机械设计与制造毕业论文箱体零件夹具的设计.docx
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机械设计与制造毕业论文箱体零件夹具的设计
机械设计与制造毕业论文--箱体零件夹具的设计
摘要
机械制造业历来是应用科学技术的主要领域是应用最新科技推动社会经济发展的主导产业制造离不了机床机床自然离不了夹具
夹具是组合机床的重要组成部分它用于实现被加工零件的准确定位夹压刀具的导向以及装卸工件时的限位等等作用的本次设计计算量中等但是制图量比较大需要查阅大量的书籍充分运用所学知识
本次设计是箱体类零件的夹具设计主要设计了夹具的夹紧机构以及动力源传动机构夹紧机构是指在加工工件的时候为防止工件在切削力的作用下发生转动而设计的夹紧工件的装置动力源传动机构是指传递夹紧力的机构设计中对夹具上的主要零件进行了选择和校核本次设计的重点是夹紧机构构思其结构确定其尺寸并对切削力和夹紧力进行了计算最后综合各方面因素设计出夹具体的整体尺寸和结构
组合机床的未来将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动以简化结构缩短生产节拍采用数字控制系统和主轴箱夹具自动更换系统以提高工艺可调性以及纳入柔性制造系统等
关键词夹具夹紧机构动力源传动机构切削力夹紧力
ABSTRACT
MechanicalmanufacturingindustryisalwaysthemainfieldofapplyingscienceandtechnologyitsthedominantindustrytopushsocietyandeconomydevelopingMachinecantgowithoutfixturejustasmanufacturingcantgowithoutit
ThefixtureisanimportantcomponentofgangdrillmachineItisusedtomakepartsintherightpositionwhentheyarebeingprocessedThetaskhassomecountandalotofdrawingsIhavetorefertoagreatdealofassociatebookmakeagooduseofknowledgethatIhaveleant
Itisthefixturedesignofbox-partsthistimemainlydesigntheholdingdeviceandthepowersourcepassingdeviceHolddeviceissomethingthatholdsworkpieceinordertonotlettheworkpiecemoveunderthecuttingforcewhenitisprocessedThepowersourcepassingdeviceisthedevicewhichpassestheholdingforceThereareselectionsandcheckingaboutthemainpartsofthefixtureduringthedesignThedesignoftheholdingdeviceisthemaintaskinthisdesignincludingconsideringitsstructuredecidingitssizeAlsothereiscomputingaboutthecuttingforceandholdingforceduringthedesignthendecidingthewholestructureandsizeaccordingtomanyfactors
InthefuturegangdrillmachinewillbeproducedbyintroducingmobilizingelectricmachineandrollingsticktosimplifyitsstructureshortenproducingperiodIntheprocessnumbercontrollingsystemandheadstockwillreplacesystemsautomaticallytoimproveflexibilityoftechnique
KEYWORDSfixtureholdingdevicepowersourcepassingdeviceholdingforce
目录前言1
第一章概述2
§11
前言
毕业设计是对大学四年所学知识的总结和运用它是基础知识和专业知识的统一是理论和实践相结合这加深了我们对所学知识的理解和灵活运用通过查阅大量的资料学到了很多在课堂上学不到的知识和掌握了一部分新的理念为我们走向工作岗位奠定了一定的知识基础同时也是检验我们掌握所学知识的深度和力度
毕业设计是高等学校对工科学生教学的一个基本要求是大多数高校毕业生必须进行的一个内容它规定每个从事设计的学生必须在规定的时间内完成的一个总的设计它是针对学生四年所学知识的一次总结及检验也是工科高等院校大多数专业的毕业生全面设计能力的最后一次基本考核
其目的是
1培养理论联系实际的设计思想训练综合运用所学专业课知识和基础课程的理论知识综合分析和解决工程实际问题的能力从而巩固加深和扩展有关机械方面的知识
2通过制定设计方案合理选用传动方案和零件类型正确制定零件工序图确定尺寸和选择材料以及学会如何全面的考虑制造方案使用和维护机床的要求
3进行总体全面的设计能力的检查和校核以确定是否达到毕业要求的标准例如计算机辅助绘图手工绘图的能力是否达到要求是否能很熟练运用资料以及使用经验数据进行经验演算和处理数据的能力是否达到要求等
由于所学知识以及个人能力的有限加之缺乏工作经验等因素本次设计在某些方面难免会有不足之处真诚恳请各位老师多指教以便使我的设计更加完善在此衷心的感谢各位老师对我毕业设计的支持和帮助特别是我的毕业指导老师张洪涛老师谢谢
第一章概述
§11机械制造工程学发展
机械工业是国民经济各部门的装备部国民经济各部门的生产技术水平和经济效益在很大程度上取决于机械工业所能提供装备的技术性能质量和可靠性因此机械工业技术和规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志
从1949年以来我国机械工业有了很大发展已经成为工业中产品门类比较齐全具有相当规模和一定技术基础的产业部门之一为其它产业部门的发展做出了重要贡献
改革开放以来机械工业充分利用国内外两方面的技术资源有计划的进行企业的技术改造引导企业走向依靠科技进步的道路使制造技术产品质量和水平以及经济效益有了很大提高为繁荣国内市场扩大出口创汇推动国民经济的发展起了重要作用但是与工业发达国家相比我国机械工业的水平还存在着阶段性的差距主要表现在机械产品质量和水平不够高技术开发能力不够强科技投入少特别是相对其他产业来说对机械工业的作用认识不够甚至有相当一段时间不够重视近年来世界各国都把提高产业竞争力和发展高新技术抢占未来经济制高点作为科技工作的主攻方向对机械工业的重要性和作用有了进一步认识对机械工业科技发展提出了更高的要求特别是制造技术更加得到重视我国也明确提出要振兴机械工业使之成为国民经济的支柱产业从而确定了机械工业在国民经济中的重要地位同时也向机械工业提出了更高要求
§12制造技术的重要性
制造技术已经是生产国际竞争产品革新的一种总要手段所有国家都在寻求获得开发和利用它它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素制造技术已经不是单纯的制造工艺方法和产品设计它是从一个产品概念到最终产品的集成活动和系统是一个功能体系和信息处理系统过去人们常常把制造技术看成是一些经验的积累实际上它是从产品设计进入市场返回产品的大系统
美国从50年代以来只重视高技术和军用技术的发展忽视了制造技术的作用严重影响了在国民竞争中的竞争力80年代初美国开始反省美国关于工业竞争的总统委员会的报告指出美国在重要的高速增长的技术市场失利的第一个重要原因是美国没有把自己的技术应用到制造上据美国国家生产力委员会调查在企业生产力构成中制造技术的作用占62世界上所有国家特别是经济比较发达的国家都非常重视制造技术的发展日本在第二次世界大战以后一直对制造技术十分重视先后提出了技术立国和新技术立国的道路而且狠狠抓住了制造技术的关键精密工程特种加工和制造系统自动化使日本在战后短短30年里一跃而成为经济大国我国的制造技术经过40多年的发展已进入了发展最迅速实力增强最快的新阶段由于机械产品是装备国民经济各部门的物质基础强大而完善的机械工业是国家现代化实现社会进步的必要条件通过分析认为基础机械基础零部件基础工艺发展缓慢是机械工业产品水平上不去的主要原因之一其关键问题是要发展现代制造技术
现在各工业国家都把制造技术视为当代科技发展最为活跃的领域和国际间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一个以现代制造技术为中心的科技竞争已经在发达国家之间展开一个以现代制造技术为重点的工业革命已经到来这就是三次工业革命
§13机械制造的科学发展
机械制造科学是一门有着悠久历史的学科是国家建设和社会发展的支柱学科之一机械制造可分为热加工和冷加工两部分热加工指铸造塑性加工焊接表面处理等冷加工一般指零件的机械加工工艺过程和装配过程当前还包括特种加工技术等冷热两部分都是机械工程的分支一般机械制造多指研究各种机械制造冷加工过程和方法的科学其研究主要内容是
1机械制造的基础理论
2机械加工和装配工业过程设计工艺装备设计以及各种传统加工方法特种加工方法精密加工和超精密加工方法等
3机械制造系统的自动化柔性化集成化以及智能化
如今计算机技术微电子技术控制技术传感技术与机电一体化技术的迅猛发展对机械制造科学的发展产生了深远影响由系统论信息论和控制论所形成的系统科学与方法论从系统中各组成部分之间的相互关系相互作用相互制约的关系来分析对象这种方法论与机械制造的结合形成了制造系统的概念这是一个重大突破机械制造科学与管理科学的结合更丰富了机械制造科学的内容出现了质量保证体系等成为保证产品质量的重要举措因此机械制造的发展已经从一种经验技艺方法逐步成长为一门传统工程科学
夹具的概述
在机械制造过程中用来固定加工对象使其占有正确的位置以便接受施工检测的装置都可以统称为夹具在钻床上进行孔的钻扩铰攻螺纹加工时所用的夹具称为钻床夹具机床夹具为机床的一种附加装置安装工件后使之获得相对于机床或刀具的正确位置并把工件可靠的夹紧
§21机床夹具的发展
夹具是机械制造中的重要组成部分是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的它是用于专门实现被加工零件的准确定位夹压刀具的导向以及装卸工件时的限位等等作用的
夹具从产生到现在大约可以分为三个阶段第一阶段主要表现在夹具与人的结合上这时的夹具主要是单纯的作为人的辅助工具使加工过程加速和趋于完善第二阶段夹具成为人与机床之间的桥梁夹具的机能发生变化它主要用于工件的定位和夹紧人们越来越认识到夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系所以对夹具引起了重视第三阶段表现为夹具与机床的结合夹具作为机床的一部分成为机械加工中不可缺少的工艺装备
§22机床夹具的分类
1通用夹具例如车床上的定心卡盘四爪单动卡盘铣床上常用平口虎钳分度头回转工作台等这类夹具具有一定的通用性所以称为通用夹具
2专用夹具这类夹具是针对某一种工件的某一个工序专门设计因其用途专一而得名本次设计就是专用夹具
3通用可调整夹具和成组夹具这类夹具的部分元件可以更换部分装置可以调整以适应不同零件的加工用于相似零件的成组加工所用的夹具称为成组夹具
4组合夹具这类夹具是由一套完整标准的元件根据零件的加工要求拼装而成的夹具不同元件的不同组合和连接可以构成不同结构和用途的夹具这类夹具的特点是灵活多变万能性强制造周期短元件可以重复使用因此特别适合于新产品试制和单件小批生产
5随行夹具这是一种在自动线或者柔性制造系统中使用的夹具工件安装在随行夹具上除了完成对工件的定位和夹紧外还载着工件由运输装置送往各机床并在各机床上被定位和夹紧
第三章定位方案的确定
§31工件定位的基本原理
§com自由度的概念
由刚体运动学可知一个自由刚体在空间有且仅有六个自由度它在空间的位置是任意的即它既能沿OxOyOz三个坐标轴移动称为移动自由度又能绕OxOyOz三个坐标轴转动称为转动自由度
§com六点定位原则
由上可知如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置就必须设置相应的六个约束分别限制刚体的六个运动自由度在讨论工件的定位时工件就是我们所指的自由刚体如果工件的六各自由度都加以限制了工件在空间的位置也就完全被确定下来了因此定位实质上就是限制工件的自由度
分析工件定位时通常是用一个支承点限制工件的一个自由度用合理设置的六个支承点限制工件的六个自由度使工件在夹具中的位置完全确定这就是六点定位原则
通过机械制造工艺学的学习我们了解到六点定位原则的几个主要问题是
1定位支承点是定位元件抽象而来的在夹具的实际结构中定位支承点是通过具体的定位元件体现的即支承点不一定用点或销的顶端而常用面或线来代替根据数学概念可知两点决定一条直线三点决定一个平面即一条直线可以代替两个支承点一个平面可以代替三个支承点在具体应用时还可以用窄长的平面支承条来代替直线用较小的平面来代替点
2定位支承点与工件定位基准面始终保持接触才能起到限制自由度的作用
3分析定位支承点的定位作用时不考虑力的影响工件的某一自由度被限制是指工件在某个坐标方向有了确定的位置并不是指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时不能运动使工件在外力作用下不能运动要靠夹紧装置来完成
§com工件定位中的几种情况
完全定位完全定位是指不重复的限制了工件的六个自由度的定位当工件在xyz三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时一般采用这种定位方式
不完全定位根据工件的加工要求有时并不需要限制工件的全部自由度这样的定位方式称为不完全定位
欠定位根据工件的加工要求应该限制的自由度没有完全被限制的定位称为欠定位欠定位无法保证加工要求因此在确定工件在夹具中的定位方案时决不允许有欠定位现象的产生
过定位夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象称为过定位它会造成定位的不稳定严重时会引起定位干涉因此应该尽量避免和消除过定位现象消除或减少过定位引起的定位干涉一般有两种方法一是改变定位元件的结构如缩小定位元件工作面的接触长度或者减少定位元件的配合尺寸增大配合间隙等二是控制或者提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度
§32常用定位元件及选用
工件在夹具中要想获得正确位置首先应正确选择定位基准其次是选择合适的定位元件工件定位时工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副以实现工件的六点定位
§com对定位元件的基本要求
1限位基面应有足够的精度定位元件具有足够的精度才能保证工件的定位精度
2限位基面应有较好的耐磨性由于定位元件的工作表面经常与工件接触和摩擦容易磨损为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好以保持夹具的使用寿命和定位精度
3支承元件应有足够的强度和刚度定位元件在加工过程中受工件重力夹紧力和切削力的作用因此要求定位元件应有足够的刚度和强度避免使用时变形和损坏
4定位元件应有较好的工艺性定位元件应力求结构简单合理便于制造装配和更换
5定位元件应便于清除切屑定位元件的结构和工作表面形状有利于清除切屑以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度
§com常用定位元件所能限制的自由度
常用定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类
1用于平面定位的定位元件包括固定支承支承钉和支承板自位支承可调支承和辅助支承
2用于外圆柱面定位的定位元件包括v形架定位套和半圆定位座等
3用于孔定位的定位元件包括定位销圆柱定位销和圆锥定位销圆柱心轴和小锥度心轴
§33定位方案的确定一面两孔定位
根据所加工的零件尺寸为长400宽300高396形状是矩形即箱体类零件可以初步确定采用一面两孔定位又因为零件右侧形状不规则安装零件时采取推入式综合考虑零件在加工过程中的稳定性等其它因素最终确定采取一面两孔定位并根据要推入零件一面用两个支承板来代替以限制工件的三个自由度两孔里插入两个短销为防止过定位其中之一用削边销本设计用的是菱形削边销为更好的限制工件转动两销在空间的位置为斜对角布置并且削边的方向要与两销中心的连线互相垂直如图11所示
图11削边销的布置
在组合机床及其自动线上为装卸方便通常两个定位销不是固定不动的而是活动的可以伸缩的即加工前能使之进入工件孔中定位加工完后能从孔中退出这样可以很方便地将工件或随行夹具推入或推出夹具或自动线的机床夹具
常用的通用伸缩式定位销有手动的和液压驱动的两种手动伸缩式定位销有两种结构一种不带防护罩用于定位支承板高度为30毫米的定位系统另一种是带防护罩用于支承高度为60毫米的定位系统本设计采用的是不带防护罩的定位支承板高度为30毫米的定位系统
第四章夹紧方案的确定
§41夹紧要则
在夹紧的过程中不至于因工件重力的影响而破坏正确定位
在夹紧的过程中夹紧力不应使已经获得正确定位的工件脱离正确位置
在夹紧过程中应使工件不产生超出表面形状精度如平行度垂直度圆柱度等允许范围的变形
在切削过程中应避免工件产生不能允许的振动
在切削过程中切削力不应破坏工件的正确位置并使平衡切削力所需的夹紧力最小
§42对夹紧机构的主要要求
夹紧过程中不得改变工件定位时所确定的位置
夹紧力方向应垂直于工件主要定位件的定位平面
夹紧力应作用在工件支承点所组成多角形的重心上或在其范围内否则应增加辅助支承
夹紧机构的接触元件只能在夹紧方向移动
尽量采用具有自动定位和夹紧作用的夹紧元件如V形块
夹紧力应保证夹具在整个加工过程中工件相对定位元件的位置不变和不产生不允许的振动
应使主切削力作用在刚性支承基面上不得作用在加紧元件上
夹紧力不致引起起定位元件和对刀件间的位置变动
因夹紧力而产生的工件表面压伤和变形应在允许的范围内
增大夹紧机构接触件的面积或工件支承面积
夹紧力应作用在主要较大基面上或工件刚性最大处
必要时在压板的夹压表面上镶铜或夹布胶木以避免夹压时损伤工件表面
对易变形的薄壁工件的精加工宜采用磁力夹紧或真空加紧
4对夹紧元件的要求
工件在加工过程中能产生克服切削力所需的夹紧力施予夹紧元件上的力不宜过大一般控制在50100N以内
不会使工件偏移正确定位的位置
偏心轮凸轮或斜楔在夹紧工件以后在加工过程中能保持自锁防止因切削力的作用而使夹紧实效
与工件的接触面积应尽量大以避免应力集中和单位面积压力过大
采用螺旋夹紧时尽量避免螺旋端面直接作用在工件上
两点或两点以上同时夹紧工件的夹紧元件应设计成浮动的
压向工件毛坯侧面的夹紧元件端部应具有与垂直平面呈7°左右的斜角
具有必要的强度刚度和与工件接触表面的硬度
§43钻床夹具的主要技术要求
定位表面对夹具安装基面的垂直度或平行度
导套轴线对定位表面和夹具的安装基面的垂直度或平行度可参考表5-22
表5-22导套轴线对夹具安装基面的相互位置要求在100长度上
工件加工孔轴线对定位基面的垂直度要求导套轴线对夹具安装基面的垂直度要求005～010001～002010～025002～005025以上005
同轴线导套的同轴度
定位表面的直线度和平面度或等高度
定位表面和导套轴线对校正基面的垂直度或平行度
各被加工表面间即各导套间被加工表面与定位表面间的尺寸要求及相互位置要求可参考表5-23
表5-23导套中心距或导套轴线到定位基面间的制造公差
工件孔中心距或孔中心到基面的公差导套中心距或导套轴线到定位基面的制造公差平行或垂直时不平行不垂直时±005～±010±0005～±002±0005～±0015±010～±025±002～±005±0015～±0035±025以上±005～±010±0035～±008
§44夹紧方案的确定
根据以上准则及对夹紧机构的要求和钻床夹具的主要技术要求本设计采用的是气动偏心夹紧机构具体的来说是用气缸活塞杆上加工出的齿条部分与齿轮啮合通过齿轮再带动一个偏心轮通过偏心轮压紧压板从而夹紧工件考虑到钻削力的大小采用两个对称布置的夹紧机构来夹紧工件满足了以上多方面的要求
第五章夹紧力的计算
§51切削力钻削力的计算
§com切削力的计算公式
根据《金属切削机床夹具设计手册》第545页表3-71钻削力的计算公式又结合刀具材料以及工件材料可以知道
切削转矩计算公式
切削力的计算公式
其中是进给量
是修正系数
是钻头直径
根据所要加工的孔径分别为62512钻头直径分别为62512
的选取根据《金属切削机床夹具设计手册》第545页表3-72又根据刀具材料选取修正系数
的选取根据《机械制造技术基础》在此选取
§com切削力大小的确定
1转矩的大小
直径是6的孔
直径是25的孔
直径是12的孔
2切削力钻削力的大小
直径是6的孔
直径是25的孔
直径是12的孔
§52夹紧力的计算
为防止工件在切削力的作用下绕圆柱销轴线转动必须计算在切削力的作用下不使工件绕圆柱销轴线转动所需的夹紧力
1夹紧力的计算
根据《金属切削机床夹具设计手册》第479页表3-21常见典型夹紧形式所需夹紧力的计算公式找到与工件以一平面两圆孔定位形式并且夹紧力与切削力方向相互垂直即与本设计的定位方式和夹紧方式一样相对应的计算公式为
式中菱形销上允许承受的一部分切削力
对精加工
对粗加工
式中菱形销的宽度
菱形销的接触长度
许用挤压应力取定位销和工件较小者
式中的单位为
夹紧元件与工件间的摩擦系数
工件与夹具支承面间的摩擦系数
本次设计用于精加工取
摩擦系数的选取
根据《金属切削机床夹具设计手册》第478页
表3-19各种不同接触表面之间的摩擦系数
表3-19各种不同接触表面之间的摩擦系数
接触表面的形式摩擦系数接触表面均为加工过的光滑表面05～025工件表面为毛坯夹具的支承面为球面02～03夹具夹紧元件的淬硬表面在沿主切削力方向有齿纹03夹具夹紧元件的淬硬表面在垂直于主切削力方向有齿纹04夹具夹紧元件的淬硬表面有相互垂直齿纹04～05夹具夹紧元件的淬硬表面有网状齿纹07～08
取
由设计知道
安全系数的选取
根据《金属切削机床夹具设计手册》第478页总的安全系数由考虑各种因素所需的安全系数来决定可按下式来确定
式中基本安全系数一般取15
加工状态系数考虑到加工特点的系数粗加工
精加工
刀具钝化系数考虑到刀具磨损的系数一般
具体数值可按表3-20选取《金属切削机床夹具设计手册》第479页
切削特点系数考虑切削情况的系数
连续
断续
考虑夹紧动力稳定性系数
手动夹紧
机动夹紧
考虑手动夹紧时手柄位置的系数若手柄位置操作方便手柄偏转角度范围小时若手柄位置操作不方便手柄转动角度范围大＞90°时
仅在有力矩企图使工件回转时才应考虑支承面接触情况的系数若工件是安装在支承钉上接触面积小时若工件是安装在支承板或其它接触面积较大元件上时
总的安全系数选择范围较大一般若夹紧力
和切削力方向相反为保证工
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