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哈爾濱理工大學榮成學院 畢業(yè)設計 論文 開 題 報 告 學生姓名 學 號 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 指導教師 2014 年 03 月 9 日 課題題目及來源 題目 托板加工工藝及典型工序夾具設計 題目來源 生產(chǎn)實際 課題研究的意義和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 課題研究的意義 現(xiàn)代機械制造技術是一個國家制造業(yè)水平的重要標志 是現(xiàn)代技術和工業(yè)創(chuàng) 新的集成 1 是一個國家工業(yè)的支柱和基礎 各個國家之間科技競爭力的重點是 機械制造業(yè) 分析機械制造技術的現(xiàn)狀和特點 可以探究未來機械制造技術的發(fā) 展方向 夾具是一種能夠使工件按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝備 它廣泛地運用于機械加工 檢測和裝配等整個工藝過程中 在現(xiàn)代化的機械和 儀器的制造業(yè)中 提高加工精度和生產(chǎn)率 降低制造成本 一直都是生產(chǎn)廠家 所追求的目標 正確地設計并合理的使用夾具 是保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率 從而降低生產(chǎn)成本的重要技術環(huán)節(jié)之一 同時也擴大各種機床使用范圍必不可 少重要手段 一項優(yōu)秀的夾具結(jié)構(gòu)設計 往往可以使生產(chǎn)效率大幅度提高 并使產(chǎn)品的 加工質(zhì)量得到極大的穩(wěn)定 2 尤其是那些外形輪廓結(jié)構(gòu)較復雜的 不規(guī)則的拔 叉類 桿類工件 幾乎各道工序都離不開專門設計的高效夾具 目前中等生產(chǎn) 規(guī)模的機械加工生產(chǎn)企業(yè) 其夾具的設計 制造工作量 占新產(chǎn)品工藝準備工 作量的 50 80 生產(chǎn)設計階段 對夾具的選擇和設計工作的重視程度 絲毫 也不亞于對機床設備及各類工藝參數(shù)的慎重選擇 夾具的設計 制造和生產(chǎn)過 程中對夾具的正確使用 維護和調(diào)整 對產(chǎn)品的優(yōu)劣起著舉足輕重的作用 機械制造基礎畢業(yè)設計是我們學完了大學的機械制造基礎課程 技術基礎 課以及大部分專業(yè)課之后進行的 畢業(yè)設計對我們未來的工作有著很大的幫助 國內(nèi)外發(fā)展狀況 夾具的設計包括三個步驟 設備規(guī)劃 夾具規(guī)劃和夾具結(jié)構(gòu)設計 目前 J Y Jung 3 以及 Ferreira 等人在進行 CAPP 方面的研究中對設備規(guī)劃有詳細論 述 計算機輔助家居設計 CAFD 就夾具方面也做了一些工作 Chou YC Chandru V 等人提出的自動夾具定位和夾緊的一種方法 de meter EC 提出的利 用機械杠桿原理進行定位和夾緊位置選擇的一種算法 目前 關于工件夾具的 自動化配置方面的工作 自動化結(jié)構(gòu)設計 AFCD 中很少提及 Cai 等提出了一種指導夾具設計的方法 此方案是縮小由于工件表面與夾 具安裝誤差所帶來的定位誤差 Hockenberger 4 與 Demter 提出的模式是在工件 加工期間工件的靜態(tài)分析 這種方法是一種定性分析并且是在抓緊或夾緊物體 的最壞的情況下的偏差 這種情況是由于干涉扭矩 夾具是機械加工不可缺少 的部件 在機床技術向高速 高效 精密 復合 智能 環(huán)保方向發(fā)展的帶動 下 夾具技術正朝著高精 高效 模塊 組合 通用 經(jīng)濟方向發(fā)展 5 高 精 隨著機床加工精度的提高 為了降低定位誤差 提高加工精度 對夾具的 制造精度要求更高 高精度夾具的定位孔距精度高達 5 m 夾具支承面的垂 直度達到 0 01mm 300mm 平行度高達 0 01mm 500mm 德國 demmeler 戴美樂 公司制造的 4m 長 2m 寬的孔系列組合焊接夾具平臺 其等高誤差為 0 03mm 精密平口鉗的平行度和垂直度在 5 m 以內(nèi) 夾具重復安裝的定位精 度高達 5 m 瑞士 EROWA 柔性夾具的重復定位精度高達 2 5 m 機床夾具的 精度已提高到微米級 世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè) 誠然 為了適應不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟性 夾具有不同的型號 以及不同檔次的精度 標準供選擇 高 效 為了提高機床的生產(chǎn)效率 雙面 四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多 為了減少工件的安裝時間 各種自動定心夾緊 精密平口鉗 杠桿夾緊 凸輪 夾緊 氣動和液壓夾緊等 快速夾緊功能部件不斷地推陳出新 新型的電控永 磁夾具 加緊和松開工件只用 1 2 秒 夾具結(jié)構(gòu)簡化 為機床進行多工位 多 面和多件加工創(chuàng)造了條件 為了縮短在機床上安裝與調(diào)整夾具的時間 瑞典 3R 夾具僅用 1 分鐘 即可完成線切割機床夾具的安裝與校正 采用美國 Jergens 杰金斯 公司的球鎖裝夾系統(tǒng) 1 分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機床 工作臺上 球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具 起到縮短停機時間 提 高生產(chǎn)效率的作用 模塊 組合夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎 6 利用模塊化設計的系 列化 標準化夾具元件 快速組裝成各種夾具 已成為夾具技術開發(fā)的基點 省工 省時 節(jié)材 節(jié)能 體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中 模塊化設計 為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎 應用 CAD 技術 可建立元件庫 典 型夾具庫 標準和用戶使用檔案庫 進行夾具優(yōu)化設計 為用戶三維實體組裝 夾具 模擬仿真刀具的切削過程 既能為用戶提供正確 合理的夾具與元件配 套方案 又能積累使用經(jīng)驗 了解市場需求 不斷地改進和完善夾具系統(tǒng) 組 合夾具分會與華中科技大學合作 正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網(wǎng)站 為夾具行 業(yè)提供信息交流 夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺 爭取實現(xiàn)夾具設計與服務 的通用化 遠程信息化和經(jīng)營電子商務化 通用 經(jīng)濟夾具的通用性直接影響 其經(jīng)濟性 7 采用模塊 組合式的夾具系統(tǒng) 一次性投資比較大 只有夾具系 統(tǒng)的可重組性 可重構(gòu)性及可擴展性功能強 應用范圍廣 通用性好 夾具利 用率高 收回投資快 才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好 德國 demmeler 戴美樂 公司的孔 系列組合焊接夾具 僅用品種 規(guī)格很少的配套元件 即能組裝成多種多樣的 焊接夾具 元件的功能強 使得夾具的通用性好 元件少而精 配套的費用低 經(jīng)濟實用才有推廣應用的價值 8 專家們建議組合夾具行業(yè)加強產(chǎn) 學 研協(xié)作的力度 加快用高新技術改 造和提升夾具技術水平的步伐 創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網(wǎng)站 充分利用現(xiàn)代信息和 網(wǎng)絡技術 與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術 主動與國外夾具廠商聯(lián)系 爭取 合資與合作 引進技術 這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途 徑 9 改革開放以來 隨著中國與世界的接軌 中國不斷的引進了西方先進的加 工技術 而且隨著世界科技的飛速發(fā)展 數(shù)控機床 加工中心 柔性制造單元 柔性制造系統(tǒng)等一系列高端設備得以廣泛的運用 使得我國的加工精度和加工 方法也發(fā)生了革命性的改變 產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快 產(chǎn)品需求的多樣化 是制 造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn) 特別像托板這種不規(guī)則零件就出現(xiàn)了重大問題 現(xiàn)階段托 板零件加工還打不到自動化加工 它的工藝好需要人工畫線的方法來保證 而 零件的裝夾也是通過人工來完成的 所以現(xiàn)階段我國對托板這種不規(guī)則零件的 加工的效率還是比較低的階段 夾具方面人們也從過去傳統(tǒng)的夾具的裝夾 定 位 刀具的引導定位為夾具的裝夾和定位 隨著數(shù)字化加工設備的擴大化 已 經(jīng)將夾具的引導刀具功能完全替代 給今后的夾具的快速裝夾與定位提出了更 高的要求 課題研究的內(nèi)容 通過網(wǎng)絡 期刊 教材 廠家資料及國內(nèi)外相關文獻查閱 根據(jù)要求完成 對托板加工工藝和夾具設計系統(tǒng)設計 完成設計圖紙的繪制并進行相關校核工 作 完成設計說明書的編寫 加工工藝 1 制訂托板加工工藝規(guī)程 關鍵是工序的劃分和定位基準的選擇 在設計 開始的過程中 我們必須要認真分析零件圖 了解其托板零件的結(jié)構(gòu)特點和相 關的技術要求 對托板零件的每一個細節(jié) 都應仔細的分析 如托板加工表面 的平行度 粗糙度 垂直度 特別是要注意托板零件各孔系自身精度 同托板 度 圓度 粗糙度等 和它們的相互位置精度 托板線之間的平行度 垂直度 以及托板線與平面之間的平行度 垂直度等要求 托板零件的尺寸是整個零件 加工的關鍵 必須弄清托板零件的每一個尺寸 繪制零件圖是一個重點 同時 因為托板零件比較復雜 所以也是一個難點 我們采用 autoCAD 軟件繪制零件圖 一方面增加我們對零件的了解認識 另一方面增加我們對 autoCAD 軟件的熟悉 工序的劃分 確定加工順序和工序內(nèi)容 安排工序的集中和分散程度 劃分工序階段 這項工作與生產(chǎn)綱領有密切關系 具體可以根據(jù)生產(chǎn)類型 零件的結(jié)構(gòu)特點 技術要求和機床設備等 生產(chǎn)條件確定工藝過程的工序次數(shù) 如批量小時可采 用在通用機床上工序集中原則 批量大時即可按工序分散原則 組織流水線生 產(chǎn) 也可利用高生產(chǎn)率的通用設備 按工序集中原則組織生產(chǎn) 2 夾具設計可能遇到的問題 工件定位是否正確 定位精度是否滿足要求 工件夾緊牢固是否可靠等等 工件在夾具中的定位精度 主要與定位基準是否與工序基準重合 定位基 準與定位元件的配合狀況等因素有關 可提高夾具的制造精度 減少配合間隙 就能提高夾具在機床上的定位精度 夾具中出現(xiàn)過定位時 可通過撤消多余定 位元件 使多余定位元件失去限制重復自由度的能力 增加過定位元件與定位 基準的配合間隙等辦法來解決 夾緊必須可靠 但夾緊力不可過大 以免工件或夾具產(chǎn)生過大變形 可采 用多點夾緊或在工件鋼性薄弱部位安放適當?shù)妮o助支撐 夾具的設計必須要保 證夾具的定位準確和機構(gòu)合理 考慮夾具的定位誤差和安裝誤差 我們將通過對 工件與夾具的認真分析 結(jié)合一些夾具的具體設計事例 查閱相關的夾具設計資料 聯(lián)系在工廠看到的一些托板零件加工的夾具來解決這些問題 上述即為遇到困難的解決措施 3 本課題擬采用的研究手段 途徑 和可行性分析 根據(jù)不同的研究對象擬采用不同的研究手段 途徑 本課題包括兩方面內(nèi) 容 托板加工工藝的設計和夾具設計 制定工藝規(guī)程的研究途徑和可行性分析 毛坯的選擇 根據(jù)生產(chǎn)綱領和零件結(jié)構(gòu)選擇毛坯 毛坯的類型一般在零件圖上已有規(guī)定 對于鑄件和鍛件應了解其分模面 澆口 冒口位置和拔模率 以便在選擇定位 基準和計算加工余量時有所考慮 如果毛坯是棒料或型材 則按其標準確定尺 寸規(guī)格 并決定每批加工件數(shù) 毛坯的種類和其質(zhì)量對機械加工的質(zhì)量有密切的關系 同時對提高勞動生 產(chǎn)率 節(jié)約材料 降低成本有很大的影響 擬訂工藝路線 表示零件的加工順序及加工方法 分出工序 安裝或工位及工步等 并選 擇各工序所使用的機床型號 刀具 夾具及量具等 擬訂工藝路線從實際出發(fā) 理論聯(lián)系實際和工人結(jié)合起來 常常需要提出幾個方案 進行分析比較后再確 定 計算切削用量 加工余量及工時定額 查閱 切削用量手冊 等資料并進行計算確定 目前 對單件小批量生產(chǎn) 不規(guī)定切削用量 而是由操作工人根據(jù)經(jīng)驗自行選定 但對于自動線和流水線 為保證生產(chǎn)的節(jié)拍 必須規(guī)定切削用量 并不能隨意改變 計算加工余量 工 序尺寸及公差是要控制各工序的加工質(zhì)量以保證最終加工質(zhì)量 工時定額一般 按各工廠的實際經(jīng)驗積累起來的統(tǒng)計資料來估算 隨著生產(chǎn)的發(fā)展 工藝的改 進 新工藝 新技術的不斷出現(xiàn) 工時定額應進行相應的修改 對機械加工工藝規(guī)程基本要求可歸結(jié)為質(zhì)量 生產(chǎn)率和經(jīng)濟性 雖然有時 互相矛盾 但只要把它們處理好 就會成為一個統(tǒng)一體 在三個要求中 質(zhì)量 是首要的 質(zhì)量表現(xiàn)在機械產(chǎn)品的各項技術性能指標 質(zhì)量不能保證 根本談 不上數(shù)量 質(zhì)量和生產(chǎn)率之間是密切聯(lián)系的 在保證質(zhì)量的前提下 應該不斷 地最大限度地提高生產(chǎn)率 滿足生產(chǎn)量的要求 如果兩者矛盾 則生產(chǎn)率要服 從于質(zhì)量 應在保證質(zhì)量的前提下解決生產(chǎn)率問題 在保證質(zhì)量的前提下 應 盡可能的節(jié)約耗費 減少投資 降低制造成本 這就是經(jīng)濟性 因此 托板的工藝規(guī)程研究途徑應該體現(xiàn)質(zhì)量 生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的統(tǒng)一 達到經(jīng)濟合理及可行的最優(yōu)方案 夾具設計的研究途徑和可行性分析 托板 銑 鉆等工序使用的專用夾具 此類夾具的特點是針對性強 結(jié)構(gòu) 緊湊 操作簡便 生產(chǎn)率高 夾具設計最關鍵是要求對工件定位正確 且滿足定位精度要求 為了解決 此問題 首先得了解影響定位精度的因素 然后采取措施解決具體的問題 如 定位基準與定位元件的配合狀況和影響定位精度 那么可以提高夾具的制造精 度 減小配合間隙就能提高夾具在機床上的定位精度 除此之外 選擇夾具的類型與結(jié)構(gòu)型式必須與零件生產(chǎn)批量大小相適應 夾具結(jié)構(gòu)與零部件應具有足夠的剛度和強度 從而保證夾具操作方便 夾緊可 靠 使用安全 并有合理的裝卸空間 課題研究的主要方法 1 搜集資料 了解并掌握托板加工工藝結(jié)構(gòu)和工作原理 2 確定設計大體思路 撰寫開題報告 要求完成具體的設計內(nèi)容及計算 3 根據(jù)設計任務書的要求 熟悉相關軟件 AutoCAD 確定設計方法及 設計要點 按要求完成完整的設計計劃及預期達到的結(jié)果 進行相關 設計及計算 4 對所設計夾具設計相關校核 準備相關資料 5 對設計說明書初稿進行相關格式修改 對設計圖紙并進行修改 研究過程中的主要問題和解決的方法 1 研究內(nèi)容 1 查閱文獻資料 詳細研究零件圖 了解零件的結(jié)構(gòu) 2 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)選取毛坯的種類和制造方法毛坯余量的選擇 3 制定工藝規(guī)程和可行性分析 4 選擇粗精基準 計算和選擇金屬切削機床的技術參數(shù) 5 根據(jù)托板的結(jié)構(gòu)設計工序過程中的專用夾具 2 本課題可能遇到的問題及其研究方法 1 在剛開始的時候工序的劃分以及定位基準會比較難選擇 所以就在過程中 腰認真分析零件圖 了解托板的結(jié)構(gòu)特點及相關的技術要求而加工工序要根據(jù) 生產(chǎn)類型 零件的結(jié)構(gòu)來認真分析 2 在夾具設計的時候也可能遇到問題 比如工件的定位是否正確 定位精度 是否滿足要求等等 所以要調(diào)查現(xiàn)階段國內(nèi)外比較先進的托板結(jié)構(gòu) 從整體上 把握設計的方向 了解托板的加工工藝規(guī)程及夾具的設計原理 3 通過大量的資料 研究零件的結(jié)構(gòu) 選擇合適的加工方法 及選擇合理的 基準和工序安排 4 熟悉夾具的結(jié)構(gòu)選擇合理的機床及裝夾設備 確定加工余量和工序 進行 精細的準確的尺寸計算 和時間的估算 3 課題預期結(jié)果 1 了解了托板的作用 完成對零件的結(jié)構(gòu)分析 并制作出合理的夾具及裝夾 方案 2 在保證經(jīng)濟和尺寸精度的要求下制定出合理的加工方法及加工工序 3 在老師的要求下及自己的計劃內(nèi)完成各項任務 4 完成課題所需的工作條件 在前期得做好各項準備 要查閱大量的文獻了解托板的結(jié)構(gòu) 并在 CAD 上畫出這個零件 認真去了解他的結(jié)構(gòu) 這當中就需要一些工具書比如機械加 工工藝手冊 夾具設計圖冊 刀具設計手冊以及有關教材及參考資料 最后如 果有需要還可以選擇去工廠調(diào)研 以上條件具備完成本課題所需的工作條件 課題研究所需的參考文獻 1 孟少農(nóng)主編 機械加工工藝手冊 機械工業(yè)出版社 1991 169 182 2 李益民主編 機械制造工藝設計簡明手冊 機械工業(yè)出版社 1993 178 195 3 J Y Jung R S Ahluwalia Feature based noncutting tool path selection J Manufacturing System 13 3 1994 165 176 4 Hockenberger A systems approach to fixture planning and design Int J Advanced Manufacturing Technol 10 1995 169 182 5 黃如林主編 切削加工簡明實用手冊 化學工業(yè)出版社 2004 169 182 6 薛源順主編 機床夾具設計 機械工業(yè)出版社 1995 169 182 7 崇 凱主編 機械制造技術基礎課程設計指南 化學工業(yè)出版社 2006 12 8 陳于萍 高曉康主編 互換性與測量技術 北京高等教育出版社 2005 169 182 9 司乃鈞 許德珠主編 熱加工工藝基礎 高等教育出版社 1991 169 182 10 張龍勛主編 機械制造工藝學課程設計指導及習題 機械工業(yè)出版社 1999 11 169 182 11 艾興 肖詩綱主編 切削用量簡明手冊 機械工業(yè)出版社 2002 12 Handbook of Machine Tools Manfred weck J 2005 169 182 13 Boyes W E Jigs and Fixture America SME J 2006 169 182 指導教師審查意見 指導教師簽字 200 年 月 日 指導委員會意見審核意見 組長簽字 200 年 月 日