【《钻星轮3-Φ4孔的组合夹具及信息管理系统的设计》18000字】

钻星轮3-Φ4孔的组合夹具及信息管理系统的设计摘要我国自行研发的“星轮传动”技术，可以使装备机械上的加速器、减速器、调速器、变速器的体积变小、功能增强，并减少进口。本文制定了星轮零件的机械加工工艺规程，设计了钻星轮3-Φ4孔的组合夹具设计，并且开发了组合夹具信息化管理系统。具体工作如下：首先，通过分析星轮零件的各个加工面加工要求和其结构特征、确定毛坯、选择基准、加工方法、拟定工艺路线、制定工艺过程卡、每一序工艺卡片，选择加工设备、计算加工余量、工序尺寸、切削用量及基本工时；然后，选定钻星轮3-Φ4孔工序，设计了针对此序的组合夹具，工作内容包括定位方式的分析、定位误差计算、定位元件先择、确定夹紧方案、计算夹紧力、选择夹紧元件、设计夹具体、刀具设计、导向装置的设计以及量具的计算；最后，为了便于能够给机械加工企业提供一个能轻松认识组合夹具的基础元件，系统化、系列化的管理组合夹具，开发了组合夹具信息化管理系统，该系统涵盖了登录模块、存储、修改、删除零件信息管理以及仓库管理模块。关键词：星轮加工工艺组合夹具零件信息仓库管理目录TOC\o"1-3"\h\u20290绪论 525590第一章机械加工工艺规程设计 619551.1星轮零件工艺性分析： 6314051.2星轮零件毛坯确定 7156261.3基准及加工方法选择 9170121.4拟定加工工艺路线 11122631.5加工设备和工艺装备的选择 1512541.6机械加工余量、工序尺寸的确定 16134591.7确定切削用量及基本工时 173459第二章钻星轮-Φ4孔的组合夹具设计 2876712.1定位方案设计 2982582.2定位误差分析 29118022.3定位元件的选择 31305552.4夹紧方案设计 32287792.5夹紧力的计算 34161762.6选择夹紧机构及夹紧元件 35152792.7夹具体设计 3619752.8钻φ4阶梯斜孔工序刀具设计 37110722.9导向装置设计 3813342.10量具设计 40223582.11夹具设计及简要操作说明 4130691第三章组合夹具信息化管理模块开发 42278123.1需求分析 42311273.2功能需求分析 4214843.2软件功能设计 44107343.3用例描述 44321173.4概要设计 46134503.4.1登录 47261173.4.2零件信息管理 48190283.4.3零件仓库管理 50318303.4.4零件信息浏览 53117653.4.5夹具零件查询 54217213.4.6组合夹具实例展示 55135293.5数据建模 56161303.6数据库表设计 58270003.7系统实现 60309703.8功能测试结果 739133参考文献 77绪论现代先进制造工艺是由机械设计、制造为基础，融入软件信息化管理等技术，以实现智能化的建设与管理。星轮在生活生产中充当着必不可少的角色，它的应用十分广泛。它应用于车床变速机构中，能够在换档时，主轴根据工作者要求变换速度和扭矩；它还应用在汽车离合器上，作用是依靠太阳轮和行星架的正时转动和逆时转动来实现方向的改变，实现动力传递，能增加和递减传递的动力。加工工艺路线是为本零件设计加工方案，不仅要结合机械加工的合理性，还要多方面的考虑经济、成本等因素，经过多个方案的综合对比分析后，选择一个最优方案。进而去选择适合的工艺装备，例如加工内孔的位置精度较高，我们选择镗床，此后我们计算切削用量和工时等数据，按照数据去合理的选择刀具。最后，我们针对3-Φ4孔工序设计组合夹具，根据定位方案去分析定位误差，定位误差在要求范围之内即可选择定位元件，进而确定夹紧方案，计算夹紧力能满足工件在此序加工中能确保正确位置保持不变后，选择夹紧元件，设计夹具体。以上为机械设计部分。在如今的信息化时代中，机械与软件的深度融合，才能在竞争激烈的大时代下立足扎根，基于此，开发一个能够合理、方便管理组合夹具信息的系统，是十分必要的。夹具技术的发展历史是从19世纪车床问世时，就自带了结构简单的卡盘，所以在最初，夹具是机床的附件；20世纪初期，美国的汽车工业带动了夹具的发展，汽车的流水线加工对零件的标准化、系列化有了更高的要求，从而使得机床上自带的夹紧件不能满足加工要求，夹具也伴随此快速发展起来。此后，20世纪的两次世界大战，枪械大量的生产需求，要求设计出能快速加工的夹具，英国一公司按照积木玩具来作为基础，设计出最早的槽系组合夹具系统。直到20世纪中期，不同的生产要求使得夹具也发展成不同的子系统。我国在改革开放前30年的前期工业化过程中，已经全面、完整地发展了这四类夹具子系统，奠定了我国夹具技术和夹具行业发展的基础，为推动我国制造业的不断进步发挥了不可替代的作用。机械加工工艺规程设计1.1星轮零件工艺性分析：图1-1星轮零件图所设计的星轮零件的主要加工表面分为圆柱面和几个孔。根据要求的加工精度，我们选择的加工方法有车削和磨削。孔加工的选择比较复杂，因为需要考虑的相关因素比较多:星轮零件的特性，加工所需的精度和粗糙度，生产所需的尺度。星轮上有两套已加工面，彼此都有一定的位置要求。现分析如下：表1-1星轮零件加工面分析加工面形状公差表面粗糙度公差、精度备注侧外圆包容要求外圆包容要求孔包容要求侧外圆包容要求轴线与的轴线同轴度要求误差为端面两端面的外形尺寸为，圆跳动误差为端面端面尺寸两侧圆跳动误差为槽底面侧面孔深度为，且孔轴线与内孔轴线的垂直度要求误差范围为孔通孔根据加工星轮零件的技术要求，为了能满足这些要求，采用了如下的方法来保证精度：1.在设计加工工序时，装夹好零件后，在此序中同时完成外圆表面的车削和端面的加工。这样一来，影响加工精度的主要原因就是我们工件在安装时的装夹误差，所以我们能够获得相当高的相对位置精度，故满足了星轮零件外圆表面与端面的垂直度要求，而且这种方法适用于本次所要求的尺寸较小的星轮零件。2.在设计加工工序时，令工件的外圆表面和内表面分两序来加工，令加工外圆的序在内孔之前，我们以外圆为基准再去加工内孔，这样一来，能够满足加工要求的外圆与内孔的同轴度要求。而且，该方法所使用的夹具机构简单，外圆加工时，采用三抓卡盘，内孔加工时，使用立式铣床，保证了很高的位置精度。1.2星轮零件毛坯确定在星轮零件，毛坯的材料、尺寸等因素的确定时，考虑到零件的生产规模以及所工作的环境。对于孔径较大的星轮，一般采用无缝钢管，或者空心铸件，或锻件。本次星轮的孔径较小，选实心的铸件热轧或冷拉棒料，为了经济、考虑加工效率以及工件工作环境要求较高，选择冷拉棒料，既提高生产率，又节约金属材料。本次星轮零件为冷拉棒料，它的材料，为，优质合金钢，抗拉的强度：；屈服的强度：；硬度：为，最终成品，调质处理到，硬度为。由于制造过程中不可能保证每一个加工的零件都符合要求，零件的计算，有如下计算式：锻件材质系数分为和两级：级:最高含碳量，小于的碳素钢，或合金元素总含量小于的合金钢。级:最高含碳量大于或等于的碳素钢，或合金元素总含量大于或等于的合金钢。由于的含碳量为，故选择锻件材质的系数为。模锻件形状复杂程度有如下计算式：(1.1)其中——形状复杂系数；——锻件的体积；——锻件外廓包容体的体积；时，为级，锻件形状简单；时，为级，为普通形状锻件；时，为级，锻件的形状相比较较复杂；时，为级，锻件形状复杂；确定锻件之质量为，经过运算确定数值为，因此锻件形状的复杂关系参数为级。确定下料的加工余量：厚度单边余量，水平方向单边余量。因此采用以上的加工余量的方式以绘出毛坯图。其尺寸为。则毛坯图如图1-2所示。图1-2毛坯示意图1.3基准及加工方法选择在设计加工工艺路线中，首先要考虑的，就是基面的选择。选择正确的基面，能够在保证加工质量的同时，提高了生产率。粗基准选择应当满足以下要求：选择粗基准时，应选择未经加工的粗糙表面。例如本次加工工艺我们在车外圆时，我们选择以毛坯外圆为粗基准，粗车多个外圆，这样我们首先保证了外圆加工面间的位置关系精度，而且使得工件外形对称，减少了装夹次数、提高了加工的效率。选择加工余量均匀的重要面作为粗基准。例如：本次设计中，星轮是一个回转体零件，所以车外圆的加工余量一定时要求均匀的，所以我们在粗车时都选择外圆为粗基准。为了能有充足的加工余量，我们选择粗基准时应该选择加工余量最小的表面。选择粗糙基准时，应尽量选择表面积大的平面，以保证夹具的可靠定位和夹紧。粗糙基准面尽量不选择有毛刺的表面，必要时进行初步加工例如本次设计中，毛坯的外圆表面表面积最大而且能方便夹具定位夹紧，故选作粗基准。如图1-3中所展示。（5）在不同的工序中避免多次使用同一个粗基准。图1-3粗基准选择示例精基准的选择应满足以下原则：（1）首先要尽可能保证定位基准和要加工的表面的设计基准一致，满足“基准重合”原则。在本次设计中我们在精车时，以外圆为精基准。（2）在选择精基准时，与粗基准不同，粗基准不能在多数工序中选择同一个，而精基准不同，在多数工序中选择同一组精基准来定位。这也是所说的“基准统一”原则。（3）当我们在一些精加工的工序中，通常在选择精基准时都以加工表面的自身来作为精基准，当然这样来选择精基准时的前提必须是先行工序有满足加工要求的位置精度。此为“自为基准”原则。例如下图中展示的精车工序。图1-4精基准选择示例表1-2表面加工方法加工表面加工方法及加工精度Φ45k6外圆Φ28h7内孔钻（IT11）——扩（IT11）——精镗（IT7）右端面粗车（IT11）——半精车（IT8）左端面粗车（IT11）——半精车（IT8）3-Φ4h9×120°孔钻（IT11）3-Φ2×120°通孔钻（IT11）1.4拟定加工工艺路线在拟定加工工艺路线时，我们因遵循以下几个原则：应该先将后续将要作为精基准的表面加工出来，使得该面作为精基准和定位基准来加工后续的其他表面。所以我们先粗车毛坯外圆表面，为了之后钻孔工序时以外圆为精基准。先加工重要的表面，后加工次要表面。如果存在表面质量精度要求较高的面，要先进行粗加工工序，后安排精加工工序。例如我们在本次工艺路线中，我们外圆表面表面粗糙度要求较高，我们将精车工序至于粗车之后。孔的加工工序尽量在平面之后，因为平面更容易定位，为了保证加工质量，通常先加工平面，后加工孔。主要表面的精加工工序尽量在尾段进行，因为精加工如果在较前置位的工序加工的话，很有可能会在后续加工工序中用作夹紧面来夹紧，会破坏精加工面，影响加工精度，第二点若为了不破坏精加工面的表面精度而使精加工面不用做夹紧面，又会影响其他工序的加工位置精度、表面精度、夹具设计的简易等等。所以本次设计中的星轮零件并不易出现废品，故将精加工工序置于最后。通过仔细考虑零件的技术要求后，制定以下两种工艺方案：方案一表1-2加工方案一工序号工序内容10锯床下料20调质处理硬度30夹左端端面粗车右端面粗车各个台阶面、凹槽、倒角留余量40掉头粗车端面粗车各个外圆面、凹槽、倒角留余量50钻中间通孔通60镗内孔孔保证粗糙度70掉车头倒角80铣圆周键槽90铣圆周3个台阶面平面100钻通孔钻铰孔110精车端面以及各个台阶面精车凹槽、倒角120掉头精车端面以及各个外圆面精车凹槽、倒角130去毛刺光整加工140按照零件图检验150入库方案二表1-3加工方案二工序号工序内容10锯床下料20调质处理硬度30夹左端端面粗车右端面粗车各个台阶面、凹槽、倒角留余量40掉头粗车端面粗车各个外圆面、凹槽、倒角留余量50钻中间通孔通60镗内孔孔保证粗糙度70掉车头倒角80铣圆周键槽90铣圆周3个台阶面平面100精车端面以及各个台阶面精车凹槽、倒角110掉头精车端面以及各个外圆面精车凹槽、倒角120钻通孔钻铰孔130去毛刺光整加工140按照零件图检验150入库从以上两个表对比分析得出，有两点区别：在方案一中我们粗精分开来加工，但方案二是粗精切削成型。虽然方案二能够减少换机床和装夹的次数，但是表面的加工顺序要求为粗精分开，先粗后精，多次加工，以逐渐提高零件精度。在方案一中精加工置于加工工序的最后，而方案二的精加工在孔加工之前，主要表面的精加工工序尽量在尾段进行，因为精加工如果在较前置位的工序加工的话，很有可能会在后续加工工序中用作夹紧面来夹紧，会破坏精加工面，影响加工精度，第二点若为了不破坏精加工面的表面精度而使精加工面不用做夹紧面，又会影响其他工序的加工位置精度、表面精度以及我们在设计钻孔时的夹具的复杂程度。综上所述，选择方案一为加工工艺路线。以下为各工序主要切削的工艺步骤：见表1-4所示。表1-4机械加工工艺路线工序号工序内容10锯床下料20调质处理硬度30夹左端端面粗车右端面粗车各个台阶面、凹槽、倒角留余量40掉头粗车端面粗车各个外圆面、凹槽、倒角留余量50钻中间通孔通60镗内孔孔保证粗糙度70掉车头倒角80铣圆周键槽90铣圆周3个台阶面平面100钻通孔钻铰孔110精车端面以及各个台阶面精车凹槽、倒角120掉头精车端面以及各个外圆面精车凹槽、倒角130去毛刺光整加工140按照零件图检验150入库1.5加工设备和工艺装备的选择第三方标准是测绘器械，目的是获得物体的一些属性。测绘器械都会有容积、刻度等单位，例如：游标卡尺、千分尺等。测绘器械是确保工件加工结果有十分重要的作用，其数值是衡量零件是否符合规定要求的重要标准。加工工件的形状、主轴转速等条件影响着刀具的选择。例如用硬质合金刀具提高重型加工的车削速度，当零件表面质量要求不高，使用硬质合金刀能大幅度提高加工的切削速度。由此可见，不同的加工场合要选择不同的刀具来配合加工，合理的选择刀具对于提高加工效率，节省资源浪费有着重要的影响。夹具要让工件在机械加工的过程中，确保自己的正确位置保持不变。使其获得准确的位置定位，进而夹紧的装置，也可称其为卡具。工艺过程中无论哪一种工序，只要以快速、安全、简易地安装工件的装置皆可称之为夹具。表1-5装备表工序号设备名称及型号夹具名称刀具名称量具名称10锯床电动锯床夹具带锯米尺20电炉温度计30车床三爪卡盘端面车刀16×20游标卡尺车床三爪卡盘外圆车刀16×20游标卡尺车床三爪卡盘外圆车刀16×20游标卡尺40车床三爪卡盘端面车刀16×20游标卡尺车床三爪卡盘外圆车刀16×20游标卡尺车床三爪卡盘外圆车刀16×20游标卡尺50钻床专用钻床夹具钻头游标卡尺60镗床三爪卡盘内孔镗刀游标卡尺70镗床三爪卡盘内孔镗刀游标卡尺80铣床专用铣床夹具三刃立铣刀游标卡尺90铣床专用铣床夹具三刃立铣刀游标卡尺100立式钻床组合钻床夹具直柄麻花钻Φ3.8/丝锥M4螺纹塞规立式钻床组合钻床夹具直柄麻花钻Φ6.8/丝锥M8螺纹塞规110车床三爪卡盘外圆车刀16×20游标卡尺车床三爪卡盘外圆车刀16×20游标卡尺车床三爪卡盘外圆车刀16×20游标卡尺120车床三爪卡盘外圆车刀16×20游标卡尺车床三爪卡盘外圆车刀16×20游标卡尺车床三爪卡盘外圆车刀16×20游标卡尺1.6机械加工余量、工序尺寸的确定表1-6机械加工余量查询依据表加工方法加工余量查询依据公差查询依据表面粗糙度查询依据铣削《机械加工工艺手册设计实用手册》表8-31以及表15-50《互换性与测量技术基础》表3—2《机械制造工艺学》表1—15钻孔《机械加工工艺手册设计实用手册》表8—18《互换性与测量技术基础》表3—2《机械制造工艺学》表1—15镗孔《机械加工工艺手册设计实用手册》表8—18《互换性与测量技术基础》表3—2《机械制造工艺学》表1—15星轮的材料为，生产类型为批量生产，采用棒料。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：表1-7加工面加工余量表加工面表面粗糙度要求加工方法加工余量外圆面粗车精车粗车：精车：A端面粗加工精加工粗车精车B端面粗加工精加工粗车精车C端面粗加工半精加工粗车半精车D端面粗加工半精加工粗车半精车内孔钻孔镗孔钻镗图1-4零件图1.7确定切削用量及基本工时工序车：小端外圆，端面，退刀槽选硬质合金车刀工步一：车右端端面1）此工步粗车即可达到要求车削深度，故可以选择，完成车削长度需要一次走刀。2）机床功率为。通过查询《切削手册》可得。选较小量。3）查后刀面的最大磨损以及寿命通过查询《切削手册》表，后刀面最大磨损为。通过查询《切削手册》表，寿命。4）计算切削速度查询《切削手册》得，查得查询车床的参数，选择，则实际切削速度实际计算进给量为：校验机床的功率查询《切削手册》得，但机床所能供给的功率为。所以校验达标。最后求得计算基本工时。工步二：车右端外圆刀具为硬质合金车刀1）此工步粗车即可达到要求车削深度，故可以选择，完成车削长度需要一次走刀。2）机床功率为。通过查询《切削手册》可得。选较小量。3）查后刀面的最大磨损以及寿命通过查询《切削手册》表，后刀面最大磨损为。通过查询《切削手册》表，寿命。4）计算切削速度查询《切削手册》得，查得，查询卧式车床的参数，选择，则实际切削速度，实际计算进给量为。5)校验机床的功率查询《切削手册》得，但机床所能供给的功率为。所以校验达标。最后求得6）计算基本工时。工步3：车退刀槽刀具为硬质合金车刀1）此工步粗车即可达到要求车削深度，故可以选择，完成车削长度需要一次走刀。2）机床功率为。通过查询《切削手册》可得。选较小量。3）查后刀面的最大磨损以及寿命通过查询《切削手册》表，后刀面最大磨损为。通过查询《切削手册》表，寿命。4）计算切削速度查询《切削手册》得，查得，查询卧式车床的参数，选择，则实际切削速度，实际计算进给量为。5)校验机床的功率查询《切削手册》得，但机床所能供给的功率为。所以校验达标。最后求得6）计算基本工时。工序车大端外圆和端面刀具为硬质合金车刀1）此工步粗车即可达到要求车削深度，故可以选择，完成车削长度需要一次走刀。2）机床功率为。通过查询《切削手册》可得。选较小量。3）查后刀面的最大磨损以及寿命通过查询《切削手册》表，后刀面最大磨损为。通过查询《切削手册》表，寿命。4）计算切削速度查询《切削手册》得，查得，查询卧式车床的参数，选择，则实际切削速度，实际计算进给量为。5)校验机床的功率查询《切削手册》得，但机床所能供给的功率为。所以校验达标。最后求得。6）计算基本工时。工步二：车右端外圆刀具为硬质合金车刀1）此工步粗车即可达到要求车削深度，故可以选择，完成车削长度需要一次走刀。2）机床功率为。通过查询《切削手册》可得。选较小量。3）查后刀面的最大磨损以及寿命通过查询《切削手册》表，后刀面最大磨损为。通过查询《切削手册》表，寿命。4）计算切削速度查询《切削手册》得，查得，查询卧式车床的参数，选择，则实际切削速度，实际计算进给量为。5)校验机床的功率查询《切削手册》得，但机床所能供给的功率为。所以校验达标。最后求得6）计算基本工时。工序30和工序40工序一与工序二相同，不再累述工序50：钻铰孔1、钻孔首先需计算进给量：查询机械设计参考文献Ⅳ表，的，时，。加工孔时是低刚度零件，故进给量应乘上系数，则有 根据机床说明书，现取切削速度：查询机械设计参考文献Ⅳ表以及表，查得切削速度所以 根据机床说明书，取，故实际切削速度为 切削工时：，，，则机动工时为2、扩孔利用钻头将孔扩大至，扩钻的切削用量选取 根据机床说明书，选取 则主轴转速为，并按车床说明书取，实际切削速度为 切削工时：，，，则机动工时为 3、镗孔查询机械设计参考文献Ⅳ表，，，得 查询机械设计参考文献Ⅴ表，按机床实际进给量和实际转速，取，，实际切削速度。切削工时：，，，则机动工时为 工序：铣键槽1.选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用,，，，。2.决定铣削用量决定铣削深度因为该序的加工余量较小，所以在一次走刀中铣完，则取决定每次进给量及切削速度根据型铣床说明书，查得功率为为，中等系统刚度。根据表查得，则按机床标准选取＝198当＝198r/min时按机床标准选取计算工时切削工时：，，则机动工时为工序100：钻孔1、钻孔确定进给量：查询机械设计参考文献Ⅳ表，的，时，。加工孔时属于低刚度零件，故进给量需乘0.75，则有 根据机床说明书，现取切削速度：查询机械设计参考文献Ⅳ表以及表，查得切削速度所以 根据机床说明书，取，故实际切削速度为 切削工时：，，，则机动工时为表1-8各工序计算结果汇总表工序内容计算长度（毫米）切削深度（毫米）走刀次数进给量（毫米/分）转数行程数（转/分次/分）切削速度（毫米/分）切削工时（分钟）锯床下料707011206005000.14车右侧外圆∅47/∅42留余量1mm。2001051306004502.15车环装槽保证工序尺寸和粗糙度。10.511255004000.04车倒角C1。10.511256004200.04掉头车外圆∅45及端面留余量1mm。2001051305004500.11车环装槽保证工序尺寸和粗糙度。10.511255004000.10车倒角C1。10.511256004200.04钻中间∅25孔通。70701404003200.75镗圆孔圆孔∅28孔保证工序尺寸和粗糙度。210131507004002.17孔口倒角C1。2111507004000.4掉头孔口倒角C1。2111507004000.4铣键槽保证工序尺寸和粗糙度。80.5101008005601.65依次铣圆周凹槽保证工序尺寸和粗糙度。5001151004005001.13依次铣圆周凹槽保证工序尺寸和粗糙度。5001151004005001.87依次钻∅2孔通保证位置孔距。1503513015003501.32依次钻底孔∅3.8孔深11。351113515004000.88依次铰孔∅4孔深11保证工序尺寸和粗糙度。35111204002501.56精车右侧外圆∅45/∅40及端面保证工序尺寸和粗糙度。2001011306004503.32精车端面保证工序尺寸和粗糙度。10.511255004001.22掉头精车外圆∅45及端面保证工序尺寸和粗糙度。2001011306004503.32精车端面保证工序尺寸和粗糙度。10.511255004001.22钻星轮3-Φ4孔的组合夹具设计2.1组合夹具的性质及特点夹具伴随着时间发展，不单单只有专用夹具、通用夹具这两种机械加工中经常接触的两类，有一种新型的夹具，它有着通用化、标准化、系列化等优点，即组合夹具。组合夹具在使用时，它是要根据我们需要加工的工件的工序要求，来实时组装，并不会和专用夹具那样只针对某一工件的某一序来使用，组合夹具在使用完后，可以拆卸下来，等待下一次加工该序或者其他被加工工件某序中若需要使用到组合夹具元件时，同样适用；但专用夹具只能针对某待加工工件的特定一序来设计使用。因此，组合夹具它不仅有着专用性，还有着通用性，当组合夹具组装成为一套成套的夹具时，它就成为了专用夹具，但它的每个元件都是标准化、系列化、通用化的基础件。

本次毕业设计中，软件部分《组合夹具管理系统》内为大家提供了组合夹具基础元件的各个元件的型号，尺寸以及他们的三维图。组合夹具元件可以长期重复使用，但要注意清洗油封来延长使用寿命。因此，组合夹具的基础元件要相较于其他专用夹具中的夹具零件，要求更高的精度、强度、硬度以及耐磨性的特征。组合夹具的单个元件功能多种化,而且有着完全互换性，意味着方便更换。

组合夹具元件的特点与专用夹具使用的明显差异:图2-1专用夹具和组合夹具的区别定位方案设计为了能够体现加工工艺路线中典型的加工工序，与黄文丽老师讨论后，选择设计工序100钻通孔钻铰孔的组合夹具。定位方式和定位元件的选择包括工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用等因素。加工孔时我们以一端面和孔为定位基准采用心轴定位，同时底面采用定位挡板来调整孔相对于水平面的垂直，右侧B端面限制了Z轴移动自由度和X、Y轴旋转自由度，心轴限制X、Y轴移动自由度，定位挡板限制了Z轴旋转自由度，这样空间的6个自由度就限制完全了，用螺母夹紧，这样就实现了完全定位，可以开始加工工件了。图2-2定位方案示意图定位误差分析定位误差包含两类：由于定位基准与工序基准不重合产生的基准不重合误差（），以及由于定位基准的误差或定位点的误差而造成的定位基准位移误差（）如下图2-4在该序中，工件以d1外圆定位，加工孔。我们已知，，，。下面我们计算工序尺寸的定位误差因为，，故有则定位误差为：故满足加工要求。图2-3定位误差计算示意图2.3定位元件的选择右侧B端面选择三槽角铁，零件图如下图2-4所示图2-4三槽角铁零件图心轴零件图如下图所示图2-5心轴零件图定位块零件图如下：图2-6定位挡板零件图2.4夹紧方案设计鉴于定位元件采用了心轴定位，因此夹紧方案选择六角螺母与开口垫圈来对星轮工件施加夹紧力。具体如下图所示：图2-7夹紧示意图①图2-8夹紧示意图②2.5夹紧力的计算由对夹具的定位稳定性进行计算，及夹紧力和钻削力的计算。钻孔时的切削力计算：根据（《机械加工工艺手册》李洪主编）表2.4-69钻孔时的切削力为：夹紧力的计算：根据（《机床夹具设计手册》第三版王光斗王春福主编）表1-3-11在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数式中：—基本安全系数；取1.5—加工性质系数；取1.1—刀具钝化系数；取1.1—断续切削系数；取1.1则钻削力小于夹紧力，故本夹紧装置满足设计要求。夹紧元件强度校核受力分析：当压紧工件时，受转矩T的扭转而产生扭转剪应力的作用。扭转剪应力：由第四强度理论，可知螺栓预紧状态下的计算应力：工件材料为40Cr，屈服强度为=450，取安全系数n=1.9则许用挤压应力故满足强度要求。2.6选择夹紧机构及夹紧元件在本次组合夹具设计中，我们采用心轴来定位，在采用心轴定位的时候，通常会配合开口垫圈和螺母来压紧工件。选用开口垫圈和螺母能最快速的装夹工件，并且保证工件在夹具中的正确位置、有着一定的自锁性，最为突出的是此夹紧装置操作方便、大小适当。螺母与垫圈同样选择为标准件，所以本次夹具能大大提高加工效率。螺母与垫圈的零件图如下所示：图2-7六角螺母零件图图2-8开口垫圈零件图2.7夹具体设计夹具体是夹具中最重要的零件，其作用为承载定位零件、夹紧元件等若干零件，本次设计采用组合夹具，根据定位元件心轴、定位挡板尺寸，星轮零件尺寸，以及方便安装等方面的考虑，最终选择由基础件：长方形基础板SJ2226×110_5与支承件：SJ2226×254_2组合，作为夹具体。夹具体图如下所示：图2-9夹具体示意图2.8钻φ4阶梯斜孔工序刀具设计刀具类型确定因为此序要求的尺寸精度较高，且需保证孔与断面的垂直度，故选择直柄麻花钻。刀具设计参数确定表2-1刀具设计参数表序号项目数据来源或公式计算采用值1刀具类型表2-6、2-7直柄麻花钻2刀具材料W18Cr4V3几何角度表2-7、2-8、2-94断削参数表2-11、2-12带倒棱曲面圆弧卷削槽前面5过渡刃表2-13过渡刃和修光刃7外型结构尺寸表3-5（刀具设计手册）2.9导向装置设计钻床的导向部分就是钻套，钻套根据加工的孔的情况不同，又分为以下几种钻套：固定钻套(JB/T8045.1-1999)可换钻套(JB/T8045.2-1999)快换钻套(JB/T8045.3-1999)1.固定钻套(JB/T8045.1-1999)固定钻套分为带肩钻套和不带肩的具体结构如下图图2-6带肩钻套与无肩钻套固定钻套适用于小批量生产且孔距非常小的情况，因为我们是批量生产的，所以在这种场合不使用固定的钻套2.可换钻套(JB/T8045.2-1999)可换钻套的结构如下图图2-7可换钻套3.快换钻套(JB/T8045.3-1999)快换钻套如下图：图2-8快换钻套当加工完某一孔后，需要取出钻套来继续加工下一步时，只需要逆时针旋转钻套，使螺钉头刚好与钻套上的修整平面对齐，即可取出钻套，来加工下一个孔，快换钻套与本序加工要求完全吻合，安装取出方便、操作简单。综上所述，我们使用快换钻套。快换钻套尺寸如下:图2-9快换钻套2.10量具设计量具类型确定Ф4的量具查得用圆柱柄圆柱塞规。极限量具尺寸公差确定（1）首先，在确定所使用的工作量规时，制造公差与位置要素可由公差书表6-1得量规公差为,位置要素值为。（2）计算工作量规的极限偏差：φ4孔用塞规：通规：上偏差：下偏差：磨损极限：止规：上偏差：下偏差：极限量具尺寸公差带图图2-10量具尺寸公差带图2.11夹具设计及简要操作说明我们采用Φ28内孔和端面和侧面定位，用开口垫圈压紧，当我们需要装工件时，我们通过心轴把工件的端面和夹具体靠紧，同时通过定位挡板把把工件定位在正确的位置，需要卸工件时我们可以先松开螺钉，然后抽掉开口垫圈，使其离开压紧面，把工件顺着心轴拉出以取出工件，这样装卸方便快速，同时能满足大批量生产要求。第三章组合夹具信息化管理模块开发3.1需求分析组合夹具信息化管理系统的开发目的是能够给机械加工企业提供一个能轻松认识组合夹具的基础元件，方便系统化、系列化的管理组合夹具的各个不同种类的基础件的一个管理系统。方便技术员在针对不同的基础元件，可以根据它的种类来录入相应的位置，并记录夹具元件的型号、尺寸、数量以及图形信息。而且，在设计所需界面时，考虑到操作的简便性，尽可能要简洁明了的展示所有功能界面，使得相关企业技术员能够快速操作。3.2功能需求分析组合夹具信息化管理系统主要分为系统管理、组合夹具零件信息管理、组合夹具零件信息展示、组合夹具零件仓库管理、组合夹具零件查询以及组合夹具的典型实例。系统管理用户在登陆组合夹具信息化管理系统后，可以通过系统管理模块对自己的用户信息进行管理，如修改登录密码。组合夹具零件信息管理当工程师需要总览组合夹具管理系统或者需要添加新元件信息时，按下“零件信息管理”按钮，弹出零件信息管理界面，该界面有4个子功能：对已经有的组合夹具零件的基础信息进行修改，用户可以先找到需要修改的组合夹具元件。对需要修改的零件序号、名称、尺寸、型号、类别以及是否需要增加维修记录进行修改，点击“修改”按钮，即可修改成功，并弹出“修改成功”对话框提示。对还未录入组合夹具管理系统的元件进行录入时，录入零件的零件序号、名称、尺寸、型号、类别以及维修记录后，点击“保存”按钮，即可录入成功，这里需要注意的是，零件需要要与数据库文件夹内的零件序号一致，否则将在下一个模块中无法显示图片，此功能在后文中会详细说明。录入成功也会弹出“保存成功”对话框。针对已经有的基础元件信息，若需要删除，可先选择需要删除的元件后，点击“删除”按钮，删除成功会弹出“删除成功”对话框。当工程师需要修改某一零件基础信息时，为了简化操作，不需要工程师逐个删除元件的信息，只需选择好需要修改的零件，点击“重置”按钮，录入相关信息后，点击“保存”按钮，弹出“保存成功”对话框即为修改成功。组合夹具零件信息展示为方便用户直观的查看某一个元件的信息以及三维图，用户点击“零件信息展示”按钮，弹出零件信息展示页面，该界面将组合夹具系统的分成8类元件：基础件、导向件、定位件、紧固件、压紧件、支承件、通用件、其它件。从任意一个分类下点击任意一个零件会展示它的零件序号、名称、型号、尺寸、类别以及三维图片（程序下的文件夹Temp中所保存的图片名与零件录入的零件序号一致时才能显示，且图片格式需要为.jpg）。夹具零件仓库管理当工程师需要录入基础零件的出库、入库数量和时间时，点击“夹具零件仓库管理”按钮，弹出组合夹具仓库管理界面，该界面含有6个子功能：当工程师需要查找基础元件时，为了能简易快捷的找到，只需通过界面上“选择条件”右侧向下小箭头选择用户所需的条件(包括：零件序号、名称、类别、型号、入库时间、出库时间、归还状态）来查询目的元件。再在右侧空白输入框输入相关信息，点击“查询”按钮后，即可在下方显示所需的零件信息。当工程师查找基础元件时，不是查询某一个元件而是一类零件时，在通过界面上“选择条件”右侧向下小箭头选择用户所需的条件(包括：零件序号、名称、类别、型号、入库时间、出库时间、归还状态）之后，点击“ALL”按钮，即可显示要求类别下所有的基础元件。同样的，若用户有更多的筛选要求，可以再在右侧空白输入框中输入相关条件（此模块已经设计为满足模糊搜索）当工程师找到查询目的元件后，如果需要添加该元件的出库、入库信息，可以通过①、②来找到目的元件后，输入出库时间、出库数量、入库数量、入库时间后点击“保存”按钮，弹出“保存成功”对话框及成功。这里需要注意的是，出库即为借出，入库即为归还，当录入的出库数量大于入库数量时，即显示改元件处于未归还状态，当出库数量等于入库数量时，显示为已归还状态，当出库数量小于入库数量，系统会提示“出库数量不可以小于入库数量”对话框来提示用户录入有误。当工程师找到查询目的元件后，如果需要删除该元件的出库、入库信息，可以通过①、②来找到目的元件后，选中目的元件，点击“删除”按钮，弹出“删除成功”对话框即删除成功。当工程师找到查询目的元件后，如果需要修改目的元件的出库、入库信息时，可以通过①、②来找到目的元件后，选中目的元件，输入想修改的出库、入库信息后，点击“修改”按钮，弹出“修改成功”对话框即修改成功。当工程师找到查询目的元件后，为方便在修改时不需要进行繁琐的修改或者删除，可以点击“重置”按钮，弹出“重置成功”对话框即重置成功。夹具零件查询工程师在查询组合夹具的零件序号、型号、名称、类别、出库时间、入库时间、维修记录、归还状态时，可以通过该模块，任意位置输入需要的要求后点击“查询”按钮，即能显示在对应筛选条件下的所有元件的信息。组合夹具典型实例在该模块下我们以本次毕业设计夹具设计部分的钻星轮-Φ4孔的组合夹具为例，给大家展示了组合夹具的三维图。3.2软件功能设计本系统的功能街工示意图如下图所示：图3-1软件功能结构示意图3.3用例描述工程师登录模块输入正确的用户名和密码来登陆系统修改登录信息修改登录密码查看零件信息工程师通过零件信息管理来查看零件信息零件信息管理工程师可以添加、删除、修改零件的信息，如零件的序号、型号、名称、尺寸、类别以及维修记录零件信息展示工程师可以在零件信息展示模块中根据零件的不同分类来查看零件的零件序号、名称、型号、尺寸、类别和三维图像。查看夹具仓库工程师通过夹具仓库管理可以根据自己的要求来从不同分类中查询到目的零件夹具仓库管理模块工程师在此模块中不仅可以查询，还可以添加、删除、修改相应的出库、入库信息。夹具零件查询工程师可在此模块通过零件的所有特征：零件序号、名称、型号、类别、维修记录、出库时间、入库时间、归还状态来查找零件组合夹具实例模块工程师查看组合夹具的实例表3-1用例表图3-2系统用例图3.4概要设计在对系统进行了需求、功能、用例分析后，本节将对系统进行详细的概要设计，包括介绍系统的结构、所用的表述方法，并对每一个功能的具体实现进行设计。1.系统架构本系统开发采用的架构为MVC模式。MVC模式通过划分不同业务，使各个子功能能独立展示，使用户清晰看到系统组织结构。2.表述方法活动图是用以分析功能的活动流程，包括系统与用户的交互动作、数据的传递以及判断等，它可以清晰的描述整个功能是通过哪些途径及方式所实现的，以及分析该功能的实现是否符合逻辑规范。以下利用活动图来描述系统各部分功能的实现。3.4.1登录基本事件流系统：显示输入用户名和密码的登录界面；工程师：输入用户名和密码后点击“登录”按钮；系统：对输入的用户名和密码进行判断是否匹配正确；系统：如果输入的用户名和密码匹配，则判定为成功，界面跳转为功能界面，如果用户名和密码不匹配，系统则判定失败，界面将停留在登录界面。用例结束。扩展事件流工程师：输入的用户名和密码不相匹配；系统：在登录界面弹出“用户名或密码不正确”消息框；用例结束。前置条件工程师在软件中要有用户名和密码的记录后置条件工程师输入正确的用户名和密码，并登录成功。工程师登录活动图3-3如下：图3-3登录活动图3.4.2零件信息管理基本事件流：系统：显示功能界面；工程师：点击“零件信息管理”按钮；系统：弹出零件信息页面；工程师：总览组合夹具管理系统或者需要添加新元件信息；工程师：添加新的元件时，输入相关信息后，点击“保存”按钮；系统：判断零件序号是否重复，若重复则保存失败，若不重复，则保存成功；用例结束。扩展事件流工程师：添加新的元件时，输入的零件序号与之前数据有重复的数据；系统:弹出“保存失败”消息框。用例结束。前置条件工程师需要填写零件序号、名称、型号、尺寸、类别、维修记录才能点击“保存”按钮。后置条件工程师输入正确的用户名和密码，并登录成功。组合夹具零件信息管理活动图3-4如下：图3-4零件信息管理活动图3.4.3零件仓库管理“查询”操作基本事件流系统：显示功能界面；工程师：选择查询条件；工程师：根据个人要求点击“零件序号”按钮、“名称”按钮、“型号”按钮、“类别”按钮、“入库时间”按钮、“出库时间”按钮或“归还状态”工程师：可以在此基础上继续加入关键字进行筛选零件；工程师：输入关键字后，点击“查询”按钮，不输入关键字可直接按“ALL”按钮，系统直接显示所有符合条件的元件；用例结束。“查询”操作扩展事件流工程师：输入非法字符；系统：显示查询失败；用例结束。（3）前置条件工程师输入正确的用户名和密码，并登录成功。（4）后置条件必须输入文本字符。零件仓库查询活动图如下图3-5所示：图3-5零件仓库查询活动图“管理”操作基本事件流系统：显示功能界面；工程师：点击“零件仓库管理”按钮；工程师：选择要管理的目标零件序号；工程师：进行重置、修改、删除操作；工程师：输入出库时间、出库数量、入库时间、入库数量来进行添加操作；系统:判断出库数量是否小于入库数量，若出库数量不小于入库数量，则继续进行判断；系统：判断出库数量是否等于入库数量，若两者相等，则系统显示该零件已归还；用例结束。“管理”操作扩展事件流①工程师：输入出库数量小于入库数量；系统：显示“出库数量不能小于入库数量”消息框；用例结束。“管理”操作扩展事件流②工程师：输入出库数量大于入库数量；系统：该零件的“归还状态”处显示为“未归还”；用例结束。前置条件工程师输入正确的用户名和密码，并登录成功。后置条件必须输入文本字符。零件仓库管理活动图如下图3-6所示：图3-6零件仓库管理活动图3.4.4零件信息浏览基本事件流系统：显示功能界面；工程师：选择零件类别；工程师：点击“基础件”按钮等八个按钮，进行浏览零件信息；用例结束。扩展事件流工程师：浏览零件信息；系统：判断零件序号图片是否存在源文件夹的根目录下，若存在，则零件图片显示成功，若不存在，则显示空白框。用例结束前置条件工程师输入正确的用户名和密码，并登录成功。后置条件必须输入文本字符。零件信息浏览活动图如下图3-7所示：图3-7零件信息浏览活动图3.4.5夹具零件查询基本事件流系统：显示功能界面；工程师：点击“零件查询”按钮；工程师：根据零件类别、归还状态等查询目的零件；用例结束。扩展事件流工程师：输入非法字符；2）系统：显示查询失败；3)用例结束。(3)前置条件工程师输入正确的用户名和密码，并登录成功。（4）后置条件必须输入文本字符。活动图如下图3-8所示：图3-8夹具零件查询活动图3.4.6组合夹具实例展示（1）基本事件流1）系统：显示功能界面；2)工程师：点击“组合夹具实例”按钮；3）用例结束。(2)前置条件工程师输入正确的用户名和密码，并登录成功。活动图如下图3-9所示：图3-9组合夹具实例展示活动图3.5数据建模在3.4中，系统的各个子功能我们都进行了周到的分析，现在需要对系统的数据结构进行分析。组合夹具信息化管理系统中，主要数据管理为“零件信息”和“零件类别”。这两个模块涉及了绝大部分信息的保存与修改。所以我们利用ER图来表示他们与下属的关系。“零件信息”与“零件类别”ER图如下图3-10与图3-11所示。图3-10零件信息ER图图3-11零件类别ER图3.6数据库表设计表3-2登录数据库表字段名称 数据类型长度索引允许空是否主键用户名 varchar文本255有（无重复）N是姓名 varchar文本255有（无重复）N否联系电话 varchar文本255有（无重复）Y否密码 varchar文本255有（无重复）Y否图3-12登录数据库表表3-3零件信息数据库表字段名称 数据类型长度索引允许空是否主键零件序号 varchar文本255有（无重复）N是名称 varchar文本255有N否型号 varchar文本255有（无重复）Y否尺寸 varchar文本255有Y否类别 varchar文本255有Y否维修记录 varchar备注255有Y否图3-13零件信息数据库表表3-4零件仓库管理数据库表字段名称 数据类型长度索引允许空是否主键IDvarchar自编编号255有（无重复）N是零件序号varchar文本255有（无重复）N否出库时间varchar文本255有Y否出库数量varchar数字255有Y否入库时间varchar文本255有Y否入库数量varchar数字255有Y否归还状态varchar文本255有Y否图3-14零件仓库管理数据库表3.7系统实现在本节通过实际操作系统模拟每一个功能，来展示所设计的每个功能模块是如何运行与操作的。工程师登录界面（图3-15所示）工程师输入匹配的用户名和密码点击“登录”按钮即可成功登录，系统跳转为功能界面，如图3-16所示。若输入的用户名或密码有误，则提示“此用户名不存在或者用户名和密码不正确”消息框。3-15用户登录界面图3-16系统功能界面登录信息管理界面工程师可在此修改密码。图3-17密码修改界面零件信息管理界面工程师通过系统功能界面点击“零件信息管理”按钮，系统跳转到零件信息管理界面。图3-18零件信息管理界面（4）零件信息保存成功界面工程师输入需要录入的零件信息，单击“保存”按钮，系统会弹出“保存成功”消息框。图3-19零件信息保存成功界面（5)删除确认提示界面工程师选中失效或没有价值的零件信息，单击“删除”按钮，系统弹出消息框“是否确认删除记录信息”，单机“确认”按钮，系统会弹出“成功删除”消息框。具体模拟操作，如下图所示：图3-20删除确认提示界面3-21成功删除界面(6)修改保存成功界面工程师选中需要修改零件信息的零件，在界面中零件序号、名称等任意栏修改零件的基本信息后，单机“修改”按钮即可。具体模拟结果如下图所示：3-22修改保存成功界面(7)零件序号重复时界面当工程师输入的零件序号与库中有重复的零件序号时，单击“保存”按钮，系统会弹出“您输入的零件序号已经存在”消息框。具体模拟如下图所示：图3-23零件序号重复时界面(8)零件信息浏览界面当工程师在系统功能页面，单击“零件信息展示”按钮，系统会显示零件信息页面。可浏览八个零件类别下的基础零件子目录，单击选择任意一个已保存的零件，可显示它的信息。具体模拟如下图所示：图3-24零件信息浏览界面零件仓库管理页面工程师在功能界面单击“零件仓库管理”按钮，系统显示零件仓库管理页面。图3-25零件仓库管理页面零件仓库查询界面工程师根据自己需要查询的要求，选择查询类别，输入关键字，单击“查询”按钮即可，如下图所示：图3-26零件仓库查询界面零件仓库保存成功界面工程师输入需要录入的出、入库时间，出、入库数量，单击“保存”按钮，即可。如下图所示：3-27输入信息界面图