车辆工程毕业设计（论文）进气歧管工艺编制与典型工序夹具设计【全套图纸三维】 .doc

本科学生毕业设计 进气歧管工艺编制与典型工序夹具设计院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职 称： the graduation design for bachelors degreethe intake manifold technology preparation and typical procedure fixture design candidate： specialty：vehicle engineeringclass：b07-2supervisor：associate professor. heilongjiang institute of technology 摘 要汽车发动机属于汽车的核心部件，而进气歧管又属于发动机的主要部件，影响着汽车性能参数中的功率、耗油量、转矩等。因此，进气歧管性能质量的好坏，直接关系到发动机乃至整车性能，正因为这样，进气歧管质量的提高，对发动机和汽车整体质量的提高有着积极的意义。本文设计研究了进气歧管的建模及夹具设计，其目的主要是基于对工艺分析、工艺规程设计、工艺路线设计、夹具设计、机械设计、autocad、proe等知识的熟练运用和掌握，同时运用材料力学、金属切削等学科知识，对进气歧管夹具进行设计，并利用proe建立进气歧管及夹具的三维模型，使用autocad绘制装配图和零件图等内容。首先，本文将概述进气歧管的现状和发展趋势，介绍进气歧管领域的最新发展状况。其次，对进气歧管的建模的目的及意义做了简要的阐述。再次，对进气歧管的加工工序的加工做了详细的设计及计算。最后，本文将阐述进气歧管夹具的设计过程。全套图纸，加153893706关键词：进气歧管；三维建模；夹具；工艺规程；设计abstractautomobile engine belongs to the core components of automobile , however, the intake manifold belongs to the major part of engine, it can affect the automobile performance parameters such as the power, fuel consumption, torque and so on. therefore, the intake manifold performance quality is good or bad,it relates directly to the engine and vehicle performance, and because of that improving the quality of the intake manifold has a positive meaning to the engine and automobile performance parameters.this article studied the intake manifold design modeling and fixture design, its purpose is mainly based on process analysis, process planning design ,process route planning,fixture design,autocad, proe and so on using and mastering, and use the mechanics of materials, metal cutting discipline knowledge designed the intake manifold fixture, and use proe establishing intake manifold and fixture 3d model, autocad software drawing assembling drawings and parts drawings, etc. first, this article will outline the intake manifold current situation and trend of development , introduces the latest development. secondly, the modeling of the intake manifold of purpose and meaning makes some brief elaboration. again, for the intake manifold processes of processing do a detailed design and calculation. finally, this article describes the intake manifold fixture design process. key words: the intake manifold; 3d modeling; fixture; technical schedule ; design; iii 目 录摘要iabstractii第1章 绪论11.1进气歧管的概述11.2进气歧管材料研究状况、发展趋势及成果11.3进气歧管工艺编制与夹具设计目的和意义21.4进气歧管工艺编制与夹具设计的内容2第2章 零件的分析和工艺编制32.1零件的生产纲领及类型32.2 零件的功能32.3 零件的工艺性分析32.4 确定毛坯制造形式42.5 基准面的选择42.2.1粗基准的选择42.2.2精基准的选择52.6 制定工艺路线52.7典型工序机械加工余量确定62.8 选择加工设备72.9 典型工序的切削用量和工时的确定82.9.1 工序10,30切削用量和工时82.9.2 工序50，60切削用量和工时112.9.3 工序20切削用量和工时122.9.4 工序70切削用量和工时132.9.5 工序100 切削用量和工时142.10 本章小结18第3章 二维夹具体的设计193.1 机床夹具及其设计理论193.1.1 机床夹具193.1.2 夹具设计的基础理论193.1.3 定位原理193.1.4 夹紧原理203.2 铣削零件上平面的夹具设计213.2.1 问题的提出及定位方案的确定213.2.2 夹具体的组成213.2.3 夹紧力的确定223.2.4 定位误差分析223.2.5 绘制夹具体233.3 钻削顶孔的夹具设计233.3.1 问题的提出及定位方案的确定233.3.2 夹具体的组成233.3.3 夹具力的确定243.3.4 定位误差分析243.3.5 绘制夹具体243.4 本章小结24第4章 三维proe进气歧管及夹具体设计254.1 proe的优势及特点254.2 进气歧管三维建模264.3 进气歧管夹具的三维建模274.3.1 铣削平面三维夹具设计274.3.2 钻削顶孔三维夹具设计274.4 本章小结28结论29参考文献30致谢31附录32第1章 绪 论1.1 进气歧管的概述进气歧管位于节气门与引擎进气门之间，之所以称为歧管，是因为空气进入节气门后，经过歧管缓冲后，空气流道就在此分歧了，对应引擎汽缸的数量，如四缸引擎就有四道，五缸引擎则有五道，将空气分别导入各汽缸中。进气歧管是发动机进气系统最重要的部件，进气系统决定着发动机的进气效率和各缸充气均匀性，对整机性能均有非常大的影响。进气歧管是形状复杂的中空制品。它承受气缸盖燃烧室燃料燃烧传递的热和振动。进气歧管的设计也是大有学问的，为了引擎每一汽缸的燃烧状况相同，每一缸的歧管长度和弯曲度都要尽可能的相同。由于引擎是由四个行程来完成运转程序，所以引擎每一缸会以脉冲方式进气，依据经验，较长的歧管适合低转速运转，而较短的歧管则适合高转速运转。所以有些车型会采用可变长度进气歧管，或连续可变长度进气歧管，使引擎在各转速域都能发挥较佳的性能。1.2 进气歧管材料研究状况、发展趋势及成果由于进气歧管性能质量的好坏，直接关系到发动机乃至整车性能，正因为这样，进气歧管质量的提高，对发动机和汽车整体质量的提高有着积极的意义。同时汽车的价格竞争很激烈，物美价量的汽车更能够满足用户的要求。为了达到这些多元化的要求，发动机系统零部件的小型、轻量化、低成本就势在必行。目前，大量应用于进气歧管的轻质材料主要为铝镁，其加工方法和工艺也比较成熟。而近年来，在轻量化技术的发展过程中，塑料也越来越受青睐，其用于进气歧管已经成为当今研究的热点，并将成为未来的发展趋势。国外在上个世纪80年代就已经开始应用塑料制造进气歧管，因此在这方面的技术十分成熟，并早已大量使用塑料进气歧管取代传统的合金进气歧管。国内仅有少数公司虽在研制塑料进气歧管，但到目前为止尚不能进行大批量的生产，远远不能满足国内汽车生产厂的需要，因此国内目前仍大量使用铝镁合金进气歧管，并不断对其生产加工工艺不断进行技术改进。国内目前对进气歧管工艺的研究多为它的铸造工艺，对进气歧管的机械加工工艺少有研究。1.3 进气歧管工艺编制与夹具设计的目的和意义由于发动机进气歧管的工艺编制与夹具设计的不透明性，所以本设计要依据车辆上其他相似零件的工艺规程，选择相似的夹具对其进行改进，计算相关参数，确定夹紧装置夹紧力。微型及普及型汽车在我国有很大市场，从0.9l到1.6l，价格适合我国国情,适合正在发展的中国的现况。进气歧管是发动机重要零件之一，随着现在设计加工制造技术的发展，进气歧管的材料及加工手段等也在不断发展，确定加工工艺与装夹方案及设计，从而设计专门的夹具，提高定位准确度从而达到对进气歧管加工工艺进一步更深了解。该毕业设计可以加强常用工具autocad和国内外流行三维pro/e软件的使用与掌握；加快了解汽车企业生产工艺设计、制造及应用的过程。1.4 进气歧管工艺编制与夹具设计的内容结合实物及简图对进气歧管的进行三维建模，进行零件的常规工艺分析与确定加工艺方案；通过工艺方案的确定后进行、根据现有条件或当今流行加工机床技术进行机床选择、制定加工方法、基准确定（包括粗基准、精加工基准等）和加工路线进行三维实体的工艺规程编制，同时根据国内外先进加工技术进行对自己所编制的工艺进行改进分析、典型加工夹具的定位夹紧方案选择及设计装配图。第2章 零件的分析和工艺编制2.1 零件的生产纲领及生产类型生产纲领是指企业在计划期内应当生产的汽车产品的产量和进度计划。汽车产品和汽车零件的生产类型划分为：单件生产、成批生产和大量生产三种。汽车零件因零件结构特征、质量及年产量不同，具有不同的生产类型。进气歧管生产类型为大量生产，所以在制度工艺路线的时候应充分考虑其生产特点，制度合理的工业路线，选择合理的机床，刀具，量具，检具，以提高生产率，降低成本。2.2 零件的功用进气歧管是发动机进气系统最重要的部件，进气系统决定着发动机的进气效率和各缸充气均匀性，对整机性能均有非常大的影响。空气进入节气门后，经过进气歧管缓冲后进入发动机。它承受气缸盖燃烧室燃料燃烧传递的热和振动。2.3 零件的工艺分析进气歧管的零件图如图2.1所示中规定了一系列技术要求：1.以进气歧管上下表面，及进气歧管上表面附近的凸台为加工表面。包括：进气歧管上下表面粗糙度为ra=3.2,上下表面平面度为0.05，在进气歧管上表面钻孔4-m6深15孔深19，保证位置度0.4，镗35的孔表面粗糙度为ra=6.3，在进气歧管上表面附近的凸台上钻4的通孔，在进气歧管下表面钻通3个8.5的孔5个9的孔，在其左右两侧分别攻螺纹分别是m8，和m6 ，在与进气歧管下表面相接的凸台上钻孔并攻螺纹m6。2.以进气歧管主视图上的凸台为加工表面，加工各个凸台表面对粗糙度有要求的凸台ra=3.2，在各个凸台上钻孔并攻螺纹分别为2个m8，2个m6，点的位置度为0.4，一个9的孔。3. 加工进气歧管零件左视图左侧各个凸台，加工各个孔对其中的两个攻螺纹m6，钻一个10的孔。 图2.1进气歧管结构2.4 确定毛坯制造的形式零件材料为zl105，考虑到零件材料的综合性能及材料成本和加工成本,保证零件工作的可靠,采用铸造，铸件内表面的粗糙度可达6.3，满足加工要求。由于属于大批生产的水平，而且零件轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型，这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。2.5 基准面的选择1、粗基准的选择粗基准的选择有两个出发点：一是保证各加工表面有足够且均匀的加工余量；二是保证不同加工表面与加工表面间的相对尺寸和位置符合设计要求。粗基准的选择可按照如下原则进行。（1）尽可能选用精度要求高的主要表面作粗基准，这样选择粗基准可保证以后加工主要表面时有足够且均匀的加工余量。（2）用非加工表面作粗基准，这样选择粗基准可使非加工表面与加工表面间的位置误差最小。（3）选作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，不能有飞边、浇口、冒口或其他的缺陷，以使工件定位可靠、夹紧方便。（4）粗基准在同一尺寸方向上应尽量避免重复使用。粗基准是毛坯表面，表面粗糙度值大、尺寸和形位误差大。如果在同一尺寸方向上重复使用，就不能保证重复装夹时的定位位置一致，定位误差大。因此，粗基准在同一尺寸方向上一般只允许使用一次。基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。对于本零件而言，进气歧管下平面是直接与发动机表面相接触的部分，所以在铸造时精度就相对会高于其他表面，由此以进气歧管底面作为粗基准是完全合理的，符合粗基准的选择原则。2、精基准的选择选择精基准时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准确、牢固、方便。其选择的原则有：（1）基准重合原则：应尽可能选用设计基准或工序基准作为定位基准，这样可避免基准不重合而产生的基准不重合误差，即应遵循“基准重合”原则。如果加工的是最终工序，所选择的定位基准应与设计基准重合；若是中间工序，应尽可能采用工序基准作为定位基准。（2）互为基准原则：对于两个有位置公差要求的表面，可以认为彼此互为设计基准。当加工位置公差要求很小的表面时，常采用此方法进行反复加工。（3）基准统一原则：应尽可能采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一的原则。遵循该原则有利于保证各表面间的位置公差，而且也减少了专用夹具种类。（4）应保证工件的装夹稳定可靠，使夹具结构简单、操作方便。在这主要考虑基准重合问题，也要考虑经济性等。对于本零件，由于设计基准是以下表面孔的轴线与下表面的交点为基准，考虑到本零件所需加工的孔及平面大都分别位于进气歧管左右两侧，而且若以进气歧管下表面为精基准能够使定位夹紧机构相对变得简单，能够大大的节约成本，所以以进气歧管下表面为精基准能够很好的符合精基准的选择原则。2.6 制定工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，考虑采用普通机床以及部分高效专用机床，配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。部分采用专用刀具和专一量具。并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。进气歧管机械加工工艺目录如表2.1所示。表2.1 进气歧管工艺目录工序号工序内容设备10粗铣进气歧管上部平面x53k立式铣床20钻铰进气歧管上部平面上的两个孔z535立式钻床30粗铣进气歧管下部平面x53k立式铣床40铰进气歧管下部平面上的两个孔z535立式钻床50半精铣进气歧管上部平面x53k立式铣床60半精铣进气歧管下部平面x53k立式铣床70镗削上部平面的孔t618卧式镗床80钻上部另两个孔，对四个孔铰削攻螺纹z535立式钻床90钻通进气歧管上部平面附近的凸台z535立式钻床100钻铰进气歧管顶部的孔，攻螺纹z535立式钻床110钻铰下部平面上的孔，攻螺纹z535立式钻床120钻进气歧管个通道上的阶梯孔z535立式钻床130钻铰与下平面相接凸台的孔并攻螺纹z535立式钻床140粗铣进气歧管零件图主视图上的凸台x53k立式铣床150钻削主视图上各凸台的孔并攻螺纹z535立式钻床160粗镗半精镗左视图上的孔t618卧式镗床170铣进气歧管零件左视图左侧凸台x53k立式铣床180对零件左视图左侧凸台钻孔并攻螺纹z535立式钻床190最终检验2.7 典型工序机械加工余量确定1、加工余量的确定加工余量的确定方法有分析计算法、查表修正法、经验估计法，此设计采用查表修正法，确定加工余量时查机械加工手册，然后再结合实际加工情况修正其加工余量数值。2、公差的确定根据公式： (2.1)式中 工序余量公差；最大工序余量；最小工序余量。（1） 粗铣进气歧管上部平面表2.2 工序尺寸表工序名称工序余量（mm）公差等级粗糙度（m）尺寸公差（mm） 粗铣上平面2it8（2） 半精铣进气歧管上部平面表2.3 工序尺寸表工序名称工序余量（mm）公差等级粗糙度（m）尺寸公差（mm） 半精铣上平面1it7（3） 钻削、铰削进气歧管上平面上2-5.2的孔表2.4 工序尺寸表工序名称工序余量（mm）公差等级粗糙度（m）尺寸公差（mm） 钻上平面的孔0.1it8铰上平面的孔0.1it7（4） 粗铣进气歧管下部平面表2.5 工序尺寸表工序名称工序余量（mm）公差等级粗糙度（m）尺寸公差（mm） 粗铣下平面2it8（5） 半精铣进气歧管下部平面表2.6 工序尺寸表工序名称工序余量（mm）公差等级粗糙度（m）尺寸公差（mm）半精铣下平面1it7（6） 钻削歧管上101618的孔表2.7 工序尺寸表工序名称工序余量（mm）公差等级粗糙度（m）尺寸公差（mm）钻1010it12 钻1616it12 钻1818it12（7） 粗镗半精镗进气歧管左视图上的两个孔表2.8 工序尺寸表工序名称工序余量（mm）公差等级粗糙度（m）尺寸公差（mm）粗镗两个孔2.5it12 半精镗两个孔1.5it82.8 选择加工设备2.8.1选择机床专用夹具是为零件的某一道工序加工而设计制造的，在产品相对稳定、批量较大的生产中使用；专用夹具可以保证加工精度，提高生产率，减轻工人劳动强度，扩大机床的工艺范围，本次设计为了突显以上几点，所以选用的机床比较单一。 工序10、工序30、工序50、工序60、工序140、工序170是铣削平面，所以选择x52k型铣床加工。 工序20、工序40 、工序80、工序90、工序100、工序110、工序120、工序130、工序150、工序180包含钻削孔及攻螺纹，所以选择z535型钻床。 工序70、工序160 是镗孔，所以选用卧式t618型镗床。2.8.2选择刀具刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。刀具选择的合理与否会直接影响到加工质量，所以选择刀具要谨慎。在铣床上和镗床上，选用硬质合金刀，选用yt类硬质合金，选用yt15，yt5。 钻床上，可以选择麻花钻加工。2.8.3选择夹具本零件由铣平面、镗孔、攻螺纹等工序组成，由于零件的较复杂，所以每道工序均需要采用专用夹具，我针对典型的两道工序在设计过程中设计两套专用夹具，以满足加工过程中加工的要求，其它工序的夹具可在此基础上作少量改动，便可应对工序的加工。2.9典型工序的切削用量和基本工时2.9.1工序10、30切削用量和基本时间工序10、30粗铣进气歧管上下部平面机床： x53k立式铣床。刀具 硬质合金直齿三面刃盘铣刀 材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：z=2 mm所以铣削深度：每齿进给量：根据参考文献切削用量简明手册表3.3取铣削速度：参照参考文献机械加工工艺师手册表3034，取。机床主轴转速： （2.2）式中 v铣削速度； d刀具直径。由式2.1机床主轴转速：按照参考文献机械制造工艺设计简明手册表4.2-36 n=475 r/min实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： 粗铣上平面的切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为2机动时间：根据参考文献机械加工工艺师手册表2.5-45可查得铣削的辅助总工时为t=1.42min粗铣下平面的切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度： 刀具切出长度：取走刀次数为2机动时间： 根据参考文献机械加工工艺师手册表2.5-45可查得铣削的辅助时间铣下平面的总工时为：t=2.28 min2.9.2工序50 、60 切削用量和工时工序50、60 半精铣进气歧管上下部平面机床： x53k立式铣床。刀具 硬质合金直齿三面刃盘铣刀 材料：，齿数12，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：z=1mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献切削用量简明手册表3.3取取铣削速度：参照参考文献机械加工工艺师手册表3031，取机床主轴转速，由式（2.2）有：按照参考文献机械制造工艺设计简明手册表4.2-36 n=600 r/min实际铣削速度：进给量有： 工作台每分进给量： 半精铣上平面的切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为2机动时间： 根据参考文献机械加工工艺师手册表2.5-45可查得铣削的辅助时间半铣上平面的总工时为：t=1.64min半精铣下平面的切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知mm刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为2机动时间： min根据参考文献机械加工工艺师手册表2.5-45可查得铣削的辅助时间半铣下平面的总工时为：t=2.34 min2.9.3工序20 切削用量和工时工序20 钻铰进气歧管上部平面上的两个孔5.2，孔深19机床：z535立式钻床孔的直径为4mm。加工机床为z535立式钻床，加工工序为钻孔至5.1，选用5.1的高速钢麻花钻头。进给量：根据切削用量简明手册表2.7进给量取切削速度：参照参考文献切削用量简明手册表2.15，取机床主轴转速：按照参考文献机械制造工艺设计简明手册表4.2-15，取实际切削速度： 被切削层长度： 刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间： 根据参考文献机械加工工艺师手册表2.5-41，可查得钻削的辅助时间min总工时为：t=2+=2.63min铰5.2孔 选择刀具和机床查阅切削用量简明手册，选择d=5.2mm的h10级高速钢锥柄机用铰刀，gb1133-84。机床选择立式钻床z535。 选择切削用量进给量f查阅切削用量简明手册表2.11及表2.24，并根据机床说明书取f=0.40.5/r，所以取f=0.5/r切削速度v根据切削用量简明手册表2.25，取v=1.6m/min。根据立式钻床z535机床说明书选取：n=68r/min，所以，计算基本工时，式中，l=l+y+，l=19，查切削用量简明手册表2.29，y+=2，所以，l=19+2=21。2.9.4工序70 切削用量和工时粗镗32孔机床：卧式镗床刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：切削深度： ，孔径。进给量：根据参考文献，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照参考文献机械加工工艺师手册表2.4-9取机床主轴转速：按照参考文献取in实际切削速度： 工作台每分钟进给量： 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：查参考文献辅助时间为：2.61min半精镗下端孔35机床：卧式镗床刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：切削深度：进给量：根据参考文献，切削深度为=1.5mm。因此确定进给量切削速度：参照参考文献3表2.4-9，取机床主轴转速：，取in实际切削速度，： 工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间： 该工序总机动工时根据参考文献机械加工工艺师手册，表2.5-37工步辅助时间为：1.86min该工序总机动工时 t=4.62min2.9.5工序100 切削用量和工时工序100 钻进气歧管顶部的孔，并对其攻螺纹m6深15孔19机床：z535立式钻床孔的直径为4mm。加工机床为z535立式钻床，加工工序为钻孔至5.1，选用5.1的高速钢麻花钻头。进给量：根据切削用量简明手册表2.7进给量取切削速度：参照参考文献切削用量简明手册表2.15，取机床主轴转速：rmin，取实际切削速度： 被切削层长度： 刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间：根据参考文献机械加工工艺师手册表2.5-41可查得钻削的辅助时间总工时为：t=+=1.91min铰5.2孔 选择刀具和机床查阅切削用量简明手册，选择d=5.2mm的h10级高速钢锥柄机用铰刀，gb1133-84。机床选择立式钻床z535。 选择切削用量进给量f查阅切削用量简明手册表2.11及表2.24，并根据机床说明书取f=0.40.5/r，所以取f=0.5/r切削速度v根据切削用量简明手册表2.25，取v=1.6m/min。根据立式钻床z535机床说明书选取：n=68r/min，所以，计算基本工时t=，式中，l=l+y+，l=19，查切削用量简明手册表2.29，y+=2，所以，l=19+2=21。机床：z535立式钻床刀具：细柄机用丝锥（）进给量：由于其螺距,因此进给量切削速度：参照参考文献5表2.4-105，取由式（2.2）机床主轴转速：锥回转转速：取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间： 根据参考文献5表2.5-41可查得攻螺纹的辅助时间总工时为：t=+=2.04min2.10 本章小结本章对零件的工艺性作了分析，确定了毛坯的的制造形式，选择了基准面，制定了零件机械加工的工艺路线，选择了加工设备，计算了典型工序的切削用量和工时，为后续夹具设计做了准备。第3章 二维夹具的设计3.1机床夹具及其设计理论3.1.1机床夹具夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。3.1.2夹具设计的基础理论一个好的机床夹具，首先要保证能加工出合格的产品。为此，所设计的夹具首先应满足以下两项要求：(1)在未受外力作用时，加工件对刀具和机床应保持正确的位置，即加工件应有正确的定位。(2)在加工过程中，作用于加工件上的各种外力，不应当破坏加工件原有的正确定位即对加工件应有正确的夹紧。3.13定位原理在机械加工中，我们要求加工出来的表面对加工件的其它表面保持规定的位置尺寸。因为加工表面是由切削刀具和机床的综合运动所造成，所以在加工时，必须使加工件上的规定表面(线、点)对刀具和机床保持正确的位置才能加工出合格的产品。 定位原理把加工件上的规定表面(线、点)与夹具上的规定表面(线、点)相互靠住的这一措施，叫做夹工件在夹具中的定位。该加工件上的这种规定表面(线、点)称为定位基准。 定位基本原理在夹具设计中的应用自由物体定位的基本原理：自由的物体，它对三个互相垂直的坐标面来说，有六种活动的可能性，其中三种是移动，三种是转动，习惯上，我们把这种活动的可能性称为自由度。当物体的六个自由度被完全限制后，该物体在空间的位置也就完全确定了，所以定位就是限制自由度；在夹具中限制加工件的自由度在夹具中，使加工件的规定表面与定位元件接触，就能限制自由度。定位元件所能限制的自由度数与定位元件的形式、数量及布置情况有关；夹具中的超定位如果两种定位元件均能限制加工件的同一个自由度时，就发生了超定位，超定位能产生一些不良后果。如使定位不稳定，降低了定位精度；因加工件定位基准间的误差，使加工件装不进夹具等。在设计中应尽量避免超定位。3.1.4 夹紧原理在生产实践中，尽管定位方式是合理的，但由于夹紧状态不良(即夹紧力的大小、方向、作用点和支承的位置选择不当)可能出现如下问题：加工件飞出夹具，打坏刀具，造成安全事故；加工出来的位置尺寸不准确； 加工表面产生形位公差(如不平度、不垂直度)； 加工表面粗糙度高等。因此，当加工件正确定位后还需要获得良好的夹紧状态。使加工件获得良好的夹紧状态的措施，叫做正确的夹紧。加工件的正确夹紧原则1.在夹紧过程中，如何克服重力的影响，把加工件压回正确位置，是正确夹紧原则之一。所以在考虑定位方案及设置定位支承时，应尽可能使支承反力与重力不构成力偶，使加工件重心位于支承范围内。2.在夹紧过程中，如何使已获得正确定位的加工件不脱离正确位置，是正确夹紧原则之二。所以，在制定夹紧方案时，应尽可能避免夹紧力与支承反力构成力偶。3.在夹紧过程中，如何使加工件不产生超出允许范围的变形，是正确夹紧原则之三。所以在制定夹紧方案时，对于刚性较差的加工件，应尽可能避免产生或应尽可能减小由夹紧力产生的弯曲力矩。4.在切削过程中，如何避免加工件发生不能允许的振动，是正确夹紧原则之四。所以，在制定夹紧方案时，对于刚性较差的加工件，应尽可能避免产生或应尽可能减小由切削力产生并作用于加工件上的弯曲力矩。5.如何使平衡切削力所需要的夹紧力最小，是正确夹紧原则之五。所以，在制定夹紧方案时，切削力最好由支承反力平衡，而尽可能避免用夹紧力及由夹紧力产生的摩擦力平衡。3.2铣削零件上平面的夹具设计3.2.1问题的提出及定位方案的确定本夹具用来铣削进气歧管上平面，我们要满足一些基本要求：应有足够的强度和刚度，结构简单具有良好的工艺性，尺寸稳定和便于排屑等。本套夹具采用一面两销式定位，其中两销一个为圆柱销，另一个为菱形销，这样选择是为了避免过定位的发生。3.2.2 夹具体的组成铣床夹具用对刀块引导刀具进行加工，有利于保证被加工平面对其定位基准尺寸精度和位置精度，并可显著提高劳动生产率。本套夹具的对刀块是在直角对刀块的基础做的改进。铣床夹具的主要由对刀块、底板、螺旋夹紧机构、定位板、辅助支撑等组成。在加工顶部平面时，由于零件较长，刚性就会相对较差，故需采用辅助支撑，保证平面的加工精度。由于零件距底板的距离较小，且考虑到工时的问题，本套夹具的辅助支撑选择弹簧式自动调整式辅助支撑，且其中各零件均采用采用非标准件。辅助支撑的结构如图3.1。 1支撑；2衬套；3挡块；4弹簧；5螺塞图3.1辅助支撑装置锁止机构：锁止机构是本套铣床夹具的特殊元件，其作用是使翻版机构位置固定，以保证加工精度，考虑到本套夹具要经常的反转，所以本套夹具的锁止机构采用手拉式定位器。定位销与导套之间的配合采用间隙配合，衬套与定位销的配合采用过盈配合。锁止机构的结构简图如图3. 2示。1衬套；2定位销；3导套；4螺钉；5弹簧；6定位销；5把手 图3.2锁止机构3.2.3夹紧力的确定计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在铣削加工过程中切削力主要考虑圆周切削力。为保证夹紧可靠，应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所需要的夹紧力。圆周力的计算式为查切削用量简明手册表3.28得,该公式在铣削铝合金时，圆周力乘系数0.25，夹紧力在此基础上乘安全系数k，查机床夹具设计手册表1-2-1得k=2.691，因此实际夹紧力f=4752.691=1278.225n 用扳手的六角螺母的夹紧力：m=12mm, p=1.75mm，l=140mm,作用力：f=70n，夹紧力：w=5380n，远大于理论计算夹紧力，所以夹紧机构合理。3.2.4定位误差分析对于进气歧管距底面的距离107.80.04的要求，以底面及其上的孔为定位基准，虽属“基准重合”，无基准不重合误差，但由于定位面与定位间存在间隙，故存在基准位移误差，其值为：dw=d+d+min=0.005+0.008+0=0.013mmdw剖分面的定位误差d工件的公差d定位销的直径公差min孔和销的最小保证间隙3.2.5 绘制夹具体当上述各种元件的结构和布置确定之后，也就基本上决定了夹具体和夹具整体结构的型式。绘图时先用双点划线（细线）绘出工件，然后在各个定位面绘制出定位元件和夹紧机构，就形成了夹具体。并按要求标注夹具有关的尺寸、公差和技术要求3.3钻削顶孔的夹具设计3.3.1 问题的提出及定位方案的确定本夹具用来加工进气歧管顶部的孔，我们要满足一些基本要求：应有足够的强度和刚度，结构简单具有良好的工艺性，尺寸稳定和便于排屑等。本套夹具是在铣削夹具的基础上做的改进，因此定位方案不变，仍采用一面两销式定位，其中两销一个为圆柱销，另一个为菱形销，这样选择是为了避免过定位的发生。3.3.2 夹具体的组成钻床夹具的主要由钻套、底板、螺旋夹紧机构、衬套、辅助支撑等组成。 本套夹具为了节约成本，所以选用可换钻套，钻完小孔后，可将螺钉旋出取下钻套换上大一点的钻套。零件如图3.31螺钉；2钻套；3衬套；图3.3.锁止机构3.3.3夹紧力的确定计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在铣削加工过程中切削力主要考虑轴向力。为保证夹紧可靠，应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所需要的夹紧力。圆周力的计算式为查机械加工工艺师手册表28-6得,夹紧力在此基础上乘安全系数k，查机床夹具设计手册表1-2-1得k=2.215，因此实际夹紧力f=1235.322.215=2736.23n用扳手的六角螺母的夹紧力：m=12mm, p=1.75mm，l=140mm,作用力：f=70n，夹紧力：w=5380n，远大于理论计算夹紧力，所以夹紧机构合理。3.3.4定位误差分析由于本套夹具是在铣削夹具的基础上做的改进，定位关系没有改变，属于“基准重合”，无基准不重合误差，但由于定位面与定位间存在间隙，故存在基准位移误差，其值为：dw=d+d+min=0.005+0.08+0=0.013mmdw定位误差d工件的公差d定位销的直径公差min孔和销的最小保证间隙3.3.5 绘制夹具体当上述各种元件的结构和布置确定之后，也就基本上决定了夹具体和夹具整体结构的型式。绘图时先用双点划线（细线）绘出工件，然后在各个定位面绘制出定位元件和夹紧机构，就形成了夹具体。并按要求标注夹具有关的尺寸、公差和技术要求。3.4 本章小结本章介绍了机床夹具及其设计理论，计算了相关夹具的夹紧力，对定位误差作了简要的分析。第4章 三维proe进气歧管及夹具体设计4.1 proe的特点及优势pro/e是美国ptc公司旗下的产品pro/engineer软件的简称。pro/e（pro/engineer操作软件）是美国参数技术公司（parametric technology corporation，简称ptc）的重要产品。是一款集cad/cam/cae功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械cad/cae/cam领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的cad/cam软件之一。经过20多年不断的创新和完善，pore现在已经是三维建模软件领域的领头羊之一，它具有如下特点和优势： 参数化设计和特征功能 pro/engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 单一数据库 pro/engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的cad/cam系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。 例如，一旦工程详图有改变，nc工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 全相关性：pro/engineer的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 基于特征的参数化造型：pro/engineer使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了pro/engineer独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 装配管理：pro/engineer的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。4.2 进气歧管三维建模进气歧管建模是发动机各零件建模中，难度仅次于壳体的一类零件，几乎用到proe全部的功能，因此此次建模的难度不言而喻 。进气歧管结构复杂，其中空间曲面及各处拐点是建模中难度最大的，由于本次采用的零件图是工厂初稿，出于对产品保密的需要，其中有很多关键的尺寸没有反应到零件图中，以致各处曲面及管路的交界面无法确定，这就为本次建模增加了难度。为此，此次建模要建立多重基面，因此建模要分层进行，我将此次建模分为三个过程。首先，建立与发动机相接触的部分的三维模型，因为该部分是零件的设计基准，所以它的建模很重要。其次，是进气歧管上部的复杂型腔，该部分由复杂的空间曲面组成，在建模过程中难度一般。最后，建立四个管路的空间模型，该部分虽然看似简单，但实为进气歧管建模中难度最大的一部分，由于进气歧管为控件多义管，在空间上由不同方向的管路相交而成，所以就