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基于液压夹紧的专用夹具设计

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基于液压夹紧的专用夹具设计

摘要本文是对支架零件的加工工艺规程进行设计,并针对其中某一道工序进行基于液压的专用夹具设计,并进行了另一工序的普通夹具设计。支架零件作为叉架类零件,其主要加工表面是平面及孔。按照机械加工工艺要求,遵循先面后孔的原则,并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以支架大外圆端面作为粗基准,以支架大外圆端面与两个工艺孔作为精基准,确定了其加工的工艺路线和加工中所需要的各种工艺参数。并按要求对其中一道工序进行了基于液压夹紧的专用夹具设计,在设计中计算了此道工序所受的切削力及切削力矩,进而确定了液压缸的负载,选定整个液压系统的压力,从而确定了液压缸的各参数,绘制了液压夹紧的专用夹具总图。整个加工过程均选用万能机床。关键词支架加工工艺液压专用夹具AbstractThisarticleiscarriesonthedesignofthebracketcomponentsmachineprocess,andtheclampdesignedbasedonthehydraulicpressurewhichaimedatsomeworkingprocess,andhascarriedonanotherworkingprocedureordinaryjigdesign.Thebracketcomponentstaketheboomtrestleclasscomponents,itsmainprocessingsurfaceistheplaneandthehole.Accordingtothemachinefinishingtechnologicalrequirement,afterfollowingthefirstsurface,theholeprinciple,andisclearabouttheholeandtheplaneprocessingdividestheroughmachiningandtheprecisionworkstageguaranteestheworkingaccuracy.Thedatumchoicetakesthethickdatumbythesupportbigouterannulusendsurface,takesthefinedatumbythesupportbigouterannulusendsurfacewithtwocraftholes,haddeterminedinitsprocessingscraftrouteandtheprocessingneedseachtechnologicalparameter.Andaccordingtorequesttoaworkingprocedurehascarriedonbasedonthehydraulicpressureclampunitclampdesign.Entireprocessingprocesschoosesallpurposemachinetool.Keywordsbracketprocessingtechnicspecialfixturehydraulicpressure目录摘要..............................................................................................................................................IABSTRACT...................................................................................................................................II目录............................................................................................................................................V1绪论.............................................................................................................................................11.1本课题的研究内容和意义..................................................................................................11.2国内外的发展概况..............................................................................................................11.3本课题应达到的要求..........................................................................................................22支架零件的三维造型.................................................................................................................33零件的分析...............................................................................................................................103.1零件的作用........................................................................................................................103.2零件的工艺分析................................................................................................................104工艺规程设计...........................................................................................................................114.1确定毛坯的制造形式........................................................................................................114.2工艺过程设计所应采取的相应措施................................................................................114.3定位基准面的选择............................................................................................................114.3.1粗基准的选择.............................................................................................................114.3.2精基准的选择.............................................................................................................124.4制定工艺路线....................................................................................................................124.4.1工艺路线方案一.....................................................................................................124.4.2工艺路线方案二.....................................................................................................124.4.3工艺方案的比较与分析.............................................................................................134.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定................................................................134.6确定切削用量及基本工时................................................................................................154.6.1工序三铣mm46的端面,铣mm34的端面,铣mm242的端面。............164.6.2工序四钻-扩-铰-精铰mm14的孔。............................................................184.6.3工序五钻-扩-铰-精铰的mm22孔。............................................................204.6.4工序六钻mm6孔,锪mm6孔,倒角90。....................................................224.6.5工序七铣mm54端面。........................................................................................234.6.6工序八粗镗-半精镗-精镗mm38的孔。........................................................235基于液压夹紧的专用夹具设计...............................................................................................265.1设计主旨............................................................................................................................265.2夹具设计............................................................................................................................265.2.1定位基准的选择.........................................................................................................265.2.2定位误差分析.............................................................................................................265.2.3铣夹具设计的基本要求.............................................................................................275.3液压缸的设计计算............................................................................................................275.3.1切削力及切削力矩的计算与分析.............................................................................275.3.2确定系统的工作压力.................................................................................................295.3.3确定液压缸的几何参数.............................................................................................295.4确定液压泵规格和电动机功率及型号............................................................................315.4.1确定液压泵规格.........................................................................................................315.5确定各类控制阀................................................................................................................325.6管道通径与材料及管接头的选用....................................................................................336专用普通夹具设计...................................................................................................................346.1设计主旨............................................................................................................................346.2夹具设计............................................................................................................................356.2.1定位基准的选择.........................................................................................................356.2.2切削力及夹紧力计算.................................................................................................356.2.3钻套、衬套、钻模板设计.........................................................................................356.2.4活动V形块的设计....................................................................................................366.2.5夹具体的设计.............................................................................................................366.2.6夹具精度分析.............................................................................................................366.2.7夹具设计及操作的简要说明.....................................................................................367结论与展望...............................................................................................................................377.1结论....................................................................................................................................377.2不足之处及未来展望........................................................................................................38毕业设计小结...............................................................................................................................38致谢...............................................................................................................................................40参考文献.......................................................................................................................................411绪论1.1本课题的研究内容和意义机械的加工工艺及夹具设计是在完成大学的全部课程之后,进行的一次理论联系实际的综合运用,使我对专业知识、技能有了进一步的提高,为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计,保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段,合理的机械加工工艺过程是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据,也是企业上品种、上质量、上水平,加速产品更新,提高经济效益的技术保证。合理的机械加工工艺文件不仅能提高一个企业的技术革新能力,而且可以较大程度地提高企业的利润,因而合理地编制零件的加工工艺文件就显得时常重要。机械加工工艺文件的合理性也会受到企业各方面因素的制约,比如企业的生产设备、工人的技术水平及夹具的设计水平等,其中比较重要的是夹具的设计和生产。夹具是机械加工系统的重要组成部分,无论是传统的制造,或是现代制造系统,夹具设计都非常重要。优化夹具设计可以使产品劳动生产率得到提高,降低生产成本,使加工精度得到提高和保证,同时可以拓宽机床的使用范围,而且在保证精度的前提下可使产品效率提高、成本降低。在企业信息化和激烈的市场竞争的要求下,企业对夹具的设计及制造要求更高。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。因而不仅要合理结合企业的生产实际来进行零件加工工艺文件的编制,而且还要根据零件的加工要求和先进的加工机床来设计先进高效的夹具。该课题主要是为了培养学生开发、设计和创新机械产品的能力,要求学生能够结合常规机床与零件加工工艺,针对实际使用过程中存在的金属加工中所需要的三维造型、机床的驱动及工件夹紧问题,综合所学的机械三维造型、机械理论设计与方法、机械加工工艺及装备、液压与气动传动等知识,对高效、快速夹紧装置进行改进设计,从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。在设计液压系统装置时,在满足产品工作要求的情况下,应尽可能多的采用标准件,提高其互换性要求,以减少产品的设计生产成本。1.2国内外的发展概况夹具从产生到现在,大约可以分为三个阶段第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上,这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具,是加工过程加速和趋于完善第二阶段,夹具成为人与机床之间的桥梁,夹具的机能发生变化,它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到,夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系,所以对夹具引起了重视第三阶段表现为夹具与机床的结合,夹具作为机床的一部分,成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在夹具设计过程中,对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员考虑的一般都会比较周全,但夹具设计还是会遇到一些小的问题,这些问题要是处理不好,不仅给夹具的使用造成很多不便,还会影响工件的加工精度。由于现代加工的高速发展,对传统的夹具提出了较高要求,如快速、高效、安全等。基于液压夹紧的专用夹具设计,必须计算加工工序所受的切削力及切削力矩,按照夹紧方式进行夹紧力的计算,进而可以确定液压缸的负载,通过选定整个液压系统的压力,最终可以确定液压缸的各参数。随着机械工业的迅速发展,对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求,使多品种,中小批生产作为机械生产的主流,为了适应机械生产的这种发展趋势,必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中,应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具,尤其是成组夹具。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方向发展。1.3本课题应达到的要求通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合,在对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论及液压与气动传动等相关知识充分掌握后,分析金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据,结合液压与气动传动的相关理论知识,完成液压传动方案分析及液压原理图的拟定,设计液压专用夹具的驱动、夹紧装置,并进行主要液压元件的设计与选择及传动系统的验算校核等,来达到产品的最优化设计。针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题,综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识,设计出一套适合于实际的零件加工工艺路线,从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。2支架零件的三维造型打开AutoCAD,单击视图工具栏上的主视图标,画一条垂直的中心线,再画六条与垂直相交的水平中心线,上下间距上边为45mm下边为43mm。如图2.1所示由图2.1所确定的交点,以最下面第三个交点作为圆心分别作54、38的同心圆,再将所作两圆选中,并进行拉伸,拉伸高度为39mm。其作图过程如图2.2所示,拉伸结果如图2.3所示(拉伸命令ext)。选中所做的两个柱体,单击复制,以端面圆心为基点,移动39mm。分别如图2.4、2.5所示图2.2拉伸图2.3拉伸实体图2.5复制实体图2.4复制图2.1中心线再按图2.1所确定的交点,以最上边第一个交点作为圆心分别作34、22的同心圆,再将两圆选中,进行拉伸,拉伸高度为72mm。其过程和结果分别如图2.6、2.7所示继续按图2.1所确定的第一个交点为圆心分别作34、22的同心圆,并选中所做的两圆,反向拉伸,高度为18mm。其结果分别如图2.8、2.9所示在刚刚拉伸的实体前端面确定为作图面,并确定圆心作46圆,再选中46的圆,进行拉伸,高度为18mm。其作图过程结果分别如图2.10、2.11所示选中刚刚拉伸的46柱体,单击复制,以外端面圆心为基点,移动18mm,其作图过程结果分别如图2.12、2.13所示图2.6拉伸图2.7拉伸实体图2.8拉伸图2.9拉伸实体图2.10拉伸图2.11拉伸实体按图2.1所确定交点,以中间的交点为圆心作16的圆,再选中16的圆,进行拉伸,高度为36mm。其作图过程和结果分别如图2.14、2.15所示。以实体46圆高度的对称位置作为基面,画出8846mm长方形的作为连接肋板的基面,再选中长方形进行拉伸,高度为6mm。其作图过程与结果分别如图2.16、2.17所示选中8846mm长方体,单击复制,以图2.1中最底下交点作为基点,移动6mm,其过程与结果分别如图2.18、2.19所示图2.12复制图2.13复制实体图2.15拉伸实体图2.14拉伸图2.16拉伸图2.17拉伸实体再以刚刚拉伸出的肋板背面作为基面,以中心线为中心确定8812mm的长方形作为另一个十字肋板的基面,选中此长方形,进行拉伸,高度为16mm,其作图过程与结果分别如图2.20、2.21所示。接着选中刚拉伸出的8812mm长方体,单击复制,图2.1中最底下第三个交点作为基点,向前移动16mm,其作图过程与结果分别如图2.22、2.23所示。在以图2.2中拉伸出的54的圆柱实体作为基面,按坐标确定圆心分别作两个24、14的同心圆,并将此两圆选中,进行拉伸,其高度为32mm。作图过程与结果如图2.24、2.25所示。图2.18复制图2.19复制实体图2.20拉伸图2.21拉伸实体图2.23复制实体图2.22复制再按坐标确定圆心作6的圆,选中6的圆进行拉伸,高度为23mm。其作图过程与结果分别如图2.26、2.27所示。对拉抻好的实体进行孔的差集处理,再点合集,将所有外圆选中,然后右击,再点差集,选中外圆,按Enter键,在选中所要除去的部分,按Enter键。其作图结果分别如图2.28所示。对造型好的零件进行倒角,点倒角,选择第一条直线,指定基面的倒角距离为1,与其他基面的倒角距离为1,选择倒角的边,按Enter键。结果如图2.29所示图2.24拉伸图2.25拉伸实体图2.26拉伸图2.27拉伸实体图2.28合集差集确定位置,作一45直角三角形,单击面域,选中三角形的三条边,右击确定单击旋转,选中三角形,右击确定,选中围绕旋转的轴,按Enter键,旋转角度360,按Enter键。作图过程与结果分别如图2.30、2.31所示点差集,选中外圆,右击确定,在选中所要除去的部分,按Enter键。如图2.32、所示图2.29倒角图2.30旋转图2.31旋转实体图2.32差集进行圆角的处理,选中所要倒的角的边,按Enter键,输入半径,按Enter键,再选中所要倒的角的边,按Enter键。如图2.33所示支架的最终造型如图2.34和2.35所示。图2.33倒角图2.34线框图2.35实体3零件的分析3.1零件的作用课题所给的零件属于叉架类零件,叉架类零件在机器中一般都是组成传力构件的,在工作中也是大部分承受较大的冲击载荷,受力情况比较复杂,由于这些零件在机器中起不同作用,其形状和结构有较大的差异,其共同点是不易定位,外形复杂大、小头是由细长的杆身连接的,所以弯曲刚性差,极易变形。支架零件图如图3.1所示。3.2零件的工艺分析支架由零件图可知共有两个加工表面,他们有一定的位置要求。现分述如下1、mm22孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括mm46的端面和mm34的端面铣削,尺寸为mm22的孔,孔表面粗糙度要求为mRa6.1,尺寸为mm6孔,倒角90。其中,主要加工表面为mm22的孔。2、两个mm14的孔为加工中心的加工表面。这一组加工表面包括mm24的两个端面的铣削,尺寸为mm14二孔。其中主要加工表面为mm14二孔。这两组加工表面之间并没有一定的位置要求,但对于这两组加工表面而言,可以先加工其中一组表面,然后借助于专用夹具加工另一组表面,这样就可以很好的进行加工。图3.1支架零件图384工艺规程设计4.1确定毛坯的制造形式根据零件的功用分析,可以确定零件的材料为HT200。考虑到零件在运行过程中所受冲击不大,零件结构比较简单,生产类型为大批量生产,故采用铸造毛坯。考虑到零件在工作过程中有冲击载荷,并为了改善零件的切削加工性,故零件毛坯热处理采用正火。4.2工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说,保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此,对于该零件来说,加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度,处理好孔和平面之间的相互关系。该类零件的加工应遵循先面后孔的原则即先加工零件的基准平面,以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。换挡拨叉的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大,用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固,因而容易保证孔的加工精度。其次,先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件,便于对刀及调整,也有利于保护刀具。换挡拨叉零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则,将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。4.3定位基准面的选择定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准选择得正确、合理,可以保证零件的加工质量,提升生产率。否则,就会使加工工艺过程问题百出,严重的还会造成零件大批报废,使生产无法进行。4.3.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求(1)粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面,则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。(2)选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准,加工床身的底面,再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量,使表层保留而细致的组织,以增加耐磨性。(3)应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。(4)应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准,以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准,必要时需经初加工。(5)粗基准应避免重复使用,因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。所以对于本零件来说,加工mm22和两个mm14的三孔时,采用两夹两顶的方法来加工,即利用一组共两个长V形块分别夹mm54和mm46的外轮廓面作主要定位,并在mm54的外轮廓面和mm46的端面用两个辅助支撑,达到完全定位。4.3.2精基准的选择精基准的选择主要应该考虑基准重合问题。如果设计基准和工序基准不重合,那么应进行尺寸换算。4.4制定工艺路线制定工艺路线的出发点是使零件的尺寸精度、位置精度和几何形状等技术要求能得到合理的保证。在确定生产纲领为大批生产的情况下,可采用万能机床配用专用工夹具,并尽量用工序集中以使生产率得到提高。除此以外,还应考虑经济效果,以便降低生产成本。初选的零件加工工艺路线如下4.4.1工艺路线方案一工序一铸造工序二热处理,正火。工序三粗铣-精铣mm14两孔的端面。工序四钻-扩mm14两孔.。工序五铣mm46的端面。工序六粗铣-精铣mm34两孔的端面。工序七钻、扩、铰mm22孔.。工序八钻mm6孔,锪mm6孔,倒角90。工序九钳工。工序十终检。4.4.2工艺路线方案二工序一铸造。工序二热处理,正火。工序三铣mm34的两端面。工序四铣mm54的两端面。工序五钻mm22的孔,mm142的孔。工序六扩mm22的孔,mm142的孔。工序七钻mm6孔,并锪mm6孔,并倒角90。工序八粗镗-精镗mm38的孔。工序九粗磨-精磨mm14的孔。工序十钳工。工序十一终检。

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