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 Abstract This article is carries on the design of the bracket components machine process, and the clamp designed based on the hydraulic pressure which aimed at some working process, and has carried on another working procedure ordinary jig design. The bracket components take the boom trestle class components, its main processing surface is the plane and the hole. According to the machine-finishing technological requirement, after following the first surface, the hole principle, and is clear about the hole and the plane processing divides the rough machining and the precision work stage guarantees the working accuracy. The datum choice takes the thick datum by the support big outer annulus end surface, takes the fine datum by the support big outer annulus end surface with two craft holes, had determined in its processings craft route and the processing needs each technological parameter. And according to request to a working procedure has carried on based on the hydraulic pressure clamp unit clamp design. Entire processing process chooses all-purpose machine tool. Key words: bracket； processing technic ；special fixture； hydraulic pressure 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 录 . V 1 绪论 . 1 1.1 本课题的研究内容和意义 . 1 1.2 国内外的发展概况 . 1 1.3 本课题应达到的要求 . 2 2 支架零件的三维造型 . 3 3 零件的分析 . 10 3.1 零件的作用 . 10 3.2 零件的工艺分析 . 10 4 工艺规程设计 . 11 4.1 确定毛坯的制造形式 . 11 4.2 工艺过程设计所应采取的相应措施 . 11 4.3 定位基准面的选择 . 11 4.3.1 粗基准的选择 . 11 4.3.2 精基准的选择 . 12 4.4 制定工艺路线 . 12 4.4.1 工艺路线方案一： . 12 4.4.2 工艺路线方案二： . 12 4.4.3 工艺方案的比较与分析 . 13 4.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 13 4.6 确定切削用量及基本工时 . 15 4.6.1 工序三：铣 mm46 的端面，铣 mm34 的端面，铣 mm24 2 的端面。 . 16 4.6.2 工序四：钻扩铰精铰 mm14 的孔。 . 18 4.6.3 工序五：钻扩铰精铰的 mm22 孔。 . 20 4.6.4 工序六：钻 mm6 孔，锪 mm6 孔，倒角 90 。 . 22 4.6.5 工序七：铣 mm54 端面。 . 23 4.6.6 工序八：粗镗半精镗精镗 mm38 的孔。 . 23 5 基于液压夹紧的专用夹具设计 . 26 5.1 设计主旨 . 26 5.2 夹具设计 . 26 5.2.1 定位基准的选择 . 26 5.2.2 定位误差分析 . 26 5.2.3 铣夹具设计的基本要求 . 27 5.3 液压缸的设计计算 . 27 5.3.1 切削力及切削力矩的计算与分析 . 27 5.3.2 确 定系统的工作压力 . 29 5.3.3 确定液压缸的几何参数 . 29 5.4 确定液压泵规格和电动机功率及型号 . 31 5.4.1 确定 液压泵规格 . 31 5.5 确定各类控制阀 . 32 5.6 管道通径与材料及管接头的选用 . 33 6 专用普通夹具设计 . 34 6.1 设计主旨 . 34 6.2 夹具设计 . 35 6.2.1 定位基准的选择 . 35 6.2.2 切削力及夹紧力计算 . 35 6.2.3 钻套、衬套、钻模板设计 . 35 6.2.4 活动 V 形块的设计 . 36 6.2.5 夹具体的设计 . 36 6.2.6 夹具精度分析 . 36 6.2.7 夹具设计及操作的简要说明 . 36 7 结论与展望 . 37 7.1 结论 . 37 7.2 不足之处及未来展望 . 38 毕业设计小 结 . 38 致谢 . 40 参考文献 . 41 1 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 ?38 4 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