关 键 词：

CA6140 机床 法兰盘 夹具 设计 计算机辅助 工程 分析

资源描述：

CA6140机床法兰盘夹具设计及计算机辅助工程分析,CA6140,机床,法兰盘,夹具,设计,计算机辅助,工程,分析

内容简介：

CA6140机床法兰盘夹具设计及计算机辅助工程分析 导师 答辩人 2 工艺路线 3 夹具设计 4 Clickheretoaddyourtext Clickheretoaddyourtext Clickheretoaddyourtext Clickheretoaddyourtext 目录 1 研究背景 4 CAE有限元分析 5 毕业设计总结 法兰盘是用于连接管道 管件或器材的零件 也有用于两个设备之间的连接 其连接结构是由法兰盘 垫片及螺栓三者相互连接为一组的可拆卸密封结构 先各自固定在一个法兰盘上 再垫上法兰垫 用螺栓紧固在一起 这样就完成了法兰盘连接 它可以保持管道 管件的密封性能 法兰盘也可拆卸 便于拆开检查管道情况 CA6140卧式车床上的法兰盘 为盘类零件 存在于卧室车床 车床的变速箱固定在主轴箱上 依靠法兰盘定心 法兰盘内孔与主轴的中间轴承外圆相配合 外圆与变速箱体孔相配合 为了保证主轴上的三个轴承孔同心 使齿轮正确啮合 从而保障机床的精确度 适用于工业中批量生产 夹具易于操作 选用通用设备进行加工生产 生产流程简单明确 毛坯件节省材料 研究背景 毛坯设计 零件年产量是大批量 零件要求材料是HT200 硬度190HBS 该灰铸铁耐磨性 强度 耐热性较好 而且零件需要加工的尺寸不大 在考虑到提高生产效率保证法兰盘IT11精度后可采用铸造成形的金属型铸造 由于零件形状不复杂 重量也不大 且零件内孔尺寸为 20 毛坯不需要铸出一个内孔 均满足金属型铸造的要求 另外金属型铸造可以反复使用多次 从而节省了成本 同时考虑到节省材料来保证经济利益 毛坯形状应当尽量接近零件的形状 工艺路线 工艺路线 工序10铸造毛坯工序20粗车100左端面及外圆柱面 粗车B面 粗车 90外圆柱面 钻 20孔 扩 20孔 粗铰 20孔 精铰 20孔工序30粗车 45右端面 粗车 90外圆柱面 粗车 45外圆端面工序40半精车 100端面 半精车 100外圆柱面 半精车B面 半精车 90外面柱面工序50半精车 45端面 半精车 45外圆柱面 半精车 90右端面工序60精车 100右端面 精车 100外圆柱面 精车 90外圆柱面工序70精车 45外圆柱面 精车 90右端面 车 20右侧倒角 车3x2退刀槽工序80粗铣距中心34和24的平面 精铣距中心34和24的平面工序90钻4x 9孔工序100钻 4孔 扩 6孔工序110粗磨B面 精磨B面工序120磨距中心24平面工序130 100柱面左侧倒角 车 45过渡圆弧R5 90柱面右侧倒角 20右侧倒角工序140B面抛光工序150划线 刻字工序160去毛刺工序170 100外圆柱面镀铬镀铬工序180终检 夹具设计 二维图 夹具设计 三维图 CAE有限元分析 毕业设计总结 1 运用机械制造工艺课程中的基本理论 正确地归纳出零件在加工过程中的定位 夹紧等问题 比较正确地设计出零件工艺路线 工序尺寸等问题 能够制定出保证生产质量地加工工艺规程 2 在准备阶段中我通过去图书馆和上网查询有关零件机械设计的文章资料扩展了动手能力 锻炼了查找资料的能力 从而也扩充了在机械方面的知识面 3 独立撰写毕业设计说明书以及进行各种校核计算 提高了独立动手能力以及专业知识 4 通过对CATIA有限元分析学习研究 掌握了新的软件技术 Thanksforyourattention 摘 要本次毕业设计题目是CA6140机床法兰盘夹具设计及计算机辅助工程分析，主要内容是： 第一，查阅书籍资料了解法兰盘的功用、常态受力情况、机床总成中的机构位置、相应的技术要求以及工态环境，确定法兰盘的主要工作表面和形式。通过分析计算制定零件的毛坯种类、制造方法以及尺寸公差。 第二，根据基准选择原则确定定位基准，零件各个表面粗糙度要求不一而对应不同的加工方法，并将方法同意规划划分，最后确定工序集中程度以此集群划分工序。加工工艺规程的拟定过程中会因基准选择的不同出现至少两套工艺方案，经过分析选择经济合理的工艺方案，确定工序使用机床并计算出每道工序的切削用量和工作工时，最后编制机械工艺卡片。第三，从加工工艺规程中选择一道工序进行夹紧装置的设计（本次设计选择的工序为法兰盘49孔的加工工序步骤）。首选了解已选择工序的上一步零件的加工程度及本道工序的具体加工方式与相应机床的夹紧装置的类型，根据夹紧力的基本原则和自由度的完全限制选择合理类型。依照夹具零件的受力分析与相对位置选择合适的材料并进行计算。最后整理计算过程与分析材料编写说明书，利用CAD软件绘制平面图，在CATIA软件中绘制三维专配图及零件图。最终完成整个毕业设计任务。关键词：机械;法兰盘;加工工艺;夹具设计AbstractThis graduation design topic is CA6140 machine tool flange fixture design and computer aided engineering analysis, the main content is:First, access to books data to understand the function of the flange, normal force, machine tool assembly of mechanism position, the corresponding technical requirements and working environment, and determine the flange surface of the main work and form. The types, manufacturing methods and dimensional tolerances of the parts were calculated and calculated.Second, according to the basic selection principle to determine the locating datum, parts each surface roughness requirement range corresponding to the different processing method, and the method agree with planning division, the final concentration to determine process cluster partition process. Processing procedure in the process of the proposed due to the difference of benchmark choice will appear at least two sets of process scheme, after analysis of economic and reasonable process scheme, determine the process of machine tool to be used and every working procedure to calculate the cutting parameter and working hours, finally prepare mechanical process card.Third, from the selection procedure in the machining process planning the design of the clamping device (the design selection process for the machining of the flange 4 x 9 hole process step). Preferred know already to have chosen process step on the components of the processing level and the procedure of the specific processing way and the corresponding machine tool clamping device type, according to the basic principle of clamping force and the degree of freedom completely limited choice reasonable type. According to the force analysis and relative position of the fixture part, select the suitable materials and carry out the calculation. Finally, the calculation process and analysis materials were prepared, and the CAD software was used to draw the plane graph, and the 3d special matching and part drawings were drawn in CATIA software. Finally complete the graduation design task.Key words: machine; flange; machining process; fixture design目 录第1章 绪论1第2章 零件的结构工艺性分析2 2.1 零件的作用2 2.2 零件的工艺性分析2第3章 工艺规程设计4 3.1 确定毛坯的制造形式4 3.2 确定基准4 3.2.1粗基准的选择4 3.2.2精基准的选择4 3.3 工艺路线的制订5 3.3.1 加工方法的确定5 3.3.2 不同工序、方式的划分6 3.3.3 不同工序、方式的工作顺序6 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定8 3.5 确定切削用量及基本工时13 3.5.1 加工条件13 3.5.2 计算切削用量13第4章 夹具设计与分析18 4.1 问题的提出18 4.2 夹具设计18 4.2.1 夹具结构和类型的选取18 4.2.2 夹具定位元件的选择19 4.2.3 钻套的设计20 4.2.4 钻模板设计21 4.2.5 夹具体的设计22 4.2.6 其它装置23 4.2.7 关于夹紧装置的计算23 4.2.8 切削力计算26 4.2.9 机床夹具精度校核27 4.2.10 绘制钻模图纸29 4.2.11 拆分夹具零件图29第5章 计算机辅助工程分析32第6章 全文总结36致谢37参考文献38第1章 绪论法兰盘突缘盘。指在一个带阶梯的中空凸台金属体，其较大端圆柱端面上开有若干个通孔用以连接其它零部件，它的外形因功用而有很大不同。法兰盘在机械行业应用广泛，作为不可或缺的连接类零部件，它的精密度直接影响到一台机器的工作状态，有一套良好的加工工艺规程对法兰盘影响巨大，对整个机械行业也有不可估量的影响。因此，我们要求法兰盘有一套质量可靠、生产效率高的加工工艺规程。不仅要保证零件生产时的尺寸精度，还要尽量缩短法兰盘的生产周期。加工过程中夹紧装置要务必能确保零件的固定及相对于机床刀具的相对位置的精度。第2章 零件的结构工艺性分析2.1 零件的作用CA6140机床法兰盘为CA6140普通卧式车床上的盘形零件。机床中法兰盘以中心补正模块的形式实现固定在主轴箱上变速箱二者的同心与找正，补偿中心误差的位置。法兰盘中心轴线上的内孔与主轴上的轴承外圆轮廓相配合，法兰盘较小端外圆轮廓与齿轮箱盖上的开孔相配合，保障主轴上与法兰盘相配合的轴承孔中心轴线及齿轮箱孔孔中心轴线是一条线，减小轴上齿轮径向跳动，使齿轮间的传动啮合无误。2.2 零件的工艺性分析法兰盘属于回转体零件，本次毕业设计所采用的法兰盘圆盘状的一端是mm的外圆轮廓，在该端向另一端方向上有C1.5的倒角；过渡的是mm的圆柱，在此段两端过渡处均有R5的倒圆角，该段上还有一通孔；上一段过渡到90mm的圆柱，在该段中心偏移34mm处与延长线反方向偏移24mm处为平面，并有4个9mm的通孔，此段靠100mm外圆轮廓端有C1.5的倒角；沿着轴向继续是mm的圆柱，最外端是C7的倒角，靠90mm圆柱端有长3mm深2mm的退刀槽；法兰盘中心线处有20mm的中心孔，该通孔在两和端口处均有C1的内倒角。法兰盘中100mm圆柱外端面与20mm孔中心轴的圆跳动是0.03；90mm圆柱靠退刀槽方向的端面与20mm 中心孔轴线的圆跳动为0.03 ；45mm的外圆轮廓与20mm孔中心轴线的圆跳动公差为0.03。通过零件的工艺性分析，结合确定生产对象上几何关系所依据的点、线或面的选择原则，选择合乎逻辑的定位基准，加之每道工序所使用的专业夹具，以此来保障工件在被加工过程中的位置精度的等级。第3章 工艺规程设计3.1 确定毛坯的制造形式依据本设计中法兰盘的功用性能，因此我们选择铸造性能和减震性能好HT200为零件材料。因为法兰盘工作状态下没有高额负载，且要求具有良好的机械性能，采用铸造方式作为毛坯的生产方式。根据生产类型特征的划分，选用中批生产。毛坯在外形上可以贴近零件样式。依据毛坯制造的原则方法，选用金属模铸造的形式。在铸造成形过程中，法兰盘毛坯的各个孔不用浇铸。3.2 确定基准采用合乎逻辑与经验来确定生产对象上几何关系所依据的点、线或面的选择方式可以保证粗糙度、形位公差等提高到一个新水平，提高一条线上单位时间内合格产品数量。反之，机制制造或加工过程中将不断出现不为我们所期待的情况，甚至造成生产制造无法估量的损失。因此，选择定位基面应该要保证简单可靠。3.2.1粗基准的选择选定加工工艺规程中第一道工序的确定生产对象上几何关系所依据的点、线或面，以此基准开始进行加机械加工作业，为接下来将要进行的精加工所需的精基准做好准备工作。就本设计中的法兰盘来说，每个表面都需要加工，为了保证零件每个表面表面预留的（需切除掉的）金属层厚度都有盈余。选取45mm的外圆柱面作为初步加工的轴向方向粗基准，另外还要选择外端平面作为毛坯上未经加工的表面的径向方向上的毛坯上未经加工的表面。在机床中用装夹装置带有上下契合凹凸槽扣的均布在卡盘体上的三个活动卡爪夹住工件进行定位加工。3.2.2精基准的选择 在选择时应尽可能选择被加工表面在在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准为经过机械加工表面的基准，并在加工工艺规程中尽早安排加工该表面的工序步骤，使工件的加工能及时有基准参照。工件以20mm通孔的内壁以及100mm圆柱的外端平面为经过机械加工的面的基准。当基准不重合时，需要在零件上进行图像封闭环的计算，确定加工面至定位基准面之间的尺寸及公差。3.3 工艺路线的制订3.3.1 加工方法的确定铣削、磨削、钻孔等加工方法的确定应先从待加工工件的工作表面入手，即主要表面，再考虑其它。根据工件加工要求的表面粗糙度、相对位置关系、结构的难易、表面轮廓的复杂程度选择划算且适宜的加工方案。通过了解现代制造技术基础1得如下信息： 表3-1 法兰盘表面的加工方法SurfaceSurface roughness/RaProcessing methods，3.3.2 不同工序、方式的划分 通过一定工序和方式将原材料、半成品转化为目标需求的过程大致可以划分成以下步骤： 1) 粗加工：快速切除毛坯零件表面预留的（需切除掉的）金属层的厚度，在较短的时间内切除尽可能多的切屑。 2) 半精加工：对上一步工序留下的一些缺陷进行修正，使工件初步达到观测值与真值的较为接近得程度。3) 精加工：保证有较高工艺性要求得表面达到理论上的技术要求。4) 光整加工：针对工件某些接触面的特殊功用性，有极高的精度要求。为提升加工效率，保证零件加工技术，将加工工艺过程大体划分为“毛坯铸造阶段”、“粗加工阶段”、“半精加工”、“精加工”、“光整加工阶段”五个阶段。3.3.3 不同工序、方式的工作顺序按照“先粗加工再精加工、先主要表面再次要表面、先基面再其他面”的准则，联系已选择的加工方法和划分的加工阶段，拟定出下面两种加工工艺路线方案，对比择优使用。（1） 工艺路线方案一 工序 10 工序 20 工序 30 工序 40 工序 50 工序 60 工序 70 工序 80 工序 90 工序100 工序110 工序120 工序130 工序140 工序150 工序160 （2） 工艺路线方案二 工序 10 工序 20 工序 30 工序 40 工序 50 工序 60 工序 70 工序 80 工序 90 工序 100 工序 110 工序 120 工序 130 工序 140 工序 150 工序 160 工序 170 工序 180 （3）工艺方案的比较分析对比两套方案，方案二中将20孔观测值与真值的接近程度极大提高，并以此作为加工基准；而方案一是从45圆柱外端面开始沿中心轴线向反方向一步一步加工到另一端面，完成所有工序后再进行中心轴线的钻孔，这种情况很困难去保证其圆跳动等加工后零件表面的实际尺寸、形状、位置三种几何参数与图纸要求的理想几何参数的符合程度要求。故选择方案二是更为有效合理的。3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据上述原始资料及加工工艺，查询机械加工工艺手册2，分别确定毛坯各加工表面的机械加工余量等数据：（单位mm）1) 工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及偏差 2)工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及偏差3)工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差4)工序名称工序余量5)工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差6)工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差7)工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差8)工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差9)工序名称工序余量10)工序名称工序余量11)工序名称工序余量根据加工余量等数据，画出毛坯图（如下）：毛坯图3.5 确定切削用量及基本工时 确定工序 20 ：粗车100端面及外圆柱面，粗车B面,钻、扩、铰20的中心孔的切削用量及基本工时: 3.5.1 加工条件 , 3.5.2 计算切削用量 (1) 粗车100mm端面 a) 已知毛坯长度方向的加工余量为3+0.8-0.7mm,考虑的模铸拔模斜度， b) 进给量f 根据实用机械加工工艺手册中表2.4-3,当刀杆尺寸为，,以及工件直径为100时，f =0.51.2mm/r按CA6140车床说明书（见切削手册）取 f =0.9mm/r c) 计算切削速度，按切削手册7表1.27,切削速度的计算公式为(寿命T=60min) 其中：, , ， 。修正系数见切削手册表1.28,即 , , , , 。所以 d) 确定机的主轴转速 按机床说明书(见工艺手册表4.2-8),与504r/min相近的机床转速为480r/min及600r/min。现选取。所以实际切削速度。切削工时，按工艺手册表6.2-1。, ， (2) 粗车100mm外圆柱面，同时应检验机床功率及进给机构强度a) 切削深度，单边余量Z=2mm,分二次切除。b) 进给量，根据机械加工工艺手册取f=0.9mm/rc) 计算切削速度d) 确定机床主轴转速按机床说明书(见工艺手册表4.2-8)与410r/min相近的机床转速为480r/min。现选取480r/min所以实际切削速度 e) 检验机床功率主切削力FC按切削手册表1.29所示公式计算 其中， ， ， ， 切削时消耗功率 由实用机械加工工艺手册表7-4中CA6140机床说明书可知，CA6140主电机功率为7.5kw.转速为480r/min时主轴传递的最大功率为4.5kw.所以机床功率足够，可以正常加工。f) 校验机床进给系统强度已知主切削力.径向切削力按切削手册表1.29所示公式计算 其中， ， 所以 而轴向切削力 其中， ， ， , 轴向切削力 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1,则切削罗在纵向进给方向对进给机构的作用力为而机床纵向进给机床可承受的最大纵向力为3530 N(见切削手册表1.30)故机床进给系统可正常工作。g)切削工时： 其中 所以 (3)粗车B面a) 切削深度。单边余量.分1次切除b) 进给量根据机械加工工艺手册取f=0.9mm/rc) 计算切削速度 其中：, , , m=0.2。修正系数见切削手册表1.28,即， , , , 所以 d) 确定机的主轴转速 按机床说明书(见工艺手册表4.2-8),与378r/min相近的机床转速为 400r/min。现选取=400r/min。所以实际切削速度e) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。;其中 工序 90 钻、绞 49mm透孔机床：Z525立式摇臂钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻9。a) 进给量 查机械加工工艺师手册表28-13，取f=0.13mm/rb) 切削速度根据机械加工工艺手册表10-70,及10-66,查得V=30m/min。c) 机床主轴转速按机床说明书(见工艺手册表4.2-5),与1061r/min相近的机床转速为1012r/min。现选取所以实际切削速度 切削工时，按 工艺手册 表6.2-1。 ；其中; ; ，由于有四个孔所以切削工时为第四章 夹具设计与分析4.1 问题的提出为了缩短准备阶段的工时，让要求的加工工艺得以实现，降低所需的技术要求。为此设计一个用于钻床的夹具装置。为了提高效率，降低夹紧装置的生产成本，零件间具有良好替换性，节省工装准备时间，设计应考虑做到结构简单，装夹方便，尽量使用标准零件等钻49孔工序图-。本工序要求加工四个通孔在图纸上相对于中心来说有自己的固定位置。为了使机床刀具加工时工件稳定不发生位置变化，提高理想几何参数的符合程度，必须对零件进行装夹，使之不发生滑动、振动等位置变化。由于四个孔均为通孔，因此除了法兰盘中心轴线方向上的自由度以外的其它平动、转动方式均得到了限制。4.2 夹具设计4.2.1 夹具结构和类型的选取钻床类夹具主要类型分为固定式钻模、盖板式钻模、翻转式钻模、回转式钻模和四种。其中固定式钻模在工作中位置是保持不动的，有一定的加工精度，主要用于钻床需要加工较大半径的内孔；盖板式钻模比较特殊，其本身没有夹具体，可随时拆卸，工作时可直接附在工件上；翻转式钻模可以加工多个角度上的孔，由于它避免了工件频繁的装夹于拆卸，间接地提高了被加工孔的位置准确度；回转式钻模上有分度装置，改变加工表面的位置。本工序采用盖板式钻模较合理，初步设计出两种方案，本设计中采用方案1铰链联接模板的盖板式钻模，方案2为用心轴（即变形的销钉）联接模板的盖板式钻模。 通过对比分析，目标通孔加工处距离零件的最外端面不是很贴近，如果选用方案1，钻孔完毕后卸下钻模板（方案一中的钻套较长）将会十分困难，而且钻套进入盖板后的长度过长导致其容易发生细微弹性形变，加工误差也随之增大。因此选用方案2为夹具结构。4.2.2 夹具定位元件的选择定位元件可以用来辅助支撑工件或夹具体某零部件从而限制工件的自由度，以此保证工件在加工时的正确位置，使其不发生改变。由钻49孔工序图可知，待加工的4个通孔与法兰盘中心轴线以及外圆上分别相距中心线34mm、24mm的两个平行于中心轴线的平面有相互参考关系，此外，4个通孔的轴向方向也要与100底端面成垂直关系，其设计基准为法兰盘的中心轴线。其设计基准为法兰盘的中心轴线。该工序应当限制加工工件5个自由度。定位基准选择为工件中心轴线与100的外端面。其中100圆柱外端面以其工件中最大的外轮廓面进行定位，限制 、 、；20内孔处以短圆柱销定位，限制、；此外利用90外圆轮廓中距离中心轴线24mm的平面作为基准定位，限制。通过上述的定位限制，限制了工件的全部自由度，达到了理论上稳定高效的加工工件的目的。4.2.3 钻套的设计a) 钻套种类的选择 钻套一般只应用于钻床加工工件的场合，在钻床工作过程中用来引导钻头进行加工。钻套的种类有固定式、可换式、快换式以及特殊钻套四种。特殊钻套是一般针对于前三类标准钻套不适宜使用的场合而专门制作对应某道工序夹具的钻套。b) 钻套内径尺寸、公差及配合的选择钻套内孔直径应按刀具的最大极限尺寸来衡量。该工序选用标准钻头9，直柄麻花钻， 标准GB/T6135.3-1996.其结构及相关尺寸如下 ：标准直柄麻花钻尺寸钻头最大尺寸为9，切削部分长度为81mm，钻头刚度一般，取钻套内径d=9mm，公差采用F7，采用加长钻套。c) 钻套与工件距离S钻套与工件表面的距离S的选择主要考虑排除钻进时孔底被钻头破碎的铁屑和引偏量的问题。钻套与工件表面距离较小会导致铁屑无法正常顺着刀具被排出，而该距离较大则会导致引起的偏差量增大，影响加工精度。据现代制造工艺基础147页介绍，加工铸铁等脆性材料时常取间隙为（0.30.7）d。此处取S=6mm。钻套总高约按H/d=22.5取得H=21mm，需要指出，为了有利于钻头的引进，钻套内径进口处做成圆角，为了排屑容易，内径下端也作了倒角，并且在钻套与钻模板配合的地方设计为燕尾槽形式。 d) 钻套的材料钻套的材料多采用优质碳素工具钢。例如T8A，T10A，等，淬火HRC60以上，由于本设计中钻套的内径值较小，故采用CrMn钢作为钻套材料。4.2.4 钻模板设计加工过程中，钻模板首先应保证有一定的受力抵抗弹性变形的能力，其次还应尽量减轻其比重。钻模板的板材厚度的计算取决于钻套的高度高低，一般取1128mm。钻套高H=21mm,且加工内径较小，受轴向方向的力不大，钻模板厚度采用15mm即可保证有足够抵抗变形的能力。 4.2.5 夹具体（底座）的设计夹具体相当于整个夹具中的基石。首先，它要有足够的抵抗破坏的能力抵抗变形的能力，其次是夹具体安装在工作机床上要保证能够固定住实现装夹工件时的平稳，再是设计时要注意夹具体应具备的良好工艺性能，最后预防排除钻进时孔底被钻头破碎的铁屑的堆积情况的发生。在本设计中，要求加工的的法兰盘体积不大，因此不再固定基础元件。本次设计中夹具体有两点需要注意，首先，零部件某一特定表面长时间发生接触应力容易导致形变甚至损坏，所以在选择定位面的问题上我们采用比法兰盘最大表面轮廓100的圆柱外端作为定位基面；其次，设置了三个以上的支撑点是为了方便我们更容易地去发现底座下的排屑物、废料或其它杂质，以此确保钻模加工时位置精度不受影响。 4.2.6 其他装置连接板作为连接为某一部件的构件，在本设计中的任务是连接销钉、螺钉与钻模板。为了提高生产效率，销钉类零件一律采用标准件，这也符合了装配设计的原则。4.2.7 关于夹紧装置的计算夹紧装置要求能够快速、方便地完成装夹工件地行程，装夹力合适，既不产生造成工件发生形变或损害地影响，又要保持稳定良好的装夹状态。夹紧装置主要有夹紧元件、中间传力机构及动力源。a) 夹紧装置的选用由于选用的机床为立式钻床，该钻床适合较小零部件的加工生产，主轴转速的变动范围较大，在加工过程中可能会使被加工工件产生振动，影响形状和位置误差及观测值与真值的接近程度。从简单方便的角度考虑，此次加紧机构采用心轴加紧（见下图），心轴M10端配合1型六角螺母以及快换垫圈组成，固定夹紧钻模板的53圆柱外端面，心轴M12则配合六角薄螺母进行固定夹紧150104的面。快换垫圈的存在使得每次加工结束后不用将夹具体完全拆卸，只需通过拧动圆螺母使其松动，之后取下快换垫圈便可按顺序拆卸垫片、钻模板等零部件。这种夹紧机构的存在让工时缩短，提高了本道工序加工的生产效率。 b）夹紧力的确定 本夹具采用的是螺旋夹紧中的螺母加紧机构。查现代机床夹具设计11表4-1 螺母夹紧力表4-1 螺母夹紧力摘得下表： 结 构 简 图螺纹直径/mm螺距/mm手柄长度/mm作用力/N夹紧力/N 通过表格选定螺纹直径为10mm的使用扳手的六角螺母，其夹紧力为3550N。c） 力源装置的选用螺旋夹紧机构增力比大，不过其初始原动力要求较小，因此徒手即可完成夹紧。4.2.8 切削力计算表4-2 钻削切削力 工 件 材 料加工方法刀具材料钻削力矩M切削力F 其中: 所以， 钻削力矩 Nm 钻削力 N4.2.9 机床夹具精度校核查公差与配合实用手册，得本道工序的4个被通孔中靠近平面一侧的两个通孔距离法兰盘中心轴线的垂直距离的公差为，靠近平面一侧的两个通孔距离法兰盘中心轴线的垂直距离的公差为。（1）影响通孔距离法兰盘中心轴线的垂直距离的误差分析。定位简图a）：b）：本工序采用一面一孔定位。查现代机床夹具设计定位误差计算，知：工件在夹具中的定位误差： 其中为其中孔中和定位销的最小间隔距离。查得 ， ，查图可知 因此 c）夹紧误差：在定位销进入定位孔到位时，两者之间由于工件的夹紧而在定位孔的一侧产生接触，发生接触变形，当工件加工完毕后卸下定位销，由于之前的接触变形导致定位孔孔壁发生形变而不再保持铅直，不过这种形变变化量微乎其微估值将在0.01mm以下，取=0.01mm来计算。d）安装误差：由于本次设计中夹具为钻模，所以没有安装误差。e）调整误差：可调整误差有两部分，第一部分是钻套通孔中心轴线垂直于定位基面的尺寸公差，一般取值的区间在公差值的三分之一到五分之一间，现取其最小值；第二部分是特种钻套内壁圆与外轮廓圆的同轴度定位误差，我们取0.01mm到0.05mm之间的最小值。可调整误差最终确定值为0.058mm。f）对刀误差：对刀误差即工人在试车时所测尺寸和实际尺寸产生偏差并以此为基准进行加工作业得所产生的误差。误差计算如上图所示，根据刀具的偏移角度与刀具和钻套的深度，钻头与钻套在加工时愈大的最大配合间隙就会产生愈大的偏斜角度，即偏斜量X2 ： 式中 工件较厚时，工件较厚时，对刀误差即为偏斜量；工件较薄时，对刀误差即为刀具与钻套的最大配合间隙。本道工序中，由于通孔所在平面距离法兰盘圆柱外端面的铅锤距离较远，故视为对刀误差为偏斜量。从法兰盘零件图中可知：工件厚度为8mm，且已知钻套深度为21mm , 排除钻进时孔底被钻头破碎的铁屑空间高度为6mm ，立式钻床刀具头部确定为mm，特种钻套内孔直径是mm，在钻头中刀具头部的尺寸磨损量较其它成形刀具大，查阅资料得0.02mm，有： 以上各项误差，按最大值相加时，其总和（2）对于靠近距离法兰盘中心轴线34mm一侧的通孔距离中心轴线的误差分析。 a） b） c） d） e） f） = 总误差小于要求公差值0.20mm。钻模在制造过程中的实际误差对公差发生了不小的偏移，具备较长时间内保持正常工作的状态，可以认为该夹具能保证法兰盘指导产品加工和工人操作的主要工艺文件能满足图纸上的精度等级要求。4.2.10 绘制钻模图纸依照之前定下的加工工艺规程方案与夹具设计计算数据，进行补充完备，最终使用CAD与CATIA系列绘图软件绘制总成装配图的二位图纸与三维模型（如下所示）。4.2.11 拆分夹具零件图 从上述步骤完成的二维平面总成装配图中，分离出非标准件，另外绘制夹具体零件图。夹具装配模型图 31第5章 计算机辅助工程分析 CATIA V5软件是一个CAD/CAE/CAM集成软件，它提供了功能强大且使用方便的工程分析模块Analysis and Simulation。利用该模块，只需要定义类似工程实际问题的载荷和约束，就可以快速地实现基本的有限元分析。常用的功能包括单个零件的有限元分析GPS（Generative Part Structural 创成式零件结构分析）和GAS（Generative Assembly Structural Analysis 装配件有限元分析）。本文主要介绍CATIA有限元分析过程的实现。打开附盘内零部件dizuo.CATPart，然后点击开始菜单分析与仿真Generative Structural Analysis（生成结构分析）进入分析模块，系统将弹出如图所示的两个对话框，左侧对话框用于选定将要进行的分析类型，此例选定Static Analysis（静态分析），然后确定；右侧警告对话框表示没有指定零件材料（如已经指定材料，则无此警告框），确定即可。点击工具栏的应用材料命令来指定零件（material）材料（默认状态工具栏可能有双箭头图标存在，这表示有些图标摆不开而被屏蔽，也可以通过鼠标左键按住工具条并拖动重新摆放来避免），系统可能弹出“无中文材料库报错对话框”，提示没有中文材料库，确定即可；弹出“材料指定”对话框，先左键点击Analysis Manager（分析管理）模型树内part1，再点击材料库对话框内Metal（金属材料）选项下的Steel（钢），确定完成材料指定。CATIA软件的网格划分是自动进行的，只要转到有限元模块，程序就已自动确定划分方案，只有复杂的模型才需要手动对局部网格进行划分。当然，用户可双击模型树中的Octree Tetrahedron Mesher（四面体网格划分器）命令来调整单元划分参数，则弹出“四面体网格密度定义对话框”，点击确认，完成网格参数修正。定义约束（Restraints），样例零件用底座的四个支撑面来安装固定，可以用四个底座面的完全固定来模拟分析。点击Clamp（夹紧）命令，弹出“Clamp定义对话框”，选择下图所示的四个底座孔的内表面，确定完成约束定义。定义载荷（Loads），点击Distributed Force（分布力）命令，施加均布载荷于零件的末端表面，弹出的Distributed Force定义对话框，选择末端表面，则对话框的Supports（帮助）栏内变为1face，定义载荷数字大小为X方向0N，Y方向0N，Z方向-442N，确定完成载荷定义。完成上述工作后，可着手进行计算，点击Computer（计算）命令，系统弹出如下图所示计算对话框，确定之后，系统弹出下图所示计算所需资源估算对话框，点击YES继续计算，由于单元节点数不多，计算很快完成。 CATIA提供了丰富的图形化结果显示功能，用户可方便地调整偏好地方式。此实例以默认方式查看网格划分情况及应力应变图。鼠标右键点击左侧模型树中地的Nodes and Elements，在弹出的右键菜单中点击Mesh Visualization（网格可视化），则在模型树Nodes and Elements中多出Mesh子项，（注意：如果看不到网