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I 无锡太湖学院 信 机 系 机械工程及其自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 、 题目 液压自定心自动夹紧夹具设计 、专题 二、课题来源及选题依据 本课题来源于一家致力于航空零件和汽车零件精密铸造和精密加工的企业。其加工的零件都是一些精度要求高、工艺复杂的零件。零件座体（材料为铝合金）就是典型的壳体零件。此零 件批量大已成为公司的一个新的经济增长点。此前的工艺装备为普通三爪卡盘对 A 的同轴度 本上不能保证，检测结果在 样后道工序定位时，会影响其它孔的加工位置，造成零件废品率较高，必须改进。又由于该零件批量大，原有三爪定位时车加工转速只有 500r/照公司精益生产的要求，也需要改进来提高生产效率。故提出此课题！ 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 实现： I 首先零件装夹在涨紧套外，机床油缸向后运动时带动拉杆和锥套，由于锥度定心，向后运动后，锥套与涨紧套的作用直径慢 慢变大，涨紧套开始与零件接触定位，实现自定心加紧。 加工完成后，机床油缸向前运动，推动拉杆并带动锥套，涨紧套向内收缩，夹紧力慢慢松开后，取下零件，工序加工完成。 四、接受任务学生： 机械 92 班 姓名 杨建华 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教研室主任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2013 年 5 月 25 日 英文原文 A is a of of of to to is in a to in in of in as of as a in or be to a by as or or n to to of if in in of is to up of in in a of in as or a be a of be be by of as of of of of of of of of be by of in a be by a or is a or to of an be or of is to in In of a) t or to (b) to as to In in of (c) of or of is (d) is (e) by to is to of to be to on of to to a a be If it to be in at a of is to as or as n it is a to to of To 1. A of of 2. 3. 4. 5. 6. to 7. a of 8. 9. a to 10. of in 1. an to 2. 3. of 4. on to is in of 5. of 6. 7. . a to of a to 9. 10. 11. of he of a is a is a in in so on of in of is to is to be to s of of of in a A of of a. be to to of a In of it is to in of is of of an of be is a to to of on of to s is to is an to to in is be to on In to to on on is is If is to on to on in a do of as is on a to to is is to in a On be on if a to A to is to is to to to A of is an A of in it 中文译文 机械设计 摘要： 机器一般是由机械装置和其它组件组成的。机器是一种用来转换或传递能量的装置，比如：发动机、涡轮机、车辆、起重机、印刷机、洗衣机、照相机和摄影机等。好多原则和设计方法不仅适用于机器设计，也适用于非机器的设计。术语中的“机械装置设计” 的含义要比“机械设计”的含义更加的广泛，机械设计包括在机械装置中。 在分析运动及设计结构时，要把产品外型以及以后的保养也要考虑在机械设计当中。在机械工程领域中，以及其它工程领域中，所有这些都需要机械设备，比如：开关、凸轮、阀门、船舶以及搅拌机等。 关键词 ： 设计流程 设计规则 机械设计 设计流程 设计开始之前就要想到机器的实际性，现存的机器需要在耐用性、效率、重量、速度，或者成本上得到改善。新的机器必需具有以前机器所能执行的功能。 在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不要受到任何约束。即使产生了许多不切实际的想法，也会在设计的早期，即在绘制图纸之前被改正 掉。只有这样，才不致于阻断创新的思路。通常 ,还要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在这个计划最后决定中 ,使用了某些不在计划之内的一些设想。 一般的当外型特点和组件部分的尺寸特点分析得透彻时，就可以全面的设计和分析。接着还要客观的分析机器性能的优越性，以及它的安全、重量、耐用性，并且竞争力的成本也要考虑在分析结果之内。每一个至关重要的部分要优化它的比例和尺寸，同时也要保持与其它组成部分相协调。 也要选择原材料和处理原材料的方法。通过力学原理来分析和实现这些重要的特性，如那些静态反应的能量和摩擦力的最佳利 用，像动力惯性、加速动力和能量；包括弹性材料的强度、应力和刚度等材料的物理特性，以及流体润滑和驱动器的流体力学。设计的过程是重复和合作的过程，无论是正式或非正式的进行，对设计者来说每个阶段都很重要。 最后，以图样为设计的标准，并建立将来的模型。如果它的测试是符合事先要求的，则再将对初步设计进行某些修改，使它能够在制造成本上有所降低。产品的设计需要不断探索和发展。许多方案必须被研究、试验、完善，然后决定使用还是放弃。虽然每个工程学问题的内容是独特的，但是设计师可以按照类似的步骤来解决问题。 产品的责任诉讼迫使 设计人员和公司在选择材料时，采用最好的程序。在材料过程中，五个最常见的问题为：（ a）不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的信息资料； (b)未能预见和考虑材料的合理用途（如有可能，设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中，由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家，并且赢得判决）；(c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定，尤其是当其性能数据长期不更新； (d)质量控制方法不适当和未经验证； (e)由一些完全不称职的人员选择材料。 通过对上述五个 问题的分析，可以得出这些问题是没有充分理由而存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现而指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不能避免发生产品责任诉讼，设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择，可以大大减少诉讼的数量。 从以上的讨论可以看出，选择材料的人们应该对材料的性质，特点和加工方法有一个全面而基本的了解。 在随后生产和售后服务的几年中，要接受新观念的变化，或者由试验和经验为基础，进一步分析并改进。 一些设计规则 在本节中，建议要运用创造性的态度来替代和改进。也许会创造出更实用、更经济 、更耐用的产品。 为了激发创造性思维，下列是设计和分析的建议规则。前六个规则对设计者来说特别适用。 1. 要有创造性的利用所需要的物理性质和控制过程。 2. 认识负载产生的影响及其意义。 3. 预测没有想到的负载。 4. 要创造出对载荷更为有利的条件。 5. 提供良好的应力分布和最小的刚度条件。 6. 运用最简单的方程来优化体积和面积。 7. 选择组合材料。 8. 仔细选择所备的原料和不可缺少的组件。 9. 调整有效的设计方案，以适应生产过程和降低成本。 10. 规定好准确的位置条件为了使组件安装时不干涉。 机械设计包括以下内容： 1. 对设计过程、设计所需要公式以及安全系 数进行介绍。 2. 回顾材料特性、静态和动态载荷分析，包括梁、振动和冲击载荷。 3. 回顾应力的基本规律和失效分析。 4. 介绍静态失效理论和静态载荷下机械断裂分析。 5. 介绍疲劳失效理论并强调在压力条件下接近高循环的疲劳设计，这通常用在旋转机械的设计中。 6. 深入探讨机械磨损机理、表面接触应力和表面疲劳现象。 7. 使用疲劳分析技术校核轴的设计。 8. 讨论润滑油膜与滚动轴承的理论和应用。 9. 深入介绍直齿圆柱齿轮的动力学、设计和应力分析，并简单介绍斜齿轮、锥齿轮和涡轮有关方面的问题。 10. 讨论弹簧设计、螺杆等紧固件的设计，包括传动螺杆和预紧固件。 11. 介绍盘式和鼓式离合器以及制动器的设计和技术说明。 机械设计 一台完整机器的设计是一个复杂的过程。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创造性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面具有深厚的基础知识。 任何产品在设计时第一步就是选择产品每个部分的构成材料。许多的材料被今天的设计师所使用。对产品的功能，它的外观、材料的成本、制造的成本作出必要的选择是十分重要的。对材料的特性必须事先作出仔细的评估。 仔细精确的计算是必要的，以确保设计的有效性。在任何失败的情况下，最 好知道在最初设计中有有缺陷的部件。计算（图纸尺寸）检查是非常重要的。一个小数点的位置放错，就可以导致一个本可以完成的项目失败。设计工作的各个方面都应该检查和复查。 计算机是一种工具，它能够帮助机械设计师减轻繁琐的计算，并对现有数据提供进一步的分析。互动系统基于计算机的能力，已经使计算机辅助设计（ 计算机辅助制造（ 为了可能。心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和 操作过程。另一个重要问题，设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和磋商。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和磋商，并得到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。 如前所诉，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科技知识本身并不一定能给人类带来好处，只有当它们被应用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到在一个特定的产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。 应当把机械设计看成是机械设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制定产品的制造工艺学的一个 好机会。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式重要的多。只使用数据和公式是不足以在一个好的设计中做出所需的全部决定的。另一方面，应该认真精确的进行所有的运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。 一个好的机械设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险，当新的方法不适用时，就使用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为 所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规，这样做并不是一件容易的事。一位机械设计 师应该不断地探索改进现有的产品的方法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。 新设计本身会有许多的缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调的是，如果设计本身不要求采用全新的方法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新方法。 无锡太湖学院 机械加工工艺过程卡片 产品型号 零件图号 产品名称 零件名称 共 1 页 第 1 页 材 料 牌 号 坯 种 类 铸造 毛坯外形尺寸 315毛坯件数 1 每 台 件 数 1 备 注 工 序 号 工 序 名 称 工 序 内 容 车间 工段 设 备 工 艺 装 备 工时 /准终 单件 1 铸 铸造 出毛坯 315 2 热处理 毛坯 退 火处理 3 车 粗车外圆轮廓 金工 圆车刀，游标卡尺 4 车 粗 ,精车内孔 ,加工精基准 金工 孔车刀，游标卡尺 5 车 精车外圆轮廓 金工 圆车刀，游标卡尺 6 钻 钻，扩，铰 3金工 花钻，扩孔刀，铰刀， 游标卡尺 7 钻 钻，扩，铰 3金工 花钻，扩孔刀，铰刀， 游标卡尺 8 钻 钻，扩，铰 3金工 花钻，扩孔刀，铰刀， 游标卡尺 9 钻 钻 金工 花钻，游标卡尺 10 钳 攻丝 ,去毛刺 金工 钳工台 丝锥 ,锉刀 ，游标卡尺 11 终检 入库 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开 题 报 告 题目： 液压自定心自动夹紧夹具设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称： 教授 ） （职称： ） 2013年 5月 25日 课题来源 本课题来源于一家致 力于航空零件和汽车零件精密铸造和精密加工的企业。其加工的零件都是一些精度要求高、工艺复杂的零件。零件座体（材料为铝合金）就是典型的壳体零件。此零件批量大已成为公司的一个新的经济增长点。此前的工艺装备为普通三爪卡盘对 A 的同轴度 本上不能保证，检测结果在 右，这样后道工序定位时，会影响其它孔的加工位置，造成零件废品率较高，必须改进。又由于该零件批量大，原有三爪定位时车加工转速只有 500r/照公司精益生产的要求，也需要改进来提高生产效率。故提出此课题 ！ 课题的目的及意义 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。 为解决大批量产品的加工， 20 世纪 50 年代国外就开始研究高速机床、专用机床、高速刀具、专用刀具。随着以上课题不断的攻 破，机械制造业获得了重大进展，但是工件的定位、夹紧所必须的夹具仍是不可缺少的工艺装备。机床、刀具的快速、耐用对夹具也提出了更高更新的要求。因此需要一种结构简单、自动化程度高、夹紧点固定、夹紧力可靠、装夹释放工件快速、能减少工人的劳动强度和人为因素的不稳定性的夹具。为了满足高速、专用机床的加工要求，研制液压夹具，它选用标准液压元件，根据加工零件特性设计机械部件并把其有机的装配、连接在一起设计的。它具有以下特点：一是针对某个零件设计的专用工装；二是液压元件为标准化、系列化的模块，可以实现工件装夹的自动化；三是液 压夹具的使用可以提高生产效率及产品质量，解决技术关键，提高企业的工艺装备系数。 定位精度的关键在于夹具力在定位和夹具过程中，保持恒定不变，从而确保了同一道工序下的加工质量一致性，即提高重复精度，故此由于变形造成的废品率将会微乎其微。成批零部件的互换性也会达到理想的指标，然而这一点几乎是机械夹具无法做到的。在针对无法设定刚性支撑或加工薄壁零件时，液压辅助支撑是最佳的选择。在一个固定夹具体上，采用机械定位，夹紧加工后再将它们卸下，这通常是要花很多时间的一个步骤，为了实现高产高效，工件的定位、支撑夹紧和夹具的快速 松开，以及操作方便安全都是非常重要的环节。使对于加工一个较大的工件，选用半自动化或全自动化夹具是非常具有经济价值的。液压定位和夹紧是一项非常有效和可靠的加工技术。用液压夹具的第一个优势是能节省夹紧和松卸工件时所花费的大量的时间。传统的机械夹具在松开和夹紧工作是都要费力的用扳手旋拧螺母和移动压板。然而，液压夹具只需要通过控制油路的通断，就可实现夹具的完整的顺序动作控制且定位精度会很高。 课题任务 本次课题的任务：是设计液压自定心自动夹紧夹具，了解液压夹具的工作原理 结构特点；学习机构设计方法，学习和巩固所学 的专业文化知识，培养结构设计能力； 绘制设备总图、主要零件图，编写设计说明书。 液压夹具工作原理和构成液压夹具就是用液压元件代替机械零件实现对工件的自动定位、支承夹紧的夹具，液压元件具有很高的精度、稳定性及使用寿命。通过把选用的液压元件和设计的机械部分装配在一起，就可得到所需的夹具。液压夹具能保证工件在规定位置上准确定位和牢固的夹紧，并能通过浮动支撑减少加工中的振动和变形，还能利用自动控制压板的压紧和抬起在加工中让开夹紧位置。保证在精密加工时的准确定位，还能完成手动夹具无法完成的支撑、夹紧和快速释放。大批量 产品使用液压夹具能产生明显的经济效益。液压夹具由油箱、柱塞泵、工作油缸和夹具体组成。 液压夹具的设计与制造 (1)依据被加工零件的几何形状 、 加工内容及应用场合 (指夹具用于单机或自动线 )，如何满足生产节拍要求等进行夹具的工艺设计。确定夹具的轮廓尺寸， 并依据整个系统的要求，考虑设备和人身的安全。 (2)拟定在一个工作循环内夹具各部分的动作顺序，从而选定顺序阀和其它液压控制部件。 (3)计算加工过程所产生的切削力及力的方向，并考虑一定的安全系数。从而便于液压控制系统元件的选用，这些要与所选用的机床或加工中心的 能力相一致。 (4)根据切削力，按有关公式计算出所需的夹紧力。 (5) 确定零件的安装位置和支承、定位结构，并尽可能地提高敞开性，以利于加工、排屑和散热。 (6) 依据零件的大小、形状、材料和加工要求 ,确定定位、夹紧装置的形状及数量。 (7) 确定需要的总油量 ,以选择相应的液压油泵。 (8)设计液压管路。 夹具的装配是以底板为基准进行的。箱体、工作面板上的加工部位，一般都在加工中心上加工，并经三座标测量机检测，以保各基础元件位置准确。工作面板上装好各基础元件后，也要经三座标测量机检测。装配时 , 先将各工作面 板固定在箱体上，再把箱体安装在底板上，最后进行液压系统的调试。 拟完成课题的方法 1明确设计要求，认真调查研究，收集设计材料 ,确定夹具的结构方案； 2设计中需要充分分析定位误差影响因素、设计中着重考虑误差计算和定位方案比较； 3通过老师的指导借阅读取大量的有关夹具设计的课外书籍，通过前人的经验总结再集合自己的想法，毕业设计一定能完成的； 4就于时间紧迫，所以我会尽最大努力，运用所学的知识有步骤有计划的完成自 己的毕业设计。 研究内容 制定零件的夹紧方案 。 装夹卸料过程。 液压系统工 作原理。 研究计划及预期成果 研究计划： 2012 年 11 月 15 日 12 月 25 日：查阅论文相关参考资料，填写开题报告书。 2013 年 1 月 11 日 3 月 5 日：填写毕业实习报告。 2013 年 3 月 8 日 3 月 14 日：按照要求修改毕业设计开题报告。 2013 年 3 月 15 日 3 月 21 日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。 2013 年 3 月 22 日 4 月 11 日： 方案设计研究 。 2013 年 4 月 12 日 4 月 25 日： 结构工程图纸设计 。 2013 年 4 月 26 日 5 月 20 日： 完成毕业设计论文 。 预期成果： 实现： 先零件装夹在涨紧套外，机床油缸向后运动带动拉杆和锥套，由于锥度定心，向后运动后，锥套与涨紧套的作用直径慢慢变大，涨紧套开始与零件接触定位，实现自定心加紧。 工完成后，机床油缸向前运动，推动拉杆并带动锥套，涨紧套向内收缩，夹紧力慢慢松开后，取下零件，工序加工完成。 已具备的条件和尚需解决的问题 熟练掌握 绘图软件，单独查阅相关机械文件 ,相关专业知识。 缺少实践经历可能导致设计的结构出现与实际情 况不合理的地方。 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 编号 无锡太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 液压自定心自动夹紧夹具设计 信机 系 机械工程及其自动化 专业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：教 授 ） （职称： ） 2013年 5月 25日 江南大学太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 液压自定心自动夹紧夹具设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，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 92 学 号： 0923090 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 要 随着不规则形状零件在现代制造业中的广泛应用，如何保证这类零件的加工精度就显得尤为重要。本文通过分析机械零件的结构特点和加工要求，制定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。对于夹具设计来说 ，最重要的就是定位、夹紧方案的确定。针对机械这个零件加工要求的特点，确定了只能用定位、夹紧的办法来加工该零件。通过对各种定位夹紧装置的分析比较，选择并组合了一套既能够满足加工要求的，又比较简洁的装置。同时，通过对一系列定位误差和夹紧力的计算，验证了该零件的加工是可以保证其要求的精度的，它的加工误差在规定的范围内。通过夹紧力的计算，也验证了零件在被夹紧的前提下，它受到的夹紧力也并不大，满足夹具设计所要求的既要保证一定的夹紧力不使工件在加工过程中发生位移，但同时又不能过大致使工件发生变形。 关键词： 工 艺装备夹具设计；定位；夹紧 of in to of of of of of of a of a of it To of is to a of of of of of of a of 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 目 录 . V 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 课题的 来源及目的意义 . 错误 !未定义书签。 度设计技术分析 . 错误 !未定义书签。 2 零件的 . 错误 !未定义书签。 件的作用 . 错误 !未定义书签。 件的工艺分析 . 错误 !未定义书签。 3 工艺规程的分析 . 错误 !未定义书签。 产纲领和生产类型的确定 . 错误 !未定义书签。 定毛坯制造形式 . 5 词、名称 . 5 坯的结构确定 . 5 准面的选择 . 6 基准的选择 . 6 基准选择的原则 . 7 定各表面加工方案 . 7 工方案设计要点 . 8 、精加工的划分 . 8 要小表面及孔的加工 . 8 处理的安排 . 8 助工序的安排 . 8 序的合理组合 . 8 序的合理组合 . 8 序的集中与分散 . 9 工阶段的划分 . 9 艺过程设计中应考虑的主要问题 . 10 工方法选择的原则 . 10 工阶段的划分 . 10 序的合理组合 . 11 工顺序的安排 . 11 序方案的制定 . 12 削用量的选择 . 13 4 夹具设计 . 19 论 . 19 夹具概念 . 19 床夹具的分类 . 19 具设计中的特点 . 20 具分类 . 20 具的作用 . 21 床夹具设计 . 21 题的提出 . 21 位方案与定位元件的设计 . 22 紧方案 . 22 削力和夹紧力计算 . 25 位误差分析计算 . 26 结论 语 . 28 致 谢 . 29 参考文献 . 30 液压自定心自动夹紧夹具设计 1 1 绪论 机械制造 的 工艺学设计 一般 是 在我们 学完了大学基础课、技术基础课以及专业课之后进行的 也 是我们对所学各课程的 又 一次深入 且 综合性的总复习 ,也是一次理论 与实际相联系 的 训练 ,因此 ,这 在我们几年的大学生活中占有重要的地位。机械零件工艺设计 以及其夹具设计是在学完了机械制造工艺学，进行设计之后的下一个教学环节。它一方面要求学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力。另一方面能让我们 能够 熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识， 要求能够 正确地解决一个零件在加工 过程 中的定位，夹紧以 ， 工艺路线安排，工艺尺寸确定问题， 最终 保证零件的加工质量。 课题的来源及目的意义 本课题来源于一家致力于航空零件和汽车零件精密铸造和精 密加工的企业。其加工的零件都是一些精度要求高、工艺复杂的零件。零件座体（材料为铝合金）就是典型的壳体零件。此零件批量大已成为公司的一个新的经济增长点。此前的工艺装备为普通三爪卡盘对 A 的同轴度 本上不能保证，检测结果在 右，这样后道工序定位时，会影响其它孔的加工位置，造成零件废品率较高必须改进。又由于该零件批量大，原有三爪定位时车加工转速只有 500r/照公司精益生产的要求，也需要改进来提高生产效率。故提出此课题 ！ 度设计技术分析 通常情况下 ，夹具精度 应该 比工件要求的精度 要 高， 这样方 能加工出 要求的 合格的工件。精度 相对 高出的部分称 作 为夹具精度储备或 夹具 精度裕度。精度裕度 是 用来补偿加工中各项误差及定位、导向元件磨损 用的 。精度裕度越大， 说明 加工工件的质量越 可靠 ，夹具的易损件的使用寿命也 就会 越长。但 是 从另一方面看， 如果 精度裕度越大， 就 要求夹具的制造精度 要更 高， 这样 会急剧增加夹具制造 的 成本， 同时 工件的加工成本也随之增加；相反 ，夹具制造的精度 会更 小，会使夹具在夹具中易损件主要是定位、导向元件频繁地更换， 频繁维修 ， 就 增加 了 维修费用， 这样也就等于 增加了工件加工成本。 综上， 夹具的 精度设计准 则： 必须让 夹具设计精度与工件的加工精度要求相适应，不 能随意 提高夹具精度要求。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 零件的分析 件的作用 题目给出的 T 型轴盘零件 (如图 2来自某机器里的零部件。 该 机械零件的主要作用 通常 是支撑和连接，使某零部件 能 得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。 所以 此工件的加工质量 肯定 会影响 到 机械的工作精度、使用性能和寿命。 该 机械零件的主要 功能 是支撑和连接 ,装配等。 图 2零件工件 件的工艺分析 机械 的 加工工艺是 我们能够进行 产品设计，产品质量 保证 ，能源 节约 ，消耗 降低 的重要 方式 ， 是企业 准备 生产，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是 我们 企业上品种，上质量，上水平， 加快 产品 升级 更新， 增加 经济效益的技术保证 与支持 。 我们在 实际生产中， 因为 零件 生产的 类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求 都不一样 ， 而且 对 于 某一 个 零件，往往不是 独自 在一种机床上 进行的 ， 不是 用某一种加工方法就能完成的， 需 要经过一定的工艺过程才能完成加工。因此，不仅要根据零件的 相关 要求，结合现场的具体 情况 ，对零件的各组成表面 拿出 合适的加工方法， 同时还要拿出合理的 加工顺序， 一步步 把零件加工出来。 对于 某 些 具体 的 零件， 还 可采用 多 种不同的工艺方案进行加工。 即使 这些方案都可以加工出合格的零件，但从生产效率和经济效益 方面 来看，可能其中有种方案比较合理 并且可行。 所以一定要 根据零件的具体要求 及 可能的加工条件等，拟订 相对 合理的工艺过程。 液压自定心自动夹紧夹具设计 3 从整体 的 形状看 ，按 要求主要是加工孔和平面。具体特点 及 技术要求如下： 加工孔要求达到的精度等级为 87 粗糙度为 ，且以平面为基准，要求平行度公 差为 主要满足加工孔的位置精度。 其他各个孔和面的加工 均 以平面为定位基准。 因此 ，平面的形位公差 必须 达到设计的 要求。 粗糙度为 50孔，且粗糙度为 。 无锡太湖学院学士学位论文 4 3 工艺规程的分析 生产纲领大小对生产 的 组织和零件加工工艺过程 有 重要作用，它 限制 了各 个 工序需 要的 专业化和 自动化程度， 和 所选用工艺方法 及 工艺装备。 零件生产纲领可按下式计算。 N=1+a%）（ 1+b%） 4 N零件的年产量 Q产品年产量 n每台产品中该零件的件数 备品百分率 废品百分率 根据教材中生产纲领 ， 生产类型 ， 产品大小和复杂程度 等 的关系，确定 它的 生产类型。 图 3是 某产品上的一个零件。该产品年产量为 12000 台。 假 设其备品率为 25%，机械加工废品率为 每台产品中该零件的数量为 1 件，现制定该零件的机械加工工艺规程。 图 3零件工件 N=1+a%）（ 1+b%） =120001+25%）（ 1+ =15300 件 /年 此零件的年产量为 15300 件， 已经知道 该产品 是 属于轻型机械， 可 根据生产类型与生液压自定心自动夹紧夹具设计 5 产纲领的关系查阅参考文献 ， 最终 确定 该零件的 生产类型为大量生产。 坯材料及热处理 毛坯材料 由资料机械加工工艺手册，可得力学性能： 表 3能参数 牌号 铸件壁厚 最小抗拉强度 硬度 铸件硬度范围 金相组织 灰铸体 00075 145 130 120 50 素 体+珠光体 灰铸体一般的工作条件： 承受中等载荷的零件。 磨檫面间的单位面积压力不大于 490 毛坯的热处理 灰铸体中的碳全部或大部分 是 以片状石墨方式存在 于 铸铁中 的 ， 因为 片状石墨对基体的割裂作用 会 大，引起应力集中也 会 大； 所以 ， 细化 石墨片，并改 变其 分布， 能 提高铸铁的性能。 可以 采用石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），便于切削加工。 坯的结构确定 毛坯结构工艺要求 此零件为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求： 铸件的 材料选择应 合理， 要 有 比较 好的可铸性。 铸造圆角要 合适 ，不 能 有尖角。 铸件 的 结构 需 要尽量简化，并要 求 有合理的起模斜度， 来 减少分型面、芯子、并便于起模。 加强肋的厚度 及 分布 应该 合理， 避免 冷却时铸件变形或产生裂纹。 毛坯形状、尺寸确定的要求 设计毛坯形状、尺寸还 需要 考虑到： 每个 加工面的几何形 状 要 尽量简单。 工艺基准 要和 设计基准相一致。 需 便于装夹、加工 及 检查。 结构要素 要 统一，尽 可能 使用普通设备和标准刀具进行加工。 在确定毛坯时，要考虑 到 经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件 相 接近，可减少加工余量，提高材料利用率，降低 了 加工成本， 可是 这样 会 导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备 ，会 增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定 一方面 一定无锡太湖学院学士学位论文 6 要考虑 到 零件成本的问题 ，另一方面也 要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定 的情况下 ， 需要 时可 根据这个 绘出毛坯图。 准面的选 择 基准的选择 在 选择粗基准 的时候 ，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求 5。 粗基准选择应当满足以下要求： 1粗基准的选择 应该 以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面 之间的 相互位置关系精度。 若 工件上表面上有好几个不需加工的表面， 那就 应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作粗基准。 来保证 壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 2选择加工余量要求均匀的重要表面 来 作为粗基准。 比 如：机床 的 床身导轨面是其余量要求均匀的重要 表面。 因此 在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面， 然后再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留细致的组织， 来 增加耐磨性。 3粗基准 要选择加工余量最小的表面 。 才能够 保证 这个 面有 充足 的加工余量。 4粗基准 尽量选择光洁、平整、面积足够大的表面 ， 来 保证定位准确 以及 夹紧可 靠。不宜选 有浇口 、冒口、飞边、毛刺的表面作粗基准， 有必要的时候要 经 过 初加工。 5 尽量不要 重复使用粗基准， 由于 粗基准的表面大多数粗糙 并且是 不规则。多次使用 是很 难保证表面间的位置精度 的 。 基 准选择的原则 原则。 就是尽可能地让 设计基准 成 为定位基准。这样 能够防止 定位基准和 设计基准 两者的不重合 而 产生 的基准不重合误差。 原则 。要尽量 选 择 统一的定位基准。基准的统一 有助于确保 各表面 之 间的位置精度， 防止 基准转换 是 所带来的误差， 而且 各工序所用的夹具比较统一， 因此 可 降低 夹具设计 以及 制造工作。 比如 ：轴类零件 一般用 顶针孔为定位基准。车削、磨削 一般都是用 顶针孔 来 定位，这样 不仅能 在一次装夹中加工大多 数的 表面， 并且能够使得 圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度 得到保障 。 择 精基准 的 时 候 ，有时被加工 的两个 面， 能够相互作为 基准 来多次 加工。 比如 ：对 于 淬火 之 后的齿轮磨齿， 一般用 齿面 作 为基准 来 磨内孔 的 ，再以孔为基准磨齿面， 才 能保证齿面余量 的 均匀。 的 精加工或 者是 光整加工工序 需要 余量小 且 均匀， 就能够 选择加工表面本身 作 为基准。 比 如： 在 磨削机床导轨面 的 时 候 ，找正定位 是用导轨面来找 的。 还有 ，拉孔在无心磨床上磨外圆等， 均 是 用的 自为基准。 另外 ， 应该 选择工件上精度 相对 高 且 尺寸较大的表面 作 为精基准， 来 保证定位 的 稳固可靠。并 且 考虑 到 工件装夹 、 夹具设计 的 简单 以及加工方便 等。 要 能够使 得 孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置能保证次机械零件在整个加工液压自定心自动夹紧夹具设计 7 过程中 用的 基准定位基本上都 是 统一的。 通过 机械零件图 的 分析 我们知道 ，它的面 以及 占有的面积 相对要 较大，适 合 于作精基准 来 使用。 我们在 选择精基准 时的 原则 ： 考虑 的 重点是 要 有 助 于 保持 工件加工精度 而且 装夹准。 定各表面加工方案 一个好的结构不但应该达到设计要求 6，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计机械零件的加工工艺来 说，应选择能够满足加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机此零件小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。 要考虑被加工材料的性质，例如，淬火钢必 须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。 要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。 选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为 要求淬硬时，其最终工序选用精度。 工方案设计要点 对零件的加 工，由于工件容易变形，且面与孔之间、孔与孔之间、面与面之间经常有尺寸关联要求，所以如何选择定位基准，如何安排工艺顺序就非常关键，所以加工中通常应注意以下几个问题 : 、精加工的划分 由于工件在粗加工后会引起显著变形时，所以常将平面和孔的加工交替进行，在这些表面都粗加工以后，再精加工基准面及其它表面及面上各孔。 (1)粗加工阶段 通常先用与离合器结合面定位，粗铣与结合面，然后再以粗铣后的与结合面为基准，粗铣离合器结合面及其他表面，去除毛坯余量。 （ 2）半精加工阶段 通常安排一些半加工工序，将 精度和光洁度要求中等的一些表面加工完成，而对于要求高的表面进行半精加工，为以后的精加工做好准备。 (3)精加工阶段 无锡太湖学院学士学位论文 8 通常首先完成定位基准面 (结合面 )的精铣及面上两销孔的精加工，并以此为精基准完成对精度和光洁度要求高的表面及孔的加工。 要小表面及孔的加工 如螺纹孔，可以在精加工主要表面后进行，一方面加工时对工件变形影响不大，同时废品率也降低。另一方面如果主要表面出废品后，这些小表面就不必再加工了，从而也不会浪费工时。但是，如果小表面的加工很容易碰伤主要表面时，就应该把小表面的加工放在主要表面的精 加工之前 8。 处理的安排 有些机械零件有热处理的要求。为了消除内应力，需要进行人工时效，所以通常将热处理放在粗加工之后，半精加工之前。又如为了提高工件的表面硬度，需进行淬火，就要安排在半精加工之后，精加工之前 。 助工序的安排 如检验，在零件全部加工完毕后、各加工阶段结束时、关键工序前后，都要适当安排。其他辅助工序还有清洗、去飞刺、表面处理、气密试验、包装等，也应按其要求排入工艺过程。 序的合理组合 零件的大批量生产 ，一般统一的基准 要先加工出来 。加工统一的基准 就是加些零件 加工的第一个工序 。 实际中的安排 先以孔定位 来 粗、精加工顶平面。 下面 工序 的 安排 要求 粗 加工和 精 加工 分开 ，而且要 先 加工 面 ，然后加工 孔。 序的合理组合 加工 的 方法 定下来 以后， 我们 就按生产 的 类型、零件结构 上的 特点、技术要求和机床设备等具体生产条件 给出 工艺过程工序数。工序数 确定要满足要求 ： 关于 工序 的 分散 工序 的 内容 要 简单， 必须 有 助 选 出 最合理的切削用量。通用设备 要方便采用 。生产 的准备 阶段，不能工作量大 ，产品 的 更换 不能复杂 。 不能 对工人技术要求高。 同时采用 设备及 工人数量多， 相关 生产面积大，工艺路线长，生产管 理 不简单 。 关于 工序 的 集中 工序 的 数目 不多 ，装夹 工件 次数 不多 ，工艺路线 变短 ，相应 地 减少生产 的 面积 以及操作工人的数量 ， 同时也能简单 生产 过程中的相关 管理，在一次装夹 过程 中同时加工 多个 表面 便于 保证表面 之 间相互位置 的 精度。使用 的 设备 减 少，高效率专用机床 可在大量生产中采用来提高生产的效率 。 不过如果 采用 了 复杂专用设备 及 工艺装备， 同时增高了成本 ，维修 以及调整 费事，生产准备 的 工作量 变 大。 通常 ， 在 小批 单件 生产 过程 中，为 了减少 生产 的 管理， 一般都是 将工序 稍微集中 。 可是因为 不采用 专用的 设备， 限制了 工序集中程序。 那些简单结构 的 专用机床 及 工夹具组织流水线生产。 完成 加工工序 以后， 工件要洗干净了 。 洗的时候 在 c9080 的含 打及液压自定心自动夹紧夹具设计 9 硝酸钠溶液 。清洗 之 后吹干净 用压缩空气 。 使得该 零件内部杂质、毛刺、砂粒、铁屑的 残余小于 。 序的集中与分散 在 制订工艺 加工 路线 的 时 候 ， 要知道 工序的数目，采用工序分散 或者工序集中 是 工序不相同的两个 原则。 我们所说的 工序集中， 其实就 是用比较 少的工序完成零件加工， 相反是 工序分散。 (1) 工序集中 ：是把 零件加工集中在几道 少数 工序中 来 完成，每道工序 的 加工内容 比较 多， 并且它的 工艺路线 不会很长 。 它的 主要特点是： 使 用高效机床 及 工艺装备， 提高 生产 效 率； 减少 相关 设备 的 数量以及操作工人 的 人数和占地面积， 减少了 人力物力； 降低 了工件安装 的 次数， 使得 表面间位置精度 得到保证 ； 使用 的工装设备 的结构不是很简单 ， 维修调整起来不会简单 ，生产 前 准备工作量大。 (2) 工序分散 ： 就是 把 零件的加工分散到很多道工序内 来 完成，每道工序加工的内 容 不多 ， 且 工艺路线 不短 。 它的 主要特点： 工艺装备 和设备不是很复杂 ， 有利于 调整， 更好地适应变换产品 ； 对工人技术要求 不高 ； 能 采用最合理的切削用量， 降低 机动时间； 所 要加工 设备 以及 工艺装备 数量相对较多 ，操作工 比较 多，占地面积 较 大。 拟定工艺 加工 路线 的时候 ，工序集中 亦或 分散的程度， 大部分是看 生产 的 规模、零件的结构特点 以及 技术要求， 但有时候 ， 也必须想到 各工序生产节拍的 相一致 。 通常情况下 ， 在 单件小 批量 生产 的时候 ，只 可以 工序集中， 能 一台普通机床加工尽 可能 多的表面；大批大量生产时，既可以采用多轴等高效、 多刀、自动机床，将工序集中， 而且能 将工序分散后组织流水 线 生产。 在批量生产中 应 尽量 采用 高效率 的半自动机床， 让 工序适当 地 集中 些 ， 对提高生产率有帮助 。 那些 重型 的 零件， 要 减少 工件装卸以及运输 的劳动量，适当 地 集中 工序 ；对 那些刚性 不好而且 精度 要求高 的精密工件，工序 要 适当分散 一些 。 工阶段的划分 零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段： 粗加工阶段 半精加工阶段 精加工阶段 光整加工阶段 对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一 般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为 m。 划分加工阶段的原因： 无锡太湖学院学士学位论文 10 (1) 保证加工质量 粗加工时，由于加工余量大，所受的切削力、夹紧力也大，将引起较大的变形，如果不划分阶段连续进行粗精加工，上述变形来不及恢复，将影响加工精度。所以，需要划分加工阶段，使粗加工产生的误差和变形，通过半精加工和精加工予以纠正，并逐步提高零件的精度和表面质量。 (2) 合理使用设备 粗加工要求采用刚性好、效率高而精度较低的机床，精加工则要求机床精度 高。划分加工阶段后，可避免以精干粗，可以充分发挥机床的性能，延长使用寿命。 (3) 便于安排热处理工序，使冷热加工工序配合的更好 粗加工后，一般要安排去应力的时效处理，以消除内应力。精加工前要安排淬火等最终热处理，其变形可以通过精加工予以消除。 (4)有利于及早发现毛坯的缺陷 (如铸件的砂眼气孔等 ) 粗加工时去除了加工表面的大部分余量，若发现了毛坯缺陷，及时予以报废，以免继续加工造成工时的浪费。 艺过程设计中应考虑的主要问题 工方法选择的原则 所选加工方法应考虑每种加 工方法的经济、精度要求相适应。 所选加工方法能确保加工面的几何形状精度，表面相互位置精度要求。 所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。 加工方法要与生产类型相适应。 所选加工方法企业现有设备条件和工人技术水平相适应。 工阶段的划分 按照加工性质和作用的不同，工艺过程一般可划分为三个加工阶段： 粗加工 的 阶段 8 粗加工的是 为了去掉 大部分 多余 的 无用 金属，为 下面 的精加工 给出更 好的条件， 而且替 半精加工 及 精加工 给出 定位 的 基准，粗加工时能 很快找出 毛坯 不完美的地方 ， 对它进行报废或 者 修补， 防止 浪 费 了 工时。 但是呢， 粗加工 能够 采用功率 较 大，刚性 较 好，精度 较低的机床， 采 用 更 大的切前用量， 来使 生产率 得到提高。在 粗加工时，切削力 很 大，切削热量 更 多，所需夹紧力 更 大，工件产生的内应力 及 变形大， 因此 加工精度 要 低，粗糙度值要 大。 通常 粗加工 时 的公差等级为 1211 粗糙度 0080 。 半精加工 的 阶段 该阶段 是完成一些 次要面的加工并 且替 主要表面的精加工做好准备 工作 ， 确保正确 的加工余量。半精加工 时的 公差等级为 109 表面粗糙度为 0 。 精加工 的 阶段 精加工阶段 需要 切除剩余少量加工余量 ,这样做的 主要 原因 是 确保 零件的形状位置 和精度 ,尺寸精度 ，还有 表面粗糙度 ,使 得 各 个 主要表面 能够 达到图纸 的 要求 加工工序在最后 ,能够 防止 以及 减少工件精加工表面 的伤害