毕业设计（论文）-基于PROE的钻床夹具结构设计及运动仿真.doc

基于 PRO/E 的钻床夹具结构设计及运动仿真 摘 要：本文编制了拨叉、杠杆臂、轴环三个零件的机械加工工艺规程，并设计了 加工拨叉锁销孔，杠杆臂10mm、 13mm 两个相互垂直孔，轴环安装mm8mm10 孔所用的钻床夹具。在夹具设计过程中主要是借助 PRO/E 软件的参数化造型模块完 成了夹具各个零件的三维造型，又运用其装配管理功能把各个零件组装起来，最后 完成夹具整体装配过程的动画仿真制作。三维造型的设计方法相对于传统的二维制 图设计更清晰明了，在模拟装配仿真过程中可以及时发现问题，更有利于夹具结构 的改进。 关键词：关键词：机械工艺规程，夹具，装配，仿真 Based on Pro/E of drilling fixture design and simulation Abstract：This article produced the machining process planning including three componentsthethe fork, the lever arm and the axle collar , and designed the processing to dial the fork to lock the cotter 8mm hole, lever arm 10mm, the 13mm two mutually perpendicular holes, the drill fixture which the axle collar installment 10mm hole used. In the process of fixture design, PRO / E software for parametric modeling module is mainly used to complete the fixture in various parts of the three-dimensional modeling, and then its management capabilities are used to assemble various parts. Finally, the overall assembly process simulation animation production of fixture is completed. Three-dimensional modeling of the design compared to conventional two-dimensional graphic design is more clarity. We can find problems in the simulation assembly simulation process, so that making it more conducive to the improvement of the fixture structure. Key Words:machining process planning,fixture,assemble, simulation I 目目 录录 前 言 .1 1 拨叉零件 .3 11 拨叉的工艺分析 .3 111 拨叉用途 .4 112 拨叉的技术要求 .4 113 审查拨叉的工艺性 .5 114 零件毛坯的确定 .5 12 拟定拨叉工艺路线 .5 121 定位基准的选择 .5 122 表面加工方法的确定 .6 123 加工阶段的划分 .7 124 工序的集中与分散 .7 125 工序顺序的安排 .7 126 确定工艺路线 .8 13 机床夹具设计 .9 131 夹具设计任务 .9 132 确定夹具的结构方案 .9 133 夹具装配图 .11 2 杠杆臂零件 .13 21 杠杆臂的工艺分析 .13 211 零件的作用 .13 212 零件的工艺分析 .14 213 毛坯的确定 .14 214 工艺过程安排 .15 II 215 定位基准的选择 .15 216 杠杆臂加工工艺设计应考虑的问题 .16 217 确定工艺路线 .17 22 机床夹具设计 .17 221 零件夹具设计方案确定 .17 222 夹具的结构 .18 223 夹具三维装配图 .19 3 盘类零件 .20 31 盘类零件的工艺分析 .20 311 盘类零件的作用 .20 312 盘类零件的特点 .20 313 盘类零件工艺性分析 .21 314 盘类零件工艺设计 .21 315 盘类零件工艺过程的确定 .22 32 机床夹具设计 .22 321 夹具设计任务的确定 .22 322 确定夹具的结构方案 .22 323 夹具装配图 .23 4 PRO/E 三维造型及装配 .24 41 三维造型 .24 42 装配 .26 结 论 .32 参考文献 .33 致 谢 .34 太原工业学院毕业设计 1 前前 言言 机械的加工工艺及夹具设计是在完成了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，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。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是 传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提 高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使 用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞 争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的 加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。 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,设计人员一般都 会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处 理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。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。 Pro/ENGINEER 是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系 统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，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，而且可以随意勾画草图，轻易改变模型。而且 太原工业学院毕业设计 2 Pro/ENGINEER 还具有单一数据库功能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。基于 Pro/ENGINEER 的机床夹具结构设计及运动 仿真，就是要结合 Pro/ENGINEER 的两大特征更进一步改进机床夹具的结构设计，这 相对于平面设计软件更能适应现在钻床夹具日益更新的设计与制造要求。 本文以钻床夹具的设计为例，主要运用 Pro/ENGINEER 的零件三维造型模块和装 配仿真模块进行钻床夹具的结构设计，在设计过程中，与传统设计相比，优势和缺 点可以一目了然，有利于机床夹具结构设计的进一步改进，对于机械制造业是具有 实际意义的。 太原工业学院毕业设计 3 1 1 拨叉零件拨叉零件 1 11 1 拨叉的工艺分析拨叉的工艺分析 零件图如图 1.1 所示 图 1.1 拨叉零件图 太原工业学院毕业设计 4 1 11 11 1 拨叉用途拨叉用途 该拨叉应用在某拖拉机变速箱的换挡机构中。拨叉头以孔套在变速叉轴mm30 上，并用销钉经孔与变速叉轴联结，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需mm8 要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉 轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动双联变速齿轮在花键轴上滑动以改变档位，从 而改变拖拉机的行驶速度。 该拨叉在改变换挡位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有 足够的强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。该零件的主要工作表面为拨叉 脚两端面、叉轴孔和锁销孔，在设计工艺规程时应)7(30 021 . 0 0 Hmm )7(8 015 . 0 0 Hmm 重点予以保证。 1 11 12 2 拨叉的技术要求拨叉的技术要求 拨叉的全部技术要求列于表 1.1 中 表 1.1 拨叉零件技术要求 加工表面 尺寸及偏差 mm 公差级精度等级 表面粗糙度 Ra m 形位公差/mm 拨叉头左端面 0 3 . 0 80 IT123.2 拨叉头右端面 0 3 . 0 80 IT1212.5 拨叉脚内表面 R48IT1312.5 拨叉脚两端面026. 020 IT93.2 孔mm30 021. 0 0 30 IT71.6 孔mm8 015 . 0 0 8 IT71.6 操纵槽内侧面 12IT126.3 操纵槽底面 5IT1312.5 太原工业学院毕业设计 5 该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换挡、变速的功能， 其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需 要承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为 4858HRC； 为保证拨叉换挡时受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔的垂直度要求为mm 021 . 0 0 30 0.1mm，其自身的平面度要求为 0.08mm。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，改换档 位准确，拨叉采用锁销定位。锁销孔的尺寸为，且锁销孔的中心线与叉轴mm 015 . 0 0 8 孔中心线的垂直度要求为 0.15mm。 综上所述，该拨叉件的各项技术要求制订的较合理，符合该零件在变速箱中的 功 用。 1 11 13 3 审查拨叉的工艺性审查拨叉的工艺性 分析零件图可知，拨叉头两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向 上 均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触强度； 孔和孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的mm30mm8 加 工精度；另外，该零件除主要工作表面（拨叉脚两端面、变速叉轴孔和mm 021 . 0 0 30 锁 销孔）外，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、mm 015 . 0 0 8 钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也 可 以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零 件 的工艺性较好。 太原工业学院毕业设计 6 1 11 14 4 零件毛坯的确定零件毛坯的确定 由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧度，获 得 纤维组织，毛坯选用锻件。该拨叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属大批生产，为提 高 生产率和锻件精度，宜采用模锻方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为 5。 1 12 2 拟定拨叉工艺路线拟定拨叉工艺路线 1 12 21 1 定位基准的选择定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。 （1） 精基准的选择 根据该拨叉零件的技术要求和装配要求，选择拨叉头左端面和叉轴孔 作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵mm 021 . 0 0 30 循了“基准统一”原则。叉轴孔的轴线是设计基准，选用其作精基准定mm 021. 0 0 30 位加工拨叉脚两端面和锁销孔，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证mm 015 . 0 0 8 了被加工表面的垂直度要求。选用拨叉头左端面作为精基准同样是遵循了“基准重 合”的原则，因为该拨叉在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准；另外，由于 拨叉件刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了避免在机械加工中产生夹紧变形，根 据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点 不能作用在叉杆上。选用拨叉头左端面作精基准，夹紧可作用在拨叉头的右端面上， 夹紧稳定可靠。 （2） 粗基准的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。这里选择变速叉 轴 孔的外圆面和拨叉头右端面作粗基准。采用外圆面定位加工内孔可保mm30mm30 证孔的壁厚均匀；采用拨叉右端面作粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精 基准。 太原工业学院毕业设计 7 1 12 22 2 表面加工方法的确定表面加工方法的确定 根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的 加 工方法，如表 1.2 所示。 表 1.2 拨叉零件各表面加工方案 加工表面尺寸精度等级表面粗糙度 Ra/mm加工方案 拨叉头左端面 IT113.2 粗铣半精铣 拨叉头右端面 IT1312.5 粗铣 拨叉脚内表面 IT1312.5 粗铣 拨叉脚两端面（淬硬） IT93.2 粗铣精铣磨削 孔mm30 IT71.6 粗扩精扩铰 孔mm8 IT71.6 钻粗铰精铰 操纵槽内侧面 IT126.3 粗铣 操纵槽底面 IT1312.5 粗铣 1 12 23 3 加工阶段的划分加工阶段的划分 该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几 阶 段。在粗加工阶段，首先将精基准（拨叉头左端面和叉轴孔）准备好，使后续工序 都 可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉头右端面、 拨 叉脚内表面、拨叉脚两端面的粗铣、操纵槽内侧面和底面。在半精加工阶段，完成 拨 叉脚两端面的精铣加工和销轴孔的钻、铰加工；在精加工阶段，进行拨叉脚两mm8 太原工业学院毕业设计 8 端面的磨削加工。 1 12 24 4 工序的集中与分散工序的集中与分散 这里拨叉选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。其生产类型为大批生产，可 以 采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件 的 装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利 于 保证各加工表面之间的相对位置精度要求。 1 12 25 5 工序顺序的安排工序顺序的安排 （1） 机械加工工序 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准拨叉头左端面和叉轴孔 。mm 021 . 0 0 30 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面拨叉头左端面和叉轴孔 和拨叉脚两端面，后加工次要表面操纵槽底面和内侧面。mm 021 . 0 0 30 遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉头端面，再加工孔；先铣操纵槽，mm30 再钻销轴孔。mm8 （2） 热处理工序 模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为 241285HBS，并进行酸洗、喷丸处理。 喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不 利影响。叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承 受冲击载荷的能力。 （3） 辅助工序 粗加工拨叉脚两端面和热处理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺 和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。 太原工业学院毕业设计 9 综上所述，该拨叉工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及一些余 量的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工热处理主要表面精 加工。 1 12 26 6 确定工艺路线确定工艺路线 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表 1.3 列出了拨叉的工艺路线。 表 1.3 拨叉工艺路线及设备、工装的选用 工序号工序名称机床设备刀具量具 1 粗铣拨叉头两端面立式铣床 X51端铣刀游标卡尺 2 半精铣拨叉头左端面立式铣床 X51端铣刀游标卡尺 3 粗扩、精扩、铰孔30四面组合钻床 麻花钻、扩孔 钻、铰刀 卡尺、塞规 4 校正拨叉脚钳工台手锤 5 粗铣拨叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀游标卡尺 6 铣叉爪口内侧面立式铣床 X51铣刀游标卡尺 7 粗铣操纵槽底面和内侧面立式铣床 X51键槽铣刀 卡规深度游 标卡尺 8 精铣拨叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀游标卡尺 9 钻、粗铰、精铰孔8四面组合机床钻头复合铰刀卡尺、塞规 10 去毛刺钳工台平锉 11 中检 塞规、百分 表、卡尺等 12 热处理拨叉脚两端面局 部淬火、低温回火 淬火机等 13 校正拨叉脚钳工台手锤 14 磨削拨叉脚两端面平面磨床 M7120A砂轮游标卡尺 15 清洗清洗机 16 终检 塞规、百分 表、卡尺等 1 13 3 机床夹具设计机床夹具设计 太原工业学院毕业设计 10 1 13 31 1 夹具设计任务夹具设计任务 本套夹具主要用于加工拨叉锁销孔，其工序图如图 1.2 所示。已知：工件材料 为 45 钢，毛坯为模锻件，所用机床为 Z525 型立式钻床，成批生产规模。 图 1.2 工序图 1 13 32 2 确定夹具的结构方案确定夹具的结构方案 （1）确定定位元件 根据工序简图规定的定位基准，如图 1.3 所示，选用一面双销定位方案，选用 一个长定位销与工件定位孔配合，限制四个自由度，定位销轴肩小环面与工件定位 端面接触，限制一个自由度，另外选一个削边销与工件叉口接触限制一个自由度， 实现工件的正确定位。定位孔与定位销的配合尺寸取为(在夹具上标出定 6f 7 30H 位销配合尺寸)。对于工序尺寸而言，定位基准与工序基准重合，定630 fmm 18 . 0 0 40 位误差（40）=0；对于加工孔的位置度公差要求，基准重合（）=0；加 dw dw 工孔径尺寸由刀具直接保证，（）=0。由上述分析可知，该定位方案合mm8 dw 8 太原工业学院毕业设计 11 理、可行。 图 1.3 定位方案 （2）确定导向装置 本工序要求对被加工孔依次进行钻、扩、铰等 3 个工步的加工，最终达到工序 简 图上规定的加工要求，故选用快换钻套作为刀具的导向原件。 （3）确定夹紧机构 针对成批生产的工艺特征此夹具选用偏心螺旋压板夹紧机构，如图 1.4 所示。 偏心螺旋压板夹紧机构中的各零件均采用标准夹具元件。 太原工业学院毕业设计 12 图 1.4 夹紧方案 1 13 33 3 夹具装配图夹具装配图 由于本设计主要以用 Pro/E 三维造型和装配仿真为主要任务，因此，这里只展示 Pro/E 所绘制的夹具装配图（以截图形式） 。 太原工业学院毕业设计 13 如图 1.5 所示，即为该工序所用钻床夹具装配图。 图 1.5 拨叉装配图 太原工业学院毕业设计 14 2 2 杠杆臂零件杠杆臂零件 2 21 1 杠杆臂的工艺分析杠杆臂的工艺分析 零件图如图 2.1 所示： 图 2.1 杠杆臂零件图 2 21 11 1 零件的作用零件的作用 该零件是一个杠杆臂。它是起用来支撑、固定作用的。要求零件的配合要符合 要求。 太原工业学院毕业设计 15 2 21 12 2 零件的工艺分析零件的工艺分析 分析零件图并结合杠杆臂在实际中的应用，以下是杠杆臂需要加工表以及加工 表 面的位置要求。现分析如下： 主要加工面：小头钻mm 的孔； 10. 0 0 10 大头钻mm 的孔以及与之相交的孔； 28. 0 0 2213 铣杠杆臂底面以及杠杆臂曲柄部分表面。 主要基准面：以mm 外圆为基准的加工表面 28. 0 0 22 这一组加工表面包括：mm 的孔、mm 的孔； 13 10 . 0 0 10 以大头底面为基准的加工表面 这一组加工表面包括：小头的底平面、大头的上表面。 本套夹具中用于加工mm、mm 两个孔相互垂直的孔的是立式钻床。工 10. 0 0 1013 件以mm 孔及其端面、R12mm 圆弧面分别在台阶定位销、支撑钉上定位。加工 28 . 0 0 22 mm 孔时，由于孔表面粗糙度为 Ra=3.2。主要采用钻、扩、铰来保证其尺 10 . 0 0 10m 寸精度。而mm 孔的粗糙度要求较低，可以适当安排一定的加工工序。另外 13 mm 孔也是在立式钻床上加工，采用扩孔、铰孔等工序保证其尺寸精度，加工 28. 0 0 22 过程在工件大端底平面上定位。 本套夹具中用于加工大端上表面和小端底平面以及搭子面的是立式铣床。在加 工大端上表面时以底平面为基准，留一定的加工余量，采用互为基准的方法达到零 件的加工要求。加工时以mm 孔为定位基准。 28. 0 0 22 2 21 13 3 毛坯的确定毛坯的确定 杠杆臂在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，杠杆 臂 材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如 45 钢、55 钢、40Cr、40CrMnB 等。近年来也 有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。随着粉末 冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。因此，采用粉 太原工业学院毕业设计 16 末冶金的办法制造杠杆臂是一个很有发展前途的制造方法。该设计中考虑各种因素 零件拟采用选用 Q255 钢。杠杆臂毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的 工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺 寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造 方法。根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。模锻是利用模具使坯料 变形而获得锻件的锻造方法。模锻与自由锻相比,具有生产率高,锻件外形复杂，尺 寸精度高，表面粗糙度值小，加工余量小等优点，但模锻件质量受设备能力的限制 一般不超过 150kg，锻模制造成本高。模锻适合中小锻件的大批量生产。模锻方法较 多，常用的有锤上模锻。 2 21 14 4 工艺过程安排工艺过程安排 在杠杆臂加工中有两个主要因素影响加工精度： （1）杠杆臂本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形。 （2）杠杆臂是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起 内应力重新分布。 因此，在安排工艺进程时，就要把各主要表面的粗、精加工工序分开，即把粗 加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。这是由于粗加工工序的 切削余量大，因此切削力、夹紧力必然大，加工后容易产生变形。粗、精加工分开 后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加 工中修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正加工后的变 形，就能最后达到零件的技术条件。 各主要表面的工序安排如下： （1）两端面和搭子面：粗铣、精铣、粗磨 （2）小头孔以及与之相垂直的孔：钻孔、扩孔、铰孔 （3）大头孔：扩孔、铰孔 一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。 2 21 15 5 定位基准的选择定位基准的选择 太原工业学院毕业设计 17 在杠杆臂机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和大头 孔 作为主要基面，并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。这是由于：端面的面 积大，定位比较稳定，用大头孔定位可直接控制大、小头孔的中心距。这样就使各 工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。 在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差， 而 加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大 影 响。因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常 有 深远的影响。杠杆臂的加工就是如此，在杠杆臂加工工艺路线中，在精加工主要表 面 开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。 因此，粗铣就是关键工序。在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面 定 位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。 但是由于毛坯面不平整，杠杆臂的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端 面 似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。另一方面是以 杠 杆臂的大头外形定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件 的 端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。 2 21 16 6 杠杆臂加工工艺设计应考虑的问题杠杆臂加工工艺设计应考虑的问题 （1）工序安排 杠杆臂加工工序安排应注意两个影响精度的因素：杠杆臂的刚度比较低，在 太原工业学院毕业设计 18 外力作用下容易变形；杠杆臂是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的 残余内应力。因此在杠杆臂加工工艺中，各主要表面的粗精加工工序一定要分开。 （2）定位基准 精基准：以大端底平面定位，便于保证位置度的要求。 统一精基准：以大端孔定位。因为端面的面积大，定位稳定可靠；用大头 孔定位可直接控制大小头孔的中心距。 （3）夹具的使用 应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。而大头定位销是一次装夹中镗 出， 故须考虑“自为基准”情况，这时大头定位销应做成活动的，当杠杆臂定位装夹后， 再抽出定位销进行加工。 精铣端面时，夹具可考虑重复定位情况，如采用夹具限制 7 个自由度（其中长 圆 柱销限制 4 个，长菱形销限制 2 个） 。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复 定位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取一定措施，一方面长圆柱销 削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。 2 21 17 7 确定工艺路线确定工艺路线 从提高效率和保证精度这两个前提下，拟定具体的工艺过程如表 2.1 所示。 表 2.1 最终工艺过程 工序号工序内容设备、刀具 1下料，模锻件 2粗铣杠杆臂大、小头的两端面立式铣床 X52K、组合夹具 3半精铣杠杆臂大头的底平面立式铣床 X52K、组合夹具 4 加工孔 22。扩毛坯孔 18mm到 21.7mm；铰孔 21.7mm到mm， 28 . 0 0 22 保证粗糙度是 3.2m 立式钻床 Z535、专用夹具 5钻mm、mm两个相互垂直的孔 10. 0 0 1013 立式钻床 Z535，为保证加工的 太原工业学院毕业设计 19 孔的位置度，采用专用夹具。 6粗铣搭子面立式式铣床 X52K 7检验 2 22 2 机床夹具设计机床夹具设计 2 22 21 1 零件夹具设计方案确定零件夹具设计方案确定 根据杠杆臂工序图,22+0.28mm 孔及两头的上下端面均已加工。按既定加工工 艺,本工序在立式钻床上加工10+0.10mm, 13mm 孔,两孔轴线相互垂直,且与 22+00.28mm 孔轴线的距离分别为 780.50mm 及 150.50mm。根据零件图和有关技 术要求可知,该工件加工精度和表面粗糙度要求不高,加工的主要难点是两孔既互相 垂直,且钻10+0.10mm 孔时工件呈悬臂状。分析认为,采用如图 2-2 所示的夹具,既 能有效地解决上述问题,又提高了生产效率。 2 22 22 2 夹具的结构夹具的结构 太原工业学院毕业设计 20 图 2.2 杠杆臂夹具装配图 如图 2.2 所示,该夹具包括夹具体、定位元件、夹紧装置、引导元件和辅助支承 五部分。 (1)夹具体是夹具中的基础元件,它把组成夹具的所有元件和装置连接成为一个有机 的整体。如图 2.2 中夹具体 8。 (2)定位元件用于实现工件上的定位功能,保证工件在夹具中有正确的加工位置。本 夹具以22+0.28mm 孔及其端面,R12mm 圆弧面作为定位基准,通过台肩定位销 7、可 调支承 11 等定位元件,限制工件的全部自由度。 (3)夹紧装置用于实现把工件夹紧在夹具上,以保证工件在加工过程中不产生位移。 主要由开口垫圈 6、螺母 5、15 等组成。 (4)引导元件用于引导钻头到正确位置上钻孔,同时增加钻削时钻头的稳定性,提高加 工精度。引导元件主要由钻套 3、12 等组成。 (5)为了钻10+0.10mm 孔时增强工件的刚度,避免加工时的变形,该夹具还采用了螺 旋辅助支承 2。 太原工业学院毕业设计 21 2 22 23 3 夹具三维装配图夹具三维装配图 如图 2.3，即为该工序所用夹具的三维装配图 图 2.3 杠杆臂夹具三维装配图 3 3 盘类零件盘类零件 3 31 1 盘类零件的工艺分析盘类零件的工艺分析 零件图如图 3.1 所示： 太原工业学院毕业设计 22 图 3.1 盘类零件图 3 31 11 1 盘类零件的作用盘类零件的作用 盘类零件是一种应用非常广泛的零件，机器中的盘套类零件，盘类零件在机器中 主要起支承、连接作用。 3 31 12 2 盘类零件的特点盘类零件的特点 （1）结构特点 盘类零件主要由端面、外圆、内孔等组成，一般零件直径大于零件的轴向尺寸。 （2）技术要求 盘类零件往往对支承用端面有较高平面度及轴向尺寸精度及两端面平行度要求；对 转接作用中的内孔等有与平面的垂直度要求，外圆、内孔间的同轴度要求等。 3 31 13 3 盘类零件工艺性分析盘类零件工艺性分析 太原工业学院毕业设计 23 （1）零件材料：45 钢。切削加工性良好。 （2）零件组成表面：两端面，外圆面，中间孔及短键槽，安装孔，倒角等。 （3）零件结构分析：两端面起支承作用，光度要求高，轴向尺寸在安装后通过配磨 保证两件等高，键槽的两侧面对称度要求较高，以及圆柱面空的精度和粗糙度相对 较高。轴向尺寸小，为典型的盘类零件。 （4）主要技术条件：对 12Js9 对称度按 B 级。710H 3 31 14 4 盘类零件工艺设计盘类零件工艺设计 （1）毛坯选择 按零件形状及要求，可选棒料。 （2）基准及安装方案 分析该零件的主要基准无疑为两端面，安装孔及短键槽等表面加工均为端面作 定位基准，侧表面位置，孔的中心考虑精度要求不高，且该零件为单件生产，采用 划线确定；两平面的平行度则采用互为基准的方法保证。 （3）零件表面加工方法 由于端面粗糙度要求不高，其终加工方法选择半精车。为确保零件安装平整， 安装孔应与端面垂直，在加工安装孔，铣键槽前先粗磨好平面，孔及槽等表面加工 后再精磨平面。侧面采用铣削，安装孔采用钻削，中间孔可采用车削。 （4）零件机加工艺路线 拟定该零件的工艺过程，应先将内孔、外圆、两个端面加工到图纸要求，再加 工键槽和安装孔，同时考虑热处理要求。 （5）设备、工装选择 该零件加工所选设备有卧式车床、铣床、立式铣床、钻床、等。零件安装用夹 具选择主要有三爪卡盘、虎钳、磁力吸盘等。刀具选择时注意定尺寸刀具的尺寸对 应。量具选用游标卡尺。 3 31 15 5 盘类零件工艺过程的确定盘类零件工艺过程的确定 综上所述，该零件的工艺过程具体见表 3.1。 太原工业学院毕业设计 24 表 3.1 盘类零件的加工工艺 工序号工种工序内容设备、刀具 1下料 2车 三爪自定心卡盘夹一端，粗车另一端面见平，粗车外圆 至，保证总长 25108 车床、车刀 3车粗车内孔至70车床、车刀 4热调质处理 HB220240 5车半精车外圆至106车床、车刀 6车精车内孔至 03 . 0 0 768 H车床、车刀 7钻钻、铰安装孔 015. 0 0 710 H 钻床、麻花 钻 8铣铣键槽 12Js90.0215铣床、铣刀 9检检验 3 32 2 机床夹具设计机床夹具设计 3 32 21 1 夹具设计任务的确定夹具设计任务的确定 本文拟设计工序 7 中加工安装孔所用的钻床夹具。零件材料为 45 钢， 015 . 0 0 710 H 成批生产，选用钻床 Z525。 3 32 22 2 确定夹具的结构方案确定夹具的结构方案 （1） 确定定位原件 根据工序简图规定的定位基准，采用一面两孔定位方案。这里为了使夹具结构 简单采取夹具体与定位元件相重合的办法，即用夹具体的一个面和凸台限制四个自 由度，另外用一柱头螺钉限制一个自由度，实现工件的正确定位。 太原工业学院毕业设计 25 （2） 确定导向装置 本工序要求对被加工孔依次进行钻、扩、铰等 3 个工步的加工，最终达到工序简 图上规定的加工要求，故选用快换钻套作为刀具的导向元件。 （3） 确定夹紧机构 针对成批生产的工艺特征，此夹具选用螺旋压板夹紧机构。 3 32 23 3 夹具装配图夹具装配图 该工序的 Pro/E 三维图如图 3.2 所示。 图 3.2 盘类零件夹具装配图 太原工业学院毕业设计 26 4 4 Pro/EPro/E 三维造型三维造型及装配及装配 4 41 1 三维造型三维造型 Pro/ENGINEER 基于特征的参数化造型 ，就是使用 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。下面是以本设计中一些夹具元件的三维视图。 （1）定位元件 由于定位元件种类较多，以下是三个零件夹具设计中所用到的部分零件。 图 4.1 长定位销 图 4.2 削边销 太原工业学院毕业设计 27 图 4.3 长定位销 图 4.4 螺旋辅助支撑 （2）导向元件 下图是几种导向元件。 图 4.5 衬套 图 4.6 快换钻套 太原工业学院毕业设计 28 图 4.7 钻套用螺钉 图 4.8 固定钻套 （3）夹紧元件 常用的夹紧装置有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、定心夹紧机构、 铰链夹紧机构等等。本文只用到了偏心夹紧机构和螺旋夹紧机构，具体结构另见电 子文档，这里不再一一列出。 4 42 2 装配装配 Pro/ENGINEER 的装配管理是指其基本结构能够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。 下面简单介绍一下 Pro/ENGINEER 的装配方法。 (1)把文件拖到 proe，用 asm 方式打开，注意得重新用连接的方法装配，然后切换到 动画,具体窗口见图 4.9 太原工业学院毕业设计 29 图 4.9 打开窗口 (2)先把所有零件各自设为一个 body（这里只做装配动画，所以用这个方法最简单， 若动画里同时要用到仿真则不能用这个） ，如图 4.10 图 4.10 设主体 太原工业学院毕业设计 30 (3)接下来就是拍照，即记下零件之间的相对位置，注意顺序应相反过来 图 4.11 拍照 （4）用小手拖动零件到合适的位置，注意顺序 图 4.12 拖动零件 太原工业学院毕业设计 31 （5）拍下零件放好后所在位置的照片。 图 4.13 拍照 （6）重复以上两个步骤，将所有零件都拖出来，并拍下照 图 4.14 重复拍照 太原工业学院毕业设计 32 （7）接下来就是插入 Key Frame 了，注意顺序要相反过来 图 4.15 插入 Key Frame （8）修改动画时间 图 4.16 修改时间 太原工业学院毕业设计 33 （9）运行动画 图 4.17 运行 太原工业学院毕业设计 34 结结 论论 本文主要是对零件的加工工艺和夹具进行设计。零件的加工工艺设计主要是确 定加工工艺路线，夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本设计中工 件的加工工艺路线正确合理，夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的，能保 证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题，如出现工艺路线的不合理，甚至出 现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时，因定位基准选择不合理， 出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机 构的大小，尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的，也可能因夹紧力作用点或作用面 的位置不合理而使工件产生翻转。 另外，本设计的主要目的是基于 Pro/ENGINEER 来实现钻床夹具结构设计及运动 仿真，就是要结合 Pro/ENGINEER 的两大特征更进一步改进钻床夹具的结构设计，这 相对于平面设计软件更能适应现在钻床夹具日益更新的设计与制造要求。运动仿真 则是运用 Pro/ENGINEER 的机构运动分析模块（Mechanism）直接启动和分析整个机 构，在夹具投入实际生产中之前模拟其工作过程，利用软件一些特定功能分析其各 零部件的运动特性，结合实际生产不断改进夹具的结构。 经过三个多月自身