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編 號(hào) 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目：基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn) 動(dòng) 仿真 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923801 學(xué)生姓名： 李珊珊 指導(dǎo)教師： 彭勇（職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 UG 的 車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn) 行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別 加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包 含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 97 學(xué) 號(hào)： 0923801 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 課題來源于生產(chǎn)實(shí)際。 現(xiàn)代生產(chǎn)制造中，機(jī)床夾具是一種不可或缺的工藝設(shè)備，它直 接影響著零件的加工精度、生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，所以機(jī)床 夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作，在機(jī)械制造以及生產(chǎn)技術(shù)中占有 極其重要的地位。 現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市 場(chǎng)的需求與競(jìng)爭(zhēng)，特別是近年來，數(shù)控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)、 柔性制造系統(tǒng)（FMS ）等新加工技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展 方向主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化等四個(gè)方面。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ①根據(jù)提供的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料理解設(shè)計(jì)要求，查閱相關(guān)中外資料。 ②確定車床組合夾具結(jié)構(gòu)及定位、夾緊方案。 ③對(duì)車床組合夾具進(jìn)行三維建模，生成工程圖，完成爆炸圖及裝夾 II 工件的動(dòng)作演示。 ④完成車床組合夾具加工工序和工藝方案及繪制工序圖。 ⑤閱讀和翻譯英文文獻(xiàn)。 ⑥撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 97 班 姓名 李珊珊 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 根據(jù)任務(wù)書的要求，本次任務(wù)主要是針對(duì)十字頭零件的加工設(shè)計(jì)兩套專用的車床夾 具，完成相應(yīng)的加工要求。主要內(nèi)容包括：加工零件的分析、分析其結(jié)構(gòu)、各部分相關(guān) 尺寸、加工工藝過程及工序、零件圖的繪制、加工各面、孔等內(nèi)容。具體任務(wù)是針對(duì)車 Φ85外圓和挖 Φ24槽設(shè)計(jì)兩套專用車床夾具，確定其定位、夾緊方案和誤差、切削力的 計(jì)算。在此之前，首先要擬定一套高效的加工方案，進(jìn)行工序及工步的確定，進(jìn)而根據(jù) 所選定的方案完善相應(yīng)的計(jì)算和加工工藝卡片，再由所需要求，設(shè)計(jì)出夾具的尺寸，根 據(jù)查找的資料，實(shí)現(xiàn)理論的設(shè)計(jì)。在得到理論設(shè)計(jì)的尺寸和方案之后，利用 UG 進(jìn)行三維 建模，并對(duì)所畫的各部件做裝配、爆炸及運(yùn)動(dòng)仿真等工作，最后，將所有零部件及裝配 圖生產(chǎn)工程圖。通過 UG 的虛擬設(shè)計(jì)，來說明各部分零件之間的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系，同時(shí)為 了清楚的表示出組裝夾具的內(nèi)部聯(lián)系，還需要繪制出相應(yīng)的剖視圖，以加深對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容 的理解和直觀感覺。在最后的運(yùn)動(dòng)仿真，分析可得到所設(shè)計(jì)的夾具符合零件要求。 關(guān)鍵詞：車床夾具；UG；虛擬設(shè)計(jì)；運(yùn)動(dòng)仿真 IV Abstract According to the requirements of specifications, the main task is to design two special lathe fixtures for machining crosshead part, to complete the corresponding processing requirements. The important tasks are analysis of processing parts, analysis of its structure and the partial correlation dimension, process technology and process, drawing of spare parts, machining of the part of spaces and holes, and so on. The particular tasks are to design two special lathe fixtures for turning the circle of Φ85 and Φ24, to make sure the scheme of positioning and clamping, and to calculate the error and cutting force. First of all is to achieve high speed and efficient processing scheme, to determine the working procedure and step, then according to the selected scheme to complete the corresponding counting and processing cards, according to the requirements to design the size of fixtures, to realize the theory design. When we obtain the size of the theory design and the scheme, we use UG to create three-dimensional modeling and assemble all parts and explode all parts and motion simulation, and so on. All parts and assembly draws production engineering drawings. We illustrate the structure and assembly relation between the parts by the virtual design of UG. At the same time, we use it to clear out the internal relations of assembly fixture and need to draw the sectional view of the corresponding to readers, which give the most intuitive feel for readers at a glance. After the motion simulation, the fixtures which I design can meet requirements of parts. Key words: turning machine fixture; UG; virtual design; motion simulation V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 ..............................................................................................................................................1 1.1 本課題研究的目的和意義 ...................................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，發(fā)展動(dòng)態(tài) ...............................................................................................1 1.3 本課題的主要內(nèi)容 ...............................................................................................................2 2 零件的分析及工藝規(guī)程設(shè)計(jì) .....................................................................................................4 2.1 零件的功用 ...........................................................................................................................4 2.2 零件的工藝分析 ...................................................................................................................4 2.3 確定毛坯的制造形式 ...........................................................................................................5 2.4 基面的選擇 ...........................................................................................................................5 2.5 制定工藝路線 .......................................................................................................................5 2.6 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 ...................................................................5 2.7 確定切削用量及基本工時(shí) ...................................................................................................6 3 夾具設(shè)計(jì) ...................................................................................................................................15 3.1 車 Φ85外圓的夾具設(shè)計(jì) ....................................................................................................15 3.1.1 問題的提出 ..................................................................................................................15 3.1.2 定位方式和定位基準(zhǔn)的選擇 ......................................................................................15 3.1.3 切削力及夾緊力計(jì)算 ..................................................................................................15 3.1.4 定位誤差分析 ..............................................................................................................16 3.1.5 夾具設(shè)計(jì)及操作簡(jiǎn)要說明 ..........................................................................................16 3.2 挖 Φ24槽的夾具設(shè)計(jì) ........................................................................................................18 3.2.1 問題的提出 ..................................................................................................................18 3.2.2 定位方式和定位基準(zhǔn)的選擇 ......................................................................................18 3.2.3 切削力及夾緊力計(jì)算 ..................................................................................................18 3.2.4 定位誤差分析 ..............................................................................................................19 3.2.5 夾具設(shè)計(jì)及操作簡(jiǎn)要說明 ..........................................................................................19 4 運(yùn)動(dòng)仿真 ...................................................................................................................................25 4.1 UG 的簡(jiǎn)介 ...........................................................................................................................25 4.2 運(yùn)動(dòng)仿真 .............................................................................................................................26 4.2.1 專用車床夾具 1 的運(yùn)動(dòng)仿真 ......................................................................................27 4.2.2 專用車床夾具 2 的運(yùn)動(dòng)仿真 ......................................................................................30 5 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................32 5.1 結(jié)論 .....................................................................................................................................32 5.2 不足之處及展望 .................................................................................................................32 致 謝 ...........................................................................................................................................33 VI 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................34 附 錄 ...........................................................................................................................................35 基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 1 1 緒論 1.1 本課題研究的目的和意義 在現(xiàn)代生產(chǎn)制造中，機(jī)床夾具是一種不可或缺的工藝設(shè)備，它直接影響著零件的加 工精度、生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，所以機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作，它是 各機(jī)械制造企業(yè)新產(chǎn)品投產(chǎn)、老產(chǎn)品改進(jìn)和工藝更新中的一項(xiàng)重要生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作， 也是每一個(gè)從事機(jī)械加工工藝的技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)，在機(jī)械制造以及生產(chǎn)技 術(shù)中占有極其重要的地位 [1]。 有些零件可以在相應(yīng)的機(jī)床上做粗、精加工，但是在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，車床可以加工的 不僅僅是盤類、軸類零件等對(duì)稱的零件，它還可以加工一些有特殊要求的孔槽，根據(jù)實(shí) 際需要，利用現(xiàn)有資源，設(shè)計(jì)組合夾具，減少機(jī)床時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，發(fā)展動(dòng)態(tài) 夾具最早出現(xiàn)在 1787 年，至今經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。第一階段表現(xiàn)為夾具與人的結(jié) 合。在工業(yè)發(fā)展初期，機(jī)械制造的精度較低，夾具僅僅作為加工工藝過程中的一種輔助 工具；第二階段是隨著機(jī)床、汽車、飛機(jī)等制造業(yè)的發(fā)展，夾具的門類才逐步發(fā)展齊全， 逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的主要工藝裝備之一；第三階段，即近代由于世界科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及 社會(huì)生產(chǎn)力的迅速提高，夾具與機(jī)床有了緊密結(jié)合。 在我國(guó)，組合機(jī)床發(fā)展已有 28 年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，應(yīng)用也 已深入到很多行業(yè)，是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新，進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和 高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度 較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。 國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)電、 氣壓和液壓控制運(yùn)行的，生產(chǎn)的零件批量比較大，大多是：大中型箱體類和軸類零件， 隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在用它來加工連桿和板件也不少，主要是完成哪些加工呢？ 在加工孔方面：鉆、擴(kuò)、鉸,都是可以的，同時(shí)鏜孔以及加工螺紋也比較方便，我們還可 以用它來車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀的槽，以及銑削平面和成形面等。綜以上所 說，組合機(jī)床功能廣泛，所以被廣泛用于機(jī)械、輕工等方面。組合機(jī)床種類比較多，像 單面的、雙面的、三面的、臥式的、立式的等。隨著人們對(duì)機(jī)械行業(yè)的不斷研究探索， 柔性組合機(jī)床得到大家的喜愛，它的主軸箱是多位的、可換的，上面的編碼也是隨著夾 具和刀具的變動(dòng)自行更改，這大大提高了生產(chǎn)效率。隨著人們生活水平提高，需求也越 來越廣泛，技術(shù)也越來越好，最近幾年，組合機(jī)床加工中心，機(jī)床上面的輔佐機(jī)械比如： 清洗機(jī)、裝配機(jī)、輸送線等在這個(gè)行業(yè)中被使用的很多。 組合機(jī)床和自動(dòng)線的技術(shù)是比較綜合的，它是根據(jù)用戶特殊要求設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)的過 程中要注意以下問題：加工工藝的選擇，刀具的計(jì)算，測(cè)量，控制，診斷問題及監(jiān)控， 清洗裝配的設(shè)計(jì)，裝配和試漏技術(shù)等。我國(guó)重工業(yè)發(fā)展較慢，起點(diǎn)較低，技術(shù)要求高的 機(jī)床很多都是從國(guó)外購(gòu)買的，這其實(shí)變相的提高了我們的生產(chǎn)成本。所以我們自己要不 斷研究發(fā)現(xiàn)，研制新產(chǎn)品，爭(zhēng)取將我們的機(jī)床更多的“柔性”化，滿足用戶的需求。 我們可以從第 21 屆日本國(guó)際博覽會(huì)上看出，來自世界各地 10 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 500 多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的先進(jìn)機(jī)床中，復(fù)合、多功能、多軸化的控制設(shè)備以及超 高速和精度較高的裝備非常受到大家的歡迎。想要提高機(jī)床的速度，關(guān)鍵在于提高主軸 轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，這次的博覽會(huì)展示的加工中心，其主軸轉(zhuǎn)速可以達(dá)到 10000～20000r/min;最高的進(jìn)給速度，可以達(dá)到 20～60m/min;復(fù)合、多功能、多軸化控制 裝配可以提高零件的一體化程度，加工形狀的種類也得到提高。多功能于一身大大提高 了生產(chǎn)的效率，減少了搬運(yùn)移動(dòng)的成本，促進(jìn)了大生產(chǎn)的發(fā)展。更為重要的信息化的應(yīng) 用和推廣使得現(xiàn)代機(jī)床的自動(dòng)化程度飛快提高，工人們可以通過電腦或者手機(jī)對(duì)機(jī)床的 程序進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和修改，對(duì)正在加工的零件的動(dòng)態(tài)了解的很清楚，可以及時(shí)有效地更 改加工程序，并且對(duì)所有的運(yùn)算直接電腦進(jìn)行，相當(dāng)?shù)姆奖?。同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備 進(jìn)行維修和檢查，在發(fā)現(xiàn)問題之后，在網(wǎng)上交流問題，在線解決并很快的提供售后服務(wù) [2]。 組合夾具的工藝裝備是標(biāo)準(zhǔn)化的、系列化的，通用程度比較高的，它是由一套預(yù)先 制好的各種形狀不同、規(guī)格不同、尺寸不同，具有完全互換性的標(biāo)準(zhǔn)元件組裝而成的夾 具。它的結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)零件的加工要求進(jìn)行更改，也就是因?yàn)樗耐ㄓ眯詮?qiáng)、可重 復(fù)利用率較高的特點(diǎn)，可以滿足各種零件的加工需求。使用完畢之后，我們可以對(duì)其拆 卸、清洗，元部件又可以組合成新的組合夾具，這樣免去了高成本的專用夾具的儲(chǔ)備， 同時(shí)也節(jié)約了制造零件的工時(shí)，降低了生產(chǎn)成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。所以在現(xiàn)代多 品種的制造行業(yè)中，組合夾具的應(yīng)用特別廣泛。 據(jù)專家分析表明，現(xiàn)在的中、小批多品種生產(chǎn)的工件種類占總數(shù)的 85%左右，現(xiàn)代 人們的需求要求制造產(chǎn)品經(jīng)常更新?lián)Q代。但是，很多大企業(yè)已經(jīng)習(xí)慣于大量的傳統(tǒng)專用 夾具，一般具有中等生產(chǎn)能力的企業(yè)。大概有數(shù)千甚至萬(wàn)套的專用夾具，種類之繁多， 在生產(chǎn)和加工中造成很多的不便；還有一種情況是，在多產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔幾年 就要更新一大半的夾具，而這些被淘汰的夾具磨損量很小，完全可以繼續(xù)使用，就被這 樣浪費(fèi)了，這是一個(gè)資源的重大浪費(fèi)。所以，近年來，包括數(shù)控加工中心，成組技術(shù)， 柔性制造系統(tǒng)等加工技術(shù)的應(yīng)用對(duì)機(jī)床夾具提出了以下幾個(gè)要求： （1）能夠比較效率地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備的時(shí)間，有效地降低生產(chǎn) 成本； （2）能裝夾一套具有相似特性的工件； （3）能適用于較高精密加工的高精度機(jī)床夾具； （4）能適用于現(xiàn)代化制造多元化的新型機(jī)床夾具； （5）采用以液壓站等為動(dòng)力源的高效夾緊裝置，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 [3]。 1.3 本課題的主要內(nèi)容 （1）了解國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)； （2）對(duì)零件進(jìn)行分析和確定加工工藝規(guī)程； （3）對(duì)車 Φ85外圓進(jìn)行夾具的定位選擇、切削力、夾緊力的計(jì)算和并用 UG 進(jìn)行三 維建模及裝配，爆炸； 基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 3 （4）對(duì)挖 Φ24槽進(jìn)行夾具的定位選擇、切削力、夾緊力的計(jì)算和并用 UG 進(jìn)行三維 建模并生成工程圖及裝配，爆炸； （5）對(duì)車 Φ85外圓和挖 Φ24槽的專用夾具，用 UG 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真； （6）對(duì)所做的設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，并討論其不足之處和對(duì)未來的展望。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 零件的分析及工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 2.1 零件的功用 十字頭零件是機(jī)械中常見的一種零件，它的應(yīng)用廣泛。雖由于它們功用的不同，該 類零件的結(jié)構(gòu)和尺寸存在著一定的差異，但結(jié)構(gòu)上仍有共同特點(diǎn)：零件的主要表面為精 度要求較高的孔，零件由內(nèi)孔、外圓、端面等構(gòu)成。其中，中心孔是連接液壓缸的活塞 軸，上下兩孔是穿導(dǎo)向軸。 2.2 零件的工藝分析 由零件圖 2.1 可知，該零件形狀較為復(fù)雜、外形尺寸不大，可以采用鑄造毛坯。由于 該零件的兩個(gè) Φ20孔要求較高，它的表面質(zhì)量直接影響工作狀態(tài)，所以對(duì)其尺寸要求較 高，一般為 IT5-IT7，粗糙度為 ，加工時(shí)兩 Φ20孔的同軸度應(yīng)該控制在 0.01mm，8.0?aR 所以要由粗加工—半精加工—精加工來達(dá)到要求。Φ85 外圓的尺寸它直接影響孔在空間 的位置，加工時(shí)可以將其加工精度降低，通過裝配來提高精度。而 Φ65與 Φ55的內(nèi)孔要 求低，可以通過粗加工得到。零件圖如圖 2.1 所示。 圖 2.1 零件圖 基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 5 2.3 確定毛坯的制造形式 考慮到十字頭工作時(shí)的作用，要求材料要有很高的強(qiáng)度，并且該零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜， 故選用鑄造毛坯材料為 HT200，硬度 190~210HB，生產(chǎn)類型為大批量。 2.4 基面的選擇 精基準(zhǔn)的選擇：根據(jù)精基準(zhǔn)選擇原則，選擇十字頭底面與 Φ85外圓作定位基準(zhǔn)，因 為 Φ85外圓柱面 ，及底面是裝配結(jié)合面，且十字頭底面又是空間位置的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，故選 擇十字頭底面與外圓作定位基準(zhǔn)，符合基準(zhǔn)重合原則且裝夾誤差小。 粗基準(zhǔn)的選擇：根據(jù)粗基準(zhǔn)選擇原則，以十字頭上端面和十字頭支撐外圓定位加工 出精基準(zhǔn),并且粗基準(zhǔn)只能使用一次。 2.5 制定工藝路線 零件的全部加工表面應(yīng)安排在一個(gè)合理的加工順序中加工，機(jī)械加工工序安排原則 為基面先行，先面后孔，先主后次，先粗后精。這樣可以用加工好的平面定位再來加工 孔，因?yàn)榭椎木纫筝^高，加工難度大，先加工好平面，再以平面為精基準(zhǔn)加工孔， 這樣即能為孔的加工提供穩(wěn)定可靠的精基準(zhǔn)，同時(shí)可以使孔的加工余量較為均勻。 加工階段分為：粗加工階段、半精加工階段、精加工階段。 加工工藝路線如表 2-1 所示： 表 2-1 加工工藝路線 工序號(hào) 工序內(nèi)容 工序 1 鑄造、清理 工序 2 熱處理：時(shí)效 工序 3 粗車 Φ85外圓 工序 4 粗銑上頂面 工序 5 粗,精銑底平面 工序 6 鉆、攻 4×M6 螺紋孔 工序 7 擴(kuò) Φ20孔 工序 8 銑十字頭 工序 9 粗鏜 Φ65內(nèi)孔 工序 10 粗鏜、精鏜 2-Φ20內(nèi)孔 工序 11 挖 2-Φ24環(huán)槽 工序 12 精車 Φ85外圓 工序 13 去毛刺 工序 14 終檢 2.6 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 1-10 查得毛坯加工余量為 2，毛坯尺寸偏差查 得為 ?1.4。零件毛坯圖如圖 2.2 所示。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 2.2 零件毛坯圖 2.7 確定切削用量及基本工時(shí) 切削用量是指切削速度 、進(jìn)給量 (或進(jìn)給速度 )和背吃刀量(切削深度) ，三者cvffvpa 又稱為切削用量三要素。 基本工時(shí) 是機(jī)動(dòng)時(shí)間 和輔助時(shí)間 的和。其中，機(jī)動(dòng)時(shí)間為切削工件的時(shí)間，TbaT 而輔助工時(shí)是為保證基本工藝過程的實(shí)現(xiàn)，必須進(jìn)行的各種輔助性操作所消耗的時(shí)間， 如機(jī)械加工工序中裝卸工件、進(jìn)退刀、測(cè)量、自檢、轉(zhuǎn)換刀架、開停車等。 工序 1：鑄造、清理 工序 2：熱處理：時(shí)效 工序 3：粗車 Φ85外圓 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 CA6140，刀具為 90°硬質(zhì)合金車刀。 (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-58 確定進(jìn)給量 ， ，rmf/5.0?ap2? ，則理論轉(zhuǎn)速smvc/167.? (2.1)in/34.26/37.4851.360rsrdvn???? 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-43 查得 CA6140 車床的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 ，所以實(shí)際切削速度i/320rns? 基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 7 (2.2)smdnvc /42.1in/.8510324. ???? (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度由毛坯可知為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取ml9l51 ，走刀次數(shù) 1 次，則機(jī)動(dòng)時(shí)間ml32? (2.3)in61.053282?????nfllTb 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。min26.1?aT 工序 4：粗銑上頂面 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 X62W，機(jī)床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-76 選取刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，材料 YG8， ，齒數(shù) ， ，查《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-75 得mD63?4?zrmf/2.0 。齒/2.0fz 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-79 查得 ， ，由式map5.3?in/90vc? (2.1)可得理論轉(zhuǎn)速 in/2.7814.3900rdvn??? 按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取 ，所以由式(2.2)可得實(shí)際切削速度mi/375r? mi/.05.1vc 工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 (2.4)???3742.znfm in/ (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度由毛坯可知為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取l85ml51 ，走刀次數(shù) 1 次，由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間ml32? in31.0821????mbfllT 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。mi26.aT 工序 5：粗,精銑底平面 （一）粗銑底平面 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 X62W，機(jī)床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-76 選取刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，材料 YG8， ，齒數(shù) ， ，查《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-75 得mD63?4?zrmf/2.0 。齒/2.0fz 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-79 查得 ， ，由式map5.2?in/90vc? (2.1)可得理論轉(zhuǎn)速 in/.37814.900rdvn??? 按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取 ，所以由式(2.2)可得實(shí)際切削速度mi/375r? mi/.05.31vc 由式(2.4)可得工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 ???742.znfm in/3 (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度由毛坯可知為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取l85ml51 ，走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間ml32? in31.0821????mbfllT 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。mi26.aT （二）精銑底平面 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 X62W，機(jī)床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-76 選取刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，材料 YG8， ，齒數(shù) ， ，查《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-75 得mD63?4?zrmf/15.0 。齒/2.0fz 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-79 查得 ， ，由式map1?in/105vc (2.1)可得理論轉(zhuǎn)速 in/4.39514.00rdvn??? 按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取 ，所以由式(2.2)可得實(shí)際切削速度mi/475r? 基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 9 min/78.12604581.3dnvc ???? 由式(2.4)可得工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 2.zfm i/30 (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度由毛坯可知為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取l85?ml51? ，走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間ml32? in24.03821??mbfllT 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。mi6.?aT 工序 6：鉆、攻 4×M6 螺紋孔 工步一：鉆孔至 Φ5 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 Z3040,刀具為硬質(zhì)合金 YG8 直徑為 Φ5鉆頭。 (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-65 查得進(jìn)給量 ，表 4-66 查得rmf/25.0? ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速min/21/35.0svc? in/8.13754.20rdv??? 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-41 查得 Z3040 鉆床的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 ，in/1250r? 所以由式(2.2) 可得實(shí)際切削速度 min/62.190.31nvc ? (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取 ，走ml5?l51 ml32? 刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間 min0736.25.321 ????nfllTb 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。i5.1aT 工步二：攻 M6 螺紋孔 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 Z3040,刀具為硬質(zhì)合金 YG8，M6 絲錐。 (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-65 查得進(jìn)給量 ，表 4-66 查得rmf/25.0? 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速min/21/35.0svc? min/58.1374.20rdv??? 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-41 查得 Z3040 鉆床的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 ，min/1250r? 所以由式(2.2) 可得實(shí)際切削速度 in/625.1905.31nvc? (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取 ，ml0?ml1?ml32? 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間 in0576.2.5321???nfllTb 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。i.1?aT 工序 7：擴(kuò) Φ20孔 利用鉆頭將 Φ16mm孔擴(kuò)大至 Φ20mm孔. (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-67 查得 , ，rmf/9.0?ap1? ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速min/20vc? in/47.31820.10rdv??? 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-41 查得 Z3040 鉆床的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 ，min/320r? 所以由式(2.2) 可得實(shí)際切削速度 104.3nvc min/96.? (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取 ，ml85?l51 ml32? 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間 min097.3221????nfllTb 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。i3.1aT 工序 8：銑十字頭 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 X62W，機(jī)床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 11 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-76 選取刀具為硬質(zhì)合金立銑刀，材料 YG8， ，齒數(shù) ， ，查《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-78 得mD25?4?zrmf/2.0 。齒/1.0fz 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-79 查得 ， ，由式map2?in/90vc (2.1)可得理論轉(zhuǎn)速 in/4.1654.39010rdvn??? 按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取 ，所以由式(2.2)可得實(shí)際切削速度mi/8r? mi/3.208.1vc ? 由式(2.4)可得工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 in/9412.znfm?? (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取 ，l70?ml51 ml32? 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間 in06.87321???mbfllT 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。i27.aT 工序 9：粗鏜 Φ65內(nèi)孔 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 T618。 (1) 切削用量： 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-71 選取刀具為硬質(zhì)合金圓形鏜刀，鏜桿長(zhǎng)度 700 ， ， ，表 4-72， ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速mrf/5.0?map5.2?min/60vc?97.23514.30rdvn?? 按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取 ，所以由式(2.2)可得實(shí)際切削速度i/30r in/1.60.vc ?? (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取 ，ml65?ml51 ml32? 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間 in46.053221????nfllTb 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。min5.1?aT 工序 10：粗鏜、半精鏜、精鏜 2-Φ20內(nèi)孔 （一）粗鏜 Φ20內(nèi)孔 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 T618。 (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-71 選取刀具為硬質(zhì)合金圓形鏜刀，鏜桿長(zhǎng)度 400 ， ， ，表 4-72， ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速mrf/5.0?map2?min/60vc?41.9521.30rdvn?? 按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取 ，所以由式(2.2)可得實(shí)際切削速度i/90r in/6.04.vc ?? (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取 ，ml20?ml51 ml32? 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間 in089.592321????nfllTb 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。i34.1aT （二）精鏜 Φ20內(nèi)孔 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 T618。 (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-73 選取刀具為硬質(zhì)合金圓形鏜刀，鏜桿長(zhǎng)度 400 ， ， ， ，由式(2.1) 可得理論轉(zhuǎn)速mrf/05.?map15.0?in/120vc?mi/8.94.3rdn?? 按機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選取 ，所以由式(2.2)可得實(shí)際切削速度i/2r in/36.75102.vc ?? (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取 ，ml20?ml1 ml32? 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間 in0589.952321????nfllTb 基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 13 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。min34.1?aT 工序 11：挖 2-Φ24環(huán)槽 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 CA6140，刀具為 30°硬質(zhì)合金車刀。 (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-58 確定進(jìn)給量 ， ，rf/4.0?ap2? ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速smvc/1.? min/796.85/96.142.301 rsrdvn???? 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-43 查得 CA6140 車床的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 ，所以由式(2.2)可得實(shí)際切削速度i/90rn? srvc /13.in/824.6710. ? (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度由毛坯可知為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取ml24?ml51 ，走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間ml32? in8.04923521????nfllTb 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 mi.aT 工序 12：精車 Φ85外圓 工件材料為 HT200 鑄造，機(jī)床選用 CA6140，刀具為 90°硬質(zhì)合金車刀。 (1) 切削用量 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-54 確定進(jìn)給量 ， ，rf/2.0?ap15.0? ，由式(2.1) 可得理論轉(zhuǎn)速smvc/7.1? min/16.38/7.68514.30rsrdvn???? 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-43 查得 CA6140 車床的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 ，所以由式(2.2)可得實(shí)際切削速度i/40rn? srvc /78.1in/76.01.0? (2) 基本工時(shí) T 被切削層長(zhǎng)度由毛坯可知為 ，刀具切入長(zhǎng)度取 ，刀具切出長(zhǎng)度取ml85?ml51 ，走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機(jī)動(dòng)時(shí)間ml32? 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 min516.02983521?????nfllTb 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-106，得輔助時(shí)間 。i2.aT 工序 13：去毛刺 工序 14：終檢 以上的工藝卡片及工序卡詳見附錄。 基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 15 3 夾具設(shè)計(jì) 3.1 車 Φ85 外圓的夾具設(shè)計(jì) 3.1.1 問題的提出 夾具的種類很多，有通用夾具，專用夾具和組合夾具等，本夾具是用來車削粗車和 精車軸的外圓，由于本零件比較特殊，為了使定位誤差為零 ，我們?cè)O(shè)計(jì)基準(zhǔn)為軸頂尖位 置，作為主要的基準(zhǔn)，在刀具方面我們選用硬質(zhì)合金 90°車刀進(jìn)行加工。 3.1.2 定位方式和定位基準(zhǔn)的選擇 工件上的加工為車削軸的外圓，故應(yīng)按完全定位設(shè)計(jì)夾具，限制 6 個(gè)自由度，并力 求遵守基準(zhǔn)重合原則，以減少定位誤差對(duì)加工精度的影響，所以根據(jù)軸本身的加工特點(diǎn) 來選擇定位的方式，選擇用主軸圓柱軸定位，用尾座頂尖兩邊夾緊，來實(shí)現(xiàn)定位加工。 3.1.3 切削力及夾緊力計(jì)算 計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng)。本工序在車削加工過程中 切削力為圓周切削分力，因此，在計(jì)算夾緊力時(shí)可以不計(jì)算徑向切削分力和軸向切削分 力。為保證夾緊可靠，應(yīng)將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時(shí)所需要的夾緊力， 即 (3.1)WKF? 式中 為實(shí)際所需夾緊力（N）：WKF 為理論夾緊力（N）： 為安全系數(shù)。 (3.2)ffFffFZcYXpWKvaC? 根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 5-61 可知， 為 46；f 為 1.0；fF 為 0.4；fY 為 0；fFZ 為修正系數(shù) 1.5。fK 又從上節(jié)可知 ， ， ，所以由公式(3.2)得，理論rmf/5.0?ap2?smvc/167. 夾緊力 NFW584.0 安全系數(shù) 按下式計(jì)算K 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 (3.3)43210K? 根據(jù)《機(jī)床夾具及應(yīng)用》表 4-1 可知式中 為基本安全系數(shù) 1.5； 為加工性質(zhì)系數(shù) 1.2；1 為刀具鈍化系數(shù) 1.15；2K 為切削特點(diǎn)系數(shù) 1.0；3 為夾緊力穩(wěn)定系數(shù) 1.3。4 所以由公式(3.3) 得 691.2?K 由公式(3.1)得 NFW435.8 由于兩端是頂尖裝夾，左頂尖 1 直接裝夾在機(jī)床主軸上，右頂尖 2 裝夾在機(jī)床尾座 上，所以加緊力是滿足要求的。夾具總體圖如圖 3.1 所示。 圖 3.1 夾具總體圖 3.1.4 定位誤差分析 夾具的主要定位元件為兩頂尖，不存在定位誤差，這種定位方案可行。 3.1.5 夾具設(shè)計(jì)及操作簡(jiǎn)要說明 本夾具設(shè)計(jì)采用雙頂尖，它的優(yōu)點(diǎn)為定心準(zhǔn)確，裝夾穩(wěn)定，易于確保同軸度的要求， 所以根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表 4-43 可得主軸孔錐度為莫氏 6 號(hào)，外錐大徑基 本尺寸 D =63.348mm，而由零件圖可知零件頂面的大孔為 Φ65mm，而十字頭為 ，35? 所以頂尖 1 設(shè)計(jì)為大端為 Φ75的圓，小端為 Φ35 的圓，來限制零件的 5 個(gè)自由度。而機(jī) 床尾座孔錐度為莫氏 5 號(hào)，外錐大徑基本尺寸 D=44.399mm，所以頂尖 2 設(shè)計(jì)為大端為 基于 UG 的車床夾具虛擬設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 17 Φ5小端為 Φ10mm。用 UG 進(jìn)行三維建模得如圖 3.2 頂尖 1 和圖 3.3 頂尖 2 所示，而裝配 圖如圖 3.4 所示。 夾緊裝置采用移動(dòng)的頂尖來夾緊，采用裝在尾座的頂尖來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)加工完后，可以 將尾座向后移動(dòng)，退后一段距離把工件取出。 圖 3.2 頂尖 1 圖 3.3 頂尖 2 圖 3.4 夾具 1 裝配圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 3.2 挖 Φ24 槽的夾具設(shè)計(jì) 3.2.1 問題的提出 原工藝可在鏜床上進(jìn)行徑向孔內(nèi)槽的粗、精加工，但是生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，受鏜床轉(zhuǎn)速低 及刀具手工刃磨、手工敲刀調(diào)整直徑的影響，孔內(nèi)槽尺寸控制困難，加工效率低，同軸 度難以保證，穩(wěn)定性很差。為此，根據(jù)實(shí)際需要，利用現(xiàn)有資源，設(shè)計(jì)了一套組合夾具， 在車床上加工此零件的徑向孔內(nèi)槽。 3.2.2 定位方式和定位基準(zhǔn)的選擇 工件上的加工為挖 Φ24槽，故應(yīng)按完全定位設(shè)計(jì)夾具，并力求遵守基準(zhǔn)重合原則， 以減少定位誤差對(duì)加工精度的影響，所以根據(jù)軸本身的加工特點(diǎn)來選擇定位的方式。以 零件的底面為基準(zhǔn)面，選擇用一個(gè)短支承板限制兩個(gè)自由度