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目錄 I 目錄 摘 要 .I ABSTRACT.I 第 1 章 引言 .1 1.1 課題的提出原因 .1 1.2 課題的主要內(nèi)容 .1 1.3 課題的構思 .1 1.4 本人所完成的工作量 .1 第 2 章 零件的工藝設計 .2 2.1 零件的功用及工藝分析 .2 2.1.1 零件的功用 .2 2.1.2 零件的工藝分析 .3 2.2 工藝規(guī)程的設計 .3 2.2.1 確定生產(chǎn)類型 .3 2.2.2 確定毛坯的制造形式 .4 2.2.3 基準的選擇 .4 2.2.4 工序的合理組合 .5 2.2.5 制定工藝路線 .5 2.2.6 確定切削用量及基本工時 .6 第 3 章 加工設備與工藝裝備選擇 .11 3.1 選擇機床 .11 3.2 選擇夾具 .11 3.3 選擇刀具 .11 第 4 章 鉆床夾具設計 .13 4.1 問題的提出 .13 4.2 定位基準的選擇 .13 4.3 切削力及夾緊力的計算 .13 4.4 定位誤差的分析 .15 4.5 夾具總體方案 .15 4.6 夾緊裝置 .15 4.7 鉆套的選擇 .15 4.8 鉆模板的設計 .16 4.9 夾具的裝夾與拆卸 .16 Absttrct II 第 5 章 基于 UG NX6 的機構建模和裝配 .17 5.1UG NX6 軟件簡介 .17 5.2 基于 UG 夾具建模 .18 5.2.1 UG 中的特征建模技術 .18 5.2.2 夾具的 UG 建模 .18 5.3 基于 UG 的夾具機構虛擬裝配 .25 5.3.1 夾具的虛擬裝配 .25 第 6 章 小 結 .27 致謝 .29 參考文獻 .31 摘要 I 摘 要 機械制造技術基礎課程設計，是以切削理論為基礎，制造工藝為主線，兼顧工藝裝 備知識的機械制造技術基本涉機能力培養(yǎng)的實踐課程；是綜合運用機械制造技術的基本 知識，基本理論和基本技能，分析和解決實際工程問題的一個重要教學環(huán)節(jié)；是對學生 運用掌握的“機械制造”技術基礎知識及相關知識的一次全面的應用訓練。 此次論文是對軸承外殼零件的加工工藝和鉆夾具的論述，零件為鑄件，體積小，零件 結構復雜，加工精度要求不高。由于面較容易加工，因此制定工藝規(guī)程時，先加工面， 再以面為基準加工其他。加工過程中，各工序夾具都采用專用夾具，夾具設計應滿足結 構簡單、使用方便、能夠保證零件尺寸精度的原則。 設計鉆床夾具，首先要仔細分析加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和 方法，擬定夾具設計方案；在滿足加工精度的條件下，合理的進行安裝、定位、夾緊； 在完成夾具草圖后，進一步考慮零件間的連接關系和螺釘、螺母、定位銷等的固定方式， 設計合理的結構實現(xiàn)各零部件間的相對運動；根據(jù)各零件的使用要求，選擇相應的材料。 完成鉆床夾具的所有設計后，用 AutoCAD 進行二維圖形的繪制，首先畫裝配圖，然 后從裝配圖上拆畫零件圖，標注相關尺寸及技術要求，最后進行論文的撰寫、整理、修 改完成該畢業(yè)設計。 關鍵詞 : 軸承外殼 加工工藝 夾具 設計 Absttrct II Abstract I Abstract Fundamentals of mechanical manufacturing technology course design, with cutting theory as the foundation, the manufacturing process as the main line, both the technology and equipment of mechanical manufacturing technology basic knowledge related to machine ability practice curriculum; integrated use of machinery manufacturing technology the basic knowledge, basic theory and basic skills, analyze and solve practical problems is an important teaching link; is for students to use machinery basic knowledge of technology and related knowledge of a comprehensive application training. This paper is to bearing shell parts processing technology and fixture parts is discussed, the casting, small volume, parts of complicated structure, low machining accuracy.Because the surface is easy to process, therefore the development process of order, to the machined surface, then to datum processing other.In the process, each process using special fixture fixture, fixture design should meet has the advantages of simple structure, convenient use, able to ensure the dimensional accuracy of the parts for the principle. Designed drilling fixture, the first careful analysis is the technical requirements for processing components, fixture design using the basic principles and methods.Prepared the fixture design scheme ;Meet the conditions of precision ,then reasonable installation, positioning, clamping;After the completion of draft fixture, and further consider the connection relation between parts and screws, nuts, pins and other fixed means,designing the reasonable structure to achieve relative motion between the various components;Requirements of the various components, select the appropriate materials. Completion of all drilling fixture design, using the AutoCAD drawing two-dimensional graphics,first draw assembly drawing, and then removed from the part drawing on the painting Parts,marking the related to size and technical requirements,finally, write a thesis, organize, edit, complete the graduation project. Key words: bearing shell processing technology fixture design 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 1 第 1 章 引言 1.1 課題的提出原因 在現(xiàn)代制造技術迅猛發(fā)展的今天，機床夾具無論在傳統(tǒng)機床上還是在數(shù)控機床、加 工中心上，仍是必不可少的重要工藝裝備。然而，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔 34 年 就要更新 5080左右機床夾具，而夾具的實際磨損量僅為 1020左右。因此，設計 各種專用夾具以減少夾具的損耗已經(jīng)擺上的日程。 1.2 課題的主要內(nèi)容 （1）完成殼體零件的三維造型 （2）完成殼體零件的工藝規(guī)程 （3）完成殼體上一副鉆夾具的設計任務 （4）完成夾具全部零件的三維造型及裝配 （5）完成關鍵零件的有限元分析 1.3 課題的構思 在做鉆夾具的過程中，首先要分析殼體零件圖及加工的技術要求，其次考慮毛坯的 選擇，再者要考慮制定機械加工工藝過程中一些關鍵問題，像基準的選擇、零件表面加 工方法的選擇、加工順序的安排和組合、加工路線的擬定等等都需要了解大量的資料后 精心加以選擇和確定，最后結合實際情況設計出方便實用且經(jīng)濟的夾具。 1.4 本人所完成的工作量 殼體零件的工藝規(guī)程分析，三維造型及零件圖，一副鉆夾具全部零件的三維造型圖 及裝配圖，關鍵零件的有限元分析 第二章 零件的工藝分析 2 第 2 章 零件的工藝設計 2.1 零件的功用及工藝分析 2.1.1 零件的功用 題目所給的零件是殼體零件，即某種產(chǎn)品的外殼，主要作用是用來支承、包容、連 接、保護運動零件或其他零件，也起定位和密封作用，其三維形狀以及零件圖如下： 三維模型如下： 圖 2.1 三維模型圖 二維零件圖如下： 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 3 圖 2.2 殼體零件圖 零件的實際形狀如上圖所示，從零件圖上看，該零件結構比較復雜。 2.1.2 零件的工藝分析 殼體零件共有多組加工表面，它們相互間有一定的加工要求?，F(xiàn)分述如下: （1）以 66mm 孔中心軸線為中心的加工表面。這一組加工表面包括：上下兩個外 圓端面，5 個 10.5 的孔以及其上下兩個端面。 （2）以 24mm 孔中心軸線為中心的加工表面。這一組加工表面包括：一個 24mm 的孔的外圓端面，一個 24H8mm 的孔，零件內(nèi)側(cè)一個 28 的凹面，以及 8 埋頭孔及 其兩個端面。 （3）鉆 M67H 螺紋孔。 這兩組加工表面之間有著一定的加工要求，主要是： 70 孔的下端面及 10.5 孔的下端面相對于基準 D 跳動度不超過 0.08； 10.5 孔的下端面相對于基準 D 平行度不 0.04 超過； 零件內(nèi)圓面粗糙度為 25，其余各面粗糙度要求是 6.3。 2.2 工藝規(guī)程的設計 2.2.1 確定生產(chǎn)類型 （1）確定生產(chǎn)綱領：機械產(chǎn)品在計劃期內(nèi)應當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃稱為該產(chǎn) 品的生產(chǎn)綱領。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領除了該產(chǎn)品在計劃期內(nèi)的產(chǎn)量以外，還應包括一定的 備品率和平均廢品率，其計算公式為 3.1。 N =Qn(1+ +) （2.1） 第二章 零件的工藝分析 4 式中 Q 為產(chǎn)品年產(chǎn)量，n 為零件計劃期內(nèi)的產(chǎn)量； 為備品率；平均廢品率。 由生產(chǎn)任務得：n=1000, , ，代入公式計算，5%3 N=1000(1+5+3)=1080 （2）確定生產(chǎn)類型：最終零件最大直徑 126，高 49.3mm，屬于中小型零件，殼體生 產(chǎn)綱領為 1080 件，屬于中小批量生產(chǎn)。 2.2.2 確定毛坯的制造形式 毛坯的鑄造方法：由上文可知，該殼體屬于中批量生產(chǎn)，對于毛坯制造宜采用金屬模 機器造型、模鍛、壓力鑄造等。本次采用金屬模機器造型，這種鑄造方法的特點是鑄件內(nèi) 部組織致密，機械性能較高，單位面積的產(chǎn)量高，適用于泵體、泵蓋、殼體、減速箱體、 汽缸頭等中、小型鑄件。毛坯的材料是 HT200。 2.2.3 基準的選擇 選擇工件的定位基準，實際上是確定工件的定位基面。根據(jù)選定的基面加工與否， 又將定位基準分為粗基準和精基準。在起始工序中，只能選擇未經(jīng)加工的毛坯表面作為 定位基準，這種基準稱為粗基準。用加工過的表面作為定位基準，則稱為精基準。在選 擇定位基準時，是從保證精度要求出發(fā)的，因此分析定位基準選擇的順序就應為精基準 到粗基準。 （1）粗基準的選擇 選擇的原則是： a、非加工表面原則 b、加工余量最小原則 c、重要表面原則 d、不重復使用原則 e、便于裝夾原則 選擇粗基準主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準，以便為后續(xù)工序提供精基 準。粗基準的選擇對保證加工余量的均勻分配和加工面與非加工面（作為粗基準的非加 工面）的位置關系具有重要影響。根據(jù)以上選擇的原則，可以選擇零件下端面作為粗基 準。這樣便于加工上下兩端面，便于保證其尺寸。 （2）精基準的選擇 選擇的原則是： 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 5 a、基準重合原則 b、基準統(tǒng)一原則 c、自為基準原則 d、互為基準原則 e、便于裝夾原則 選擇精基準時應重點考慮如何減少工件的定位誤差，保證加工精度，并使夾具結構 簡單，工件裝夾方便。根據(jù)以上選擇的原則，我們就可以工件上表面定位，用可調(diào)輔助 支承 80 外圓并找正外圓母線。精基準選擇 80 孔軸線,這樣可以便于在一次裝夾中加 工多個端面。 2.2.4 工序的合理組合 確定基準以后，就按生產(chǎn)類型、零件的結構特點、技術要求和機床設備等具體生產(chǎn) 條件確定工藝過程的工序數(shù)。確定工序數(shù)的基本原則： （1）工序分散原則 工序內(nèi)容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設備。簡單的機床工藝 裝備。生產(chǎn)準備工作量少，產(chǎn)品更換容易。對工人的技術要求水平不高。但需要設備和 工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長，生產(chǎn)管理復雜。 （2）工序集中原則 工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn) 面積，也簡化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互 位置精度。使用設備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機床，以提高生產(chǎn)率。但采用復 雜的專用設備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費事，生產(chǎn)準備工作量大。 一般情況下，單件小批生產(chǎn)中，為簡化生產(chǎn)管理，多將工序適當集中。結構簡單的 專用機床和工夾具組織流水線生產(chǎn)。 2.2.5 制定工藝路線 加工工藝路線制定的原則是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量提高生產(chǎn)效率和降低 成本，并且能夠充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)條件。制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾 何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。 根據(jù)以上分析制定的工藝路線如下： 工藝路線： 第二章 零件的工藝分析 6 工序 1：鑄造毛坯。 工序 2：時效處理。 工序 3：劃線。 工序 4：粗車、精車工件上端面并倒角。 工序 5：粗鏜、精鏜 76E8 內(nèi)圓面、66 內(nèi)圓面。 工序 6：锪平 5 個 10.5 孔的上端面。 工序 7：粗車、精車 80h8 外圓、兩端面。 工序 8：鉆、擴、絞 5 個 10.5 孔。 工序 9：锪平 24H8 孔的端面。 工序 10：鉆、擴、絞 24H8 孔。 工序 11：鏜 R14 工件內(nèi)圓凹面。 工序 12：锪平 8 埋頭孔外端面。 工序 13：鉆 8 埋頭孔。 工序 14：鉆、擴、絞 M6H7 螺紋孔，攻絲。 工序 15：去毛刺。 工序 16：清洗。 工序:17：檢驗。 工序 18：入庫。 先加工工件上下兩個端面，在分別以上下兩個端面為工序基準加工 5 個 10.5 孔及 其上下端面，這樣可以盡量減少因基準不重合造成的定位誤差。加工 5 個 10.5 孔時， 以工件上端面定位，以 10.5 孔下端面為加工面，盡量靠近設計基準，以減少誤差。 2.2.6 確定切削用量及基本工時 (1)鏜 76mm 內(nèi)圓面 鏜 76mm 內(nèi)圓面 1) 切削深度 單邊余量為 Z=0.7mm 2) 進給量 根據(jù)機械加工工藝手冊取 f=0.2mm/r 3) 計算切削速度 vyxpmvc kfaTCv 其中： =342, =0.15, =0.35, m=0.2。即vCvxvy =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。MkskkvkrvBvk 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 7 所以 1.44 0.8 1.04 0.81 0.97=96m/minvcv35.015.02. 264 4) 確定機床主軸轉(zhuǎn)速 ns= = 1609r/minWdc769 與 1609r/min 相近的機床轉(zhuǎn)速為 1750r/min。現(xiàn)選取 =1750r/min。wn 所以實際切削速度 = =cv10snmi/.350 5)切削工時，按工藝手冊表 6.2-1。 t = i ;其中 l=70mm; =4mm; =0mm;mfnlw21l2l t =i= =0.616(min)0.674 (2)車 80 外圓及其端面 車 80mm 外圓柱面 1) 切削深度 單邊余量為 Z=0.7mm 2) 進給量 根據(jù)機械加工工藝手冊取 f=0.2mm/r 3) 計算切削速度 vyxpmvc kfaTCv 其中： =342, =0.15, =0.35, m=0.2。即vCvxvy =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。MkskkvkrvBvk 所以 1.44 0.8 1.04 0.81 0.97=96m/minvc 35.015.02. 264 4) 確定機床主軸轉(zhuǎn)速 ns= = 1609r/minWdc896 與 1609r/min 相近的機床轉(zhuǎn)速為 1750r/min?，F(xiàn)選取 =1750r/min。wn 所以實際切削速度 = =cv10snmi/7.3560 5)切削工時，按工藝手冊表 6.2-1。 t = i ;其中 l=80mm; =4mm; =0mm;mfnlw21l2l t =i= =0.7(min)0.684 (1) 粗車 80mm 端面面 1) 已知毛坯長度方向的加工余量為 3+0.8 -0。7mm,考慮的模鑄拔模斜度， =4mmpa 2) 進給量 f 根據(jù)實用機械加工工藝手冊中表 2.4-3,當?shù)稐U尺寸為 1625 mm2 第二章 零件的工藝分析 8 35mm,以及工件直徑為 100 時，f =0.71.0mm/rpa 按 CA6140 車床說明書（見切削手冊）取 f =0.9mm/r 3) 計算切削速度，按切削手冊表 1.27,切削速度的計算公式為(壽命 T=60min) (m/min)vyxpm vc kfaTCv 其中： =342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系數(shù) 見切削手冊表 1.28,vCvxvyv 即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。MvksvkkvkrvBvk 所以 x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97=158.6(m/min)vxc35.015.02.46 4)確定機的主軸轉(zhuǎn)速 ns= = 504r/minWdc6.8 按機床說明書(見工藝手冊表 4.2-8),與 504r/min 相近的機床轉(zhuǎn)速為 480r/min 及 600r/min?，F(xiàn)選取 =480r/min。wn 所以實際切削速度 v=110r/min/。 5) 切削工時，按工藝手冊表 6.2-1 L =80mm , =2mm, =0, 1l2l t= = =0.189(min)fnlw210.948 (3)鉆，擴，鉸 10.5 的孔 1)鉆孔 10mm： 選擇 10mm 高速鋼錐柄標準麻花鉆（見工藝手冊表 3.16） （切削表 2.7 和工藝表 4.216）0.43/fmr機 （切削表 2.15）硬度 20021715incV查 min/r7.530 x1D cn 按機床選取 （工藝表 4.25）r/i8機 實際切削速度： min/39.1680 x1 機cV 基本工時： （工藝表 6.25）.43.527f機機nlt 2)擴孔 10.3mm： 選擇 10.3mm 高速鋼錐柄擴孔鉆（工藝表 3.18）由切削表 2.10 得擴孔 鉆擴 10.3mm 孔時的進給量 ，并由工藝表 4.216 取0.7/fmr 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 9 擴孔鉆擴孔時的切削速度0.72/fmr機 1()23ccV鉆 由切削表 2.15 得 ，故：14/minc鉆 ()()74.(/in)2323cV鉆 mi)/1.2315.0 xD10nc （ ）（ 按機床選取 68機 87.6.1n 機機cV 基本工時： 3145.072.x68fltji2機 3)鉸 10.5mm 孔： 選擇 10.5mm 高速鋼錐柄機用鉸刀（工藝表 3.117） 由切削表 2.24 得 ， ，1.5/fmr.0.2pam48/incV 由工藝表 4.216 得 2機 7.53.1.084DV0ncc ）（ 按機床選取 i/r168機 min/6.15.機 基本工時： 185402.837f21機機nlt (4)鉆，擴，鉸 24 的孔 1)鉆孔 22mm： 選擇 22mm 高速鋼錐柄標準麻花鉆（見工藝手冊表 3.16） （切削表 2.7 和工藝表 4.216）0.43/fmr機 （切削表 2.15）硬度 20021715incV查 min/r7.530 x1D cn 按機床選取 （工藝表 4.25）r/i8機 實際切削速度： min/39.1680 x1 機cV 基本工時： （工藝表 6.25）.43.527f機機nlt 2)擴孔 23mm： 選擇 23mm 高速鋼錐柄擴孔鉆（工藝表 3.18）由切削表 2.10 得擴孔鉆 擴 23mm 孔時的進給量 ，并由工藝表 4.216 取0.78/fmr 擴孔鉆擴孔時的切削速度0.72/fmr機 1()23ccV鉆 第二章 零件的工藝分析 10 由切削表 2.15 得 ，故：14/mincV鉆 1()()7.(/i)2323ccV鉆 min)/93.623x.0Dnc （ ）（ 按機床選取 1機 7.010 機機cV 基本工時： 32.x827fnltji1機 3）鉸 24mm 孔： 選擇 24mm 高速鋼錐柄機用鉸刀（工藝表 3.117） 由切削表 2.24 得 ， ，1.05/fmr0.15.pam48/incV 由工藝表 4.216 得 2機 .27648DVncc ）（ 按機床選取 i/r168機 min/1205.機 基本工時： 854.0.6837f21機機nlt 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 11 第 3 章 加工設備與工藝裝備選擇 3.1 選擇機床 （1）選擇機床應遵循如下原則： （2）機床的加工范圍應與零件的外廓尺寸相適應； （3）機床的精度應與工序加工要求的精度相適應； （4）機床的生產(chǎn)率應與零件的生產(chǎn)類型相適應。 在殼體的加工過程中，為了提高生產(chǎn)率將大量使用專用機床，如鉆孔、鏜孔工序中 會用到專用鉆床和專用鏜床。在銑端面、倒角和攻絲工序中會用到通用機床。通用機床 是在機械加工工藝人員手冊上查找，具體機床的選用見后面的加工工藝過程卡。 3.2 選擇夾具 機床夾具是在切削加工中，用以準確地確定工件位置，并將工件牢固地夾緊的一種 工藝裝備。它的主要作用是：可靠地保證工件的加工精度；提高加工效率；減輕勞動強 度；充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。 夾具的種類很多，按夾具的應用范圍分類，可分為通用夾具、專用夾具、成組夾具、 組合夾具；按夾具上的動力源分類，可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、 磁力夾具和真空夾具等。在單件、小批量生產(chǎn)時，應盡可能采用通用夾具。為提高生產(chǎn) 率，在條件允許時也可采用組合夾具。中批以上生產(chǎn)時，應采用專用夾具，以提高生產(chǎn) 效率，夾具的精度應與工序的加工精度相適應。殼體的生產(chǎn)屬于小批量生產(chǎn)，為了提高 生產(chǎn)率，加工中應該采用專用夾具。為此要為生產(chǎn)線上的工序?qū)ｉT設計一套夾具。對于 動力源，由于殼體的加工屬于小批量生產(chǎn)，可以采用手動旋轉(zhuǎn)六角螺母夾緊，這樣便于 操作，減少工作強度，以及材料成本。 3.3 選擇刀具 刀具的選擇主要取決于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求 的精度和表面粗糙度、生產(chǎn)率及經(jīng)濟性等，在選擇時一般盡可能采用標準刀具，必要時可 采用高生產(chǎn)率的復合刀具和其它一些專用刀具。最終傳動箱殼體的加工基本都采用標準刀 具, 可以在機械加工工藝手冊上查到。銑平面時大都采用鑲齒套式面銑刀，銑面時用 數(shù) 第三章 加工設備與工藝裝備選擇 12 控銑床加工，選用直柄立式銑刀。鏜刀則根據(jù)孔的大小不同分別選取。鉆孔時大都選 用錐柄麻花鉆，這種鉆頭有足夠的強度，排屑容易。對于刀具的材料，常用的刀具材料有 碳素工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金。其中碳素工具鋼指含碳的質(zhì)量分數(shù)在 0.65%1.35% 的 優(yōu)質(zhì)鋼碳鋼。常用牌號有 T8A、T10A 和 T12A 等，其中以 T12A 用的最多，淬火后硬度 可達（5864）HRC ，紅硬性達 250300C 左右，允許的切削速度 Vc=510m/min，所以 一般用于制造手用和切削速度很低得工具，如銼刀、手用鋸條、絲錐和板牙等。而高速鋼 是在高碳鋼中加入較多的合金元素 W、Gr、V、Mo 等與 C 生成碳化物制得的。加入合金 元素后，細化了晶粒，提高了合金的硬度。所以一般高速鋼的淬火硬度可達（6367） HRC，紅硬性可達 550 650.允許的切削速度 Vc 可比合金工具鋼提高 12 倍。它具有較 高的強度，在所有刀具材料中它的抗彎強度和沖擊韌度最高，是制造各種刃型復雜刀具的 主要材料。而硬質(zhì)合金的耐熱性比高速鋼高得多，約在 8001000C，允許的切削速度約 是高速鋼的 410 倍。硬度很高，但它的抗彎強度為 1.11.5GPa ，只是高速鋼的一半， 沖擊韌度不足高速鋼的 1/251/10.由于它的耐熱性與耐磨性好，因而在刃型不太復雜的刀 具上的應用日益增多，如車刀，銑刀，鏜刀，小尺寸鉆頭，絲錐等刀具上。 綜上所述，端面套式面車刀材料選擇硬質(zhì)合金，加工孔用的麻花鉆、擴孔鉆、锪鉆、絲錐都采用 高速鋼材料，鏜孔用鏜刀刀尖部分材料也選用硬質(zhì)合金。 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 13 第 4 章 鉆床夾具設計 4.1 問題的提出 本夾具主要用來鉆 5 個 10.5mm 通孔。因為位置精度要求不高，表面粗糙度要求精 度低，為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率 和降低勞動強度，如下圖所示： 圖 4.1 工序圖 4.2 定位基準的選擇 由工序圖可知：由于在對孔進行加工前，底平面和頂平面進行了車加工，中心通孔 是不加工通孔，因此，中心通孔軸線為定位精基準，這樣可以保證待加工孔的尺寸要求。 由零件圖可以知道，圖中對孔的加工沒有位置公差要求，只有尺寸要求，我們可以 選擇中心通孔軸線為定位基準來設計鉆模，從而滿足待加工孔軸線尺寸要求。工件定位 用底面、中心通孔和孔外圓面來限制 5 個自由度。 4.3 切削力及夾緊力的計算 （1）切削力的計算 查機床夾具設計手冊表 可得：721 切削力公式： Pf KfDF 5.0.4 第三章 加工設備與工藝裝備選擇 14 （4.1） 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 15 式中 D=10.5mm（孔的直徑） ，f=0.36mm/r （主軸進給率） 查表 得：821 （4.2） 0.6P519HBK 即：F f=2235(N) （2）夾緊力的計算 實際所需夾緊力：由機床夾具設計手冊表 得：12 （4.3）KFWfK 安全系數(shù) K 可按下式計算： （4.4）6543210 式中： 為各種因素的安全系數(shù)，見機床夾具設計手冊表 可得： 6 12 K=1.21.01.01.11.31.01.0=1.72 所以 WK=Ff K= 2235(N) 1.72=3844.2(N) 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選 用手動螺旋夾緊機構。 取 ， ，25.16.02. 螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力公式： （4.5）0122= QLWtgtg 式中參數(shù)由機床夾具設計手冊可查得： 原始作用力 )(8N 作用力臂 140mL 螺旋生角 63 螺紋處摩擦角 2=9.8 螺紋處摩擦系數(shù) 1 螺桿端部與零件的摩擦系數(shù) 675.zr 螺紋處當量摩擦角 1=3. 則螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力： 第四章 鉆床夾具設計 16 由公式 4.5 得： 0122=5830QLWNtgt 由上述計算易得： K 因此采用該夾緊機構工作是可靠的。 4.4 定位誤差的分析 該夾具以中心通孔軸線來作為定位基準，加工孔雖然沒有任何尺寸公差要求，但為 了盡量增強零件的適用性，要盡量減少加工誤差。 由機床夾具設計手冊可得： （1）定位誤差：定位尺寸公差 ，在加工尺寸方向上的投影，這里的方向m2.0 與加工方向一致。即：故 WD. （2）夾緊安裝誤差，對工序尺寸的影響均小。即： 0j （3）磨損造成的加工誤差： 通常不超過Mj5.0 （4）夾具相對刀具位置誤差：鉆套孔之間的距離公差，按工件相應尺寸公差的五分 之一取。即 。mAD06. 誤差總和： j.25w 從以上的分析可見，所設計的夾具的加工誤差較小，實用性強。 4.5 夾具總體方案 本次畢業(yè)設計是設計“鉆 5 個 10.5mm 孔”這道工序的鉆床夾具。分析了零件的結 構特點以及零件中小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)方式，決定采用螺旋壓板組合夾緊零件，上下用開 口墊圈配合心軸夾緊零件，用 V 形塊防轉(zhuǎn)，這樣既能保證零件的夾緊，又可以使夾具體 之間精密配合，延長夾具用久后產(chǎn)生變形的時間。該夾具總共限制了 6 個自由度。 4.6 夾緊裝置 該零件的生產(chǎn)綱領是小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)量不大，并且夾緊面是平面，因此，可以考 慮手動加緊裝置。 4.7 鉆套的選擇 鉆套安裝在鉆模板或夾具體上，用來確定工件上加工孔的位置，引導刀具進行加工， 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 17 提高加工過程中工藝系統(tǒng)的剛性并防振。鉆套可分為標準鉆套和特殊鉆套兩大類。 又分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套三小類。根據(jù)鉆床夾具的設計要求、零件的結構 特點以及中小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)綱領，決定采用固定鉆套。這樣很好的保證了孔的加工精 度也方便了孔的加工。由于所鉆孔的直徑為 10.5mm，查機床夾具設計手冊鉆套規(guī) 格表，選用內(nèi)徑為 10.5mm，外徑為 18mm 的 A 型鉆套，鉆套高度為 12mm。 4.8 鉆模板的設計 鉆模板用于安裝鉆套， 確保鉆套在鉆模上的正確位置，鉆模板多裝在夾具體或支架 上， 常見的鉆模板有： （1）固定式鉆模板 （2）鉸鏈式鉆模板 （3）可卸（分離）式鉆模板 （4）懸掛式鉆模板 根據(jù)鉆床夾具的設計要求、零件的結構特點以及小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)綱領，決定采用鉸 鏈式鉆模板。在導向裝置中，鉆套是安裝在鉆模板上,因此鉆模板必須具有足夠的剛度和 強度，以防變形而影響鉆孔精度。在此套鉆模夾具中選用的是鉸鏈式鉆模板，在裝卸工 件時可以通過鉸鏈銷轉(zhuǎn)動鉆模板，這樣便于零件的裝夾。鉆模板在于鉆套配合的時候采 用的是 H8/g7 的配合。 4.9 夾具的裝夾與拆卸 4.9.1 夾具的裝夾 首先轉(zhuǎn)動鉸鏈式鉆模板，松開螺母，把零件放于回轉(zhuǎn)臺上并調(diào)整位置，再推出活動 V 形塊防止零件旋轉(zhuǎn)，再旋緊六角螺母使開口墊圈壓緊零件，接著再放下鉆模板。 4.9.2 夾具的拆卸 首先再轉(zhuǎn)動鉸鏈式鉆模板，再松開六角螺母與開口墊圈拿出零件，再放入下一個毛 坯。 第四章 鉆床夾具設計 18 第 5 章 基于 UG NX6 的機構建模和裝配 5.1UG NX6 軟件簡介 傳統(tǒng)二維產(chǎn)品設計只能建立單一的二維零部件圖或者簡單的三維實體模型，而不能 進行運動機構的運動檢查、仿真分析及結構分析。三維 CAD 軟件可以在虛擬環(huán)境下對實 體進行建模、實現(xiàn)運動機構的仿真分析及結構分析等，在產(chǎn)品制造加工前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計 問題并及時予以糾正，不僅節(jié)省時間和金錢，還能大幅度提高產(chǎn)品設計質(zhì)量。這樣的三 維軟件有 CATIA、Pro/E、SolidWorks 和 UG 等。 其中，UG NX 軟件是美國 EDS 公司（現(xiàn)已被西門子收購）開發(fā)的一套集 CAD/CAM/CAE/PDM/PLM 于一體的軟件集成系統(tǒng)，其 CAD 功能使工程設計及制圖完全 自動化，CAM 功能為現(xiàn)代機床提供了 NC 編程，用來描述所完成的部件，CAE 功能提供 了產(chǎn)品、裝配和部件性能模擬能力，PDM/PLM 功能幫助管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)和整個生命周期中 的設計重用。UG 軟件能夠幫助設計師減少設計時間，增加精確性，提高設計的創(chuàng)新性， 并將產(chǎn)品更快推向市場。 UG NX 軟件組成： 2D 到 3D 轉(zhuǎn)換工具 將 2D 工程圖拖到 UG 工程圖中的功能；支持包括外部參考的可重復使用 2D 幾何； 視圖折疊工具，可以從 DWG 資料產(chǎn)生 3D 模型。 內(nèi)置零件分析 測試零件設計，分析設計的完整性。 機器設計工具 具有整套熔接結構設計和文件工具，以及完全關聯(lián)的鈑金功能。 模具設計工具 測試塑料射出制模零件的可制造性。 消費產(chǎn)品設計工具 保持設計中曲率的連續(xù)性，以及產(chǎn)品薄壁的內(nèi)凹零件，可加速消費性產(chǎn)品的設計。 對現(xiàn)成零組件的線上存取 讓 3D CAD 系統(tǒng)使用者透過市場上領先的線上目錄使用現(xiàn)在的零組件。 模型組態(tài)管理 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 19 在一個文件中產(chǎn)生零件或零組件模型的多個設計變化，簡化設計的重復使用。 第五章 基于 UG 夾具建模 20 零件模型建構 利用伸長、旋轉(zhuǎn)、薄件特征、進階薄殼、特征復制排列和鉆孔來產(chǎn)生設計。 曲面設計 使用有導引曲線的疊層拉伸和掃出產(chǎn)生復雜曲面、填空鉆孔，拖曳控制點以進行簡單的相切控制。 直觀地修剪、延伸、圖化、縫織曲面、縮放和復制排列曲面。 5.2 基于 UG 夾具建模 5.2.1 UG 中的特征建模技術 UG 裝配體是由零件組成的，而零件是由特征(例如凸臺、螺紋孔等)組成。特征是一 個零件的形狀及其他屬性的信息集。以特征作為建?；驹孛枋霎a(chǎn)品的方法叫做基于 特征的建模技術。 在 UG 環(huán)境中基于特征的建模技術，使產(chǎn)品的設計工作不停留在底層的幾何信息基礎 上，而是依據(jù)產(chǎn)品的功能要素，便于計算機輔助工藝規(guī)程的設計及組織生產(chǎn)。使得產(chǎn)品 設計環(huán)節(jié)與原來后續(xù)的各個環(huán)節(jié)同時開展工作，系統(tǒng)內(nèi)部信息共享，實現(xiàn)真正的集成， 且支持并行工程。有利于實現(xiàn)產(chǎn)品設計、制造方法的標準化、系列化、規(guī)范化，使得產(chǎn) 品在設計時就考慮加工、制造要求，保證產(chǎn)品有較好的工藝性、可制造性，有利于降低 產(chǎn)品的成本。 UG 中零件基于特征的實體建模技術中的特征詳細劃分如圖 3.1 所示。 圖 5.1 特征分類 5.2.2 夾具的 UG 建模 鉆床在切削過程中滑枕帶動刀架作上下往復的主運動，裝有工件的夾具和工作臺作 縱向、橫向進給運動。夾具包含了定位機構、加緊機構、分度機構、對刀及導向機構， 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 21 本章將具體介紹。 1) 夾具結構介紹 夾具的主體框架是由幾個機構裝配而成的整體結構。下部由夾具體安裝在鉆床工作 臺上，與鉆床立柱間可作橫向、縱向相對移動。上端為定位、加緊、對刀機構，用來安 裝、固定工件和對刀，結構復雜且需進行緊密加工。夾具中部中間為分度機構，由手柄、 對定爪、分度盤彈簧銷、鎖緊螺釘和回轉(zhuǎn)臺組成，用來使工件回轉(zhuǎn) 60 度以便連續(xù)加工多 個孔。 2) 定位與加緊機構的結構介紹 定位與加緊機構的主體框架結構由回轉(zhuǎn)臺、心軸、兩個螺母、開口墊圈球形手柄、 彈簧以及活動 V 形塊組成。工件在回轉(zhuǎn)臺上定位，然后由螺母與開口墊圈加緊，限制六 個自由度。定位與加緊機構比較簡單，其組件利用拉伸、求和、求差、螺紋等簡單特征 操作即可完成。其組件三維造型如圖 3.3 所示。 圖 5.2 螺母 圖 5.3 雙頭螺柱 第五章 基于 UG 夾具建模 22 圖 5.4 開口墊圈 圖 5.5 回轉(zhuǎn)臺 圖 5.6 活動 V 形塊 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 23 圖 5.7 球形手柄 圖 5.8 彈簧 3)分度機構的介紹 分度機構由分度盤、對定爪、手柄以及彈簧銷組成。對定爪爪尖卡在分度盤的凹槽 里，限制了分度盤的轉(zhuǎn)動，從而限制回轉(zhuǎn)臺與工件轉(zhuǎn)動，當推起手柄，對定爪爪尖離開 分度盤，就可以轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)臺及工件了。當工件轉(zhuǎn)到 60 度，松開手柄，彈簧銷會將手柄推 回原位，限制分度盤轉(zhuǎn)動。分度盤部件的造型可用拉伸、求和、求差、螺紋、掃略等命 令完成，如圖 3.4。 圖 5.9 分度盤 第五章 基于 UG 夾具建模 24 圖 5.10 對定爪 圖 5.11 手柄 圖 5.12 彈簧 圖 5.13 彈簧銷 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 25 4）對刀機構的介紹 對刀機構主要有固定鉆套、鉸鏈式鉆模板、支撐釘和對刀架組成，主要用來對刀。 由于其結構簡單，由拉伸、求和、求差命令就可以完成其三維造型設計，如圖。 圖 5.14 鉆模板 圖 5.15 支撐釘 第五章 基于 UG 夾具建模 26 圖 5.16 鉆套 圖 5.17 對刀架 5）夾具體的介紹 夾具體為鑄件，用來固定在鉆床上并支承整套夾具工作，其結構如圖。 圖 5.18 夾具體 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 27 5.3 基于 UG 的夾具機構虛擬裝配 5.3.1 夾具的虛擬裝配 在 UG 軟件中，任何一個.prt 文件都可以作為裝配文件，也可以作為零件文件。當新 建零件文件時，要選擇下拉式菜單“新建”中的“模型”選項，新建裝配體文件時，要 選擇“新建”中的“裝配”選項。 裝配體建模的過程大概如下： 1) 選擇下拉式菜單 “新建”中的“ 裝配”選項后，在圖形區(qū)域的下方工具欄就會出現(xiàn)裝 配工具按鈕 。 2) 點擊添加零部件按鈕 ，向新打開的裝配體文件中添加第一個已創(chuàng)建的零件 模型。注意：可以將這個添加的模型定位在圖形區(qū)域的原點，但零件的約束方式必須設 置為“通過約束” ； 3) 重復第二步，向裝配體文件中添加第二個零件模型； 4)通過約束將第二個模型裝配到合適位置； 5) 點擊確定按鈕，選擇下一個模型進行裝配； 6) 重復 2)、3)、4)、5)步驟，直至將所有的零件裝配完全。 圖 5.19 夾具裝配示意圖 利用以上約束類型完成裝配后的夾具三維 CAD 模型如圖所示。 第五章 基于 UG 夾具建模 28 圖 5.20 夾具裝配模型 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 29 第 6 章 小 結 緊張而又忙碌的畢業(yè)設計結束了。快要完成老師下達給我們的任務的時候，就像要 到達山峰的頂點，頓時心曠神怡，眼前豁然開朗。 畢業(yè)設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè) 工作前一個必不可少的過程。 “千里之行始于足下”，通過這次畢業(yè)設計我們深深體會到這 句千古名言的真正含義。說實話，畢業(yè)設計真的是有點累。然而，當我們著手清理自己 的設計資料，分析零件，得出的零件的加工工藝，計算出加工工序卡。分析工序的夾具 設計，直到做出兩套專用夾具；這個過程真的是艱辛但又充實。我們清楚的意識到，做 畢業(yè)設計不是一件容易的事，但給我們更多的是收獲。通過這次畢業(yè)設計我們深刻的體 會到：做設計是苦活但要細心；實踐動手做比空想強；合作精神是強大的；老師的幫助 和同學的交流都是必不可缺的。 我們做畢業(yè)設計是離不開工具書的。它可以給我們很多有用的知識，幫我們解決一 些難題。但工具書的也有一定的局限性，有些零件在工具書上查不到，或者是有些標準 件不能應用到設計中去。所以，在設計有些零件時我們就在原有的標準件的基礎上改進。 在編寫零件的工藝路線時，也是要經(jīng)過反復的修改。在畫夾具圖時，由于缺少經(jīng)驗，走 了很多彎路，在老師的幫助下大家互相交流，這就使問題得到了解決，同時讓我們學到 很多知識。 通過這次完整的畢業(yè)設計，我們系統(tǒng)地回顧和復習了大學四年所學的相關專業(yè)知識， 在綜合運用這些知識的過程中，加強了我們對其真正的理解，同時也深刻體會到學習的 重要性并領會到設計也是一種學習的方式。在設計的過程中，我們綜合運用了系統(tǒng)的設 計方法和相關設計軟件（如 AutoCAD、Word 等） ，且應用熟悉相關設計資料（包括手冊、 標準和規(guī)范等）以及進行經(jīng)驗估算等方面有了一定程度的提高，深刻的感受到計算機和 工具書及手冊在設計中帶來的便利和幫助。在此之中，讓我也體會到了團隊精神的重要 性。通過組員彼此間的交流，讓我們不僅解決了自身的問題，還可以提早了解后續(xù)相關 工作中的問題，這樣可以提前做好預防及提前了解相關解決此類問題的知識與方案，這 樣大大節(jié)省了時間，提高了工作效率，并且還增加了我們對知識的了解。 作為工作前在學校對我們自己四年學習的一次總結，這次畢業(yè)設計使我們在基本理論 的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓練。提高了我們的思考、解 決問題創(chuàng)新設計的能力，為以后的工作打下了較好的基礎。 人們說：美好景色在頂峰，人克服困難換來成功的喜悅才是最幸福的事。畢業(yè)設計 第五章 基于 UG 夾具建模 30 做完了，畫上一個完美的句號，也嘗到成功的味道，但漫漫的人生路還需繼續(xù)努力。面 對日 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 31 趨激勵的就業(yè)形勢，我們相信只要學好知識技術，以一種刻苦勤勞的精神對待工作， 我們定會活出不平凡的人生。 第六章 小結 32 致謝 經(jīng)過了兩個多月的學習和努力，在周琦老師的悉心指導和嚴格要求下，我終于完成 了論文。從課題選擇、方案論證到具體設計，每一步對我來說無疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn)， 也成就了我在大學期間獨立完成的最大的項目。記得在剛接到這個課題時，由于夾具設 計以及相關知識不是很了解，我都有些茫然不知所措，不知從何入手，于是我給自己提 出了一系列問題：如何做畢業(yè)設計、做畢業(yè)設計的要求、我要設計一個怎樣的夾具、要 達到什么樣的效果、實現(xiàn)什么樣的功能、與那些專業(yè)知識有關聯(lián)等。后來，在老師的引 導下，我清楚要做好畢業(yè)設計，必須了解相關的專業(yè)知識，去圖書館查閱相關資料、上 網(wǎng)去了解鉆床夾具的最新動向。 在具體設計的過程中，我遇到了很多問題，比如：加工零件時，我應該如何定位， 才能滿足要求，又能使工人師傅加工方便、快捷、高效。于是我不斷地給自己提出新的 想法，然后去論證這種想法的使用性，在這個循環(huán)往復的過程中，我學到了很多東西， 同時畢業(yè)設計也在一天天的完成中。雖然我的設計作品不是很成熟，參考了很多資料仍 然還有很多不足之處，但我心里有一種莫大的幸福感，因為我實實在在地走過了一個完 整的設計所應該走的每一個過程，并且享受了每一個過程，更重要的是這個設計中我加 入了自己鮮活的思想。 在整個畢業(yè)設計的過程中，我學到的不僅僅是畢業(yè)設計本身，還有很多畢業(yè)設計之 外的東西，一種態(tài)度，既是對學術的態(tài)度，也是對人生的態(tài)度，盡自己所能，認真做好 手邊的事情。有些東西，最開始接觸的時候，我們會覺得很陌生、很難，不知從何入手， 這時，我們需要靜下心來，仔細分析，將問題一點一點的解決，這是一個漫長的過程， 也是一個學習的過程，期間會覺得茫然、困惑、不知所措，但是當我們堅持到最后，完 成它的那一刻，我們會覺得很有成就感，那是一種對自己能力的肯定，對自己的認可。 三年間，每次走進教研室都會讓我感受到一種親切熱情的氛圍。無論是學習、工作 生活上的問題，恩師們都會悉心給以指導解答，讓我獲益匪淺。也就是在這里，開始了 我的畢業(yè)設計點。從某種意義上可以說，今日的畢業(yè)論文其實從大一時已經(jīng)開始了。機 電系的老師們，為我四年的學習、成長創(chuàng)造了一個良好的環(huán)境，不斷的充實自我。在此， 我真誠的向你們道一聲：“謝謝！” 。 在這里我要特別感謝我的指導老師周琦老師。他為人隨和熱情，治學嚴謹細心。 在閑聊中他總是能像知心朋友一樣鼓勵我，在論文的寫作和措辭等方面他也總會以“專 業(yè)標準”嚴格要求我，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復修改、潤色，周老師 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 33 始終 致謝 34 認真負責地給予我深刻而細致地指導，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。正 是周老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才能夠得以順利完成，謝謝周老師。 在此祝愿全天下所有老師身體健康，全家幸福！ 致謝人：孔凡霄 江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 35 參考文獻 1 肖繼德、陳寧平. 機床夾具設計（第二版）M.北京:機械工業(yè)出版社，2000.5 2 吳宗澤、羅勝國. 機械設計課程設計手冊M. 北京: 高等教育出版社，2006.5 3 詹康壽、王懷德. 機械制圖（第三版）M. 上海: 上海交通大學出版社，2009.6. 4 徐嘉元、曾家駒. 機械制造工藝學M. 北京: 機械工業(yè)出版社，1999. 12. 5 張龍勛. 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