開題報告-基于UG的主軸箱體加工工藝及夾具設(shè)計.doc

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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱 主軸箱體的加工工藝及夾具設(shè)計 學(xué) 院 機械學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 定稿日期： 年月日 基于UG的主軸箱體加工工藝及夾具設(shè)計 1 選題背景及其意義 機床夾具已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設(shè)計和使用是促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,機床夾具的改進(jìn)和創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術(shù)人員在技術(shù)革新中的一項重要任務(wù)。 箱體加工工藝及夾具畢業(yè)設(shè)計是對所學(xué)專業(yè)知識的一次鞏固，是在進(jìn)行社會實踐之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練。 本次設(shè)計加工工藝中，箱體是屬于特殊結(jié)構(gòu)零件，所以毛坯采用鑄造成型，然后才做工藝過程設(shè)計和工序設(shè)計。 夾具是機械加工過程中用以裝夾工件的一種裝置，其作用是在機械加工過程中使工件相對于機床或刀具有一個確定的位置，并在加工過程中保持這個位置的不變。本次要完成的是一套銑削、鉆削和鏜削夾具設(shè)計。通過此次夾具的設(shè)計會使我掌握更多的有關(guān)機械設(shè)計方面的知識。特別是工藝上有更深的了解。 此次畢業(yè)設(shè)計的目的是培養(yǎng)學(xué)生運用機械制造工藝學(xué)及有關(guān)課程的知識，結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)中實踐知識，獨立地分析和解決工藝問題，初步具備設(shè)計一個零件的工藝規(guī)程的能力。我們還能學(xué)會擬定夾具設(shè)計方案，完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。如圖1.1為本次畢業(yè)設(shè)計的箱體類零件的圖紙。 圖1.1 主軸箱箱體工程圖 2 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢） 2.1 現(xiàn)代機械工業(yè)的生產(chǎn)特點 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)各部門不斷要求機械工業(yè)提供先進(jìn)的技術(shù)裝備，研制新的產(chǎn)品品種，以滿足國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和人民生活不斷提高的要求，這樣一來，促使機械工業(yè)的生產(chǎn)形勢發(fā)生了顯著的變化，即多品種、中小批量生產(chǎn)逐漸占了優(yōu)勢。國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批量多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85%左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的的需求與競爭。于是，現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)便面臨以下問題： （1）通常小批量生產(chǎn)采用先進(jìn)的工藝方法和專用工藝裝備是不經(jīng)濟(jì)的，但對于高、精、尖產(chǎn)品而言，不采用這種手段又無法達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求； （2) 現(xiàn)行的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作往往需要較長的時間，花費的人力、物力較大，趕不上產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐； (3) 由于產(chǎn)品更新越來越快，使用傳統(tǒng)的專用夾具勢必造成積壓浪費。 為此，除了在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)工藝方面進(jìn)行改革之外，在工藝裝備方面也必須改革其狹隘的專用性，使之適應(yīng)新的生產(chǎn)需要。 2.2 機床夾具的現(xiàn)狀 在批量生產(chǎn)中，企業(yè)都習(xí)慣于采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約有數(shù)千甚至近萬套的專用夾具；在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3-4年就要更新50%-80%的專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10%-20%，這些夾具往往留下來又很難得到重復(fù)使用，拋棄他們又實在太可惜，因此造成很大的浪費。近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對機床夾具提出了如下新的要求： (1) 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本； (2) 能裝夾一組具有相似性的工件； (3) 能適用于各種現(xiàn)代制造技術(shù)的新型機床夾具； (4) 能適用于精密加工的高精度機床夾具； (5) 采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率； (6) 提高機床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。 顯然，這些都是擺在工藝技術(shù)人員面前的新課題、新任務(wù)。 2.3 現(xiàn)代夾具的發(fā)展方向 為了適應(yīng)現(xiàn)代化機械工業(yè)向高、精、尖方向發(fā)展的需要和多品種、小批量生產(chǎn)的特點，現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化四個方面。 (1) 標(biāo)準(zhǔn)化。機床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用夾具是相互聯(lián)系的2個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 2148—GB/T 2259-91 以及各類通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)周期準(zhǔn)備，降低生產(chǎn)總成本。 (2) 精密化。隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，相應(yīng)提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5個微米。 (3) 高效化。高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍然能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應(yīng)的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分提高數(shù)控機床的效率。 (4) 柔性化。機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應(yīng)現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度、改變專用夾具的不可拆卸結(jié)構(gòu)、發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當(dāng)前夾具發(fā)展的主要方向。 3 研究內(nèi)容 3.1 工藝編制原理 機械加工工藝規(guī)程包括以下內(nèi)容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內(nèi)容以及所用的設(shè)備和工藝裝備、工件的檢驗項目及檢驗方法、切削用量、時間定額等。 切削用量主要包括：最大切深、切削速度、轉(zhuǎn)速以及進(jìn)給量。 時間定額主要包括：基本時間、輔助時間、單間時間以及其他時間的計算。 所用設(shè)備和工藝裝備主要指的是：加工中所用的刀具、量具以及機械加工裝備，如銑床、鏜床、鉆床等。 在整個工藝編排順序過程中，要遵循先粗后精、先主后次、先面后孔、基準(zhǔn)先行的“16字方針”。 3.2 箱體類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點 箱體零件是機器的基礎(chǔ)件之一。由它將一些軸、套和齒輪等零件組裝在一起，保持正確的相互位置關(guān)系，并且能按照一定的傳動要求傳遞動力和運動，構(gòu)成機器的一個重要部件。因此箱體的加工質(zhì)量對機器的精度、性能和壽命都有一定的影響。 3.3 箱體零件的主要技術(shù)要求 箱體的技術(shù)要求根據(jù)箱體的工作條件和使用性能的不同而有所不同。一般箱體為：軸孔的尺寸精度為IT6—IT7，圓度不超過孔徑公差的一半，表面粗糙度Ra為0.4—0.8μm 。作為裝配基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)的重要平面的平面度要求較高，表面粗糙度Ra為5—0.63μm 。 3.4 工件定位的形式 （1）完全定位：用六個合理布置的定位支承點限制工件的六個自由度。 （2）不完全定位：工件被限制的自由度少于六個，但能滿足加工技術(shù)要求的定位形式。 （3）過定位：兩個或兩個以上的定位支承點同時限制工件的同一個自由度的定位形式。 （4）欠定位：根據(jù)加工要求應(yīng)限制的自由度沒有被限制。 一般，欠定位的形式是不允許出現(xiàn)的，因為其不能保證工件的加工技術(shù)要求。 3.5 夾緊裝置的組成 （1）動力源裝置。分為手動夾緊和機動夾緊兩種。手動加緊費時費力，大批量生產(chǎn)中一般都采用機動夾緊。 （2）傳力機構(gòu)。傳力機構(gòu)作用：改變作用力的大小和方向，具有一定的自鎖性能。 （3）夾緊元件。 3.6 夾緊裝置的設(shè)計原則 工件不移動原則、工件不變形原則、工件不振動原則、安全可靠原則以及經(jīng)濟(jì)實用原則。 3.7 確定夾緊力基本原則 夾緊力的確定包括：夾緊力的方向、作用點和大小三個要素。 （1）夾緊力的方向 ? 夾緊力的方向應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)面，有助于定位穩(wěn)定。 ? 夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動強度。 ? 夾緊力的方向應(yīng)是工件剛性較好的方向。 （2）夾緊力作用點 ? 夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，并盡可能是夾緊點與支承點對應(yīng)，使夾緊力作用在支承上。 ? 夾緊力的作用點應(yīng)選在工件剛性較好的部位。 ? 夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面，以防止工件產(chǎn)生振動和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。 3.8 典型夾緊機構(gòu) 典型夾緊機構(gòu)種類如表3-1所示： 表3-1 典型機械夾緊機構(gòu) 夾緊機構(gòu) 特點 適用場合 斜楔夾緊機構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，機械效率較低，有增力作用。 一般用于工件尺寸公差較小的機動夾緊機構(gòu)中。 夾緊機構(gòu) 特點 適用場合 螺旋夾緊機構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，夾緊行程大，擴力比大，自鎖性能好；但是，加緊動作緩慢，效率低。 一般適用于手動夾緊機構(gòu)。 偏心夾緊機構(gòu) 操作方便，夾緊迅速，結(jié)構(gòu)緊湊；但夾緊行程小、夾緊力小、自鎖性能小。 一般適用于切削力不大、夾緊行程較小、振動較小的場合。 鉸鏈夾緊機構(gòu) 動作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向；但自鎖性能差 一般常用于氣動、液動夾緊中。 3.9 箱體加工順序的安排 （1）切削加工工序的安排原則 基準(zhǔn)先行、先粗后精、先主后次、先面后孔。 （2）熱處理工序的安排原則 為了消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能而進(jìn)行的預(yù)先熱處理工序，如時效、正火、退火等，應(yīng)安排在粗加工之前。對于精度要求較高的零件有時在粗加工之后，甚至半精加工后還安排一次時效處理。 為了提高零件的綜合力學(xué)性能而進(jìn)行的熱處理，如調(diào)質(zhì)，應(yīng)安排在粗加工之后半精加工之前，對于一些沒有特別要求的零件，調(diào)質(zhì)也常作為最終熱處理。 3.10銑床、鏜床、鉆床的夾具特點 （1） 銑床夾具特點 由于銑削過程中一般是夾具安裝在銑床工作臺上和工作臺一起做進(jìn)給運動，根據(jù)進(jìn)給方式不同，銑床夾具又可分為直線進(jìn)給式、圓周進(jìn)給式和靠模式三種。銑床夾具的特點是：夾緊裝置要有一定的自鎖性以及足夠的夾緊力。除此之外，還需要有定位鍵和對刀裝置。 （2） 鏜床夾具特點 鏜床夾具主要用于加工箱體、支座等零件上的孔或孔系，保證孔的尺寸精度、幾何形狀精度、孔距和孔的位置精度。按照鏜套的布置方式不同鏜?？梢苑譃椋簡沃С小㈦p支承以及無之承三類。 （3） 鉆床夾具特點 鉆床夾具實際上為鉆模，是在鉆床上用于鉆孔、擴孔、鉸孔及攻螺紋的機床夾具。鉆模一般都設(shè)有安裝鉆套的鉆模板，以確定刀具的位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行切削，保證孔的加工要求。常用的鉆套有固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套以及特殊鉆套；常用鉆模板有固定式鉆模板、鉸鏈?zhǔn)姐@模板以及可卸式鉆模板。 3.11 UG裝配以及出工程圖 UG裝配建模的過程是建立組件裝配關(guān)系的過程。工程制圖模塊是根據(jù)已建立的3D模型來產(chǎn)生投影視圖并進(jìn)行尺寸標(biāo)注。 4 研究方案 4.1 總體方案 本次設(shè)計的主要任務(wù)是：根據(jù)箱體零件的加工圖紙，設(shè)計三套夾具以及編排完整的零件加工工藝。其中，三套夾具分別是：箱體主軸孔的粗鏜夾具設(shè)計、箱體側(cè)面的2個Ф30以及Ф24的孔的鉆夾具、箱體頂面的粗銑夾具； 為了完成機床主軸箱的箱體工藝編制和夾具設(shè)計，我計劃從以下幾個方面著手： （1）編制2套完整的機床主軸箱的工藝過程方案，通過比較選擇一套較好的方案； （2）制作箱體的工藝卡片； （3）粗銑頂面、鉆側(cè)面孔以及粗鏜主軸孔夾具的定位方案分析； （4）箱體主軸孔的粗鏜夾具設(shè)計、箱體側(cè)面的2個Ф30以及Ф24的孔的鉆夾具、 箱體頂面的粗銑夾具； （5）粗鏜主軸孔、鉆三孔以及銑頂面的夾緊力以及定位誤差計算； （6）本次夾具設(shè)計中可以考慮適當(dāng)采用液壓動力源夾緊裝置。 主要考慮到液壓夾緊機構(gòu)具有壓力大、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、夾緊力穩(wěn)定、吸振能力強，不受外力變化影響，適用于大批量生產(chǎn)。 4.2 擬采取的技術(shù)措施 （1）查找各種夾具設(shè)計圖冊，從圖冊中了解基本夾具的結(jié)構(gòu)。 （2）查閱相關(guān)書籍，編寫完整的工藝過程。 （3）查找各種夾具資料，了解夾具的定位原理以及銑床、鏜床、鉆床夾具基本 原理，設(shè)計計專用的銑床、鏜床、鉆床的夾具。 （4） 采用UG軟件建立鏜床、銑床、鉆床的夾具模型并且采用UG軟件繪制夾具 圖紙。 （5）采用CAD軟件繪制圖紙。 5 進(jìn)度計劃 2010年12月---- 2011年01月：收集資料，確定設(shè)計系統(tǒng)總體方案，翻譯有關(guān)外文資料及閱讀技術(shù)文獻(xiàn)，書寫開題報告。 2011年 01月---- 2011年03月：編制零件的加工工藝路線，確定其中三道工序的定位、夾緊方案。初步設(shè)計這三套專用夾具。 2011年03 月---- 2011年04月：采用UG軟件對夾具建模，繪制裝配圖，計算定位誤差、夾緊力等。 2011年05月---- 2011年05月：編寫畢業(yè)論文。 2011年05月---- 2011年05月：畢業(yè)答辯準(zhǔn)備和答辯。 參考文獻(xiàn) [1] 王茂元.機械制造技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2007. [2] 吳拓.現(xiàn)代機床夾具設(shè)計.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009. [3] 王光斗，王春福.機床夾具設(shè)計手冊（第三版）.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000. [4] 劉登平.機械制造工藝及機床夾具設(shè)計.北京：北京理工大學(xué)出版社,2008. [5] 陳明.機械制造工藝學(xué).北京:機械工業(yè)出版社,2010. [6] 盧秉恒.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）.北京：機械工業(yè)出版社,2010. [7] 陳宏均.實用金屬切削手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2005. [8] 徐鴻本.機床夾具設(shè)計手冊.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004. [9] 孟少農(nóng).機械加工工藝手冊（第二卷）.北京：機械工業(yè)出版社，1992. [10]趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊（第四版）. 北京：機械工業(yè)出版社，2006. [11]孟憲東，劉彤安.機床夾具圖冊.北京：機械加工出版社，2002. [12]Nee,A.Y.C.,Tao,Z.J.,(Zhen Jun),Senthil Kumar,A.,an advanced treatise on fixture design and planning,Hackensack,N.J.;London,2004. [13]William E. Biles.,INTERNATIONAL COLLABORATIONS IN WEB-BASED SIMULATION: A FOCUS ON EXPERIMENTAL DESIGN AND OPTIMIZATION.,Department of Industrial Engineering 304 J. B. Speed Building University of Louisville Louisville, KY 40292, U.S.A. [14]王先奎，機械加工工藝手冊（單行本）機械加工工藝規(guī)程制定.北京：機械工業(yè)出 版設(shè)，2009. [15]孫麗媛，機械制造工藝及夾具設(shè)計指導(dǎo)（第二版）.北京：冶金工業(yè)出版社，2010. 指導(dǎo)教師意見 在準(zhǔn)備“主軸箱體的加工工藝及夾具設(shè)計”開題報告期間，積極主動地去上海圖書館、上海書城、互聯(lián)網(wǎng)收集了設(shè)計所需的資料。他對該畢業(yè)設(shè)計課題目的意義明確，對課題研究的主要內(nèi)容和研究方案與老師展開了詳細(xì)討論，明確了課題的實施計劃與實施的可行性。在此期間查閱了國內(nèi)外關(guān)于主軸箱體的加工工藝及夾具設(shè)計的一些資料，加深了對夾具設(shè)計的理解。開題報告開撰寫地較為認(rèn)真，研究方法和步驟具備可操作性，時間安排合理、充裕，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 開題答辯小組意見 1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實用價值；□意義不大。 2、論文的難度：□偏高；□適當(dāng)；□偏低。 3、論文的工作量：□偏大；□適當(dāng)；□偏小。 4、設(shè)計或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。 5、學(xué)生對文獻(xiàn)資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。 6、學(xué)生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達(dá)能力： □好；□較好；□一般；□較差。 7、學(xué)生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力： □好；□較好；□一般；□較差。 8、對論文選題報告的總體評價：□好；□較好；□一般；□較差 （在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“√”） 建議結(jié)論 評議小組組長簽名： 評議小組組員簽名： 年 月 日