基于三维设计的系列专用夹具设计说明任务书

毕业设计任务书专业 机械设计制造与其自动化 班级 091 下发日期 2013-03-01题目基于三维设计的系列专用夹具设计专题机床夹具设计主要容与要求本设计的目的：加工工艺的水平，从某种程度上来说决定制造的水平，它是提高产品质量的重要保证。因此，零件的加工工艺设计和工艺装备的设计又是制造过程的重要组成部分。重点需要解决的问题是进行高水平的工艺设计，设计出定位精度高、加紧可靠而又方便制造的夹具。要求：设计出车床、铣床等至少两种夹具。主要技术参数主要数据为：1 零件图或工序图上的技术要求；2 零件的生产纲领中批量生产。进度与完成日期4月1日4月15日 翻译外文资料，搜集相关设计资料。4月16日5月8日 认真分析加工零件的结构特点，分析主要加工表面的表面精度、尺寸精度和其他面的相互位置精度，定出该零件的设计夹具的工序。5月9日5月26日 设计并绘制出机床夹具装配图。5日27日6月02日 设计并绘制夹具零件图。6日03日6月15日 整理设计结果，撰写设计说明书（注：设计说明书的大部分是穿插在上述容中进行的）。系主任签字日期教研室主任签字日期指导教师签字日期指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日62 / 71毕业设计评阅意见表设计题目 机床专用夹具设计评价项目评价标准（A级）满分评 分ABCDE文献资料利用能力能独立地利用多种方式查阅中外文献；能正确翻译外文资料；能正确有效地利用各种规、设计手册等。10109876综合运用能力研究方案设计合理；设计方法科学；技术线路先进可行；理论分析和计算正确；动手能力强；能独立完成设计；能综合运用所学知识发现和解决实际问题；研究结果客观真实。20192017181516131412设计质量设计结构严谨；逻辑性强；语言文字表准确流畅；格式、图、表规；有一定的学术水平或实际价值4037-4032-3628-3125-2724创新能力有较强的创新意识；所做工作有较大突破；设计有独到见解151513-1411-12109工作量工作量饱满；圆满完成了任务书所规定的各项任务。151513-1411-12109总分是否同意将该设计提交答辩：是（ ） 否（ )具体评阅与修改意见： 评阅人： 年 月 日注：1.请按照A级标准，评出设计各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中； 2.计算出总分。若总分60分，“设计质量”24分，建议不能提交论文评阅乃至答辩。该设计须限期修改合格后重新申请答辩。 3.评阅意见栏不够可另附页。答 辩 委 员 会 评 语评定成绩周 记说明书图 纸答 辩总 评答辩委员会主席签字日 期（5%）（65%）（30%）百分制等级制摘 要夹具是机械制造工艺系统的必要组成部分，特别是在批量生产中，为了提高生产效率，保证加工质量，夹具的使用更是必不可少。而专用夹具设计是选择零件加工过程中某些特定工序所用的夹具的设计。本次设计选择的零件是车床变速箱中拔叉,此拔叉零件的结构较为复杂，其加工的地方主要是孔和平面。夹具主要由定位件、夹紧件、夹具体三部分构成，在加工中起到定位与夹紧的作用。夹具的设计依照加工工序的要求，一般按定位、夹紧的顺序完成。工件在机床上定位夹紧选用专用夹具，夹紧方式为手动夹紧，夹紧可靠，操作方便。因此生产效率较高，适用于大批量、流水线上加工。能够满足设计要求。 本次设计是基于三位UG的专用夹具设计，其在基于UG参数化设计技术研究的基础上，建立了夹具定位机构、夹具夹紧机构、和夹具对定机构常用夹具元件与非标准模型库，实现了在机床虚拟装配过程中快速调用相应元件的方法。关键词：定位；夹紧；专用夹具；三维UGABSTRACTThe fixture is a necessary part of the machinery manufacturing systems, especially in mass-production, in order to improve production efficiency, quality assurance process, the use of the fixture is essential. And special fixture design is to choose the specific process used in the manufacturing process of parts of fixture design. This pull out construction of the fork spares parts than for complicacy, its the place that process is a peaceful in bore primarily.The main positioning fixture clamping folder specific three parts, positioning and clamping the role played in the processing. Fixture design in accordance with the requirements of the processing operations, the general positioning, clamping to complete the order. The tongs chooses to use the appropriation tongs, clipping tight way as to move to clip tight, clip tight and dependable, and operation convenience. Therefore produce the efficiency higher, be applicable to the large quantity measures, the flowing water is on-line to process. Can satisfy the design request. In the passage, a fixture design system based on UG platform is introduced. On the basis of research on the parameter design method of UG, the Common components of the fixture locating device, the fixture clamping device, the fixture fixed and non-standard model library are created, the rapid method of virtual assembly is realized.Key words： fixed position; clip tight; appropriation tongs;3dUG目 录摘要IABSTRACTII目录I前言1第1章 绪论21.1 课题研究背景21.2 机床夹具发展史31.2.1 国机床夹具发展史31.2.2 国外机床夹具发展史31.2.3 国机床夹具发展现状31.2.4 机床夹具的发展趋势41.3 机床夹具的概念和功能51.3.1 机床夹具的概念51.3.2 机床夹具的功能51.4 机床夹具的分类和组成61.4.1 机床夹具的分类61.4.2 机床夹具的组成71.5 机床夹具的设计特点81.5.1 用夹具装夹工件的优点81.5.2 机床夹具设计特点91.6 机床夹具的设计步骤91.7 机床夹具的设计要求91.7.1 对夹紧装置的基本要求101.7.2 夹紧力的作用点的设计原则101.7.3 夹紧力的方向101.8 专用夹具的设计要求11第2章 零件的分析122.1 零件的功用122.2 零件的技术要求122.3 零件的工艺性分析132.3.1 审查零件的工艺性142.4 确定生产类型142.5毛坯的选择142.5.1 确定毛坯种类142.5.2 确定毛坯铸件尺寸公差、加工余量与形状152.5.3 绘制铸件零件图152.6 定位基准的选择152.6.1 粗基准的选择162.6.2 精基准的选择162.7 制定工艺路线162.8 机械加工余量、公差的确定17第3章 三维建模概述223.1 常见的三维建模软件223.1.1 UG的主要功能233.2 UG中的建模233.2.1 UG的建模模块的主菜单233.2.2 UG的三维建模步骤243.2.3 UG的产品三维建模方法243.3 UG的特点253.4 设计中用到的UG的使用技巧26第4章 钻床夹具设计274.1 钻床夹具设计要点274.2 问题的提出274.2.1 定位基准的选择274.2.2 定位方案的选择和设计274.2.3 定位元件与夹紧元件的选择和设计284.2.4 切削力与夹紧力的计算284.2.5 定位误差的分析304.2.6 钻套、衬套与钻模板与夹具体设计304.2.7 设计夹具体、绘制夹具草图334.2.8 绘制夹具装配图334.2.9 绘制夹具零件图334.3 绘制夹具三维模型334.4 本章小结37第5章 铣床夹具设计385.1 铣床夹具设计要点385.2 与铣床夹具有关的述385.3 问题的提出385.3.1 定位基准的选择395.3.2 定位元件与夹紧机构的选择395.3.3 铣削力与夹紧力的计算405.3.4 定位误差分析415.3.5 定向键与对刀装置设计425.3.6 绘制夹具总装图44结论48致49参考文献50附录1 外文资料51附录2 外文资料翻译58前 言毕业设计是在我们完成了大学四年的全部课程，并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，更是我们在校学习阶段的最后一个重要的教学环节，是完成工程师基本训练的一个必不可少的过程。毕业设计是在毕业实习的基础上进行的，根据自己的设计课题，在毕业实习期间认真调查研究、搜索资料。通过对此门学科的课程设计，使我在下述各方面得到了锻炼：1.能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以与在生产实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧的安排等问题，保证零件的加工质量。2.提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。3.学会使用手册与图表资料。4.培养了一定的创新能力。5.提高了二维CAD与三维UG的绘图水平。由于个人能力有限，经验不足以与水平有限，本次设计难免许多不妥和错误之处，敬请批评指正，以便与时改正。第1章 绪论1.1课题研究背景机械制造业是国民经济的基础产业，是国民经济发展的支柱产业，国民经济中的任何行业的发展，都必须依靠机械制造业的支持并提供装备。工艺装备是机械制造系统中的一个重要组成部分。随着世界经济形式的不断变化，科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率与加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。因此，为了赢得产品的上市时间，现代生产要求企业所制造的产品更新换代速度越来越快，传统的大批量生产模式逐渐被中、小批量生产模式所取代。根据国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种己占工件种类总数的85左右。另一方面，根据有关资料统计，我国现有工业水平，生产准备周期一般要占整个产品研制周期的5070，而工艺装备的设计制造周期又占生产准备周期的5070，其中工艺装备的准备阶段中有7080的时间用于夹具的设计和制造。所以夹具设计与制造对于产品的开发周期、产品上市的时间有重大的影响。所以传统的夹具设计方法已不能满足现有机械制造行业的发展需要。为了适应多品种、中、小批量生产模式对夹具快速设计的需求，随着数控机床不断的广泛使用，越来越多的机械制造企业采用机床专用夹具。机床专用夹具是为加工某一零件的某一工序而专门设计，加工之前，根据工件加工要求、所采用的机床以与夹具的设计原则，选取夹具元件，确定所选元件之间的位置关系，设计制造装配得到满足要求的夹具。机床专用夹具具有结构紧凑、刚性好、操作迅速、方便、应用面广、量大等优点，由于机床专用夹具满足批量的生产要求，它将成为制造企业提高生产率和赢得市场竞争的主要手段。1.2 机床夹具发展史1.2.1 国机床夹具发展史我国国的夹具始于20世纪60年代，当时建立了面向机械行业的组合夹具厂，和面向航空工业的向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件800万件的水平。20世纪80年代以后，两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少NC机床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国配套，节约了大量外汇。1.2.2 国外机床夹具发展史从国际上看俄国、德国和美国是组合家具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具可调整夹具主要接受本地区和国订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合家具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心的夹具，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入WTO和制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景。1.2.3 国机床夹具发展现状研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂，里约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统、（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；2）能装夹一组具有相似性特征的工件；3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6）提高机床夹具的标准化程度。在机械加工中，使用机床夹具的目的主要有一些六个方面，然而在不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。夹具设计时应该综合考虑加工的技术要求，生产成本个工人操作方面的要求以达到预期的效果。1.2.4 机床夹具的发展趋势现代机床夹具的发展趋势主要表现为标准化、高效化、精密化和柔性化等四个方面。（1）标准化 机床夹具的目的就在于提高生产效率，这样也就必使其具有标准化和通用化，而机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件与部件的国家标准：GB/T2148T225991以与各类通用夹具、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，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。（2）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。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，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以与自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。（3）精密化 机床夹具的精度会直接影响到零件的加工精度，而随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5um。这些精密化的夹具为以后零件加工的精度提供了保证。(4)柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合家具、成组夹具、通用可调夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具柔性化的程度，改变专用夹具的不可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。1.3机床夹具的概念和功能1.3.1 机床夹具的概念夹具是装夹工件的一种工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工，热处理装配，焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床工件是使用的夹具称为机床夹具，在现代生产过程中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度，劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具的设计在企业产品设计和制造以与生产技术装备中占有极其主要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工件。定位元件是夹具的主要功能元件之一 ，通常当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就确定了。1.3.2 机床夹具的功能机床夹具主要的功能是装夹工件，使工件在夹具中定位和夹紧。定位 确定工件在夹具中正确的位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件的定位面接触和配合实现的。正确的定位可以保证工件加工面的尺寸和位置精度要求。夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不使工件固定，则工件会松动、甚至脱落。因此夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速的确定铣刀相对于夹具的正确位置。导向 如钻床夹具中的钻模板和钻套，能迅速的确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成钻模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。夹紧装置也是夹具的主要元件之一，一般是铰链压板、螺钉夹紧装置等。1.4机床夹具的分类和组成1.4.1 机床夹具的分类1. 按夹具的通用特性分类这是一种基本的分类方法，主要反应夹具在不同生产类型中的通用特性，故也是选择夹具的主要依据。目前，我国常用的分类用通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动化生产夹具五类。（1）通用夹具通用夹具是指结构、尺寸已经规格化，具有一定通用性的夹具，如三角自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖中心架、电磁吸盘等。其特点是适应性强，不需调整稍加调整即可装夹一定形状和尺寸围的各种工件。这类夹具已商品化，且成为机床附件。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具种类，从而降低成本。其缺点是夹具的加工精度不高，生产率也较低，且较难以加工形状复杂的工件，故适应单件小批量生产。（2）专用夹具专用夹具根据某一工件某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性强，没有通用性。在产品相对稳定，批量较大的生产中，常用各类专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具设计和制造的周期较长，随着现代多种品种，中、小批生产的发展，专用夹具适应性和经济型等方面已存在很多问题。（3）可调夹具可调夹具是根据通用夹具和专用夹具的缺点而设计发展起来的一类新型夹具。对不同类型和不同尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件或夹紧元件便可使用。它一般又可分为通用可调夹具和成组可调夹具两种。前者的通用围比通用夹具更大，后者是一种可调夹具，它按成组夹具设计并能加工相似的工件，故多品种，中、小批生产中使用有较好的经济效果。（4）组合夹具组合夹具是一种模糊化的夹具。标准的模块化元件有较高的精度和耐磨性，可组装成各种夹具，用完即可拆卸，留待组合新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，零件能重复多次使用，并具有减少专用夹具数量的优点，因此组合夹具在单件、中、小批多品种生产和数控加工中，是一种非常经济的夹具。（5）自动线夹具自动线夹具生产用夹具主要分自动线夹具和数控机床用夹具两大类。自动线夹具有两种：一是固定式夹具；另一种是随行夹具。数控机床夹具还包括加工中心用夹具和柔性制造系统用夹具。随着制造的现代化，在企业中数控机床夹具的比例正在增多，以满足数控加工的需要。数控机床夹具的典型结构式拼装夹具。它利用标准的模块组装成的夹具。2. 按夹具使用的机床分类这是专用夹具设计所用的分类方法。如车床夹具、铣床夹具、刨床夹具、镗床夹具、磨床夹具等夹具。设计专用夹具时，机床的类别、组别、型别和主要参数均已确定。它们的不同点是机床切削成型运动不同，故夹具与机床的连接方式不同，他们的加工精度要求也不同。3. 按夹具的动力源分类按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。为减轻劳动强度和确保安全生产，手动夹具应有扩力机构与自锁性能。常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。上述各分类中：最常用的分类方法是，按通用、专用和组合进行分类。1.4.2 机床夹具的组成机床夹具虽然种类繁多，形状千差万别，其作用主要是保证加工精度，提高生产率，扩大机床工艺围，减轻工人劳动强度。但它们的工作原理基本一样。如果将各种夹具中作用一样的元件或机构加以概括，夹具一般是由以下几部分组成：(1)定位装置主要包括定位元件与其组合，用于确定工件在夹具中的位置，即通过它使工件加工时相对于刀具与切削运动处于正确的位置，如定位销、V形块等。(2)夹紧装置用于保持工件在夹具中的确定位置，使工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受重力、惯性力以与切削力等外力作用下而产生位移，如压块、压板、螺钉、螺母等。(3)导向或对刀装置用于引导刀具进行加工或确定刀具与夹具之间的正确位置，如对刀块、塞尺、钻模、镗套等。(4)其它装置根据夹具特殊功能需要而设计的一些装置，如定向件、定位键、操作件等。(5)夹具体用于连接夹具各元件与装置，使其成为一个整体夹具骨架，并与机床有关部位进行连接，使其成为一个整体的基础件，以确定夹具相对于机床的位置。1.5 机床夹具的设计特点1.5.1 用夹具装夹工件的优点 （1）保证加工精度 用夹具装夹工件时工件相对刀具与机床的位置由夹具保证不受工人技术的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。 （2）提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速工件不需划线找正，可显著的减少辅助工时，提高劳动生产率，工件在夹具装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率，可使用多工位夹具，并可采用高小夹紧机构，进一步提高劳动生产率。 （3）扩大机床的使用围。 （4）降低成本 在批量生产后使用夹具后，由于劳动生产率的提高，使用技术等级较低的工人以与废品率下降等原因，明显的降低了成本夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件制造的成本是极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本，元件批量越大使用夹具所取得的经济效应就越大。 （5）改善工人的劳动条件 用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气动、液动等夹紧装置时可减少工人的劳动强度，保证安全生产延长工人的操作寿命，提高企业整体的技术水平。1.5.2 机床夹具设计特点机床夹具设计与其他设备设计比较有较大的差别，主要表现在以下五个方面。 （1）要有较短的设计和制造周期，一般没有条件对夹具进行原理性实验和复杂的计算工作； （2）夹具的精度一般比工件的精度要高三倍； （3）夹具在一般情况下是单体制造的，重复制造的机会通常要求夹具在投产时一次成功； （4）夹具和操作工人的关系非常的密切，要求夹具与生产条件和操作密切结合； （5）夹具的社会协作制造条件较差，特别是商品化的元件较少，设计者要熟悉夹具的制造方法，以满足设计的工艺要求。1.6 机床夹具的设计步骤（1） 确定夹具的类型。（2） 定位设计，根据六点定位原则设计确定工件的定位方式，选择合适的定位元件。（3） 确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置。使夹紧力与切削力静力平衡，并注意缩短辅助时间。（4） 确定刀具的对刀导向方案，选择合适的对刀元件或导向元件。（5） 确定夹具与机床的连接方式。（6） 确定其它元件和装置的结构形式，如分度装置、靠模装置等。（7） 确定夹具总体布局和夹具的结构形式。并处理好定位元件在家具体上的位置。（8） 绘制夹具方案设计图。（9） 进行工序精度分析。（10）对动力夹紧装置进行夹紧力验算。 1.7 机床夹具的设计要求设计夹具时，应满足下列四项基本要求：（1）保证工件的加工精度 即在机械加工工艺系统中，夹具在满足以下三项要求，工件在夹具中的定位，夹具在机床上的位置，刀具的正确位置。（2）保证工人的造作安全。（3）达到加工的造作生产率要求。（4）满足夹具一定的使用寿命和经济效应。1.7.1 对夹紧装置的基本要求夹紧装置是夹具的重要组成部分，合理设计夹紧装置有利于保证工件的加工质量。提高生产率和减轻工人的劳动强度，因此对夹紧装置提出以下要求：（1）夹紧力应有利于工件的定位，夹紧时不破坏工件在夹具中占有正确位置；（2）夹紧力方向应可靠、适当。也就是既要保证工件在加工过程中不产生移动或震动（即要保证工件在加工过程中定位的稳定性），又要防止因夹紧力大损伤工件表面与产生夹紧变形； （3）夹紧机构操作安全、省力、夹紧迅速；（4）加紧结构的复杂程度、工作效率与生产类型相适应。结构应尽量简单，便于维护和制造； （5）具有良好的自锁性能。1.7.2 夹紧力的作用点的设计原则 （1）夹紧力作用点应靠近或应落在支撑元件上或几个支承元件所形成的的支承平面； （2）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上； （3）夹紧力的作用点应尽可能靠近被加工表面，这样可以减小切削力对工件造成的反转力矩，必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支撑并施加附加夹紧力。1.7.3 夹紧力的方向（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件的准确性和可靠性，一般要求夹紧力的方向应指向主要定位基面，把工件压向定位元件的主要定位表面上。（2）夹紧力方向应使工件变形尽可能变小，使工件的夹紧部分属于套筒零件，显然轴向夹紧要比要比径向夹紧使工件变形要小。（3）夹紧力方向应使所需夹紧力可能小，在保证夹紧可靠的前提下，减小夹紧力可以减轻工人的劳动强度，提高生产效率，同时可以使机构轻便，紧凑以与减少工件变形，为此，应使加紧力Q的方向最好与切削力下，工件重力G的方向，这时所需夹紧力为最小。1.8专用夹具的设计要求夹具设计时，应满足以下主要要求：（1）保证工件的加工精度要求，即在机械加工工艺系统中，夹具满足以下三项要求：一夹具在机床上的正确位置；工件在夹具中的正确位置；刀具的正确位置。（2）保证工人的操作方便、安全、能减轻工人的劳动强度。如采用气动、液动等机械化夹紧装置，以减轻工人的劳动强度，并可较好的控制夹紧力。夹具操作位置应符合操作工人的习惯，必要时应有安全保护装置，以保证使用安全。（3）夹具总体方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用个中快速、高效的，如多件夹紧，联动夹紧等，以缩短劳动时间，提高生产率；在小批量生产中，则要在尽可能满足夹具功能的前提下，尽可能使夹具结构简单，容易制造，以降低成本。（4）适当提高家具元件的通用化和标准化程度。要选用标准化元件选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，降低夹具成本。（5）便于排屑。（6）有良好的结构工艺性。设计夹具应便于制造、检验、装配、调整、维修等。第2章 零件的分析2.1 零件的功用本次设计所选零件为CA6140车床的拨叉831002。拔叉位于车床变速箱传动轴上换挡机构中，主要起换挡作用。该拔叉头以25mm孔套在变速叉轴上，并用螺钉经螺纹孔M22mm与变速叉轴联结,拨叉脚（60mm半孔）则夹在两齿轮之间。当需要变速时,操纵变速手柄,变速操纵机构就通过拨叉壁部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移,拨叉脚拨动三联滑移变速齿轮在花键轴上滑动以改变档位,从而改变车床主轴的旋转速度。图2.1 拔叉零件实体图2.2 零件的技术要求表2-1 拨叉零件技术要求表加工表面尺寸偏差(mm)公差与精度等级表面粗糙度Ra(m)形位公差(mm)长槽侧面16H1IT113.2长槽底面距槽底面8H12IT126.360孔两端面12d11IT113.2拨叉脚表面60H12IT123.225mm孔25H7IT70.4M221.5mm孔M22x1.5拨叉头左端面80IT12拨叉头右端面80为了实现换档变速的功能,其叉轴孔与变速叉轴有较高的配合要求,因此加工精度要求较高。为保证拨叉换档时叉脚受力均匀,要求叉脚两端面对叉轴孔25mm的垂直度要求为0.1mm。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置,改换档位准确,拨叉用螺钉定位。2.3零件的工艺性分析该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴也25mm(H7)、锁销螺纹孔M221.5mm、拨叉长槽,在设计工艺规程时应予以保证。零件的材料选择HT200，灰口铸铁生产工艺简单，虽然塑性差，脆性高，不能锻造和冲压，不适合磨削，但其铸造性能和切削加工性能优良。此零件在 CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1)以25mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：25H7mm的孔，以与42 mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为25H7mm通孔。2)以60mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：60H12的孔，以与60H12的两个端面。主要是60H12的孔。3)铣16H11的槽这一组加工表面包括：此槽的端面，16H11mm的槽的底面，16H11mm的槽两侧面。4)以M221.5螺纹孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括：M221.5的螺纹孔，长32mm的端面。主要加工表面为M221.5螺纹孔。其中16H11mm的槽与25H7的孔垂直度公差为0.08mm。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。由上面分析可知，可以先加工拨叉中心孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度与机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。已知此拨叉零件的生产类型为中批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。2.3.1审查零件的工艺性分析零件图可知，拔叉一头两端面和另一头叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触刚度；25孔的端面为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证加工精度；另外，该零件除主要工作表面（拔叉叉脚两端面，叉脚60半孔表面，25孔，槽的两侧面）外，其余加工表面加工精度较低，通过铣削，钻床的粗加工就可以达到，主要工作表面加工精度相对较高，但除25孔外其他的也可以在正常的生产条件下保质保量地加工出来。因此，该零件工艺性较好。2.4 确定生产类型设定零件为中批生产。2.5毛坯的选择2.5.1 确定毛坯种类该拔叉零件材料为HT200，250HBS。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，且为中批生产，故选择金属型铸造毛坯。零件形状简单故毛坯形状需与零件的形状尽量接近，又因孔很小，可不铸出。2.5.2 确定毛坯铸件尺寸公差、加工余量与形状要确定毛坯的尺寸公差与机械加工余量，应先确定如下各因素：1.公差等级由拔叉为金属型铸造，查机械加工工艺手册第一卷工艺基础篇P3-13表3.1-24可确定该零件公差等级为CT8-10。可取CT9。2.机械加工余量等级由其为金属型铸造，且材料为灰铸铁，查机械加工工艺手册第一卷工艺基础篇P3-13表3.1-26确定机械加工余量等级围为（RMA）D-F。可取F。3.零件表面粗糙度有技术要求表可知，该拔叉加工表面除25孔粗糙度Ra为1.6m，其他表面粗糙度Ra均大于1.6m。根据上述诸因素，可查机械加工工艺手册第一卷工艺基础篇P3-14表3.1-27与P3-12表3.1-21与确定该铸件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列表。表2-2铸件尺寸公差与机械加工余量表项目(mm)机械加工余量(mm)尺寸公差(mm)脚圆宽度6022长槽宽度1621.6脚端面宽度121.51.6中心距1250.52.5孔径2521.7端面4422长槽底面至上表面821.5顶面3621.82.5.3 绘制铸件零件图2.6 定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，通常先定精基准，然后再确定粗基准。2.6.1 粗基准的选择选择粗基准时，若铸件表面上带有浇冒口、毛刺，或者分型面或夹砂则不能选为粗基准。考虑的重点是如何保证各加工表面有足够多的余量，与保证不加工表面与加工表面间的尺寸，位置符合零件图样设计要求。对于本零件而言，应该尽可能的选择不加工表面为粗基准，而若有几个不加工的表面的工件，则应已与加工表面相对位置精度较高的不加工表面为粗基准。故现选取25孔的不加工外轮廓表面做为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个42作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。用25外圆面定位加工孔可保证孔的壁厚均匀；采用拔叉头圆柱右端面做粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。2.6.2 精基准的选择精基准的选择要考虑保证零件的加工精度与零件的装夹准确方便，选择的依据是“基准重合”原则和“基准统一”原则。应用时主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。根据该拔叉零件的技术要求和装配要求，选择拔叉叉脚左端面和叉轴孔25作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。叉轴孔25的轴线是设计基准，选用其做精基准定位加工拔叉脚两端面，圆柱斜侧面和槽所在面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度。选用拔叉叉脚左端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”的原则，因为该拔叉在轴向的尺寸多以该端面作为设计基准。2.7 制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度与位置精度等级等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工序一 以42外圆为粗基准，粗铣25孔下端面。工序二 精铣25孔上下端面。工序三 以25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰25孔，孔的精度达到IT7。工序五 以25孔为精基准，粗铣60孔上下端面。工序六 以25孔为精基准，精铣60孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.1。工序七 以25孔为精基准，钻、镗、铰60孔，保证空的精度达到IT8。工序八 以25孔为精基准，铣螺纹孔端面。工序九 以25孔为精基准，钻20孔（装配时钻铰锥孔）。工序十 以25孔为精基准，钻一个20孔，攻M221.5螺纹。工序十一 以25孔为精基准，铣槽端面。工序十二 以25孔为精基准，铣16H11的槽保证槽的侧面相对孔的垂直度误差是0.08。工序十三 两件铣断。工序十三 检查。2.8 机械加工余量、公差的确定由于设计需要，只计算工序九与工序十二的机械加工余量、公差。工序九：钻20.5的孔机床：Z535立式钻床刀具：20.5直柄短麻花钻确定钻削用量确定进给量：根据参考文献11，表28-10可查出，查Z535立式钻床说明书，取。根据参考文献11表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献11，表28-9，允许的进给量。 由于所选进给量远小于与，故所选可用。确定切削速度、轴向力F、转矩T与切削功率 根据参考文献11，表28-15，由插入法得，由于实际加工条件与上表所给条件不完全一样，故应对所的结论进行修正。根据参考文献11，由表28-3，故：查Z535机床说明书，取。实际切削速度为：由参考文献11，表28-5，故：校验机床功率 切削功率为机床有效功率：故选择的钻削用量可用。即，相应地：，切削工时 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：查参考文献5，表2.5-41工步辅助时间为：1.58min工序十二粗铣、精铣16H11槽侧面和底面的加工余量、工序尺寸和公差的确定。精铣余量Z=1mm；公差值为+0.3。精加工尺寸15mm。精铣槽16H11本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣工步，此工序精铣槽须满足各技术要求包括：槽宽16H11，槽深8H12，槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。粗铣16H11的槽机床：X6025型多功能卧式升降台铣床 ，工作台T形槽为5个，槽宽为14mm，间距为50mm。刀具：错齿三面刃铣刀 切削深度：根据参考文献查1表4.4-8有：刀具的直径D=80mm，刀具的齿数 Z=14，刀具的宽度L=14mm。查11表2.4-76得：进给量,根据参考文献3表查得切削速度，机床主轴转速：，按照参考文献11表3.1-74取实际切削速度：进给量：机床工作台每分进给量：被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：=42mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：查参考文献5，表2.5-45工步辅助时间为：1.92min半精铣16H11的槽机床：X6022型卧式铣床 刀具：错齿三面刃铣刀刀具直径D=80，齿数Z=14，宽度L=16。切削深度：根据参考文献11表查得：进给量,根据参考文献3表查得切削速度，机床主轴转速：，按照参考文献12表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量：被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度：=42mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：查参考文献5，表2.5-45工步辅助时间为：1.41min 本工序机动时间图2.1 拔叉零件图第3章 三维建模概述3.1 常见的三维建模软件目前，在市场上可以看见许多优秀的建模软件，比较知名的有3DMAX、Softimage、Maya、UG以与AutoCAD等等。他们的共同特点是利用一些基本的集合元素，如立方体、球体等，通过一系列的几何操作，如平移、旋转、拉伸以与布尔运算等来构建复杂的几何场景。利用建模软件构建三维模型主要包括几何建模、行为建模、物理建模、对象特性建模以与模型切分等。其中，几何建模的创建与描述，是虚拟场景造型的重点。本次设计所采用的软件为UG：UG是美国EDS公司（现已经被西门子公司收购）的集 CAD/CAM/CAE功能于一体的软件集成系统。其中UG CAD实用教程的主要容包括UG CAD基础入门、曲线的建立、曲线的操作与编辑、三维实体建模与编辑、草图的建立与约束管理、表达式、工程图的建立、工程图的编辑与注释、组件装配、组件爆炸视图、组件克隆与明细表、自由形状特征的建立与编辑等。本书注重将理论知识与实例相结合，并就建模方法和技巧以与如何实现参数化建模等进行了归纳总结。UG的计算机辅助制造（ CAM）模块包括数控铣加工编程、车加工编程、电火花线切割编程，UG CAM实用教程是作者针对最新版本UG NX、结合多年应用和培训UG系统的经验写成，重点讲述其中的铣加工编程，容详实、实用性强，能使读者快速具备编程的能力。UGCAE篇主要介绍UG的CAE模块。该书在结构编排上，作者试图按循序渐进、深入浅出的原则组织各章节容，同时根据读者的对CAD篇的反馈意见，在该书中增加了操作实例，详细介绍有限元分析模型和机构分析模型的创建方法、分析结果的提取方法，以提高读者的综合应用能力。 对由UG-Modeling建立的实体模型，进行线性静态分析、模态分析、稳态热传导分析和热结构分析以与尺寸优化，以指纹图等形式提取分析结果；也可在机构模块中，对模型进行机构的运动、动力分析计算与动态仿真等。3.1.1 UG的主要功能一般情况下，常用的UG的功能为：1）产品设计可建立各种复杂程度产品的三维参数化实体装配模型和部件详细模型，自动生成工作图纸(半自动标注尺寸)。2）性能分析，利用有限元方法对产品模型进行受力、受热分析和模态分析。3）零件加工，根据部件模型或装配模型半自动产生刀具路径，自动产生数控机床能接受的数控加工指令。4）机构运动分析，可分析产品的实际运动情况和干涉情况，并对运动速度进行分析。5）布线，可根据产品的装配模型，布置各种管路和线路的标准件接头，自动走线，并计算出所使用的材料，列出材料单。6）产品宣传，利用UG，我们可产生真实感和艺术照片，可制作动画等，可直接在Internet上发布。3.2 UG中的建模 UG中建模主要为实体建模。3.2.1 UG的建模模块的主菜单UG建模模块主菜单有：文件、编辑、视图、插入、格式、工具、装配、工作坐标系、信息、分析、模块、窗口等主菜单。文件菜单功能为：模型文件管理；编辑菜单功能为：模型编辑管理；视图菜单功能为：模型显示管理；插入菜单功能为：建模工具；格式菜单功能为：模型格式组织与管理；工具菜单功能为：复杂建模工具；装配菜单功能为：虚拟装配建模功能，是装配模块功能；工作坐标系菜单功能为：坐标系管理；信息菜单功能为：信息查询；分析菜单功能为：模型对象分析；设置菜单功能为：参数预设置；应用菜单功能为：启动模块与模块切换；窗口菜单功能为：窗口切换，用于切换到已经打开的其他部件文件的图形显示窗口；帮助菜单功能为：使用求助。3.2.2 UG的三维建模步骤1）启动UG。2）通过File菜单建立部件文件。3）通过Application菜单选择将要使用模块，也可通过该菜单切换到其他模块。4）通过Insert菜单选择相应建模工具建立模型或通过Edit菜单选择相应的编辑工具修改模型，构建和编辑模型过程中可随时调用相关工具完成相关任务。5）通过FileSave菜单保存文件(注意随时保存)。6）通过FileClose菜单关闭文件或通过FileExit菜单退出UG。3.2.3 UG的产品三维建模方法常见的三维建模方法：1） 有线框建模：三维实体通过顶点和棱边来描述形体的几何形状。2） 表面（曲面）建模：能通过对物体各个表面或曲面进行描述的一种三维建模方法。3） 实体建模：不仅描述了尸体全部的几何信息，而且定义了所有的点、线、面、体的拓扑结构信息。在UG中零件的三维建模方法在目前主要是基于实体特征的建模方法。从技术基础上看，有参数化技术和变量化技术两种,产品的建模方法基于装配建模。