箱体三维建模及镗φ85内孔夹具设计开题报告.docx

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1、毕业设计（论文）材料之二安徽工程大学毕业设计（论文）开题报告题目:题目:箱体的镇模（镇夹具）设计Design of Boring Die (Jig) for Box课题类 型：设计El实验研究口论文口学生姓名:学 号： 专业 班级：机械设计制造及其自动化学 院：机械工程学院指导教师：开题时间： 20年 月 日201年 月 日19徐志刚，基于广义映射原理的组合夹具结构设计自动化，工程设计出版社, 2018o20马贤智，机械加工余量与公差手册，北京：中国标准出版社，1994。17王 启平等.机械制造工艺学M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2017.21 Cai-Hua Xionga, You-Fu

2、 Lib , Y Kevin Rongc , You LunXionga. Qualitative Analysis and Quantitative Evaluation of Fixturing J. Robotics and Computer Integrated Manufacturing, 2019, 18: 335-342.22 Diana M Pelinescu, Michael Yu Wang . Multi-objective Optimal Fixture Layout Design J. Robotics and Computer Integrated Manufactu

3、ring, 2018, 18:365-372.23Brost R C, Goldberg K Y. A Complete Algorithm for Designing Planar Fixtures Using Modular Components J IEEE Transactions on Robotics and Automation, 2017, 1四、指导教师意见（签名）一、本课题的研究意义、研究现状和发展趋势(文献综述)(一)研究意义随着科技水平的不断发展，机械加工工艺也得到了很大的进步，但是随着市 场的不断变化，我们必须不断完善机械加工工艺才能满足市场的需要；机械加工 工艺主要

4、是机械制造过程中的机械操作行为，确保加工程序和产品质量完全符合 标准，随着机械加工工艺水平的不断提高，我国的加工技术也在快速发展，为了 进一步提高零件合格率，实现企业的经济效益，提高零部件生产企业的综合竞争 力，需要零部件企业加强机械加工工艺研究以及优化。众所周知我国是制造业大国，但是我国机械加工能力在世界范围内处于落后 地位，特别是在机械加工工艺和加工设备方面劣势比较明显，本次研究的课题正 是在这样的背景下产生，本次所研究的课题是在我们经历了大学四年的机械相关 理论知识的学习过后，并且也参加过类似的金工实习后进行的关于零件加工工艺 和方式方法，包括加工过程中工装夹具的设计等，所以本次设计对于

5、将来会从事 机械行业的我们来说具有非常重要的意义，通过本次研究不仅可以对我们在课堂 上所学的知识进行回顾，而且能够培养我们发现问题、解决问题的能力，本课题 来源于企业项目，鉴于我国机械加工技术落后的现状，相信有必要进行本次的课 题研究，在学习国外先进的加工工艺和加工设备的同时.，可以发现我们在这些方 面的不足，可以提供一个努力去改善的方向，综上本次毕业设计研究的课题意义 非凡。(二)研究现状及发展趋势1.国外的研究现状国外机械加工研究现状：以美国、德国和日本为代表的一些科技比较发达的 国外科技强国近几年主要在以下4个方面对机械加工进行了深入的研究，并且取 得了不小的成就4。(1)计算机集成制造

6、系统(CIM)：它是在自动化技术、信息 技术和制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造厂全部生产活动所需的 各种分散的自动化系统有机地集成起来，是适合于多品种、中小批量生产的总体 高效率、高柔性的制造系统。(2)智能制造系统(IMS)：是指将专家系统、模糊 逻辑、人工神经网络等人工智能技术应用到制造系统中，以解决复杂的决策问题, 提高制造系统的水平和实用性。人工智能的作用是要代替熟练工人的技艺，学习 工程技术人员的实践经验和知识，并用于解决生产中的实际问题5。(3)并行 工程(CE)：又称同步工程或同期工程，是针对传统的产品串行开发过程而提出的 概念和方法.并行工程是集成地、并行地设计产品

7、及其相关各种过程的系统方法。 该方法要求开发人员从设计开始就考虑产品整个生命周期中的所有因素，包括产 品制造工艺、质量、成本、(4)敏捷制造(AM)：又称灵捷制造、迅速制造和灵活 制造等，它是将柔性生产技术、熟练掌握生产技能和知识的劳动力与促进企业内 部和企业之间相互合作的灵活管理集成在一起，通过所建立的共同基础结构，对 迅速改变或无法预见的消费者需求和市场时机做出快速响应6。国外机床夹具研究现状：国外科学家在数控机床上加工工件时，主要考虑机 床夹具应具备以下功能：使卡爪能迅速调整到所需直径；用未经热处理的卡 爪代替热处理过的卡爪；由卡盘作业换成顶针作业，以缩短机床调整时的停机 时间；能调节夹

8、紧力以防工件变形；卡盘可在高速下作业；有机械化快速 传动装置7。在这方面，引起人们注意的是西德福卡特公司设计的一种机械化 楔形齿条式三爪卡盘结构，它的U-NC型夹紧系统是专门用于数控机床的。这种 卡盘的主要结构特点是，机械化快速传动装置与快速卡爪合在一起。该公司还生 产了四种标准尺寸的卡盘，其直径分别为250、315、400和500毫米，最大夹紧 力达到02公斤/平方厘米8。卡盘的精度取决于它的结构刚度，对于夹紧力大 和小尺寸的卡盘，允许在高速下加工零件。为了快速调整卡盘，采用一种可换组 合卡爪如图1,它由底座和淬火的或未淬火的卡爪所组成，卡爪预先进行精密加 工到所需尺寸。一套不同尺寸的组合卡

9、爪能夹住各种直径的毛坯9 o为了在数控机床工作台上安装和紧固零件，目前大力推广一种万能夹具和组 合安装夹紧原件。很多机床制造公司都把这种组合原件与机床配套供应用户 10 o日本一家公司生产的MD6-H型加工中心机床配有下列附件：角铁、回转工 作台和球面工作台，以及使工件定位在工作台上的整套安装夹紧原件(垫板、支 架、压板等)H。西德卡尔哈莱尔公司生产的加工中心机床，其配套附件有； 手动和液压传动的夹钳、自动定心夹钳、三爪卡盘、卡套、角铁、分度头、回转 式分度台、工作台、移动式夹钳和螺旋式支撑配套的可调夹紧装置和垫板12。 日本日立精机公司生产的DC-400型加工中心机床配备有自动更换工件的双工

10、作 台，他们依次定位在工位上和装卸位置上。工作台上有孔网，其两侧有两块支撑 板，板上有调节支撑的螺孔，此支撑是用来将零件沿着两面定位在工作台上13。 2国内的研究现状国内机械加工研究现状：我当前我国的机械加工，普遍仍采用落后的通用机 床加专用工艺装备的生产模式，即采用分散的、通过很多道工序来组织零件加工 的生产模式，新技术、新工艺的研究、开发、推广和应用十分缓慢14。例如， 成组技术、数控加工技术、复合加工、高速磨削、强力磨削和砂带磨削等先进工 艺在我国都未得到广泛应用。而国外机械加工工艺已发展到以零件为对象，按零 件组织专业化生产，工艺装备也发生了相应变化15。我国生产上使用的加工设备构成比

11、不合理，普通车床所占的比例大，先进的 与专用的设备比例少。总的情况是:通用设备多，专用设备少;金切设备多，磨削 设备少;单机多，生产线少；高精度、数控等设备更少。据报导，1933年美国机 械制造工业的磨床拥有量占金属切削机床总数的23.5%,目前，先进工业国家的 磨削加工量占到切削、磨削加工总量的25%左右，而砂带磨削的加工量要占磨削 加工量的40%-50机16。此外，国外的机械加工将坐标铿床、三坐标测量机等精 密设备都广泛用于生产第一线，并且特重视加工设备的数控化和柔性，数控化率 已达40%以上，而我国虽然早在50年代末就开始发展数控，但至今机床数控化 率仍很低，平均还不到3%,在加工精度方

12、面，近几年来随着我国技术改造的深 入和引进先进技术，在有些工厂中，一些精密机床的加工精度已接近国外先进水 平。但从总体上看，我国制造生产水平仍然比较落后17。目前我国机械加工的精度普遍约比国外低1-2级。例如汽缸体孔的加工精 度，我国为H7级，而国外为H6级;HRC50-60重载齿轮的加工精度日本可达6级, 而我国为7-8级。国外的普通机械加工、精密加工与超精密加工的精度可分别达 到lum, 0. Olum及0. OOlum (Inm),并且在一些高新技术产品上超精密加工正在 向原子级加工精度逼近，而我国目前的加工精度还刚进入0.lum级阶段18。 国内机床夹具研究现状：随着我国机械加工制造的

13、发展，机床夹具也在不断改进, 然而在通用性和精度方面还有待改进，这在一定程度上阻碍了我国机床加工的发 展，为了提高夹具的通用性和精密行，很多国内企业在不断优化，目前常用的机 床夹具有以下几种：（1）组合夹具如图2,为了提高专用夹具的使用效果、降低 其报废率，将这些不同形状、不同规格的标准专用夹具组合成为一体，使其可以 在多种不同的机床上使用，以加工不同的器件，从而提高了夹具的通用性，同时 保证了加工的精度。由于组合夹具是将多个夹具组合在一起，故体积和重量较大, 在安装使用过程中会造成一定的不便，并且一次性投资高，从而限制了其应用推 广19； （2）成组夹具，也是对专用夹具的改造，主要由固定部分

14、和可更换部分 组合而成，其中可更换部分可根据加工对象的不同而更换相应的夹具单元使之成 为一个新的夹具，从而提高夹具的通用性，成组夹具尤其适用于一台机床加工不 同规格零部件场合，在加工完一种零件后，可通过快速更换夹具单元的方式来继 续加工另一种规格的零件，因此具有高精度、高通用性的优点，并且比组合夹具 的成本更低，但其自动化程度不够，无法满足现代机床的加工要求；（3）自动化 夹具，为适应自动化加工，其相应的夹具也正加快自动化进程，在自动化的流水 线加工过程中，自动化夹具可根据加工的需要实现自动更换，整个过程不需要人 工介入，因此更换的速度较快，在对自动化夹具使用的过程中，要注意设计好夹 具输送、

15、更换的工艺，使预期更换的夹具能够准确输送到预定位置；（4）数控机 床夹具，随着机械加工业的飞速发展，数控机床得到了广泛的应用，在数控机床 中，对夹具提出了更高的要求，并且能够做到自身的快速更换以及夹具对加工工 件的快速装夹，其次夹具具有良好的敞开性和机动性，机床坐标系中坐标关系明 确，数据简单，便于坐标的转换计算20。二、主要设计（研究）内容（1）复习夹具设计方面的知识，确定设计方案；（2）计算夹具零件相关尺寸、设计各零件结构；选用标准件。（3）画出二维零件图和装配图；根据零件图，拟定该零件从毛坯的获取到最后成品件的机械加工工艺路线，并通 过对比分析优化出一套，选择其中典型的工序进行1套夹具设

16、计。具体要求：（4）设计箱体零件的机械加工工艺规程包括对零件进行分析；确定毛坯；选择定位基准；制定机械加工工艺路线；选择加工 设备；确定加工余量；计算工艺尺寸；填写工艺过程卡片及工序卡片。（5）设计箱体专用机床夹具设计85H7孔链床夹具，包括：设计定位元件；设计夹紧装置；设计对刀、导引 装置；设计夹具体等。三、研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）研究方案3.1设计目的夹具是制造业中必不可少的组成部分，优质的夹具可以使产品生产率、产品 加工精度等得到提高，还可以大幅度降低生产成本。随着计算机在现代科学技术 中广泛的应用，企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。除了夹具之外，企 业

17、对机械加工工艺也有着很高的要求，机械加工工艺要保证企业技术的高品种、 高质量、高水平、产品更新加速、经济效益提高等。机械加工工艺是企业进行一 系列操作时的参照，如生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和 健全劳动组织等都必须参照才做出行动，所以对机械产品的加工工艺及夹具设计具有十分重要目的和意义。3. 2初步方案L工艺方案设计方案要有至少两种方案的比较，分析各种方案优缺点，选择更合适的方 案并阐述理由工艺路线1：1 .铸造.热处理2 .清砂.粗铳底面3 .粗铳顶面.精铳底面4 .精铳顶面.钻底面孔2-6 20 （对角方向）粗铳前端面 粗铳后端面 粗铳左端面 粗铳右端面 精铳前端面 精

18、铳后端面 精铳左端面 精铳右端面5 .钻、扩、钱底面孔2-6 20 （对角方向）、沉孔6 40深5. 一面两孔定位,12 .一面两孔定位,.一面两孔定位,13 . 一面两孔定位,. 一面两孔定位,14 . 一面两孔定位,.一面两孔定位,15 .一面两孔定位,19.粗铳、精铳内腔至尺寸96H819 .一面两孔定位,粗链、半精镇、精舞4）85H720 .一面两孔定位,粗健、半精链、精镇6120H721.一面两孔定位,粗健、半精镇、精馍9011722 .一面两孔定位,粗健、半精链、精镇6100H8.钻顶面孔 10-611、4-61623 .钻攻左端面4-M10螺纹孔.钻攻右端面4-M10螺纹孔24

19、.钻攻斜油孔M15.去毛刺25 .检验关键尺寸.入库工艺路线2；.铸造1 .热处理.清砂2 .粗铳底面.粗铳顶面3 .精铳底面.精铳顶面4 .钻底面孔2一 420 （对角方向）.钻、扩、较底面孔2-420 （对角方向）粗铳前后端面 精铳前后端面 粗铳左右端面 精铳左右端面 粗锋、半精锋、 粗链、半精链、 粗健、半精锤、精键4 85H7精链6120H7精键6 90H7,精孔6100H85 .一面两孔定位,. 一面两孔定位,6 . 一面两孔定位, 13 .一面两孔定位, 14. 一面两孔定位, 15. 一面两孔定位, 16. 一面两孔定位,.钻顶面孔 10-11、4-4）1617 .钻攻左端面4-

20、M10螺纹孔.钻攻右端面4-M10螺纹孔18 .钻攻斜油孔M15.去毛刺19 .检验关键尺寸.入库分析以上两道工艺路线，均是优先加工出零件的上下端面以及底面上的安装 孔，其中底面上的安装孔有两个对角孔需要进行校孔,作为后续定位基准孔使用, 后续加工均采用一面两孔的定位方法，另外两道工序均是先加工各个表面，最后 加工内孔，符合“先面后孔”的要求；不同之处，工艺路线一将各个表面均分开 加工，工序相对分散，而工艺路线2将左右、前后端面合并为一个工序加工，工 序相对集中，由任务书可知，该零件的月生产量为50件，属于小批生产，工序 编制应采用工序分散更为合理，需要的加工设备智能化程度不要求太高，经济性

21、相对较高，综上选择工艺路线一较为合理。2.夹具设计1）夹具定位元件选择定位元件的目的是让工件在夹具中保持一个正确的位置，定位元件限制的工 件平面主要有平面和内孔，常用的定位元件主要有支撑板、支撑钉、V形块、圆 柱销、菱形销以及一些特殊的非标定位元件，常用定位元件下图所示图2-2菱形销图2-1固定式定位销图2-4V形块图2-3支撑板本次夹具设计涉及到的零件为箱体，拟定选择定位元件为支撑板和圆柱定位销。2）导向元件设计导向元件的作用是引导加工刀具对工件进行切削加工，使得刀具相对工件保 持一个正确的加工位置，常用刀具导向元件有钻套、键套等，本次设计的夹具为 键模，选择键套作为链刀的导向元件，如下图所

22、示图2-5键套3）夹紧装置设计夹紧装置的作用是提供一个夹紧力，让工件与夹具相对机床工作台保持加工 位置不变，几种常见的夹紧装置如下图所示图2-6螺旋夹紧机构拟定本次夹具设计的夹紧机构选择螺旋夹紧机构。4）对刀装置选择常用对刀装置有圆形对刀块和直角对刀块，具体根据设计要求选取。图2-8圆形对刀块图2-8圆形对刀块图2-9直角对刀块工作计划第一周查找资料，阅读文献，进行设计前的准备工作第二周完成开题报告第三周分析计算，拟定加工工艺方案第四周初步编写零件加工工艺路线第五周初步编写零件加工工艺卡片第六周确定零件工艺过程卡和工艺卡片第七周中期检查第八周拟定像床夹具总体方案第九周对链床夹具进行三维建模第十

23、周对夹具进行相关计算第十一周总装图的绘制（1）第十二周总装图的绘制（2）第十三周绘制夹具零件图第十四周设计说明书的拟写第十五周设计说明书以及图纸的初步审核与纠正第十六周毕业设计的完成装订与递交第十七周毕业答辩阅读的主要参考文献（不少于10篇，期刊类文献不少于7篇，应有一定数量的外文文献，至少附一篇引用的外文文献（3 个页面以上）及其译文）期刊1王先逵，机械制造工艺学，北京：清华大学大学出版社，2017o2孙丽媛，机械制造工艺及专用夹具设计指导，北京：冶金工业出版社，2018。3钱可强，机械制图，机械工业出版社，2017。4机械工程基础与通用标准实用丛书编委会，形状和位置公差，北京：中国计 划出

24、版社,2020o5李家宝，夹具设计，北京：机械工业出版社，2018o6储凯等，机械工程材料，重庆：重庆大学出版社，2019。7金属机械加工工艺人员手册修订组，金属机械加工工艺人员手册，上海: 上海科学技术出版社，2018。8陈宏钧，典型零件机械加工生产实例，机械工业出版社，2017。9贺光谊等，画法几何及机械制图，重庆：重庆大学出版社，2019o10 丁骏一，典型零件制造工艺，北京：机械工业出版社,2018。11廖念钊等，互换性与技术测量，北京：中国计量出版社，2020o12东北重型机械学院等，机床夹具设计手册，上海：上海科学技术出版社，2017o13孙已德，机床夹具图册，北京：机械工业出版社，2019o14淘济贤等,机床夹具设计，北京：机械工业出版社，2018。15艾兴肖诗刚，切削用量手册，北京：机械工业出版社，2018。16孟少龙，机械加工工艺手册第1卷，北京：机械工业出版社，2019o17上海金属切削技术协会，金属切削手册，上海：上海科学技术出版社，2017。18周永强，高等学校毕业设计指导，北京：中国建材工业出版社，2018。