回转式钻模三维设计与仿真
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毕业设计(论文)
题目(回转式钻模三维设计与仿真)
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专业名称:
学生姓名:
学号:
指导教师姓名、职称:
完成日期年月日
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
前言 (1)
第一章钻孔夹具设计的要求 (2)
1.1 钻孔夹具方案设计 (2)
1.2 了解夹具总体设计的要求 (2)
1.3 机床夹具的发展概括 (3)
1.4 机床夹具的发展方向 (4)
1.5 钻床夹具的概括 (5)
1.5.2钻床夹具的设计要点 (5)
第二章钻床夹具设计特点 (7)
2.1 确定夹具的类型 (7)
2.2 钻模的主要类型 (7)
2.3夹具的特点 (9)
第三章工件的夹紧计算及其选择 (10)
3.1 工件的夹紧 (10)
3.1.2 夹紧座 (11)
3.1.3 夹紧压板 (11)
3.1.4 夹紧螺钉 (12)
3.2 夹紧力的选择 (12)
3.2.1 夹紧力方向 (12)
3.2.2 夹紧力的作用点 (13)
3.2.3 夹紧力的计算 (13)
第四章夹具结构分析与设计 (16)
4.1 夹具的夹紧装置和定位装置 (16)
4.2 夹具的导向 (17)
4.3 钻孔与工件之间的切屑间隙 (18)
4.4 钻模板 (18)
4.5 总体分析夹具 (19)
总结 (20)
参考文献 (21)
致谢 (22)
摘要
在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的,用以固定加工对象,使之占有正确位置,以便接受施工的一种工艺装备,统称为夹具。
因此,无论是在机械加工,装配,检验,还是在焊接,热处理等冷,热工艺中,以及运输工作中都大量采用夹具。
但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具,我们称其为机床夹具。
它在保证产品优质,高产,低成本,充分发挥现有设备的潜力,以便工人掌握复杂或精密零件加工技术,以减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。
因此,机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。
为此,在本次毕业设计时,选择了机床夹具设计。
本文主要围绕机床钻孔夹具设计为中心。
用以钻离合器压紧盖,首先通过参观实习让我们对夹具设计有了初步的了解,特别是回转式钻模夹具设计的了解更为深刻。
然后,在导师的指导下,对夹具设计方案进行分析和选择。
选定方案后,。
通过查阅相关夹具设计书籍和相关图例在钻孔夹具设计过程中,。
在查阅了相关文献后完成外文翻译。
参考相关资料完成夹具的总体设计。
关键词:机械;夹具;回转式钻模;设计
Abstract
In the mechanical manufacturing industry process is widely used in the various to fixed processing object, make possession correct position, to accept the construction of a kind of technology and equipment, collectively referred to as fixture. Therefore, whether in mechanical machining, assembly, inspection, or in the welding, heat treatment and cold, heat process, and transportation in both adopt a large number of fixture. But in machining the most widely used in metal cutting machine tool is used on jig, we call it the machine tool fixture. It in guaranteeing the product high quality, high yield, low cost, give full play to the potential of existing equipments, so that workers learn complex or precision parts processing technology, in order to reduce the heavy physical Labour plays an enormous role. Therefore, machine tool fixture design and use is to promote the rapid development of production technology is one of the important measures. Therefore, in this graduation design, choose the machine tool fixture design.
This paper mainly around the machine drilling jig design as the center. To drill clutch pressure cover, first through the visit practice let us for fixture design have a preliminary understanding, especially rotary drill die fixture design more profound understanding. Then, under the guidance of tutor, the fixture design plan to carry on the analysis and choice. The selected scheme,. Through consulting relevant fixture design books and related legend in drilling jig design process,. In the access to the relevant literature after the foreign language translation. The reference information related to complete the overall design of fixture.
Key words:machinery;Fixture;Jig;design
前言
在机械加工过程中,夹具按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床夹具等。
我这次设计的是盖板式钻夹具。
这是一种专用夹具,专为一工件的一道工序而设计的夹具。
钻夹具的主要任务是保证刀具旋转轴线对工件定位表面有正确的相互位置,根据工件的集合形状和尺寸结构及工艺特性,选择不同形式的钻模以保证产品精度和生产率。
在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的,用以固定加工对象,使之占有正确位置,以便接受施工的一种工艺装备,统称为夹具。
因此,无论是在机械加工,装配,检验,还是在焊接,热处理等冷,热工艺中,以及运输工作中都大量采用夹具。
但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具,我们称其为机床夹具。
它在保证产品优质,高产,低成本,充分发挥现有设备的潜力,以便工人掌握复杂或精密零件加工技术,以减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。
因此,机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。
夹具主要有如下主要作用:
1.保证加工精度;
2.提高劳动生产率,降低生产成本;
3.减轻工人操作强度,降低对工人的技术要求;
4.扩大机床的工艺范围;
5.减少生产准备时间,缩短新产品试制周期;
夹具的种类很多,按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床夹具等。
此次设计的是钻孔专用夹具。
钻床夹具的主要任务是保证刀具旋转轴线对工件定位表面有正确的相互位置,根据工件的集合形状和尺寸结构及工艺特性,选择不同形式的钻模以保证产品精度和生产率。
在近几十年中,夹具的基本组成部分并无明显变化,但随着机械工业的迅速发展,对产品品种和生产率提出了越来越高的要求,使多品种、中小批量生产成为机械工业生产的主流,为了适应机械工业这种发展的趋势,必然对夹具提出更高的要求。
第一章钻孔夹具设计的要求
1.1 钻孔夹具方案设计
方案设计是夹具设计的重要阶段,它在分析各种原始资料的基础上,要完成下列设计工作:
①研究壳体零件原始资料,明确设计要求。
②拟订钻孔夹具结构方案,绘制夹具结构草图。
③绘制夹具总图,标注有关尺寸及技术要求。
④绘制零件图。
从另外一方面来说,工装夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分,是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。
在设计过程中应深人实际,进行调查研究,吸取国内外的先进技术,制定出合理的设计方案,再进行具体的设计。
而深入生产实际调查研究中,应当掌握下面的一些资料:
(1)工件图纸;详细阅读工件的图纸,了解工件被加工表面是技术要求,该零件在机器中的位置和作用,以及装置中的特殊要求。
(2)工艺文件:了解工件的工艺过程,本工序的加工要求,工件被加工表面及待加工面状况,基准面选择的情况,可用机床设备的主要规格,与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。
(3)生产纲领:夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应,做到经济合理。
在本次毕业设计的夹具要求是中小批量生产的夹具设计。
(4)制造与使用夹具的情况,有无通用零部件可供选用。
工厂有无压缩空气站;制造和使用夹具的工人的技术状况等。
(5)夹具的出现可靠地保证加工精度,提高整体工作效率,减轻劳动强度,充分发挥和扩大机床的工艺性能。
1.2 了解夹具总体设计的要求
(1)夹具应满足零件加工工序的精度要求。
特别对于精加工工序,
应适当提高夹具的精度,以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。
(2)夹具应达到加工生产率的要求。
特别对于大批量生产中使用的
夹具,应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。
(3)夹具的操作要方便、安全。
按不同的加工方法,可设置必要的
防护装置、挡屑板以及各种安全器具。
(4)能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。
夹具元件的材料选用将直接影响夹具的使用寿命。
因此,定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。
夹具的低成本设计在世界各国都以相当重视。
为此,夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应。
在大批量生产中。
宜采用气压、液压等高效夹紧装置;而小批量生产,则宜采用较简单的
夹具结构。
(5)要适当提高夹具元件的通用化和标准程度。
选用标准化元件,特别应选用商品化的标准元件,以缩短夹具制造周期,从而降低夹具成本。
(6)必须具有良好的结构工艺性,以便夹具的制造、使用和维修。
以上要求有时是互相矛盾的,故应在全面考虑的基础上,处理好主要矛盾,使之达到较好的效果。
例如钻模设计中,通常侧重于生产率的要求。
1.3 机床夹具的发展概括
机床夹具的现状: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3~4年就要更新
50~80%左右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为10~20%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。
现代机床夹具的发展方向:现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。
(1)标准化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及部件的国家标准:gb/t2148~t2259-91以及各类通用夹具、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及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5μm。
(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:组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、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,扩大夹具的柔性化程度,改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构,发展可调夹具结构,将是当前夹具发展的主要方向。
1.4 机床夹具的发展方向
现代机床夹具的发展方向:主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化和模块化等五个方面。
(1)标准化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及部件的国家标准:GB/T2148~T2259-91以及各类通用夹具、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)精密化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5μm。
(3)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及自动更换夹具的装置,充分发挥了数控机床的效率。
(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:组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、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,扩大夹具的柔性化程度,改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构,发展可调夹具结构,将是当前夹具发展的主要方向。
(5)模块化模块化的设计省时、节能,体现在各种先进夹具的系统中,为夹具的计算机辅助设计与组装打下了坚实的基础,应用CAD技术,可建立元件库、典型夹具库和用户使用档案库,可进行夹具优化设计,进行夹具的三维实体组装。
模拟仿真刀具的切削过程,为用户提供正确、合理的配套方案,了解市场需求,不断地改进和完善夹具系统。
1.5 钻床夹具的概括
1.5.1钻床夹具的特点
(1)保证工件的加工精度
专用夹具应有合理的定位方案,合适的尺寸,公差和技术要求,并进行必要的精度分析,确保夹具能满足工件的加工精度要求。
(2)提高生产效率
专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应,应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置,以缩短辅助时间,以提高生产效率。
(3)工艺性好
专用夹具的结构简单,便于加工,装配,检验和维修。
专用夹具的生产属于批量生产(4)使用性好
专用夹具的操作应简单,省力,安全可靠,排屑应方便,必要时可设置排屑机构。
(5)经济型好
除考虑专用夹具本身结构简单,标准化程度高,成本低廉外,还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析,以提高夹具在生产中的经济效益。
1.5.2钻床夹具的设计要点
1.钻套
钻套的作用是确定钻头,铰刀等刀具的轴线位置,防止刀具在加工过程中发生偏斜。
根据使用二点,钻套可分为固定式,可换式,快换式等多种结构形式
(1)固定钻套固定钻套直接被压在钻模板上,其位置精度要求较高,但磨损后不易更换,钻模板较薄时,为使钻套具有足够的引导长度,赢采用有肩钻套。
(2)可换钻套在成批生产、大量生产中,为便于更换钻套,采用可换钻套
(3)快换钻套在工件的一次装夹中,若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个工步加工,需要不同孔径的钻套来引导刀具,此时应使用快换钻套。
更换钻套时,只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置,即可向上快速取出钻套。
(4)专用钻套在一些特殊场合,可以根据具体要求自行设计钻套
2.钻模板
常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式
(1)固定式钻模板固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体,也可以用螺钉将它与夹具体相连接。
采用这种钻模板钻孔,位置精确度较高。
(2)铰链式钻模板铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。
1.翻转,装卸工件时,将钻模板往上翻;加工时将钻模板往下翻,并用菱形夹紧螺钉。
2.固紧,采用铰链式钻模板,工件可以在夹具上方装入,装卸工件方便;但翻转钻模板费工费时,效率较低,且钻模板位置精度受铰链间隙影响,钻孔位置精度不高;它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。
(3)悬挂式钻模板悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的,悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用,生产效率高,适于在大批量生产中应用。
4.确定各表面加工方案,在选择各表面孔的加工方法时,需综合考虑以下因素:
(1)要考虑各表面的精度和质量要求,根据各加工表面的技术要求,选择加工方法及分几次加工。
(2)根据生产类型来选择,在大批量生产中可使用专用的高效率的设备;在单件小批量生产中则使用常用设备和一般加工方法。
(3)要考虑被加工材料的性质。
(4)要考虑工厂或车间的实际情况,同时也应考虑不断改进现有的加工方法和设备,推广新技术,提高工艺水平。
(5)此外,还要考虑一些其他因素,如加工表面的物理机械性能的特殊要求,工件形状和重量等。
1.5.3确定各表面加工方案
在选择各表面的及孔的加工方法时,需综合考虑以下因素
(1)要考虑各表面的精度和质量要求,根据各加工表面的技术要求,选择加工方法及分几次加工
(2)根据生产类型来选择,在大批量生产中可使用专用的高效率的设备;在单件小批量生产中则使用常用设备和一般加工方法。
(3)要考虑被加工材料的性质
(4)要考虑工厂或车间的实际情况,同时也应考虑不断改进现有的加工方法和设备,推广新技术,提高工艺水平。
(5)此外,还要考虑一些其他因素,如加工表面的物理机械性能的特殊要求,工件形状和重量等
第二章钻床夹具设计特点
2.1 确定夹具的类型
按使用范围,夹具可分为通用夹具和专用夹具两类。
通用夹具适用于各种不同尺寸的零件加工,如导尺、分度盘等。
这类夹具是作为附件与机床一起配套供应的。
专用夹具是专门为某一工件在某一工序进行加工而设计的夹具,如在铣床上加工弯曲零件必须采用相应的夹具,在压刨上加工斜面、曲面也要采用专用夹具。
2.2 钻模的主要类型
钻床专用夹具一般通称为“钻模”。
可按钻模有无夹具体,以及夹具体是否可动,而分为下面几类:
1.固定式钻模
这种钻模在使用时,是被固定在钻床工作台。
用于在立轴式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。
如果要在立式钻床上使用固定式钻模加工平行空系,则需要在机床主轴上安装钻模时,一般先将装在主轴上的定尺刀具伸入钻套中,以确定钻模的位置,然后将其紧固。
这种加工方式的钻孔精度比较高。
2.回转式钻模
回转式钻模主要用于加工同一圆周面上的平行孔系,或分布在圆周上的径向孔。
有立轴、卧轴和斜轴回转等三种基本形式。
由于回转台已标准化,并作为机床附件由专门厂生产供应,固回转式钻模的设计,大多数情况是设计专用的工作夹具和标准回转台联合使用。
3.翻转式钻模
主要用于加工小型工件不同表面上的孔。
使用翻转式钻模可减少工件装夹的次数,提高工件上各孔之间的位置精度。
4.盖板式钻模
这种钻模无夹具体,其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。
钻模板在工件上装夹,适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。
夹具、结构简单轻便,易清除切屑;但是每次夹具需从工件上装卸,较费时,故此钻模的质量一般不宜超过10 kg。
5.滑柱式钻模
滑柱式钻模的结构已经标准化了和规格化了,具有不同的系列。
使用时,只要根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况,专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等,装在夹具体的平台或钻模板上的适当位置,就可用于加工。
此次设计的夹具工件是离合器压紧盖,图2-1为零件的CAD图。
图2.1 钻孔CAD零件图2.2 钻孔三维零件
2.3夹具的特点
(1)保证工件的加工精度
专用夹具应有合理的定位方案,合适的尺寸,公差和技术要求,并进行必要的精度分析,确保夹具能满足工件的加工精度要求。
(2)提高生产效率
专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应,应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置,以缩短辅助时间,以提高生产效率。
(3)工艺性好
专用夹具的结构简单,合理,便于加工,装配,检验和维修。
专用夹具的生产属于小批量生产。
(4)使用性好
专用夹具的操作应简单,省力,安全可靠,排屑应方便,必要时可设置排屑机构。
(5)经济型好
除考虑专用夹具本身结构简单,标准化程度高,成本低廉外,还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析,以提高夹具在生产中的经济效益。
第三章工件的夹紧计算及其选择
3.1 工件的夹紧
3.1.1 夹紧基本原理理论
夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位,不致因工时受切削力,重力或伴生离心力,惯性力,热应力等的作用产生移动或振动。
夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分,除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置,才可以设有夹紧装置。
夹紧装置设计的优劣,对于提高夹紧的精度和加工作效率,减轻劳动强度都有很大的影响。
图3.1 夹紧功能原理方案设计组成结构
分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类:第一类是性能要求,主要指定位唯一性、定位稳定性,夹紧稳定性及总体约束;第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。
本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。
夹紧对象特征项目:包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。
加工信息特征项:加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。
夹紧要求特征项:主要指性能要求,包括定位要求、定位基准选择,如特征点、特征面。
夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率,自锁性等。
元件功能分析:夹紧功能主要包括四种元功能。
它们是:定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。
定位功能由定位元件完成,定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。
传动功能由中间递力机构完成,该机构一般有三个作用;改变作用力的力一向、大小和自锁作用。
目前常用的有以下机构:斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。