機械畢業(yè)設計（論文）-十字頭零件車Φ85外圓和挖Φ24槽專用車床夾具設計及運動仿真【全套圖紙UG三維】

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1、編編 號號 無錫太湖學院 畢畢業(yè)業(yè)設設計計（論論文文） 題目：題目：基于基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運的車床夾具虛擬設計及運 動動 仿真仿真 信機 系系 機械工程及自動化 專專 業(yè)業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： （職稱：副教授 ） （職稱： ） II 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠誠 信信 承承 諾諾 書書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 基于 UG 的 車床夾具虛擬設計及運動仿真 是本人在導師的指導下獨立進 行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特

2、別 加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包 含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 97 學 號： 0923801 II 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無無錫錫太太湖湖學學院院 信信 機機 系系 機機械械工工程程及及自自動動化化 專專業(yè)業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計論論 文文 任任 務務 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 1、題目 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù)二、課題來源及選題依據(jù) 課題來源于生產(chǎn)實際。 現(xiàn)代生產(chǎn)制造中，機床夾具是一種不可或缺的工藝設備，它直接 影響著零件的加工精度、生產(chǎn)率和

3、產(chǎn)品的制造成本等，所以機床夾具 設計是一項重要的技術(shù)工作，在機械制造以及生產(chǎn)技術(shù)中占有極其 重要的地位。 現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市 場的需求與競爭，特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)、柔 性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應用，現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求：三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 根據(jù)提供的畢業(yè)設計資料理解設計要求，查閱相關(guān)中外資料。 確定車床組合夾具結(jié)構(gòu)及定位、夾緊方案。 對車床組合夾具進行三維建模，生成工程圖，完成爆炸圖及裝夾工 II 件的動作演示。

4、完成車床組合夾具加工工序和工藝方案及繪制工序圖。 閱讀和翻譯英文文獻。 撰寫畢業(yè)設計論文。 四、接受任務學生：四、接受任務學生： 機械 97 班班 姓名姓名 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設計（論文）指導（或顧問）：六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師指導教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學科組組長研究所學科組組長研究所 所長所長 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 根據(jù)任務書的要求，本次任務主要是針對

5、十字頭零件的加工設計兩套專用的車床夾 具，完成相應的加工要求。主要內(nèi)容包括：加工零件的分析、分析其結(jié)構(gòu)、各部分相關(guān) 尺寸、加工工藝過程及工序、零件圖的繪制、加工各面、孔等內(nèi)容。具體任務是針對車 85 外圓和挖 24 槽設計兩套專用車床夾具，確定其定位、夾緊方案和誤差、切削力的 計算。在此之前，首先要擬定一套高效的加工方案，進行工序及工步的確定，進而根據(jù) 所選定的方案完善相應的計算和加工工藝卡片，再由所需要求，設計出夾具的尺寸，根 據(jù)查找的資料，實現(xiàn)理論的設計。在得到理論設計的尺寸和方案之后，利用 UG 進行三維 建模，并對所畫的各部件做裝配、爆炸及運動仿真等工作，最后，將所有零部件及裝配 圖生

6、產(chǎn)工程圖。通過 UG 的虛擬設計，來說明各部分零件之間的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系，同時為 了清楚的表示出組裝夾具的內(nèi)部聯(lián)系，還需要繪制出相應的剖視圖，以加深對設計內(nèi)容 的理解和直觀感覺。在最后的運動仿真，分析可得到所設計的夾具符合零件要求。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：車床夾具；UG；虛擬設計；運動仿真 IV Abstract According to the requirements of specifications, the main task is to design two special lathe fixtures for machining crosshead part, to complete t

7、he corresponding processing requirements. The important tasks are analysis of processing parts, analysis of its structure and the partial correlation dimension, process technology and process, drawing of spare parts, machining of the part of spaces and holes, and so on. The particular tasks are to d

8、esign two special lathe fixtures for turning the circle of 85 and 24, to make sure the scheme of positioning and clamping, and to calculate the error and cutting force. First of all is to achieve high speed and efficient processing scheme, to determine the working procedure and step, then according

9、to the selected scheme to complete the corresponding counting and processing cards, according to the requirements to design the size of fixtures, to realize the theory design. When we obtain the size of the theory design and the scheme, we use UG to create three-dimensional modeling and assemble all

10、 parts and explode all parts and motion simulation, and so on. All parts and assembly draws production engineering drawings. We illustrate the structure and assembly relation between the parts by the virtual design of UG. At the same time, we use it to clear out the internal relations of assembly fi

11、xture and need to draw the sectional view of the corresponding to readers, which give the most intuitive feel for readers at a glance. After the motion simulation, the fixtures which I design can meet requirements of parts. Key words: turning machine fixture; UG; virtual design; motion simulation V

12、目目 錄錄 摘 要.III ABSTRACTIV 目 錄 V 1 緒論1 1.1 本課題研究的目的和意義.1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，發(fā)展動態(tài).1 1.3 本課題的主要內(nèi)容.2 2 零件的分析及工藝規(guī)程設計.4 2.1 零件的功用.4 2.2 零件的工藝分析.4 2.3 確定毛坯的制造形式.5 2.4 基面的選擇.5 2.5 制定工藝路線.5 2.6 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定.5 2.7 確定切削用量及基本工時.6 3 夾具設計.15 3.1 車 85 外圓的夾具設計15 3.1.1 問題的提出15 3.1.2 定位方式和定位基準的選擇15 3.1.3 切削力及夾緊力計算15 3

13、.1.4 定位誤差分析16 3.1.5 夾具設計及操作簡要說明16 3.2 挖 24 槽的夾具設計18 3.2.1 問題的提出18 3.2.2 定位方式和定位基準的選擇18 3.2.3 切削力及夾緊力計算18 3.2.4 定位誤差分析19 3.2.5 夾具設計及操作簡要說明19 4 運動仿真.25 4.1 UG 的簡介.25 4.2 運動仿真.26 4.2.1 專用車床夾具 1 的運動仿真27 4.2.2 專用車床夾具 2 的運動仿真30 5 結(jié)論與展望.32 5.1 結(jié)論.32 5.2 不足之處及展望.32 致 謝.33 VI 參考文獻.34 附 錄.35 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運

14、動仿真 1 1 緒論緒論 1.1 本課題研究的目的和意義本課題研究的目的和意義 在現(xiàn)代生產(chǎn)制造中，機床夾具是一種不可或缺的工藝設備，它直接影響著零件的加 工精度、生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，所以機床夾具設計是一項重要的技術(shù)工作，它是 各機械制造企業(yè)新產(chǎn)品投產(chǎn)、老產(chǎn)品改進和工藝更新中的一項重要生產(chǎn)技術(shù)準備工作， 也是每一個從事機械加工工藝的技術(shù)人員必須掌握的基礎知識，在機械制造以及生產(chǎn)技 術(shù)中占有極其重要的地位1。 有些零件可以在相應的機床上做粗、精加工，但是在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，車床可以加工的 不僅僅是盤類、軸類零件等對稱的零件，它還可以加工一些有特殊要求的孔槽，根據(jù)實 際需要，利用現(xiàn)有資源，設計組合夾

15、具，減少機床時間，提高經(jīng)濟效益。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，發(fā)展動態(tài)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，發(fā)展動態(tài) 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，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， 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技術(shù)的進步及 社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具與機床有了緊密結(jié)合。 在我國，組合機床發(fā)展已有 28 年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當?shù)幕A，應用也 已深入到很多行業(yè)，是當前機械制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品更新，進行技術(shù)改造，

16、提高生產(chǎn)效率和 高速發(fā)展必不可少的設備之一。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度 較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。 國內(nèi)傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機電、 氣壓和液壓控制運行的，生產(chǎn)的零件批量比較大，大多是：大中型箱體類和軸類零件， 隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在用它來加工連桿和板件也不少，主要是完成哪些加工呢？ 在加工孔方面：鉆、擴、鉸,都是可以的，同時鏜孔以及加工螺紋也比較方便，我們還可 以用它來車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀的槽，以及銑削平面和成形面等。綜以上所 說，組合機床功能廣泛，所以被廣泛用于機械、輕工等方面。組合機床種類比較多，像 單面的、雙面的、三面的、臥式的

17、、立式的等。隨著人們對機械行業(yè)的不斷研究探索， 柔性組合機床得到大家的喜愛，它的主軸箱是多位的、可換的，上面的編碼也是隨著夾 具和刀具的變動自行更改，這大大提高了生產(chǎn)效率。隨著人們生活水平提高，需求也越 來越廣泛，技術(shù)也越來越好，最近幾年，組合機床加工中心，機床上面的輔佐機械比如： 清洗機、裝配機、輸送線等在這個行業(yè)中被使用的很多。 組合機床和自動線的技術(shù)是比較綜合的，它是根據(jù)用戶特殊要求設計的，設計的過 程中要注意以下問題：加工工藝的選擇，刀具的計算，測量，控制，診斷問題及監(jiān)控， 清洗裝配的設計，裝配和試漏技術(shù)等。我國重工業(yè)發(fā)展較慢，起點較低，技術(shù)要求高的 機床很多都是從國外購買的，這其實變

18、相的提高了我們的生產(chǎn)成本。所以我們自己要不 斷研究發(fā)現(xiàn)，研制新產(chǎn)品，爭取將我們的機床更多的“柔性”化，滿足用戶的需求。 我們可以從第 21 屆日本國際博覽會上看出，來自世界各地 10 多個國家和地區(qū)的 無錫太湖學院學士學位論文 2 500 多家機床制造商和團體展示的先進機床中，復合、多功能、多軸化的控制設備以及超 高速和精度較高的裝備非常受到大家的歡迎。想要提高機床的速度，關(guān)鍵在于提高主軸 轉(zhuǎn)速和進給速度，這次的博覽會展示的加工中心，其主軸轉(zhuǎn)速可以達到 1000020000r/min;最高的進給速度，可以達到 2060m/min;復合、多功能、多軸化控制 裝配可以提高零件的一體化程度，加工形狀

19、的種類也得到提高。多功能于一身大大提高 了生產(chǎn)的效率，減少了搬運移動的成本，促進了大生產(chǎn)的發(fā)展。更為重要的信息化的應 用和推廣使得現(xiàn)代機床的自動化程度飛快提高，工人們可以通過電腦或者手機對機床的 程序進行遠程控制和修改，對正在加工的零件的動態(tài)了解的很清楚，可以及時有效地更 改加工程序，并且對所有的運算直接電腦進行，相當?shù)姆奖?。同時通過網(wǎng)絡對遠程設備 進行維修和檢查，在發(fā)現(xiàn)問題之后，在網(wǎng)上交流問題，在線解決并很快的提供售后服務2。 組合夾具的工藝裝備是標準化的、系列化的，通用程度比較高的，它是由一套預先 制好的各種形狀不同、規(guī)格不同、尺寸不同，具有完全互換性的標準元件組裝而成的夾 具。它的結(jié)構(gòu)形

20、式可以根據(jù)零件的加工要求進行更改，也就是因為它的通用性強、可重 復利用率較高的特點，可以滿足各種零件的加工需求。使用完畢之后，我們可以對其拆 卸、清洗，元部件又可以組合成新的組合夾具，這樣免去了高成本的專用夾具的儲備， 同時也節(jié)約了制造零件的工時，降低了生產(chǎn)成本，具有較好的經(jīng)濟效益。所以在現(xiàn)代多 品種的制造行業(yè)中，組合夾具的應用特別廣泛。 據(jù)專家分析表明，現(xiàn)在的中、小批多品種生產(chǎn)的工件種類占總數(shù)的 85%左右，現(xiàn)代 人們的需求要求制造產(chǎn)品經(jīng)常更新?lián)Q代。但是，很多大企業(yè)已經(jīng)習慣于大量的傳統(tǒng)專用 夾具，一般具有中等生產(chǎn)能力的企業(yè)。大概有數(shù)千甚至萬套的專用夾具，種類之繁多， 在生產(chǎn)和加工中造成很多的

21、不便；還有一種情況是，在多產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔幾年 就要更新一大半的夾具，而這些被淘汰的夾具磨損量很小，完全可以繼續(xù)使用，就被這 樣浪費了，這是一個資源的重大浪費。所以，近年來，包括數(shù)控加工中心，成組技術(shù)， 柔性制造系統(tǒng)等加工技術(shù)的應用對機床夾具提出了以下幾個要求： （1）能夠比較效率地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備的時間，有效地降低生產(chǎn) 成本； （2）能裝夾一套具有相似特性的工件； （3）能適用于較高精密加工的高精度機床夾具； （4）能適用于現(xiàn)代化制造多元化的新型機床夾具； （5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率； （6）提高機床夾具的標準化程度3。 1

22、.3 本課題的主要內(nèi)容本課題的主要內(nèi)容 （1）了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)； （2）對零件進行分析和確定加工工藝規(guī)程； （3）對車 85 外圓進行夾具的定位選擇、切削力、夾緊力的計算和并用 UG 進行三 維建模及裝配，爆炸； 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 3 （4）對挖 24 槽進行夾具的定位選擇、切削力、夾緊力的計算和并用 UG 進行三維 建模并生成工程圖及裝配，爆炸； （5）對車 85 外圓和挖 24 槽的專用夾具，用 UG 進行運動仿真； （6）對所做的設計進行總結(jié)，并討論其不足之處和對未來的展望。 無錫太湖學院學士學位論文 4 2 零件的分析零件的分析及工藝規(guī)程設計及工藝規(guī)

23、程設計 2.1 零件的功用零件的功用 十字頭零件是機械中常見的一種零件，它的應用廣泛。雖由于它們功用的不同，該 類零件的結(jié)構(gòu)和尺寸存在著一定的差異，但結(jié)構(gòu)上仍有共同特點：零件的主要表面為精 度要求較高的孔，零件由內(nèi)孔、外圓、端面等構(gòu)成。其中，中心孔是連接液壓缸的活塞 軸，上下兩孔是穿導向軸。 2.2 零件的工藝分析零件的工藝分析 由零件圖 2.1 可知，該零件形狀較為復雜、外形尺寸不大，可以采用鑄造毛坯。由于 該零件的兩個 20 孔要求較高，它的表面質(zhì)量直接影響工作狀態(tài)，所以對其尺寸要求較 高，一般為 IT5-IT7，粗糙度為，加工時兩 20 孔的同軸度應該控制在 0.01mm，8 . 0 a

24、 R 所以要由粗加工半精加工精加工來達到要求。85 外圓的尺寸它直接影響孔在空間 的位置，加工時可以將其加工精度降低，通過裝配來提高精度。而 65 與 55 的內(nèi)孔要 求低，可以通過粗加工得到。零件圖如圖 2.1 所示。 圖 2.1 零件圖 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 5 2.3 確定毛坯的制造形式確定毛坯的制造形式 考慮到十字頭工作時的作用，要求材料要有很高的強度，并且該零件結(jié)構(gòu)較為復雜， 故選用鑄造毛坯材料為 HT200，硬度 190210HB，生產(chǎn)類型為大批量。 2.4 基面的選擇基面的選擇 精基準的選擇：根據(jù)精基準選擇原則，選擇十字頭底面與 85 外圓作定位基準，因 為

25、85 外圓柱面 ，及底面是裝配結(jié)合面，且十字頭底面又是空間位置的設計基準，故選 擇十字頭底面與外圓作定位基準，符合基準重合原則且裝夾誤差小。 粗基準的選擇：根據(jù)粗基準選擇原則，以十字頭上端面和十字頭支撐外圓定位加工 出精基準,并且粗基準只能使用一次。 2.5 制定工藝路線制定工藝路線 零件的全部加工表面應安排在一個合理的加工順序中加工，機械加工工序安排原則 為基面先行，先面后孔，先主后次，先粗后精。這樣可以用加工好的平面定位再來加工 孔，因為孔的精度要求較高，加工難度大，先加工好平面，再以平面為精基準加工孔， 這樣即能為孔的加工提供穩(wěn)定可靠的精基準，同時可以使孔的加工余量較為均勻。 加工階段分

26、為：粗加工階段、半精加工階段、精加工階段。 加工工藝路線如表 2-1 所示： 表 2-1 加工工藝路線 工序號工序內(nèi)容 工序 1鑄造、清理 工序 2熱處理：時效 工序 3粗車 85 外圓 工序 4粗銑上頂面 工序 5粗,精銑底平面 工序 6鉆、攻 4M6 螺紋孔 工序 7擴 20 孔 工序 8銑十字頭 工序 9粗鏜 65 內(nèi)孔 工序 10粗鏜、精鏜 2-20 內(nèi)孔 工序 11挖 2-24 環(huán)槽 工序 12精車 85 外圓 工序 13去毛刺 工序 14終檢 2.6 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 1-10 查得毛坯加工余

27、量為 2，毛坯尺寸偏差查 得為1.4。零件毛坯圖如圖 2.2 所示。 無錫太湖學院學士學位論文 6 圖 2.2 零件毛坯圖 2.7 確定切削用量及基本工時確定切削用量及基本工時 切削用量是指切削速度、進給量(或進給速度)和背吃刀量(切削深度)，三者 c vf f v p a 又稱為切削用量三要素。 基本工時是機動時間和輔助時間的和。其中，機動時間為切削工件的時間，T b T a T 而輔助工時是為保證基本工藝過程的實現(xiàn)，必須進行的各種輔助性操作所消耗的時間， 如機械加工工序中裝卸工件、進退刀、測量、自檢、轉(zhuǎn)換刀架、開停車等。 工序 1：鑄造、清理 工序 2：熱處理：時效 工序 3：粗車 85

28、外圓 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 CA6140，刀具為 90硬質(zhì)合金車刀。 (1) 切削用量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-58 確定進給量，rmmf/5 . 0mmap2 ，則理論轉(zhuǎn)速smvc/167 . 1 (2.1)min/345.262/372 . 4 8514 . 3 167 . 1 10001000 rsr d v n 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-43 查得 CA6140 車床的標準轉(zhuǎn)速 ，所以實際切削速度min/320rns 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 7 (2.2)smm dn vc/42 . 1 min/ 4 . 85 1000 32085

29、14 . 3 1000 (2) 基本工時T 被切削層長度由毛坯可知為，刀具切入長度取，刀具切出長度取mml89mml5 1 ，走刀次數(shù) 1 次，則機動時間mml3 2 (2.3)min61 . 0 5 . 0320 8935 21 nf lll Tb 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min26 . 1 a T 工序 4：粗銑上頂面 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 X62W，機床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-76 選取刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，材料 YG8， ，齒數(shù)，查金屬加工工藝及工裝設計表 4-75 得mmD634zrmmf

30、/2 . 0 。齒/2 . 0 mmfz 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-79 查得， ，由式mmap5 . 3min/90mvc (2.1)可得理論轉(zhuǎn)速 min/ 2 . 337 8514 . 3 9010001000 r d v n 按機床標準選取，所以由式(2.2)可得實際切削速度min/375rn min/08.100 1000 3758514 . 3 1000 m dn vc 工作臺每分鐘進給量 (2.4)37542 . 0znff zm min/300mm (2) 基本工時T 被切削層長度由毛坯可知為，刀具切入長度取，刀具切出長度取mml85mml5 1 ，走刀次數(shù) 1 次，由式

31、(2.3)可得機動時間mml3 2 min31 . 0 300 8535 21 m b f lll T 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min26 . 2 a T 工序 5：粗,精銑底平面 （一）粗銑底平面 無錫太湖學院學士學位論文 8 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 X62W，機床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-76 選取刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，材料 YG8， ，齒數(shù)，查金屬加工工藝及工裝設計表 4-75 得mmD634zrmmf/2 . 0 。齒/2 . 0 mmfz 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-79 查得， ，由式

32、mmap5 . 2min/90mvc (2.1)可得理論轉(zhuǎn)速 min/ 2 . 337 8514 . 3 9010001000 r d v n 按機床標準選取，所以由式(2.2)可得實際切削速度min/375rn min/08.100 1000 3758514 . 3 1000 m dn vc 由式(2.4)可得工作臺每分鐘進給量 37542 . 0znff zm min/300mm (2) 基本工時T 被切削層長度由毛坯可知為，刀具切入長度取，刀具切出長度取mml85mml5 1 ，走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間mml3 2 min31 . 0 300 8535 21 m b

33、 f lll T 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min26 . 2 a T （二）精銑底平面 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 X62W，機床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-76 選取刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，材料 YG8， ，齒數(shù)，查金屬加工工藝及工裝設計表 4-75 得mmD634zrmmf/15 . 0 。齒/2 . 0 mmfz 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-79 查得， ，由式mmap1min/105mvc (2.1)可得理論轉(zhuǎn)速 min/ 4 . 393 8514 . 3 10510001000 r d v n

34、按機床標準選取，所以由式(2.2)可得實際切削速度min/475rn 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 9 min/78.126 1000 4758514 . 3 1000 m dn vc 由式(2.4)可得工作臺每分鐘進給量 47542 . 0znff zm min/380mm (2) 基本工時T 被切削層長度由毛坯可知為，刀具切入長度取，刀具切出長度取mml85mml5 1 ，走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間mml3 2 min24 . 0 380 8535 21 m b f lll T 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min26 . 2 a T

35、 工序 6：鉆、攻 4M6 螺紋孔 工步一：鉆孔至 5 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 Z3040,刀具為硬質(zhì)合金 YG8 直徑為 5 鉆頭。 (1) 切削用量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-65 查得進給量，表 4-66 查得rmmf/25 . 0 ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速min/21/35 . 0 msmvc min/58.1337 514. 3 2110001000 r d v n 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-41 查得 Z3040 鉆床的標準轉(zhuǎn)速，min/1250rn 所以由式(2.2)可得實際切削速度 min/625.19 1000 1250514 . 3 10

36、00 m dn vc (2) 基本工時T 被切削層長度為，刀具切入長度取，刀具切出長度取，走mml15mml5 1 mml3 2 刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間 min0736 . 0 25 . 0 1250 1535 21 nf lll Tb 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min55 . 1 a T 工步二：攻 M6 螺紋孔 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 Z3040,刀具為硬質(zhì)合金 YG8，M6 絲錐。 (1) 切削用量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-65 查得進給量，表 4-66 查得rmmf/25 . 0 無錫太湖學院學士學位論文 10

37、 ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速min/21/35 . 0 msmvc min/58.1337 514 . 3 2110001000 r d v n 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-41 查得 Z3040 鉆床的標準轉(zhuǎn)速，min/1250rn 所以由式(2.2)可得實際切削速度 min/625.19 1000 1250514 . 3 1000 m dn vc (2) 基本工時T 被切削層長度為，刀具切入長度取，刀具切出長度取，mml10mml5 1 mml3 2 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間 min0576 . 0 25 . 0 1250 1035 21 nf lll Tb

38、根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min55 . 1 a T 工序 7：擴 20 孔 利用鉆頭將 16mm 孔擴大至 20mm 孔. (1) 切削用量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-67 查得,，rmmf/9 . 0mmap1 ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速min/20mvc min/47.318 2014 . 3 2010001000 r d v n 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-41 查得 Z3040 鉆床的標準轉(zhuǎn)速，min/320rn 所以由式(2.2)可得實際切削速度 1000 3202014 . 3 1000 dn vc min/096.20m (2) 基本

39、工時T 被切削層長度為，刀具切入長度取，刀具切出長度取，mml85mml5 1 mml3 2 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間 min097 . 0 9 . 0320 2035 21 nf lll Tb 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min3 . 1 a T 工序 8：銑十字頭 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 X62W，機床功率 7.5KW。 (1) 切削用量 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 11 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-76 選取刀具為硬質(zhì)合金立銑刀，材料 YG8， ，齒數(shù)，查金屬加工工藝及工裝設計表 4-78 得mmD254

40、zrmmf/2 . 0 。齒/12 . 0 mmfz 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-79 查得， ，由式mmap2min/90mvc (2.1)可得理論轉(zhuǎn)速 min/49.1146 2514 . 3 9010001000 r d v n 按機床標準選取，所以由式(2.2)可得實際切削速度min/1180rn min/63.92 1000 11802514 . 3 1000 m dn vc 由式(2.4)可得工作臺每分鐘進給量 min/944118042 . 0mmznff zm (2) 基本工時T 被切削層長度為，刀具切入長度取，刀具切出長度取，mml70mml5 1 mml3 2 走刀次

41、數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間 min066 . 0 1180 7035 21 m b f lll T 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min27 . 2 a T 工序 9：粗鏜 65 內(nèi)孔 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 T618。 (1) 切削用量： 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-71 選取刀具為硬質(zhì)合金圓形鏜刀，鏜桿長度 700， ，表 4-72，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速mmrmmf/5 . 0mmap5 . 2min/60mvc min/97.293 6514 . 3 6010001000 r d v n 按機床標準選取，所以由式(2.2)

42、可得實際切削速度min/320rn min/312.65 1000 3206514 . 3 1000 m dn vc (2) 基本工時T 被切削層長度為，刀具切入長度取，刀具切出長度取，mml65mml5 1 mml3 2 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間 min456 . 0 5 . 0320 6535 21 nf lll Tb 無錫太湖學院學士學位論文 12 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min55 . 1 a T 工序 10：粗鏜、半精鏜、精鏜 2-20 內(nèi)孔 （一）粗鏜 20 內(nèi)孔 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 T618。 (1) 切削用

43、量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-71 選取刀具為硬質(zhì)合金圓形鏜刀，鏜桿長度 400， ，表 4-72，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速mmrmmf/5 . 0mmap2min/60mvc min/414.955 2014 . 3 6010001000 r d v n 按機床標準選取，所以由式(2.2)可得實際切削速度min/950rn min/66.59 1000 9502014 . 3 1000 m dn vc (2) 基本工時T 被切削層長度為，刀具切入長度取，刀具切出長度取，mml20mml5 1 mml3 2 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間 min0589 . 0 5

44、. 0950 2035 21 nf lll Tb 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min34 . 1 a T （二）精鏜 20 內(nèi)孔 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 T618。 (1) 切削用量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-73 選取刀具為硬質(zhì)合金圓形鏜刀，鏜桿長度 400， ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速mmrmmf/05 . 0 mmap15 . 0 min/120mvc min/82.1910 2014 . 3 12010001000 r d v n 按機床標準選取，所以由式(2.2)可得實際切削速度min/1200rn min/36.75 1000 1

45、2002014 . 3 1000 m dn vc (2) 基本工時T 被切削層長度為，刀具切入長度取，刀具切出長度取，mml20mml5 1 mml3 2 走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間 min0589 . 0 5 . 0950 2035 21 nf lll Tb 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 13 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min34 . 1 a T 工序 11：挖 2-24 環(huán)槽 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 CA6140，刀具為 30硬質(zhì)合金車刀。 (1) 切削用量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-58 確定進給量，rm

46、mf/4 . 0mmap2 ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速smvc/1 . 1 min/796.875/596.14 2414 . 3 1 . 110001000 rsr d v n 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-43 查得 CA6140 車床的標準轉(zhuǎn)速 ，所以由式(2.2)可得實際切削速度min/900rn smr dn vc/13 . 1 min/824.67 1000 9002414 . 3 1000 (2) 基本工時T 被切削層長度由毛坯可知為，刀具切入長度取，刀具切出長度取mml24mml5 1 ，走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間mml3 2 min88 . 0 4

47、. 0900 2435 21 nf lll Tb 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間min8 . 0 a T 工序 12：精車 85 外圓 工件材料為 HT200 鑄造，機床選用 CA6140，刀具為 90硬質(zhì)合金車刀。 (1) 切削用量 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-54 確定進給量，rmmf/2 . 0mmap15 . 0 ，由式(2.1)可得理論轉(zhuǎn)速smvc/7 . 1 min/16.382/37 . 6 8514 . 3 7 . 110001000 rsr d v n 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-43 查得 CA6140 車床的標準轉(zhuǎn)速 ，所以由式(2.2)

48、可得實際切削速度min/400rn smr dn vc/78 . 1 min/76.106 1000 4008514 . 3 1000 (2) 基本工時T 被切削層長度由毛坯可知為，刀具切入長度取，刀具切出長度取mml85mml5 1 ，走刀次數(shù) 1 次，則由式(2.3)可得機動時間mml3 2 無錫太湖學院學士學位論文 14 min516 . 0 2 . 0900 8535 21 nf lll Tb 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-106，得輔助時間。min26 . 1 a T 工序 13：去毛刺 工序 14：終檢 以上的工藝卡片及工序卡詳見附錄。 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真

49、 15 3 夾具設計夾具設計 3.1 車車 85 外圓的夾具設計外圓的夾具設計 3.1.1 問題的提出問題的提出 夾具的種類很多，有通用夾具，專用夾具和組合夾具等，本夾具是用來車削粗車和 精車軸的外圓，由于本零件比較特殊，為了使定位誤差為零 ，我們設計基準為軸頂尖位 置，作為主要的基準，在刀具方面我們選用硬質(zhì)合金 90車刀進行加工。 3.1.2 定位方式和定位基準的選擇定位方式和定位基準的選擇 工件上的加工為車削軸的外圓，故應按完全定位設計夾具，限制 6 個自由度，并力 求遵守基準重合原則，以減少定位誤差對加工精度的影響，所以根據(jù)軸本身的加工特點 來選擇定位的方式，選擇用主軸圓柱軸定位，用尾座

50、頂尖兩邊夾緊，來實現(xiàn)定位加工。 3.1.3 切削力及夾緊力計算切削力及夾緊力計算 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。本工序在車削加工過程中 切削力為圓周切削分力，因此，在計算夾緊力時可以不計算徑向切削分力和軸向切削分 力。為保證夾緊可靠，應將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時所需要的夾緊力， 即 (3.1) WWK KFF 式中為實際所需夾緊力（N）： WK F 為理論夾緊力（N）： W F 為安全系數(shù)。K (3.2) f f F f F f F F F Z c YX pFW KvfaCF 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 5-61 可知，為 46； f F C 為 1.0； f

51、 F X 為 0.4； f F Y 為 0； f F Z 為修正系數(shù) 1.5。 f F K 又從上節(jié)可知，所以由公式(3.2)得，理論rmmf/5 . 0mmap2smvc/167 . 1 夾緊力 NFW584.104 安全系數(shù)按下式計算K 無錫太湖學院學士學位論文 16 (3.3) 43210 KKKKKK 根據(jù)機床夾具及應用表 4-1 可知式中為基本安全系數(shù) 1.5； 0 K 為加工性質(zhì)系數(shù) 1.2； 1 K 為刀具鈍化系數(shù) 1.15； 2 K 為切削特點系數(shù) 1.0； 3 K 為夾緊力穩(wěn)定系數(shù) 1.3。 4 K 所以由公式(3.3)得 691 . 2 K 由公式(3.1)得 NFWK43

52、5.281 由于兩端是頂尖裝夾，左頂尖 1 直接裝夾在機床主軸上，右頂尖 2 裝夾在機床尾座 上，所以加緊力是滿足要求的。夾具總體圖如圖 3.1 所示。 圖 3.1 夾具總體圖 3.1.4 定位誤差分析定位誤差分析 夾具的主要定位元件為兩頂尖，不存在定位誤差，這種定位方案可行。 3.1.5 夾具設計及操作簡要說明夾具設計及操作簡要說明 本夾具設計采用雙頂尖，它的優(yōu)點為定心準確，裝夾穩(wěn)定，易于確保同軸度的要求， 所以根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 4-43 可得主軸孔錐度為莫氏 6 號，外錐大徑基 本尺寸 D =63.348mm，而由零件圖可知零件頂面的大孔為 65mm，而十字頭為，3535 所以

53、頂尖 1 設計為大端為 75 的圓，小端為 35 的圓，來限制零件的 5 個自由度。而機 床尾座孔錐度為莫氏 5 號，外錐大徑基本尺寸 D=44.399mm，所以頂尖 2 設計為大端為 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 17 5 小端為 10mm。用 UG 進行三維建模得如圖 3.2 頂尖 1 和圖 3.3 頂尖 2 所示，而裝配 圖如圖 3.4 所示。 夾緊裝置采用移動的頂尖來夾緊，采用裝在尾座的頂尖來實現(xiàn)，當加工完后，可以 將尾座向后移動，退后一段距離把工件取出。 圖 3.2 頂尖 1 圖 3.3 頂尖 2 圖 3.4 夾具 1 裝配圖 無錫太湖學院學士學位論文 18 3.2 挖挖

54、 24 槽的夾具設計槽的夾具設計 3.2.1 問題的提出問題的提出 原工藝可在鏜床上進行徑向孔內(nèi)槽的粗、精加工，但是生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，受鏜床轉(zhuǎn)速低 及刀具手工刃磨、手工敲刀調(diào)整直徑的影響，孔內(nèi)槽尺寸控制困難，加工效率低，同軸 度難以保證，穩(wěn)定性很差。為此，根據(jù)實際需要，利用現(xiàn)有資源，設計了一套組合夾具， 在車床上加工此零件的徑向孔內(nèi)槽。 3.2.2 定位方式和定位基準的選擇定位方式和定位基準的選擇 工件上的加工為挖 24 槽，故應按完全定位設計夾具，并力求遵守基準重合原則， 以減少定位誤差對加工精度的影響，所以根據(jù)軸本身的加工特點來選擇定位的方式。以 零件的底面為基準面，選擇用一個短支承板限制兩個自

55、由度，一個限位支承釘限制一個 自由度和一個大平面限制三個自由度來實現(xiàn)定位加工，用 V 型塊和夾緊壓板來實現(xiàn)夾緊。 3.2.3 切削力及夾緊力計算切削力及夾緊力計算 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。本工序在車削加工過程中 切削力為圓周切削分力，因此，在計算夾緊力時可以不計算徑向切削分力和軸向切削分 力。為保證夾緊可靠，應將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時所需要的夾緊力， 即 根據(jù)金屬加工工藝及工裝設計表 5-61 可知，為 46； f F C 為 1.0； f F X 為 0.4； f F Y 為 0； f F Z 為修正系數(shù) 1.0。 f F K 又從上節(jié)可知，所以由公式

56、(3.2)得理論夾緊rmmf/4 . 0mmap2smvc/1 . 1 力為 NFW769.63 根據(jù)機床夾具及應用表 4-1 可知式中為基本安全系數(shù) 1.5； 0 K 為加工性質(zhì)系數(shù) 1.2； 1 K 為刀具鈍化系數(shù) 1.15； 2 K 為切削特點系數(shù) 1.0； 3 K 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 19 為夾緊力穩(wěn)定系數(shù) 1.3。 4 K 所以由公式(3.3)得 691 . 2 K 由公式(3.1)得 NFWK 6 . 171 由于是由夾緊壓板夾緊，有六角頭螺栓夾緊。 3.2.4 定位誤差分析定位誤差分析 定位誤差包括定位基準及工序基準，當工序基準與定位基準不重合時，產(chǎn)生的是

57、d 基準不重合誤差，即；當定位副制造誤差及其配合間隙引起的定位誤差為基準位移誤 b 差就，即。 j 由設計可知，工序基準與定位基準重合，此時，只有基準位移誤差，故0b (3.4)3/063 . 0 2 sin2 T d jd 符合要求。 3.2.5 夾具設計及操作簡要說明夾具設計及操作簡要說明 本設計為由連接壓板將基礎立板和基礎橫板組成彎板形式的夾具體，用于支承零件， 承受零件的重量。根據(jù)零件大小，根據(jù)機床夾具設計手冊表 3-10-3 選用二側(cè)槽方形 基礎板規(guī)格為為基礎板，而在基礎立板上，添加一個短支承板和一個限位支60180180 承釘，用 UG 三維建模出基礎橫板和基礎立板，如圖 3.5

58、和圖 3.6 所示。 圖 3.5 基礎橫板 無錫太湖學院學士學位論文 20 圖 3.6 基礎立板 根據(jù)機床夾具設計手冊表 3-10-10 選用連接壓板規(guī)格為，用 UG 三維1512030 建模如圖 3.7 所示。 圖 3.7 連接板 根據(jù)機械工程標準手冊螺紋與緊固卷表 8-32 里的緊定螺釘?shù)臋C械性能和表 17- 15 緊定螺釘?shù)某叽?，選用螺紋規(guī)格 d=M10,公稱長度 l=40mm、性能等級為 14H、表面氧 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 21 化的開槽長圓柱，螺釘為 GB/T75 M10 40。UG 三維建模如圖 3.8 所示。 圖 3.8 緊定螺釘 根據(jù)夾具結(jié)構(gòu)設計手冊表 1

59、-11 的 V 型塊再由零件實際需要，用 UG 三維建模出 實體見圖 3.9。 圖 3.9V 型塊 根據(jù) V 型塊和零件的尺寸自己設計出夾緊壓板的尺寸，并用 UG 進行三維建模，見 圖 3.10。 圖 3.10 夾緊壓板 無錫太湖學院學士學位論文 22 根據(jù)機械工程標準手冊螺紋與緊固卷表 14-2，選用螺紋規(guī)格 d=M10、公稱長 度 l=95mm、性能等級為 8.8 級、表面氧化、A 級六角頭螺栓。用 UG 三維建模如圖 3.11 所示。 圖 3.11 六角頭螺栓 根據(jù)機械工程標準手冊螺紋與緊固卷表 22-1，選用 A 級平墊圈，用于支承面 狀態(tài)和增加承受預緊力，規(guī)格為 GB/T 97.2

60、10，用 UG 建模如圖 3.12 所示。 圖 3.12 A 級平墊圈 在基礎立板和基礎橫板組成彎板支承零件，需要一個過渡圓盤來實現(xiàn)基礎立板和機 床的連接，用 UG 建模如圖 3.13 所示。 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 23 圖 3.13 過渡圓盤 在建立了如上述模型后，進入 UG 的裝配模塊進行裝配，基礎橫版與基礎立板通過連 接板用壓緊螺釘連接，V 型塊與基礎立板通過壓緊螺釘連接，零件由壓緊板和 V 型塊用 六角頭螺栓夾緊，用支承套定位來實現(xiàn)同軸度的要求，由上述定位可知，這套夾具限制 了 6 個自由度。夾具裝配圖見圖 3.14，爆炸圖見 3.15。 當加工好一邊的時候，只需要

61、松開六角頭螺栓即可，因為有支承套定位，所以也節(jié) 省了對正的時間，安裝與拆卸方便。 圖 3.14 夾具 2 裝配圖 無錫太湖學院學士學位論文 24 圖 3.15 夾具 2 爆炸圖 基于 UG 的車床夾具虛擬設計及運動仿真 25 4 運動仿真運動仿真 4.1 UG 的簡介的簡介 UG 是 Unigraphics 的縮寫，這是一個交互式 CAD/CAM(計算機輔助設計與計算機輔 助制造)系統(tǒng)，它的功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的三維建模。它在剛開 始主要用于工作站，但隨著 PC 硬件的發(fā)展和個人用戶的快速增長，在 PC 上的應用取得 了迅猛的增長，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設計的一個主流應用

62、。 UG 的開發(fā)始于 1969 年，它是基于 C 語言開發(fā)實現(xiàn)的。UG NX 是一個在二和三維空 間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件 工具。其設計思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對許多不同的應用再利用8。 UGS 公司的 Unigraphics NX 為產(chǎn)品設計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證的手段， 并針對虛擬設計和工藝設計的需求，提供了經(jīng)過實踐驗證得到的解決方案。它能夠使企 業(yè)通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)向產(chǎn)品全面的生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標。它提供 了一套完整的集成解決方案，從流程開始一直到產(chǎn)品最終交付，包括了風格與樣式、設 計、仿真、加工和制造等各項功能。 UG 的發(fā)展歷史： 1960 年，McDonnell Douglas Automation 公司成立。 1976 年，收購了 Unigraphics CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)的開發(fā)商United Computer 公 司，UG 的雛形問世。 1983 年，UG 上市。 1986 年，Unigraphics 吸取了業(yè)界領(lǐng)先的、為實踐所證實的實體建模核心 Parasolid 的部份功能。 1989 年，Unigraphics 宣布支持 UNIX 平臺及開放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并將一個新的與 STEP 標準兼容的三維實體建模核心 Parasol