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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 課題名稱 主軸箱體的加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 定稿日期： 年月日 基于UG的主軸箱體加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 1 選題背景及其意義 機(jī)床夾具已成為機(jī)械加工中的重要裝備。機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)和使用是促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國(guó)機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,機(jī)床夾具的改進(jìn)和創(chuàng)造已成為廣大機(jī)械工人和技術(shù)人員在技術(shù)革新中的一項(xiàng)重要任務(wù)。 箱體加工工藝及夾具畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一次鞏固，是在進(jìn)行社會(huì)實(shí)踐之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。 本次設(shè)計(jì)加工工藝中，箱體是屬于特殊結(jié)構(gòu)零件，所以毛坯采用鑄造成型，然后才做工藝過(guò)程設(shè)計(jì)和工序設(shè)計(jì)。 夾具是機(jī)械加工過(guò)程中用以裝夾工件的一種裝置，其作用是在機(jī)械加工過(guò)程中使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具有一個(gè)確定的位置，并在加工過(guò)程中保持這個(gè)位置的不變。本次要完成的是一套銑削、鉆削和鏜削夾具設(shè)計(jì)。通過(guò)此次夾具的設(shè)計(jì)會(huì)使我掌握更多的有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。特別是工藝上有更深的了解。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)及有關(guān)課程的知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立地分析和解決工藝問題，初步具備設(shè)計(jì)一個(gè)零件的工藝規(guī)程的能力。我們還能學(xué)會(huì)擬定夾具設(shè)計(jì)方案，完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。如圖1.1為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的箱體類零件的圖紙。 圖1.1 主軸箱箱體工程圖 2 文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)） 2.1 現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn) 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門不斷要求機(jī)械工業(yè)提供先進(jìn)的技術(shù)裝備，研制新的產(chǎn)品品種，以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和人民生活不斷提高的要求，這樣一來(lái)，促使機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)形勢(shì)發(fā)生了顯著的變化，即多品種、中小批量生產(chǎn)逐漸占了優(yōu)勢(shì)。國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明，目前中、小批量多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85%左右。現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場(chǎng)的的需求與競(jìng)爭(zhēng)。于是，現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)便面臨以下問題： （1）通常小批量生產(chǎn)采用先進(jìn)的工藝方法和專用工藝裝備是不經(jīng)濟(jì)的，但對(duì)于高、精、尖產(chǎn)品而言，不采用這種手段又無(wú)法達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求； （2) 現(xiàn)行的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，花費(fèi)的人力、物力較大，趕不上產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐； (3) 由于產(chǎn)品更新越來(lái)越快，使用傳統(tǒng)的專用夾具勢(shì)必造成積壓浪費(fèi)。 為此，除了在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)工藝方面進(jìn)行改革之外，在工藝裝備方面也必須改革其狹隘的專用性，使之適應(yīng)新的生產(chǎn)需要。 2.2 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀 在批量生產(chǎn)中，企業(yè)都習(xí)慣于采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約有數(shù)千甚至近萬(wàn)套的專用夾具；在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3-4年就要更新50%-80%的專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量?jī)H為10%-20%，這些夾具往往留下來(lái)又很難得到重復(fù)使用，拋棄他們又實(shí)在太可惜，因此造成很大的浪費(fèi)。近年來(lái)，數(shù)控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)機(jī)床夾具提出了如下新的要求： (1) 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本； (2) 能裝夾一組具有相似性的工件； (3) 能適用于各種現(xiàn)代制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具； (4) 能適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具； (5) 采用以液壓站等為動(dòng)力源的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率； (6) 提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。 顯然，這些都是擺在工藝技術(shù)人員面前的新課題、新任務(wù)。 2.3 現(xiàn)代夾具的發(fā)展方向 為了適應(yīng)現(xiàn)代化機(jī)械工業(yè)向高、精、尖方向發(fā)展的需要和多品種、小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化四個(gè)方面。 (1) 標(biāo)準(zhǔn)化。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用夾具是相互聯(lián)系的2個(gè)方面。目前我國(guó)已有夾具零件及部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 2148—GB/T 2259-91 以及各類通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)周期準(zhǔn)備，降低生產(chǎn)總成本。 (2) 精密化。隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高，相應(yīng)提高了對(duì)夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5個(gè)微米。 (3) 高效化。高效化夾具主要用來(lái)減少工件加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。常見的高效化夾具有自動(dòng)夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動(dòng)虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍然能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動(dòng)線配置相應(yīng)的高效、自動(dòng)化夾具外，在數(shù)控機(jī)床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動(dòng)裝夾工件的夾具以及自動(dòng)更換夾具的裝置，充分提高數(shù)控機(jī)床的效率。 (4) 柔性化。機(jī)床夾具的柔性化與機(jī)床的柔性化相似，它是指機(jī)床夾具通過(guò)調(diào)整、組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)多品種、中小批生產(chǎn)的需要，擴(kuò)大夾具的柔性化程度、改變專用夾具的不可拆卸結(jié)構(gòu)、發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當(dāng)前夾具發(fā)展的主要方向。 3 研究?jī)?nèi)容 3.1 工藝編制原理 機(jī)械加工工藝規(guī)程包括以下內(nèi)容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內(nèi)容以及所用的設(shè)備和工藝裝備、工件的檢驗(yàn)項(xiàng)目及檢驗(yàn)方法、切削用量、時(shí)間定額等。 切削用量主要包括：最大切深、切削速度、轉(zhuǎn)速以及進(jìn)給量。 時(shí)間定額主要包括：基本時(shí)間、輔助時(shí)間、單間時(shí)間以及其他時(shí)間的計(jì)算。 所用設(shè)備和工藝裝備主要指的是：加工中所用的刀具、量具以及機(jī)械加工裝備，如銑床、鏜床、鉆床等。 在整個(gè)工藝編排順序過(guò)程中，要遵循先粗后精、先主后次、先面后孔、基準(zhǔn)先行的“16字方針”。 3.2 箱體類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 箱體零件是機(jī)器的基礎(chǔ)件之一。由它將一些軸、套和齒輪等零件組裝在一起，保持正確的相互位置關(guān)系，并且能按照一定的傳動(dòng)要求傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成機(jī)器的一個(gè)重要部件。因此箱體的加工質(zhì)量對(duì)機(jī)器的精度、性能和壽命都有一定的影響。 3.3 箱體零件的主要技術(shù)要求 箱體的技術(shù)要求根據(jù)箱體的工作條件和使用性能的不同而有所不同。一般箱體為：軸孔的尺寸精度為IT6—IT7，圓度不超過(guò)孔徑公差的一半，表面粗糙度Ra為0.4—0.8μm 。作為裝配基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)的重要平面的平面度要求較高，表面粗糙度Ra為5—0.63μm 。 3.4 工件定位的形式 （1）完全定位：用六個(gè)合理布置的定位支承點(diǎn)限制工件的六個(gè)自由度。 （2）不完全定位：工件被限制的自由度少于六個(gè)，但能滿足加工技術(shù)要求的定位形式。 （3）過(guò)定位：兩個(gè)或兩個(gè)以上的定位支承點(diǎn)同時(shí)限制工件的同一個(gè)自由度的定位形式。 （4）欠定位：根據(jù)加工要求應(yīng)限制的自由度沒有被限制。 一般，欠定位的形式是不允許出現(xiàn)的，因?yàn)槠洳荒鼙ＷC工件的加工技術(shù)要求。 3.5 夾緊裝置的組成 （1）動(dòng)力源裝置。分為手動(dòng)夾緊和機(jī)動(dòng)夾緊兩種。手動(dòng)加緊費(fèi)時(shí)費(fèi)力，大批量生產(chǎn)中一般都采用機(jī)動(dòng)夾緊。 （2）傳力機(jī)構(gòu)。傳力機(jī)構(gòu)作用：改變作用力的大小和方向，具有一定的自鎖性能。 （3）夾緊元件。 3.6 夾緊裝置的設(shè)計(jì)原則 工件不移動(dòng)原則、工件不變形原則、工件不振動(dòng)原則、安全可靠原則以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則。 3.7 確定夾緊力基本原則 夾緊力的確定包括：夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小三個(gè)要素。 （1）夾緊力的方向 ? 夾緊力的方向應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)面，有助于定位穩(wěn)定。 ? 夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 ? 夾緊力的方向應(yīng)是工件剛性較好的方向。 （2）夾緊力作用點(diǎn) ? 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，并盡可能是夾緊點(diǎn)與支承點(diǎn)對(duì)應(yīng)，使夾緊力作用在支承上。 ? 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選在工件剛性較好的部位。 ? 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面，以防止工件產(chǎn)生振動(dòng)和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。 3.8 典型夾緊機(jī)構(gòu) 典型夾緊機(jī)構(gòu)種類如表3-1所示： 表3-1 典型機(jī)械夾緊機(jī)構(gòu) 夾緊機(jī)構(gòu) 特點(diǎn) 適用場(chǎng)合 斜楔夾緊機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，機(jī)械效率較低，有增力作用。 一般用于工件尺寸公差較小的機(jī)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)中。 夾緊機(jī)構(gòu) 特點(diǎn) 適用場(chǎng)合 螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，夾緊行程大，擴(kuò)力比大，自鎖性能好；但是，加緊動(dòng)作緩慢，效率低。 一般適用于手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。 偏心夾緊機(jī)構(gòu) 操作方便，夾緊迅速，結(jié)構(gòu)緊湊；但夾緊行程小、夾緊力小、自鎖性能小。 一般適用于切削力不大、夾緊行程較小、振動(dòng)較小的場(chǎng)合。 鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu) 動(dòng)作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向；但自鎖性能差 一般常用于氣動(dòng)、液動(dòng)夾緊中。 3.9 箱體加工順序的安排 （1）切削加工工序的安排原則 基準(zhǔn)先行、先粗后精、先主后次、先面后孔。 （2）熱處理工序的安排原則 為了消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能而進(jìn)行的預(yù)先熱處理工序，如時(shí)效、正火、退火等，應(yīng)安排在粗加工之前。對(duì)于精度要求較高的零件有時(shí)在粗加工之后，甚至半精加工后還安排一次時(shí)效處理。 為了提高零件的綜合力學(xué)性能而進(jìn)行的熱處理，如調(diào)質(zhì)，應(yīng)安排在粗加工之后半精加工之前，對(duì)于一些沒有特別要求的零件，調(diào)質(zhì)也常作為最終熱處理。 3.10銑床、鏜床、鉆床的夾具特點(diǎn) （1） 銑床夾具特點(diǎn) 由于銑削過(guò)程中一般是夾具安裝在銑床工作臺(tái)上和工作臺(tái)一起做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，根據(jù)進(jìn)給方式不同，銑床夾具又可分為直線進(jìn)給式、圓周進(jìn)給式和靠模式三種。銑床夾具的特點(diǎn)是：夾緊裝置要有一定的自鎖性以及足夠的夾緊力。除此之外，還需要有定位鍵和對(duì)刀裝置。 （2） 鏜床夾具特點(diǎn) 鏜床夾具主要用于加工箱體、支座等零件上的孔或孔系，保證孔的尺寸精度、幾何形狀精度、孔距和孔的位置精度。按照鏜套的布置方式不同鏜?？梢苑譃椋?jiǎn)沃С?、雙支承以及無(wú)之承三類。 （3） 鉆床夾具特點(diǎn) 鉆床夾具實(shí)際上為鉆模，是在鉆床上用于鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔及攻螺紋的機(jī)床夾具。鉆模一般都設(shè)有安裝鉆套的鉆模板，以確定刀具的位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行切削，保證孔的加工要求。常用的鉆套有固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套以及特殊鉆套；常用鉆模板有固定式鉆模板、鉸鏈?zhǔn)姐@模板以及可卸式鉆模板。 3.11 UG裝配以及出工程圖 UG裝配建模的過(guò)程是建立組件裝配關(guān)系的過(guò)程。工程制圖模塊是根據(jù)已建立的3D模型來(lái)產(chǎn)生投影視圖并進(jìn)行尺寸標(biāo)注。 4 研究方案 4.1 總體方案 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：根據(jù)箱體零件的加工圖紙，設(shè)計(jì)三套夾具以及編排完整的零件加工工藝。其中，三套夾具分別是：箱體主軸孔的粗鏜夾具設(shè)計(jì)、箱體側(cè)面的2個(gè)Ф30以及Ф24的孔的鉆夾具、箱體頂面的粗銑夾具； 為了完成機(jī)床主軸箱的箱體工藝編制和夾具設(shè)計(jì)，我計(jì)劃從以下幾個(gè)方面著手： （1）編制2套完整的機(jī)床主軸箱的工藝過(guò)程方案，通過(guò)比較選擇一套較好的方案； （2）制作箱體的工藝卡片； （3）粗銑頂面、鉆側(cè)面孔以及粗鏜主軸孔夾具的定位方案分析； （4）箱體主軸孔的粗鏜夾具設(shè)計(jì)、箱體側(cè)面的2個(gè)Ф30以及Ф24的孔的鉆夾具、 箱體頂面的粗銑夾具； （5）粗鏜主軸孔、鉆三孔以及銑頂面的夾緊力以及定位誤差計(jì)算； （6）本次夾具設(shè)計(jì)中可以考慮適當(dāng)采用液壓動(dòng)力源夾緊裝置。 主要考慮到液壓夾緊機(jī)構(gòu)具有壓力大、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、夾緊力穩(wěn)定、吸振能力強(qiáng)，不受外力變化影響，適用于大批量生產(chǎn)。 4.2 擬采取的技術(shù)措施 （1）查找各種夾具設(shè)計(jì)圖冊(cè)，從圖冊(cè)中了解基本夾具的結(jié)構(gòu)。 （2）查閱相關(guān)書籍，編寫完整的工藝過(guò)程。 （3）查找各種夾具資料，了解夾具的定位原理以及銑床、鏜床、鉆床夾具基本 原理，設(shè)計(jì)計(jì)專用的銑床、鏜床、鉆床的夾具。 （4） 采用UG軟件建立鏜床、銑床、鉆床的夾具模型并且采用UG軟件繪制夾具 圖紙。 （5）采用CAD軟件繪制圖紙。 5 進(jìn)度計(jì)劃 2010年12月---- 2011年01月：收集資料，確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案，翻譯有關(guān)外文資料及閱讀技術(shù)文獻(xiàn)，書寫開題報(bào)告。 2011年 01月---- 2011年03月：編制零件的加工工藝路線，確定其中三道工序的定位、夾緊方案。初步設(shè)計(jì)這三套專用夾具。 2011年03 月---- 2011年04月：采用UG軟件對(duì)夾具建模，繪制裝配圖，計(jì)算定位誤差、夾緊力等。 2011年05月---- 2011年05月：編寫畢業(yè)論文。 2011年05月---- 2011年05月：畢業(yè)答辯準(zhǔn)備和答辯。 參考文獻(xiàn) [1] 王茂元.機(jī)械制造技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. 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