基于PROE的钻床夹具结构设计及运动仿真

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m8m10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：机械工艺规程，夹具，装配，仿真BasedonPro/EofdrillingfixturedesignandsimulationAbstract：Thisarticleproducedthemachiningprocessplanningincludingthreecomponentsthethefork,theleverarmandtheaxlecollar,anddesignedtheprocessingtodialtheforktolockthecotter8mmhole,leverarm10mm,the13mmtwomutuallyperpendicularholes,thedrillfixturewhichtheaxlecollarinstallment10mmholeused.Intheprocessoffixturedesign,PRO/Esoftwareforparametricmodelingmoduleismainlyusedtocompletethefixtureinvariouspartsofthethree-dimensionalmodeling,andthenitsmanagementcapabilitiesareusedtoassemblevariousparts.Finally,theoverallassemblyprocesssimulationanimationproductionoffixtureiscompleted.Three-dimensionalmodelingofthedesigncomparedtoconventionaltwo-dimensionalgraphicdesignismoreclarity.Wecanfindproblemsinthesimulationassemblysimulationprocess,sothatmakingitmoreconducivetotheimprovementofthefixturestructure.KeyWords:machiningprocessplanning,fixture,assemble,simulation目录前言.11拨叉零件.311拨叉的工艺分析.3111拨叉用途.4112拨叉的技术要求.4113审查拨叉的工艺性.5114零件毛坯的确定.512拟定拨叉工艺路线.5121定位基准的选择.5122表面加工方法的确定.6123加工阶段的划分.7124工序的集中与分散.7125工序顺序的安排.7126确定工艺路线.813机床夹具设计.9131夹具设计任务.9132确定夹具的结构方案.9133夹具装配图.112杠杆臂零件.1321杠杆臂的工艺分析.13211零件的作用.13212零件的工艺分析.14213毛坯的确定.14214工艺过程安排.15215定位基准的选择.15216杠杆臂加工工艺设计应考虑的问题.16217确定工艺路线.17I22机床夹具设计.17221零件夹具设计方案确定.17222夹具的结构.18223夹具三维装配图.193盘类零件.2031盘类零件的工艺分析.20311盘类零件的作用.20312盘类零件的特点.20313盘类零件工艺性分析.21314盘类零件工艺设计.21315盘类零件工艺过程的确定.2232机床夹具设计.22321夹具设计任务的确定.22322确定夹具的结构方案.22323夹具装配图.234PRO/E三维造型及装配.2441三维造型.2442装配.26结论.32参考文献.33致谢.340前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，1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。21拨叉零件11拨叉的工艺分析零件图如图1.1所示图1.1拨叉零件图3111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m30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m8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(3021.Hm)7(8015.Hm重点予以保证。112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Ram形位公差/mm拨叉头左端面03.8IT123.2拨叉头右端面.0IT1212.5拨叉脚内表面R48IT1312.5拨叉脚两端面26.IT93.2孔m3001.3IT71.6孔85.08IT71.6操纵槽内侧面12IT126.3操纵槽底面5IT1312.54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m021.30.1mm，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015.8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。113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m308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m021.3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、015.8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。5114零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。12拟定拨叉工艺路线121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m021.3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m021.3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5.8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m30m30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。6122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m30IT71.6粗扩精扩铰孔8IT71.6钻粗铰精铰操纵槽内侧面IT126.3粗铣操纵槽底面IT1312.5粗铣123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m87端面的磨削加工。124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。125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。m021.3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。021.3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，m30再钻销轴孔。m8（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。8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。126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13机床夹具设计9131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132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6f730H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630fm18.04位误差（40）=0；对于加工孔的位置度公差要求，基准重合（）=0；加dwdw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m8dw10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。11图1.4夹紧方案133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）。12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132杠杆臂零件21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211零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。14212零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.大头钻mm的孔以及与之相交的孔；28.13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这一组加工表面包括：mm的孔、mm的孔；1310.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10.3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28.0mm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1.m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3mm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。28.0213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15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。214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。215定位基准的选择16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。216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17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。217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10.3立式钻床Z535，为保证加工的18孔的位置度，采用专用夹具。6粗铣搭子面立式式铣床X52K7检验22机床夹具设计221零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。222夹具的结构19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。20223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盘类零件31盘类零件的工艺分析零件图如图3.1所示：21图3.1盘类零件图311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。312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。313盘类零件工艺性分析22（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。710H314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。315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。23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7车床、车刀4热调质处理HB2202405车半精车外圆至106车床、车刀6车精车内孔至3.78H车床、车刀7钻钻、铰安装孔015.钻床、麻花钻8铣铣键槽12Js90.0215铣床、铣刀9检检验32机床夹具设计321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，015.7H成批生产，选用钻床Z525。322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。24（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。323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254Pro/E三维造型及装配41三维造型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26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27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。42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4.928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29(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30（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31（7）接下来就是插入KeyFrame了，注意顺序要相反过来图4.15插入KeyFrame（8）修改动画时间图4.16修改时间32（9）运行动画图4.17运行33结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。经过三个多月自身的不断努力，设计过程中出现的问题都一一解决。在这个过程中，我对机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解，增强了对本专业综合知识运用的能力，以及提高Pro/E绘图软件的熟练程度，为以后从事专业技术的工作打下基础。34参考文献1白成轩主编.机床夹具设