机械毕业设计（论文）-十字头零件车Φ85外圆和挖Φ24槽专用车床夹具设计及运动仿真【全套图纸UG三维】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目：基于基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运的车床夹具虚拟设计及运 动动 仿真仿真 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） II 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 基于 UG 的 车床夹具虚拟设计及运动仿真 是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别 加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包 含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 97 学 号： 0923801 II 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 课题来源于生产实际。 现代生产制造中，机床夹具是一种不可或缺的工艺设备，它直接 影响着零件的加工精度、生产率和产品的制造成本等，所以机床夹具 设计是一项重要的技术工作，在机械制造以及生产技术中占有极其 重要的地位。 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，特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔 性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，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。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 根据提供的毕业设计资料理解设计要求，查阅相关中外资料。 确定车床组合夹具结构及定位、夹紧方案。 对车床组合夹具进行三维建模，生成工程图，完成爆炸图及装夹工 II 件的动作演示。 完成车床组合夹具加工工序和工艺方案及绘制工序图。 阅读和翻译英文文献。 撰写毕业设计论文。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 97 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 根据任务书的要求，本次任务主要是针对十字头零件的加工设计两套专用的车床夹 具，完成相应的加工要求。主要内容包括：加工零件的分析、分析其结构、各部分相关 尺寸、加工工艺过程及工序、零件图的绘制、加工各面、孔等内容。具体任务是针对车 85 外圆和挖 24 槽设计两套专用车床夹具，确定其定位、夹紧方案和误差、切削力的 计算。在此之前，首先要拟定一套高效的加工方案，进行工序及工步的确定，进而根据 所选定的方案完善相应的计算和加工工艺卡片，再由所需要求，设计出夹具的尺寸，根 据查找的资料，实现理论的设计。在得到理论设计的尺寸和方案之后，利用 UG 进行三维 建模，并对所画的各部件做装配、爆炸及运动仿真等工作，最后，将所有零部件及装配 图生产工程图。通过 UG 的虚拟设计，来说明各部分零件之间的结构和装配关系，同时为 了清楚的表示出组装夹具的内部联系，还需要绘制出相应的剖视图，以加深对设计内容 的理解和直观感觉。在最后的运动仿真，分析可得到所设计的夹具符合零件要求。 关键词：关键词：车床夹具；UG；虚拟设计；运动仿真 IV Abstract According to the requirements of specifications, the main task is to design two special lathe fixtures for machining crosshead part, to complete the corresponding processing requirements. The important tasks are analysis of processing parts, analysis of its structure and the partial correlation dimension, process technology and process, drawing of spare parts, machining of the part of spaces and holes, and so on. The particular tasks are to design two special lathe fixtures for turning the circle of 85 and 24, to make sure the scheme of positioning and clamping, and to calculate the error and cutting force. First of all is to achieve high speed and efficient processing scheme, to determine the working procedure and step, then according to the selected scheme to complete the corresponding counting and processing cards, according to the requirements to design the size of fixtures, to realize the theory design. When we obtain the size of the theory design and the scheme, we use UG to create three-dimensional modeling and assemble all parts and explode all parts and motion simulation, and so on. All parts and assembly draws production engineering drawings. We illustrate the structure and assembly relation between the parts by the virtual design of UG. At the same time, we use it to clear out the internal relations of assembly fixture and need to draw the sectional view of the corresponding to readers, which give the most intuitive feel for readers at a glance. After the motion simulation, the fixtures which I design can meet requirements of parts. Key words: turning machine fixture; UG; virtual design; motion simulation V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 目 录 V 1 绪论1 1.1 本课题研究的目的和意义.1 1.2 国内外研究现状，发展动态.1 1.3 本课题的主要内容.2 2 零件的分析及工艺规程设计.4 2.1 零件的功用.4 2.2 零件的工艺分析.4 2.3 确定毛坯的制造形式.5 2.4 基面的选择.5 2.5 制定工艺路线.5 2.6 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.5 2.7 确定切削用量及基本工时.6 3 夹具设计.15 3.1 车 85 外圆的夹具设计15 3.1.1 问题的提出15 3.1.2 定位方式和定位基准的选择15 3.1.3 切削力及夹紧力计算15 3.1.4 定位误差分析16 3.1.5 夹具设计及操作简要说明16 3.2 挖 24 槽的夹具设计18 3.2.1 问题的提出18 3.2.2 定位方式和定位基准的选择18 3.2.3 切削力及夹紧力计算18 3.2.4 定位误差分析19 3.2.5 夹具设计及操作简要说明19 4 运动仿真.25 4.1 UG 的简介.25 4.2 运动仿真.26 4.2.1 专用车床夹具 1 的运动仿真27 4.2.2 专用车床夹具 2 的运动仿真30 5 结论与展望.32 5.1 结论.32 5.2 不足之处及展望.32 致 谢.33 VI 参考文献.34 附 录.35 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 1 1 绪论绪论 1.1 本课题研究的目的和意义本课题研究的目的和意义 在现代生产制造中，机床夹具是一种不可或缺的工艺设备，它直接影响着零件的加 工精度、生产率和产品的制造成本等，所以机床夹具设计是一项重要的技术工作，它是 各机械制造企业新产品投产、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作， 也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识，在机械制造以及生产技 术中占有极其重要的地位1。 有些零件可以在相应的机床上做粗、精加工，但是在生产中发现，车床可以加工的 不仅仅是盘类、轴类零件等对称的零件，它还可以加工一些有特殊要求的孔槽，根据实 际需要，利用现有资源，设计组合夹具，减少机床时间，提高经济效益。 1.2 国内外研究现状，发展动态国内外研究现状，发展动态 夹具最早出现在 1787 年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结 合。在工业发展初期，机械制造的精度较低，夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助 工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全， 逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及 社会生产力的迅速提高，夹具与机床有了紧密结合。 在我国，组合机床发展已有 28 年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也 已深入到很多行业，是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和 高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度 较高的制造技术和成套工艺装备。 国内传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机电、 气压和液压控制运行的，生产的零件批量比较大，大多是：大中型箱体类和轴类零件， 随着机械工业的迅速发展，现在用它来加工连杆和板件也不少，主要是完成哪些加工呢？ 在加工孔方面：钻、扩、铰,都是可以的，同时镗孔以及加工螺纹也比较方便，我们还可 以用它来车端面和凸台，在孔内镗各种形状的槽，以及铣削平面和成形面等。综以上所 说，组合机床功能广泛，所以被广泛用于机械、轻工等方面。组合机床种类比较多，像 单面的、双面的、三面的、卧式的、立式的等。随着人们对机械行业的不断研究探索， 柔性组合机床得到大家的喜爱，它的主轴箱是多位的、可换的，上面的编码也是随着夹 具和刀具的变动自行更改，这大大提高了生产效率。随着人们生活水平提高，需求也越 来越广泛，技术也越来越好，最近几年，组合机床加工中心，机床上面的辅佐机械比如： 清洗机、装配机、输送线等在这个行业中被使用的很多。 组合机床和自动线的技术是比较综合的，它是根据用户特殊要求设计的，设计的过 程中要注意以下问题：加工工艺的选择，刀具的计算，测量，控制，诊断问题及监控， 清洗装配的设计，装配和试漏技术等。我国重工业发展较慢，起点较低，技术要求高的 机床很多都是从国外购买的，这其实变相的提高了我们的生产成本。所以我们自己要不 断研究发现，研制新产品，争取将我们的机床更多的“柔性”化，满足用户的需求。 我们可以从第 21 届日本国际博览会上看出，来自世界各地 10 多个国家和地区的 无锡太湖学院学士学位论文 2 500 多家机床制造商和团体展示的先进机床中，复合、多功能、多轴化的控制设备以及超 高速和精度较高的装备非常受到大家的欢迎。想要提高机床的速度，关键在于提高主轴 转速和进给速度，这次的博览会展示的加工中心，其主轴转速可以达到 1000020000r/min;最高的进给速度，可以达到 2060m/min;复合、多功能、多轴化控制 装配可以提高零件的一体化程度，加工形状的种类也得到提高。多功能于一身大大提高 了生产的效率，减少了搬运移动的成本，促进了大生产的发展。更为重要的信息化的应 用和推广使得现代机床的自动化程度飞快提高，工人们可以通过电脑或者手机对机床的 程序进行远程控制和修改，对正在加工的零件的动态了解的很清楚，可以及时有效地更 改加工程序，并且对所有的运算直接电脑进行，相当的方便。同时通过网络对远程设备 进行维修和检查，在发现问题之后，在网上交流问题，在线解决并很快的提供售后服务2。 组合夹具的工艺装备是标准化的、系列化的，通用程度比较高的，它是由一套预先 制好的各种形状不同、规格不同、尺寸不同，具有完全互换性的标准元件组装而成的夹 具。它的结构形式可以根据零件的加工要求进行更改，也就是因为它的通用性强、可重 复利用率较高的特点，可以满足各种零件的加工需求。使用完毕之后，我们可以对其拆 卸、清洗，元部件又可以组合成新的组合夹具，这样免去了高成本的专用夹具的储备， 同时也节约了制造零件的工时，降低了生产成本，具有较好的经济效益。所以在现代多 品种的制造行业中，组合夹具的应用特别广泛。 据专家分析表明，现在的中、小批多品种生产的工件种类占总数的 85%左右，现代 人们的需求要求制造产品经常更新换代。但是，很多大企业已经习惯于大量的传统专用 夹具，一般具有中等生产能力的企业。大概有数千甚至万套的专用夹具，种类之繁多， 在生产和加工中造成很多的不便；还有一种情况是，在多产品生产的企业中，每隔几年 就要更新一大半的夹具，而这些被淘汰的夹具磨损量很小，完全可以继续使用，就被这 样浪费了，这是一个资源的重大浪费。所以，近年来，包括数控加工中心，成组技术， 柔性制造系统等加工技术的应用对机床夹具提出了以下几个要求： （1）能够比较效率地装备新产品的投产，以缩短生产准备的时间，有效地降低生产 成本； （2）能装夹一套具有相似特性的工件； （3）能适用于较高精密加工的高精度机床夹具； （4）能适用于现代化制造多元化的新型机床夹具； （5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，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度3。 1.3 本课题的主要内容本课题的主要内容 （1）了解国内外研究现状和发展动态； （2）对零件进行分析和确定加工工艺规程； （3）对车 85 外圆进行夹具的定位选择、切削力、夹紧力的计算和并用 UG 进行三 维建模及装配，爆炸； 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 3 （4）对挖 24 槽进行夹具的定位选择、切削力、夹紧力的计算和并用 UG 进行三维 建模并生成工程图及装配，爆炸； （5）对车 85 外圆和挖 24 槽的专用夹具，用 UG 进行运动仿真； （6）对所做的设计进行总结，并讨论其不足之处和对未来的展望。 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 零件的分析零件的分析及工艺规程设计及工艺规程设计 2.1 零件的功用零件的功用 十字头零件是机械中常见的一种零件，它的应用广泛。虽由于它们功用的不同，该 类零件的结构和尺寸存在着一定的差异，但结构上仍有共同特点：零件的主要表面为精 度要求较高的孔，零件由内孔、外圆、端面等构成。其中，中心孔是连接液压缸的活塞 轴，上下两孔是穿导向轴。 2.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 由零件图 2.1 可知，该零件形状较为复杂、外形尺寸不大，可以采用铸造毛坯。由于 该零件的两个 20 孔要求较高，它的表面质量直接影响工作状态，所以对其尺寸要求较 高，一般为 IT5-IT7，粗糙度为，加工时两 20 孔的同轴度应该控制在 0.01mm，8 . 0 a R 所以要由粗加工半精加工精加工来达到要求。85 外圆的尺寸它直接影响孔在空间 的位置，加工时可以将其加工精度降低，通过装配来提高精度。而 65 与 55 的内孔要 求低，可以通过粗加工得到。零件图如图 2.1 所示。 图 2.1 零件图 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 5 2.3 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 考虑到十字头工作时的作用，要求材料要有很高的强度，并且该零件结构较为复杂， 故选用铸造毛坯材料为 HT200，硬度 190210HB，生产类型为大批量。 2.4 基面的选择基面的选择 精基准的选择：根据精基准选择原则，选择十字头底面与 85 外圆作定位基准，因 为 85 外圆柱面 ，及底面是装配结合面，且十字头底面又是空间位置的设计基准，故选 择十字头底面与外圆作定位基准，符合基准重合原则且装夹误差小。 粗基准的选择：根据粗基准选择原则，以十字头上端面和十字头支撑外圆定位加工 出精基准,并且粗基准只能使用一次。 2.5 制定工艺路线制定工艺路线 零件的全部加工表面应安排在一个合理的加工顺序中加工，机械加工工序安排原则 为基面先行，先面后孔，先主后次，先粗后精。这样可以用加工好的平面定位再来加工 孔，因为孔的精度要求较高，加工难度大，先加工好平面，再以平面为精基准加工孔， 这样即能为孔的加工提供稳定可靠的精基准，同时可以使孔的加工余量较为均匀。 加工阶段分为：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段。 加工工艺路线如表 2-1 所示： 表 2-1 加工工艺路线 工序号工序内容 工序 1铸造、清理 工序 2热处理：时效 工序 3粗车 85 外圆 工序 4粗铣上顶面 工序 5粗,精铣底平面 工序 6钻、攻 4M6 螺纹孔 工序 7扩 20 孔 工序 8铣十字头 工序 9粗镗 65 内孔 工序 10粗镗、精镗 2-20 内孔 工序 11挖 2-24 环槽 工序 12精车 85 外圆 工序 13去毛刺 工序 14终检 2.6 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据金属加工工艺及工装设计表 1-10 查得毛坯加工余量为 2，毛坯尺寸偏差查 得为1.4。零件毛坯图如图 2.2 所示。 无锡太湖学院学士学位论文 6 图 2.2 零件毛坯图 2.7 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 切削用量是指切削速度、进给量(或进给速度)和背吃刀量(切削深度)，三者 c vf f v p a 又称为切削用量三要素。 基本工时是机动时间和辅助时间的和。其中，机动时间为切削工件的时间，T b T a T 而辅助工时是为保证基本工艺过程的实现，必须进行的各种辅助性操作所消耗的时间， 如机械加工工序中装卸工件、进退刀、测量、自检、转换刀架、开停车等。 工序 1：铸造、清理 工序 2：热处理：时效 工序 3：粗车 85 外圆 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 CA6140，刀具为 90硬质合金车刀。 (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-58 确定进给量，rmmf/5 . 0mmap2 ，则理论转速smvc/167 . 1 (2.1)min/345.262/372 . 4 8514 . 3 167 . 1 10001000 rsr d v n 根据金属加工工艺及工装设计表 4-43 查得 CA6140 车床的标准转速 ，所以实际切削速度min/320rns 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 7 (2.2)smm dn vc/42 . 1 min/ 4 . 85 1000 3208514 . 3 1000 (2) 基本工时T 被切削层长度由毛坯可知为，刀具切入长度取，刀具切出长度取mml89mml5 1 ，走刀次数 1 次，则机动时间mml3 2 (2.3)min61 . 0 5 . 0320 8935 21 nf lll Tb 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min26 . 1 a T 工序 4：粗铣上顶面 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 X62W，机床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-76 选取刀具为硬质合金端铣刀，材料 YG8， ，齿数，查金属加工工艺及工装设计表 4-75 得mmD634zrmmf/2 . 0 。齿/2 . 0 mmfz 根据金属加工工艺及工装设计表 4-79 查得， ，由式mmap5 . 3min/90mvc (2.1)可得理论转速 min/ 2 . 337 8514 . 3 9010001000 r d v n 按机床标准选取，所以由式(2.2)可得实际切削速度min/375rn min/08.100 1000 3758514 . 3 1000 m dn vc 工作台每分钟进给量 (2.4)37542 . 0znff zm min/300mm (2) 基本工时T 被切削层长度由毛坯可知为，刀具切入长度取，刀具切出长度取mml85mml5 1 ，走刀次数 1 次，由式(2.3)可得机动时间mml3 2 min31 . 0 300 8535 21 m b f lll T 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min26 . 2 a T 工序 5：粗,精铣底平面 （一）粗铣底平面 无锡太湖学院学士学位论文 8 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 X62W，机床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-76 选取刀具为硬质合金端铣刀，材料 YG8， ，齿数，查金属加工工艺及工装设计表 4-75 得mmD634zrmmf/2 . 0 。齿/2 . 0 mmfz 根据金属加工工艺及工装设计表 4-79 查得， ，由式mmap5 . 2min/90mvc (2.1)可得理论转速 min/ 2 . 337 8514 . 3 9010001000 r d v n 按机床标准选取，所以由式(2.2)可得实际切削速度min/375rn min/08.100 1000 3758514 . 3 1000 m dn vc 由式(2.4)可得工作台每分钟进给量 37542 . 0znff zm min/300mm (2) 基本工时T 被切削层长度由毛坯可知为，刀具切入长度取，刀具切出长度取mml85mml5 1 ，走刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间mml3 2 min31 . 0 300 8535 21 m b f lll T 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min26 . 2 a T （二）精铣底平面 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 X62W，机床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-76 选取刀具为硬质合金端铣刀，材料 YG8， ，齿数，查金属加工工艺及工装设计表 4-75 得mmD634zrmmf/15 . 0 。齿/2 . 0 mmfz 根据金属加工工艺及工装设计表 4-79 查得， ，由式mmap1min/105mvc (2.1)可得理论转速 min/ 4 . 393 8514 . 3 10510001000 r d v n 按机床标准选取，所以由式(2.2)可得实际切削速度min/475rn 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 9 min/78.126 1000 4758514 . 3 1000 m dn vc 由式(2.4)可得工作台每分钟进给量 47542 . 0znff zm min/380mm (2) 基本工时T 被切削层长度由毛坯可知为，刀具切入长度取，刀具切出长度取mml85mml5 1 ，走刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间mml3 2 min24 . 0 380 8535 21 m b f lll T 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min26 . 2 a T 工序 6：钻、攻 4M6 螺纹孔 工步一：钻孔至 5 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 Z3040,刀具为硬质合金 YG8 直径为 5 钻头。 (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-65 查得进给量，表 4-66 查得rmmf/25 . 0 ，由式(2.1)可得理论转速min/21/35 . 0 msmvc min/58.1337 514. 3 2110001000 r d v n 根据金属加工工艺及工装设计表 4-41 查得 Z3040 钻床的标准转速，min/1250rn 所以由式(2.2)可得实际切削速度 min/625.19 1000 1250514 . 3 1000 m dn vc (2) 基本工时T 被切削层长度为，刀具切入长度取，刀具切出长度取，走mml15mml5 1 mml3 2 刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间 min0736 . 0 25 . 0 1250 1535 21 nf lll Tb 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min55 . 1 a T 工步二：攻 M6 螺纹孔 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 Z3040,刀具为硬质合金 YG8，M6 丝锥。 (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-65 查得进给量，表 4-66 查得rmmf/25 . 0 无锡太湖学院学士学位论文 10 ，由式(2.1)可得理论转速min/21/35 . 0 msmvc min/58.1337 514 . 3 2110001000 r d v n 根据金属加工工艺及工装设计表 4-41 查得 Z3040 钻床的标准转速，min/1250rn 所以由式(2.2)可得实际切削速度 min/625.19 1000 1250514 . 3 1000 m dn vc (2) 基本工时T 被切削层长度为，刀具切入长度取，刀具切出长度取，mml10mml5 1 mml3 2 走刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间 min0576 . 0 25 . 0 1250 1035 21 nf lll Tb 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min55 . 1 a T 工序 7：扩 20 孔 利用钻头将 16mm 孔扩大至 20mm 孔. (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-67 查得,，rmmf/9 . 0mmap1 ，由式(2.1)可得理论转速min/20mvc min/47.318 2014 . 3 2010001000 r d v n 根据金属加工工艺及工装设计表 4-41 查得 Z3040 钻床的标准转速，min/320rn 所以由式(2.2)可得实际切削速度 1000 3202014 . 3 1000 dn vc min/096.20m (2) 基本工时T 被切削层长度为，刀具切入长度取，刀具切出长度取，mml85mml5 1 mml3 2 走刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间 min097 . 0 9 . 0320 2035 21 nf lll Tb 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min3 . 1 a T 工序 8：铣十字头 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 X62W，机床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 11 根据金属加工工艺及工装设计表 4-76 选取刀具为硬质合金立铣刀，材料 YG8， ，齿数，查金属加工工艺及工装设计表 4-78 得mmD254zrmmf/2 . 0 。齿/12 . 0 mmfz 根据金属加工工艺及工装设计表 4-79 查得， ，由式mmap2min/90mvc (2.1)可得理论转速 min/49.1146 2514 . 3 9010001000 r d v n 按机床标准选取，所以由式(2.2)可得实际切削速度min/1180rn min/63.92 1000 11802514 . 3 1000 m dn vc 由式(2.4)可得工作台每分钟进给量 min/944118042 . 0mmznff zm (2) 基本工时T 被切削层长度为，刀具切入长度取，刀具切出长度取，mml70mml5 1 mml3 2 走刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间 min066 . 0 1180 7035 21 m b f lll T 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min27 . 2 a T 工序 9：粗镗 65 内孔 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 T618。 (1) 切削用量： 根据金属加工工艺及工装设计表 4-71 选取刀具为硬质合金圆形镗刀，镗杆长度 700， ，表 4-72，由式(2.1)可得理论转速mmrmmf/5 . 0mmap5 . 2min/60mvc min/97.293 6514 . 3 6010001000 r d v n 按机床标准选取，所以由式(2.2)可得实际切削速度min/320rn min/312.65 1000 3206514 . 3 1000 m dn vc (2) 基本工时T 被切削层长度为，刀具切入长度取，刀具切出长度取，mml65mml5 1 mml3 2 走刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间 min456 . 0 5 . 0320 6535 21 nf lll Tb 无锡太湖学院学士学位论文 12 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min55 . 1 a T 工序 10：粗镗、半精镗、精镗 2-20 内孔 （一）粗镗 20 内孔 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 T618。 (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-71 选取刀具为硬质合金圆形镗刀，镗杆长度 400， ，表 4-72，由式(2.1)可得理论转速mmrmmf/5 . 0mmap2min/60mvc min/414.955 2014 . 3 6010001000 r d v n 按机床标准选取，所以由式(2.2)可得实际切削速度min/950rn min/66.59 1000 9502014 . 3 1000 m dn vc (2) 基本工时T 被切削层长度为，刀具切入长度取，刀具切出长度取，mml20mml5 1 mml3 2 走刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间 min0589 . 0 5 . 0950 2035 21 nf lll Tb 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min34 . 1 a T （二）精镗 20 内孔 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 T618。 (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-73 选取刀具为硬质合金圆形镗刀，镗杆长度 400， ，由式(2.1)可得理论转速mmrmmf/05 . 0 mmap15 . 0 min/120mvc min/82.1910 2014 . 3 12010001000 r d v n 按机床标准选取，所以由式(2.2)可得实际切削速度min/1200rn min/36.75 1000 12002014 . 3 1000 m dn vc (2) 基本工时T 被切削层长度为，刀具切入长度取，刀具切出长度取，mml20mml5 1 mml3 2 走刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间 min0589 . 0 5 . 0950 2035 21 nf lll Tb 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 13 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min34 . 1 a T 工序 11：挖 2-24 环槽 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 CA6140，刀具为 30硬质合金车刀。 (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-58 确定进给量，rmmf/4 . 0mmap2 ，由式(2.1)可得理论转速smvc/1 . 1 min/796.875/596.14 2414 . 3 1 . 110001000 rsr d v n 根据金属加工工艺及工装设计表 4-43 查得 CA6140 车床的标准转速 ，所以由式(2.2)可得实际切削速度min/900rn smr dn vc/13 . 1 min/824.67 1000 9002414 . 3 1000 (2) 基本工时T 被切削层长度由毛坯可知为，刀具切入长度取，刀具切出长度取mml24mml5 1 ，走刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间mml3 2 min88 . 0 4 . 0900 2435 21 nf lll Tb 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间min8 . 0 a T 工序 12：精车 85 外圆 工件材料为 HT200 铸造，机床选用 CA6140，刀具为 90硬质合金车刀。 (1) 切削用量 根据金属加工工艺及工装设计表 4-54 确定进给量，rmmf/2 . 0mmap15 . 0 ，由式(2.1)可得理论转速smvc/7 . 1 min/16.382/37 . 6 8514 . 3 7 . 110001000 rsr d v n 根据金属加工工艺及工装设计表 4-43 查得 CA6140 车床的标准转速 ，所以由式(2.2)可得实际切削速度min/400rn smr dn vc/78 . 1 min/76.106 1000 4008514 . 3 1000 (2) 基本工时T 被切削层长度由毛坯可知为，刀具切入长度取，刀具切出长度取mml85mml5 1 ，走刀次数 1 次，则由式(2.3)可得机动时间mml3 2 无锡太湖学院学士学位论文 14 min516 . 0 2 . 0900 8535 21 nf lll Tb 根据金属加工工艺及工装设计表 4-106，得辅助时间。min26 . 1 a T 工序 13：去毛刺 工序 14：终检 以上的工艺卡片及工序卡详见附录。 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 15 3 夹具设计夹具设计 3.1 车车 85 外圆的夹具设计外圆的夹具设计 3.1.1 问题的提出问题的提出 夹具的种类很多，有通用夹具，专用夹具和组合夹具等，本夹具是用来车削粗车和 精车轴的外圆，由于本零件比较特殊，为了使定位误差为零 ，我们设计基准为轴顶尖位 置，作为主要的基准，在刀具方面我们选用硬质合金 90车刀进行加工。 3.1.2 定位方式和定位基准的选择定位方式和定位基准的选择 工件上的加工为车削轴的外圆，故应按完全定位设计夹具，限制 6 个自由度，并力 求遵守基准重合原则，以减少定位误差对加工精度的影响，所以根据轴本身的加工特点 来选择定位的方式，选择用主轴圆柱轴定位，用尾座顶尖两边夹紧，来实现定位加工。 3.1.3 切削力及夹紧力计算切削力及夹紧力计算 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在车削加工过程中 切削力为圆周切削分力，因此，在计算夹紧力时可以不计算径向切削分力和轴向切削分 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， 即 (3.1) WWK KFF 式中为实际所需夹紧力（N）： WK F 为理论夹紧力（N）： W F 为安全系数。K (3.2) f f F f F f F F F Z c YX pFW KvfaCF 根据金属加工工艺及工装设计表 5-61 可知，为 46； f F C 为 1.0； f F X 为 0.4； f F Y 为 0； f F Z 为修正系数 1.5。 f F K 又从上节可知，所以由公式(3.2)得，理论rmmf/5 . 0mmap2smvc/167 . 1 夹紧力 NFW584.104 安全系数按下式计算K 无锡太湖学院学士学位论文 16 (3.3) 43210 KKKKKK 根据机床夹具及应用表 4-1 可知式中为基本安全系数 1.5； 0 K 为加工性质系数 1.2； 1 K 为刀具钝化系数 1.15； 2 K 为切削特点系数 1.0； 3 K 为夹紧力稳定系数 1.3。 4 K 所以由公式(3.3)得 691 . 2 K 由公式(3.1)得 NFWK435.281 由于两端是顶尖装夹，左顶尖 1 直接装夹在机床主轴上，右顶尖 2 装夹在机床尾座 上，所以加紧力是满足要求的。夹具总体图如图 3.1 所示。 图 3.1 夹具总体图 3.1.4 定位误差分析定位误差分析 夹具的主要定位元件为两顶尖，不存在定位误差，这种定位方案可行。 3.1.5 夹具设计及操作简要说明夹具设计及操作简要说明 本夹具设计采用双顶尖，它的优点为定心准确，装夹稳定，易于确保同轴度的要求， 所以根据金属加工工艺及工装设计表 4-43 可得主轴孔锥度为莫氏 6 号，外锥大径基 本尺寸 D =63.348mm，而由零件图可知零件顶面的大孔为 65mm，而十字头为，3535 所以顶尖 1 设计为大端为 75 的圆，小端为 35 的圆，来限制零件的 5 个自由度。而机 床尾座孔锥度为莫氏 5 号，外锥大径基本尺寸 D=44.399mm，所以顶尖 2 设计为大端为 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 17 5 小端为 10mm。用 UG 进行三维建模得如图 3.2 顶尖 1 和图 3.3 顶尖 2 所示，而装配 图如图 3.4 所示。 夹紧装置采用移动的顶尖来夹紧，采用装在尾座的顶尖来实现，当加工完后，可以 将尾座向后移动，退后一段距离把工件取出。 图 3.2 顶尖 1 图 3.3 顶尖 2 图 3.4 夹具 1 装配图 无锡太湖学院学士学位论文 18 3.2 挖挖 24 槽的夹具设计槽的夹具设计 3.2.1 问题的提出问题的提出 原工艺可在镗床上进行径向孔内槽的粗、精加工，但是生产中发现，受镗床转速低 及刀具手工刃磨、手工敲刀调整直径的影响，孔内槽尺寸控制困难，加工效率低，同轴 度难以保证，稳定性很差。为此，根据实际需要，利用现有资源，设计了一套组合夹具， 在车床上加工此零件的径向孔内槽。 3.2.2 定位方式和定位基准的选择定位方式和定位基准的选择 工件上的加工为挖 24 槽，故应按完全定位设计夹具，并力求遵守基准重合原则， 以减少定位误差对加工精度的影响，所以根据轴本身的加工特点来选择定位的方式。以 零件的底面为基准面，选择用一个短支承板限制两个自由度，一个限位支承钉限制一个 自由度和一个大平面限制三个自由度来实现定位加工，用 V 型块和夹紧压板来实现夹紧。 3.2.3 切削力及夹紧力计算切削力及夹紧力计算 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在车削加工过程中 切削力为圆周切削分力，因此，在计算夹紧力时可以不计算径向切削分力和轴向切削分 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， 即 根据金属加工工艺及工装设计表 5-61 可知，为 46； f F C 为 1.0； f F X 为 0.4； f F Y 为 0； f F Z 为修正系数 1.0。 f F K 又从上节可知，所以由公式(3.2)得理论夹紧rmmf/4 . 0mmap2smvc/1 . 1 力为 NFW769.63 根据机床夹具及应用表 4-1 可知式中为基本安全系数 1.5； 0 K 为加工性质系数 1.2； 1 K 为刀具钝化系数 1.15； 2 K 为切削特点系数 1.0； 3 K 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 19 为夹紧力稳定系数 1.3。 4 K 所以由公式(3.3)得 691 . 2 K 由公式(3.1)得 NFWK 6 . 171 由于是由夹紧压板夹紧，有六角头螺栓夹紧。 3.2.4 定位误差分析定位误差分析 定位误差包括定位基准及工序基准，当工序基准与定位基准不重合时，产生的是 d 基准不重合误差，即；当定位副制造误差及其配合间隙引起的定位误差为基准位移误 b 差就，即。 j 由设计可知，工序基准与定位基准重合，此时，只有基准位移误差，故0b (3.4)3/063 . 0 2 sin2 T d jd 符合要求。 3.2.5 夹具设计及操作简要说明夹具设计及操作简要说明 本设计为由连接压板将基础立板和基础横板组成弯板形式的夹具体，用于支承零件， 承受零件的重量。