全套文件-托板加工工艺及典型工序夹具设计【含5张CAD图纸】
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哈尔滨理工大学荣成学院毕业设计（论文）开 题 报 告学生姓名 学 号 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 指导教师 2014 年 03 月 9 日课题题目及来源：题目：托板加工工艺及典型工序夹具设计题目来源： 生产实际课题研究的意义和国内外研究现状：课题研究的意义：现代机械制造技术是一个国家制造业水平的重要标志,是现代技术和工业创新的集成1,是一个国家工业的支柱和基础。各个国家之间科技竞争力的重点是机械制造业,分析机械制造技术的现状和特点,可以探究未来机械制造技术的发展方向。夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。一项优秀的夹具结构设计，往往可以使生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得到极大的稳定2。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的拔叉类，杆类工件，几乎各道工序都离不开专门设计的高效夹具。目前中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作量的50%-80%。生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作的重视程度，丝毫也不亚于对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。夹具的设计，制造和生产过程中对夹具的正确使用，维护和调整，对产品的优劣起着举足轻重的作用。机械制造基础毕业设计是我们学完了大学的机械制造基础课程、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。毕业设计对我们未来的工作有着很大的帮助。国内外发展状况：夹具的设计包括三个步骤：设备规划，夹具规划和夹具结构设计。目前，J.-Y. Jung3以及Ferreira等人在进行CAPP方面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助家居设计（CAFD）就夹具方面也做了一些工作；Chou YC Chandru V等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法；de meter EC提出的利用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法。目前，关于工件夹具的自动化配置方面的工作，自动化结构设计AFCD中很少提及。Cai等提出了一种指导夹具设计的方法，此方案是缩小由于工件表面与夹具安装误差所带来的定位误差。Hockenberger4与Demter提出的模式是在工件加工期间工件的静态分析，这种方法是一种定性分析并且是在抓紧或夹紧物体的最坏的情况下的偏差，这种情况是由于干涉扭矩。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展5。高 精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达5m，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler(戴美乐)公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5m以内；夹具重复安装的定位精度高达5m；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达25m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。高 效为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens(杰金斯)公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。 模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础6。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性7。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler(戴美乐)公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值8。 专家们建议组合夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。主动与国外夹具厂商联系，争取合资与合作，引进技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途径9。改革开放以来，随着中国与世界的接轨，中国不断的引进了西方先进的加工技术，而且随着世界科技的飞速发展，数控机床，加工中心，柔性制造单元，柔性制造系统等一系列高端设备得以广泛的运用，使得我国的加工精度和加工方法也发生了革命性的改变。产品更新换代的加快，产品需求的多样化，是制造业面临巨大挑战，特别像托板这种不规则零件就出现了重大问题，现阶段托板零件加工还打不到自动化加工，它的工艺好需要人工画线的方法来保证，而零件的装夹也是通过人工来完成的，所以现阶段我国对托板这种不规则零件的加工的效率还是比较低的阶段。夹具方面人们也从过去传统的夹具的装夹，定位，刀具的引导定位为夹具的装夹和定位，随着数字化加工设备的扩大化，已经将夹具的引导刀具功能完全替代，给今后的夹具的快速装夹与定位提出了更高的要求。课题研究的内容：通过网络、期刊、教材、厂家资料及国内外相关文献查阅。根据要求完成对托板加工工艺和夹具设计系统设计。完成设计图纸的绘制并进行相关校核工作，完成设计说明书的编写。加工工艺1、制订托板加工工艺规程，关键是工序的划分和定位基准的选择。在设计开始的过程中，我们必须要认真分析零件图，了解其托板零件的结构特点和相关的技术要求，对托板零件的每一个细节，都应仔细的分析，如托板加工表面的平行度、粗糙度、垂直度，特别是要注意托板零件各孔系自身精度（同托板度、圆度、粗糙度等）和它们的相互位置精度（托板线之间的平行度、垂直度以及托板线与平面之间的平行度、垂直度等要求），托板零件的尺寸是整个零件加工的关键，必须弄清托板零件的每一个尺寸。绘制零件图是一个重点，同时因为托板零件比较复杂,所以也是一个难点。我们采用autoCAD软件绘制零件图，一方面增加我们对零件的了解认识，另一方面增加我们对autoCAD软件的熟悉。工序的划分确定加工顺序和工序内容，安排工序的集中和分散程度，划分工序阶段，这项工作与生产纲领有密切关系，具体可以根据生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等。生产条件确定工艺过程的工序次数；如批量小时可采用在通用机床上工序集中原则，批量大时即可按工序分散原则，组织流水线生产，也可利用高生产率的通用设备，按工序集中原则组织生产。2、夹具设计可能遇到的问题：工件定位是否正确，定位精度是否满足要求，工件夹紧牢固是否可靠等等。工件在夹具中的定位精度，主要与定位基准是否与工序基准重合、定位基准与定位元件的配合状况等因素有关，可提高夹具的制造精度，减少配合间隙，就能提高夹具在机床上的定位精度，夹具中出现过定位时，可通过撤消多余定位元件，使多余定位元件失去限制重复自由度的能力，增加过定位元件与定位基准的配合间隙等办法来解决。夹紧必须可靠，但夹紧力不可过大，以免工件或夹具产生过大变形。可采用多点夹紧或在工件钢性薄弱部位安放适当的辅助支撑。夹具的设计必须要保证夹具的定位准确和机构合理,考虑夹具的定位误差和安装误差。我们将通过对工件与夹具的认真分析,结合一些夹具的具体设计事例,查阅相关的夹具设计资料,联系在工厂看到的一些托板零件加工的夹具来解决这些问题.上述即为遇到困难的解决措施3、 本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析根据不同的研究对象拟采用不同的研究手段（途径），本课题包括两方面内容：托板加工工艺的设计和夹具设计制定工艺规程的研究途径和可行性分析毛坯的选择：根据生产纲领和零件结构选择毛坯，毛坯的类型一般在零件图上已有规定。对于铸件和锻件应了解其分模面、浇口、冒口位置和拔模率，以便在选择定位基准和计算加工余量时有所考虑。如果毛坯是棒料或型材，则按其标准确定尺寸规格，并决定每批加工件数。毛坯的种类和其质量对机械加工的质量有密切的关系。同时对提高劳动生产率、节约材料、降低成本有很大的影响。拟订工艺路线：表示零件的加工顺序及加工方法，分出工序，安装或工位及工步等。并选择各工序所使用的机床型号、刀具、夹具及量具等。拟订工艺路线从实际出发，理论联系实际和工人结合起来。常常需要提出几个方案，进行分析比较后再确定。计算切削用量、加工余量及工时定额：查阅切削用量手册等资料并进行计算确定。目前，对单件小批量生产不规定切削用量，而是由操作工人根据经验自行选定，但对于自动线和流水线，为保证生产的节拍，必须规定切削用量，并不能随意改变。计算加工余量、工序尺寸及公差是要控制各工序的加工质量以保证最终加工质量。工时定额一般按各工厂的实际经验积累起来的统计资料来估算。随着生产的发展，工艺的改进，新工艺，新技术的不断出现，工时定额应进行相应的修改。对机械加工工艺规程基本要求可归结为质量、生产率和经济性。虽然有时互相矛盾，但只要把它们处理好，就会成为一个统一体。在三个要求中，质量是首要的。质量表现在机械产品的各项技术性能指标，质量不能保证，根本谈不上数量；质量和生产率之间是密切联系的，在保证质量的前提下，应该不断地最大限度地提高生产率，满足生产量的要求。如果两者矛盾，则生产率要服从于质量，应在保证质量的前提下解决生产率问题。在保证质量的前提下，应尽可能的节约耗费，减少投资，降低制造成本，这就是经济性。因此，托板的工艺规程研究途径应该体现质量、生产率和经济性的统一，达到经济合理及可行的最优方案。夹具设计的研究途径和可行性分析托板、铣、钻等工序使用的专用夹具，此类夹具的特点是针对性强、结构紧凑、操作简便、生产率高。夹具设计最关键是要求对工件定位正确，且满足定位精度要求。为了解决此问题，首先得了解影响定位精度的因素。然后采取措施解决具体的问题。如定位基准与定位元件的配合状况和影响定位精度，那么可以提高夹具的制造精度，减小配合间隙就能提高夹具在机床上的定位精度。除此之外，选择夹具的类型与结构型式必须与零件生产批量大小相适应，夹具结构与零部件应具有足够的刚度和强度，从而保证夹具操作方便、夹紧可靠、使用安全、并有合理的装卸空间。课题研究的主要方法：（1） 搜集资料，了解并掌握托板加工工艺结构和工作原理。（2） 确定设计大体思路，撰写开题报告，要求完成具体的设计内容及计算。（3） 根据设计任务书的要求，熟悉相关软件AutoCAD，确定设计方法及设计要点。按要求完成完整的设计计划及预期达到的结果，进行相关设计及计算。（4） 对所设计夹具设计相关校核，准备相关资料。（5） 对设计说明书初稿进行相关格式修改，对设计图纸并进行修改。研究过程中的主要问题和解决的方法：1、研究内容(1)查阅文献资料，详细研究零件图，了解零件的结构。(2)根据零件的结构选取毛坯的种类和制造方法毛坯余量的选择。(3)制定工艺规程和可行性分析。(4)选择粗精基准，计算和选择金属切削机床的技术参数。(5)根据托板的结构设计工序过程中的专用夹具。2、本课题可能遇到的问题及其研究方法（1）在刚开始的时候工序的划分以及定位基准会比较难选择，所以就在过程中腰认真分析零件图，了解托板的结构特点及相关的技术要求而加工工序要根据生产类型，零件的结构来认真分析。（2）在夹具设计的时候也可能遇到问题，比如工件的定位是否正确，定位精度是否满足要求等等，所以要调查现阶段国内外比较先进的托板结构，从整体上把握设计的方向，了解托板的加工工艺规程及夹具的设计原理。（3）通过大量的资料，研究零件的结构，选择合适的加工方法，及选择合理的基准和工序安排。（4）熟悉夹具的结构选择合理的机床及装夹设备，确定加工余量和工序，进行精细的准确的尺寸计算，和时间的估算。3、课题预期结果（1）了解了托板的作用，完成对零件的结构分析，并制作出合理的夹具及装夹方案（2）在保证经济和尺寸精度的要求下制定出合理的加工方法及加工工序。（3）在老师的要求下及自己的计划内完成各项任务。4、完成课题所需的工作条件在前期得做好各项准备，要查阅大量的文献了解托板的结构，并在CAD，上画出这个零件，认真去了解他的结构，这当中就需要一些工具书比如机械加工工艺手册，夹具设计图册，刀具设计手册以及有关教材及参考资料，最后如果有需要还可以选择去工厂调研，以上条件具备完成本课题所需的工作条件。课题研究所需的参考文献： 1孟少农主编.机械加工工艺手册.机械工业出版社，1991,169182.2李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.机械工业出版社，1993,178195.3 J.-Y. Jung, R.S. Ahluwalia, Featu
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