1、苏州市职业大学机电工程学院毕业设计说明书（论文）第 1 页 共 52 页前言本文是有关推动架加工工艺步骤的说明和机床推动架专用夹具设计方法的具体阐述。工艺设计是在学习机械制造技术工艺学及机床夹具设计后，在生产实习的基础上，综合运用所学相关知识对零件进行加工工艺规程的设计和机床夹具的设计，根据零件加工要求制定出可行的工艺路线和合理的夹具方案，以确保零件的加工质量。在实际生产中，由于零件的生产类型、形状、尺寸和技术要求等条件不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上用某一种加工方法就能完成的，而是需要经过标准的加工工艺过程和专用夹具设计。在设计推动架机械加工工艺过程时要通过查表法准确的确定各表面
2、的总余量及余量公差，合理选择机床加工设备以及相应的加工刀具，进给量，切削速度、功率，扭矩等用来提高加工精度，保证其加工质量。本设计以基本理论和设计方法为基础，充分运用参考书中的基本理论及设计方法；收集了具有代表性的设计用图和设计用表。接受任务后，我们应首先对被加工零件进行结构分析和工艺分析，其主要内容包括：1)弄清零件的结构形状，明白哪些表面需要加工，哪些是主要加工表面，分析各加工表面的形状、尺寸、精度、表面粗糙度以及设计基准等；2)明确零件在整个机器上的作用及工作条件；3)明确零件的材质、热处理及零件图上的技术要求；4)分析零件结构的公益性，对各个加工表面制造的难易程度做到心中有数。结构分析
3、和工艺分析之后，接下来是夹具设计。夹具设计是工艺装备设计的一项重要工作，是工艺系统中最活跃的因素，是机械工程师必备的知识和技能。夹具设计可分为拟定方案、绘制装配图、绘制专用零件图三个阶段进行。苏州市职业大学机电工程学院毕业设计说明书（论文）第 2 页 共 52 页1 概述1.1 课题背景迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具之一，刀具本身已高度标准化，用户之需要按品种、规格选用采购。夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。无论是在传统制造业还是现代柔性制造系统中，由于大量的加工操作需要装夹，夹具设计在制造系统中就显得非常重要，它直接影响加工质量，生产效率和制造成本
4、.在一个柔性制造系统(FMS)中，夹具设计制造的费用占到整个系统费用的 10%20%夹具在单件、成批、大量生产中得到了广泛的应用，它是在制造加工过程中根据设计说明书，在合理的位置定位和牢固装夹工件，从而完成所要求的加工过程的一种装置。柔性夹具是随柔性制造系统和计算机集成制造系统(CIMS)的发展而应运而生的。没有柔性夹具，FMS 就不可能实现真正意义上的柔性，而随着 CIMS 的提出，多品种中小批生产日益受到重视,适应于这种产品和生产变化需要的柔性夹具更是必不可少的。 161.2 国内外研究现状国内外组合夹具行业的现状：我国国内的组合夹具始于 20 世纪 60 年代，当时建立了面向机械行业的天
5、津组合夹具厂，和面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。当时产品均为引进前苏联乌贝(YCn)槽系组合夹具系统。推广应用遍及机械、航空、电子轻工、造船、纺织等各类制造业，取得丰硕的社会、经济效益。在使用过程中改进并修改了原系统，建立了适合我国国情、有我国特色的槽系组合夹具系统。在当时曾达到全国年夹具元件 800 万件的水平。至今天津、保定二厂仍是我国组合夹具的主要生产基地。20 世纪 80 年代以后，两厂又各自独立开发了适合 NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少 NC 机床、加工中心，而由国外配
6、套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国内配套，节约了大量外汇。从国际上看，俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。前苏联的 YCII 槽系组合夹具系统非常著名，以后又开发了孔系组合夹具系统、冲合冲模和焊接组合夹具系统，但主要在国内应用，出口交流较少。德国一直都重视工艺装备(包括夹具)的设计、制造及其标准化，组合夹具和各种机床附件都由专业化中小型企业生产。这些企业中具有代表性的有:Halder 是设计生产槽系组合夹具的著名公司;Blco 是享誉世界生产完整系列孔系组合夹具系统的供应商.Kipp 生产中型和大苏州市职业大学机电工程学院毕业设计说明书（论文）第 3 页 共 52 页型孔系组合夹具;Wi
7、tte 公司生产孔系组合检测夹具，是为三座标准测量机(CMM)配套的绝好的柔性检测夹具。目前在美国本土生产、销售和出租组合夹具的工厂都是小型企业，分为三种类型:一种是专门销售出租组合夹具的小型工厂;二是工具制造厂，同时生产或销售组合夹具.三为某类机械厂，在生产某一产品的同时也生产销售组合夹具。在芝加哥附近的 Roekford 的 Blco 公司原为德国 Blco 公司的销售代理商，现已独立生产、销售、租赁，16mm、12mm、10mm 三个系列的公制孔系组合夹具。CarrLane 是一家工具公司，生产夹具通用零部件，历史悠久，20 世纪 80 年代后期开始生产销售英制孔系组合夹具。TE.CO
8、公司是一家生产标准件、夹具通用件和检测仪表附件的工厂，也于 10 余年前生产商标为“QU.CO”的英制孔系组合夹具。西部亚利桑那州的 Stevens 工具公司早在 20 多年前开始制造组合夹具的基础件，然后用铝板为用户制造过渡板，以适应客户各种工件的要求。该公司目前生产有本公司特色的整套英制孔系组合夹具。 16图 1-1 和图 1-2 分别为当前国际上槽系和孔系组合夹具的主要系统。图 11 当代国际上主要槽系组合夹具系统苏州市职业大学机电工程学院毕业设计说明书（论文）第 4 页 共 52 页图 12 当代国际上主要孔系组合夹具系统当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本
9、地区和国内订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心的央具，通常为机床价格的 1/101/15，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入 WTO 和制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景。161.3 设计内容1）零件的分析2）选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图3）选择加工方法，制定工艺路线4）选择加工设备及刀具，夹具，量具5）确定切削用量及基本时间6）夹具设计7）夹具装配图的绘制8）
10、撰写说明书1.4 本章小结总其所述，从计算机辅助夹具设计(CAFD)到自动夹具设计(Antomated Fixture Design，AFD)在国际上普遍受到重视，同时正在发展成为一个独立的制造软件系统.由于苏州市职业大学机电工程学院毕业设计说明书（论文）第 5 页 共 52 页全球制造业一体化的发展趋势，我国制造方面将会有大好发展前途。2 总体方案设计2.1 推动架工作原理推动架是牛头刨床进给机构中的零件，其主要作用是把从电动机传来的旋转运动通过偏心轮杠杆使推动架绕其轴心线摆动，同时拨动棘轮，带动丝杠转动，实现工作台的自动进给。推动架主要构件的支持和推动，多用于自动变速器的控制和齿轮换挡等。
11、由推动架零件图分析知，此零件的形状较复杂。故用铸件选毛坯，尺寸公差要求多，加工面多而散,故不好集中加工，但各加工面并不难加工，主要是要保证它的垂直度要求。如下图，牛头刨床的整体工作。图 2-1 牛头刨床2.2 工艺规程相关术语机械产品制造时，将原始材料转变为成品的全过程称为生产过程。它包括原材料的运输、保管与准备，产品的技术、生产准备、毛坯的制造、零件的机械加工及热处理，部件及产品的装配、检验调试、油漆包装、以及产品的销售和售后服务等。机械制造工厂的产品，可以是整台机器、某一部件或某一零件。其中生产过程包括产品设计、生产准备、制造和装配等一系列相互关联的劳动过程的总和。其中，改变生产对象的形状
12、、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。这是一个将原材料改变为成品直接相关的过程。包括毛坯制造、切削与磨削加工、热处理、装配等。而那些将原材料改变为成品间接相关的过程，如生产准备、运输、保管、机床维修和工艺装备制造修理等，则称之为辅助过程。苏州市职业大学机电工程学院毕业设计说明书（论文）第 6 页 共 52 页工艺规程是规定产品或零部件的制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。工艺就是制造产品的方法。 机械制造的工艺过程一般包括零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。机械加工工艺过程（以下简称加工过程）是指用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质等使
13、之成为合格零件的工艺过程。机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序又由安装、工位、工步及走刀组成。从广义上来说电加工、超声波加工、电子束离子束等加工也属于加工过程。加工过程直接决定零件和机械产品的质量，对产品的成本和生产率都有较大影响，是整个工艺过程的重要组成部分。规定产品或零件制造过程和操作方法等工艺文件，称为工艺规程。零件机械加工工艺规程包括：工艺路线，各工序的具体加工内容、要求及说明，切削用量，时间额定及使用的机床设备与工艺装配等。其中，工艺路线是指产品或零部件在生产过程中，由毛坯准备到成品包装入库经过企业各部门或工序的先后顺序。工艺装备（工装）是产品制造过程中所用的各种工具的总称，包括刀
14、具、夹具、模具、量具、检具、辅具、钳工工具和工位器具等。2.3 工艺规程的作用1）工艺规程是指导生产的主要技术文件。合理的工艺工艺规程是总结长期生产实践经验基础上，依据工艺理论和必要的工艺试验而拟订的，是保证产品质量和生产经济的指导性文件。因此生产中应严格执行既定的工艺规程。2）工艺规程是生产准备和生产管理的基本依据。工件量具的设计制造或或采购，原材料、半成品及毛坯的准备，劳动力及机床设备的组织安排，生产成本的核算等，都要以工艺规程为基本依据。3）工艺规程是新检扩建工厂或车间时的基本资料。只有依据工艺规程和生产纲领才能确定生产所需机床类型和数量、机床布置、车间面积及工人工种、等级及数量等。4）
15、工艺规程还是工艺技术交流的主要文件形式。工艺工程是机械机械制造企业的最主要的技术文件之一。一般说来，大批大量生产类型要求有细致和严密的组织工作，因此其机械加工工艺规程可以简单一些。但是，不论生产类型如何，都必须有章可循，即都必须有机械加工工艺规程。而且，机械加工工艺规程的指定、修改与补充是一项严肃的工作，它必须经过认真讨论和严格的审批手续。苏州市职业大学机电工程学院毕业设计说明书（论文）第 7 页 共 52 页不过，所有的机械加工工艺规程几乎都要经过不断的 修改与补充才能得以完善，只有这样，才能不断吸收先进经验，保证其合理性。2.4 工艺规程的格式常用的机械加工工艺规程的格式如下：1）工艺过程
16、卡它是以工序为单位简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺文件。它是编制其他工艺文件的基础，也是生产准备、编制作业计划和组织生产的依据。只有在单件小批量生产中才用它来直接知道工人的加工操作。2）工艺卡片它是按产品或零部件的某一工艺阶段的工序号、工序名称、工序内容、工艺参数、操作要求以及采用的设备和工艺装备等。是指导工人生产和帮助车间技术人员掌握零件加工过程的之中主要工艺文件。广泛用于成批生产或重要零件的单件小批生产中。3）工序卡片它是在工艺过程卡片或工艺卡片的基础上，按每道工序所编制的一种工艺文件。一般具有工序简图，并详细说明该共学的每个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备等。多用于
17、大批量生产及重要零件的成批生产。另外，在成组加工技术中，还有应用典型工艺过程卡片、典型工艺卡片和典型工序卡片；对自动、半自动机床或某些齿轮加工机床调整，应用调整卡片；而对检验工序则有检验工序卡片等其他类型的工艺规程格式。2.5 工艺规程的设计原则1）必须可靠的保证零件图纸上所有技术要求的实现。在设计机械加工工艺规程时，如果发现图纸某一技术要求规定不适当，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改图纸或不按图纸要求去做。2）在规定的生产纲领和生产批量下，能以最经济的方法获得所需求的生产率和生产纲领，一般要求工艺成本最低。3）充分利用现有生产条件，少花钱，多办事，并要便于组织生产。4）尽量减轻工人的劳动
18、强度，保障生产安全，创造良好、文明的生产条件。苏州市职业大学机电工程学院毕业设计说明书（论文）第 8 页 共 52 页2.6 工艺规程的主要内容与步骤2.6.1 工艺规程的主要内容1）产品特征，质量标准。2）原材料、辅助原料特征及用于生产应符合的质量标准。3）生产工艺流程。4）主要工艺技术条件、半成品质量标准。5）生产工艺主要工作要点。6）主要技术经济指标和成品质量指标的检查项目及次数。7）工艺技术指标的检查项目及次数。8）专用器材特征及质量标准。2.6.2 制定工艺规程的步骤工艺规程的制定工作主要包括准备、工艺过程拟订、工序设计三个阶段。即在准备阶段工作基础上，拟订出以工序为单位的加工工艺过
19、程，再对每工序的详细内容予以确定。由于该工作前后阶段的内容确定有相互影响和联系，所以对某些局部需要反复修改。最后对指定出的工艺规程还要进行综合分析评价，看是否能满足生产率及生产节拍的要求，是否能做到机床设备负荷大致平衡，以及经济性如何等。如果这一分评价不能通过，则需要重新制定工艺规程。也可预先同时编制出几个工艺工程进行分析对比。对最终确定的规程内容需要填入工艺卡片，形成工艺文件。2.6.3 订机械加工工艺规程的原始资料制订机械加工工艺规程时，必须具备下列原始资料：1）产品的全套技术文件，包括产品的全套图纸、产品的验收质量标准以及产品的生产纲领。2）毛坯图及毛坯制造方法。工艺人员应研究毛坯图，了
20、解毛坯余量，结构工艺性，以及铸件分型面，浇口、冒口的位置，以及正确的确定零件的加工装夹部位及方法。3）车间的生产条件。即了解工厂的设备、刀具、夹具、量具的性能、规格及精度状况；生产面积；工人的技术水平；专用设备；工艺装备的制造性能等。4）各种技术资料。包括有关的手册、标准、以及国内外先进的工艺技术等。苏州市职业大学机电工程学院毕业设计说明书（论文）第 9 页 共 52 页3 毛坯的加工与确定3.1 零件的作用分析阅读零件工作图和产品装配图，以了解产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、功用及其主要的技术要求。主要审查零件图上的视图、尺寸和技术要求是否完整、正确；分析各项技术要求制订
21、的依据，找出其中的主要技术要求和关键技术问题，以便在设计工艺规程时采取措施予以保证；审查零件的结构工艺性。该零件是牛头刨床推动架，是牛头刨床进给机构的中小零件，32mm 孔用来安装工作台进给丝杠轴，靠近 32mm 孔左端处一棘轮，在棘轮上方即 16mm 孔装一棘爪，16mm 孔通过销与杠连接杆，把从电动机传来的旋转运动通过偏心轮杠杆使推动架绕32mm 轴心线摆动，同时拨动棘轮，带动丝杠转动，实现工作台的自动进给。3.2 择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图3.2.1 确定毛坯的制造形式制订机械加工工艺规程时，正确选择毛坯，对零件的加工质量、材料消耗和加工工时有很大影响。毛坯的尺寸、形状越接近成品零
22、件，机械的加工量越少；但是毛坯的制造成本就越高。应根据生产纲领，综合考虑毛坯制造和机械加工成本来确定毛坯类型，以求最好的经济效益。机械加工中常用的毛坯由铸件、锻件、冲压件和型材等，选用时主要考虑以下几个因素： 1）零件的材料与力学性能 据此大致确定了毛坯种类。例如铸铁零件用铸造毛坯；形状简单的钢质零件，力学性能要求低常用棒料，力学性能要求高用锻件；形状复杂力学性能要求低用铸钢件。 2）零件的结构形状与外形尺寸 例如阶梯轴零件各台阶直径相差不大时可用棒料，相差大时可用铸件；外形尺寸大的零件一般用自由铸件或砂型铸造，中小型零件可用模锻件或压力铸造，形状复杂的钢质零件不宜用自由铸件。 3）生产类型
23、大批量生产中，应采用精度和生产率最高的毛坯制造方法；铸件采用金属模机器造型，锻件用模锻或精密锻造。在单件小批生产中用木模手工造型或自由锻造来制造毛坯。 4）毛坯车间的生产条件 在选择毛坯时应考虑工厂毛坯车间的生产条件。 苏州市职业大学机电工程学院毕业设计说明书（论文）第 10 页 共 52 页5）利用新工艺、新技术、新材料的可能性 例如采用精密锻造、压铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等，可大大减少机械加工劳动量 。考虑零件受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯，零件材料为 HT200。3.2.2 确定毛坯尺寸通过计算和查询资料可知，毛坯重量约为 0.72kg。生产类
24、型为中小批量，可采用一箱多件砂型铸造毛坯。由于 32mm 的孔需要铸造出来，故还需要安放型心。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效进行处理。由参考文献可知，查得该铸件的尺寸公差等级 CT 为 810 级，加工余量等级 MA 为G 级，故 CT=10 级，MA 为 G 级。表 3-1 用查表法确定各加工表面的总余量加工表面 基本尺寸 加工余量等级 加工余量数值 说明27 的端面 92 H 4.0 顶面降一级，单侧加工16 的孔 16 H 3.0 底面，孔降一级，双侧加工50 的外圆端面 45 G 2.5 双侧加工（取下行值）32 的孔 32 H 3.0 孔降一级，双侧加工35 的两端面 20 G 2.5 双侧加工（取下行值）16 的孔 16 H 3.0 孔降一级，双侧加工表 3-2 铸件主要尺寸的公差如下表：主要加工表面 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差 CT27 的端面 92 4.0 96 3.216 的孔 16 6 10 2.250 的外圆端面 45 5 50 2.832 的孔 32 6.0 26 2.635 的两端面 20 5 25 2.416 的孔 16 6 10 2.2
