套筒工艺分析余夹具设计开题报告

湖南大学毕业设计（论文）开题报告题目套筒的工艺分析与夹具设计学生姓名 李行 学号 511527007007 专业机械设计制造及其自动化班级2011扌旨导教师 评阅教师完成日期2013 年 3月 12日套筒的工艺分析与夹具设计学生：李行指导老师：杨军教学单位：湖南大学远程与继续教育学院1课题来源本课题来源于生产实际，探讨机械加工中一般性基础问题。课题涉及知识面 较广，且设计要求较高，对学生的设计能力，特别是思考能力是一个很好的锻炼。 课题研究内容包括机械工程学科的力学，材料学，机械原理，机械设计，公差与 互换性，机械制造工艺等知识，特别涉及机构的应用与创新是本课题的主要靓点。 使学生能得到全面的锻炼。课题要求学生具备较强的机构设计能力和创新能力， 对学生是一个挑战。课题为典型的机械设计类课题，涉及机械知识全面，与机械 专业方向结合紧密。2研究的目的与意义2.1研究的目的随着世界经济的迅猛发展和科学技术的腾飞，市场不断国际化全球化，各行 各业的竞争日益激烈。企业要想在残酷的竞争中生存下来谋求发展，就要想方设 法提高竞争力。缩短新产品的研发和开发时间，提高产品的设计质量，降低研发 成本，进行创新性设计，只有这样，才能满足市场不断变化的需求。在现代企业的机械生产中，如何保证零件加工质量，提高生产效率，降低生 产成本，是企业不断追求的目标。随着市场竞争的日趋激烈，对机械零件的技术 性和经济性提出了更高的要求，而良好的技术经济性很大程度取决于机械加工工 艺的制定。套筒零件是机械产品中最常见的一种零件，其生产工艺比较特殊，改 造后的套筒零件可达到较高的精度，同时夹具结构简单，操作方便快捷，能重复 使用，大大降低了成本。2.2研究的意义零件的加工工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，零件工艺编 制得合不合理，这直接关系到零件最终能否达到质量要求；夹具的设计也是不可 缺少的一部分，它关系到能否提高其加工效率的问题。因此这两者在机械加工行 业中是至关重要的环节。机械加工工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状，尺寸，相对位置和 性质使其成为零件的全过程。机械加工工艺过程的基本单位是工序，工序又由安装，工位，工步及走刀组 成。规定产品或零件制造过程和操作方法的工艺文件，称为工艺规程。机械加工 工艺规程的主要作用如下：1机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据，根据它来组织原料和毛坯 的供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配 劳动力，以及进行生产成本核算等。2机械加工工艺规程也是组织生产，进行计划调度的依据，有了它就可以指 定进度计划，实现优质高产和低消耗。3机械加工工艺规程是新建工厂的基本技术文件，根据它和生产纲领，才能 确定所需机床的种类和数量，工厂的面积，机床的平面布置，各部门的安排。机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片是两个主要的工艺文件，对于检 验工序还有检验工序卡片，自动，半自动机床完成的工序，还有机床调整卡片。 机械加工工艺过程卡片是说明零件加工工艺过程的工艺文件。机械加工工序卡片 是每个工序制定时，用于直接指导生产，用于大批量生产的零件和成批生产中的 重要零件。在机床上加工工件时，为了保证加工精度，必须正确安装工件，使其对机床 切削成形运动和刀具占有正确位置，还必须对“定位”为了不因受切削力、惯 性力、重力等外力作用而破坏工件已定的正确位置，还必须对其施加一定的夹紧 力，这一过程称为“夹紧”定位和夹紧全过程称为“安装”在机床上用来完成 工件安装任务的重要工艺装备，就是各类夹具中应用最为广泛的“机床夹具”机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广的通用夹具，规格尺寸多已标准 化，且有专业厂生产。而广泛用于批量生产，专为某工件加工工序服务的专用夹 具，则需各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。因此，专用夹具的设计是一 项重要生产准备工作，每一个从事机械加工工艺的工装设计人员，都应掌握有关 夹具设计的基础知识。套筒零件是一种常用零件，研究套筒零件的加工工艺和夹具生产技术，可以 改进套筒零件的生产方法，提高工厂的生产效率，降低生产成本，提高零件精度， 对实际生产具有重要意义。3国内外的研究现状和发展趋势3.1国内外的研究现状套筒零件的加工工艺根据其功能，结构形状，材料和热处理以及尺寸大小的 不同而异。就其结构形状来划分，大体可以分为短套筒和长套筒两大类。它们在 加工过程中，其装夹方式和加工方法都有很大的差别。1）套筒零件的功用与结构特点套筒零件在产品中通常起支撑或导向作用，由于功用不同，在结构和尺寸上 有着很大的差异，但在结构上仍有共同的特点：零件的主要表面为同轴度要求较 高的内外旋转表面，零件壁的厚度薄且受力容易变形。其主要技术要求为：外圆 表面直径精度，通常取IT78 ；内孔直径精度，通常取IT7 ；内外圆的同轴度；孔 轴线与端面的垂直度及表面粗糙度等。2）生产加工现状由于套筒零件壁薄，受到径向力容易变形。为了解决这些问题，常采用以下 两种装夹方式：（1）用外圆定位装夹；（2）用已加工内孔定位。在生产过程中一 般采用均匀径向力夹紧或轴向力夹紧的方式。常用的夹具有软爪，心轴，弹簧夹 头，液性塑料夹具等。这些夹具都是根据不同的套筒零件专门设计出来的专用夹 具，一旦零件结构，尺寸改变或者停产，这些夹具将成为报废品，从而造成极大 的浪费，增加生产成本，这对企业来说是要尽量避免出现的。套筒零件加工中的主要工艺问题：一般套筒零件在机械加工中的主要问题是保证内外圆的相互位置精度（即保 证内，外圆表面的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求）和防止变形。1）保证相互位置精度要保证内外圆表面间的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求，通常可采用下 列三种工艺方案：（1）在一次安装中加工内外圆表面和端面。（2）全部加工分在 几次安装中进行，先加工孔，然后以孔为定位基准加工外圆表面。（3）全部建工 分在几次安装中进行，先加工外圆，然后以外圆表面为定位基准加工内孔。2）防止变形的方法薄壁套筒在加工过程中，往往由于夹紧力，切削力和切削热的影响而引起变 形，致使加工精度降低。需要热处理的薄壁套筒，如果热处理工序安排不当，也 会造成不可校正的变形。防止薄壁套筒的变形，可以采取以下措施:（1）减小夹 紧力对变形的影响；（2）减小切削力对变形的影响；（3）减小热变形引起的误差。32未来发展趋势加工工艺未来的发展趋势：1采用模拟技术，优化工艺设计成形、改性与加工是机械制造工艺的主要工序，是将原材料（主要是金属 材料）制造加工成毛坯或零部件的过程。这些工艺过程特别是热加工过程是极其 复杂的高温、动态、瞬时过程，其间发生一系列复杂的物理、化学、冶金变化， 这些变化不仅不能直接观察，间接测试也十分困难，因而多年来，热加工工艺设 计只能凭“经验”近年来，应用计算机技术及现代测试技术形成的热加工工艺 模拟及优化设计技术风靡全球，成为热加工各个学科最为热门的研究热点和跨世 纪的技术前沿。应用模拟技术，可以虚拟显示材料热加工(铸造、锻压、焊接、热处理、注 塑等)的工艺过程，预测工艺结果(组织性能质量)，并通过不同参数比较以优 化工艺设计，确保大件一次制造成功；确保成批件一次试模成功。模拟技术同样已开始应用于机械加工、特种加工及装配过程，并已向拟实制 造成形的方向发展,成为分散网络化制造、数字化制造及制造全球化的技术基础。2成形精度向近无余量方向发展毛坯和零件的成形是机械制造的第一道工序。金属毛坯和零件的成形一般有 铸造、锻造、冲压、焊接和轧材下料五类方法。随着毛坯精密成形工艺的发展， 零件成形的型成形的形状尺寸精度正从近净成形(Near Net Shape Formi ng) 向净成形(Net Shape Formi ng)即近无余量成形方向发展。“毛坯”与“零 件”的界限越来越小。有的毛坯成形后，已接近或达到零件的最终形状和尺寸， 磨削后即可装配。主要方法有多种形式的精铸、精锻、精冲、冷温挤压、精密焊 接及切割。如在汽车生产中，“接近零余量的敏捷及精密冲压系统”及“智能电 阻焊系统”正在研究开发中。3.成形质量向近无“缺陷”方向发展毛坯和零件成形质量高低的一另一指标是缺陷的多少、大小和危害程度。由 于热加工过程十分复杂，因素多变，所以很难避免缺陷的产生。近年来热加工界 提出了“向近无“缺陷”方向发展”的目标，这个“缺陷”是指不致引起早期失 效的临界缺陷概念。采取的主要措施有：采用先进工艺，净化熔融金属薄板，增 大合金组织的致密度，为得到健全的铸件、锻件奠定基础；采用模拟技术，优化 工艺设计，实现一次成形及试模成功；加强工艺过程监控及无损检测，及时发现 超标零件；通过零件安全可靠性能研究及评估，确定临界缺陷量值等。4机械加工向超精密、超高速方向发展超精密加工技术目前已进入纳米加工时代，加工精度达0.025卩m，表面粗 糙度达0.0045卩m。精切削加工技术由目前的红处波段向加工可见光波段或不 可见紫外线和X射线波段趋近；超精加工机床向多功能模块化方向发展；超精加 工材料由金属扩大到非金属。夹具设计未来的发展趋势：夹具是机械加工不可缺少的部件，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、卡盘技术正朝着高精、高效、模块、组合、 通用、经济方向发展。(1) 高精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对卡盘的制 造精度要求更高。高精度卡盘的定位孔距精度高达5m m,夹具支承面的垂直 度达到 0.01mm/300m m,平行度高达 0.01mm/500m m。德国 demmeler (戴美乐)公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接卡盘平台，其等高误差 为土0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5m m以内；夹具重复安装的定 位精度高达5m m；卡盘的重复定位精度高达25m m12。机床卡盘的精度 已提高到微米级，世界知名的卡盘制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了 适应不同行业的需求和经济性，卡盘有不同的型号，以及不同档次的精度标准供 选择。(2) 高效为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具卡盘产品越来越多。 为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹 紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁卡 盘，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和 多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具 仅用1分钟，即可完成线切割机床卡盘的安装与校正。采用美国Jergens (杰金 斯)公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将卡盘定位和锁紧在机床工作台上，球 锁装夹系统用于柔性生产线上更换卡盘，起到缩短停机时间，提高生产效率的作 用。(3) 模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹 具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、 节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设 计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户 使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具13。模拟仿真刀 具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使 用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技 大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产 品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经 营电子商务化。(4) 通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投 资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广， 通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德Hemmeler （戴美乐）公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能 组装成多种多样的焊接夹具14。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件 少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。专家们建议组合夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造 和提升夹具技术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络 技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。主动与国外夹具厂商联系，争取合资与 合作，引进技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途径。4研究的主要内容本课题研究的主要内容为，通过对套筒零件的工艺进行分析，设计出套筒零 件的加工工艺规程，其中包括确定毛坯的制造形式，基准的选择，确定工艺路线 等。另外要设计出相应的夹具。5工作的主要阶段、进度及要求为了更好的完成本设计的所有成果，现将所有工作分为以下几个阶段:起止日期要求完成的内容及质量2013年2月25日至2012 年3月28日开题阶段（搜集资料、方案确定）2013年3月29日至4月8日初期阶段（设计、实验、研究、论文初稿）2013年4月9日至4月13日中期检查2013年4月14日至5月20日修改定稿阶段2013年5月21日至6月1日答辩及成绩评定6最终目标及完成时间本课题最终要完成如下目标：对套筒零件的加工工艺进行分析，设计出其加 机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，完成相应夹具的设计，达到核审单 位的核审标准。最终完成时间为6月初，参加答辩。7现有条件及必须采取的措施现有条件为大学期间所学的有关专业课程和从网上搜集的相关论文，相应的 制图软件。目前仍需要搜集更多的资料，复习所学的相关知识，阅读更多的相关 文献，以对课题有更深的了解。8协助单位及要解决的主要问题本课题要解决生产中的实际问题，由于经验不足，需要得到各位老师和同学 的大力支持和帮助。参考文献1 于骏一，邹青机械制造技术基础M 2版.北京：机械工业出版社，2009.2 王先逵机械制造工艺学M 2版.北京：机械工业出版社，2007.3 于骏一.典型零件制造工艺M.北京：机械工业出版社，1989.4 李旦，邵东向机床专用夹具图册M 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.5 刘鸿文.材料力学（第四版）M.北京:高等教育出版社,2004.6 沈学勤公差配合与技术测量M.北京：高等教育出版社,1998.7 王先逵机械加工工艺手册M 2版.北京：机械工业出版社，2007.8 龚定安蔡建国机床夹具设计原理M.西安：陕西科学技术出版社，1983.9 王光斗，王春福机床夹具设计手册M.上海：上海科技出版社，2000.10 邹青机械制造技术基础课程设计指导教程M.北京：机械工业出版社，2004.11 胡宗武.非标准机械设备设计手册M.北京：机械工业出版社，2003.12 汪小平薄壁套筒零件的加工工艺分析J.四川文理学院学报，2008, (18)： 177-178.13 卢小波，陆志科套筒零件夹具生产技术改造的研究J 广西轻工业，2009, (3)： 51-54.14 廖雪梅.浅谈批量生产中套筒零件的机械加工工艺J.大众科技，2011, (7) 160-162.15 彭红梅液压三爪卡盘机构设计J.科技信息，2008，(33) :23-27.