初稿單件聯(lián)動夾緊銑床夾具設(shè)計

單件聯(lián)動夾緊銑床夾具設(shè)計內(nèi)容摘要此次畢業(yè)設(shè)計是對凸輪軸零件上半圓形鍵槽加工而設(shè)計專用夾具，凸輪軸零件具有體積小，零件較為簡單的特點。設(shè)計中涉及了機械制造工藝及機床夾具設(shè)計、金屬切削機床、公差配合與測量多方面的知識。凸輪軸零件的主要加工表面是外圓面、端面和半圓形鍵槽，通常由于外圓面的加工精度要比鍵槽的加工精度更容易保證，因此，為保證加工精度，凸輪軸的工藝流程遵循先加工外圓面后加工鍵槽的原則，并將鍵槽與外圓面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段。整個加工過程選用通用機床，其中各工序夾具都采用專用夾具。最后，特別針對零件在臥式銑床上加工半圓形鍵槽的工序設(shè)計了專用夾具設(shè)計，夾具的設(shè)計采用了V形塊的定位方式，由于所需要的夾緊力較小，本次設(shè)計專用夾具以操作簡單的單件聯(lián)動夾緊方式夾緊，其機構(gòu)設(shè)計簡單，方便且能滿足要求。 關(guān)鍵詞：凸輪軸；工藝編排；夾具設(shè)計目 錄內(nèi)容摘要I引 言11 設(shè)計任務(wù)說明12 零件的介紹23 零件的工藝分析43.1 年產(chǎn)量和批量的確定43.2 毛坯的選擇及毛坯圖的繪制53.3 定位基準(zhǔn)的分析64 專用夾具概述94.1 夾具的產(chǎn)生與現(xiàn)狀94.2 夾具的發(fā)展趨勢104.3 新型組合夾具的應(yīng)用105 夾具定位設(shè)計125.1 夾具的整體設(shè)計125.2 定位方案選擇145.3 V形塊的設(shè)計165.4 定位誤差的計算176 夾具夾緊設(shè)計196.1 夾緊裝置的組成196.2 夾緊機構(gòu)的選擇196.3 夾緊力的計算197 夾具體和連接元件設(shè)計247.1 連接元件的設(shè)計247.2 夾具體的設(shè)計248 夾具的經(jīng)濟性分析26結(jié)束語28參考文獻29引 言本次畢業(yè)設(shè)計的題目是凸輪軸單件聯(lián)動夾緊銑床夾具設(shè)計，凸輪軸是汽車上的重要零件，零件在汽車發(fā)動機運行過程中承受一定的載荷。本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容重點是夾具設(shè)計，但是在夾具設(shè)計之前必須先分析零件的工藝特點，專用夾具的應(yīng)用可以解決零件加工的批量生產(chǎn)問題，現(xiàn)代機械制造中的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題。且能穩(wěn)定加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率，在近年來國內(nèi)外機械制造領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。 本次畢業(yè)設(shè)計課題需要在掌握夾具設(shè)計的基本原理，理解現(xiàn)代的加工技術(shù)和典型的機加工工藝的基礎(chǔ)之上，設(shè)計一套合理的適合于零件加工工藝的專用夾具，以解決機械加工工藝課題，既可以降低成本，節(jié)約時間，同時提高生產(chǎn)效率。通過這次畢業(yè)設(shè)計，將所學(xué)各課程的進行了深入綜合性的總復(fù)習(xí)，并將理論與實踐緊密聯(lián)系起來。概括起來體現(xiàn)在以下三個方面：（1）正確的運用運動機械制造工藝學(xué)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的知識，解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。（2）通過設(shè)計夾具的訓(xùn)練，獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計出高效，省力，經(jīng)濟合理而能保證加工質(zhì)量的夾具。并通過這次設(shè)計提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。（3）通過使用手冊以及圖表資料，熟練的掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱，出處。通過這次畢業(yè)設(shè)計，對自己未來將從事的工作進行了一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉了自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，為今后參加工作打下了一個良好的基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計是綜合運用所學(xué)的知識的訓(xùn)練過程，也是對自我學(xué)習(xí)能力的檢驗和創(chuàng)新能力、實踐能力及創(chuàng)業(yè)精神的重要環(huán)節(jié)。由于知識水平有限，設(shè)計經(jīng)驗不足，設(shè)計中會出現(xiàn)不少錯誤，也誠懇希望老師和同學(xué)批評指正。331 設(shè)計任務(wù)說明一. 設(shè)計內(nèi)容年產(chǎn)3000件汽車凸輪軸零件臥式銑床夾具設(shè)計，而在夾具設(shè)計之前必須先分析零件，并制定一套切實可行的機械加工工藝規(guī)程。畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的重要環(huán)節(jié)之一。需要全面綜合地運用所學(xué)課程的理論知識對零件加工工藝進行分析。其目的在于：（1）培養(yǎng)我們運用機械制造工藝學(xué)，數(shù)控加工工藝等相關(guān)課程知識獨立地分析和解決工藝問題，并初步設(shè)計一個中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程。（2）根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運用有關(guān)手冊，規(guī)范，圖表等技術(shù)資料，擬定夾具設(shè)計方案，完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計。（3）進一步培養(yǎng)我們識圖，制圖，運算和編寫技術(shù)文件等基本技能。本次設(shè)計題目為：凸輪軸單件聯(lián)動夾緊銑床夾具設(shè)計。通過對一個中等復(fù)雜零件的機械加工工藝進行分析，并設(shè)計專用夾具，對理論知識進行一次綜合性，使用性，和實踐性較強的應(yīng)用。本次的設(shè)計任務(wù)是：就一個給定的零件（凸輪軸），對其機械加工工藝流程中某一道給定的工序（銑削半圓形鍵槽）設(shè)計專用夾具。二.設(shè)計工作量 1.凸輪軸零件圖 一張 2.夾具裝配圖（一道工序的夾具） 一張 3.夾具體零件圖 一張 4.說明書 一份三.設(shè)計資料 1. 機械加工工藝人員手冊;2. 機床夾具設(shè)計手冊;3. 定位夾緊符號手冊4. 機械制造技術(shù)基礎(chǔ);5. 機械制造工藝學(xué);2 零件的介紹凸輪軸廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動機中，是一種重要的零件，直接影響著汽車發(fā)動機的性能。本次畢業(yè)設(shè)計所提到的凸輪軸零件，汽車活塞式發(fā)動機中，主要作用是控制氣門的開啟和閉合動作，盡管在四沖程發(fā)動機里凸輪軸的轉(zhuǎn)速時曲軸的一半，不過通常它的轉(zhuǎn)速依然很高，而且承受著很大的扭矩，因此對凸輪軸的強度和支撐承受力要求很高，其材質(zhì)一般是特種鑄鐵，偶爾也使用鍛件。凸輪軸直接影響氣門運動規(guī)律，關(guān)系著一臺發(fā)動機的動力和運轉(zhuǎn)特性，因而凸輪軸在發(fā)動機的設(shè)計過程中占據(jù)著重要的地位。該零件圖紙如下：圖2-1 凸輪軸零件圖凸輪軸零件的主要加工表面是外圓面和半圓形鍵槽。由圖可知，該零件時典型的軸類零件，該軸具有較高的綜合力學(xué)性能，強度硬度適中，易銑削，外形較簡單，但是半圓鍵槽寬度要求較高，且都有粗糙度要求?？紤]到通常外圓面的加工精度比鍵槽的加工精度更容易在機械加工中實現(xiàn)和保證。因此，對于凸輪軸來說，加工過程中的主要問題是保證鍵槽的尺寸精度及位置精度，處理好鍵槽和外圓面之間的相互關(guān)系。按照零件圖紙的設(shè)計要求，凸輪軸驅(qū)動著汽車發(fā)動機的配氣機構(gòu)，因而對凸輪軸的材料和加工工藝要求都很高，國內(nèi)外目前廣泛采用的凸輪軸材料有低碳鋼、中碳鋼、珠光體球墨鑄鐵及合金鑄鐵等。本文選擇冷激鑄鐵凸輪軸進行分析，毛坯種類為鑄件。鑄件是指將融化了的金屬澆注到旋轉(zhuǎn)著的模型中，由于離心力的作用，金屬液粘貼于模型的內(nèi)壁上，凝結(jié)后所得鑄件外形與模型內(nèi)壁的形狀相同，使用這種方法可以毋需澆注口，故能顯著地減少金屬的消耗。由于免除了砂型和制模的設(shè)備，以及減少了鑄工車間的面積，生產(chǎn)成本就有了降低；而所得逐漸則具有緊密與微細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)及較好的機械性能。由于零件形狀簡單，因此毛坯形狀需與零件的形狀盡量接近，因內(nèi)孔很小，所以無法鑄出。由特種鑄鐵、球磨冷激鑄鐵或者可鍛鑄鐵通過冷激鑄造法生產(chǎn)的凸輪軸十分常見。冷激鑄鐵凸輪軸是將塑料制成的凸輪軸模型置于砂子中，澆鑄凸輪軸毛坯；在此過程中利用冷激有目的地對鑄件進行局部冷卻，促使迅速凝固。凸輪表面的洛氏硬度可以達到45度以上，使凸輪具有卓越的耐磨性。在冷激鑄鐵中，可以承受大約1000MPa的赫茲擠壓應(yīng)力。在鑄鐵材料制成的凸輪軸中，凸輪表面在鑄成后通過重熔法轉(zhuǎn)變成萊氏體，可以承受大約1200MPa，甚至1400-1800MPa的赫茲擠壓應(yīng)力。3 零件的工藝分析3.1 年產(chǎn)量和批量的確定在一個零件的總加工時間，及最長工序時間確定的情況下，批量和生產(chǎn)間隔期越長，生產(chǎn)率高，但是資金周轉(zhuǎn)慢，批量越大，生產(chǎn)間隔期短，資金周轉(zhuǎn)快，但是生產(chǎn)率低，所以要同時兼顧兩者。批量的確定：除了考慮生產(chǎn)間隔期外，還要考慮車間毛坯倉庫面積的限制，考慮毛坯貯存期，最小批量大于半個班，選批量為174件，已知一個零件總的加工時間為177分（各道工序定額時間之和），最長工序時間為18.3分鐘，所以：生產(chǎn)周期=2.53天凸輪軸零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為3000個/每年，可通過下式求出年產(chǎn)量和批量:式中：N-零件的年產(chǎn)綱領(lǐng)(件/年)Q-產(chǎn)品的年產(chǎn)量(臺/年)n-每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量(件/臺)a%-備品率b%-廢品率所以年產(chǎn)量 Q生產(chǎn)綱領(lǐng)*每臺件數(shù)*（1+備品率）*（1+廢品率）Q3000*1*（1+2）*（1+2）3121月產(chǎn)量Q/12=260Days=（365-52-14）/12=25天日產(chǎn)量（一天3班）月產(chǎn)量/Days=4335/25=10.41、 生產(chǎn)量類型的確定：查金屬機械加工工藝人員手冊P1256表17-5機械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì)表3-1-1 生產(chǎn)類型劃分生產(chǎn)類別同類零件的年產(chǎn)量（件）重型零件（零件重>2000kg）中型零件（零件重1002000kg）小型零件（零件重<100kg）單件生產(chǎn)5以下10以下100以下小批生產(chǎn)510010200100500中批生產(chǎn)1003002005005005000大批生產(chǎn)30010005005000500050000大量生產(chǎn)1000以上5000以上50000以上按上表，汽車凸輪軸零件屬于小型（100公斤以內(nèi)）零件，其生產(chǎn)性質(zhì)屬于中批量生產(chǎn)，5005000件。2、年時基數(shù)，三班制為：第一班2392小時，第二班2392小時，第三班1794小時。在女同志占25%以下：第一班 1914小時， 第二班1914小時，第三班1435小時 。因此：總共小時數(shù)為5086小時。3、平均流水線節(jié)拍流水線實際平時基數(shù)*60*（1-）/零件年產(chǎn)量其中，代表損失系數(shù)，包括以下幾個方面的損失：A、 工作時間內(nèi)設(shè)備修理方面損失B、 工人缺勤和自然需要方面損失C、 清理設(shè)備時的損失D、 工人休息方面的損失取15平均流水線節(jié)拍=5086*60*（1-15%）/3000=86.462min考慮到保證產(chǎn)品按時定量完成，生產(chǎn)該產(chǎn)品的每一道工序的單件核算時間必須小于生產(chǎn)節(jié)拍（工藝卡填寫過程考慮到客觀隨機因素的影響，將節(jié)拍乘80%后與單件核算時間比較），若大于生產(chǎn)節(jié)拍，就會造成完不成年產(chǎn)量，因此應(yīng)改用單臺機床加工。3.2 凸輪軸材料的分析凸輪軸毛坯的材料為球磨冷激鑄鐵。鑄鐵凸輪軸的毛坯是鑄造的，通過提高毛坯制造質(zhì)量，可以降低機械加工成本，但往往會增加了毛坯的制造成本，要根據(jù)零件生產(chǎn)類型和毛坯的生產(chǎn)條件綜合考慮。在選定毛坯和確定了毛坯的機械加工余量后，便可繪制毛坯圖，毛坯圖的繪制方法是：1.以實線表示毛坯表面的輪廓、以點劃線畫出零件的輪廓；在剖面圖上用交叉線表不加工余量。2.標(biāo)注毛坯尺寸和公差,毛坯的基本尺寸包括機械加工的余量在內(nèi),毛坯的尺寸公差參照有關(guān)資料。3.標(biāo)注機械加工的粗基準(zhǔn)符號和有關(guān)技術(shù)要求。毛坯尺寸是根據(jù)工藝規(guī)程，機械加工各工序的加工余量與毛坯制造方法能到的精度決定的，因此毛坯圖繪制和工藝規(guī)程的制訂是反復(fù)交叉進行的。在選定毛坯和確定了毛坯的機械加工余量后，便可繪制毛坯-零件綜合圖。綜合圖的繪制方法是：1以實線表示毛坯表面的輪廓、以點劃線畫出零件的輪廓；在剖面圖上用交叉線表示加工余量，加工余量為35mm。2標(biāo)注毛坯尺寸和公差，毛坯的基本尺寸包括機械加工的余量在內(nèi)，毛坯的尺寸公差參照有關(guān)資料。3標(biāo)注機械加工的粗基準(zhǔn)符號和有關(guān)技術(shù)要求。毛坯尺寸是根據(jù)工藝規(guī)程，機械加工各工序的加工余量與毛坯制造方法能到的精度決定的，因此毛坯圖繪制和工藝規(guī)程的制訂是反復(fù)交叉進行的。3.3 定位基準(zhǔn)的分析在制定零件加工工藝規(guī)程時，正確選擇定位基準(zhǔn)是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，對保證加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求以及合理安排加工順序都有重要的影響。基面選擇的正確與合理是加工質(zhì)量得到保證的基礎(chǔ)，生產(chǎn)率得以提高的重要因素。否則，加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法進行。一、基本概念：1基準(zhǔn)：就是零件上用以確定其它點、線、面，的位置所依據(jù)的點、線、面。2、基準(zhǔn)可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)，其中工藝基準(zhǔn)又分為定位基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。3設(shè)計基準(zhǔn)：設(shè)計圖樣上所采用的基準(zhǔn)。4工藝基準(zhǔn)：工藝過程中采用的基準(zhǔn)。1）定位基準(zhǔn)：加工中用作定位的基準(zhǔn)，分為定位粗基準(zhǔn)和定位精基準(zhǔn)。2）工序基準(zhǔn)：在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準(zhǔn)。3）測量基準(zhǔn)：測量時所采用的基準(zhǔn)。4）裝配基準(zhǔn)：裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準(zhǔn)。5在設(shè)計工藝過程和夾具時主要考慮定位基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)又分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)，所謂精基準(zhǔn)即利用已加工過的表面作定位基準(zhǔn)，粗基準(zhǔn)指在加工初始時用毛坯未加工的表面作定位基準(zhǔn)，也可以稱為毛基準(zhǔn)。二、基準(zhǔn)選擇原則1、粗基準(zhǔn)原則A、盡可能用精度要求高的主要表面作粗基準(zhǔn)；B、用不加工面作粗基準(zhǔn)，且該面與要加工面有一定的位置精度要求；C、余量均勻原則；D、作粗基準(zhǔn)的表面要盡量光整、光潔、有一定的面積便于裝夾；E、不能重復(fù)使用原則。2、精基準(zhǔn)選擇原則A、基準(zhǔn)重合原則盡可能使設(shè)計基準(zhǔn)和原始基準(zhǔn)重合；B、互為基準(zhǔn)原則兩個位置精度要求較高的表面互為基準(zhǔn)；C、基準(zhǔn)不變原則統(tǒng)一基準(zhǔn)。D、便于裝夾原則;三、根據(jù)凸輪軸的結(jié)構(gòu)尺寸具體分析對于凸輪軸這類零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)，面對有若干個不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準(zhǔn)，根據(jù)這個基準(zhǔn)選擇原則，先選擇底面A面粗基準(zhǔn)。先粗銑A面，再以A面為基準(zhǔn)，粗銑B面。精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題，當(dāng)涉及基準(zhǔn)與工序不重合時，應(yīng)該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復(fù)。因此應(yīng)選擇底面A面作為精基準(zhǔn)。加工凸輪軸的定位基準(zhǔn)：從圖紙上分析，B面是加工A面粗基準(zhǔn)，A面是加工B面粗基準(zhǔn)，以精加工后的A面、B面為精基準(zhǔn)，以未加工的K面及H面夾緊加工E1及E2孔，就能保證E1及E2孔相對R55圓心的位置尺寸114，從而保證為下一步加工R68臺階孔、R55孔的相對位置精度及后序工序的加工做好基礎(chǔ)。凸輪軸的精基準(zhǔn)即大平面和兩個28H8孔，精基準(zhǔn)的選擇既統(tǒng)一基準(zhǔn)，保證了基準(zhǔn)重合；同時便于裝夾; 互為基準(zhǔn)；凸輪軸的粗基準(zhǔn)即大平面和兩小孔的外緣，粗基準(zhǔn)的選擇也保證了相互位置，同時便于裝夾。零件在銑床上的加工應(yīng)采用專用夾具進行裝夾。臥式銑床的主要參數(shù)如下：型號：X6025功率：4KW主軸轉(zhuǎn)速：30-1500轉(zhuǎn)/分4 專用夾具概述4.1 夾具的產(chǎn)生與現(xiàn)狀夾具最早出現(xiàn)在1787年，至今經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。第一階段表現(xiàn)為夾具與人的結(jié)合。在工業(yè)發(fā)展初期。機械制造的精度較低，機械產(chǎn)品工件的制造質(zhì)量主要依賴勞動者個人的經(jīng)驗和手藝，而夾具僅僅作為加工工藝過程中的一種輔助工具；第二階段是隨著機床、汽車、飛機等制造業(yè)的發(fā)展，夾具的門類才逐步發(fā)展齊全。夾具的定位、夾緊、導(dǎo)向（或?qū)Φ叮┰慕Y(jié)構(gòu)也日趨完善，逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的主要工藝裝備之一；第三階段，即近代由于世界科學(xué)技術(shù)的進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具在系統(tǒng)中占據(jù)相當(dāng)重要的地位。這一階段的主要特征表現(xiàn)為夾具與機床的緊密結(jié)合?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)制造更多品種，更大批量的產(chǎn)品，以適應(yīng)市場激烈競爭。目前，一般企業(yè)習(xí)慣于采用傳統(tǒng)的專用夾具，在一個具有只能同等生產(chǎn)能力工廠中約擁有13000-15000套專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約隔4年就要更新80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量只有15%左右，特別最近年來柔性制造系統(tǒng)（FMS）、數(shù)控機床（NC）、加工中心（MC）和成組加工（GT）等新技術(shù)被廣泛應(yīng)用和推廣，使中小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)率逐步趨近于大批量生產(chǎn)的水平。由于經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)控、加工中心機床的特點,對機床夾具的使用性能和結(jié)構(gòu)提出了更高更新的要求,需要一種結(jié)構(gòu)簡單、精度高、強度高和通用性好、適應(yīng)性強、柔性高的新型夾具系統(tǒng)。以組合夾具為基礎(chǔ)的柔性夾具應(yīng)運而生,柔性夾具具有元件規(guī)格統(tǒng)一化、元件性能多功能化、元件結(jié)構(gòu)簡單化、模塊化、夾緊工件快速自動化、重復(fù)使用可調(diào)化、組裝管理微機化等特點。柔性夾具是現(xiàn)代夾具的一個主要發(fā)展方向。柔性夾具是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同尺寸規(guī)格、不同功能的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化元件、合件組裝而成的。柔性夾具元件、合件具有較好的互換性和較高的精度及耐磨性。柔性夾具能保證工件在規(guī)定的坐標(biāo)位置上準(zhǔn)確定位和牢固的夾緊,也就是說能保證工件相對于機床坐標(biāo)原點具有準(zhǔn)確和穩(wěn)定可靠的坐標(biāo)位置。這種夾具具有較高的剛度和精度,在粗加工時能承受較大的切削用量,以充分發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的生產(chǎn)能力,在精加工時能更好地保證工件定位基準(zhǔn)和加工表面的位置精度,還能根據(jù)數(shù)控、加工中心機床的要求保證夾具應(yīng)允許刀具接近盡可能更多的被加工表面甚至全部被加工表面,可減少機床的停機時間,在夾具上還能一次裝夾多個工件同時依次加工,可以減少夾具、刀具、工件系統(tǒng)的調(diào)整時間,還能減少刀具的更換次數(shù)和刀具的調(diào)整時間,更好地發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。柔性夾具元件可以通過組裝、使用、拆卸、再組裝重復(fù)使用。柔性夾具元件分三個系列:槽系列夾具元件、孔系列夾具元件、光面系列夾具元件。4.2 夾具的發(fā)展趨勢現(xiàn)代夾具的發(fā)展方向表現(xiàn)為精密化、高效化、柔性化、標(biāo)準(zhǔn)化等四個方面：a柔性化夾具的柔性化和機床的柔性化相似，它是通過調(diào)節(jié)組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因素的能力。能單獨使用也能與其他元件組合在一起使用的多功能模塊化單元體的比例將進一步增加。如現(xiàn)在使用的各種定位夾緊座、定位壓緊支承、精密虎鉗等模塊式單元體具有定位、夾緊以及調(diào)節(jié)的綜合功能,可以一件單獨使用,也可以幾件組裝在一起使用。組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊夾具、數(shù)控夾具等，在較長時間內(nèi)，夾具的柔性化趨向?qū)⑹菉A具發(fā)展的主要方向。b精密化為了提高勞動生產(chǎn)率,縮短工件的加工工時,工件的加工速度越來越高，切削量也越來越大,工序高度集中,往往需要依次完成銑、鉆、鏜等多工序的加工。為適應(yīng)切削力的大小、方向的不斷地變化,機床夾具本身也要有較高的使用強度和剛度。另一方面，機械產(chǎn)品精度也日益提高，夾具也向著精密化的方向發(fā)展，用于精密分度的多齒量，其分度可達正負(fù)0.1，用于精密車削的高精度三爪卡盤，其定心精度為5m，又如用于軸承套圈磨削的電磁無心夾具，工件的圓度可達0.2-0.5mc標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)代化加工設(shè)備的多功能化,使工藝過程高度集中、工件一次定位裝夾后能完成多工序加工,這就需要一種通用而又能重復(fù)使用的組合可調(diào)式的夾具系統(tǒng),夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面，在制造典型夾具，結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先進行夾具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件和不見的部件的形成；舍棄一些功能低劣的結(jié)構(gòu)，使得夾具、部件、元件、毛坯和材料逐步通用化。夾具的標(biāo)準(zhǔn)化階段是通用化的深入并為工作圖的審查創(chuàng)造了良好的條件。目前，我國已有夾具零件、部件的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB2148-2249-80，GB2262-2269-80以及通用夾具標(biāo)準(zhǔn)，組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。夾具的標(biāo)準(zhǔn)化有利于夾具的專業(yè)化生產(chǎn)和有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本。d高效化為縮短工件加工中的機動時間和輔助時間,減輕工人的勞動強度,工件的裝夾、拆卸也需要機械化、自動化。例如使用電動虎鉗裝夾工件，可以提高效率5倍以上，而高速卡盤可以保證卡爪正常夾緊工件時仍能夠達到9000r/min的轉(zhuǎn)速。4.3 新型組合夾具的應(yīng)用機械制造產(chǎn)品的日新月異，中小批量生產(chǎn)模式正逐步取代傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式，機械制造系統(tǒng)欲適應(yīng)這種變化需具備較高的柔性。國外已把柔性制造系統(tǒng)(FMS)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展方向。柔性化的著眼點主要在機床和工裝兩個方面，組合夾具是工裝柔性化的重點。組合夾具是由一套結(jié)構(gòu)已機床配件經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，尺寸已經(jīng)規(guī)格化的通用元件、組合元件所構(gòu)成，可以按工件的加工需要組成各種功用的夾具。組合夾具有槽系組合夾具和孔系組合夾具，孔系組合夾具槽系組合夾具及其組裝過程。組合夾具具有很高的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化特性，具有組合性、可調(diào)性、柔性、應(yīng)急性和經(jīng)濟性，使用壽命長，能適應(yīng)產(chǎn)品加工中的周期短、成本低等要求，比加工中心較適合加工中心應(yīng)用機床配件。它有下列優(yōu)點：(1)節(jié)約夾具的設(shè)計制造工時。 (2)縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。(3)節(jié)約鋼材和降低成本。(4)提高企業(yè)工藝裝備系數(shù)。但是，由于組合夾具是由各種通用標(biāo)準(zhǔn)元件組合而成的，各元件間相互配合的環(huán)節(jié)較多，夾具精度、剛性仍比不上專用夾具，尤其元件連接的接合面剛度對加工精度影響較大。通常，采用組合夾具時其加工尺寸精度只能達到IT7-IT9級，使得組合夾具的應(yīng)用發(fā)展受到一定限制。此外，使用組合夾具加工中心首次投資較大，總體顯得笨重，排屑也不是很方便。對中、小批量，單件或加工精度要求不十分嚴(yán)格的零件，在加工中心上加工時，應(yīng)盡可能選擇組合夾具。柔性制造技術(shù)、集成制造技術(shù)將是現(xiàn)代先進制造技術(shù)發(fā)展的主流。未來制造過程將變得更智能化，制造企業(yè)適應(yīng)市場的能力更強。柔性制造技術(shù)以其高效、靈活的特性使實施敏捷制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造系統(tǒng)成為可能，且應(yīng)用日益廣泛， 已成為整個機構(gòu)制造領(lǐng)域的核心技術(shù)，而組合夾具由于其靈活性，已成為現(xiàn)代夾具的主要發(fā)展方向，在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用。5 夾具定位設(shè)計5.1 夾具的整體設(shè)計機床夾具的結(jié)構(gòu)因被加工工件的加工表面不同或使用機床種類的不同而有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，大致可分為以下幾個部分：定位元件、夾緊裝置、導(dǎo)向?qū)Φ对?、連接元件、 裝置和元件、夾具體。對于夾具的設(shè)計來說，其基本要求有：（1）穩(wěn)定地保證工件的加工技術(shù)要求：（2）提高機械加工的勞動條件；（3）結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和維修：（4）操作安全、方便。根據(jù)夾具的不同特點，可以把夾具做一些分類；（1）按夾具的通用特征分類這是一種基本的分類方法，反映了夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，目前，我國常用的分類有通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和自動化生產(chǎn)用夾具等五大類。（2）按夾具使用的機床分類這是專用夾具設(shè)計所用的分類方法。如車床、銑床、刨床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、拉床等夾具。設(shè)計專用夾具時，由于機床的類別、組別、型別和主要參數(shù)均不相同，因而夾具與機床的連接方式、加工精度要求也不相同。既然夾具有自身的特點，機床夾具的設(shè)計特點和設(shè)計要求也與其它機械裝備的設(shè)計有很大的不同，主要表現(xiàn)在以下五個方面：（1）要有較短的設(shè)計和制造周期。一般沒有條件對夾具進行原理性試驗和復(fù)雜的計算工作。（2）夾具的精度一般比工件的精度高23倍。（3）夾具和操作工人的關(guān)系特別密切，要求夾具與生產(chǎn)條件和操作習(xí)慣密切結(jié)合。（4）夾具在一般情況下是單件制造的，沒有重復(fù)制造的機會。通常要求夾具在投產(chǎn)時一次成功。（5）夾具的社會協(xié)作制造條件較差，特別是商品化的元件較少。設(shè)計者要熟悉夾具的制造方法，以滿足設(shè)計的工藝性要求。顯然，注意這些問題是很重要的。這將有利于保證夾具的設(shè)計、制造質(zhì)量。機床夾具的設(shè)計要求：設(shè)計夾具時，應(yīng)滿足下列四項基本要求：（1）保證工件的加工精度要求，即在機械加工工藝系統(tǒng)中，夾具要滿足以下 三項要求：工件在夾具中的正確定位；夾具在機床上的正確位置；刀具的正確位置。（2）保證工人的操作方便、安全。（3）達到加工的生產(chǎn)率要求。（4）滿足夾具一定的使用壽命和經(jīng)濟性要求。本課題的工藝設(shè)計中，為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具，經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計凸輪軸在臥式銑床上銑削加工半圓形鍵槽工序所使用的銑床夾具。銑床夾具的組成主要包括：定位裝置、夾緊裝置、夾具體、連接元件和對刀元件。而銑床夾具的類型可分為：直線進給式銑床夾具圓周進給式銑床夾具仿形進給式銑床夾具對于銑床夾具的設(shè)計，由于銑削加工的切削力較大，又是斷續(xù)切削，加工中易引起振動，因此：夾具的受力元件要有足夠的強度和剛度；夾緊機構(gòu)所提供的夾緊力應(yīng)足夠大；要求有較好的自鎖性能。為了提高夾具的工作效率，應(yīng)盡可能采用機動夾緊機構(gòu)和聯(lián)動夾緊機構(gòu)。并在可能的情況下，采用多件夾緊和多件加工。銑床夾具的對刀裝置，用以確定夾具相對于是刀具的位置。銑床夾具的對刀裝置主要由對刀塊和塞尺構(gòu)成。常用的對刀塊有：高度對刀塊：用于加工平面時對刀直角對刀塊：用于加工鍵槽或臺階面時對刀；成形對刀塊：用于加工成形表面時對刀。本次設(shè)計零件汽車發(fā)動機凸輪軸為中批量生產(chǎn)，要求成本低，且在加工過程夾緊力要求不高。本道工序是銑削凸輪軸半圓形鍵槽，在進行本道工序時，其他加工表面均已經(jīng)完成。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵的是要找到定位基準(zhǔn)。同時，應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。5.2 定位方案選擇在工藝學(xué)中已經(jīng)知道，工件在加工前，必須首先使它在機床上相對刀具占有正確的加工位置，這就是定位。夾具在工件定位過程中起著決定的作用，工件正是通過夾具相對機床、刀具占有正確的加工位置。工件在夾具中定位的目的，就是要使同一批工件在夾具中占有一致的正確加工位置。要使工件完全定位，就必須限制工件在空間的六個自由度，此即為工件的“六點定位原則”。本設(shè)計因加工需要，可以考慮以下三種定位方案：方案一：工件在40外圓處以定位套筒定位，端面軸向定位于擋板上，由浮動的V形板來對凸輪的表面做角向定位。圖5-1 方案一方案一的優(yōu)點是元件結(jié)構(gòu)非常簡單、制造安裝很方便；但是定心精度不高，配合較松時容易產(chǎn)生工件傾斜，定位精度達不到要求。方案二：工件以40和28.45兩個外圓放在兩個V形塊上定位，端面軸向定位于擋板上，為控制凸輪與鍵槽的相對位置，由浮動的V形板來對凸輪的表面做角向定位，從而完成六點定位。圖5-2 方案二方案二的優(yōu)點是定位精度高、安裝方便、對中性好，選擇了已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的零件V形塊作為定位元件；但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造要求較高。方案三：凸輪軸兩端用兩個錐套定位，由浮動的V形板來對凸輪的表面做角向定位。圖5-3 方案三方案三的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造和安裝均方便，但是定位精度也不高，不利于刀具的進給運動。綜合以上三個方案，從經(jīng)濟性，可行性，方案的優(yōu)缺點以及加工零件的加工要求出發(fā)，應(yīng)優(yōu)先選用方案二。采用兩個V形塊、一個浮動V形板和一塊擋板來完成六點定位。5.3 V形塊的設(shè)計圖5-4 V形塊在夾具設(shè)計中，V形塊零件已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)化零件，可以直接查閱機械夾具設(shè)計手冊即可，V形塊的基本尺寸參數(shù)有：HV形塊的高度；NV形塊的開口尺寸；DV形塊的標(biāo)準(zhǔn)心軸直徑，即與工件定位處外圓直徑相等；TV形塊的標(biāo)準(zhǔn)定位高度。V形塊的夾角取90度。已知：, ；兩塊V形塊的計算內(nèi)容如下：因 , 取所以， 5.4 定位誤差的計算 在機械加工過程中，工件的加工允差k要大于與夾具有關(guān)的加工誤差和其他一些因素有關(guān)的加工誤差之和。即， 式中， ：工件的加工允差； ：與夾具有關(guān)的加工誤差； ：其它因素引起的加工誤差。其中， 式中， ：定位誤差； ：夾緊誤差； ：夾具的安裝誤差； ：導(dǎo)引誤差； ：夾具磨損引起的加工誤差。 在夾具設(shè)計制造中，要盡可能減少與夾具有關(guān)的加工誤差，如果這部分誤差所占比重很大，則留給補償其它誤差的比例就很小，結(jié)果不是降低了工件的加工精度，就是有可能造成超差而導(dǎo)致工件報廢。下面主要討論工件在夾具中定位時所產(chǎn)生的定位誤差。如圖所示：圖5-5 誤差分析示意圖定位誤差產(chǎn)生的原因有兩個：（1） 定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，必然產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差j·b；（2） 由于定位副制造不準(zhǔn)確，而引起的定位誤差d·b。所以，定位誤差由圖可知：基準(zhǔn)不重合誤差 其中， 為工件的公差。 所以， 由圖可知： 定位副不準(zhǔn)確誤差， 所以， 因此，總的定位誤差為 即， 6 夾具夾緊設(shè)計6.1 夾緊裝置的組成(1)動力裝置夾緊力的來源，一是人力；二是某種裝置所產(chǎn)生的力。能產(chǎn)生力的裝置稱為夾具的動力裝置。常用的動力裝置有：氣動裝置、液壓裝置、電動裝置、電磁裝置、氣液聯(lián)動裝置和真空裝置等。由于手動夾具的夾緊力來自人力，所以它沒有動力裝置。(2)夾緊部分接受和傳遞原始作用力使之變?yōu)閵A緊力并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分，一般由下列機構(gòu)組成：1）接受原始作用力的機構(gòu)。如手柄、螺母及用來連接氣缸活塞桿的機構(gòu)等。2）中間遞力機構(gòu)。如鉸鏈、杠桿等。3）夾緊元件。如各種螺釘壓板等。其中中間遞力機構(gòu)在傳遞原始作用力至夾緊元件的過程中可以起到諸如改變作用力的方向、改變作用力的大小以及自鎖等作用。(3)夾緊裝置的基本要求在不破壞工件定位精度，并保證加工質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量使夾緊裝置做到：夾緊作用準(zhǔn)確、安全、可靠。夾緊動作迅速，操作方便省力。夾緊變形小。結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。6.2 夾緊機構(gòu)的選擇本夾具采用斜楔夾緊機構(gòu)，特點：1）斜楔具有良好的自鎖性能； 2）斜楔可以改變夾緊作用力的方向； 3）斜楔具有增力作用； 4）斜楔的夾緊行程很小。綜合以上特點，本夾具設(shè)計可以優(yōu)先選用斜楔夾緊機構(gòu)。6.3 夾緊力的計算如圖所示：圖6-1 斜楔機構(gòu)其中，為夾緊力，為使工件夾緊的推力。查手冊可知：增力比 其中，：斜楔夾緊機構(gòu)的斜楔角； ：平面摩擦?xí)r作用在斜楔面上的摩擦角； ：移動柱塞雙頭導(dǎo)向時導(dǎo)向孔對移動柱塞的摩擦角； ：移動柱塞單頭導(dǎo)向時導(dǎo)向孔對移動柱塞的摩擦角； ：移動柱塞導(dǎo)向孔的中點至斜楔面德距離； ：移動柱塞導(dǎo)向孔長。所以， ，； 取 0.7 則， ；所以，外力取200N 夾緊力符合加工要求。 定位夾緊方案的確定本夾具設(shè)計時以前道工序成型后的表面作為粗基準(zhǔn)，再以加工好的面作為基準(zhǔn)加工另外一個面。定位元件用于確定工件在夾具中的位置，使工件相對于刀具及運動軌跡有一個正確的位置。定位元件是夾具的主要功能元件之一，其定位精度將直接影響攻堅餓加工精度。定位元件主要有支承釘、支撐板、可調(diào)支承和輔助支承四種。由于發(fā)動機凸輪軸零件在本道工序之前所有表面均已經(jīng)加工過，因此使用V形塊作為定位元件較為合適，因此，在本設(shè)計中，分別以V形塊作為工件A面的定位，限制工件x軸旋轉(zhuǎn)、y軸旋轉(zhuǎn)、z向移動三個自由度。另外，由于變速箱凸輪軸零件的結(jié)構(gòu)特點具有外圓表面，在進行工序六之前，外圓內(nèi)孔已經(jīng)加工過，以外圓內(nèi)孔定位時，通常采用圓柱軸銷。根據(jù)工件的特點，需要兩個圓柱軸銷，實現(xiàn)“一面兩銷”的定位。安裝時，先將工件放在一個V形塊（消除x軸旋轉(zhuǎn)、y軸旋轉(zhuǎn)、z向移動三個自由度）之上，并靠在右邊的支承釘之上（消除x向移動一個自由度），并由兩個圓柱軸銷定向（消除z軸旋轉(zhuǎn)一個自由度），然后使用開口墊片和螺母等鎖緊螺母，把工件夾緊，此時六個自由度全部消除。本夾具夾緊方案為利用螺栓、螺母手動夾緊。在銑削時夾緊力產(chǎn)生的力矩，必須滿足機床夾具設(shè)計手冊中所規(guī)定的要求，刀具材料：YG8細(xì)齒硬質(zhì)合金面銑刀刀具有關(guān)幾何參數(shù)： 由機床夾具設(shè)計手冊表1-2-9 可得銑削切削力的計算公式： 查參考文獻13表得：對于灰鑄鐵： 取 ， 即所以 由參考文獻3表1-2可得：垂直切削力 ：（對稱銑削）背向力：根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即： 安全系數(shù)K可按下式計算： 式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻13表可得： 所以 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。單個螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算： 式中參數(shù)由機床夾具設(shè)計手冊可查得： 其中： 螺旋夾緊力：易得：經(jīng)過比較實際夾緊力遠遠大于要求的夾緊力，因此采用該夾緊機構(gòu)工作是可靠的，可以滿足切削力的要求。三、夾具的具體設(shè)計在夾具設(shè)計中，本夾具有以下特點：A、該夾具采用手動夾緊，可靠方便，省時省力，尺寸小，不需要增壓裝置，結(jié)構(gòu)簡單。B、該夾具采用一面兩銷定位，誤差少，能夠滿足工件的加工要求；C、工件要求不太高，夾具各公差配合適當(dāng)放寬，降低了夾具的制造精度，從而使夾具生產(chǎn)成本不太高，符合夾具設(shè)計要求。7 夾具體和連接元件設(shè)計7.1 連接元件的設(shè)計銑床夾具的連接元件由兩部分組成：定位鍵銑床夾具以定位鍵和機床工作臺T型槽配合，每個夾具一般設(shè)置兩個定位鍵，起到夾具在機床上的定向作用，并用埋頭螺釘把定位鍵固定在夾具體的鍵槽中。材料選用45鋼；本夾具采用B型定位鍵，具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 圖7-1定位鍵帶U型槽的耳座在銑床夾具縱向兩端底邊上，設(shè)計帶U型槽的耳座，供T型槽用螺栓穿過，將夾具體緊固在工作臺上。材料：HT30。7.2 夾具體的設(shè)計夾具體是用于連接或固定夾具上各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件。它與機床有關(guān)部件進行連接、對定，使夾具相對于機床具有確定的位置。銑床夾具的夾具體一般要設(shè)定位或?qū)蜓b置，夾具通過夾具體底面安放在銑床工作臺上，可直接用鉆套找正并用壓板夾緊（或在夾具體上設(shè)置耳座用螺栓夾緊）。對于銑床，通常要求在相當(dāng)于刀具送進方向設(shè)置對刀塊安裝位置。本設(shè)計中的夾具體圖紙設(shè)計可見本文附件。本夾具體采用HT200灰鑄造鑄造，具有以下優(yōu)點：1）可以鑄出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀；2）鑄鐵件的抗壓強度的、耐振性好，因此特別適用于加工時振動大， 切削負(fù)荷大的場合；3）價格低廉，鑄鐵件易于加工，可降低夾具成本。鑄造的生產(chǎn)周期長，而且因鑄造時的內(nèi)應(yīng)力緣故，易引起變形，從而影響夾具體精度的持久性。因此鑄造夾具體必須進行時效處理。與焊接結(jié)構(gòu)相比，鑄造可以鑄出形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。夾具體與定位夾緊元件用銷軸和螺釘聯(lián)接，銷軸和螺釘均采用標(biāo)準(zhǔn)件。為便于作為基準(zhǔn)面和與通用機床工作臺面相結(jié)合，夾具體底板加工精度要求較高，并在夾具體底板上設(shè)計有定位鍵與工作臺面倒T型槽相配合。因此，本夾具采用鑄造結(jié)構(gòu)比較合適。材料：選用HT20，壁厚：30mm 。8 夾具的三維造型設(shè)計8.1 三維設(shè)計概述三維實體模型設(shè)計是利用計算機將將用戶的設(shè)計思想模擬表現(xiàn)出來。前文所述設(shè)計，確定了單級聯(lián)動夾具各個主要零部件的形狀和尺寸。運動三維實體造型設(shè)計，可以進一步驗證零部件設(shè)計的正確性和準(zhǔn)確性。三維實體模型參數(shù)化設(shè)計是計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)在實際應(yīng)用中提出的課題，它不僅可使CAD系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動繪圖的功能。目前參數(shù)化技術(shù)大致可分為如下三種方法:(1)基于幾何約束的數(shù)學(xué)方法;(2)基于幾何原理的人工智能方法;(3)基于特征模型的造型方法。參數(shù)化設(shè)計中的參數(shù)驅(qū)動機制是基于對圖形數(shù)據(jù)的操作。通過參數(shù)驅(qū)動機制，可以對圖形的幾何數(shù)據(jù)進行參數(shù)化修改，需要注意的是，在做任何參數(shù)化修改時必須滿足圖形的約束條件。參數(shù)驅(qū)動是一種全新而有效的參數(shù)化方法，由于其直接對數(shù)據(jù)庫進行參數(shù)化操作。因此交互性較好，用戶可以利用繪圖系統(tǒng)全部的交互功能修改圖形及其屬性，進而控制參數(shù)化的過程;與其他參數(shù)化方法相比較，參數(shù)驅(qū)動方法具有簡單、方便、易開發(fā)和使用的特點，能夠在現(xiàn)有的繪圖系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)。而且適用面廣，對三維問題也同樣適用。設(shè)計人員使用參數(shù)化設(shè)計手段開發(fā)專用產(chǎn)品，可以減少大量繁重而瑣碎的繪圖工作，大大提高設(shè)計速度和效率，使設(shè)計信息存儲量大大提高。同時，針對零件上的任意參數(shù)化特征，設(shè)計人員進行圖形化的編輯、修改也非常方便，這就使得用戶對其三維產(chǎn)品的設(shè)計更為直觀和實時。用戶在一個主模型中，就可以實現(xiàn)動態(tài)地捕捉設(shè)計、分析和制造的意圖。8.2 Solidworks三維設(shè)計簡介自從上世紀(jì)60年代計算機輔助CAD技術(shù)產(chǎn)生以后，工業(yè)自動化水平大大提高，在船舶、汽車以及航空航天等高精尖的技術(shù)領(lǐng)域里，大量復(fù)雜的設(shè)計課題進一步促進了CAD軟件發(fā)展發(fā)展得更加功能完備，作為CAD技術(shù)重要標(biāo)志的CAD軟件取得了突飛猛進的發(fā)展。如今，CAD軟件為數(shù)眾多，其中，SolidWorks由于其具有強大的三維處理功能和先進的設(shè)計理念，同時其操作又簡單實用，易于被眾多設(shè)計者接受和學(xué)習(xí)，在機械設(shè)計與加工領(lǐng)域中得到了非常廣泛應(yīng)用。SolidWorks是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一套由設(shè)計到生產(chǎn)的大型機械自動化軟件。SolidWorks包括數(shù)十個功能模塊組成，每一個功能模塊都有自己獨立的功能。在設(shè)計時，用戶可以根據(jù)需要調(diào)用其中任何一個模塊，各個模塊創(chuàng)建的文件有不同的文件擴展名。此外，SolidWorks還提供了一些系統(tǒng)的附加模塊和二次開發(fā)模塊，這些應(yīng)用主要面向高級用戶。8.3 夾具的三維詳細(xì)設(shè)計在進行夾具的三維設(shè)計前，首先需要認(rèn)真分析了SolidWorks軟件平臺的一些功能和數(shù)據(jù)管理方法。針對本文所述設(shè)計，建立文檔文件夾，用于管理合同、技術(shù)協(xié)議、外購件明細(xì)表等文檔。在做SolidWorks參數(shù)化實體造型設(shè)計時又建立夾具文件夾用于管理，在夾具文件夾中又建立零件、部件等相應(yīng)文件夾進行管理。建立完整而清晰的設(shè)計思路是十分重要的。在設(shè)計中，對于標(biāo)準(zhǔn)件和外購件的積累是相當(dāng)重要的，在設(shè)計初期，對標(biāo)準(zhǔn)件和外購件的三維設(shè)計都必須嚴(yán)格按照機械夾具設(shè)計手冊中提供的相關(guān)數(shù)據(jù)進行三維設(shè)計，并保存在特定的文件夾中以便日后進行條用。如V形塊、手柄、銷等。此外，對于各個零部件的文件名命名，一律需以其功能或者安裝方式進行完整清晰的命名，避免使用數(shù)字，字母等讓人無從知曉零件功能的命名方式。標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計積累對于提高設(shè)計速度是十分有效的，標(biāo)準(zhǔn)件、標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)、常用機構(gòu)、特殊機構(gòu)及外購件等資料越完備，給設(shè)計帶來的思路和方法也越寬廣。但是這些資料需要我們保持長期積累的。此外，就是設(shè)計過程中對于軟件掌握的情況了。對于軟件掌握的熟練，也可以大大加快設(shè)計的速度和質(zhì)量。當(dāng)然了，還要對銑床夾具本身的功能比較清楚。在實體設(shè)計的過程中，首先應(yīng)該根據(jù)需要，確定對凸輪軸進行三維造型設(shè)計，然后圍繞凸輪軸進行定位和夾緊的位置，對相應(yīng)的機械零部件進行參數(shù)化設(shè)計，在進行零件設(shè)計的同時，還可以同時對總裝配進行參數(shù)化設(shè)計，便于及時發(fā)現(xiàn)零部件的問題和進行修改，最后完成總裝配設(shè)計。三維總裝配是由各個不同的零部件組成，這些零部件依照不同的配合關(guān)系組合在一起，也被稱為約束，在利用計算機進行設(shè)計時，要盡可能以零部件最真實的裝配方法來對零部件進行相關(guān)約束。如螺釘與螺紋孔的約束就可以使螺釘?shù)膱A柱面與螺孔的圓柱面同心約束，對于夾具設(shè)計，大部分零件都安裝在夾具體上，所以應(yīng)以夾具體為裝配體中的主要基準(zhǔn)零部件，使其它零部件與夾具體按照面與面的重合約束、安裝孔的同心約束連接在一起。對于一些局部可以將來零件組合在一起的，可以組成部件，這樣會大大節(jié)約三維設(shè)計的時間，提高設(shè)計效率。在進行零件的參數(shù)化設(shè)計時，SolidWorks提供了零件設(shè)計的草圖模式，在草圖編輯器中完成零件實體的投影二維設(shè)計，最后返回到實體設(shè)計界面，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等方法生成零件，然后再利用SolidWorks提供的異型孔工具、和型面處理工具，從而得到我們所想要的設(shè)計結(jié)果。各個零件的設(shè)計過程與前述基本相同，即先完成草圖，再返回到實體設(shè)計界面，將草圖元素拉伸成實體。9 夾具的三維動態(tài)分析利用SolidWorks三維實體造型軟件完成零部件的三維造型設(shè)計之后，可以對所設(shè)計的夾具進行簡單的動態(tài)模擬分析，以便驗證設(shè)計方案的正確性，各個零部件設(shè)計尺寸的正確性，避免零部件在總裝配設(shè)計中產(chǎn)生的干涉問題。三維動態(tài)分析的基礎(chǔ)首先是必須夾具中的各個零部件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計必須正確，夾具中各零部件的配合關(guān)系也必須正確。因而在進行動態(tài)分析之前必須仔細(xì)檢查錯誤，修改完善。在確保各個零部件及裝配圖的三維設(shè)計都正確以后可以進行動態(tài)分析了，所謂動態(tài)分析，需要分析夾具在夾緊工件與放松工件兩個極限狀態(tài)時的狀態(tài)，在這個過程中，需要觀察零部件再運動過程中不能有干涉現(xiàn)象發(fā)生。在三維動態(tài)分析中，可以使用SolidWorks提供的相關(guān)高級配合約束對零部件的運動軌跡進行約束，以達到所設(shè)計的要求，這些高級配合約束包括寬度、對稱、路徑、線性配合等。同時，為區(qū)別各零部件，可以在SolidWorks中對各個零部件進行著色渲染處理，以便能直觀得反應(yīng)真實的設(shè)計效果。以下分別是本次畢業(yè)設(shè)計所做的三維動態(tài)分析中的夾具的夾緊和放松兩種極限狀態(tài)圖：10 夾具的經(jīng)濟性分析按規(guī)定的技術(shù)要求，將零件或部件進行配合和連接，使之成為半成品或成品的工藝過程，稱為裝配。裝配包括部件裝配和總裝。機器是由零件、套件、組件、部件等構(gòu)成的。為保證有效地進行裝配工作，通常將機器劃分成若干個能獨立裝配的部分，稱為裝配單元。在裝配工藝中，表明產(chǎn)品零、部件間相互裝配關(guān)系及裝配流程的示意圖，稱為裝配系統(tǒng)圖。組成機器的最小單元即是零件，它是由整塊金屬或其它材料制成的。零件可以直接安裝到機器上，也可以預(yù)先組成套件、組件或部件后再安裝到機器上。在一個基準(zhǔn)零件上，裝上一個或若干個零件構(gòu)成的部分稱為套件。在一個基準(zhǔn)零件上，裝上若干個零件(及套件)而構(gòu)成的部分稱為組件。機器結(jié)構(gòu)裝配工藝性的基本要求：機器能夠分成獨立的裝配單元；盡量減少裝配過程中的修配和機械加工；機器結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝配和拆卸；結(jié)構(gòu)的繼承性好；各裝配單元應(yīng)有正確的裝配基準(zhǔn)。為了提高整個工藝加工的生產(chǎn)效率，在保證定位夾緊要求和零件的各項技術(shù)要求的前提下，對于夾具的選擇也要滿足一定的經(jīng)濟性。1、在夾具設(shè)計中，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件或推薦的元件，這樣在夾具需更換元件時，可避免重復(fù)設(shè)計、重復(fù)制造帶來的麻煩和浪費，減少更換時間，且降低了夾具成本。2、盡量減小需精加工的平面的面積，降低夾具的制造成本。3、為提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡量采用方便、簡單的夾緊裝置，這樣不僅可以減少勞動強度，還可降低成本。夾具的裝配總圖應(yīng)該遵循機械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)繪制，圖形大小的比例盡量取1：1，為求使繪制的夾具總圖有良好的直觀性，如果工件過大的時候選用1：2等縮小比例，過小時取2：1的比例；圖中應(yīng)該以最少數(shù)量視圖清楚地表示出夾具的工作原理和結(jié)果，表示各種元件或者裝置之間的位置關(guān)系等；繪制的順序：先用點劃線繪出工件的輪廓，外形及定位基準(zhǔn)，并用網(wǎng)狀線顯示出加工余量；把工件輪廓視為透明體，然后按著工件的形狀及位置依次畫出定位、導(dǎo)向、夾緊及其他元件或者裝置的具體結(jié)構(gòu)；最后繪制夾具體，形成一個完整的夾具；夾具總圖上標(biāo)注出零件編號，按規(guī)定要求填寫標(biāo)題欄和明細(xì)表；最后確定并標(biāo)注有尺寸和夾具技術(shù)要求。夾具裝配圖如下：圖8-1 夾具裝配圖基于以上結(jié)論，本套夾具在經(jīng)濟性方面具有加工經(jīng)費較少，比較容易加工加工，并且螺栓，螺母均是標(biāo)準(zhǔn)零件，在通用五金商店就能買到。結(jié)束語經(jīng)過了近兩個多月的心情努力，在指導(dǎo)老師的耐心幫助和悉心指導(dǎo)下，本次畢業(yè)設(shè)計完成了針對凸輪軸零件在臥式銑床上加工半圓形鍵槽的加工工序，設(shè)計了一套合理可行的專用夾具。在設(shè)計過程中應(yīng)用到了大學(xué)里的各門專業(yè)課程知識，是學(xué)習(xí)理論與實踐相結(jié)合的一個成果。通過這次設(shè)計，綜合知識的運用能力得到了長足的進步，學(xué)會了按照設(shè)計任務(wù)要求先進行總體設(shè)計，再進行詳細(xì)設(shè)計的設(shè)計思想?？磮D、繪圖能力也得到相應(yīng)的提高，最終圓滿的完成設(shè)計，為今后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。在整個設(shè)計過程中，由于知識的缺乏，出現(xiàn)了不少理論和實踐上的錯誤，在指導(dǎo)老師的耐心指正下才得以解決。她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和高度的責(zé)任心，給我在生活和工作中以很大的影響，我在此表示衷心的感謝。凸輪軸作為汽車發(fā)動機中的重要零件，以其經(jīng)濟性與實用性還將長期存在。工序間采用專用夾具，雖然設(shè)計周期有所延長，但大大縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，同時提高了加工精度，降低了產(chǎn)品的不合格率。隨著技術(shù)的不斷更新，工藝的不斷完善，凸輪軸類零件的加工方法也將取得長足發(fā)展。專用夾具是工藝裝備的主要組合部分，在機械制造中占有重要地位，夾具對保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，減輕勞動強度，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期等都具有重要意義。隨著先進制造技術(shù)的發(fā)展和市場競爭的加劇，傳統(tǒng)的夾具設(shè)計方式已成為企業(yè)中產(chǎn)品快速上市的瓶頸，各企業(yè)迫切需要提高夾具設(shè)計的效率。通過本次畢業(yè)設(shè)計，我由衷的感謝指導(dǎo)老師對畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)。老師的耐心講解、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和高尚的敬業(yè)情操都使我受益匪淺，在此，我向老師表示最真誠的感謝。同時，感謝同班同學(xué)的支持和幫助，使我更好的完成了畢業(yè)設(shè)計。最后，很感謝閱讀這篇畢業(yè)設(shè)計的人們。感謝你們抽出寶貴的時間來閱讀這篇畢業(yè)設(shè)計。參考文獻1浦林祥主編：金屬切削機床夾具設(shè)計手冊，機械工業(yè)出版社，19952孫麗媛主編：機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo)，冶金工業(yè)出版，20023白成軒主編：機床夾具設(shè)計新原理，機械工業(yè)出版社，19974鄭本修主編：機械制造工藝學(xué)，機械工業(yè)出版社， 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