外把手工艺工装设计-钻铣夹具设计（全套含CAD图纸）
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可持续夹具及固定装置的高精度安装的方法论 J. 国巴斯大学机械工程学系 摘要 在夹具安装阶段，夹具组件的精确测量能力决定其精确性，尤其是对大尺寸的产品和应用来说。大量定制一些在设计上有多样性的小批量产品和零部件是十分重要的。产品质量应该与迅速转换理念相互协调，对于敏感元器件及组件而言，以牺牲产品质量来提高速度是不明智的，例如在航空航天工业中所看到的那些零部件。提高精确性对于夹具的安装是很有必要的，为了要尽量少用，这可取决于夹具和夹具定位变化的耐受 性预算。在航空航天工业中，灵活和可重构夹具的概念的发展及固定装置是夹具的主要开销成本。吸引他们的是重构夹具的可重用性，可持续使用是由于那些零部件也能够被重新应用到许多种产品和装配中去。一直不佳的准确性和可靠性为这类夹具的缺点，这篇论文主要是研究可持续夹具主要零部件的精确定位，影响夹具性能的因素在安装阶段会得以审查。本文介绍了一种在灵活夹具中为了最大限度地减少定位和夹紧的不确定性的方法。 关键词 :可持续性夹具；夹具安装；校准不确定性；夹具的监测；计量； 可重复使用的夹具 1 引言 质量和可靠性等因素 早已经转换为新零件固有的特征。在他们的产品和服务范围内，近期市场趋势已经迫使制造业走向大规模定制。其次增加新陈品的多样化设计在部件和组件级别上遵循第二次高幅度的变化。有先进制造系统和技术的国家提供了更多的灵活性，能使设计师更加自由的发挥想象。例如在过去几十年发展起来的一种新的大体积测量方法，就能测量及公丈的距离。用来检测大尺寸零件的这些设备通常是由多个组装部件所制造出来的。在重组和装配期间，那些大尺寸产品的制造需要用到专用的夹具和固定装置，以便于他们的零部件能够被定位在设计基准上。对于大批量产品，在计算机辅 助软件上就能估算出其主要的花费需求，否则，在某些情况下或以其他方式生产的产品成本可能会是非常高的。这个问题与客户不断用钱来寻求具有更高价值的市场需求相互矛盾。用一种典型的变化产品可以创建一个更加具有持续性的商业，因为它能够满足相对比较大地市场需求。由支持产品变化的不同形状的产品而形成的灵活和可重构夹具及固定装置则是应对上述挑战关键的解决方案。灵活夹具的概念已经在研究领域存在了几年 1。然而，它们在很大程度上没有充分利用真正的生产设施，尤其是大尺寸产品的制造，如航空航天设备。这是由于关于它们的初始安装、校准 困难和可重复性等挑战往往超出公差要求。这些夹具和高品质关键部件装置的制造以及大量的集成计量系统，都可以减少上述限制。本文包括了有关安装的计量问题和灵活的夹具校准以及检测服务。 2 相关工作 型零件的制造和装配 通常把要精密制造的机械零件移动到机床工作台是必需的，先进行粗加工，然后精对准和夹紧。在这个阶段，一方面是准备用于加工高精度的关键所在，然而，这对于一些大尺寸或重的零部件并不总是可以实现的。大型产品是指那些与一些不经济的可能需要处理或在工厂周围移动的的组件一起来达到制造和装配的目的 2。制造业和 这些部件的装配工艺包括所需机器和系统的运动以及这些部件的位置和方向。这些零部件通常定位在大尺寸夹具及固定装置上该定位的位置。如果这些部件以小批量生产，在航空航天工业、高开销的情况下，每个产品将会出现。在设计和制造夹具上，已经有了许多尝试，以便于能够持有许多种组件的变种。然而，这方法是不可行的，因为敏感或关键的零部件完全是由它们的 高精度要求所决定的。与固定的夹具相比较，可调、可重构夹具会产生更低的重复性。固定夹具有固定的方式，可以通过焊接或铆接的接头固定在一起来实现。这些机械故障，例如夹具和固定装置由于疲劳和 塑料变形就是一个终止其服务的主要原因，发送它们再进行回收。小批量制造的需求是目前常见的淘汰不合格夹具，其使用寿命取决于产品的生命周期。换句话说，在制造变种零件停止不久之后，与之有关联的夹具和固定装置将会变得多余。即使夹具有工作顺序，但它们仍然有报废并送往循环再造。这种方法会带来高负担回收的能耗。在大尺寸零件下的固定夹具和夹具的漂移以及夹具都能影响大尺寸零件组装的精确性 5。对于大尺寸的夹具已经开发出了几种分析夹具刚性的方法，可用来评估振动的影响因素。在任何情况下更加可持续生产要通过选择性方案才能得以实现。 如图 图 型的大型夹具元件 用于制造所延误的时间是固定夹具的又一重大缺点，这些夹具应该在制造前就被订购，在生产计划和产品上市前还可以创建额外的复杂性。不管他们的类型，大型夹具有一些共同的元素，包括一个主框架、内在的框架，有可能有一个或数多个可移动的机制或更小的组件，如钳、套管、皮卡和可调螺丝 表 1。 性夹具 开发的柔性夹具的概念增加了其可持续性、快速转换以及降低了成本。现在可以使用现成的模块来设计和组装夹具。根据规定，只有极少数夹具的专用零件需要设计和制造。以这种概念看，大 多数散装部件、附件关节都应用的很具体。一旦产品设计变异完全制造出来，然后就可以拆卸上述组件和重组成一种新的元 件来与未来的设计变异相匹配。因为组装和组件范围上的设计都相当接近，所以这种方法是最能降低夹具成本的。 根据组件的变化水平和工作类型的需求，每一个不同比例的柔性夹具都需要被重新安排。为了增加使用这种类型夹具的效益，这个问题在设计阶段考虑是十分重要的。例如，在可能的情况下，皮卡车的位置和三维定位夹具上的组件的不同变种，甚至完全不同的部分应该是在靠近增加兼容性和夹具子系统间变性。夹具关键部件的收集在短期内能 保证所需夹具的可用性。另外，这些夹具的存储需要很少空间，因为拆除所有模块是可能的，通常以脚手架的形式并把它们彼此放在一起。目前在一些汽车公司应用到柔性夹具，因为它们的精度等级是足够满足的。大尺寸制造的夹具设施尽管没有许多柔性夹具那样操作灵活，比如航空航天设备。准确性和定位销的不确定性、夹具的可重复性以及夹具结构的漂移都出现这样一个事实，这些夹具在发电和航空航天等工业不能满足公差要求。一旦它们的精度问题得以解决，这些夹具在上述的工业中将会有很高的利用价值。 图 具与汽车行业中的可重构组件 大量的体积 计量系统和技术一直有许多新的发展。依靠计量系统和技术的现代激光技术现在就能够测量一些可接受精度的大尺寸产品甚至到几公丈的产品。在安装和初期安装调试期间，这些系统能够用来精确定位一些夹具的关键部件。 夹具的安装通常开始形成机架或主要框架，然后是那些大的部件和像皮卡和夹具那样逐渐更小的零部件。计量系统能够用于柔性夹具的主要框架和其内部框架的安装，从而来保证每个零部件彼此之间的准确定位。表 1 显示了这些大规模的测量系统数。跟踪系统能够测量基准点，它是实现这一目的的最合适的测量系统。一起跟踪球式反射镜在三维空间内都可 以认准所要记录的位置。球式反射镜可以直接练习目标对象来提供几何位置信息或可以在机械重复的球式反射镜下 应用，从这个角度用激光来跟踪目标或短期目标。像一些其他测量仪器的激光跟踪有时候不确定，在夹具的安装过程中需要做以说明。此外，激光跟踪和目标点之间的光线问题还应该考虑到。如果必要的话，多个跟踪职位都可以使用，在实际测量活动中，其结果必然是伴随着一个不确定的说明。经过测量，这些给定的分散的特征值是合理的，这个问题与一些夹具或夹具的安装及以后的审核都是一样的。这些知识阐明了一个给定的定位夹具的能力和装配任务。换句话 说，它表示在其相关流程中一套夹具是否能够满足公差要求。 具理论比较 为了用于多种生产装置和组装应用，在不同的公司也有大量不同形状和设计的夹具。这些夹具中的某一些的形式都是标准形式，然而另一些是经过专门设计和制造的特殊零部件。后者可以说是建立在产品的复杂性和大规模的基础上的，所以可能会是非常昂贵的 9。 无论成本和目的如何，制造和组装过程都可以完成，要么不使用夹具，要么用固定帧夹具或用可重构或柔性夹具。表 2 对它们的典型应用的这些方法做出了比较。 固定框夹具通常用于重型应用上，它们更适合于应用在能够减 轻花费开销的大量产品上。 对于制造业和大型组装及复杂产品来说，柔性夹具的应用有很多好处。特别是在研究和发展工作中，以及低容量产品的情况下，制造柔性夹具和夹具可能会是非常有益的。除了在时间和金钱上使利益均衡外，柔性夹具还会有一个更加灵活的设计思路。由于在夹具的制造和装配过程中，会直接和经常改变夹具的拓扑成本。与传统夹具相比较，这种类型的柔性夹具的可重用性和可重构性是一个主要的优点。这一点尤为重要，因为它在绿色制造方面符合行业的发展方向，通过回收使用系统的组成部件，为相关项目的工装费用降低了项目成本。 表 于验证夹具大量的例子、便携式测量仪器 仪器 辅助部件 测量类型 接触式 非接触式 图像 激光跟踪仪 赛立信探头 是 T 型探头 是 激光雷达 球形目标 是 摄影 目标 是 光投影 是 关节臂 三坐标测量机 基于激光扫描头 是 接触探头 是 性夹具的安装 本节中描述的夹具在安装过程中需要考虑一些问题。夹具元件安装在合适位置可以说是一种挑战，尤其是当定位公差比较小时，柔性夹具也应当被监测以便于开发和与传统夹具相比较它们的刚性。 给出了一个通用的描述阶段根据初步夹具安装在仿真软件环境和利用一些尺寸为 5m 4m 3m 的大尺寸夹具的实际实验结果来测量指令阶段。这是不论这个夹具是否是第一次安装在夹具中还是对已经存在的夹具只做外形上的更换，其都是为了定位不同的零部件。 根据其复杂性，一种典型的大尺寸夹具具有三至五个结构。通常除了有一个主框架之外，在每一个级别的基本水平， 也可以由一个或多个结构。这些结构用来作为参考以便于作为夹具基准来定位。在一个自动化固定的平台上，机器系统会进行多项任务，比如定位、加工和进行装配。因此机器人的工作基准与夹具的工作框架相联系。仔细考虑夹具的综合数据，会确保后续安装达到预期的公差要求。 试辅助柔性夹具的安装 柔性夹具的安装在第一次进行模拟仿真时有几个安装阶段。使用模拟演习，在这个工程中可以减少一些潜在的错误和返工。测量辅助安装过程是类似的跟踪对象位置的过程，是常见的大尺寸组件用到的。夹具的组件先用这种方法使其大致位置公差在 1，然后当所有的夹具组件被放到所设计的位置时，在 差内，它们可以使用适当的扭矩收紧。典型的计量协助柔性夹具安装阶段如下： 在出厂时设置初试参考结构； 测量初始参照系； 安装基地或其位置的主框架； 安装脱机内结构； 安装控股和定位； 在内框和主框架位置安装钳、套管和皮卡。 底座上安装内框； 重点定位元件的精细调整和紧固； 核查参照系和夹具； 对于夹具关键位置的服务监测。 这些阶段是从无到有夹具的完整安装。更不用说，在设计变化略有变化的情况下，一些下面的操作将被忽略。 表 同夹 具理念之间简明的比较 典型特征 固定框架 柔性夹具 夹具 应用 大批量产品 小批量产品 样机 优点 唯一性 可重复性 可重构性 成本效益 耐用性 非常高 高 低 刚度 非常高 刚性不确定 低 缺点 重量 重 中 低 可移植性 不可移植 难以在每一个安装中定位 难以进行 成本 非常高 中等 低 生产时间 长 中等 短 性夹具的安装 柔性夹具安装过程中采取了以下阶段： 安装夹具的主框架； 移动单元和子系统组装； 夹具内框架在夹具装配中的安装； 皮卡和夹具的装配。 主框 架通常是夹具的骨干。因此，它一般不会改变外形，和内框架及较小的元素如衬套、皮卡和夹具一样具有规律性。慎重考虑制造过程可以减少夹具元件 较大元素的重新排列，也会更进一步节约时间和成本。图 3 显示了三组不同活动小组对于柔性夹具的安装过程。在这个过程中，假定夹具的标准件是从可供选择的现成的部件和组件中选出来的，然后提前在大量的物理安装测试和调试时以降低测量不确定度来进行一次夹具安装。一旦达到可接受水平的不确定性的物理安装才能进行。 图 性夹具的测量辅助安装程序 在夹具安装过程中，它可能需要用到多个测量 系统或用到包括一套完整夹具安装关键点的测量系统。这应该包括在夹具维修期间放在工厂的地板和墙壁上的稳定性及漂移检查的目标参考点。 在夹具上定位的关键点、测量仪器的不确定性应该予以考虑。作为一个经验法则，每个夹具关键位置的定位的准确性应该是在 10 倍，甚至比所需的耐受性更好。换句话说，如果组件公差指定至 夹具定位精度至少应为 柔性夹具安装的最佳做法如下： 一个工厂的墙壁和地板上的初始参考点的位置是首选，以减少测量的不确定性； 应验证该仪器所在位置上经常使用初始参考点的基地； 在每个夹具的 大节上，为更好地具有跟踪和可重复性，可以附加多个球式反射跟踪系统； 夹具大型组件有关于弯曲或扭曲的测量应集中在角梁的中央部分，以减少定位误差； 内框架参考点应选择尽可能远的创建框的坐标系统。这可能会导致在内框坐标系时的较小的不确定性。 由于评估的结果旨在对于所描述物体真正价值范围内的评估定位，则不确定性被定义为胶 8。这里的不确定性来自两方面的审查，首先是与测量过程中有关的，其次是与夹具定位的不确定性有关。测量不确定性的一些因素，如灰尘、重力、温度、气压、湿度、测量仪器和相关软件中的系统误差 、操作人员的技能、接触探针或球式反射跟踪仪。基于胶 8的定义，测量结果应伴随着它的不确定性说明，这些错误详细来源的讨论超出了本文的范围。已经有多项研究来建立真正的不确定性的一些测量仪器 10、 11。 夹具关键点的测量结果应该包括相关的置信水平。除了最初的不确定性上升的测量仪器，夹具的不确定性还有其他方面的影响。夹具框架方面的应用由于产品重量以及制造工艺过程在夹具框架中能创建一些弹性变形。夹具有了集成化、自动化和移动部分，是这个问题变得更加复杂。 仔细考虑夹具设计阶段不确定性的来源可以在一个给定的情况下减 少过度使用公差预算的风险。夹具的精度和夹具的成本之间有着直接的关系。然而，整体的成本也应该被考虑在内。高数额的零部件有更长的使用寿命。换句话说，质量特征接近平均值是，在使用过程中会很少失效。朝六个方向靠近在安装时是很必要的，然后是在高精度夹具和敏感部位上的可重构、柔性夹具及夹具的监测。 柔性夹具适用于组装和在加工部分有不同的设计和几何参数。尤其是当这些部件之间的设计变化小时，这种类型的夹具被证明是具有成本效益和快速的解决方案，这是因为它可能会通过夹具重新配置到一个新的产品或组件的变种上。然而，当所 需的零件盒装配的设计完全不同时，可能需要不同尺寸夹具组件的完整地重排，因此，在设计一个新的零件和重组夹具的拓扑结构时应该考虑到要便于减少夹具的安装和重新配置的时间以及成本，并最大限度的重用现在的组件在当前的装配中。 一个柔性夹具有许多种装配方式，是由于其灵活性。在正确的安装顺序下选择合适的组件，可以最大限度的节约成本和时间。本次选择的过程中应该对未来产品的夹具的潜在的重用予以考虑。在产品不断变化的情况下，计划和设计夹具框架是很重要的。使用定制的夹具、紧固件、轴套和其他夹具元件都是降低成本的关键问题。 仿真软 件和工具的广泛使用，可以减少返工和浪费夹具材料相关的成本。例如测量仪器，其目标点之间的视线检查就会使用这些软件来辅助。图 4 显示了柔 性夹具安装在测量仿真软件中的第一个阶段。由于夹具正在兴建的模拟的效益越 来越明显，因此它可以突出仪器与目标测量点的水平视线的问题和不确定性。 由于关于夹具操作中重量和力使夹具元件的电位漂移和变形，则可以提前在仿真中分析以及在购买夹具元件方面的财政。更重要的是，这种工具允许更好的装配和制造等操作，因为它们能提前分析出夹具的长处和弱点，揭示其物理设置。 选择合适的测量仪器最重要的是要 协助夹具安装的的计量。一个连贯的计量系统，其测量结果的不确定性能够决定夹具的不确定性，也暴露了夹具和是否符合一个给定的公差范围内所需任务的能力。 图 量辅助夹具安装的模拟过程 由于关于夹具操作中重量和力使夹具元件的电位漂移和变形，则可以提前在仿真中分析以及在购买夹具元件方面的财政。更重要的是，这种工具允许更好的装配和制造等操作，因为它们能提前分析出夹具的长处和弱点，揭示其物理设置。 选择合适的测量仪器最重要的是要协助夹具安装的的计量。一个连贯的计量系统，其测量结果的不确定性能够决定夹具的不确定性 ，也暴露了夹具和是否符合一个给定的公差范围内所需任务的能力。 总 结 零件和装配体应该以尽量减少夹具成本的方式来设计，以满足使用标准组件。如果在夹具更新至下一产品时提前思考，则其速度和成本可能会增加。在夹具和固定装置的设计上有强大的总成本、碳足迹及其可持续性。它往往要求生产出只有极少数的典型设计或产品，子系统或组件，以满足产品的变化和客户的需求。对于大型产品的几何尺寸超出几米夹具的可能会造成重大的开销。此外，一旦所需的零部件倍制造出来，这些夹具则会变得多余。常规回收多余夹具是不经济的。因此，找到增加夹具的灵活 性才是所需求的方法。 柔性夹具和夹具的概念已存于二十余年。然而它们的潜能还没有真正发挥，是由于其精度可可重复性的不确定性。高精度计量系统现在能够用来对夹具进行初始安装和服务。然后使用该系统有可能重新设定夹具元素使其精确到一个新的拓扑结构，以便于定位不同几何位置的组件，允许几次使用夹具。 本文提出了一种对于大规模柔性夹具及夹具初始定位和安装的通用的算法。计量辅助夹具安装的新概念被证明对复杂的设置和夹具的安装是有益的。当完全装配好时，夹具的稳定性可以通过慎重考虑和选择夹具几何位置上的关键点来予以保证。这种方法将 应用于大尺寸元件和产品的制造以及装配件，尤其是应用于航空航天和发电工业中。 G. et (, of 149 78 011 . he to of of is in of in be in as is as in It is of to be in to of to in in to of of of as be of a or of of In of of is of a in of as to of to in in of is by a of at of to in of of to be of in to be in be by in or of be In a in a as it of a be in to of is a of in 1. to a in as is to to of as as to of as as 2 of to of it is to to At is of is or to to or in 2. of of to to in If in is to so a of of 3, 4. is or to J. 50 to or of to is a of it is to a as on of In of a s if in to be of in of a 5. 6 to of on In a be by : of ) to is be in of in to of a of or a of or a of as ). he of is as as It is to on a of be to be In of at in a is it is to in a to be a of in to as be of of of in on of in of on a of to be is to be at in to of of D of on of or be in to of of a of of of in a In to of as it is to in of to in of ) as is 51in in as of of of to of in : ) a of in of up to be to of of of or to as be of to of a of of 7. of a of be in be to or be a MR or in a of to be of be if be In be a of of to 8. is of or of a In it if a of a of in of in to be on of 9. of a or be no or or a of a of of in of of In as as be In to of a to to of of of is a . 52 of to is as it is in in of by a to of : of MR 9 9 9 9 9 9 9 3 he to be in in of in be a be in to of by on of an in of a m x 4m is in a is of is in or it is a of an a a on a to of at be or to in to In an as is of of of be in of of of is to to is In of mm at of of 1. in . of . of or in . of 5. of . of in on . of on 8. of 9. of 0. in of on to of to in of 53in of be : A ow in to he 1. of of . of . of on . of on is of is a of it in as as or of as of of of in in of of In it is of in of a of to in a of is of is : . 54 In it be to or a to of on d1 毕业 设计 说明书 设 计题目 ： 外把手 的工艺规程 和 机 床 夹 具 设计者： 班级学号： 指导教师： 2012 年 11 月 26日 2 诚 信 承 诺 我谨在此承诺：本人所写的毕业论文 外把手 的工艺规程和机床夹具 设计 均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日 3 摘 要 毕业设计是在 机械 专业理论教学之后进行的实践性教学环节。是对所学知识的一次总检验，是走向工作岗位前的一次实战演习。其目的是，综合运用所学课程的理论和实践知识 ,设计一副完整的 工艺分析与夹具设计 训练、培养和提高自己的工作能力。巩固和扩充 机械 专业课程所学内容，掌握 夹具 设计与制造的方法、步骤和相关技术规范。熟练查阅相关技术资料。掌握 夹具 设计与制造的基本技能，如制件工艺性分析、工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料，绘图及编写设计技术文件等。 本设计主要对 外把手 进行工艺分析和夹具设计 。 结合公司实际生产要求和产品的特点，在厂原有的设计上，对 工装夹具 进行了改进设 计。 本设计对 外把手 加工工艺进行了分析，得出了最佳加工方案，在充分保证零件质量与精度的前提下，选择高生产率的加工工艺，降低生产成本，从而有效地节约了材料。本设计中使用计算机软件进行了辅助设计，在保证高精度的同时简化了传统的繁琐计算过程，使设计更为便捷。 关键词 夹具 ； 加工工艺 ； 辅助设计 ； 目 录 摘 要 . 3 一、序言 . 5 二、零件的工艺分析及生产类型的确定 . 7 1零件的作用 . 7 2零件的工艺分析 . 7 三、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 . 8 . 8 . 8 . 8 四、选择加工方法，制定工艺路线 . 9 . 9 . 9 . 10 五、工序设计 . 11 . 11 . 12 六、确定切削用量及基本时间 . 13 0：粗铣上端面的切削用量及基本时间的确定 . 13 0：钻 3的孔的切削用量及基本时间的确定 . 14 七、夹具设计 . 15 八、设计小结 . 18 致 谢 . 19 九、参考文献 . 20 5 一、序言 由于新中国成立以来机械制造领域和 发达国家就很大的差距，人们对夹具的认识也不够深刻，到后来我国经济的发展以及机械制造科技与世界的接轨，在夹具的使用与认知方面有了长足的进步，所以我觉得我们的夹具发展历史可分为三个阶段，第一个阶段就是纯手工化的阶段，那个时候夹具只是一种单单为劳动者加工提供方便的工具，第二个阶段人们意识到夹具的好处，除了之前的作用还将夹具大量运用到机床上进行定位夹紧等一些功能，简化了加工步骤，降低了劳动强度，加强了产品的加工精度，第三个阶段就是夹具和机床成为一体，成为人们加工产品过程中不可或缺的一部分。 在夹具方面 国际生产研究协 会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 5080%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 1020%左右。 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特征的工件 ； 3)能适用于精密加工 的高精度机床夹具 ； 4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 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； 夹具方面我觉得现 代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。 毕业设计的主要目的有两个：一是让学生掌握查阅查资料手册的能力，能够熟练的运用 行夹具设计。二是掌握夹具设计方法和步骤 ,了解夹具的加工工艺过程。 机械制造装备设计课程设计是机械设计中的一个重要的实践性教学环6 节，也是机械类专业学生较为全面 的机械设计训练。其目的在于： 1培养学生综合运用机械设计基础以及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，通过课设训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。 2学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后续的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。 3使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。 本书是夹具设计说明书，结合夹具的设计和制作，广泛听取各位人士的意见，经过多次修改和验证编制而成。为了达到设计的规范化 ,标准化和合理性，本人通过查阅多方面的资料文献，力求内容简单扼要，文字顺通，层次分明，论述充分。其中附有必要的插图和数据说明。 本书在编写过程中得到了老师的精心指导和同学们的大力帮助 ,在此表示衷心的感谢。由于本人是应届毕业生 ,理论水平有限，实践经验不足，书中难免有不当和错误的地方，敬请各位老师与广大读者批评指正。 7 二、零件的工艺分析及生产类型的确定 1零件的作用 题目所给的零件是 外把手 ，直径为 3 毫米 的孔用来 安装连接件 ， 这个孔无法在铸造时实现，只能后加工，中间的方孔，无法达到这个公差，需要线切割加工，然后加工 端面和外圆，这里都需要专用夹具来加工。 另附零件图图纸 （附录一） 。 2零件的工艺分析 通过对该零件图的重新绘制，知道原图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。 零件的材料为 铸钢， 铸 钢 性能优良，但 铸钢塑性 较差、脆性高，不适合磨削。 以下是 该 零件需要加工的表面以及加工表面之间的 相互 位置要求： （ 1）上 端 面粗糙度为 上端面到台阶的尺寸的 尺寸公差为 （ 2） 孔 3 的 孔为 10 级精度，采用基孔制配合，粗糙度 （ 3） 中间方孔公差为 粗糙度 （ 4） 外圆直径 25， 30 的 粗糙度 差为 由上面分析可知，可以 先 中间方孔， 然后以此作为基准采用专用夹具进行端面的铣削加工，保证台阶高度和粗糙度 。 其余所需要加工的部位均可以 中间方孔 作为加工基准， 再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。 8 三、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 该 零件选取的材料是 铸钢 ，而且此零件外形较 复杂 ，又属于中批生产，若选砂型手工造型生产，则效率低，铸件质量差，也不宜采用费用高，生产周 期长的铸造复杂形状毛坯的熔模铸造，最后 由 机械制造技术指南 表 2造制造方法） 确定采用砂型机器造型， 它 能满足毛坯质量要求。 （ 1）已知铸造方法为砂型铸造机器造型， 零件图最大轮廓尺寸为 215 5930以 由 机械制造技术指南 表 5坯铸件典型的机械加工余量等级） 取机械加工余量等级为 F 级 ， 查得 （ 2）已知毛坯材料是灰铁，且铸造方法为砂型铸造机器造型，所以 查机械制造技术指南表 5大批量生产的毛坯铸件的公差等级） ， 选取毛坯铸件的公 差等级为 机械制造技术基础课程设计指南表 5件尺寸公差） 取上下端面 右端面 （ 1）确定拔模斜度 根据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为 2 。 （ 2）确定分型面 由于毛坯形状前后对称，且最大截面在中截面，为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移 ， 所以选前后对称的中截面为分型面。 （ 3）毛坯的热处理方式 为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后要做 人工 时效处理。 9 四、选择加工方法，制定工艺路线 粗基准的选择可以考虑以下几点要求： 1） 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准；如果在工件上有很多不须加工的表面，则应以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。 2） 如果必须首先保证某很重要表面与不加工面之间的位置要求，应以首先保证某重要表面的加工余量，均应选择表面作为粗基准。 3） 如果需保证各加工面都有足够的加工余量应选加式余量较小的表面作为粗基准。 4） 选择粗基准的表面应平整，没有浇冒口，习砂等缺陷，以便定位可靠。 5） 粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准面，以 免产生较大的位置公差。 粗基准的选择：本设计选 左、右两侧面 为主要定位粗基准。 首先加工两端面。 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，根据零件形状结构和要求可知： 中间方孔 12*12 的孔为设计基准，为了避免由于基准不重合而产生的误差，应选择 外形作 为粗基准，先加工此基准孔，后面工序均以此基准孔作为基准。 即遵循“基准重合”原则。 另也可以以端面作为加工基准，作为粗基准。前道工序保证产品外形尺寸，也可以进行粗基准转移。 本零件的加工 表 面有 上 端面 、 中间方孔 ， 3 的小孔，外圆 等 ，材料为 铸钢 。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关资料，其加工方法选择如下： （ 1）上端 面 的 公差等级 为 面粗糙度 要进行粗铣和精铣； （ 2） 3 的小孔公差为 表面粗糙度 要进行 钻孔 ； （ 3） 中间方孔，公差为 清角，只能线切割达到尺寸要求 ； （ 4） 25 和 30 的外圆，必须要经过粗车，精车，才能达到要求； 10 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下 ,可以考虑采用在 普通铣床上加工上端面， 配以夹具 , 并尽量使工序集中来提高生产率。 用小钻床钻孔，用专用夹具， 除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查机械制造工艺设计简明手册，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： 方案一： 10 铸造 毛坯 20 人工 时效热处理 30 粗铣 、 半精铣 上 端 面 40 钻 3 小孔 铣、精铣右端面 50 线切割中间方孔 60 加工外圆 70 去 尖角 毛刺 80 检验合格，入库 方案二： 10 铸造 毛坯 20 人工 时效热处理 30 线切割中间方孔 40 粗铣、半精铣 上 端面 50 钻 3 小孔 铣、精铣右端面 60 加工外圆 70 去尖角毛刺 80 检验合格，入库 两个方案的分析比较： 两方案都是先加工外形， 而且都是同样的工序，夹具数量也一样多， 但方案 二 是先把基准面加工好，以 此 作为基础，加工后道工序，定位基准都是统一的，如此定位基准精度较高，能够符合零件加工精度要求， 故选择方案 二 中的工艺路线作为 该零件的 加工工序。 11 五、工序设计 （ 1）选择机床 根据不同的工序选择机床 、 工序 30 是加工中间方孔，由于是清角，必须采用数控线切割加工，才能保证精度，又能达到要求。做这个需要 专用夹具加工。 、 工序 40 是对产品上端面进行 粗铣、半精铣等铣削加工，零件中批生产，对此平面 要求很高 ， 表面精度要求 也高 ， 需要对此工序进行专用夹具设计， 选用立式铣床。 、 工序 50 是加工侧面 3 孔，采用专用夹具加工此孔，确保位置及孔直径 ，选用 臂钻床； 、工序 60 是加工外圆，保证尺寸及同心，选用专用夹具加工， 根据零件外轮廓尺寸、形状等，选用 床 ； （ 2）选择夹具 加工端面 和孔，均需采用专用 夹具， 本设计中只设计铣端面的夹具图和钻小孔的夹具图。 （ 3）选择刀具 工序，铣削 上下端面 时，选用 镶齿三面刃 铣刀；铣削槽时，选用锯齿铣刀； . 在 臂 钻床上加工的工序，选用莫氏锥柄麻花钻 ； 攻丝可以采用加工中心攻丝，速度快，效率高。 （ 4）选择量具 本零件为中批量生产，一般尽可能采用通用量具，根据表面精度、尺寸和形状等要求，参考有关手册资料，选择量具如下表： 工序 工序名称 量具 30 加工中间方孔 游标卡尺、粗糙块 40 粗铣、 半 精铣上端面 游标卡尺、粗糙块 50 3 钻孔 游标卡尺、粗糙块 12 （ 1） 上下端面加工余量 （ 3） 30的 外圆 加工余量 60 车外圆 游标卡尺、粗糙块 加工 表面 工序单边余量 工序尺寸及公差 表面粗糙度 /铣 精铣 粗铣 精铣 粗铣 精铣 上 端面 6 序 单边加工余量 工序尺寸及公差 表面粗糙度 / 加工 1+ 加工 0+3 六 、确定切削用量及基本时间 0： 粗铣 上 端面的 切削用量及基本时间的确定 （ 1） 切削用量 ： 本 工序为粗铣下 端 面，所选刀具为 镶齿 套式面 铣刀， 铣刀材料为 高速钢 ， 铣刀直径 d=80度 L=36数 Z=10，根据机械制造技术指南表 5择铣刀的基本形状。由于加工材料的 180间 ，故选择前角 o=7 ， 主偏角 0， 后角 o=12 (周齿 )， o=8 （端齿） ，刀齿螺旋角 =15 。 加工 机床选用 立式铣床。 根据 立式铣床型号与主要技术参数 ， 立式铣床的功率为 艺系统刚性为中等；根据表 5速 钢端铣刀、圆柱铣刀和盘铣刀加工时的进给量）查得 粗铣下端面时 每齿进给 0mm/z， 现取 z。 根据表 5刀磨钝标准），铣刀粗加工时后刀面磨损限度 =据表 5刀平均寿命） ，铣刀耐用度 T=180 根据表 2削时切削速度的计算公式） ： 查得 m= T=180 z ， 5 z=10 ， d=80 入公式得 V= =n= 80 =据 立式铣床主轴转速 ，选择 立式铣床 主轴 n=490r/实际切削速度 V=作台每分钟进给量为 10 60=180mm/据表 5式铣床工作台进给量） ，选择 立式铣床 00mm/实际的每齿进给量为 1060200 =z。 14 根据 铣削时切削力、转矩和功率的计算公式 ， 求得 立式铣床 铣削 时的功率为 1000 查得 0 , ， z ， 5 z=10 ，d=80 n=490r/C= 080 =s 1000 =51 型立式钻床主电动机的功率为 所选切削用量可以采用。所确定的切削用量为 z,00mm/n=490r/=s (2)基本时间 根据 铣削机动时间的计算公式） ，本道工序的基本时间为 1 21 ( )+(1 3)=中 l =635500mm/f=200 60 2= 0： 钻 3 的孔的切削用量及基本时间的确定 本工序主要进行 钻孔 工步，根据零件外轮廓尺寸、形状等，选用 摇臂钻床 。主轴孔径为 48动机功率为 15 七、夹具设计 本 专用 夹 具是工序 40， 加工上端面，和 工序 50， 钻 3 的孔 专用夹具， 所设计的夹具装配图及拆装零件图 见附录三 。 夹具的有关说明如下： （ 1） 定位方案： 工件以 中间方孔作为 定位基准，采用支承板和 定位 板 组合定位方案，两个 定位 板限制了 3 个自由度， 左右两压板和下模座 限制了 2 个自由度， 中间方销 限制了 1 个自由度，总共限制了 6 个自由度。 （ 2）定位元件的选择： 1、 左侧 定位 板 ： 2、 右 侧 定位板 ： 3、调节 压板及螺钉 ： 调节支撑 40B/4、 下定位柱 ： 5、移动压板： （ 3） 夹紧机构 根据生产 率要求及工件结构要求，采用螺旋压板夹紧机构 ，通过拧紧双头螺栓上侧的螺母使 螺钉下移， 压紧工件，实现夹紧， 有效地提高了生产效率。夹紧机构采用手动操作。 夹紧力主要作用是防止工件在镗削力作用下产生的倾覆和振动，手动螺旋夹紧是可靠的。 （ 4） 夹具与机床连接元件： 采用与所选的 铣 床的主轴相配合的 过度盘 与机床 主轴相 连接 ，保证工件的 孔的轴
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