基于SolidWorks的焊钳X-M型静臂的工艺工装优化设计-钻6-φ14.5光孔【三维SW】【8张CAD图纸】
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基于SolidWorks的焊钳X-M型静臂的工艺工装优化设计设计者：王晓东学号：200906101106指导教师：文秀兰 江汉大学机电与建筑工程学院 2013年5月37X-M型焊钳静臂设计说明书学 生：王晓东，机电与建筑工程学院指导老师：文秀兰，机电与建筑工程学院 摘要 本论文的主要内容包括：XM型电阻点焊钳的静臂零件的设计的背景及目的，国内外的研究现状，课题研究方法，运用SolidWorks三维设计软件的优势，电阻点焊焊钳的一些特点特征，焊钳静臂零件的工艺规程的制定，零件的三维建模，通过零件的建模设计组装装配，爆炸视图的生成，以及有限元分析，在三维图的基础上输出二维工程图， 关键词电阻点焊钳、SolidWorks建模、有限元分析、工艺规程、专用夹具X - M type electrode holder arm design specificationAbstract This paper focuses on the XM type resistance point electrode holder static arm parts design modeling and simulation, and finite element analysis of key parts. The important content of this thesis includes: design background and purpose, research status at home and abroad, research methods, the advantage of using the SolidWorks 3 D design software, some characteristics of the resistance spot welding electrode holder, electrode holder quiet arm parts of process planning, through the modeling design of assembly parts assembly, explosion diagram is generated, and the finite element analysis, on the basis of the 3D drawing output 2D engineering drawing,Key words Resistance point electrode holder、SolidWorks modeling、finite element analysis、Process planning、Special fixture目录第一章 绪论11.1设计的背景与目的11.2国内外的研究状况和已有的研究成果11.3课题的研究方法、构成和研究方法21.4选用Solidworks三维制图软件的优势3第二章 XM型焊钳静臂的加工工艺规程的制定42.1 XM焊钳静臂的工艺分析42.1.1 XM焊钳静臂的用途42.1.2 XM焊钳静臂的技术要求42.1.3 审查XM焊钳静臂的工艺性52.1.4 确定XM焊钳静臂的生产类型72.2 确定毛坯，绘制毛坯简图72.2.1 零件的材料分析72.2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量72.3 拟定XM焊钳静臂的工艺路线72.3.1 定位基准的选择72.3.2 各表面的加工方案的确定92.3.3 加工阶段的划分和先后顺序的安排92.3.4 工序的集中与分散92.3.5 工序的安排92.3.6 机床设备及工艺装备的选用112.3.7确定工艺路线112.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定112.4.1加工余量的概念、分类及选用原则112.4.2工序10钻底座上6个14.5光孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定132.5 切削用量与时间定额的计算132.5.1 切削用量的计算142.5.2 时间定额的计算14第三章 使用Solidworks绘制零件的三维模型16第四章 专用夹具的设计194.1 夹具设计的基础知识194.2 专用夹具设计方案的确定194.2.1 夹具设计任务194.2.2 确定夹具的结构方案194.2.3 夹具装配体三维图，装配体二维图234.2.4夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求234.2.5 其他说明25第五章 零件的有限元分析285.1 为零件添加夹具285.2 为零件添加载荷285.3 选择零件的材料285.4 对模型进行运行模拟285.5 显示并分析最大应力295.6 显示并分析最大位移31第六章 结论32致谢33参考文献34附录35第一章 绪论1.1设计的背景与目的随着我国汽车品种的不断增加，对焊接装置的要求越来越高，点焊钳是悬挂式点焊机的重要组成部分，如何提高点焊钳的性能、增加品种，以适应各种车型、各个工位的焊接需要，是焊机设计人员不可忽视的问题。本次课题是在给定XM型电阻点焊钳静臂部件图纸的基础上，利用Solidworks三维设计软件，通过参考实体零件以及毕业设计训练，使我们熟悉掌握电阻点焊钳的功能、用途和结构特点，分析制定其主要零件的机械加工工艺路线，重点进行工序工装夹具的三维建模设计与优化。并且使用Solidworks对夹具模型进行有限元分析、干涉检查等相关分析，最后生成二维工程图。目的是希望通过各方面的研究使其国产化。1.2国内外的研究状况和已有的研究成果电阻点焊因其质量稳定、生产效率高、易于实现自动化及大规模生产等一直是汽车车身最主要的焊接连接方式，一般一台车身有3000 6000个焊点。汽车车身焊装生产线使用的点焊机一般由以下三个主要部分组成。(1)以阻焊变压器为主，包括电极及二次回路组成的焊接回路；(2)由机架和有关夹持焊件及施加压力的传动机构组成的机械装置，包括焊钳/焊枪；(3)能按要求接通电源，并可以控制焊接程序中各段时间及调节焊接电流的控制电路。通常的点焊机都需根据应用环境的不同专门设计，属于非标设备，故其结构形式和分类方法也多种多样。焊机和焊钳的分类及应用常用的点焊机一般可分为手工普通点焊机、多点 或单点间定焊机和点焊机器人等。其中多点固定焊机完全针对特別的焊接结构设计，通用性比较差,单点焊机需要手持并移动工件实现点焊，只适用于焊点位置要求较低,零件较小的情况，目前两者在汽车生产线上应用均比较少，其焊钳设计也相对简单。 而普通的点焊机和点焊机器人是汽车车身焊装动化生产线上完成汽车车身点焊的主要设备，适用于尺寸较大、 形状较复杂、不便于移动的大型薄壁车身结构，其配套的焊钳分别称为手工焊钳和自动焊钳，二者除了使用对象以及相应的技术要求有所差异外，结构形式很是类似。如图1-1，为X型电阻点焊钳的实体图。该焊钳静臂选用的材料是铬锆铜（CuCr1Zr）。图1-1 X型电阻点焊钳该合金同时具有高强度（抗拉强度Rm450MPa、屈服强度Rp0.2360MPa）高导（导电率IACS：75%83%）的优良性能，且耐热耐磨，防变形能力强。广泛用作汽车、宇航工业的钢板和不锈钢板的接触焊机点焊，滚焊焊炬最理想的电极材料，高压开关焊点材料和断路器材料，也广泛用于IC框架引线材料。该材料的特性见表1-1。表1-1 铬锆铜（CuCr1Zr）的物理特性密度g/cm3抗拉强度MPa硬度HRB导电率AICS（%）热导率W/mk延伸率%89455545788375330151.3课题的研究方法、构成和研究方法在本次课题的研究中，查阅有关文献资料，了解电阻点焊钳在汽车工业上的用途，熟悉电阻点焊钳的工作原理，组成结构及设计特点；分析焊钳静臂的材料特性和结构特性，了解工艺工装的有关内容；接着与生产厂家联系，几次亲身到工厂，实际的观察零件，了解X型点焊钳的结构，从而获得与课题有关的信息。在接着的研究过程中，根据所给的零件图，具体的研究方法如下：（1）查阅资料，在以前做过的机械制造技术基础课程设计的基础之上，确定此次课题的切入点； （2）学习Solidworks三维设计软件，对零件、毛坯、夹具及装配体进行三维建模并对零件进行简单的有限元分析；（3）参考各种资料，查阅Solidworks的设计方案，提出零件的建模方案及装配方案；（4）查阅资料，制定该零件的工艺规程。（5）根据老师的意见和自己的计算分析、比较，确定最终方案；本课题主要由三部分构成：第一部分是对零件进行工艺设计，制定其工艺规程；第二部分是所有零件的建模设计，即最终的机械装配图纸的输出；第三部分是结构的分析，零件及夹具体的有限元分析，装配过程的动画制作，生成爆炸图，最终完成整个设计的任务，并编写设计说明书。1.4选用Solidworks三维制图软件的优势Solidworks软件具有强大的装配功能，它可以使零部件灵活的配对、定位并保持关联性，对装配完成后模型还可以进行装配干涉分析，发现问题后可以及时修改。Solidworks软件提供了重合、角度、平行、垂直、中心、距离、相切等定位方式来实现模型的蓄力装配。1、 Solidworks菜单少，使用直观、简单，界面友好。2、 数据转换接口丰富，转换成功率高。3、 Solidworks与I-DEAS、ANSYS、Pro-e、AutoCAD等之间的数据转换均非常成功、流畅。4、Solidworks具有很好的设计柔性，使设计过程灵活、方便修改。第二章 XM型焊钳静臂的加工工艺规程的制定2.1 XM焊钳静臂的工艺分析2.1.1 XM焊钳静臂的用途X型焊钳静臂零件如图2-1所示，该焊钳静臂在电阻点焊钳中主要连接电极接杆和气缸，其在X 型电阻点焊钳中的连接方式如图1-1所示。由于焊钳静臂需要传导电流和压紧焊接材料，所以采用CuCrlZr这种材料(该材料的特性见表，因为使用这种材料可以提高导电率和强度，减弱静臂的发热。该零件的主要工作面为底平面，75mm圆端面和45mm光孔，在设计工艺规程时应重点予以保证。图2-1 焊钳静臂的实体零件2.1.2 XM焊钳静臂的技术要求该X型焊钳静臂形状和结构都较简单，属于一般类零件。为实现良好的滑动要求，底平面和圆端面粗糙度要求为Ra为1.6m，且为增强耐磨性，滑动部分需要镀铬，25mm光孔和底平面的平行度要求为0.02mm，45mm光孔和底平面的垂直度要求为0.02mm。只是6mm光孔，其深度较深，钻套过长，实际加工时很难同时保证其精度和深度，不过它只是和G1/4螺孔连通就行了，没有必要保证公差等级。因为该孔只起到导向作用。故将该孔公差等级去掉较合理。如图2-2及图2-3所示。综上所述，该焊钳静臂的各项技术要求制定的都比较合理，符合该零件所起到的作用，故方案可行，该焊钳静臂的各项技术要求见表2-1。表2-1 焊钳静臂的技术要求加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度等级表而粗糙度Ra/m形位公差/mm底座下平面150.02IT71.6-底座上平面150.02IT71.6-45mm光孔45J7IT70.80.0228mm光孔28H7IT70.8-8mm螺孔M8IT106.3-6mm光孔6IT106.3-75mm圆端面60h7IT70.8-30mm圆端面66IT83.2-25mm光孔25H7IT70.80.028mm螺孔M81DIT106.3-11mm光孔11+0-1.5IT106.3-18mm沉头孔18IT1312.5-侧面10mm螺孔M101.5DIT106.3-6个14.5mm光孔14.5IT106.3-2个G1/4螺孔G1/4IT106.3-斜块上平面18IT1312.5-斜块上11mm光孔11mmIT106.3-4mm螺孔M4IT106.3-3mm槽3-0.5+1IT1312.5-2.1.3 审查XM焊钳静臂的工艺性机械产品设计的工艺性评价包裹毛坯制造工艺性评价。热处理工艺性评价。机械加工工艺性评价和装配工艺性评价。图2-2 焊钳静臂零件半剖视图图2-3 焊钳静臂零件的阶梯剖视图分析该焊钳静臂零件可知，挖掉部分焊钳钳身的中间的材料可以减轻零件重量，节约材料，降低成本，更有利于零件的装配。该焊钳静臂零件除了主要的工作面（底座平面、25H7mm光孔、45mmH7光孔以及75mm圆端面）外，其余表面及孔的加工精度均比较低，一般粗加工即可达到加工要求，主要工作面虽然加工精度相对比较高，但是均属于一般难度的加工类型，正常的生产条件下即可完成这些加工要求。由此可见，该零件的工艺性比较复杂，加工不是很方便，但是方案可行。2.1.4 确定XM焊钳静臂的生产类型按设计要求，该零件属于轻型零件，该零件的生产类型为中批量生产。2.2 确定毛坯，绘制毛坯简图2.2.1 零件的材料分析由于点焊钳的静臂在焊接过程中会通入低压高频的电流，所以焊接时静臂的温度会很高，这就要求滑臂材料有很好的导电性；同时滑臂在焊接时还要传导力把焊接材料挤压在一起，这就要求静臂材料的强度要很好，否则焊钳静臂在焊接后就可能会发生变形。原来的焊钳静臂是从法国进口的，其材料为黄铜（H62)，但H62的导电率较低， IACS约 22% 28 %。为获得较大电流，节省电能，降低焊钳静臂的发热，现在焊钳所用材料为导电率较高的铬锆铜（其表达式为CuCr1Zr），该合金同时具有高强度（抗拉强度Rm450MPa、屈服强度Rp0.2360MPa）高导（导电率IACS：75%83%）的优良性能，且耐热耐磨，防变形能力强。广泛用作汽车、宇航工业的钢板和不锈钢板的接触焊机点焊，滚焊焊炬最理想的电极材料，高压开关焊点材料和断路器材料，也广泛用于IC框架引线材料。2.2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量该零件的外轮廓尺寸为223.4mm127mm199.1mm。该零件存在毛坯余量的待加工部位及其毛坯尺寸分别是底平面（21mm）、75mm圆端面凸台（66mm）、30mm圆端面凸台（72mm）、45mm光孔（38mm）、斜块厚度（21mm）。如图2-4及图2-5所示。2.3 拟定XM焊钳静臂的工艺路线2.3.1 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，然后确定粗基准。1.精基准的选择根据该焊钳静臂零件的技术要求和装配要求，选择45mm光孔、底平面、75mm圆端面和25mm光孔作为精基准，符合“基准重合”原则；同时，零件上的很多表面和孔都可以采用它们作基准进行加工，又遵循了“基准统一”原则。底平面是设计基准， 图2-4 焊钳静臂毛坯主视图选用其做精基准定位加工45mmJ7光孔和25mmH7光孔，有利于保证被加工表面的垂直度和平行度；选用45mmJ7光孔做为精基准同样是服从了“基准重合”原则，因为该焊钳静臂在轴向方向上的尺寸多以该断面做设计基准；另外由于该零件比较长，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，选择75mm圆端面做精基准，夹紧可作用在圆端面上，夹紧稳定可靠，不易变形。2.粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。本课题中选择择30mm圆端面和60mm圆端面做粗基准。2.3.2 各表面的加工方案的确定根据焊钳静臂零件各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度的要求，查阅机械制造技术基础课程设计指导教程的相关规定，确定加工各表面的加工方案并列于表2-2中。2.3.3 加工阶段的划分和先后顺序的安排在选定焊钳静臂的各表面加工方法后，就需进一步确定这些加工方法在工艺路线中图2-5 焊钳静臂毛坯左视图的顺序及位置，这就涉及加工阶段划分方面的问题。对于精度要求较高的表面，总是先粗加工后精加工，但工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。该焊钳静臂的加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准(底平面)准备好，使后续工序都可釆用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；在精加工阶段，对45mm光孔和25mm光孔进行精加工，对75mm圆端面和底平面进行精加工。2.3.4 工序的集中与分散工序的集中与分散确定了工序内容的多与少，它直接影响整个工艺路线的工序数目及设备、工装的选用等一系列主要问题。由于本课题的焊钳静臂的生产类型为中批生产，确定选用工序集中与工序分散相结合的原则组织工序内容，一方面可以采用万能、通用机床配以及专用夹具加工，以提高生产率；另一方面也可以减少工件的装夹次数，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度，并可以缩短辅助时间。2.3.5 工序的安排1.机械加工工序（1）按照“先基准后其他”原则，首先加工精基准焊钳静臂的底平面和45mmJ7的光孔。表2-2 焊钳静臂零件各表面加工方案加工表面经济精度表而粗糙度Ra/m加工方案备注底座下平面IT71.6粗铣-精铣-底座上平面IT71.6粗铣-精铣-45mm光孔IT70.8粗镗-半精镗-精镗-28mm光孔IT70.8粗镗-半精镗-精镗-8mm螺孔IT106.3钻-扩-6mm光孔IT106.3钻-扩-75mm圆端面IT70.8粗铣-精铣-磨-30mm圆端面IT83.2粗铣-半精铣-25mm光孔IT70.8钻-扩-铰-8mm螺孔IT106.3钻-扩-11mm光孔IT106.3钻-扩-18mm沉头孔IT1312.5钻-侧面10mm螺孔IT106.3钻-扩-6个14.5mm光孔IT1312.5钻-2个G1/4螺孔IT106.3钻-扩-斜块上平面IT1312.5粗铣-斜块上11mm光孔IT106.3钻-扩-4mm螺孔IT106.3钻-扩-3mm槽IT1312.5粗铣-（2）按照“先粗后精”原则，对各加工表面都是先安排粗加工工序，后安排精加工工序。（3）按照“先主后次”原则，先加工主要面焊钳静臂的底座下平面、45mmJ7的光孔、75mm的圆端面及25mmH7的光孔；后加工次要表面焊钳静臂的底座上平面和30mm的圆端面。（4）按照“先面后孔”原则，先加工75mm的圆端面，再加工25mmH7的孔；先加工底座的上平面，再加工6个14.5mm的光孔；先加工斜块上平面，在加工斜块上的11mm的孔。2.辅助工序半精加工后，安排去毛刺、中检工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该焊钳静臂的工序安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工主要表面精加工，其间穿插一些辅助工序（参见表2-3）2.3.6 机床设备及工艺装备的选用1.机床设备的选用在中批量生产条件下，可以选用通用万能设备和数控机床设备。被课题各工序所选用机床设备详见表2-3。2工艺装备的选用工艺装备主要包括刀具、夹具、量检具和辅具等。本课题各工序所选用刀具、量具详见表2-3。夹具均采用专用机床夹具。2.3.7确定工艺路线归纳以上考虑，制定了焊钳静臂的艺路线，详见表2-3。2.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定2.4.1加工余量的概念、分类及选用原则1. 加工余量的概念为保证零件加工质量，一般都要从毛坯上切除一层材料。毛坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。2. 加工余量的分类（1）总余量和工序余量加工余量有总余量和工序余量之分。总余量是指某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差。工序余量是指相邻两道工序尺寸之差。表2-3 焊钳静臂的工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1铸造-游标卡尺，塞规2粗精铣底座下平面立式铣床X51立铣刀游标卡尺，刀形平尺3粗精铣底座上平面立式铣床X51立铣刀游标卡尺，刀形平尺4粗精镗45mmJ7的光孔卧式镗床T68单刃镗刀内径百分表，卡尺，塞规5钻扩铰28mmH7的光孔，钻扩8螺孔和6光孔立式钻床Z535麻花钻，扩孔钻，铰刀内径百分表，卡尺，塞规6粗精铣侧面75圆端面X62型卧式万能铣床80高速钢面铣刀游标卡尺，刀形平尺7粗铣，半精铣侧面30圆端面立式铣床X51莫氏锥柄立铣刀游标卡尺，刀形平尺8钻扩铰25光孔，钻扩8螺孔和11光孔，钻18沉头孔立式钻床Z535麻花钻，扩孔钻，铰刀，锪钻内径百分表，卡尺，塞规9钻扩侧面10螺孔，钻18沉头孔立式钻床Z535麻花钻，扩孔钻，锪钻卡尺，塞规10钻底座上6个14.5光孔立式钻床Z525硬质合金锥柄麻花钻卡尺，塞规11钻扩两个G1/4螺孔立式钻床Z535麻花钻，扩孔钻卡尺，塞规12粗铣斜块上平面立式铣床X51三面刃铣刀游标卡尺13钻扩斜块上11光孔立式钻床Z535麻花钻，扩孔钻卡尺，塞规14粗铣3mm宽的槽立式铣床X51莫氏锥柄槽铣刀游标卡尺15钻扩侧面上4螺孔摇臂钻床Z3025麻花钻，扩孔钻卡尺，塞规16倒圆角，去毛刺虎钳-17清洗清洗机-18检验-内径百分表，游标，塞规等（2）单边余量和双边余量对于非对称表面，工序余量是单边的，称单边余量。以一个表面为基准加工另一个表面时相邻两工序尺寸之差就是该工序的工序余量。对于具有对称结构的表面，工序余量是双边的，称双边余量，相邻两工序的直径尺寸之差就是加工外圆（内孔）表面的双边余量。（3）最大余量和最小余量由于各工序尺寸都有公差，所以各工序实际切除的余量值是变化的，因此工序余量有公称余量、最大余量和最小余量之分。相邻两工序的基本尺寸之差即是公称余量。公称余量的变动范围称为余量公差。3. 加工余量的选用原则（1）为缩短加工时间，降低制造成本，应采用最小的加工余量。（2）所采用的加工余量应保证能得到工序图上所规定的精度和表面粗糙度。（3）要考虑被加工零件尺寸大小，尺寸越大，加工余量越大。2.4.2工序10钻底座上6个14.5光孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定 该工序的加工过程为：钻底座上6个14.5光孔至设计尺寸。由于该孔表面粗糙度要求不高，一次钻就可以完成要求。机械制造技术基础课程设计指导教程表2-20可得：钻孔余量Z钻=14.5。查标准公差数值表2-30可确定其公差值为：0.27mm。综上所述，该工序的工序尺寸及公差为:钻孔工序尺寸d1=14.50.13mm，关系如图2-2及图2-3。图2-2 钻14.5mm孔加工示意图图2-3 6个孔在零件上的位置2.5 切削用量与时间定额的计算切削用量的选择，对生产效率、加工成本和加工质量均有重要影响。所谓合理的切削用量是指在保证加工质量的前提下，能取得较高的生产效率和较低成本的切削用量。约束切削用量的选择的主要条件：工件的加工要求（加工质量要求和生产效率要求）；刀具材料的切削性能；机床的性能（动力特性和运动特性）；刀具的寿命的要求。2.5.1 切削用量的计算切削速度vc(m/min)、进给量f (mm/r)和背吃刀量ap(mm),常被称为切削用量三要素。1.切削用量的选择原则（1）首先选取尽可能大的背吃刀量ap ;（2） 其次是根据机床进给机构强度、刀杆刚度等限制条件（粗加工时）或已加工表面粗糙度要求（精加工时），选取尽可能大的进给量f；（3）最后根据切削用量手册查取或根据公式计算确定切削速度。2. 确定背吃刀量ap 因为该工序只是一步粗加工，可以一次钻削就能达到零件的要求，因此，选用金肯那个大的背吃刀量，即ap=14.5mm。3确定进给量f 查阅机械制造技术基础课程设计指导教程表5-22，确定选取f=0.20.3mm/r。然后查阅该书表4-10立式钻床进给量，确定选取f=0.25mm/r。4. 计算切削速度 查表5-22，确定切削速度范围为1825m/min，选取切削速度vc= 22m/min。由公式n=1000v/d可以计算n=10002/14.5r/min=483r/min，查表4-9，对照该工序所选Z535立式钻床的主轴转速系列，取转速n=530r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度v=nd/1000=5303.1414.5/1000=23.3m/min。该速度在切削范围内，符合要求。2.5.2 时间定额的计算时间定额是在一定的生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间，用tj表示。时间定额是安排生产计划、成本核算的主要依据。它由以下5个部分组成：1）基本时间。 直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间，用tj表示。2）辅助时间。为实现工艺过程所做的各种辅助动作所消耗的时间，用tf表示。3）布置工地时间。用tb表示，一般为作业时间的2%7%。4）休息和生理所需时间。用tx表示，一般为作业时间的2%4%。5）准备与终结时间。用tz/m表示，一般为作业时间的3%5%。1.基本时间tj 根据表5-45，钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得。公式中l=15mm，取l2为2mm，l1=D/2cotkr+（12）=14.5/2cot54。+1=6.3mm。又f=0.25mm/r，n=530r/min。将上述结果代入公式。则该工序的基本时间tj=（15+6.3+2）/（0.25530）=0.17min=10.6s。2. 辅助时间tf 根据课程设计指导书所述，辅助时间tf 与基本时间tj之间的关系为tf=（0.150.2）tj=（0.150.2）10.6=1.582.11s，本次课题取tf=2s。3. 其他时间tb+tx+tz/m 本次课题中三者的比例分别取4%，4%和3%。则tb+tx+tz/m=（4%+4%+3%）（10.6+2）s=11%12.6s=1.38s。4. 单件时间定额tdj的计算 根据公式，课题中单件时间tdj= tj + tf +tb+ tx +（tz/m），则该工序的时间定额为：tdj=10.6+2+1.38=13.98s。因此，工序10的单件计算时间tdj=13.98s。第三章 使用Solidworks绘制零件的三维模型使用Solidworks绘制出零件的三维模型，是我们对零件的结构特点有清楚的了解，为制作夹具和生成二维图提供准备。Solidworks中的零件模型不仅形象逼真、色彩丰富，而且能将复杂形体的内腔随意剖切开来展示，能使我们更清楚地认识零件的结构。对于装配体中零件之间的连接、装配关系也可充分地展示出来，并能进行装拆动画演示，是我们更好地分析设计中所存在问题。焊钳静臂零件的三维模型的绘制过程见图3-1至3-5。图2-3是先画出零件的三个基准面中对称部位的一半。图3-1 焊钳建模步骤一图2-4是将对称部位进行镜像特征，画出另外一半，这样可以简化画图过程，提高效率。图2-5是重新建立与底面有10的位置关系的另外一个基准面。然后在此基准面上作图，画出此部分的零件特征。至此，零件的大体轮廓已经画完，下面的任务就是对细节部分进行修改。图2-6是对零件模型的细节部位进行修改，比如说各个部位的螺纹孔、沉头孔，凸台、各种圆角以及所多余的部分。图2-7是最后完成的焊钳静臂的零件模型。图3-2 焊钳建模步骤二图3-3 焊钳建模步骤三图3-4 焊钳建模步骤四图3-5 最终焊钳建模模型 第四章 专用夹具的设计4.1 夹具设计的基础知识工件在加工之前必须安放在夹具中，使其得到一个确定的位置或方向，并使其在加工过程中即使受到切削力及其它外力的影响，仍能保证正确位置或方向。确定工件在机床上或夹具中有正确位置的过程，称为定位。工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程，称为装夹。机床夹具的用途：（1）保证产品质量；（2）提高劳动生产率；（3）扩大机床的工艺范围，解决复杂或困难的工艺问题；（4）改变原机床的用途，扩大机床使用范围；（5）减轻操作的劳动强度，尽量做到安全生产。4.2 专用夹具设计方案的确定专用夹具的基本要求：（1）稳定地保证工件的加工精度；（2）提高机械加工的劳动生产率和降低工件的制造成本；（3）结构简单，操作方便，省力和安全，便于排屑；（4）具有良好的结构工艺性，便于夹具的制造、装配、检验、调整与维修；（5）夹具的构造应与其用途及生产规模相适应；（6）注意夹具与机床、辅助工具、刀具、量具之间的联系。4.2.1 夹具设计任务如图4-1，所示为在焊钳静臂底座上钻6个14.5的光孔的工序简图。已知：工件的材料为CuCr1zr，毛坯为铸造件，所选用的机床为立式钻床Z535，生产类型为中批量生产。为该钻孔工序设计一钻床夹具。4.2.2 确定夹具的结构方案1定位元件及夹具体的确定 夹具体的一般要求：（1）要有足够的刚度和强度；（2）较轻的重量；（3）安装要稳定；图4-1钻孔工序的加工简图（4）保证装卸工件方便；（5）工艺性要好；（6）便于清理切削与脏物；（7）要保证使用的安全性。根据工序简图规定的定位基准，采用两面一销定位方案。其中夹具体上定位平面限制工件的三个自由度，分别是“沿X轴方向的旋转、沿Y轴方向的旋转和沿Z轴方向的移动”；圆柱形定位平面因为接触面积很小，作用相当于是一个支撑板，限制了工件的两个自由度，分别是“沿X轴方向的移动和沿Z轴方向的旋转”；菱形销限制了工件的一个自由度，是“沿Y轴方向的移动”。总共限制了工件的6个自由度，没有过定位及欠定位的情况，实现工件正确定位。定位方案如图4-2所示。孔与定位销的配合尺寸为27的螺纹配合，定位方案合理可行。2.导向装置的确定 采用钻套的目的：（1）保证被加工孔的位置精度；（2）避免刀具损坏；（3）提高加工表面的光洁度和几何精度；（4）保证可靠地完成钻孔后的第二步工作，如铰孔等。本工序只有一步加工钻14.5的光孔，因此本夹具可以选用固定钻套来作为刀具的导向元件，如图4-3所示为固定钻套的三维图及零件图。图4-2 定位方案图4-3 固定钻套3.夹紧机构的确定设计夹紧装置的基本要求：（1） 夹紧力绝对不能破坏工件在夹具中的正确位置。（2） 夹紧力的大小必须合适。既要保证工件在加工中不会产生位移和振动，又要保证工件在加工过程的变形和受压表面损伤不超出允许范围。（3） 夹紧动作要迅速，操作简单省力、使用安全。（4） 结构比较简单，制造相对容易，体积不能很大并且刚度要很好。（5） 夹紧行程一定要足够，还要保证装卸工件的间隙。一般夹紧元件可分为：螺旋夹紧机构，斜锲夹紧机构和偏心轮夹紧机构。针对该零件的生产类型，此夹具选用螺旋夹紧机构，如图4-4所示。该夹紧机构中的各零件均采用标准夹具元件。夹紧力计算夹紧力的大小对加工精度影响很大，夹紧力过小，工件夹不紧；夹紧力过大会使工件产生变形。因此，正确计算夹紧力是十分必要的。在切削过程中，由于加工余量、硬度不同，刀具磨损等因素的影响，使切削力产生变化，而且在切削过程中切削力的方向、作用点也是变化的，因此要准确计算夹紧力是困难的，只能按切削力P粗略估计。Q=KP公式中：Q夹紧力，N； P切削力，N；图4-4 夹紧方案安全系数，一般取k=1.53；粗加工时k=2.53；精加工时k=1.52。查阅机械加工工艺师手册可知钻削时的轴向力的计算公式为：FCFd0ZFfyFkF；钻削时转矩的计算公式为：T=CTd0ZTfyTkT；查表可知CF410，ZF1.0，yTkT0.8，CT0.117，ZT2，又已知d014.5mm，f0.25mm/r。代入公式可得：F41014.51.00.160.81372N；Fd1=F1d2；F1=Fd1/d2=13727.25/18=552.6N；F夹紧=KF1=2.5552.6=1381N；螺旋夹紧机构的夹紧力的计算公式为：W=2QL/d2tan（+）+2Rcot/2f ；查机床夹具设计手册表2-18，得：Q=15N，L=350mm，d0=23.752mm,查表1-2-21及表1-2-22，得：= 2 29，得=9 50。，f=tg=0.16，=120。W=215350/ d2tan(229+950)+225cot60f=10500/3.2924=3189N。又F夹紧=1381NW=3189N，故该夹紧机构能满足钻孔要求。4.2.3 夹具装配体三维图，装配体二维图通过夹具体把夹具各组成部分连接起来，并将连接部分剖视。如图4-54-8别是夹具总装图的三维模型和二维装配图。4.2.4夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求（1）夹具装配图上要标注的尺寸：根据前面工序简图上所规定的被加工孔的加工精度要求，可以确定钻套的中心线与夹具体上用来定位的销子之间的尺寸取为（450. 05) mm。工件上孔的中心距为90mm和62.5mm，该尺寸为自由公差，又两钻套的中心距公差取为工件相应尺寸公差的 1/3,为（1/30.2)mm=0. 068mm，对称标注为（90土0.034) mm和（62.5土0.034）mm。钻套中心线对定位销中心线的垂直度公差取为0.02mm。定位销中心线与夹具底面的平行度公差取为0.02mm。（2）夹具装配图上要标注的配合尺寸：菱形销与定位孔的配合尺寸25H7 / f6 。钻套与钻模板的配合尺寸为22H7/n6。夹紧螺钉与衬套的配合尺寸为27H7/n6。定位销与钻模板的配合为6H7/h7。夹具最大外形尺寸350mm240mm325mm。（3）夹具装配图上的技术要求：图4-5 夹具总装图三维模型图4-6 装配体主视图图4-7 装配体俯视图1、装配前所有零件进行清洗。2、定位销与夹具体定位误差不得大于0.01mm。3、固定钻套中心线与夹具体垂直度误差不得大于0.01/100。图4-8 装配体剖视图4.2.5 其他说明该方案有一个定位元件定位元件不是标准件，其三维模型图及二维零件图如图4-9及图3-10。图4-9 面销定位件三维模型图4-10面销定位件零件图该夹具的总装中还包含一些其他的非标准件，其三维模型和二维零件图分别如图3-113-12。为了能直观地看到装配过程，我还制作了装配体的爆炸视图，如图4-13所示。图4-11 夹具体三维模型图4-12 钻模板三维模型图4-13 装配体爆炸视图第五章 零件的有限元分析Solidworks simulation是一个与Solidworks完全集成的有限元分析系统，它提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、热分析和优化分析。 它凭借强大的功能支持，可以简捷地对机械零件进行多项功能分析，从而实现降低设计费用，缩短设计周期和提高产品质量的目的，大大缩短产品上市时间。5.1 为零件添加夹具添加夹具用来阻止增加载荷时零件发生移动。如图5-1所示，为零件添加夹具的方案。图5-1 为零件添加夹具5.2 为零件添加载荷在零件上模拟实际加工中零件所受到的力，为分析提供参数。如图5-2所示，为零件添加力。5.3 选择零件的材料选择出该零件的材料。已知该零件所选材料为铬锆铜（CuCr1Zr）。如图5-3所示，为该材料的特性。5.4 对模型进行运行模拟模型已经建立，已经可以使用软件对该模型进行运算模拟。如图5-4所示，为该模型运算模拟的结果。图5-2 为零件添加力图5-3 零件所用材料的特性5.5 显示并分析最大应力显示该模拟结果中的有关最大应力的结果，并进行分析，以保证该方案所产图5-4 该模型的模拟结果图5-5 该模型的最大应力的结果。生的应力不会超过该零件材料的应力范围。如图5-5所示，为该模型出现最大应力的位置以及最大应力的大小。从图中可以看出，该模型最大应力远小于该零件的屈服强度（415MPa）。因此，就应力方面分析，该方案可行。5.6 显示并分析最大位移显示该模拟结果中的有关最大位移的结果，并进行分析，以保证该方案所产生的位移不会超过该零件材料的范围。如图5-6所示，为该模型出现最大位移的位置以及最大位移的大小。图5-6 该模型有关位移的结果由图可以看出，位移在允许范围内，故该方案就位移方面分析是可行的。第六章 结论在本次毕业设计中，我是基于大三所完成的机械制造技术基础的课程设计。我更加系统地完成了一个零件的工艺工装设计和二维图的输出。按照老师的建议，我先是自学SolidWorks三维设计软件。从认知了解零件图到绘制毛坯图，再到绘制零件三维模型。然后就是专用夹具的设计以及零件的有限元分析。在这过程中，我到工厂参观，认真记录并查阅大量的资料；然后选择机床设备、选择刀具，确定切削用量三要素等，完成零件加工工艺规程的制作；最后制作其中一道工序的专用夹具，并用SolidWorks三维设计软件绘制出夹具的总装图，并对该装配体进行干涉检查、生成爆炸视图等。最终完成了夹具装配体三维模型图。在设计过程中也不可避免地遇到了许多问题，首先就是设计经验不足，对于实际加工中经常采用的加工模式不是很了解，对于常见的工艺流程也不熟悉。在专用夹具设计中，由于我们看过的实体夹具比较少，所以刚开始设计的夹具很不合理，这就需要我进行多次修改，最后在老师的指导下终于完成夹具的设计。本次设计中的模型以及图纸都是采用SolidWorks绘制，由于以前基本没有接触过该软件，所以要从零开始，很多命令不很熟悉，尤其是在生成二维工程图过程中遇到很多问题，给我们带来了很大困难，但最终通过努力使这些问题都得到了解决。也是我学会了Solidworks的使用方法。本次毕业设计为我提供了一次难得
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