基于液壓夾緊的專用夾具設(shè)計

摘 要 本文是對支架零件的加工工藝規(guī)程進(jìn)行設(shè)計，并針對其中某一道工序進(jìn)行基于液壓的專用夾具設(shè)計，并進(jìn)行了另一工序的普通夾具設(shè)計。支架零件作為叉架類零件，其主要加工表面是平面及孔。按照機(jī)械加工工藝要求，遵循先面后孔的原則，并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證加工精度?；鶞?zhǔn)選擇以支架大外圓端面作為粗基準(zhǔn)，以支架大外圓端面與兩個工藝孔作為精基準(zhǔn)，確定了其加工的工藝路線和加工中所需要的各種工藝參數(shù)。并按要求對其中一道工序進(jìn)行了基于液壓夾緊的專用夾具設(shè)計，在設(shè)計中計算了此道工序所受的切削力及切削力矩 ，進(jìn)而確定了液壓缸的負(fù)載，選定整個液壓系統(tǒng)的壓力，從而確定了液壓缸的各參數(shù)，繪制了液壓夾緊的專用夾具總圖。整個加工過程均選用萬能機(jī)床。 關(guān)鍵詞 支架 ； 加工工藝 ；液壓； 專用夾具 Abstract This article is carries on the design of the bracket components machine process, and the clamp designed based on the hydraulic pressure which aimed at some working process, and has carried on another working procedure ordinary jig design. The bracket components take the boom trestle class components, its main processing surface is the plane and the hole. According to the machine-finishing technological requirement, after following the first surface, the hole principle, and is clear about the hole and the plane processing divides the rough machining and the precision work stage guarantees the working accuracy. The datum choice takes the thick datum by the support big outer annulus end surface, takes the fine datum by the support big outer annulus end surface with two craft holes, had determined in its processings craft route and the processing needs each technological parameter. And according to request to a working procedure has carried on based on the hydraulic pressure clamp unit clamp design. Entire processing process chooses all-purpose machine tool. Key words: bracket； processing technic ；special fixture； hydraulic pressure 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 錄 . V 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 . 1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 . 1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 . 2 2 支架零件的三維造型 . 3 3 零件的分析 . 10 3.1 零件的作用 . 10 3.2 零件的工藝分析 . 10 4 工藝規(guī)程設(shè)計 . 11 4.1 確定毛坯的制造形式 . 11 4.2 工藝過程設(shè)計所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 . 11 4.3 定位基準(zhǔn)面的選擇 . 11 4.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇 . 11 4.3.2 精基準(zhǔn)的選擇 . 12 4.4 制定工藝路線 . 12 4.4.1 工藝路線方案一： . 12 4.4.2 工藝路線方案二： . 12 4.4.3 工藝方案的比較與分析 . 13 4.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 . 13 4.6 確定切削用量及基本工時 . 15 4.6.1 工序三：銑 mm46 的端面，銑 mm34 的端面，銑 mm24 2 的端面。 . 16 4.6.2 工序四：鉆擴(kuò)鉸精鉸 mm14 的孔。 . 18 4.6.3 工序五：鉆擴(kuò)鉸精鉸的 mm22 孔。 . 20 4.6.4 工序六：鉆 mm6 孔，锪 mm6 孔，倒角 90 。 . 22 4.6.5 工序七：銑 mm54 端面。 . 23 4.6.6 工序八：粗鏜半精鏜精鏜 mm38 的孔。 . 23 5 基于液壓夾緊的專用夾具設(shè)計 . 26 5.1 設(shè)計主旨 . 26 5.2 夾具設(shè)計 . 26 5.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 . 26 5.2.2 定位誤差分析 . 26 5.2.3 銑夾具設(shè)計的基本要求 . 27 5.3 液壓缸的設(shè)計計算 . 27 5.3.1 切削力及切削力矩的計算與分析 . 27 5.3.2 確 定系統(tǒng)的工作壓力 . 29 5.3.3 確定液壓缸的幾何參數(shù) . 29 5.4 確定液壓泵規(guī)格和電動機(jī)功率及型號 . 31 5.4.1 確定 液壓泵規(guī)格 . 31 5.5 確定各類控制閥 . 32 5.6 管道通徑與材料及管接頭的選用 . 33 6 專用普通夾具設(shè)計 . 34 6.1 設(shè)計主旨 . 34 6.2 夾具設(shè)計 . 35 6.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 . 35 6.2.2 切削力及夾緊力計算 . 35 6.2.3 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計 . 35 6.2.4 活動 V 形塊的設(shè)計 . 36 6.2.5 夾具體的設(shè)計 . 36 6.2.6 夾具精度分析 . 36 6.2.7 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 . 36 7 結(jié)論與展望 . 37 7.1 結(jié)論 . 37 7.2 不足之處及未來展望 . 38 畢業(yè)設(shè)計小 結(jié) . 38 致謝 . 40 參考文獻(xiàn) . 41 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容 和 意義 機(jī)械的加工工藝及夾具設(shè)計是在完成大學(xué)的全部課程之后，進(jìn)行的一次理論聯(lián)系實際的綜合運用，使我對專業(yè)知識、技能有 了進(jìn)一步的提高，為以后從事專業(yè)技術(shù)的工作打下基礎(chǔ)。機(jī)械加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，合理的機(jī)械加工工藝過程是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備、計劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)，也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)保證。 合理的機(jī)械加工工藝文件不僅能提高一個企業(yè)的技術(shù)革新能力，而且可以較大程度地提高企業(yè)的利潤，因而合理地編制零件的加工工藝文件就顯得時常重要。機(jī)械加工工藝文件的合理性也會受到企業(yè)各方面因素的制約，比如企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備、 工人的技術(shù)水平及夾具的設(shè)計水平等，其中 比較 重要的是夾具的 設(shè)計 和 生產(chǎn) 。夾具是機(jī)械加工 系統(tǒng)的重要組成部分 ， 無 論是傳統(tǒng) 的 制造 ， 或 是現(xiàn)代制造系統(tǒng) ， 夾具 設(shè)計 都 非常 重要。 優(yōu)化 夾具設(shè)計可以使 產(chǎn)品勞動生產(chǎn)率 得到 提高， 降低生產(chǎn)成本 ，使 加工精度 得到 提高 和 保證 ， 同時 可以 拓寬機(jī)床的使用范圍， 而且 在保證精度的前提下 可 使產(chǎn)品效率 提高、 成本 降低。 在 企業(yè)信息化和 激烈 的 市場競爭 的要求 下，企業(yè)對 夾具的設(shè)計及制造要求 更高 。 所以對機(jī)械的加工工藝及夾具設(shè)計具有十分重要的意義。 因而不僅要合理結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實際來進(jìn)行零件加工工藝文件的編制，而且還要根 據(jù)零件的加工要求和先進(jìn)的加工機(jī)床來設(shè)計先進(jìn)高效的夾具。 該課題主要是為了培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)、設(shè)計和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品的能力，要求學(xué)生能夠結(jié)合常規(guī)機(jī)床與零件加工工藝，針對實際使用過程中存在的金屬加工中所需要的三維造型、機(jī)床的驅(qū)動及工件夾緊問題，綜合所學(xué)的機(jī)械三維造型、機(jī)械理論設(shè)計與方法、機(jī)械加工工藝及裝備、液壓與氣動傳動等知識，對高效、快速夾緊裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，從而實現(xiàn)金屬加工機(jī)床驅(qū)動與夾緊的半自動控制。 在設(shè)計 液壓 系統(tǒng)裝置時，在滿足產(chǎn)品工作要求的情況下，應(yīng)盡可能多的采用標(biāo)準(zhǔn)件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)成本 。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機(jī)床之間的橋梁，夾具的機(jī)能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認(rèn)識到，夾具與操作人員改進(jìn)工作及機(jī)床性能的提高有著密切的關(guān)系，所以對夾具引起了重視 ； 第三階段表現(xiàn)為夾具與機(jī)床的結(jié)合，夾具作為機(jī)床的一部分，成為機(jī)械加工中不可缺少的工藝裝備。 在夾具設(shè)計過程中 ， 對于被加工零件的定位、夾緊等主要問題 ， 設(shè)計人員考慮的 一般都會 比較周全 ， 但夾具設(shè)計還 是 會遇到一些小 的 問題 ， 這些問題 要是 處理不好 ， 不僅 給夾具的使用造成 很 多不便 ， 還 會影響工件的加工精度。 由于現(xiàn)代加工的高速發(fā)展，對傳統(tǒng)的夾具提出了較高要求，如快速、高效、安全等?；谝簤簥A緊的專用夾具設(shè)計，必須計算加工工序所受的切削力及切削力矩，按照夾緊方式進(jìn)行夾緊力的計算，進(jìn)而可以確定液壓缸的負(fù)載，通過選定整個液壓系統(tǒng)的壓力，最終可以確定液壓缸的各參數(shù)。 隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求，使多品種，中小批生產(chǎn)作為機(jī)械生產(chǎn)的主流，為了適應(yīng)機(jī)械生產(chǎn)的這 種發(fā)展趨勢，必然對機(jī)床夾具提出更高的要求。 特別像后鋼板彈簧吊耳類不規(guī)則零件的加工還處于落后階段。在今后的發(fā)展過程中，應(yīng)大力推廣使用組合夾具 、 半組合夾具 、 可調(diào)夾具，尤其是成組夾具。在機(jī)床技術(shù)向高速 、 高效 、 精密 、 復(fù)合 、 智能 、 環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精高效模塊組合通用經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。 1.3 本課題應(yīng) 達(dá)到的要求 通過實際調(diào)研和采集相應(yīng)的設(shè)計數(shù)據(jù)、閱讀相關(guān)資料相結(jié)合，在對金屬切削加工、金屬切削機(jī)床、機(jī)械設(shè)計與理論及液壓與氣動傳動等相關(guān)知識充分掌握后，分析金屬切削加工過程中的機(jī)床工作臺驅(qū)動、工件夾緊等方面 的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合液壓與氣動傳動的相關(guān)理論知識，完成 液壓 傳動方案分析及 液壓 原理圖的擬定，設(shè)計 液壓 專用夾具的驅(qū)動、夾緊裝置，并進(jìn)行主要 液壓 元件的設(shè)計與選擇及傳動系統(tǒng)的驗算校核等，來達(dá)到產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計。 針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及計算問題，綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計與方法、機(jī)械加工工藝文件編制及實施等方面的知識，設(shè)計出一套適合于實際的零件加工工藝路線，從而實現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設(shè)計。 2 支架零件的三維造型 打開 AutoCAD，單擊“視圖”工具欄上的主視圖標(biāo)， 畫一條垂直的中心線，再畫六條與垂直相交的水平中心線 ,上下間距上邊為 45mm 下邊為 43mm。 如圖 2.1 所示： 由圖 2.1 所 確定 的 交點，以最下面第三個交點 作 為圓心 分別 作 54 、 38 的 同心 圓， 再將 所作 兩圓選中，并 進(jìn)行 拉伸 ， 拉伸高度為 39mm。 其作圖過程如圖 2.2 所示， 拉伸結(jié)果如 圖 2.3 所示：（拉伸命令 ext） 。 選中 所做的兩個 柱體，單擊復(fù)制，以 端面圓心 為基點，移動 39mm。 分別 如圖 2.4、 2.5所示： 圖 2.2 拉伸 圖 2.3 拉伸實體 圖 2.5 復(fù)制實體 圖 2.4 復(fù)制 圖 2.1 中心線 再按圖 2.1 所 確定 的 交點，以最上邊第一個交點 作 為圓心 分別 作 34 、 22 的 同心 圓，再 將兩圓選中， 進(jìn)行拉伸， 拉伸 高度為 72mm。 其 過程和結(jié)果 分別 如圖 2.6、 2.7 所示： 繼續(xù)按圖 2.1 所 確定 的 第一個交點為 圓心 分別 作 34 、 22 的同心 圓， 并 選中 所做的 兩圓， 反向 拉 伸 ，高度為 18mm。 其 結(jié) 果分別 如圖 2.8、 2.9 所示： 在剛剛拉伸的實體前 端 面 確定 為作圖面，并確定 圓心作 46 圓， 再 選中 46 的 圓， 進(jìn)行 拉伸 ，高度為 18mm。 其作圖過程 結(jié)果 分別 如圖 2.10、 2.11 所示： 選中 剛剛拉伸的 46 柱體，單擊復(fù)制，以 外端面圓心 為基點，移動 18mm， 其作圖過程 結(jié)果分 別 如圖 2.12、 2.13 所示： 圖 2.6 拉伸 圖 2.7 拉伸實體 圖 2.8 拉伸 圖 2.9 拉伸實體 圖 2.10 拉伸 圖 2.11 拉伸實體 按圖 2.1 所 確定 交點，以中間的交點為圓心 作 16 的 圓， 再 選中 16 的 圓， 進(jìn)行 拉伸 ，高度為 36mm。 其作圖過程 和結(jié)果 分別 如圖 2.14、 2.15 所示 。 以實體 46 圓 高度的對稱位置 作 為基面，畫 出 8846mm 長方形 的作為連接 肋板 的基面 ， 再 選中長方形進(jìn)行 拉伸 ，高度為 6mm。 其作圖過程 與結(jié)果 分別 如圖 2.16、 2.17 所示： 選中 8846mm 長方體 ，單擊復(fù) 制，以圖 2.1 中最底下交點作為 基點，移動 6mm， 其過程 與結(jié)果 分別 如圖 2.18、 2.19 所示： 圖 2.12 復(fù)制 圖 2.13 復(fù)制實體 圖 2.15 拉伸實體 圖 2.14 拉伸 圖 2.16 拉伸 圖 2.17 拉伸實體 再以剛剛拉伸出的肋板背面作為基面，以中心線為中心 確定 8812mm 的長方形 作為另一 個 十字 肋板的 基面 ， 選中 此 長方形， 進(jìn)行 拉伸 ，高度為 16mm， 其作圖過程 與結(jié)果 分別 如圖 2.20、 2.21 所示 。 接著 選中 剛拉伸出的 8812mm 長方體，單擊復(fù)制， 圖 2.1 中最底下 第三個 交點作為 基點 ， 向前 移動 16mm， 其作圖過程 與結(jié)果 分別 如圖 2.22、 2.23 所示 。 在以 圖 2.2中拉伸出的 54 的 圓柱實體作為基面，按坐標(biāo) 確定圓心 分別 作 兩個 24 、 14的同心 圓， 并 將 此 兩圓選中， 進(jìn)行 拉伸 ，其高度為 32mm。 作圖過程 與結(jié)果 如圖 2.24、 2.25所示 。 圖 2.18 復(fù)制 圖 2.19 復(fù)制實體 圖 2.20 拉伸 圖 2.21 拉伸實體 圖 2.23 復(fù)制實體 圖 2.22 復(fù)制 再按坐標(biāo) 確定圓心作 6 的 圓， 選中 6 的 圓 進(jìn)行 拉伸 ，高度為 23mm。 其作圖過程 與結(jié)果 分別 如圖 2.26、 2.27 所示 。 對拉抻好的實體進(jìn)行孔的差集處理， 再 點合集，將所有外圓選中，然后右擊 ,再點差集，選中外圓，按 Enter 鍵 ， 在選中所要除去的部分，按 Enter 鍵 。 其作圖結(jié)果分別 如圖2.28 所示 。 對造型好的零件進(jìn)行 倒角， 點 倒角， 選擇第一條直線 ，指定基面的倒角距離為 1，與其他基面的倒角距離為 1，選擇倒角的邊，按 Enter 鍵 。 結(jié)果 如圖 2.29 所示： 圖 2.24 拉伸 圖 2.25 拉伸實體 圖 2.26 拉伸 圖 2.27 拉伸實體 圖 2.28 合集 差集 確定位置，作一 45 直角三角形，單擊面域，選中三角形的三條邊，右 擊 確定 ；單擊旋轉(zhuǎn)，選中三角形， 右擊確定 ，選中圍繞旋轉(zhuǎn)的軸，按 Enter 鍵 ，旋轉(zhuǎn)角度 360 ，按 Enter鍵 。 作圖過程 與結(jié)果 分別 如圖 2.30、 2.31 所示： 點差集，選中外圓， 右擊確定 ， 在選中所要除去的部分，按 Enter 鍵 。如圖 2.32、 所示： 圖 2.29 倒角 圖 2.30 旋轉(zhuǎn) 圖 2.31 旋轉(zhuǎn)實體 圖 2.32 差集 進(jìn)行 圓角 的處理 ，選中所要倒的角的邊，按 Enter 鍵 ，輸入半徑，按 Enter 鍵 ，再選中所要倒的角的邊，按 Enter 鍵 。如圖 2.33 所示： 支架的最終造型如圖 2.34 和 2.35 所示。 圖 2.33 倒角 圖 2.34 線框 圖 2.35 實體 3 零件的分析 3.1 零件的作用 課 題所給的零件屬于叉架類零件，叉架類零件在機(jī)器中一般都是 組成 傳力構(gòu)件的， 在工作中也 是 大 部分 承受較大的沖擊載荷，受力情況比較復(fù)雜，由于這些零件在機(jī)器中 起 不同 作用，其 形狀 和 結(jié)構(gòu) 有較大的差異，其共同點是： 不易定位 ， 外形復(fù)雜 ；大、小頭 是 由細(xì)長的桿身連接的，所以彎曲剛性差， 極 易變形。 支架零件圖如圖 3.1 所示。 3.2 零件的工藝分析 支架由零件圖可知共有兩個加工表面，他 們有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下： 1、 mm22 孔為中心的加工表面。 這一組加工表面包括： mm46 的端面和 mm34 的端面銑削，尺寸為 mm22 的孔，孔表面粗糙度要求為 mRa 6.1，尺寸為 mm6 孔，倒角 90 。其中，主要加工表面為 mm22 的孔。 2、兩個 mm14 的孔為加工中心的加工表面。 這一組加工表面包括： mm24 的兩個端面的銑削，尺寸為 mm14 二孔。其中主要加工表面為 mm14 二孔。 這兩組加工表面之間并沒有一定的位置要求，但對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，這樣就可以很好的進(jìn)行加工。 圖 3.1 支 架零件圖 ?38 4 工藝規(guī)程設(shè)計 4.1 確定毛 坯的制造形式 根據(jù)零件的功用分析，可以確定零件的材料為 HT200。考慮到零件在運行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)比較簡單，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，故采用鑄造毛坯。 考慮到零件在工作過程中有沖擊載荷，并為了改善零件的切削加工性，故零件毛坯熱處理采用正火。 4.2 工藝過程設(shè)計所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 由以上分析可知。該零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對于該零件來說，加工過程中的主要問題是保證平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關(guān) 系。 該類零件的加工應(yīng)遵循先面后孔的原則：即先加工零件的基準(zhǔn)平面，以基準(zhǔn)平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。換擋撥叉的加工自然應(yīng)遵循這個原則。這是因為平面的面積大，用平面定位可以確保定位可靠夾緊牢固，因而容易保證孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去鑄件表面的凹凸不平。為提高孔的加工精度創(chuàng)造條件，便于對刀及調(diào)整，也有利于保護(hù)刀具。 換擋撥叉零件的加工工藝應(yīng)遵循粗精加工分開的原則，將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。 4.3 定位基準(zhǔn)面的選擇 定位基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重 要工作之一。定位基準(zhǔn)選擇得正確、合理，可以保證零件的加工質(zhì)量，提升生產(chǎn)率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴(yán)重的還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法進(jìn)行。 4.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求： （ 1） 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準(zhǔn)。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。 （ 2） 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。例如：機(jī)床床身導(dǎo)軌面是 其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床身的底面，再以底面作為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細(xì)致的組織，以增加