基于支承套零件工艺及工装设计1 绪论1.1 本课题的研究内容和意义机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，合理的机械加工工艺过程是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。合理的机械加工工艺文件不仅能提高一个企业的技术革新能力，而且可以较大程度地提高企业的利润，因而合理地编制零件的加工工艺文件就显得时常重要。机械加工工艺文件的合理性也会受到企业各方面因素的制约，比如企业的生产设备、工人的技术水平及夹具的设计水平等，其中较为重要的是夹具的生产和设计。夹具是机械加工系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具的设计都是十分重要的。好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。因而不仅要合理结合企业的生产实际来进行零件加工工艺文件的编制，而且还要根据零件的加工要求和先进的加工机床来设计先进高效的夹具。该课题主要是为了培养学生开发、设计和创新机械产品的能力，要求学生能够结合常规机床与零件加工工艺，针对实际使用过程中存在的金属加工中所需要的三维造型、机床的驱动及工件夹紧问题，综合所学的机械三维造型、机械理论设计与方法、机械加工工艺及装备、液压与气动传动等知识，对高效、快速夹紧装置进行改进设计，从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。在设计液压系统装置时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本。1.2国内外的发展概况夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是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。在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。我们把多年来在夹具设计中遇到的一些小问题归纳如下：清根问题在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。端面和定位外圆分为两体时无此问题,。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角，则必须清根,如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根，而且交界处可以倒为圆角R。端面与外圆定位时，与上述相同。让刀问题在设计圆盘类刀具(如铣刀、砂轮等)加工的夹具时，会存在让刀问题。设计这类夹具时，应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后，铣刀或砂轮的退刀位置，其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小，留出超过刀具半径的尺寸位置即可。更换问题在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本,提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。由于现代加工的高速发展，对传统的夹具提出了较高要求，如快速、高效、安全等。基于液压夹紧的专用夹具设计，必须计算加工工序所受的切削力及切削力矩，按照夹紧方式进行夹紧力的计算，进而可以确定液压缸的负载，通过选定整个液压系统的压力，最终可以确定液压缸的各参数。随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。1.3 本课题应达到的要求通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，在对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论及液压与气动传动等相关知识充分掌握后，分析金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合液压与气动传动的相关理论知识，完成液压传动方案分析及液压原理图的拟定，设计液压专用夹具的驱动、夹紧装置，并进行主要液压元件的设计与选择及传动系统的验算校核等，来达到产品的最优化设计。针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识，设计出一套适合于实际的零件加工工艺路线，从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。2 零件的造型2.1 零件造型软件介绍1) Solid Works软件介绍全套图纸，加153893706创新的、易学易用的而且价格便宜的Solid Works是Windows原创的三维设计软件。其易用和友好的界面，能够体现在整个产品设计的工作中。Solid Works完全自动捕捉设计意图和引导设计修改。在Solid Works的装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。不论设计采用自顶而下方法还是自底而上的方法进行装配设计，SolidWorks都将以其易用的操作大幅度地提高设计的效率。SolidWorks有全面的零件实体建模功能，其丰富程度有时会出乎设计者的期望。用SolidWorks的标注和细节绘制工具，能快捷地生成完整的、符合实际产品表示的工程图纸。Solid有Works还具有全相关的钣金设计能力。钣金件的设计即可以先设计立体的产品也可以先按平面展开图进行设计。Solid Works软件提供完整的、免费的开发工具(API)，用户可以用微软的VisualBasic、VisualC+或其它支持OLE的编程语言建立自己的应用方案。通过数据转换接口，SolidWorks可以很容易地将目前市场几乎所有的机械CAD软件集成到现在的设计环境中来。为比较评价不同的设计方案，减少设计错误，提高产量，Solid Works强劲的实体建模能力和易用友好的Windows界面形成了三维产品设计的标准。机械工程师不论有无CAD的使用经验，都能用SolidWorks提高工作效率，使企业以较低的成本、更好的质量更快将产品投放市场。而最有意义的是，用于SolidWorks的投资是容易承受的，这使得参加工程设计的所有人员都能在他们桌面上的计算机进行三维设计。对于模具设计师来讲，还可以利用XYZ缩放因子直接生成模腔。在新版中，还增加了智能装配功能，能够在装配过程中自动捕捉装配关系，而无须用户另行指定。在装配过程中，还新增加了球面的配合关系和圆锥面的配合关系，这就使得将球插到孔里的操作变得更加容易。 2) UG软件介绍UG是美国UGS(UnigraphicsSolutions)公司的主导产品，是集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件，是面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件,是当今最先进,最流行的工业设计软件之一.它集合了概念设计.工程设计,分析与加工制造的功能,实现了优化设计与产品生产过程的组合。被广泛应用于机械、汽车、航空航天、家电以及化工等各个行业。CAD/CAM/CAE三大系统紧密集成。用户在使用UG强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配及创建工程图等功能时，可以使用CAE模块进行有限元分析、运动学分析和仿真模拟，以提高设计的可靠性；根据建立起的三维模型，还可由CAE模块直接生成数控代码，用于产品加工。灵活性的建模方式。采用复合建模技术，将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模及参数化建模融为一体。 3) CAD(Computer Aided Design）CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。 CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。 随着电脑科技的日益发展，性能的提升和更便宜的价格，许多公司已采用立体的绘图设计。以往，碍于电脑性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠缺真实感，而立体绘图则冲破了这一限制，令设计蓝图更实体化。2.2 零件造型过程编辑草图，选择零件的上视面为基准面生成实体草图,如图2.1所示。图2.1 选择基准面图2.2 拉伸80mm高25mm的圆柱体在基准面内绘制80mm的圆，并进行高为25mm的拉伸，得到的圆柱体，如图2.2所示。在80mm的圆柱面上继续进行76mm圆的绘制，并进行高为3mm的拉伸，所得的圆柱体如图2.3所示。图2.3 拉伸76mm高3mm的圆柱体图2.4 拉伸85mm高45mm的圆柱体在76mm的圆柱体上再继续进行85mm高45mm的圆柱体拉伸，如图2.4所示。在85mm的圆柱体上进行81mm高3mm的圆柱体拉伸，如图2.5所示。图2.5 拉伸81mm高3mm的圆柱体图2.6 拉伸135mm高7mm的圆柱体在81mm的圆柱体对135mm高7mm的圆柱进行拉伸，如图2.6所示。在135mm的圆柱体上再拉伸一个110mm高32mm的圆柱体，如图2.7所示。图2.7 拉伸110mm高32mm的圆柱体图2.8 拉伸长31mm宽30半径R=15的实体在110mm的圆柱体中心对称位置拉伸一个长31mm宽30半径R=15的耳座，其实体造型如图2.8所示。在110mm的圆柱体的另一条对称线拉伸另个耳座，其实体如图2.9所示。图2.9 拉伸如图所示实体图2.10 切除长35深4.5半径R=4的键槽在85外圆上运用差集进行长35深4.5半径R=4的键槽的绘制，如图2.10所示。在以上步骤所建的实体上运用差集，对支承套头部进行长100mm宽20mm槽的切除，如图2.11所示。图2.11 100mm宽20mm槽图2.12 开10mm深60mm的孔继续在实体上切除一个10mm高60mm的圆柱体，如图2.12所示。对造型出的孔进行螺纹孔的造型，以12中的圆心为基准插入一个M121.25mm螺纹现为12mm深为18mm的螺纹孔，如图2.13所示。图2.13 M121.25mm螺纹图2.14 10mm深100mm孔在实体上运用差集对两个10mm高100mm的孔进行造型，如图2.14所示。在耳座槽的底部运用差集，切除两个10mm完全贯穿的孔，如图2.15所示。图2.15 两个10mm孔的造型图2.16 开两个11mm深3.5mm沉孔