拨叉钻Φ18孔夹具设计【开题报告】【液压夹紧】【含14张CAD图纸、文档所见即所得】
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毕业设计(论文)任务书课题名称拨叉钻F18孔夹具设计系 部机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级姓 名学 号任务起止日期2014年12月26日至2015年5月27日共17周指导教师签名(校内)莫文辉指导教师签名(校外)教学主任签名年月日一、课题内容夹具是机械零件加工中的重要组成部分。夹具设计的好坏直接影响零件加工质量。设计拨叉钻F18孔夹具。 大批量生产。拨叉零件图见大连理工大学机械制图263页。二、课题任务要求1按要求完成开题报告;2完成总体设计、部分主要另、部件设计合计图纸量2.5-3张零号图;3翻译与专业相关的资料不少于3000汉字;4. 撰写设计论文不少于15000字;序号设计(论文)各阶段名称日 期1熟悉、分析毕业设计的具体技术要求;调研、查阅相关文献资料;初步制定课题方案完成开题报告。27/12-12/32确定课题总体研究方案。进行方案的优劣分析、比较;最终选择确定应用方案;翻译与专业相关外文资料一份.13/3-26/33进行计算、设计装配图。27/3-17/44设计零件图。18/4-27/45整理设计资料;撰写完成毕业设计论文。28/4-26/56整理、检查、汇总毕业设计资料、交毕业设计资料,准备毕业答辩并整理资料。27/5-3/6三、进程安排四、应阅读的主要参考文献1机床夹具设计手册 机机械工业出版社,2010年。2机床夹具设计 机机械工业出版社,2009年。夹具夹紧力的优化及对工件定位精度的影响B.Li 和 S.N.Mellkote布什伍德拉夫机械工程学院,佐治亚理工学院,格鲁吉亚,美国研究所由于夹紧和加工,在工件和夹具的接触部位会产生局部弹性变形,使工件尺寸发生变化,进而影响工件的最终加工质量。这种效应可通过最小化夹具设计优化,夹紧力是一个重要的设计变量,可以得到优化,以减少工件的位移。本文提出了一种确定多夹紧夹具受到准静态加工部位的最佳夹紧力的新方法。该方法采用弹性接触力学模型代表夹具与工件接触,并涉及制定和解决方案的多目标优化模型的约束。夹紧力的最优化对工件定位精度的影响通过3-2-1式铣夹具的例子进行了分析。关键词:弹性 接触 模型 夹具 夹紧力 优化 前言 定位和夹紧的工件加工中的两个关键因素。要实现夹具的这些功能,需将工件定位到一个合适的基准上并夹紧,采用的夹紧力必须足够大,以抑制工件在加工过程中产生的移动。然而,过度的夹紧力可诱导工件产生更大的弹性变形 ,这会影响它的位置精度,并反过来影响零件质量。所以有必要确定最佳夹紧力,来减小由于弹性变形对工件的定位误差,同时满足加工的要求。在夹具分析和综合领域上的研究人员使用了有限元模型的方法或刚体模型的方法。大量的工作都以有限元方法为基础被报道参考文献1-8。随着得墨忒耳8,这种方法的限制是需要较大的模型和计算成本。同时,多数的有限元基础研究人员一直重点关注的夹具布局优化和夹紧力的优化还没有得到充分讨论,也有少数的研究人员通过对刚性模型9-11对夹紧力进行了优化,刚型模型几乎被近似为一个规则完整的形状。得墨忒耳12,13用螺钉理论解决的最低夹紧力,总的问题是制定一个线性规划,其目的是尽量减少在每个定位点调整夹紧力强度的法线接触力。接触摩擦力的影响被忽视,因为它较法线接触力相对较小,由于这种方法是基于刚体假设,独特的三维夹具可以处理超过6个自由度的装夹,复和倪14也提出迭代搜索方法,通过假设已知摩擦力的方向来推导计算最小夹紧力,该刚体分析的主要限制因素是当出现六个以上的接触力是使其静力不确定,因此,这种方法无法确定工件移位的唯一性。 这种限制可以通过计算夹具工件系统15的弹性来克服,对于一个相对严格的工件,该夹具在机械加工工件的位置会受夹具点的局部弹性变形的强烈影响。Hockenberger和得墨忒耳16使用经验的接触力变形的关系(称为元功能),解决由于夹紧和准静态加工力工件刚体位移。同一作者还考察了加工工件夹具位移对设计参数的影响17。桂 18 等 通过工件的夹紧力的优化定位精度弹性接触模型对报告做了改善,然而,他们没有处理计算夹具与工件的接触刚度的方法,此外,其算法的应用没有讨论机械加工刀具路径负载有限序列。李和Melkote 19和乌尔塔多和Melkote 20用接触力学解决由于在加载夹具夹紧点弹性变形产生的接触力和工件的位移,他们还使用此方法制定了优化方法夹具布局21和夹紧力22。但是,关于multiclamp系统及其对工件精度影响的夹紧力的优化并没有在这些文件中提到 。本文提出了一种新的算法,确定了multiclamp夹具工件系统受到准静态加载的最佳夹紧力为基础的弹性方法。该法旨在尽量减少影响由于工件夹紧位移和加工荷载通过系统优化夹紧力的一部分定位精度。接触力学模型,用于确定接触力和位移,然后再用做夹紧力优化,这个问题被作为多目标约束优化问题提出和解决。通过两个例子分析工件夹紧力的优化对定位精度的影响,例子涉及的铣削夹具3-2-1布局。1 夹具工件联系模型 11 模型假设该加工夹具由L定位器和带有球形端的c形夹组成。工件和夹具接触的地方是线性的弹性接触,其他地方完全刚性。工件夹具系统由于夹紧和加工受到准静态负载。夹紧力可假定为在加工过程中保持不变,这个假设是有效的,在对液压或气动夹具使用。在实际中,夹具工件接触区域是弹性分布,然而,这种模式的发展,假设总触刚度(见图1)第i夹具接触力局部变形如下: (1) 其中(j=x,y,z)表示,在当地子坐标系切线和法线方向的接触刚度第 19 页 共 15 页图1 弹簧夹具工件接触模型。 表示在第i个接触处的坐标系(j=x,y,z)是对应沿着xyz方向的弹性变形,分别 (j= x,y,z)的代表和切向力接触 ,法线力接触。12 工件夹具的接触刚度模型集中遵守一个球形尖端定位,夹具和工件的接触并不是线性的,因为接触半径与随法线力呈非线性变化 23。由于法线力接触变形作用于半径和平面工件表面之间,这可从封闭赫兹的办法解决缩进一个球体弹性半空间的问题。对于这个问题, 是法线的变形,在文献23 第93页中给出如下: (2)其中式中 和是工件和夹具的弹性模量,、分别是工件和材料的泊松比。切向变形沿着和切线方向)硅业切力距有以下形式文献23第217页 (3)其中、 分别是工件和夹具剪切模量一个合理的接触刚度的线性可以近似从最小二乘获得适合式 (2),这就产生了以下线性化接触刚度值:在计算上述的线性近似, (4) (5)正常的力被假定为从0到1000N,且最小二乘拟合相应的R2值认定是0.94。2夹紧力优化 我们的目标是确定最优夹紧力,将尽量减少由于工件刚体运动过程中,局部的夹紧和加工负荷引起的弹性变形,同时保持在准静态加工过程中夹具工件系统平衡,工件的位移减少,从而减少定位误差。实现这个目标是通过制定一个多目标约束优化问题的问题,如下描述。2.1 目标函数配方工件旋转,由于部队轮换往往是相当小17的工件定位误差假设为确定其刚体翻译基本上,其中 、和 是 沿,和三个正交组件(见图2)。图2 工件刚体平移和旋转工件的定位误差归于装夹力,然后可以在该刚体位移的范数计算如下: (6)其中表示一个向量二级标准。 但是作用在工件的夹紧力会影响定位误差。当多个夹紧力作用于工件,由此产生的夹紧力为,有如下形式: (7)其中夹紧力是矢量,夹紧力的方向矩阵,是夹紧力是矢量的方向余弦,、和 是第i个夹紧点夹紧力在、和方向上的向量角度(i=1、2、3.,C)。在这个文件中,由于接触区变形造成的工件的定位误差,被假定为受的作用力是法线的,接触的摩擦力相对较小,并在进行分析时忽略了加紧力对工件的定位误差的影响。意指正常接触刚度比,是通过(i=1,2L)和最小的所有定位器正常刚度相乘,并假设工件、取决于、的方向,各自的等效接触刚度可有下式计算得出(见图3),工件刚体运动,归于夹紧行动现在可以写成: (8)工件有位移,因此,定位误差的减小可以通过尽量减少产生的夹紧力向量 范数。因此,第一个目标函数可以写为:最小化 (9)要注意,加权因素是与等效接触刚度成正比的在、和 方向上。通过使用最低总能量互补参考文献15,23的原则求解弹性力学接触问题得出A的组成部分是唯一确定的,这保证了夹紧力和相应的定位反应是“真正的”解决方案,对接触问题和产生的“真正”刚体位移,而且工件保持在静态平衡,通过夹紧力的随时调整。因此,总能量最小化的形式为补充的夹紧力优化的第二个目标函数,并给出:最小化 (10)其中代表机构的弹性变形应变能互补,代表由外部力量和力矩配合完成,是遵守对角矩阵的, 和是所有接触力的载体。如图3 加权系数计算确定的基础内蒙古科技大学本科生毕业设计(外文翻译)2.2 摩擦和静态平衡约束在(10)式优化的目标受到一定的限制和约束,他们中最重要的是在每个接触处的静摩擦力约束。库仑摩擦力的法律规定(是静态摩擦系数),这方面的一个非线性约束和线性化版本可以使用,并且19有: (11)假设准静态载荷,工件的静力平衡由下列力和力矩平衡方程确保(向量形式): (12)其中包括在法线和切线方向的力和力矩的机械加工力和工件重量。2.3界接触力由于夹具工件接触是单侧面的,法线的接触力只能被压缩。这通过以下的的约束表(i=1,2,L+C) (13)它假设在工件上的法线力是确定的,此外,在一个法线的接触压力不能超过压工件材料的屈服强度()。这个约束可写为: (i=1,2,,L+C) (14) 如果是在第i个工件夹具的接触处的接触面积,完整的夹紧力优化模型,可以写成:最小化 (15)3模型算法求解式(15)多目标优化问题可以通过求解约束24。这种方法将确定的目标作为首要职能之一,并将其转换成一个约束对。该补充()的主要目的是处理功能,并由此得到夹紧力()作为约束的加权范数最小化。对为主要目标的选择,确保选中一套独特可行的夹紧力,因此,工件夹具系统驱动到一个稳定的状态(即最低能量状态),此状态也表示有最小的夹紧力下的加权范数。 的约束转换涉及到一个指定的加权范数小于或等于,其中是 的约束,假设最初所有夹紧力不明确,要确定一个合适的。在定位和夹紧点的接触力的计算只考虑第一个目标函数(即)。虽然有这样的接触力,并不一定产生最低的夹紧力,这是一个“真正的”可行的解决弹性力学问题办法,可完全抑制工件在夹具中的位置。这些夹紧力的加权系数,通过计算并作为初始值与比较,因此,夹紧力式(15)的优化问题可改写为: 最小化 (16)由: (11)(14) 得。类似的算法寻找一个方程根的二分法来确定最低的上的约束, 通过尽可能降低上限,由此产生的最小夹紧力的加权范数。 迭代次数K,终止搜索取决于所需的预测精度和,有参考文献15: (17)其中表示上限的功能,完整的算法在如图4中给出。 图4 夹紧力的优化算法(在示例1中使用)。图5 该算法在示例2使用4 加工过程中的夹紧力的优化及测定上一节介绍的算法可用于确定单负载作用于工件的载体的最佳夹紧力,然而,刀具路径随磨削量和切割点的不断变化而变化。因此,相应的夹紧力和最佳的加工负荷获得将由图4算法获得,这大大增加了计算负担,并要求为选择的夹紧力提供标准, 将获得满意和适宜的整个刀具轨迹 ,用保守的办法来解决下面将被讨论的问题,考虑一个有限的数目(例如m)沿相应的刀具路径设置的产生m个最佳夹紧力,选择记为, , ,在每个采样点,考虑以下四个最坏加工负荷向量: (18)、和表示在、和方向上的最大值,、和上的数字1,2,3分别代替对应的和另外两个正交切削分力,而且有:虽然4个最坏情况加工负荷向量不会在工件加工的同一时刻出现,但在每次常规的进给速度中,刀具旋转一次出现一次,负载向量引入的误差可忽略。因此,在这项工作中,四个载体负载适用于同一位置,(但不是同时)对工件进行的采样 ,夹紧力的优化算法图4,对应于每个采样点计算最佳的夹紧力。夹紧力的最佳形式有: (i=1,2,m) (j=x,y z,r) (19)其中是最佳夹紧力的四个情况下的加工负荷载体,(C=1,2,C)是每个相应的夹具在第i个样本点和第j负荷情况下力的大小。是计算每个负载点之后的结果,一套简单的“最佳”夹紧力必须从所有的样本点和装载条件里发现,并在所有的最佳夹紧力中选择。这是通过在所有负载情况和采样点排序,并选择夹紧点的最高值的最佳的夹紧力,见于式 (20): (k=1,2,C) (20)只要这些具备,就得到一套优化的夹紧力,验证这些力,以确保工件夹具系统的静态平衡。否则,会出现更多采样点和重复上述程序。在这种方式中,可为整个刀具路径确定“最佳”夹紧力 ,图5总结了刚才所描述的算法。请注意,虽然这种方法是保守的,它提供了一个确定的夹紧力,最大限度地减少工件的定位误差的一套系统方法。5影响工件的定位精度它的兴趣在于最早提出了评价夹紧力的算法对工件的定位精度的影响。工件首先放在与夹具接触的基板上,然后夹紧力使工件接触到夹具,因此,局部变形发生在每个工件夹具接触处,使工件在夹具上移位和旋转。随后,准静态加工负荷应用造成工件在夹具的移位。工件刚体运动的定义是由它在、和方向上的移位和自转(见图2),如前所述,工件刚体位移产生于在每个夹紧处的局部变形,假设为相对于工件的质量中心的第i个位置矢量定位点,坐标变换定理可以用来表达在工件的位移,以及工件自转如下: (21)其中表示旋转矩阵,描述当地在第i帧相联系的全球坐标系和是一个旋转矩阵确定工件相对于全球的坐标系的定位坐标系。假设夹具夹紧工件旋转,由于旋转很小,故也可近似为: (22) 方程(21)现在可以改写为: (23)其中是经方程(21)重新编排后变换得到的矩阵式,是夹紧和加工导致的工件刚体运动矢量。工件与夹具单方面接触性质意味着工件与夹具接触处没有拉力的可能。因此,在第i装夹点接触力可能与的关系如下: (24)其中是在第i个接触点由于夹紧和加工负荷造成的变形,意味着净压缩变形,而负数则代表拉伸变形; 是表示在本地坐标系第i个接触刚度矩阵,是单位向量. 在这项研究中假定液压/气动夹具,根据对外加工负荷,故在法线方向的夹紧力的强度保持不变,因此,必须对方程(24)的夹紧点进行修改为: (25)其中是在第i个夹紧点的夹紧力,让表示一个对外加工力量和载体的61矢量。并结合方程(23)(25)与静态平衡方程,得到下面的方程组: (26)其中,其中表示相乘。由于夹紧和加工工件刚体移动,q可通过求解式(26)得到。工件的定位误差向量, (见图6),现在可以计算如下: (27) 其中是考虑工件中心加工点的位置向量,且 6模拟工作 较早前提出的算法是用来确定最佳夹紧力及其对两例工件精度的影响例如:1适用于工件单点力。2应用于工件负载准静态铣削序列 如左图7 工件夹具配置中使用的模拟研究 工件夹具定位联系; 、和全球坐标系。 3-2-1夹具图7所示,是用来定位并控制7075 - T6铝合金(127毫米127毫米38.1毫米)的柱状块。假定为球形布局倾斜硬钢定位器/夹具在表1中给出。工件夹具材料的摩擦静电对系数为0.25。使用伊利诺伊大学开发EMSIM程序参考文献26 对加工瞬时铣削力条件进行了计算,如表2给出例(1),应用工件在点(109.2毫米,25.4毫米,34.3毫米)瞬时加工力,图4中表3和表4列出了初级夹紧力和最佳夹紧力的算法 。该算法如图5所示 ,一个25.4毫米铣槽使用EMSIM进行了数值模拟,以减少起步(0.0毫米,25.4毫米,34.3毫米)和结束时(127.0毫米,25.4毫米,34.3毫米)四种情况下加工负荷载体,(见图8)。模拟计算铣削力数据在表5中给出。图8最终铣削过程模拟例如2。表6中5个坐标列出了为模拟抽样调查点。最佳夹紧力是用前面讨论过的排序算法计算每个采样点和负载载体最后的夹紧力和负载。7结果与讨论例如算法1的绘制最佳夹紧力收敛图9,图9对于固定夹紧装置在图示例假设(见图7),由此得到的夹紧力加权范数有如下形式:.结果表明,最佳夹紧力所述加工条件下有比初步夹紧力强度低得多的加权范数,最初的夹紧力是通过减少工件的夹具系统补充能量算法获得。由于夹紧力和负载造成的工件的定位误差,如表7。结果表明工件旋转小,加工点减少错误从13.1到14.6不等。在这种情况下,所有加工条件改善不是很大,因为从最初通过互补势能确定的最小化的夹紧力值已接近最佳夹紧力。图5算法是用第二例在一个序列应用于铣削负载到工件,他应用于工件铣削负载一个序列。最佳的夹紧力,对应列表6每个样本点,随着最后的最佳夹紧力,在每个采样点的加权范数和最优的初始夹紧力绘图10,在每个采样点的加权范数的,和绘制。结果表明,由于每个组成部分是各相应的最大夹紧力,它具有最高的加权范数。如图10所示,如果在每个夹紧点最大组成部分是用于确定初步夹紧力,则夹紧力需相应设置,有比相当大的加权范数。故是一个完整的刀具路径改进方案。上述模拟结果表明,该方法可用于优化夹紧力相对于初始夹紧力的强度,这种做法将减少所造成的夹紧力的加权范数,因此将提高工件的定位精度。图108结论该文件提出了关于确定多钳夹具,工件受准静态加载系统的优化加工夹紧力的新方法。夹紧力的优化算法是基于接触力学的夹具与工件系统模型,并寻求尽量减少应用到所造成的工件夹紧力的加权范数,得出工件的定位误差。该整体模型,制定一个双目标约束优化问题,使用-约束的方法解决。该算法通过两个模拟表明,涉及3-2-1型,二夹铣夹具的例子。今后的工作将解决在动态负载存在夹具与工件在系统的优化,其中惯性,刚度和阻尼效应在确定工件夹具系统的响应特性具有重要作用。9参考资料:1、J. 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DeMeter. 对工件准静态分析功能位移在加工夹具的应用程序,制造科学杂志与工程: 325331页, 1996。毕业设计(开题报告)课题名称拨叉钻F18孔夹具设计系 部机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级姓 名学 号任务起止日期2014年12月26日至2015年5月27日共17周指导教师签名(校内)莫文辉指导教师签名(校外)教学主任签名年月日1 前言拨叉的加工工艺及夹具设计为本课题的研究内容,对此研究查阅大量的资料,首先明白机械加工工艺过程就是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的一定形状尺寸精度、粗糙度等的零件。为了十分具体确切的说明过程,尽可能使工件能按照零件图的技术要求加工出来,就得制定严谨合理的机械加工工艺规程来作为生产的指导性技术文件,学习理解,深入研究制定机械加工工艺规程的意义与作用就是本课题研究目的。在整个设计过程中,我们将学习到更多的知识。(1)我们必须仔细了解零件结构,首先通过对零件图进行认真的分析,培养我们独立识图能力,进一步增强我们对零件图的认识和了解,其次通过对零件图的绘制,能增强我们的绘图能力和运用制图软件的能力。(2)制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等工艺设计。在整个设计中也是非常重要的,通过这些设计,不仅让我们更为全面地了解零件的加工过程、加工尺寸的确定,而且让我们知道工艺路线和加工余量的确定,必须与工厂的实际状况相结合相适应。这是对以前学习过的知识理论的复习,也是对以后参加工作进行实践的一个很好的铺垫。(3)在这个设计过程中,我们还必须考虑工件的安装和夹紧.安装的正确与否直接影响工件加工精度,安装是否方便和迅速,又会影响辅助时间的长短,从而影响生产率,夹具是加工工件时,为完成某道工序,用来正确迅速安装工件的装置.它对保证加工精度、提高生产率和减轻工人劳动量有很大作用。这是整个设计的重点,也是一个难点近年来,机械制造工艺有着飞速的发展。比如,应用人工智能选择零件的工艺规程。因为特种加工的微观物理过程非常复杂,往往涉及电磁场、热力学、流体力学、电化学等诸多领域,其加工机理的理论研究极其困难,通常很难用简单的解析式来表达。近年来,虽然各国学者采用各种理论对不同的特种加工技术进行了深入的研究,并取得了卓越的理论成就,但离定量的实际应用尚有一定的距离。然而采用每一种特种加工方法所获得的加工精度和表面质量与加工条件参数间都有其规律。因此,目前常采用研究传统切削加工机理的实验统计方 法来了解特种加工的工艺规律,以便实际应用,但还缺乏系统性。受其限制,目前特种加工的工艺参数只能凭经验选取,还难以实现最优化和自动化,例如,电火花成形电极的沉入式 加工工艺,它在占电火花成形机床总数95%以上的非数控电火花成形加工机床和较大尺寸的模具型腔加工中得到广泛应用。虽然已有学者对其CAD、CAPP和CAM原理开展了一些研究,并取得了一些成果,但由于工艺数据的缺乏,仍未有成熟的商品化的CAD/CAM系统问世。通常只能采用手工的方法或部分借助于CAD造型、部分生成复杂电极的三维型面数据。随着模糊 数学、神经元网络及专家系统等多种人工智能技术的成熟发展,人们开始尝试利用这一技术来建立加工效果和加工条件之间的定量化的精度、效率、经济性等实验模型,并得到了初步 的成果。因此,通过实验建模,将典型加工实例和加工经验作为知识存储起来,建立描述特种加工工艺规律的可扩展性开放系统的条件已经成熟。并为进一步开展特种加工加工工艺过程的计算机模拟,应用人工智能选择零件的工艺规程和虚拟加工奠定基础。同时,在机械加工过程中,夹具占有非常重要的地位,它可靠地保证了工件的加工精度,提高了加工效率,减轻了劳动的强度,夹具的设计过程中,应深入生产实际,(对工件的图纸,工艺文件,生产纲领等分析),精心调查研究,吸取国内外的先进技术,制订出合理的设计方案。我们都知道减少停工检修期是提高生产力、使生产能力利用系数最大化的一项重要因素。然而零件加工过程中的精确定位和装夹的重复精度也是改进效率和质量的关键。譬如柔性加工中心的产生就是为了减少产品循环周期。2 国内外研究现状、水平和发展趋势目前中国制造业发展迅猛,以前的我国制造业普遍使用刚性专机加工各种各样的零部件,导致改型和生产个零部件周期较长。随着我国制造业发展和各种各种零件的需求与日俱增,加工设备和工艺也向着柔性化的方向转变。加工装备的柔性概念和需求主要体现在对设备快速性和适应性的需求上,因此制造商不得不寻求柔性和产量之间的最佳组合。当然,在满足了柔性的条件下、也有着不同的解决方案,如:模块化、可变换化、可重新配置化、在线兼容性等。不论采用哪种方案,使用高性能的液压夹具都显得尤为重要,现在,柔性专机、可重新配置的机床及专用加工中心的组合应用,使得发动机零件的加工变得越来越柔性化,具体情况取决于每个加工项目的产量配额使用液压夹具的主要优势是能节省夹紧和松卸工件时所花的大量的时间。有关统计资料表明液压夹紧相比机械夹紧节省90%95%的时间,缩小了生产循环周期,从而增加了产量也就意味着降低了成本。当加工一长型铝合金零件时,刀具通过时旋转油缸可快速让开,刀具通过后可快速复位。液压夹具系统的第二项重要特点是可实现非常高的定位精度。关键在于夹紧力在定位和夹紧过程中保持恒定不变。从而确保了同一道工序下的加工质量一致性。由于变形造成的废品率将会微乎其微夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济的方向发展3 本课题的基本内容,预计可能遇到的困难,提出解决问题的方法和措施本课题的基本内容:拨叉加工工艺及夹具设计1 拨叉加工工艺(1) 制订规程,关键是工序的划分和定位基准的选择。在设计开始的过程中,我们必须要认真分析零件图,了解其箱体零件的结构特点和相关的技术要求,对箱体零件的每一个细节,都应仔细的分析,如箱体加工表面的平行度、粗糙度、垂直度,特别是要注意箱体零件各孔系自身精度(同轴度、圆度、粗糙度等)和它们的相互位置精度(轴线之间的平行度、垂直度以及轴线与平面之间的平行度、垂直度等要求),箱体零件的尺寸是整个零件加工的关键,必须弄清箱体零件的每一个尺寸。绘制零件图是一个重点,同时因为箱体零件比较复杂,所以也是一个难点。我们采用solidworks软件绘制零件图,一方面增加我们对零件各部分构造的认识,另一方面增加我们对solidworks软件的熟悉。(2) 工序的划分 ,确定加工顺序和工序内容,安排工序的集中和分散程度,划分工序阶段,这项工作与生产纲领有密切关系,具体可以根据生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等。根据实际生产条件确定工艺过程的工序次数;如批量小时可采用在通用机床上工序集中原则,批量大时即可按工序分散原则,组织流水线生产,也可利用高生产率的通用设备,按工序集中原则组织生产。(3) 定位基准的选择,根据粗基准,精基准的选择原则;遵循基准统一、基准重合。由零件图具体分析可得:拨叉首先以一侧面和一个为粗基准,对底平面A进行粗加工,再以底平面A为精基准加工孔。2 夹具设计可能遇到的问题:工件定位是否正确,定位精度是否满足要求,工件夹紧牢固是否可靠等等。工件在夹具中的定位精度,主要与定位基准是否与工序基准重合、定位基准与定位元件的配合状况等诸多因素有关,可提高夹具的制造精度,减少配合间隙,就能提高夹具在机床上的定位精度,夹具中出现过定位时,可通过撤消多余定位元件,使多余定位元件失去限制重复自由度的能力,增加过定位元件与定位基准的配合间隙等办法来解决。夹紧必须可靠,但夹紧力不可过大,以免工件或夹具产生过大变形。可采用多点夹紧或在工件钢性薄弱部位安放适当的辅助支撑。夹具的设计必须要保证夹具的定位准确和机构合理,考虑夹具的定位误差和安装误差。我们将通过对工件与夹具的认真分析,结合一些夹具的具体设计事例,查阅相关的夹具设计资料,联系在实习工厂看到的一些箱体零件加工的夹具来解决这些问题.上述即为可能遇到问题以及初步考虑的解决措施4 本论文课题拟采用的研究手段(途径)和可行性分析根据不同的研究对象拟采用不同的研究手段(途径),本课题包括两方面内容:一 拨叉加工工艺的设计和夹具设计二 制定工艺规程的研究途径和可行性分析毛坯的选择:根据生产纲领和零件结构选择毛坯,毛坯的种类一般在零件图上已有规定。对于铸件和锻件应了解其分模面、浇口、冒口位置和拔模率,以便在选择定位基准和计算加工余量时有所考虑。如果毛坯是棒料或型材,则按其标准确定尺寸规格,并决定每批加工件数。毛坯的种类和其质量对机械加工的质量有密切的关系。同时对劳动生产率、材料消耗、成本高低有很大的影响。拨叉毛坯材料为灰铸铁(HT150),硬度范围在150200HBS,需要承受中等载荷。采用砂型铸造方法,由于大批量生产故宜采用实体金属模进行两箱造型,这不仅简化了造型和合箱操作,还因型砂紧实度较为均匀,提高铸件的表面质量。在切削加工前进行石墨化退火处理,消除铸件表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织(大量渗碳体出现)以便进行切削加工。拟订工艺路线:表示零件的加工顺序及加工方法,分出工序,安装或工位及工步等。并选择各工序所使用的机床型号、刀具、夹具及量具等。拟订工艺路线从实际出发,理论和实际生产实践结合起来。常常需要提出几个方案,进行分析比较后再确定。计算切削用量、加工余量及工时定额:查阅切削用量手册等资料并进行计算确定。根据相关的规律,对单件小批量生产不规定切削用量,而是由工人根据实际生产的情况自行选定,但对于自动线和流水线,为保证生产的节拍,必须规定切削用量,这些内容并不能随意确定和盖面。计算加工余量、工序尺寸及公差是要控制各工序的加工质量以保证最终加工质量。工时定额一般按各工厂的实际经验积累起来的统计资料来估算。随着生产的发展,工艺的改进,新工艺,新技术的不断出现,工时定额应进行相应的修改。对机械加工工艺规程基本要求可归结为质量、生产率和经济性。虽然有时互相矛盾,但只要把它们处理好,就会成为一个统一体。在三个要求中,质量是生产的核心。质量表现在机械产品的各项技术性能指标,质量不能保证,根本谈不上数量;质量和生产率之间是密切联系的,在确保高质量的前提下,应该不断地最大限度地提高生产率,满足生产量的要求。如果两者矛盾,则生产率要服从于质量,应在保证质量的前提下解决生产率问题。在保证质量和上产率的前提下,应尽可能的节约耗费,减少投资,降低制造成本,这就是经济性。因此,拨叉的工艺规程研究途径应该体现质量、生产率和经济性的平衡统一,达到经济合理及可行的最优方案。5 夹具设计的研究途径和可行性分析拨叉镗、铣、钻等工序使用的专用夹具,此类夹具的特点是针对性强、加工质量好、结构紧凑、操作简便、生产率高。夹具设计最关键是工件精确定位和可靠的夹紧。为了解决此问题,首先得了解影响定位精度的因素。然后采取措施解决具体的问题。如定位基准与定位元件的配合状况和影响定位精度,那么可以提高夹具的制造精度,减小配合间隙就能提高夹具在机床上的定位精度。除此之外,选择夹具的类型与结构型式必须与零件生产批量大小相适应,夹具结构与零部件应具有足够的刚度和强度,从而保证夹具操作方便、夹紧可靠、使用安全、并有合理的装卸空间。参考文献:1 刘德荣,组合夹具结构简图的初步探讨,组合夹具,1982. (1) 2 孙已德,机床夹具图册M,北京:机械工业出版社,1984:20-23。3 贵州工学院机械制造工艺教研室,机床夹具结构图册M,贵阳:贵州任命出版社,1983:42-50。4 刘友才,机床夹具设计 ,北京:机械工业出版社,1992 。5 孟少龙,机械加工工艺手册第1卷M,北京:机械工业出版社,1991。6 金属机械加工工艺人员手册修订组,金属机械加工工艺人员手册M,上海:上海科学技术出版社,1979。7 李洪,机械加工工艺师手册M,北京:机械工业出版社,1990。8 马贤智,机械加工余量与公差手册M,北京:中国标准出版社,1994。9 上海金属切削技术协会,金属切削手册M,上海:上海科学技术出版社,1984。10 周永强,高等学校毕业设计指导M,北京:中国建材工业出版社,2002。11 薛源顺,机床夹具设计(第二版) M,机械工业出版社,2003.112 余光国,马俊,张兴发,机床夹具设计M,重庆:重庆大学出版社,1995。13 东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学,机床夹具设计手册M,上海:上海科学技术出版社,1980。14 李庆寿,机械制造工艺装备设计适用手册M,银州:宁夏人民出版社,1991。15 廖念钊,莫雨松,李硕根,互换性与技术测量M,中国计量出版社,2000:9-19。16 哈尔滨工业大学,哈尔滨市教育局,专用机床夹具设计与制造,黑农江人民出版社,1979.12 17 乐兑谦,金属切削刀具,机械工业出版社,2005:4-17。18 Machine Tools N.chernor 1984.19 Machine Tool Metalworking John L.Feirer 1973.20 Handbook of Machine Tools Manfred weck 1984 .21 Sors l.fatigue design of machine components.oxford:pergramon press.1971毕业设计(论文)课题名称拨叉钻F18孔夹具设计系 部机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级姓 名学 号任务起止日期2014年12月26日至2015年5月27日共17周指导教师签名(校内)莫文辉指导教师签名(校外)教学主任签名年月日2011届湖北汽车工业学院毕业设计(论文)独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到,本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名:日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密 ,在_年解密后适用本授权书。不保密。(请在以上方框内打“”)学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日2011届湖北汽车工业学院毕业设计(论文)摘 要 在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的,用以固定加工对象,使之占有正确位置,以便接受施工的一种工艺装备,统称为夹具。因此,无论是在机械加工,装配,检验,还是在焊接,热处理等冷,热工艺中,以及运输工作中都大量采用夹具。但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具,我们称其为机床夹具。它在保证产品优质,高产,低成本,充分发挥现有设备的潜力,以便工人掌握复杂或精密零件加工技术,以减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。因此,机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。为此,在本次毕业设计时,选择了机床夹具设计。 本文主要围绕机床钻孔夹具设计为中心。用以钻拨叉零件,首先通过参观实习让我们对夹具设计有了初步的了解,特别是对钻模夹具设计的了解更为深刻。然后,在导师的指导下,对夹具设计方案进行分析和选择。选定方案后,。通过查阅相关夹具设计书籍和相关图例在钻孔夹具设计过程中,。在查阅了相关文献后完成外文翻译。参考相关资料完成夹具的总体设计。关键词: 机械;夹具;钻模;加工AbstractMachinery manufacturing industries in the process of a wide variety of applications for processing a fixed object, so that it occupies the correct position in order to receive a construction technology and equipment, collectively referred to as the fixture. Therefore, whether in the machinery processing, assembly, testing, or in welding, heat treatment, such as cold, heat process, and transport are a lot of work in a fixture. But in machining is the most widely used metal-cutting machine tools for use on the fixture, we called for the machine tool fixture. It guarantees high-quality products, high-yield, low-cost, bring into full play the potential of existing equipment, so that workers have complicated or sophisticated parts processing technologies, to reduce the heavy physical labors, and other aspects play a hSOLIDWORKSe role. Therefore, the fixture of the machine is designed to promote the production and use of the rapid development of one of the important process. This article mainly revolves the engine bed drill hole jig design is a center. With drills the HBC6700 azimuth training gear shell, first let us throSOLIDWORKSh the visit practice have the preliminary understanding to the jig design, was specially more profound to the lap type jig jig designs understanding. Then, under teachers instruction, carries on the analysis and the choice to the jig design proposal. After designating the plan. ThroSOLIDWORKSh consult related jig design books and related chart of symbols in drill hole jig design process. After having consulted the related literature completes the foreign language translation. Refers to the correlation data to complete jigs system design.Keywords: machinery;Fixture;Jig;processing2011届湖北汽车工业学院毕业设计(论文)目 录 第1章 绪论11.1 钻孔夹具方案设计11.2 了解夹具总体设计的要求11.3 钻床的发展趋势21.4钻床夹具的概述31.4.1钻床夹具的特点31.4.2钻床夹具的主要类型41.4.3钻模类型选择41.4.4钻套的选择41.4.5钻模板类型5第2章 钻床夹具设计特点62.1 确定夹具的类型62.2 钻模的主要类型62.3 明确设计任务,了解零件加工工艺过程72.3.1 熟悉工件零件图、本工序加工要求72.3.2 熟悉零件加工工艺过程82.4 确定定位方案8第3章 工件的夹紧计算及其选择103.1 工件的夹紧103.1.1 夹紧基本原理理论103.1.2 夹紧座113.1.3 夹紧压板123.1.4 夹紧螺钉133.2 夹紧力的选择133.2.1 夹紧力方向133.2.2 夹紧力的作用点133.2.3 夹紧力的计算143.2.4 夹具精度计算与分析18第4章 夹具结构分析与设计204.1 夹具的夹紧装置和定位装置204.2 夹具的导向214.3 钻孔与工件之间的切屑间隙244.4 钻模板254.5定位误差的分析254.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用264.7 确定夹具体结构和总体结构284.9 夹具设计及操作的简要说明29结 论31致 谢31参考文献3329第1章 绪论1.1 钻孔夹具方案设计方案设计是夹具设计的重要阶段,它在分析各种原始资料的基础上,要完成下列设计工作:1 研究壳体零件原始资料,明确设计要求。 拟订钻孔夹具结构方案,绘制夹具结构草图。 绘制夹具总图,标注有关尺寸及技术要求。 绘制零件图。从另外一方面来说,机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分,是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程中应深人实际,进行调查研究,吸取国内外的先进技术,制定出合理的设计方案,再进行具体的设计。而深入生产实际调查研究中,应当掌握下面的一些资料:1(1)工件图纸;详细阅读工件的图纸,了解工件被加工表面是技术要求,该零件在机器中的位置和作用,以及装置中的特殊要求。(2)工艺文件:了解工件的工艺过程,本工序的加工要求,工件被加工表面及待加工面状况,基准面选择的情况,可用机床设备的主要规格,与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。(3)生产纲领:夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应,做到经济合理。在本次毕业设计的夹具要求是中小批量生产的夹具设计。(4)制造与使用夹具的情况,有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站;制造和使用夹具的工人的技术状况等。夹具的出现可靠地保证加工精度,提高整体工作效率,减轻劳动强度,充分发挥和扩大机床的工艺性能。1.2 了解夹具总体设计的要求1)夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加工工序,应适当提高夹具的精度,以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。2)夹具应达到加工生产率的要求。特别对于大批量生产中使用的夹具,应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。3)夹具的操作要方便、安全。按不同的加工方法,可设置必要的防护装置、挡屑板以及各种安全器具。4)能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。夹具元件的材料选用将直接影响夹具的使用寿命。因此,定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。夹具的低成本设计在世界各国都以相当重视。为此,夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应。在大批量生产中。宜采用气压、液压等高效夹紧装置;而小批量生产,则宜采用较简单的夹具结构。5)要适当提高夹具元件的通用化和标准程度。选用标准化元件,特别应选用商品化的标准元件,以缩短夹具制造周期,从而降低夹具成本。6)必须具有良好的结构工艺性,以便夹具的制造、使用和维修。以上要求有时是互相矛盾的,故应在全面考虑的基础上,处理好主要矛盾,使之达到较好的效果。例如钻模设计中,通常侧重于生产率的要求。1.3 钻床的发展趋势钻床系指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动,钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单,加工精度相对较低,可钻通孔、盲孔,更换非凡刀具,可扩、锪孔,铰孔或进行攻丝等加工。钻床可分为下列类型: (1)台式钻床:可安放在作业台上,主轴垂直布置的小型钻床。 (2)立式钻床:主轴箱和工作台安置在立柱上,主轴垂直布置的钻床。 (3)摇臂钻床:摇臂可绕立柱回转、升降,通常主轴箱可在摇臂上作水平移动的钻床。它适用于大件和不同方位孔的加工。 (4)铣钻床:工作台可纵横向移动,钻轴垂直布置,能进行铣削的钻床。 (5)深孔钻床:使用特制深孔钻头,工件旋转,钻削深孔的钻床。 (6)平端面中心孔钻床:切削轴类端面和用中心钻加工的中心孔钻床。 (7)卧式钻床:主轴水平布置,主轴箱可垂直移动的钻床钻床相关标准与其他金属切削机床相关标准大体相同,其专用标准有:GB6477.4-86金属切削机床术语钻床,GB2815-89、JB/T5763-91钻床联接尺寸标准,GB9461-88、JB/Z108-89摇臂钻床参数及系列型谱标准等,出口产品不得低于一等品。 主要生产厂家有:中捷友谊厂、沙市第一机床厂、宁夏大河机床厂、鲁南机床厂、保定钻床厂等。钻床主要出口日本、东南亚、欧、美、非洲及港、澳等30余个国家及地区。1.4 钻床夹具的概述 钻床夹具:用干各种钻床(镗床组合机床)上的夹具,又称钻模,镗模。主要目的保证孔的精度(位置)。要想对钻床夹具有深刻的了解,就要先知道钻床夹具的特点。1.4.1 钻床夹具的特点在一般钻床对工件进行空加工,多具一下特点:首先是刀具本身的刚性比较差。钻床上所加工的空多为小尺寸的孔,其工序内容不外乎钻、扩、铰、锪或攻螺纹等加工,所以,刀具直径往往比较小,而轴向尺寸比较啊,刀具的刚性均较差。其次是多刃刀的不对称,易造成空的形位公差。钻、扩、铰等孔加工刀具,多为多刃刀具,当刀刃分布不对称,或刀刃分布不对称,或刀刃长度不等,会造成被加工孔的制造误差,尤其是采用普通麻花钻钻孔,手工刃磨钻头所造成的两侧不对称,极易造成被加工孔的孔位偏移、孔径增大及孔轴线的弯曲和歪斜,严重影响孔的形状、位置精度。再有就是普通麻花钻头起钻时,孔的精度极差。普通麻花钻轴向尺寸大,结构刚性差,加上钻心结构所形成的横刃,破坏定心,使钻尖运动布稳定,往往在起钻过程造成较大的孔位误差。在单件、小批量生产种中,往往要考操作工在起钻过程中不断地进行人工矫正控制孔位精度,而在大批生产中,则需依靠刀刃结构的改进和夹具对刀具的严格引导解决。综合以上孔加工特点,钻床夹具的主要任务是解决好工件相对刀具的正确加工位置的严格控制问题。在大批量生产中,为有自傲解决钻头钻孔的精度不稳定的问题,多直接设置带有刀具引导的钻模板,对钻头进行正确引导和对孔位进行强制性限制。尤其是对箱体、盖板类工件的钻孔,往往要同时有多支钻头一次性钻出众多的孔,为保证加工孔隙的位置精度,一定要通过一块精确的模版,把多个孔位由引导限制好。这种用来正确引导钻头控制孔位精度的模版。专业化、高效生产中的钻床夹具,通常具有较精确的钻模版,以正确、快速地引导钻头控制孔位精度,这是钻床夹具的最主要的特点。所以,习惯上又把钻床夹具称为钻模。为防止钻刃破坏钻模板上引导孔的孔壁,多在引导孔中设置高硬度的钻套,以维持钻模板的孔系精度。对钻床夹具的类型要有一定的认知。1.4.2 钻床夹具的主要类型钻床加工中对不同的加工工件所选着的夹具体液是不同的。因此根据经验人们总结了以下不同工件加工的主要夹具。它们主要是:1.固定式:夹具与机床上位置固定不变,用于立钻,摇臂钻加工大件等2.回转式:用于同一圆周上的孔系加工。它包括立轴、卧轴和斜轴回转三种基本型式。3.移动式:钻模移动,用于加工同一表面上的多个孔中小型工件4、翻转式:钻模板转动一定角度,用于加工不同表面上的孔,翻转点力,5、盖板式:没有夹具体,模板盖在工件上加工6、滑柱式:升降钻模板的通用可调夹具根据不同工件的加工,因此我们也要对钻模由工件的形状和加工要求进行选择。1.4.3 钻模类型选择钻模类型多,在设计时,要根据工件的形状、重量、加工要求和批量来选型:被钻孔径10mm,或加工精度较高时,宜用固定钻模。不同表面上的孔,总G100N,中、小型工件,宜用翻转钻模。当分布在不同心圆周上的孔系,总G150N,宜用固定钻模,在摇臂钻加工,量大时用立钻多轴加工。垂直度与孔间距要求不高时,用滑柱式钻模。若加工大件上的小孔时,宜用盖式钻模。为了提高钻孔的精度,可以通过钻套来来引导刀具的位置,保证孔加工的精度。但由于加工工件的量大小和孔位置特殊,所以钻套也分为以下几种。1.4.4 钻套的选择钻套和钻模板是钻床夹具的特殊元件。钻套的作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工,钻套装配在模板上,用钻套比不用钻套可减少50%以上的误 差。其结构尺寸已标准化:1)固定钻套:配合H7/n6,H7/r6,结构简单,精度高,适用于单孔或小批生产。2)可换钻套:H7/g5,H7/g6,间隙配合装入衬套内,用螺钉固定3)快换钻套:配合H7/g5,H7/g6,结构与上述不同,不用固定螺钉便可更换。适用于加工多,更换不同孔经的钻套。 上述钻套标准化。还有一种特殊故钻套。4)特殊钻套:适用于工件结构形状和被加工孔的位置特殊 性,标准钻套不满足时用的钻套。钻套的安装也是非常重要的,因此钻模板可以通过合理的设计将钻套定位安装,从而保证孔的加工位置。钻模板通常装配在夹具体或支架上,或与夹具上的其它元件相连接。常见的有如下几种类型:1.4.5 钻模板类型A固定式钻模板:钻模板和夹具体或支架是用固定方法相连接,一般采用两个圆锥销和螺钉装配连接;对于简单的结构也可采用整体的铸造或焊接结构。B铰链式钻模板: 当钻模板妨碍工件装卸等工作时,可用活动铰链把钻模板与夹具体相连接。C可卸式钻模板D悬挂式钻模板: 在立式钻床上采用多轴传动头进行平行孔系加工时,所用的钻模板就连接在传动箱上,并随机床主轴往复移动。这种钻模板简称为悬挂式钻模板2011届湖北汽车工业学院毕业设计(论文)第2章 钻床夹具设计特点2.1 确定夹具的类型按使用范围,夹具可分为通用夹具和专用夹具两类。通用夹具适用于各种不同尺寸的零件加工,如导尺、分度盘等。这类夹具是作为附件与机床一起配套供应的。专用夹具是专门为某一工件在某一工序进行加工而设计的夹具,如在铣床上加工弯曲零件必须采用相应的夹具,在压刨上加工斜面、曲面也要采用专用夹具。2.2 钻模的主要类型钻床专用夹具一般通称为“钻模”。可按钻模有无夹具体,以及夹具体是否可动,而分为下面几类:11.固定式钻模 这种钻模在使用时,是被固定在钻床工作台。用于在立轴式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。如果要在立式钻床上使用固定式钻模加工平行空系,则需要在机床主轴上安装钻模时,一般先将装在主轴上的定尺刀具伸入钻套中,以确定钻模的位置,然后将其紧固。这种加工方式的钻孔精度比较高。2.回转式钻模 回转式钻模主要用于加工同一圆周面上的平行孔系,或分布在圆周上的径向孔。有立轴、卧轴和斜轴回转等三种基本形式。由于回转台已标准化,并作为机床附件由专门厂生产供应,固回转式钻模的设计,大多数情况是设计专用的工作夹具和标准回转台联合使用。3.翻转式钻模 主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻转式钻模可减少工件装夹的次数,提高工件上各孔之间的位置精度。4.盖板式钻模 这种钻模无夹具体,其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。钻模板在工件上装夹,适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。夹具、结构简单轻便,易清除切屑;但是每次夹具需从工件上装卸,较费时,故此钻模的质量一般不宜超过10 kg。5.滑柱式钻模 滑柱式钻模的结构已经标准化了和规格化了,具有不同的系列。使用时,只要根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况,专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等,装在夹具体的平台或钻模板上的适当位置,就可用于加工。2.3 明确设计任务,了解零件加工工艺过程2.3.1 熟悉工件零件图、本工序加工要求 图2.3 加工零件图该零件为HT200钢;零件图如上图2.3,中批量生产;该工序在立式钻床上用钻头工。2.3.2 熟悉零件加工工艺过程 1.粗铣上下两端面 2.精铣上下两端面3. 钻铰孔40H74.钻铰孔20H7 5. 钻铰孔18铣削1、2、3、4工序均在X52K铣床上加工,工序Z525立式钻床上加工。 2.4 确定定位方案 根据工件的加工要求,该工序必须限制工件的五个自由度。建立坐标系如图2.2所示。为保证通孔底面至工件B面的垂直度,应选B面为定位基面,限制;为保证工序尺寸44mm,须限制、,所以选取A面为定位基面;为保证对孔轴线的对称度要求,还必须在加工时限制自由度。另外,为了方便控制刀具的走刀位置,还需要限制。综上所述,工件的六个自由度均被限制,为使定位基准与设计基准重合,选取的定位基准是40H7孔、20H7孔和上端面。第3章 工件的夹紧计算及其选择3.1 工件的夹紧3.1.1 夹紧基本原理理论夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位,不致因工时受切削力,重力或伴生离心力,惯性力,热应力等的作用产生移动或振动。夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分,除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置,才可以设有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣,对于提高夹紧的精度和加工作效率,减轻劳动强度都有很大的影响。夹紧对象特征加工信息特征夹紧要求特征动力源项元功能解项技术性经济性社会性应用实例技术参数夹紧功能原理方案设计功能项原理解项评价项备注项图3.1 夹紧功能原理方案设计组成结构分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类:第一类是性能要求,主要指定位唯一性、定位稳定性,夹紧稳定性及总体约束;第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。夹紧对象特征项目:包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。加工信息特征项:加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。夹紧要求特征项:主要指性能要求,包括定位要求、定位基准选择,如特征点、特征面。夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率,自锁性等。元件功能分析:夹紧功能主要包括四种元功能。它们是:定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。定位功能由定位元件完成,定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。传动功能由中间递力机构完成,该机构一般有三个作用;改变作用力的力一向、大小和自锁作用。目前常用的有以下机构:斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。设计夹紧装置时,应满足下述主要要求:21.夹紧装置在对工件夹紧时,不应破坏工件的定位,为此,必须正确选择夹紧力的方向及着力点。2.夹紧力的大小应该可靠,适当,要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。3.夹紧装置结构简单合理,夹紧动作要迅速,操作方便省力,安全。4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。3.1.2 夹紧座在不考虑重力和其它的伴生力的情况下,夹紧力的大小既与切削力的大小有 关,也与切削力对支承的作用有关。W=KM(f1Rf1+f2Rf2)N(其中K=K1K2K3K4,K1=1.52,K2=1.2,K3=1.11.3,K4=1.2)M为切削扭矩W=1.81.21.21.285(0.27+0.27)=740.28(N)Q 需=KP/(f1+f2)=1.81.21.21.2100/(0.2+0.2)=777.4NQ 需为切削力为简化夹具的成本及考虑工厂实际情况,拟用螺钉夹紧装置。计算螺钉的夹紧力:W=2QL/ D中/tg(+1)。此公式采用中的数据以M16标准螺纹计算。为螺纹升角;t“g=S/D中;1螺纹摩擦角;D中螺纹中径;Q人工作用力;其中有f=0.1(螺母端面与工件间的摩擦系数),1=6。34,;计算W=836.8(N)。很明显,可以使用螺钉夹紧机构。夹紧座加工要求:1.表面发蓝或其它的防锈处理;2.热处理:T10A,淬火HRC6064;渗碳深度0.20.6mm;3.锐边无毛刺;4.螺纹孔以国家标准的M16配做。3.1.3 夹紧压板夹紧支板和夹紧座的目的相同,都是夹紧工件的,保证在加工过程中工件不移动,限制它的自由度,夹紧支板的工件接触装置拟用夹紧螺钉,支板在其中是辅助支承的,最终起决定作用的还是人的操作,不同人操作同样的夹具或者是在夹紧的过程中用力和速度的不同,都对工件的加工精度有影响。由于取用的夹紧螺钉是一样的,前面已经计算过了,在此不重复了。5具体的结构见零件图。螺旋夹紧机构是指螺旋副与其他元件(压板、垫片、螺钉等)相结合,对工件实施夹紧的机构。螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。螺旋夹紧机构结构简单,夹紧行程大,且自锁性能好,增力比大,是手动夹紧中用的最多的一种夹紧机构。常用的夹紧形式有:单个螺旋夹紧机构、螺旋压板夹紧机构。图3.2 压板夹紧压板加工要求:1.表面发蓝或其它的防锈处理;2.热处理:T10A,淬火HRC3845;渗碳深度0.20.6mm;3.锐边无毛刺;4.螺纹孔以国家标准的M27配做。1 63.1.4 夹紧螺钉根据公司的实际情况选用夹紧螺钉,人工操作。节省成本,制造夹具的时间缩短并以国家标准的规格生产。夹紧功能的原理方案设计目录是设计目录应用的具体体现,由于夹具种类繁多,如何对其进行抽象化整理,以利于运用设计目录的结构形式,还需要更深入的研究。建立原理方案设计目录涉及的知识面较广,难度较大,目录本身的构造规律也很复杂。这里仅作最基本的原理方案设计研究。为使工件在定位件上所占有的规定位置在加工过程中保持不变,就要用夹紧装置将工件夹紧.保证工件的定位基准与夹具上的定位表面可靠的接触,防止在加工过程中移动、振动、或变形。因为此套夹具加工的工件刚度较好,防止了切削力作用是所引起的振动,侧面在加上移动压板的定位,免除夹紧力对加工表面几何形状精度的不利影响夹具的夹紧选用加工表面的松态夹紧,夹紧力的作用线不通过加工表面的周围,使加工表面的材料处在自由状态下。 3.2 夹紧力的选择3.2.1 夹紧力方向在保证安装的真确可靠,减少工件的变形,定位方便和在可以减少所需夹紧力的大小的前提下,此套夹具的夹紧方向和工件重力方向和切削方向相同。工件的定位工作面为垂直方向上,则工件的夹紧通过工件的一个定位销与水平方向的移动压块完成。夹紧力的方向为平行重力方向垂直夹紧。2在本次夹具设计中,夹紧力是由中心螺杆和一边压板提供的。3.2.2 夹紧力的作用点夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。现在夹紧力的方案已定。考虑夹具的结构尺寸特征可以确定夹紧力的作用点个数为2个。考虑夹紧力作用点的一般要求:1 夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定,而不至引起工件发生位移和偏转; 夹紧力的作用点,应使被夹紧的夹紧变形尽可能的小些; 夹紧力的作用点应尽可能靠近加工表面,以提高定位稳定性。3.2.3 夹紧力的计算夹紧力的大小重要取决于切削P和重力G,重力是可认为不变的,而切削力在切削的过程中是变化的。影响切削力的大小因素很多,如工件质量的不均匀,加工质量的不均匀,刀具磨损以及切削用量的变化等等。同时夹紧力也和其他因素有关,如夹紧件和工件及工件与定位件间接触表面的光洁度,工艺系统的刚性等等,因此夹具夹紧力的设计只能对其作初略的估算。W:实际夹紧力 Wi:理论夹紧力 K:安全系数 安全系数:K= K1K2K3K4式中: K1-基本安装系数 K2-加工安装系数 K3-刀具钝化系数 K4-切削特点系数 其加工直径全部为18刀具:钻头 D=18。则轴向力:见工艺师手册表28.4F=Cdfk3.1 式中: C=420, Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=(F=420转矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8T=0.206功率 P=在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK式中 K基本安全系数,1.5; K加工性质系数,1.1;K刀具钝化系数, 1.1;K断续切削系数, 1.1则 F=KF=1.5钻削时 T=17.34 N切向方向所受力: F=取F=4416F F所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。根据切削力,夹紧力的影响因素,在夹紧不利状态过程,该夹紧力的计算应该根据机械平衡原理来设计。最后,为了确保可靠夹紧,数值乘以安全系数实际所需夹紧力。初步确定液压缸参数表5-1 按负载选择工作压力1负载/ KN50工作压力/MPa 0.811.522.5334455表5-2 各种机械常用的系统工作压力1机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032由于钻削力为4239N,往往要取大一些,在这取负载约为10000N,初选液压缸的设计压力P1=3MPa,为了满足工作这里的液压缸课选用单杆式的,并在快进时差动连接,则液压缸无杆腔与有杆腔的等效面积A1与A2应满足A1=2A2(即液压缸内径D和活塞杆直径d应满足:d=0.707D。为防止切削后工件突然前冲,液压缸需保持一定的背压,暂取背压为0.5MPa,并取液压缸机械效率。则液压缸上的平衡方程故液压缸无杆腔的有效面积:液压缸直径液压缸内径: 按GB/T2348-1980,取标准值D=80mm;因A1=2A,故活塞杆直径d=0.707D=56mm(标准直径)则液压缸有效面积为:2.缸体壁厚的校核查机械设计手册,取壁厚为10mm。则根据时; (4-2)可算出缸体壁厚为:1.25,满足最低速度的要求。2.活塞杆强度计算: 50801319304674120190300801201522355487140220350120180182540563100160250400由国家标准推荐的各公差等级的应用范围可知:IT5IT12级用于配合尺寸公差。其中(1)IT5(孔到IT6)级用于高精度和重要的配合处; (2)IT6(孔到IT7)级用于要求精密配合的情况;(3)IT7(孔到IT8)级用于一般精度要求的配合。选用公差等级时,除上述有关原则和因素外,还应考虑以下问题。.相关件配合的精度;.加工成本。在本次设计的夹具中可得知零件与夹具体的配合要求较高精度配合,所以选择(1),而用于定位零件中间的孔和轴,在钻孔只能够要求这个孔和轴要有较高的位置度,所以选择(2),钻模板和零件上用来定位的插销,因为它是用来对零件钻孔装夹定位的,所以同样选(2)。第4章 夹具结构分析与设计4.1 夹具的夹紧装置和定位装置夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过,其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下,还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧,才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置,以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下,不发生移动和震动,确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的,正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力,使之变为夹紧力,并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式,利用螺旋杆直接夹紧元件,或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋,实际上相当于把契绕在圆柱体上,因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋,使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点:(1)结构简单;(2)扩力比大;(3)自琐性能好;(4)行程不受限制;(5)夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置,在此套夹具中,中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧,通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转,通过螺栓夹紧移动压板,实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板,通过精确的圆弧定位,实现定心。此套移动压板制作简单,便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动,以达到压紧的目的。压紧的同时,实现工件的定心,使其定位基准的对称中心在规定位置上。图4.1 CAD装配图如图4.1所示在这次夹具设计中,定位是采用一面2孔来定位水平方向的。在垂直方向。当被加工零件放到夹具体同心圆环上后,用定位插销把夹具上的钻模板和零件通过先加工的孔进行定位,把压板压紧,之后取出定位插销。4.2 夹具的导向在钻床上加工孔时,大都采用导向元件或导向装置,用以引导刀具进入正确的加工位置,并在加工过程中防止或减少由于切削力等因素引起的偏移,提高刀具的刚性,从而保证零件上孔的精度,在钻床上加工的过程中,导向装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等,因此,导向装置如同定位元件一样,对于保证工件的加工精度有这十分重要的作用。确定引导元件 (钻套的类型及结构尺寸 )为能迅速、准确的确定刀具与夹具的相对位置,钻夹具上都应该设置引导刀具的元件钻套。钻套一般安装在钻模板上,钻模板与夹具体连接,钻套与工件之间留有排屑空间,如图3.2-1所示。因工件批量小又是单一钻孔工序,所以此处选用固定钻套。图3.2-1 固定钻套主要尺寸有机床夹具零、部件国家标准GB/T2262-91选取钻孔时如表3.2-1 表3.2-1 固定钻套标准尺寸1.钻套的尺寸、公差配合的选择钻套内径基本尺寸=引导刀具的最大极限尺寸1) 钻套内径基本尺寸:钻头、扩孔钻,铰刀是标准化定尺寸刀具,所以内径刀与刀具按基轴制选。钻套与刀具之间按一定的间隙配合,以防刀具使用时咬孔或长使一般根据刀具精度选套孔的公差:钻(扩孔)选F7,粗铰 G7,精铰G6。若引导的是刀具导柱部分不是切削部分,可按孔制选取:H7/f7,,H7/g6,,H6/g5等。2)钻套高度H:H=(13)D 斜孔 H=(46)DH过长,磨损严重由表1.5-1可查得: 钻套高度H取20mm3)排屑空间:h措钻套底部与工件表面之间的空间。h过大要引偏,过小不能排屑.铸铁:S=(0.30.7)D 小孔取小值钢: S=(0.71.5) D 大孔取大值斜孔:S=(00.2)D 所以排屑空间h为 30mm4)材料:性能要求:高硬度,耐磨 常用材料:T10A T12A CrMn 或20渗碳淬火 D10mm CrMn D25mm T10A T12A HRC5864 D25mm 20渗碳淬火 HRC5864因此,本处采用材料T10A,热处理:T10A HRC5864。因钻孔18H9;由表1.5-1可查得:钻套轴线对基面的垂直度允差为0.02mm导向元件包括刀杆的导向部分和导向套。在这套钻床夹具上用的导向套是钻套。钻套按其结构可分为固定钻套,可换钻套,快换钻套及特殊钻套。因此套钻夹具加工量不大,磨损较小,孔距离精度要求较高,则选用固定钻套。如图4.2。直接压入钻模板或夹具体的孔中。图4.2 钻套钻模板与固定钻套外圆一般采用H7/h6的配合。且必须有很高的耐磨性,材料选择20Mn2。淬火HRC60。我选择的钻套:12.5F7*22K6*35 GB2264-1980。相同的,为了防止定位销与模板之间的磨损,在模板定位孔之间套上两个固定衬套。选取的标准件代号为12*18 GB2263-1980。材料仍选取T10A, 淬火HRC60。公差采用H7/p6的配合。4.3 钻孔与工件之间的切屑间隙钻套的类型和特点:1、固定钻套:钻套直接压入钻模板或夹具体的孔中,钻模板或夹具体的孔与钻套外圆一般采用H7/n6配合,主要用于加工量不大,磨损教小的中小批生产或加工孔径甚小,孔距离精度要求较高的小孔。2、可换钻套:主要用在大批量生产中,由于钻套磨损大,因此在可换钻套和钻模板之间加一个衬套,衬套直接压入钻模板的孔内,钻套以F7/m6或F7/k6配合装入衬套中。3、快换钻套:当对孔进行钻铰等加工时,由于刀径不断增大,需要不同的导套引导刀具,为便于快速更换采用快换钻套。4、特殊钻套:尺寸或形状与标准钻套不同的钻套统称特殊钻套。钻套下端面与工件表面之间应留一定的空隙C,使开始钻孔时,钻头切屑刃不位于钻套的孔中,以免刮伤钻套内孔,如图4.3。图4.3 切屑间隙 C=(0.31.2)d。在本次夹具钻模设计中考虑了多方面的因素,确定了设计方案后,选择了C=8。因为此钻的材料是铸件,所以C可以取较小的值。4.4 钻模板在导向装置中,导套通常是安装在钻模板上,因此钻模板必须具有足够的刚度和强度,以防变形而影响钻孔精度。钻模板按其与夹具体连接的方式,可分为固定式钻模板、铰链式钻模板、可卸式钻模板、滑柱式钻模板和活动钻模板等。在此套钻模夹具中选用的是可卸式钻模板,在装卸工件时需从夹具体上装上或卸下,钻模板在夹具体上采用定位销一面双孔定位,螺栓紧固,钻模精度较高。44.5 定位误差的分析该夹具以一个平面和和2个定位销定位,要求保证孔轴线间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求,必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。由5和6可得:1 定位误差: 当短圆柱销以任意边接触时 当短圆柱销以固定边接触时 式中为定位孔与定位销间的最小间隙通过分析可得: 因此:当短圆柱销以任意边接触时 2 夹紧误差 : 其中接触变形位移值: 磨损造成的加工误差:通常不超过 夹具相对刀具位置误差:取误差总和:从以上的分析可见,所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。4.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套(其结构如下图所示)以减少更换钻套的辅助时间。为了减少辅助时间采用可换钻套,以来满足达到孔的加工的要求。表dDD1Ht基本极限偏差F7基本极限偏差D601+0.016+0.0063+0.010+0.004669-0.00811.84+0.016+0.00871.82.6582.63698121633.3+0.022+0.0103.347+0.019+0.010104581156101310162068+0.028+0.01312+0.023+0.0121581015181220251012+0.034+0.0161822121522+0.028+0.01526162836151826300.0121822+0.041+0.02030342036HT200222635+0.033+0.017392630424625HT200563035+0.050+0.0254852354255+0.039+0.0205930566742486266485070740.040钻模板选用翻转钻模板,用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。4.7 确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求(1)应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面,如安装接触位置,安装表面的刀块夹紧安装特定的,足够的精度,之间的位置精度稳定夹具体,夹具体应该采用铸造,时效处理,退火等处理方式。(2)应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹紧力,切削力等外力变形和振动是不允许的,夹具应有足够的厚度,刚度可以适当加固。(3)结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观,更复杂的结构,之间的相互位置精度与每个表面的要求高,所以应特别注意结构的过程中,应处理的工件,夹具,维修方便。再满足功能性要求(刚度和强度)前提下,应能减小体积减轻重量,结构应该简单。(4)应便于铁屑去除在加工过程中,该铁屑将继续在夹在积累,如果不及时清除,切削热的积累会破坏夹具定位精度,铁屑投掷可能绕组定位元件,也会破坏的定位精度,甚至发生事故。因此,在这个过程中的铁屑不多,可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间:对切削过程中产生更多的,一般应在夹具体上面。(5)安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心,夹具应尽可能低,支撑面积应足够大,以安装精度要高,以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的,识别特定的文件夹结构,然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。加工过程中,夹具必承受大的夹紧力切削力,产生冲击和振动,夹具的形状,取决于夹具布局和夹具和连接,在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具,积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠,所以夹具设计,必须考虑结构应便于铁屑。此外,夹点技术,经济的具体结构和操作、安装方便等特点,在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具,切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠,所以夹具设计,必须考虑结构应便排出铁屑。4.8 夹具设计及操作的简要说明由于是大批大量生产,主要考虑提高劳动生产率。因此设计时,需要更换零件加工时速度要求快。结 论在此设计中,一个工件的加工线相当正确定位夹具夹紧机构可以实现定位和夹紧的目的,以确保工件的精度。遇到了很多的设计问题,如工艺路线的出现不合理,或者甚至不能保证的准确度,所要求的处理。在夹具设计,由于定位基准的选择是不合理的,有具有针对性或更少的定位精密加工的零件造成无法保证。当选择所述夹持机构的大小,由于该机制,大小等不合理,不实现夹紧的目的,也可能是由于夹紧力施加点或作用面反转不合理离开工件的位置。然而,老师的精心指导下的精心指导下,对自身的不断努力三个月后,这些问题都解决了。得到了进一步的专业技术工作,提高对未来奠定了基础。32致 谢毕业设计是大学知识,相关的专业知识的综合运用,是知识在实践中的应用。通过本次毕业设计,使我的专业知识得到巩固和提高在原来的基础上,就离不开老师和同学的帮助。设计的分析是在老师的指导下完成的,在分析过程中,老师给了我很大的鼓励,在设计和分析使我觉得更多的设计思路,提高的学习能力,和讨论的问题的分析,有一个更清楚的了解,使我受益不浅。说实话,毕业设计真是有点累了。然而,明确其自身的设计结果,毕业设计仔细回味的旅程,一个罕见的成功立刻让我
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