开题报告-基于UG的主轴箱体加工工艺及夹具设计.doc

毕业设计（论文）开题报告课题名称 主轴箱体的加工工艺及夹具设计 学 院 机械学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 定稿日期： 年月日基于UG的主轴箱体加工工艺及夹具设计1 选题背景及其意义机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。箱体加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。本次设计加工工艺中，箱体是属于特殊结构零件，所以毛坯采用铸造成型，然后才做工艺过程设计和工序设计。 夹具是机械加工过程中用以装夹工件的一种装置，其作用是在机械加工过程中使工件相对于机床或刀具有一个确定的位置，并在加工过程中保持这个位置的不变。本次要完成的是一套铣削、钻削和镗削夹具设计。通过此次夹具的设计会使我掌握更多的有关机械设计方面的知识。特别是工艺上有更深的了解。此次毕业设计的目的是培养学生运用机械制造工艺学及有关课程的知识，结合生产实习中实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个零件的工艺规程的能力。我们还能学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。如图1.1为本次毕业设计的箱体类零件的图纸。 图1.1 主轴箱箱体工程图2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）2.1 现代机械工业的生产特点随着科学技术的进步和生产力的发展，国民经济各部门不断要求机械工业提供先进的技术装备，研制新的产品品种，以满足国民经济持续发展和人民生活不断提高的要求，这样一来，促使机械工业的生产形势发生了显著的变化，即多品种、中小批量生产逐渐占了优势。国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批量多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的的需求与竞争。于是，现代企业生产便面临以下问题：（1）通常小批量生产采用先进的工艺方法和专用工艺装备是不经济的，但对于高、精、尖产品而言，不采用这种手段又无法达到规定的技术要求；（2) 现行的生产准备工作往往需要较长的时间，花费的人力、物力较大，赶不上产品更新换代的步伐； (3) 由于产品更新越来越快，使用传统的专用夹具势必造成积压浪费。为此，除了在产品结构设计和产品生产工艺方面进行改革之外，在工艺装备方面也必须改革其狭隘的专用性，使之适应新的生产需要。2.2 机床夹具的现状在批量生产中，企业都习惯于采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约有数千甚至近万套的专用夹具；在多品种生产的企业中，每隔3-4年就要更新50%-80%的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10%-20%，这些夹具往往留下来又很难得到重复使用，抛弃他们又实在太可惜，因此造成很大的浪费。近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：(1) 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；(2) 能装夹一组具有相似性的工件；(3) 能适用于各种现代制造技术的新型机床夹具；(4) 能适用于精密加工的高精度机床夹具；(5) 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；(6) 提高机床夹具的标准化程度。显然，这些都是摆在工艺技术人员面前的新课题、新任务。2.3 现代夹具的发展方向为了适应现代化机械工业向高、精、尖方向发展的需要和多品种、小批量生产的特点，现代机床夹具的发展方向主要表现在标准化、精密化、高效化和柔性化四个方面。(1) 标准化。机床夹具的标准化与通用夹具是相互联系的2个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T 2148GB/T 2259-91 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产周期准备，降低生产总成本。(2) 精密化。随着机械产品精度的日益提高，相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5个微米。(3) 高效化。高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍然能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分提高数控机床的效率。(4) 柔性化。机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批生产的需要，扩大夹具的柔性化程度、改变专用夹具的不可拆卸结构、发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。3 研究内容3.1 工艺编制原理机械加工工艺规程包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容以及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。切削用量主要包括：最大切深、切削速度、转速以及进给量。时间定额主要包括：基本时间、辅助时间、单间时间以及其他时间的计算。所用设备和工艺装备主要指的是：加工中所用的刀具、量具以及机械加工装备，如铣床、镗床、钻床等。在整个工艺编排顺序过程中，要遵循先粗后精、先主后次、先面后孔、基准先行的“16字方针”。3.2 箱体类零件的功用与结构特点箱体零件是机器的基础件之一。由它将一些轴、套和齿轮等零件组装在一起，保持正确的相互位置关系，并且能按照一定的传动要求传递动力和运动，构成机器的一个重要部件。因此箱体的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有一定的影响。3.3 箱体零件的主要技术要求箱体的技术要求根据箱体的工作条件和使用性能的不同而有所不同。一般箱体为：轴孔的尺寸精度为IT6IT7，圆度不超过孔径公差的一半，表面粗糙度Ra为0.40.8m 。作为装配基准和定位基准的重要平面的平面度要求较高，表面粗糙度Ra为50.63m 。3.4 工件定位的形式（1）完全定位：用六个合理布置的定位支承点限制工件的六个自由度。（2）不完全定位：工件被限制的自由度少于六个，但能满足加工技术要求的定位形式。（3）过定位：两个或两个以上的定位支承点同时限制工件的同一个自由度的定位形式。（4）欠定位：根据加工要求应限制的自由度没有被限制。一般，欠定位的形式是不允许出现的，因为其不能保证工件的加工技术要求。3.5 夹紧装置的组成（1）动力源装置。分为手动夹紧和机动夹紧两种。手动加紧费时费力，大批量生产中一般都采用机动夹紧。（2）传力机构。传力机构作用：改变作用力的大小和方向，具有一定的自锁性能。（3）夹紧元件。3.6 夹紧装置的设计原则工件不移动原则、工件不变形原则、工件不振动原则、安全可靠原则以及经济实用原则。 3.7 确定夹紧力基本原则夹紧力的确定包括：夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。（1）夹紧力的方向 夹紧力的方向应朝向主要定位基准面，有助于定位稳定。 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。 夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。（2）夹紧力作用点 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，并尽可能是夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。 夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和可靠性。3.8 典型夹紧机构典型夹紧机构种类如表3-1所示：表3-1 典型机械夹紧机构夹紧机构特点适用场合斜楔夹紧机构结构简单，工作可靠，机械效率较低，有增力作用。一般用于工件尺寸公差较小的机动夹紧机构中。夹紧机构特点适用场合螺旋夹紧机构结构简单，制造容易，夹紧行程大，扩力比大，自锁性能好；但是，加紧动作缓慢，效率低。一般适用于手动夹紧机构。偏心夹紧机构操作方便，夹紧迅速，结构紧凑；但夹紧行程小、夹紧力小、自锁性能小。一般适用于切削力不大、夹紧行程较小、振动较小的场合。铰链夹紧机构动作迅速，增力比大，易于改变力的作用方向；但自锁性能差一般常用于气动、液动夹紧中。3.9 箱体加工顺序的安排（1）切削加工工序的安排原则基准先行、先粗后精、先主后次、先面后孔。（2）热处理工序的安排原则为了消除内应力、改善切削加工性能而进行的预先热处理工序，如时效、正火、退火等，应安排在粗加工之前。对于精度要求较高的零件有时在粗加工之后，甚至半精加工后还安排一次时效处理。为了提高零件的综合力学性能而进行的热处理，如调质，应安排在粗加工之后半精加工之前，对于一些没有特别要求的零件，调质也常作为最终热处理。3.10铣床、镗床、钻床的夹具特点（1） 铣床夹具特点由于铣削过程中一般是夹具安装在铣床工作台上和工作台一起做进给运动，根据进给方式不同，铣床夹具又可分为直线进给式、圆周进给式和靠模式三种。铣床夹具的特点是：夹紧装置要有一定的自锁性以及足够的夹紧力。除此之外，还需要有定位键和对刀装置。（2） 镗床夹具特点镗床夹具主要用于加工箱体、支座等零件上的孔或孔系，保证孔的尺寸精度、几何形状精度、孔距和孔的位置精度。按照镗套的布置方式不同镗模可以分为：单支承、双支承以及无之承三类。（3） 钻床夹具特点钻床夹具实际上为钻模，是在钻床上用于钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹的机床夹具。钻模一般都设有安装钻套的钻模板，以确定刀具的位置并引导刀具进行切削，保证孔的加工要求。常用的钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套以及特殊钻套；常用钻模板有固定式钻模板、铰链式钻模板以及可卸式钻模板。 3.11 UG装配以及出工程图UG装配建模的过程是建立组件装配关系的过程。工程制图模块是根据已建立的3D模型来产生投影视图并进行尺寸标注。 4 研究方案4.1 总体方案本次设计的主要任务是：根据箱体零件的加工图纸，设计三套夹具以及编排完整的零件加工工艺。其中，三套夹具分别是：箱体主轴孔的粗镗夹具设计、箱体侧面的2个30以及24的孔的钻夹具、箱体顶面的粗铣夹具；为了完成机床主轴箱的箱体工艺编制和夹具设计，我计划从以下几个方面着手：（1）编制2套完整的机床主轴箱的工艺过程方案，通过比较选择一套较好的方案；（2）制作箱体的工艺卡片；（3）粗铣顶面、钻侧面孔以及粗镗主轴孔夹具的定位方案分析；（4）箱体主轴孔的粗镗夹具设计、箱体侧面的2个30以及24的孔的钻夹具、 箱体顶面的粗铣夹具；（5）粗镗主轴孔、钻三孔以及铣顶面的夹紧力以及定位误差计算；（6）本次夹具设计中可以考虑适当采用液压动力源夹紧装置。主要考虑到液压夹紧机构具有压力大、体积小、结构紧凑、夹紧力稳定、吸振能力强，不受外力变化影响，适用于大批量生产。4.2 拟采取的技术措施（1）查找各种夹具设计图册，从图册中了解基本夹具的结构。（2）查阅相关书籍，编写完整的工艺过程。（3）查找各种夹具资料，了解夹具的定位原理以及铣床、镗床、钻床夹具基本 原理，设计计专用的铣床、镗床、钻床的夹具。（4） 采用UG软件建立镗床、铣床、钻床的夹具模型并且采用UG软件绘制夹具 图纸。 （5）采用CAD软件绘制图纸。5 进度计划2010年12月- 2011年01月：收集资料，确定设计系统总体方案，翻译有关外文资料及阅读技术文献，书写开题报告。2011年 01月- 2011年03月：编制零件的加工工艺路线，确定其中三道工序的定位、夹紧方案。初步设计这三套专用夹具。2011年03 月- 2011年04月：采用UG软件对夹具建模，绘制装配图，计算定位误差、夹紧力等。 2011年05月- 2011年05月：编写毕业论文。2011年05月- 2011年05月：毕业答辩准备和答辩。参考文献1 王茂元.机械制造技术.北京：机械工业出版社，2007.2 吴拓.现代机床夹具设计.北京:化学工业出版社,2009.3 王光斗，王春福.机床夹具设计手册（第三版）.上海：上海科学技术出版社，2000.4 刘登平.机械制造工艺及机床夹具设计.北京：北京理工大学出版社,2008.5 陈明.机械制造工艺学.北京:机械工业出版社,2010.6 卢秉恒.机械制造技术基础（第三版）.北京：机械工业出版社,2010. 7 陈宏均.实用金属切削手册.北京：机械工业出版社，2005.8 徐鸿本.机床夹具设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2004.9 孟少农.机械加工工艺手册（第二卷）.北京：机械工业出版社，1992.10赵如福.金属机械加工工艺人员手册（第四版）. 北京：机械工业出版社，2006.11孟宪东，刘彤安.机床夹具图册.北京：机械加工出版社，2002.12Nee,A.Y.C.,Tao,Z.J.,(Zhen Jun),Senthil Kumar,A.,an advanced treatise on fixture design and planning,Hackensack,N.J.;London,2004.13William E. Biles.,INTERNATIONAL COLLABORATIONS IN WEB-BASED SIMULATION: AFOCUS ON EXPERIMENTAL DESIGN AND OPTIMIZATION.,Department of IndustrialEngineering 304 J. B. Speed Building University of Louisville Louisville,KY 40292, U.S.A.14王先奎，机械加工工艺手册（单行本）机械加工工艺规程制定.北京：机械工业出版设，2009.15孙丽媛，机械制造工艺及夹具设计指导（第二版）.北京：冶金工业出版社，2010.指导教师意见在准备“主轴箱体的加工工艺及夹具设计”开题报告期间，积极主动地去上海图书馆、上海书城、互联网收集了设计所需的资料。他对该毕业设计课题目的意义明确，对课题研究的主要内容和研究方案与老师展开了详细讨论，明确了课题的实施计划与实施的可行性。在此期间查阅了国内外关于主轴箱体的加工工艺及夹具设计的一些资料，加深了对夹具设计的理解。开题报告开撰写地较为认真，研究方法和步骤具备可操作性，时间安排合理、充裕，结构严谨。 指导教师签名： 年 月 日开题答辩小组意见1、论文选题：有理论意义；有工程背景；有实用价值；意义不大。2、论文的难度：偏高；适当；偏低。3、论文的工作量：偏大；适当；偏小。4、设计或研究方案的可行性：好；较好；一般；不可行。5、学生对文献资料及课题的了解程度：好；较好；一般；较差。6、学生在论文选题报告中反映出的综合能力和表达能力：好；较好；一般；较差。7、学生在论文选题报告中反映出的创新能力：好；较好；一般；较差。8、对论文选题报告的总体评价：好；较好；一般；较差（在相应的方块内作记号“”）建议结论评议小组组长签名：评议小组组员签名： 年 月 日