机械工艺夹具毕业设计150连接支架工艺及夹具设计电火花夹具.docx
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机械工艺夹具毕业设计150连接支架工艺及夹具设计电火花夹具
毕业设计说明书
题目：
连接支架工艺及夹具设计
专业：
机械设计制造及其自动化
学号：
姓名：
指导教师：
完成日期：
摘要……………………………………………………………………………1
第1章绪论……………………………………………………………………3
1.1简介…………………………………………………………………………………3
1.2机械制造和机械加工工艺及夹具的发展…………………………………………3
第2章零件图分析……………………………………………………………5
2.1零件材料分析………………………………………………………………………5
2.2零件工艺性分析……………………………………………………………………6
2.2.1外圆…………………………………………………………………………7
2.2.2内孔…………………………………………………………………………7
2.2.3其他重要加工部分…………………………………………………………8
2.2.4倒角等………………………………………………………………………9
2.3零件总体分析………………………………………………………………………9
第3章工艺规程设计…………………………………………………………10
3.1设计要求……………………………………………………………………………11
3.2工艺顺序的安排……………………………………………………………………11
3.3加工计划……………………………………………………………………………13
3.4主要加工部分余量计算……………………………………………………………14
3.5基准的选择…………………………………………………………………………17
3.5.1设计基准……………………………………………………………………17
3.5.2定位基准的选择……………………………………………………………17
3.5.2.1粗基准的选择………………………………………………………17
3.5.2.2精基准的选择………………………………………………………17
第4章夹具设计与分析………………………………………………………19
4.1现代机床夹具设计的要求…………………………………………………………19
4.2连接支架工艺中对夹具的要求…………………………………………………19
4.3工艺中典型专用夹具设计分析…………………………………………………20
4.3.160号工序磨工夹具………………………………………………………20
4.3.1.1定位要求……………………………………………………………20
4.3.1.2定位元件的设计……………………………………………………21
4.3.1.3夹紧元件的设计……………………………………………………21
4.3.1.4定位误差分析……………………………………………………21
4.3.290号工序数控夹具………………………………………………………22
4.3.2.1定位要求…………………………………………………………22
4.3.2.2定位元件的设计……………………………………………………23
4.3.2.3夹紧元件的设计…………………………………………………23
4.3.2.4定位误差分析……………………………………………………23
4.3.3110/120号工序数控铣工/电火花夹具……………………………23
4.3.3.1定位要求……………………………………………………………24
4.3.3.2定位元件的设计……………………………………………………24
4.3.3.3夹紧元件的设计……………………………………………………25
4.3.3.4定位误差分析………………………………………………………25
结论…………………………………………………………………………26
参考文献………………………………………………………………………28致谢…………………………………………………………………………29
附录……………………………………………………………………………30
外文文献………………………………………………………………………………30
中文翻译……………………………………………………………………………………………40
摘要
简要回顾国内外机械工艺和夹具发展历程，讨论国内外机械制造和工艺水平的人差异，展望现在全球机械工艺和夹具的发展趋势。
分析零件“连接支架”的机械加工工艺性和一些重要加工面的加工要求，对该零件进行工艺规程方面设计和制订，包括基准的选择，工件加工工艺顺序的安排，工艺尺寸链的计算，加工余量的计算和一些其它加工参数的确定。
针对工艺规程的相关工序设计专用夹具，由夹具的定位方式来确定夹紧元件和定位元件，对夹具的定位误差来进行分析。
介绍同学们在毕业设计中经历的过程和遇到的困难，阐述在“连接支架”的机械工艺和相关夹具设计中我们所学到的知识和提升的能力。
重点为对零件“连接支架”工艺规程及其相关的夹具的设计。
关键词：
机械加工工艺，夹具，机械制造
ABSTRACT
Abriefreviewofthemechanicalprocessandfixturedevelopmentbothathomeandabroad,discussedthedomesticandforeignmachinerymanufactureandprocessleveldifference,lookingnowglobaldevelopmenttrendofthemechanicalprocessandfixture.Analysisoftheparts"bracket"mechanicalprocessingandsomeimportantmachiningsurfaceprocessingrequirements,todesignanddevelopthepartsforprocessplanning,includingtheselectionofreference,thearrangementoftheworkpieceprocessingorder,thecalculationofprocessdimensionchain,thecalculationofmachiningallowanceandthedeterminationofsomeotherprocessingparameters.Inviewofthespecialfixturerelatedprocessdesignprocedure,bypositioningwaytodeterminetheclampingfixturecomponentsandpositioningcomponents,forthefixturepositioningerrorforanalysis.Introducethestudentsexperienceinthegraduationdesignprocessandthedifficulty,inthemechanicalprocessof"bracket"andrelatedtheknowledgewehavelearnedinthedesignoffixtureandtheabilitytoimprove.Thekeyfortheparts"bracket"processandrelatedrulesoffixturedesign.
Keywords:
mechanicalprocessing,fixture,machinerymanufacturing
第1章绪论
1.1简介
机械加工工艺及相关夹具设计方面是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学个课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练。
从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国“四化”建设打下一个良好的基础，既可很好地考查我们大学四年对所学知识的掌握情况，又可让我们在毕业设计中将所学知识用到实践中使我们学的更深更多。
机械制造产品加工工艺包括零件的加工和装配，它的指导思想是在保证产品质量的前提下达到经型（包括经济效益和理论）和高生产率[1]。
其研究的重点为工艺过程，同时也包括零件加工工艺过程和装配工艺过程工艺是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。
各种机械的制造方法和过程的总称为机械制造工艺。
它是实际生产中最活跃的因素，它是构思和想法，同时又是实在的手段和方法，并落实在由刀具、夹具、机床、工件所构成的工艺系统中，所以它包含和涉及的范围非常广，需要多门相关学科知识的支持，同时工艺又和实际生产联系密切。
而夹具是机床上装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。
因此，夹具的设计是机械加工工艺中必不可少的一部分。
在国民经济的各条战线上广泛的使用着大量的机械、机床、工具、仪器、仪表等方面工艺装备。
这些工艺装备的制造过程总称为机械制造，生产这些工艺装备的工业即是机械制造业。
机械制造业的主要任务就是围绕各种工程材料的加工的技术，研究其工艺，并设计和制造各种工艺装备。
1.2机械制造和机械加工工艺及夹具的发展
从1949年以来，我们国家的机械制造业有了很大的发展，已经成为工业中具有相当规模、产品门类比较齐全和一定技术基础的产业部门之一，其机械加工和夹具也有很大的发展，但是与工业发达国家相比，我们这方面的水平还存在着较大的差距，主要表现在机械产品质量不够高，机械加工设备科技含量不够高，加工工艺过程不合理，夹具和先进设备的配合应用也比较少，造成加工工人劳动强度大，加工出来的产品也不能达到国际高水平要求。
现在，德国、日本韩国等制造水平最先进发达国家都把制造技术视为当代科技发展为活跃的领域和国际间科技竞争的主战场，制定了一系列振兴计划、建立世界级制造技术中心，纷纷把先进制造技术列为国家关键技术和优先发展领域。
我国在近几年也迅速崛起，更加视制造技术的发展。
机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展发展迅猛。
机械加工工艺以各个工厂的具
体情况不同，其加工的规程也有很大的不同。
现在国际先进的机械加工工艺及夹具设计
已突破已往死板模式，随着情况的不同具有更加合理的工艺过程。
也使产品的质量大大提高。
制定加工工艺虽可按情况合理制定，但也要满足其基本要求：
在保证产品质量
的前提下，尽可能提高劳动生产率和降低加工成本。
并在充分利用本工厂现有生产条件
的基础上，尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验。
要保证操作者良好的劳动条件。
但我国现阶段还是主要依赖工艺人员的经验来编制工艺，多半不规定工步和切削用量，
工时定额也凭经验来确定，十分粗略，缺乏科学依据，难以进行合理的经济核算。
长期以来,加工工艺编制是由个工厂工艺人员凭经验进行的。
如果由几位工艺员各
自编制同一个零件的工艺规程，其方案一般各不相同，而且很可能都不是最佳方案。
这
是因为工艺设计涉及的因素多因果关系错综复杂。
CAPP将是机械加工工艺的发展趋势，
它不仅提高了工艺设计的质量，而且使工艺人员从繁琐重复的工作中摆脱出来，集中精
力去考虑提高工艺水平和产品质量问题。
我国现阶段还对此技术不够重视，使用条件也
不够成熟，还须增加各方面配套设备，提高技术水平。
在全球制技术水平不断提高的前提下，现代机床各种夹具的设计也随之快速相应的发展。
现代机床夹具发展的基本趋势[2]为：
1）高效化高效化的夹具的主要功能是减少工件加工的加工时间和辅助工具的夹
紧定位等时间，目的是提高劳动生产率，减轻操作者的劳动强度。
常见的高效化夹具有
自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。
例如，使用电动虎钳在铣床上装
夹工件，工作效率可提高约5倍；使用高速三爪自定心卡盘在车床上装夹工件，可保
证卡爪在试验转速为9000r/min的超高速下仍能牢固地夹紧工件，这样可以使切削速度
大幅度提高。
目前，除了在生产流水线、生产自动线部分配置相应的高效、高自动化程度夹具外，在数控机床上，尤其在多轴加工中心上出现了各种自动更换夹具的装置以及自动装夹工件的夹具，充分发挥了和提高了数控机床的效率。
2）标准化现代机床夹具的主要目的就在于提高生产效率，这样也就使其必须
具有通用化和标准化的特性，而机床夹具的标准化与通用化是密切联系的两个方面。
目
前我国已有关于夹具零件及部件的国家标准：
GB/T2148～T2259－91以及各类通用夹
具、组合夹具标准等。
机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，很大程度上缩短
了生产准备周期，降低生产总成本。
3）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化类似，它们都是指机床夹具通过
组合、调整等方式，以适应工艺可变因素的能力。
工艺的可变因素主要有：
生产批量、
工序特征、工件的尺寸和形状等。
近年来出现的具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：
组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。
为适应现代机械工业
中小批量生产、多品种的需要，提高夹具的柔性化程度，改变专用夹具本来的不可拆结
构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要目标和方向。
4）精密化机床夹具的制造和定位精度会直接影响到零件的加工精度，而现在随着机械产品对精度的要求日益提高，必然也相应提高了对夹具的精度要求。
精密化夹具的结构有很多类型，例如多齿盘，在用于精密分度时，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削高精度三爪自定心卡盘，其定心精为5μm。
这些精密化的夹具为以后零件加工的精度提供了重要保证。
第2章零件图分析
2.1零件材料分析
按零件图要求，连接支架采用MonelalloyK-500合金。
这是一种性能好，造价
的价格昂贵的进口不锈钢材料。
Monel合金是Ni-Cu系耐蚀合金，最早是由美国的国际镍公司（International
镍公）开发的，其典型成分为70％Ni和30％Cu，它是镍基耐蚀合金应用最广泛的合
金[3]。
Monel合金既具有较高的强度和韧性，又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海
水等腐蚀的性能。
因此通常用于制造输送氢氟酸（HF）、盐水、中性介质、碱盐及还原
性酸介质C23的设备。
Monel合金也适用于干燥氯气、氯化氢气、高温氯气（425℃）
及高温氯化氢（450℃）等介质,但不抗含硫介质和氧化性介质（如硝酸,含氧量高的介）
的腐蚀，因为镍与硫和氧有剧烈反应，易形成Ni3S2和NIOC
Monel合金有两种类型：
加工强化型，有Monel400、404、R405等牌号；沉淀
硬化型，有MonelK-500、502等牌号，常用MonelalloyK-400和K-500，Monelalloy
K-500合金继承了MonelalloyK-400合金优良耐腐蚀性。
通过在镍铜基内添加铝和钛，并在一定条件下加热使Ni3（Ti,Lv）粒子沉淀为晶体，又使其比MonelalloyK-400、合金有更大的强度和硬度。
在各种酸、碱介质中，具有使用寿命长的优点，因而广泛应用与石油化工、核工业、国防工业等尖端工业上，作为其中的重要零件部件，另外还在其他高强度、高耐度高耐磨性的复杂环境条件下使。
MonelalloyK-500合金产品的典型应用时链条和电缆船用紧件固件及弹簧；化学处理泵和阀门部件；手术刀和造纸业使用的刮刀；油井钻铤和仪器、泵轴、叶轮；非磁性外壳；石油和天然气生产中石油的安全电梯和阀门；传感器和其他电子组件。
Monelalloyk-500合金化学成分如表1.1：
表2.1MonelalloyK-500合金化学成分表[4]
C
Mn
Si
S
Cu
Fe
Ni
其他
≤0.25
≤1.50
≤0.50
≤0.01
余
≤0.02
63.0-70
Al2.5-3.5Ti0.35-0.8
5
2.2零件工艺性分析
根据零件图的要求，该零件内外圆及两端面都须较复杂的加工，且加工精度较高。
零件外形如图2.1所示：
图2.1连接支架三维图
下面分析了零件主要的几个加工部位。
2.2.1外圆
1）右端（左右均以零件图为准，下同）ø76.2
外圆加工面，加工面长120.6mm，公差0.025mm，精度要求较高，加工时还须考虑其定位误差，尽量
一次装夹加工多个待加工面。
此外圆轴线作为
多处加工部位的基准，必须保证此处精度。
2）该零件外圆切槽处较多，有4处槽。
其
中左端第一个为退刀槽槽宽2mm，是加工螺纹
退刀所用，精度要求不高。
第二处和第四处槽
在零件图中有局部放大图，如图2.2。
槽宽均
有0.2mm公差要求槽壁有0~10°的斜度，且
转折处均须分别倒圆弧角R0.8和R0.15，槽内
各处粗糙度须达到Ra0.8，另外第二处槽还须
满足以A为基准的同轴度要求。
这两处加工要
求较多，编写加工工艺时须谨慎考虑。
第三处
图2.24.8毫米槽
槽宽20.2±0.1，此槽精度要求也比较高，槽宽有公差要求，须保证圆ø70.4
，还要保证以A为基准的同轴度要求，此外，外圆轴线也是作为T型槽的基准，必须达到各精度要求。
3）左端须加工出一个美制短牙梯型螺纹3’3/8-8STUBACME，查资料得：
3’3/8-8STUBACME参数[5]
d=85.725
d2=84.772
d3=83.312max
p=3.175
a=29°
螺纹轴线须保证A为基准的同轴度要求，为满足螺纹的精度要求，可将其工序靠后设计。
另外按照零件图指示，需要设计工序铣除不完全螺纹。
2.2.2内孔
两端内孔大小分别为ø60.5
ø40，两孔结合处为120°角，保证左端孔117mm长和结合处120°角，间接保证右端孔的长度，所以须先加工左端较大孔再加工右端较小孔。
左端须加工ø72.5
内槽，加工出两对称110°
、ø72.5
圆弧。
此处要特别注意，圆弧头尾处是直线而不是弧形，不能由铣床铣刀直接加工完成，又由于不是完整圆弧，也不能由车床加工，所以必须采用特种加工。
右端要加工ø76.2
的台阶，此台阶精度较高，尺寸的公差为0.025mm，
同轴度公差为ø0.05，此处应尽量与外圆7ø6.2
处一次装夹加工。
图2.4T形槽图2.3内孔对称圆弧
2.2.3其它重要加工部位：
1）T形槽，T形槽的宽度有0.1的公差要求。
而且相对外圆轴线有对称度要求。
为了加工T形槽，设计者在ø70.46
外圆上设计了一个与T形槽等高的平面便于刀具进退，如图2.4。
2）在右端外圆上须加工三个ø8
的通孔，三孔并不是均布的，角度分别为105°，135°，120°，零件图中对三个孔还有ø0.05的位置度要求，如图2.5。
3）在零件外圆最大处ø98.4，均布了三个宽6mm，深4.45mm的槽。
4）.在外圆ø98.4左边的台阶边沿上还要加工一个螺钉孔，螺钉孔螺纹为美制粗牙内螺纹1/4-20UNC-2B如图2.6。
螺纹参数为：
ø1/4-20UNC-2B参数[6]
D=6.35min
D1=4.9784
D2=5.5245
D=6.35min
P=1.27
a=60°
图2.5孔（非均布）图2.6螺钉孔三维图
为了不影响内孔，零件设计者将此螺钉孔设计为平底，设计加工工艺和实际加工时应注意。
这几个加工部位位置比较复杂,分别加工的话,定位和加工都比较困难，可以考虑使用特殊的设备和工装对其进行加工。
2.2.4倒角等
详见零件图，如图2.7。
2.3零件总体分析
该零件设计为大批量生产，采用材料为MonelalloyK-500合金进口不锈钢，零件图中对硬度无要求，无需热处理。
零件总长197±0.2mm，外圆最大处ø98.4。
粗糙度要求两槽内各处粗糙度Ra0.8，其余Ra3.2。
螺纹加工处两处，一处为外螺纹，一处为螺钉孔。
根据零件图2.7分析，该零件主要设计基准为ø0.075
外圆轴线和左右端面。
图2.7零件图主视图及剖视图
第3章工艺规程设计
机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是一切有关生产人员都应严格执行、认真贯彻的纪律性文件。
生产规模的大小工
艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。
因此。
机械加工工艺规程设计是一项重要而又严肃的工作。
它的作用[7]有：
1）根据机械加工工艺规程进行生产准备（包括技术准备）；
2）它是生产划、调度、工人的操作、质量检查等的依据；
3）新建或扩建车间（或工段），其原始依据也是机械加工工艺规程。
3.1设计要求
“连接支架”的工艺规程设计要求如下：
1）生产上的安全性
注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。
在工艺方案上采用机械化或
自动化措施，以减轻工人繁杂的体力劳动，保证生产安全。
2）质量上的可靠性
必须保证机器零件的加工质量，达到零件图图样上规定的各项技术要求。
3）经济上的合理性
在一定的生产条件下选择经济上最合理的方案,使产品的能源、材料消耗和
生产成本最低。
4）技术上的先进性
在经济合的基础上，最大化利用现有设备，在必要的情况下还要做相关试
验和研究，以提高加工精度和效率。
3.2工艺顺序的安排
工艺顺序安排应满足下列原则[8];
1）先加工基准面，再加工其它表面；
2）一般先加工平面，后加工孔；
3）先加工主要表面，后加工次要表面；
4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
该零件主要设计基准ø76.2
外圆轴线和左右端面。
因此，先粗车ø76.2
处外圆和右端端面，然后掉头以ø76.2
外圆为基准A，粗车左端面及右端
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