1177液压举升钢管头4-M8底孔加工夹具设计
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摘要 I 摘要 夹具分为通用夹具,专用夹具,组合夹具,模块化夹具和自动线夹具。机床夹具是在机械 制造过程中,用来固定加工对象,使之占有正确位置,以接受加工或检测并保证加工要求 的机床附加装置。夹具有四部分组成:夹具体,定位元件,向元件及夹紧元件。 本夹具设计主要采用了 UG6.0 软件来完成的。设计造型是从部件设计和零件设计做起, 然后组合成零部件,完成夹具的设计。 本毕业设计的题目是:1177 液压举升钢管头 4-M8 底孔加工夹具设计。我们先根据零 件图,运用 AutoCAD 软件画出零件的二维图,再运用 UG6.0 软件画出零件三维图,然后根 据零件图构思夹具设计,确定夹具构造后画出夹具的各个零件部分,最后装配,完成本零 件底孔夹具设计。 机械制造工业是为现代化建设提供各种机械装备的部门,在国民经济的发展中具有十 分重要的地位。机械制造工业的发展规模和水平是反映国民经济实力和科学技术水平的重 要标志,因此,我国一贯都把发展机械制造工业作为发展国民经济的战略重点之一。在机 械加工过程中,为了保持工件固定不动,夹具成了不可或缺的一部分。 关键词:设计、夹具 目录 III 目录 摘要 I 目录 III 第 1 章 绪论 .1 1.1 概述 .1 1.1.1 机床夹具分类 .1 1.2 UG6.0 软件简介 2 1.3 制造夹具的相关工件及材料 .3 第 2 章 固定加工工件所需的零件设计 .5 2.1 圆柱销的设计 .5 2.2 凹形零件的设计 .5 2.3 螺钉、螺纹及压板的设计 .6 2.3.1 螺钉的设计 .6 2.3.2 螺纹的设计 .7 2.3.3 压板的设计 7 2.4 钻套的设计 .9 2.5 固定加工件的设计 .10 2.6 孔的尺寸设计 .10 2.7 金属块的要求 .11 第 3 章 模板的设计及组装 .13 3.1 安装钻套 .13 3.2 打孔 .14 3.3 打螺纹孔 .14 3.4 金属块的焊接 .14 3.5 圆柱销的插入 .15 3.6 凹形工件的装配 .15 3.7 螺栓的装配 .15 3.8 框架 .16 第 4 章 工件的安装 .19 4.1 打开夹具 .19 4.2 安装工件并拧紧夹具 .19 4.3 夹具的位置摆放 .19 4.4 加工成品 .20 第 5 章 设计小结 .21 参考文献 23 作者简介 25 绪论 1 第 1 章 绪论 1.1 概述 夹具是机械制造过程中使用的一种工艺装备,分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具和 检验夹具等。 各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备,称机床夹具,如车床上使用的三爪自 动定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。 对工件进行机械加工时,为了保证加工要求,首先要使工件相对于刀具及机床有正确 的位置,并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此,在进行机械加工前, 先要将工件装夹好。 工件的装夹方法有两种:一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上,另一种是工 件装夹在夹具上。 采用第一种方法装夹工件时,一般要先按图纸要求在工件表面划线,划出加工的尺寸 和位置,装夹时用划针或百分表找正后装夹工件。这种方法无需专用设备,但效率低,一 般用于单件和小批量生产。批量较大时,大都用夹具装夹工件。 机床夹具是机械加工中不可缺少的一种工艺装备,应用十分广泛。其主要作用有: 1. 稳定保证加工质量 采用夹具后,工件各表面间的相互位置精度是由夹具保证的,而不是依靠工人的技术 水平与熟练程度,所以产品质 量容易保证。 2. 提高劳动生产率 使用夹具使工件装夹迅速、方便,从而大大缩短了辅助时间,提高了生产率。特别是 对于加工时间短、辅助时间长的中、小零件,效果更为显著。 3. 减轻工人的劳动强度,保证安全生产 有些工件,特别是比较大的工件,调整和夹紧很费力气,而且注意力要高度集中,很 容易疲劳。如果使用机床夹具,采用气动或液压等自动化夹紧装置,既可减轻工人的劳动 强度,又能保证安全生产。 4. 扩大机床的使用范围 实现一机多用,一机多能。如在铣床上安装一个回转台或分度装置,可以加工有等分 要求的零件;在车床上安装镗模,可以加工箱体零件上的同轴孔系。 1.1.1 机床夹具分类 机床夹具的种类繁多,可以从不同的角角度对机床夹具进行分类。常用的分类方法有 以下几种。 2 1. 按夹具的使用特点分类 (1)通用夹具 已经标准化的,可加工一定范围内不同工件的夹具,如三爪自定心卡 盘、机床用平口虎钳、万能分度头、磁力工件台等。这些夹具已作为机床附件由专门工厂 制造供应,只需选购即可。 (2)专用夹具 专为某一工件的某道工序设计制造的夹具称为专用夹具。专用夹具一 般在批量生产中使用。 (3)可调夹具 夹具的某些元件可调整或可更换,以适应多种工件加工的夹具称为可 调夹具。它还分为通用可调夹具和成组可调夹具两类。 (4)组合夹具 采用标准的组合夹具元件、部件,专为某一工件的某道工序组装的夹 具称为组合夹具。 (5)拼装夹具 用专门的标准化、系列化的拼装夹具零部件拼装而成的夹具,称为拼 装夹具。它具有组合夹具的优点,但比组合夹具精度高、效率高、结构紧凑。它的基础板 和夹紧部件中常带有小型液压缸。此类夹具更适合在数控机床上使用。 1.2 UG6.0 软件简介 UG 是 一 个 在 二 和 三 维 空 间 无 结 构 网 格 上 使 用 自 适 应 多 重 网 格 方 法 开 发 的 一 个 灵 活 的 数 值 求 解 偏 微 分 方 程 的 软 件 工 具 。 其 设 计 思 想 足 够 灵 活 地 支 持 多 种 离 散 方 案 。 因 此 软 件 可 对 许 多 不 同 的 应 用 再 利 用 。 UG NX 6.0 它在 UG NX 5.0 的基础上进行了多处改进。包括以下几个方面:整个系统 的创新,工程过程管理,工业设计和造型,模型设计,装配设计,钣金设计,设计验证, 图纸和三维注释,产品模板工作室,数字化仿真,塑料模设计,级进模设计,NX CAM;等 等。 UG NX 6.0 融合了线框模型、曲面造型和实体造型技术,是参数化和特征化的 CAD/CAM/CAE 系统。系统建立在统一的关联数据库基础上,提供了工程意义上的完全关联, 使 CAD/CAM/CAE 各部分数据能够实现自由切换。UG NX 6.0 以基本特征操作作为交互操作 的基础单位,用户可以在更高层次上进行产品设计、模具设计、数控加工编程和工程分析, 实现并行工程 CAD/CAPP/CAM 的集成与联动。 UG NX 6.0 是一个从初始的概念设计到产品设计、仿真和制造工程的综合产品开发工 具。它具有以下功能。 (1) 工业设计和造型(CAB)功能。UG NX 6.0 集成了工业设计和造型的解决方案,用户能够 利用一个更大的工具包,涵盖建模、装配、模拟、制造和产品生命周期管理等功能。CAB 与传统的 CAD、 CAE 和 CAM 工具相结合,提供最完整的工业设计和最高级的表面处理解决 方案。 (2) 产品设计(CAD)功能。 UG NX 6.0 拥有世界上最强大、 最广泛的产品设计应用模块。 绪论 3 优于通用的设计工具, 它具有建模模块(实体建模、 特征建模和自由形状建模)、 装配块。 1.3 制造夹具的相关工件及材料 本夹具设计的主要目的是固定零件,使零件的加工更加方便。本夹具的模板选材为 45#钢,打孔所需要的麻花钻的材料为 W18Cr4V 或 W6Mo5Cr4V2,由于在长期的打孔过程中, 麻花钻会对模板造成一定的磨损,因此导致模板上孔的直径越来越大,所以生产的工件精 度越来越低。为了保证工件的加工精度,我们会在模板上的孔内装入钻套,钻套的成分为 Cr12.由于钻套的硬度和麻花钻的硬度差不多,所以在打孔过程中钻套对模板起了一定的保 护作用,在长期打孔过程中对工件的精度有了一定的保证。 夹具的作用是用来固定加工对象,使之占有正确位置。本夹具所要固定的加工对象为 1177 液压举升钢管头,加工对象如图所示: 固定加工工件所需的零件设计 5 第 2 章 固定加工工件所需的零件设计 2.1 圆柱销的设计 (1)根据工件的形状,我们采用圆柱销把工件固定在一个点。圆柱销的直径为 25mm, 高为 24mm。用鼠标双击桌面上的 UG 设计软件快捷图标,启动软件在弹出的对话框中选择 文件-新建-选择模型-点击确定,进入图形绘制界面。点击草图标志 ,单击圆标 志 ,画出直径 25mm 的圆,然后单击 。如图: (2)单击拉伸标志 ,选中直径 25mm 的圆,拉伸的高度为 24mm,单击确定完 成直径 25mm 圆的拉伸。如图: 2.2 凹形零件的设计 (1)工件在平面上固定在一点后,为了防止工件在加工过程中随着麻花钻旋转,根据 工件,设计一个凹形零件。凹圆的直径为 30mm,零件的长为 40mm,宽为 5mm,高为 20mm。 点击草图标志 ,进入草图绘制界面,画一个长为 40mm,宽为 5mm 的矩形,然后 点击完成草图标志 。再单击拉伸标志 ,选中要拉伸的矩形,拉伸的高 6 度为 20mm,单击确定完成矩形的拉伸。如图: (2)单击草图标志 ,选择一个长度为 40mm、高为 20mm 的面为草图基准 面,进入草图绘制界面,画一个直径 30mm 的圆,然后单击 。再点击拉伸标志 ,选择要拉伸直径 30mm 的圆,布尔运算选择求差,单击确定完成直径 30mm 的圆的拉伸。如图: 2.3 螺钉、螺纹及压板的设计 2.3.1 螺钉的设计 单击草图标志 ,进入草图绘制界面,画出螺钉的草图, 单击 。再 选择回转,将螺钉回转 360 度。然后点击螺纹选项选择外螺纹。最后再进入草图绘制界面, 在螺钉的顶端绘出六边形,然后点击拉伸求差,完成螺钉设计。如图: 固定加工工件所需的零件设计 7 2.3.2 螺纹的设计 点击草图标志 ,进入草图绘制界面。单击螺纹线标志 ,完成螺 纹线草图。再在螺纹线底端的垂直面画一个直径为 4mm 的圆。然后单击沿引导线扫略标 志,完成螺纹线操作。如图: 2.3.3 压板的设计 (1)点击草图标志 ,进入草图绘制界面,绘出如图片所示的草图,然后点 击完成草图标志 。 “E”形压板如图: 8 (2)单击拉伸标志 ,选择要拉伸的“E” 形压板,拉伸的高度为 30mm,单 击确定完成“E”形压板的拉伸。如图: (3)点击草图标志 ,进入草图绘制界面。画一个直径 25mm 的圆,点击完成 草图标志 。再点击拉伸标志 ,选择要拉伸直径 25mm 的圆,拉伸的距 离为 17mm,布尔运算选择求差,单击确定完成拉伸。如图: (4)点击草图标志 ,选择直径 25mm 的圆为草图基准面,进入草图绘制界面。 画一个直径 16mm 的圆,点击完成草图标志 。再点击拉伸标志 ,选择 要拉伸直径 16mm 的圆,拉伸的距离为 13mm,布尔运算选择求差,单击确定完成拉伸。如 图: 固定加工工件所需的零件设计 9 固定加工工件所需的零件设计 11 2.4 钻套的设计 为了防止模板的孔在加工过程中直径因磨损而变大,需要在孔上套上 8 个钻套,直径 为 10mm,高为 11mm 的圆柱。再在此基础上画直径为 12mm,拉伸 2mm 的圆柱。然后在打直 径 8mm 的孔。 (1)点击草图标志 ,进入草图绘制界面,画一个直径为 10mm 的圆,然后点 击完成草图标志 。再单击拉伸标志,选择要拉伸直径为 10mm 的圆,拉伸的距离 为 11mm,单击确定完成拉伸。如图: (2)点击草图标志 ,进入草图绘制界面,选择直径为 10mm 的圆的一个端面 为草图基准面,画一个直径为 12mm 的圆,然后点击完成草图标志 。在单击拉伸 标志,选择要拉伸直径为 12mm 的圆,拉伸的距离为 2mm,单击确定完成拉伸。如图: (3) 点击草图标志 ,进入草图绘制界面,选择直径为 12mm 的圆的顶端面为 草图基准面,画一个直径为 8mm 的圆,然后点击完成草图标志 。再单击拉伸标志, 12 选择要拉伸直径为 8mm 的圆,拉伸的距离为 13mm,并进行布尔运算求差,单击确定完成拉 伸。如图: 2.5 固定加工件的设计 根据工件的大小,考虑到工作效率问题,决定夹具同时固定两个加工工件。工件的长 为 75mm,宽为 72mm,因此,设置的模板长为 210mm,宽为 110mm,厚度为 11mm。方法为: 点击草图标志 ,进入草图绘制界面,画一个长为 210mm,宽为 110mm 的矩形, 然后点击完成草图标志 。再单击拉伸标志 ,选择要拉伸矩形,拉伸的 高度为 11mm,单击确定完成拉伸。如图: 2.6 孔的尺寸设计 本次夹具的设计目的是便于钢管头 4-M8 的底孔加工,钢管头 4-M8 的底孔尺寸如图: 固定加工工件所需的零件设计 13 根据钢管头尺寸需要在模板上打 8 个孔,孔之间的尺寸大小如图: 三维绘图方法:点击草图标志 ,进入草图绘制界面,根据二维图的定位, 画出 8 个直径 10mm 的圆,然后点击完成草图标志 。再单击拉伸标志 , 选择要拉伸的直径 10mm 的圆,拉伸的距离为 11mm,布尔运算选择求差,单击确定完成拉 伸。如图: 2.7 金属块的要求 为了便于螺栓固定加工工件的上下移动,同时增大螺栓的升降范围,在模板的背面增 加一块长 32mm 宽 32mm 高 25mm 的 45#钢。方法为:单击长方体实体标志,输入长、宽、高 的值,单击确定完成长方体的绘制。如图: 14 模板的设计及组装 15 第 3 章 模板的设计及组装 3.1 安装钻套 方法:(1)打开 UG6.0,选择文件-新建-装配,进入装配界面。单击添加组件标志 ,位置选择绝对原点。如图: (2)单击添加组件标志 ,选择钻套,定位位置选择通过约束,在弹出装配 约束窗口,在类型中选择接触对齐,点击要接触的两个面,单击确定。再在装配约束窗口, 在类型中选择同心圆,单击确定。选择要插入的钻套,完成钻套装配。如图: 16 3.2 打孔 利用 2.6 的方法在每四个钻套中间打一个直径为 25mm 的孔,方便于插入圆柱销固定工 件。如图: 3.3 打螺纹孔 单击孔标志 ,选择将要打螺纹孔的长方体和模板,螺纹孔直径均为 16mm, 长方体螺纹孔的深度为 25mm,模板的深度为 11mm。如图: 3.4 金属块的焊接 方法:单击添加组件标志 ,依次选择要装配的长方体和模版,在弹出装配 约束窗口中分别通过同心和距离约束来进行装配,单击确定完成装配。如图: 模板的设计及组装 17 3.5 圆柱销的插入 方法:单击添加组件标志 ,选择要装配的模板和圆柱销,经定位后,在弹 出装配约束窗口中分别通过同心和距离约束来进行装配,单击确定完成装配。如图: 3.6 凹形工件的装配 方法:单击添加组件标志 ,选择要装配的凹形小工件和模板,经定位后, 在弹出装配约束窗口中分别通过接触对齐和距离约束来进行装配,约束的距离分别为 23mm、35mm,单击确定完成装配。如图: 3.7 螺栓的装配 用螺栓穿过“E”形压板,套上弹簧,拧紧固定在模板上。 18 方法:(1)单击添加组件标志 ,选择要装配的模版和螺钉,经定位后,在 弹出装配约束窗口中分别通过接触对齐和同心约束来进行装配。如图: (2)弹簧装配。单击添加组件标志 ,选择要装配的弹簧和螺钉,经定位后, 装配约束窗口中通过同心约束来进行装配。如图: (3)再通过接触对齐和同心约束,将上图已装配好的零件装入模版。如图: 3.8 框架 制造 2 块 45#钢板和一块“凹”形钢板作为模板的框架用来支撑模板,为工件提供空 间。长方体钢板长为 110mm,宽为 11mm,高为 65mm。 模板的设计及组装 19 (1)钢板的设计。点击草图标志 ,进入草图绘制界面,画出长为 110mm 宽 为 11mm 的矩形,然后点击完成草图标志 。再单击拉伸标志 ,选择要 拉伸的矩形,拉伸的距离为 65mm,单击确定完成拉伸。如图: (2) “凹”形钢板设计。点击草图标志 ,进入草图绘制界面,画出长为 210mm 高为 65mm 的“凹”形钢板草图,然后点击完成草图标志 。再单击拉伸标 志 ,选择要拉伸的矩形,拉伸的距离为 11mm,单击确定完成拉伸。如图: (3) “凹”形钢板焊接。单击添加组件标志 ,选择要装配的“凹”形钢板 和 模板,经定位后,装配约束窗口中通过接触对齐和距离来进行装配。如图: (4)长方体钢板的焊接。单击添加组件标志 ,选择要装配的长方体钢板和 模版,经定位后,装配约束窗口中通过接触对齐和距离来进行装配。如图: 20 工件的安装 21 第 4 章 工件的安装 4.1 打开夹具 转动“E”形压板。转动后如图: 4.2 安装工件并拧紧夹具 夹具打开后装上 2 个工件。方法:单击添加组件标志 ,选择要装配的零件 和夹具,经定位后,装配约束窗口中通过接触对齐和同心来进行装配。如图: 4.3 夹具的位置摆放 旋转夹具,使钻套那一面向上。如图: 22 4.4 加工成品 工件加工完成后松动螺钉,旋转“E”形零件,取出工件。加工后的工件如图: 5、设计小结 23 第 5 章 设计小结 我们这次的任务是设计 1177 液压举升钢管头 4-M8 底孔加工夹具设计,总体来讲,在 老师的指导与自己的努力下,终于完成了,也许我们这次做的不是最完美的,但是这次的 经历使我们了解到,没有做不到的,只有不肯做的。态度决定一切,细节决定成败。 我们首先根据零件的二维图纸使用 UG6.0 软件画出零件的三维图,再画出夹具的各个 组成部分,最后装配。当然,我们还是一般的水平,但指导老师耐心的给我们讲解,并指 出哪些地方不足,指导我们改进。虽然过程比较简单,但也不能粗心大意,于是乎,我们 利用课余时间相互讨论,并也请教同班同学。 经过一个月的努力,我们的设计已经有所小成,基本上已经完成了,回头看看我们的 成果,不自觉的从心底产生出一股小小的成就感。这是一个完成的工件,是大家一起努力 做出来的,对于以后的工作应该会有所帮助。毕竟我们学的是机械 CAD 专业,所以以后我 们会更加努力
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