 夾具分類 a 通用夾具 通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的 在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的 夾具 例如 車床上的三爪卡盤和四爪卡盤 頂尖和雞心夾頭 銑床上的平口鉗 分 度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等 它們有很大的通用性 無需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用于裝夾不 同的工件 這類夾具一般已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 由專業(yè)工廠生產(chǎn) 作為機床附件供應(yīng)給用戶 b 專用夾具 專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而專門設(shè)計的夾具 具有結(jié)構(gòu)緊湊 操作迅速 方便等優(yōu)點 2 專用夾具通常由使用廠家根據(jù)要求自行設(shè)計 和制造 適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中 c 組合夾具 組合夾具是在機床夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上 由一整套預(yù)先制造 好的 具有各種不同形狀 不同規(guī)格尺寸的標(biāo)準(zhǔn)元件和組件 按照組合化的原理 針 對工件的加工要求組裝成各種專用夾具 夾具使用完畢后 可以拆卸 留待組裝新夾 具時使用 組合夾具的應(yīng)用范圍十分廣泛 它最適合于品種多 產(chǎn)品變化快 新產(chǎn)品 試制和單件小批生產(chǎn)等場合 在批量生產(chǎn)中也可利用組合夾具代替臨時短缺的專用夾 具 以滿足生產(chǎn)要求 用組合夾具元件可以組裝成各類機床夾具 數(shù)控機床和柔性制 造單元的出現(xiàn) 更加推動了組合夾具技術(shù)的進步 擴大了組合夾具的應(yīng)用范圍 組合夾具具有以下特點 組合夾具元件可供多次使用 但其一旦組裝成某個夾具 后 該夾具結(jié)構(gòu)仍屬專用性 只能一次使用 當(dāng)變換加工對象時 一般仍需全部拆開 重新組裝成新夾具結(jié)構(gòu) 以滿足新工件的加工要求 和專用夾具不一樣 組合夾具的 最終精度 是靠各組成元件的精度 直接組合來保證的 不允許進行任何補充加工 否則無法保證元件的互換性 由于組合夾具是由各標(biāo)準(zhǔn)元件組合起來的 因此剛性較 差 尤其是元件連接的結(jié)合面接觸剛度 對加工精度影響較大 一般組合夾具的外形 尺寸較大 不及專用夾具那樣緊湊 這種夾具不受生產(chǎn)類型的限制 可以隨時組裝 以應(yīng)生產(chǎn)之急 d 拼裝夾具 拼裝夾具是指按某一工件的某道工序的加工要求 由標(biāo)準(zhǔn)化 系列 化的夾具元件 直接按專用夾具的裝配方法 銷釘定位 螺栓緊固 裝配成的專用夾 具 采用拼裝夾具大大縮短了專用夾具的設(shè)計與制造周期 而且當(dāng)產(chǎn)品改型時原來夾 具的大部分元件仍可拆下重新使用 適用于多品種 小批量生產(chǎn)中 e 通用可調(diào)夾具 通用可調(diào)夾具是指根據(jù)不同尺寸或種類的工件 調(diào)整或更換個 別定位元件或夾緊元件而形成的專用夾具 加工對象不很確定 通用范圍較大 適用 于多品種 小批量生產(chǎn)中 f 成組夾具 成組夾具是指專為加工成組工藝中某一組零件而設(shè)計的可調(diào)夾具 加工對象明確 只需調(diào)整或更換個別定位元件或夾緊元件便可使用 調(diào)整范圍只限于 本零件組的工件 適用于成組加工 通用可調(diào)夾具和成組夾具都是一種比較先進的 繼承性好的新型夾具 采用這兩 畢業(yè)設(shè)計 論文 4 種夾具可大大減少專用夾具數(shù)量 縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期 降低生產(chǎn)成本 加快產(chǎn)品的更 新?lián)Q代 并可以有效地促進并實現(xiàn)機床夾具標(biāo)準(zhǔn)化 系列化和通用化 通用可調(diào)夾具與成組夾具的區(qū)別在于 前者的加工對象不很確定 其更換調(diào)整部 分的結(jié)構(gòu)設(shè)計 往往具有較大的適應(yīng)性 通用范圍大 而成組夾具則是為成組加工工 藝中 一組零件而專門設(shè)計的 加工對象十分明確 可調(diào)范圍也只限于本組內(nèi)的零件 因此后者亦稱為專用可調(diào)夾具 2 零件的分析 5 2 零件的分析 2 1 生產(chǎn)綱領(lǐng) 任務(wù)書上的題目內(nèi)容為 加工一個手柄座零件 該零件年產(chǎn)量為 20000 臺 設(shè)其 備品率為 10 機械加工廢品率為 1 試進行該零件的工藝規(guī)程設(shè)計 現(xiàn)制定該手柄座零件的機械加工工藝規(guī)程 n1 a b 201 0 1 20NQ 件 年 該零件的年產(chǎn)量為 22220 件 根據(jù)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)教材中生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng) 的關(guān)系 確定其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn) 3 2 2 零件作用 題目所給的零件是 CA6140 車床的手柄座 它位于車床操作機構(gòu)中 可同時操縱 離合器和制動器 即同時控制主軸的開 停 換向和制動 操作過程如下 當(dāng)手把控 制手柄座向上扳動時 車床內(nèi)部的拉桿往外移 則齒扇向順時針方向轉(zhuǎn)動 帶動齒條 軸往右移動 通過撥叉使滑套向右移 壓下羊角形擺塊的右角 從而使推拉桿向左移 動 于是左離合器接合 主軸正轉(zhuǎn) 同理 當(dāng)手把控制手柄座向下扳動時 推拉桿右 移 右離合器接合 主軸反轉(zhuǎn) 當(dāng)手把在中間位置時 推拉桿處于中間位置 左 右 離合器均不接合 主軸的傳動斷開 此時齒條軸上的凸起部分正壓在制動器杠桿的下 端 制動帶被拉緊 使主鈾制動 零件的三維圖如圖 2 1 所示 圖 2 1 CA6140 車床手柄座零件三維模型圖 畢業(yè)設(shè)計 論文 6 2 3 零件工藝分析 CA6140 車床手柄座有多處加工表面 其間有一定位置要求 分述如下 2 3 1 以 25H8 為中心的加工表面 這一組的加工表面有 25H8的孔 以及上下端面 下端面為 45的圓柱端面 孔 壁上有距下端面 11mm 與 25H8孔中心軸所在前視面呈 角的螺紋孔 尺寸為 30 M10 7H 另外還有一個尺寸為 6H9 的槽 孔與槽的總寬度為 27 3H11 2 3 2 以 14H7 為中心的加工表面 該組的加工表面有 14H7的螺紋孔 有位置要求 加工時測量深度為 25mm 鉆 孔深度為 28mm 上孔壁有一個 5配鉸的錐銷通孔 該通孔有位置要求 2 3 3 以 10H7 為中心的加工表面 本組的加工表面有 10H7的孔 兩個 及其兩個內(nèi)端面 對稱 兩端面均有位置要 求 端面之間的距離為 mm 孔除了有位置要求以外還有平行度的形狀公差要求24 01 與 25H8孔壁之間的平行度公差為 0 2 2 3 4 以 5 5 為中心的加工表面 這組的加工表面有 5 5的孔 該孔通至 25H8上的槽 并有位置要求 4 由上面的分析可知 加工時應(yīng)先加工完一組表面 再以這組加工后的表面為基準(zhǔn) 加工另外一組 3 工藝規(guī)程設(shè)計 7 3 工藝規(guī)程設(shè)計 3 1 毛坯制造 零件材料為 HT200 手柄座在使用過程中不經(jīng)常的變動 它只起支撐的作用 受 到的沖擊不是很大 只是在縱向上受到很大的壓力 在加工過程中的精度保證很重要 它對工件的定位有一定的保證作用 3 2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一 基面選擇得正確與合理可以使加工 質(zhì)量得到保證 生產(chǎn)率得以提高 否則 加工工藝過程中會問題百出 更有甚者 還 會造成零件的大批報廢 是生產(chǎn)無法正常進行 3 2 1 粗基準(zhǔn)的選擇 對于零件而言 盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn) 而對有若干個不加工表面的工 件 則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn) 根據(jù)這個基準(zhǔn) 選擇原則 現(xiàn)選取 25H8孔的下端面作為粗基準(zhǔn) 利用一組共兩塊 V 形塊分別支承 25H8和 作主要定位面 限制 5 個自由度 再以一個銷釘限制最后 1 個自由度 13R 達到完全定位 然后進行銑削 5 3 2 2 精基準(zhǔn)的選擇 主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題 當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時 應(yīng)該進行尺寸 換算 這在以后還要專門計算 此處不作介紹 3 3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點 應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀 尺寸精度及位置精度等技術(shù) 要求能得到合理的保證 在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下 可以考慮采用萬能性機床配以 專用加工夾具 并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率 除此之外 還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果 以便使生產(chǎn)成本盡量下降 3 3 1 工藝路線方案一 工序一 備料 工序二 鑄造毛坯 工序三 粗銑上 下表面 精銑下表面 工序四 鉆 25H8 畢業(yè)設(shè)計 論文 8 工序五 插鍵槽 6H9 工序六 銑槽 14 43 mm 工序七 鉆 拉孔 10H7 工序八 鉆孔 5 5 工序九 鉆 擴 14H7螺紋孔 工序十 鉆 鉗 5錐銷通孔 M10 7H 工序十一 終檢 3 3 2 工藝路線方案二 工序一 備料 工序二 鑄造毛坯 工序三 鉆 25H8 工序四 粗銑上 下表面 工序五 精銑下表面 工序六 插鍵槽 6H9 mm 工序七 銑槽 14 mm 43 mm 工序八 鉆孔 5 5 工序九 鉆 拉孔 10H7 工序十 鉆 擴 14H7 工序十一 鉆 鉗 5錐銷通孔 M10 7H 工序十二 終檢 3 3 3 工藝方案的分析 上述兩個工藝方案的特點在于 方案一是先加工上下表面為中心的一組工藝 然 后加工 25H8的孔 再以 25H8的孔的孔為基準(zhǔn)加工 10H7的孔 方案二則是先加 孔 25H8后再加工上下表面 再加工孔 10H7 此時方案二采用車床加工工序一 這 樣有利提高效率 節(jié)省成本 經(jīng)比較可知 先加工上下表面 再以上下表面為基準(zhǔn)加 工 25H8及插鍵槽 最后完成對 10H7的孔的定位 顯然方案一比方案二的裝夾次 數(shù)減少了 同時也更好的保證了精度要求 綜上所述 零件的具體工藝過程如下 工序一 備料 工序二 鑄造毛坯 工序三 粗銑 半精銑 45凸臺端面 選用 X51 立式銑床 工序四 銑 半精銑大端面 選用 X51 立式銑床 工序五 鉆 擴 鉸 25H8內(nèi)孔 選用 Z535 立式鉆床 畢業(yè)設(shè)計 論文 9 工序六 鉆 粗鉸 精鉸 10H7孔 選用 Z525 立式鉆床 工序七 銑槽 mm 選用 X63 臥式銑床 24 01 工序八 鉆 粗鉸 精鉸 14H7螺紋孔 選用 Z525 立式鉆床 工序九 鉆底孔 攻螺紋孔 M10 H7mm 選用 Z525 立式鉆床 工序十 鉆 5錐銷通孔 選用 Z525 立式鉆床 工序十一 拉鍵槽 6H9mm 選用 L6120 臥式拉床 工序十二 鉆槽底通孔鉆 5 5 選用 Z525 立式鉆床 工序十三 終檢 3 4 加工余量確定 手柄座零件材料為鑄鐵 硬度為 HBS65 87 毛坯的重量約為 2Kg 生產(chǎn)類型為 大批量生產(chǎn) 采用砂型鑄模 相關(guān)數(shù)據(jù)參見零件圖 據(jù)以上原始資料及加工路線 分別 確定各加工表面的機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸如下 3 4 1 外圓表面延軸線方向長度方向的加工余量及公差 25H8 端面 取端面長度余量均為 2 5mm 均為雙邊加工 銑削加工余量為 粗銑 1mm 精銑 0mm 3 4 2 內(nèi)孔 25H8 已鑄成孔 取 25H8已鑄成孔長度余量為 3mm 即鑄成孔半徑為 21mm 工序尺寸加工余 量 鉆孔 2mm 擴孔 0 125mm 3 4 3 其他尺寸直接鑄造得到 由于本設(shè)計規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn) 應(yīng)該采用調(diào)整加工 因此在計算最大 最 小加工余量時應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認 6 3 5 確立切削用量及基本工時 3 5 1 工序三切削用量及基本工時的確定 銑 45端面 選用機床 X51 立式銑床 a 銑 45 端面 選擇銑刀半徑為 25mm 齒數(shù) Z 6 fz 0 15mm z 05dm 180inT 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 10 20 mincV 查 畢業(yè)設(shè)計 論文 11 0 120n 17 4 min d5CVr 查意 3 1 按機床選取 16 inr 機 實際切削速度 3 2 052 1 min 10ncdV 機機 工作臺每分鐘進給量 64 i fZ 機 3 3 銑床工作臺進給量 150 minfV橫 向 基本工時 420 3 in 15t 3 4 b 半精銑 45 端面 加工余量為 Z 1mm 切削速度為 20 mincV 17 4r查 選用主軸為 60 inn機 工作臺進給量 154 mi fzVZ 機 基本工時 420 6 in t 3 5 2 工序四切削用量及基本工時的確定 銑削大端面 a 粗銑大端面 進行兩次銑削 第一次 Z 2mm 第二次 Z 1mm 20 mincV 查 5 鉆孔夾具設(shè)計 12 選用主軸為 160 minnr 機 c0v 27 4 i d 意意 實際切削速度 165 1 min ncV 機機 工作臺每分鐘進給量 0 4 i fZ機 基本工時 51320 65 min t b 半精銑大端面 切削速度 icV 127 4rn意 選用主軸為 60 min 機 工作臺進給量 f 1 i 基本工時 65320 98 in t 3 5 3 工序五切削用量及基本工時的確定 鉆 擴 粗鉸 精鉸 25H8mm通孔 選用機床 Z535 立式鉆床 a 鉆孔 23mm 選擇 23mm高速鋼錐柄標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆 f 0 43m r機 15incv查 c028r i3nD 查查 按機床選取 195 minr 機 5 鉆孔夾具設(shè)計 13 實際切削速度 23194 08 min cV 機機 Dn10 基本工時 124 6 i 95 3ltnf 機 機 b 擴孔 mm 選擇 24 8mm高速鋼錐柄擴孔鉆0 842 擴孔鉆擴 24 8mm孔時的進給量 擴孔鉆擴孔0 78 fmr 0 72 fmr 機 時的切削速度 1 23ccV 鉆 得 故 4 minc鉆 cc11v 4 7 m in 2323 鉆 0 8960 i4cnrD 按機床選取 6 minr機n24 8 5 9 i100cv 機機 基本工時 1231 min 68 7ltnf 機 機 c 鉸 孔 選擇 25mm高速鋼錐柄機用鉸刀得 0 2315m 1 05 fmr 0 1 pa 48 icV 得 1 2 fmr 機10 4 8 5102 in ccvnD 按機床選取 5 鉆孔夾具設(shè)計 14 68 minr 機2 5 34 10v 機 基本工時 1280 6 in 6 ltnf 機 機 3 5 4 切削用量及基本工時的確定 鉆 粗鉸 精鉸 10H7孔 選用機床 Z525 立式機床 7 a 鉆 10 孔 選擇 9 8mm高速鋼錐柄麻花鉆 得 0 17 fmr 機 23incV查 按機床選取 960 inr 機 0cd 8v 2 54r min 1 機機 基本工時 12430 1 i 96 7ltnf 機 機 b 粗鉸 9 96mm 孔 選擇 9 96mm的高速鋼鉸刀 得 1 3 fmr 機 6incV查0vn 19 85r id 查意 按機床選取 195 minnr 機 畢業(yè)設(shè)計 論文 15 0cdn9 615v m in 1 機機 基本工時 12430 19 i 95ltnf 機 機 c 精鉸 20mm 孔 選擇 20mm的鉸刀 0 8 fmr 機c01v6n 19 in d 查查 icV 查 按機床選取 195 minnr機 0d 6 23 in cv 機機 基本工時 12430 1 mi 958ltnf 機 機 3 5 5 工序七切削用量及基本工時的確定 銑 的槽 選用機床 X63 臥式銑床0 2314 選用高速鋼圓柱形銑刀 齒數(shù) Z 6 a 第一次走刀 0 25 Zfm 1incV查 0 1v 367 r i dn 查查 按機床選取 5 minr 機 畢業(yè)設(shè)計 論文 16 0dn3751 m in 1cv 機機 工作臺進給量 26 2 i fZV 機 基本工時 4310 9 min 5 fLt b 第二次走刀 1 icV 查 c01v5n 367 r min d 查查 按機床選取 ir 機 工作臺進給量 0 25637 25 min fZVn 機 基本工時 41 9 i fLt 3 5 6 工序八切削用量及基本工時的確定 選用機床 Z525 立式鉆床 a 鉆 13mm 孔 選擇 13高速鋼錐柄麻得 0 36 fmr 機 14 incV查 0vn 3r i D 查查 按機床選取 27 minr 機 n13 0 i0cv 機機 畢業(yè)設(shè)計 論文 17 基本工時 128430 6 min 7 ltnf 機 機 b 粗鉸 13 95mm 孔 選擇 13 95高速鋼錐柄機用鉸刀 0 51 fmr 0 15pam 48 incV ccv0 n 912rm3 D 按機床選取 4 inr 機 c n13 950v 1 82r in 0 機機 8 fmr 機 基本工時 12430 1 in ltnf 機 機 c 精銑 14mm 孔 選擇 14高速鋼錐柄機用鉸刀 得 0 51 fmr pa48 incV cc1v n 92r 1D 0 6 f 機 按機床選取 14 minnr機 0 6 5 in 0cDv 機機 基本工時 128430 mi 6ltnf 機 機 畢業(yè)設(shè)計 論文 18 3 5 7 工序九 切削用量及基本工時的確定 鉆 8 5mm 底孔 攻螺紋 M10mm 選用機床 Z525 立式鉆床 a 鉆 8 5 底孔 選用 8 5高速鋼錐柄麻花鉆 得 0 28 fmr 機 16incV查 v0n r i 8 5D 查查 按機床選取 4 minr 機 8 51 in 100cnV 機機 基本工時 123 mi 54 8ltnf 機 機 b 攻螺紋 M10mm 選擇 M10mm 高速鋼機用絲錐 f 等于工件螺紋的螺距 p 即1 25 fmr 7 5 mincV 機10v0 n 298r i D 查查 按機床選取 7 inr 機 6 8mcV機 基本工時 1203 5 in 7 ltnf 機 畢業(yè)設(shè)計 論文 19 3 5 8 工序十 切削用量及基本工時的確定 加工 5的圓錐孔 選用機床 Z525 立式鉆床 a 鉆 5 的圓錐孔 選擇高速鋼麻花鉆 0 1 fmr 機 2 incV查 36nr查 按機床選取 10 min 機 2 5cV機 基本工時 830 96 in 16t b 鉸 5 的孔 選擇 5的鉸刀 fmr機 c01v6n 382 17 in d5 機查 按機床選取 9 inr 機 0dn532 6 1m in 1cv 機機 基本工時 80 i 392t 3 5 9 工序十二 切削用量及基本工時的確定 加工 5 5mm的圓錐孔 選用機床 Z525 立式鉆床 a 鉆 5 5mm 孔 選擇 4 8的高速鋼錐柄麻花鉆 0 1 fmr 機 2incV查 畢業(yè)設(shè)計 論文 20 c01v20n 136r min d 8 查查 按機床選取 ir 機0dn 81360 2 5 in 1cv 機機 基本工時 5 2 7 mi 3601t b 鉸 5 5mm 孔 選擇 5 5mm的鉸刀 fr機c01v6n 347 2 min d5 查查 按機床選取 9 inr 機0d5 32 6 7 in 10cv 機機 基本工時 mi4 392 t 4 鉆螺紋孔夾具設(shè)計 21 4 鉆螺紋孔夾具設(shè)計 4 1 任務(wù)提出 為了提高勞動生產(chǎn)率 保證加工質(zhì)量 降低勞動強度 需要設(shè)計專用的夾具 本 夾具主要用來鉆底孔 攻螺紋孔 M10 H7mm 本夾具將用于 Z525 立式鉆床 同時對 孔的同軸度及加工精度有一定的要求 且在鉆孔后還要進行拉孔 以保證其精度要求 為了使其誤差減小 在工序一 工序二 工序三中的加工也得有精度要求 因此 在 本道工序加工時 主要應(yīng)考慮如何提高生產(chǎn)率 降低勞動強度 提高加工質(zhì)量 4 2 定位方案及定位裝置的設(shè)計計算 4 2 1 定位方案的確定 工件以 25H8孔及端面和 10H7孔為定位基準(zhǔn) 夾緊時 首由開口墊圈夾緊 25H8孔兩端面 再用汽缸通過連桿機構(gòu)夾緊 4 2 2 定位元件及裝置設(shè)計 用圓柱定位銷進行完全定位 4 2 3 定位誤差的分析計算 本工序選用的工件以圓孔在定位銷上定位 定位銷為水平放置 由于定位副間存 在徑向間隙 因此必將引起徑向基準(zhǔn)位移誤差 在重力作用下定位副只存在單邊間隙 即工件始終以孔壁與心軸上母線接觸 故此時的徑向基準(zhǔn)位移誤差僅存在 Z 軸方向 且向下 0 13 70 22DdYzT 式中 工件圓孔直徑公差 mm 定位銷外圓直徑公差 mm 4 3 導(dǎo)引元件 裝置 設(shè)計 對刀裝置用來確定刀具與夾具的相對位置 由于本道工序是完成 M10 H7 孔的加工 用轉(zhuǎn)套引導(dǎo)刀具的方式 畢業(yè)設(shè)計 論文 22 4 4 夾緊方案設(shè)計 4 4 1 夾緊方案確定 夾緊時 首先由圓柱定位銷定位 25H8孔和 10H7孔 再用地腳氣缸夾緊 4 4 2 夾緊力大小計算 軸向力計算公式為 0FFxynfpzefqwCad 其中 30fC 14dm 83Fu 1 zfmr0 65Fy 14ea z 3 故4pa Fx Fq0 65 8346 9 f N 在計算切削時 必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi) 安全系數(shù) 1234K 其中 為基本安全系數(shù) 1 5 1K 為加工性質(zhì)系數(shù) 1 1 2 為刀具鈍化系數(shù) 1 1 3 為斷續(xù)切削系數(shù) 1 1 4 所以 1 5 186 351729 FN 4 4 3 夾緊機構(gòu)及裝置設(shè)計 利用氣缸活塞的拉力通過連桿機構(gòu)對工件進行夾緊 夾具體的設(shè)計主要考慮零件 的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個整體 4 5 夾具操作及維護簡要說明 如前所述 在設(shè)計夾具時 為提高生產(chǎn)率 首先想到是怎么樣方便的安裝和拆卸 本道工序就是采用了快換墊圈的方式 由于本夾具是對工件進行鉆孔 因此在鉛直方 向受到很大的沖擊力 故在其相應(yīng)的方向上應(yīng)適當(dāng)?shù)目紤]強度上的要求 并設(shè)法減少 夾具的占地面積 使之很方便的操作和快速的切換工件 因此 應(yīng)設(shè)法解決上述問題 目前采取的措施有 一是提高毛坯的精度 使最大 切削深度降低 以降低切削力 二是選擇高精度的心軸 使其定位精確 并使心軸連 在夾具體內(nèi) 這樣可以減少縱向傾斜的偏差 三是加大螺母和開口墊圈的夾緊力 使 工作進行時工作緊湊 保證加工要求 夾具體上裝有可換鉆套 使夾具在一批零件之間 能加工不同要求的零件 同時在夾具體上裝有一塊可翻動的蓋模板 這樣有利于工件 5 鉆孔夾具設(shè)計 23 的拆裝 裝配圖如圖 4 1 所示 圖 4 1 夾具二維裝配圖 8 5 鉆孔夾具設(shè)計 24 5 鉆孔夾具設(shè)計 5 1 任務(wù)的提出 本夾具用來鉆 鉸 10mm的孔 它將用于 Z525 立式鉆床 同時對孔的同軸度及 加工精度有一定的要求 且在鉆孔后還要進行鉸孔 以保證其精度要求 為了使其誤 差減小 在工序一 工序二 工序三中的加工也得有精度要求 因此 在本道工序加 工時 主要應(yīng)考慮如何提高生產(chǎn)率 降低勞動強度 提高加工質(zhì)量 5 2 定位方案及定位裝置的設(shè)計計算 5 2 1 定位方案的確定 為了加工 10mm孔 必須使其完全定位 因此初步的設(shè)計方案如下 首先必須明 確其加工時應(yīng)如圖 5 1 所示 這樣水平放置 便于立式鉆床加工 使其完全定位 圖 5 1 CA6140 車床手柄座零件定位圖 5 2 2 定位元件及裝置設(shè)計 要使其完全定位 可以采用 a 一面兩銷定位 以 25H8mm和 10H7mm兩孔為定位基準(zhǔn)就可以滿足其要求 5 鉆孔夾具設(shè)計 25 9 b 一面加圓柱銷和半 V 形塊定位 以 25H8mm為定位基準(zhǔn) 再在 R 外圓表面 用 V 形塊定位 5 2 3 確定最佳定位方式 比較以上兩個方案 明顯第一個要好得多 因為 25H8mm和 10H7mm兩孔的 中心線在同一直線上 所以只要將其兩銷定在同一平面同一直線上 就可以很快的將 其定位 而第二個方案和第一個方案不同點在于用的是 V 形塊定位 要使零件很快垂 直放置定位很難 并且需要量具對其精確測量 增加了工時 10 因此 選擇一面兩銷 定位最佳 如上圖 5 1 所示 一面限制的自由度有 3 個 一個銷釘限制一個自由度 兩個一起 再限制一個自由度 為使定位可靠 加工穩(wěn)定 我所設(shè)計的定位方案如附圖 A1 圖紙 手柄座夾具體裝配圖所示 總共限制了工件的全部 6 個自由度 屬于完全定位 在該定位方案中 45mm 圓柱小端面被夾具體上的一個支撐面頂住 限制了 x 軸 的移動 y 軸的旋轉(zhuǎn) z 軸的旋轉(zhuǎn)三個自由度 25H8mm孔內(nèi)插入短銷 限制了 y 軸 的移動 z 軸的移動 10H7mm孔中插入削邊銷 限制了 x 軸的旋轉(zhuǎn) 這樣 6 個自由 度全部被限制 5 2 4 定位誤差分析 定位誤差是指由于定位不準(zhǔn)確引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工 誤差 對于夾具設(shè)計中采用的定位方案 只要可能產(chǎn)生的定位誤差小于工件相應(yīng)尺寸 或位置公差的 1 3 1 2 即可認為定位方案符合加工要求 對于本次設(shè)計的夾具 需要保證的尺寸要求 保證油孔軸線距 45mm圓柱小端面 17 7 24mm 保證螺紋孔軸線與 25H8mm和 10H7mm兩孔的中心線成 50mm 對于 24mm 的要求 由于定位基準(zhǔn)也是 45mm圓柱小端面 故基準(zhǔn)不重合誤差 為 0 且由于 45mm圓柱小端面經(jīng)過半精銑 表面粗糙度達到 Ra3 2mm 故可認為 45mm圓柱小端面的平面度誤差為 0 即不存在基準(zhǔn)位置度誤差 綜上所述 只要支 撐面的標(biāo)準(zhǔn)尺寸得到保證 是不存在定位誤差的 11 對于本工序要求 定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)同為兩孔中心線 故基準(zhǔn)不重合誤差為 0 基準(zhǔn)位置誤差則取決于兩孔直徑尺寸公差以及圓度誤差 由于兩孔的表面精度都達到 Ra1 6mm 都經(jīng)過精鉸 故基準(zhǔn)位置誤差也可以忽略 只要兩銷的標(biāo)準(zhǔn)尺寸以及相對 位置關(guān)系得到保證 定位誤差也是很小的 綜上所述 該定位方案是符合加工要求的 5 2 5 定位元件的型號 尺寸和安裝方式 a 支撐面 在定位板面上做的一個突起 4mm 的支撐面 經(jīng)過精銑得到精度較高的 畢業(yè)設(shè)計 論文 26 平面 b 短銷 本設(shè)計方案選用固定式定位銷 查課程設(shè)計指導(dǎo)教程 確定定位銷為 GB8014 2 1999 標(biāo)準(zhǔn) 其相關(guān)尺寸見三視圖 它和定位面板上的 10mm銷孔呈 H7 r6mm 過盈配合 并用螺母固定 防止鉆孔時松動 影響加工 c 圓柱銷 本設(shè)計方案選用固定式定位銷 由于加工的 10mm孔恰好在定位基準(zhǔn) 25H8mm孔內(nèi)表面上 打穿這面為止 若采用標(biāo)準(zhǔn)件 勢必影響 10mm孔的加工 因此可專門設(shè)計一個短銷 其尺寸如圖 5 2 所示 圖中 該軸長為 90mm 軸頸半徑為 12 5mm 與 25H8mm孔內(nèi)表面僅有長度為 17mm 的面接觸 且為過盈配合 既保證了圓柱銷定位 又方便了裝夾工件 為了不 影響加工 10mm孔 在標(biāo)準(zhǔn)銷元件上加上了長為 22mm 的軸身 直徑為 14mm 要比 25H8mm小 11mm 即其半徑之差為 5 5mm 再加上鍵槽深度 2 5mm 那么長度值為 L 5 5 2 5 8mm 這樣當(dāng)鉆頭鉆 10mm孔至終點時不會損傷銷 銷也不會影響鉆孔 該銷與定位面板上的銷孔呈 H7 r6 過盈配合 外加螺紋結(jié)構(gòu) 用螺母固定 圖 5 2 圓柱銷尺寸 12 5 3 夾緊方案確定 5 3 1 夾緊裝置的設(shè)計 夾緊力方向原則 1 夾緊力的作用方向不應(yīng)破壞工件的既定位置 2 夾緊力的作用方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能小 3 夾緊力的作用方向應(yīng)使工件的夾緊變形最小 夾緊作用點原則 畢業(yè)設(shè)計 論文 27 1 夾緊里的作用點應(yīng)正對夾具定位支撐元件或位于支撐元件所形成的穩(wěn)定受 力區(qū)域內(nèi) 以免工件產(chǎn)生位移和偏轉(zhuǎn) 2 夾緊力作用點應(yīng)正對工件剛性較好的部位上 以使夾緊變形盡可能少 有 時可采用增大工件受力面積或合理分布夾緊點位置等措施來實現(xiàn) 3 夾緊力的作用點應(yīng)盡可能靠近工件的加工表面 以保證夾緊力的穩(wěn)定性和可 靠性 減少工件的夾緊力 防止加工過程中可能產(chǎn)生振動 根據(jù)以上要求 考慮加工零件的特點及定位方式 確定夾緊方式 本設(shè)計方案選用的是螺旋夾緊機構(gòu) 夾緊方向水平向右 通過螺母的轉(zhuǎn)動 帶動 套在圓柱銷頭部的墊片向右移動 進而作用在工件 45mm圓柱大端面上 實現(xiàn)夾緊 具體夾緊裝置的布置見 A1 圖紙 這種夾緊方式和夾緊裝置簡單實用 且對于大批量生 產(chǎn)能較快地裝夾工件 勞動強度較小 成本低 簡單可靠 13 另外 考慮到工件沿 25H8mm孔中心線軸向裝卸 因此為便于裝卸工件 該墊 片為開口墊片 螺母為小于 25H8mm孔的小螺母 只要將開口墊片取去 就可以很 好的將零件取出 圓柱銷的螺紋軸向行程至少要大于 2 倍的墊片厚度 5mm 且墊片的孔應(yīng)與工件 25H8mm孔同軸 保證夾緊力作用均勻可靠 14 5 4 夾具的操作及維護 安裝工件時 應(yīng)先將螺母轉(zhuǎn)動退出足夠的行程空間以便于取出墊片 安裝工件 然后使工件的 25H8mm孔穿過圓柱銷 使工件底部的 10H7mm孔穿過短銷 將 45mm圓柱小端面緊靠在定位板上的支撐面上 這樣工件以 45mm圓柱小端面為定 位基準(zhǔn)安裝 工件裝好后 裝上開口墊片 轉(zhuǎn)動螺母 使開口墊片靠緊 45mm大端面 并夾緊工件 加工完成后松開工件 只需反向轉(zhuǎn)動螺母 退出開口墊片 即可取下工 件 夾具在使用中 應(yīng)注意檢查鉆套的磨損情況 如果磨損后不能精確保證加工精度 則需要更換鉆套 15 本夾具定位面板是受力部件 如有變形 應(yīng)及時設(shè)法修正 才能 保證加工精度 為使其變形減小 需要嚴格控制螺桿的夾緊力 夾具三維裝配圖如圖 5 3 和圖 5 4 所示 畢業(yè)設(shè)計 論文 28 圖 5 3 鉆孔夾具三維裝配圖一 圖 5 4 鉆孔夾具三維裝配圖二 6 結(jié)論 29 6 結(jié)論 本設(shè)計主要經(jīng)過了兩個階段 第一階段是機械加工工藝規(guī)程設(shè)計 第二階段是專 用夾具設(shè)計 第一階段分析零件的工藝性 查閱有關(guān)手冊 選擇加工余量 確定毛坯 的類型 形狀 大小等 繪制出了毛坯圖 又根據(jù)毛坯圖和零件圖構(gòu)想出兩種工藝方 案 比較確定其中較合理的方案來編制工藝 其中運用了基準(zhǔn)選擇 切削用量選擇計 算等方面的知識 還結(jié)合了我們生產(chǎn)實習(xí)中所看到的實際情況選定設(shè)備 填寫了工藝 文件 夾具設(shè)計階段 運用工件定位 夾緊及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的知識 通過設(shè)計 夾具歸納出夾具工作原理的要點如下 1 使工件在夾具中占有正確的加工位置 這是通過工件各定位面與夾具的相應(yīng)定 位元件 定位元件上起定位作用的表面 接觸 配合或?qū)?zhǔn)來實現(xiàn)的 2 夾具對于機床應(yīng)先保證定位元件的定位工作面對夾具與機床相連接的表面之間 的相對準(zhǔn)確位置 這就保證了夾具定位工作面相對機床切削運動形成表面的準(zhǔn)確幾何 位置 也就達到了工件加工表面對定位基準(zhǔn)的相互位置精度要求 3 使刀具相對有關(guān)的定位元件的定位工作面調(diào)整到準(zhǔn)確位置 這就保證了刀具在 工件上加工出的表面對工件定位基準(zhǔn)的位置尺寸 參考文獻 30 參考文獻 1 肖繼德 陳寧平主編 機床夾具設(shè)計 第 2 版 北京 機械工業(yè)出版社 2007 2 孫麗媛主編 機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo) 北京 冶金工業(yè)出版社 1998 3 周昌治 楊忠鑒等 機械制造工藝學(xué) 北京 重慶大學(xué)出版社 2008 4 白婕靜 萬宏強 機械制造工程學(xué)課程設(shè)計 北京 兵器工業(yè)出版社 2008 5 李益民 機械制造工藝設(shè)計簡明手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1994 6 機械加工技術(shù)手冊編寫組 機械加工技術(shù)手冊 北京 北京出版社 1989 7 李洪 機械加工工藝手冊 北京 北京出版社 1990 8 唐克中 朱同鈞主編 畫法幾何及工程制圖第四版 北京 高等教育出版社 9 廖念釗 互換性與技術(shù)測量 北京 中國計量出版社 2009 10 王小華 袁相謹 機床夾具圖冊 北京 機械工業(yè)出版社 1992 11 朱耀祥 蒲林祥 現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2010 12 大連理工大學(xué)工程畫教研室編 機械制圖 北京 高等教育出版社 2000 13 孫波 萬宏強 機械制造工藝與過程綜合設(shè)計實踐 設(shè)計指導(dǎo) 西安工業(yè)大學(xué) 2010 14 唐增寶 何永然 劉安俊 機械設(shè)計課程設(shè)計 第二版 華中科技大學(xué)出版社 1995 15 濮良貴 紀名剛 機械設(shè)計 第六版 高等教育出版社 1996 16 李貴軒 設(shè)計方法學(xué)世界圖書出版社 1989 17 Patton WJ Mechanical Power Transmission New Jersey Printice Hall 1980 18 Sors l fatigue design of machine components oxford pergramon press 1971 19 Bokor J Advanced Lithography for ULSI J 1996 IEEE Circuit Devices 致謝 31 致謝 本次設(shè)計課題題目是 CA6140 手柄座工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 這是第一次全 方位的對所學(xué)科目的運用 從中發(fā)現(xiàn)了很多以前沒有注意到的問題 也學(xué)到了 很多的處理生產(chǎn)問題的技巧和方法 本次畢業(yè)設(shè)計對我而言 非常重要 既是 對大學(xué)三年的學(xué)習(xí)總結(jié) 也是為以后在工廠工作打下基礎(chǔ) 在老師的指導(dǎo)下 完成了本次設(shè)計 學(xué)習(xí)了新的知識 很感謝學(xué)校創(chuàng)造這個學(xué)習(xí)設(shè)計的機會 本 次設(shè)計中 查閱了大量的書籍 在此 對所有機械書籍的作者表示感謝 沒有 他們的辛勤勞動 不可能完成畢業(yè)設(shè)計 通過本次課程設(shè)計 應(yīng)該得到下述各 方面的鍛煉 1 能熟練運用機械制造工藝學(xué)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的 實踐知識 正確地解決一個零件在加工中的定位 夾緊以及工藝路線安排 工 藝尺寸確定等問題 保證零件的加工質(zhì)量 2 提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力 通過設(shè)計夾具的訓(xùn)練 應(yīng)當(dāng)獲得根據(jù)被加工零件 的加工要求 設(shè)計出高效 省力 經(jīng)濟合理而且能保證加工質(zhì)量的夾具的能力 3 學(xué)會使用手冊及圖表資料 掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱 出處 能夠做到熟練運用 就個人而言 通過這次設(shè)計 基本上掌握了零件機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計 機床專用夾具等工藝裝備的設(shè)計等 并學(xué)會了使用和查閱各種設(shè)計資料 手冊 和國家標(biāo)準(zhǔn)等 最重要的是綜合運用所學(xué)理論知識 解決現(xiàn)代實際工藝設(shè)計問 題 鞏固和加深了所學(xué)到的東西 并在設(shè)計過程中 學(xué)到了很多課堂上沒有學(xué) 到的東西 在這個過程中 使我對所學(xué)的知識有了進一步的了解 也了解了一 些設(shè)計工具書的用途 同時 也鍛煉了同學(xué)相互之間的協(xié)同工作能力 在此 十分感謝同學(xué)們的互相幫助 在以后的學(xué)習(xí)生活中 我將繼續(xù)刻苦努力 不斷 提高自己 本課題在選題及進行過程中得到萬老師和姚敏茹老師的悉心指導(dǎo) 論文行 文過程中 老師們多次幫助我分析思路 開拓視角 在我遇到困難想放棄的時 候給予我最大的支持和鼓勵 兩位老師老師嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度 踏實堅韌的 工作精神 將使我終生受益 再多華麗的言語也顯蒼白 在此 謹向萬老師和 姚老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意 由于個人知識有限 而且設(shè)計中缺乏實 際生產(chǎn)的知識 因此 有很多缺點和錯誤 希望答辯時專家和老師們能給予指 出 對此表示感謝 畢業(yè)設(shè)計 論文 獨創(chuàng)性聲明 32 畢業(yè)設(shè)計 論文 獨創(chuàng)性聲明 秉承學(xué)校嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德 本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計 論 文 是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果 盡我所知 除 了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 畢業(yè)設(shè)計 論文 中不包含其他人已經(jīng) 發(fā)表或撰寫過的成果 不包含他人已申請學(xué)位或其他用途使用過的成果 與我 一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示 了致謝 畢業(yè)設(shè)計 論文 與資料若有不實之處 本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任 畢業(yè)設(shè)計 論文 作者簽名 指導(dǎo)教師簽名 日期